本發(fā)明涉及電刺激式神經(jīng)再生，具體涉及一種基于鈣信號調(diào)控的電刺激式神經(jīng)再生方法。

背景技術(shù)：

1、隨著神經(jīng)損傷發(fā)病率的逐年上升，如何有效促進神經(jīng)再生與功能恢復已成為醫(yī)學與生物工程領(lǐng)域的研究熱點。神經(jīng)再生是指受損神經(jīng)組織在一定條件下實現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能的修復過程，其中，雪旺細胞作為外周神經(jīng)再生過程中關(guān)鍵的支持性細胞，能夠通過促進軸突生長、引導神經(jīng)纖維定向生長等方式，在神經(jīng)修復中發(fā)揮重要作用。電刺激技術(shù)作為一種物理性干預手段，能夠通過施加特定參數(shù)的電場作用于神經(jīng)組織，激活細胞內(nèi)一系列信號通路，進而促進神經(jīng)細胞的增殖、遷移與功能重建。鈣離子信號作為細胞內(nèi)的核心第二信使，廣泛參與調(diào)控神經(jīng)細胞的生長、分化和功能維持，尤其在神經(jīng)再生過程中起著關(guān)鍵調(diào)控作用。通過電刺激誘導鈣信號通路的激活，可有效提升雪旺細胞的活性狀態(tài)，增強其促再生活性，為神經(jīng)軸突的生長和功能恢復提供良好微環(huán)境。因此，基于鈣信號調(diào)控的電刺激式神經(jīng)再生方法，能夠以精準、可控的方式調(diào)動內(nèi)源性修復機制，促進神經(jīng)組織的高效再生與功能重建，具有良好的應(yīng)用前景與臨床價值。

2、現(xiàn)有的基于鈣信號調(diào)控的電刺激式神經(jīng)再生技術(shù)，主要通過在神經(jīng)損傷部位施加特定參數(shù)的電刺激，從而調(diào)節(jié)神經(jīng)細胞尤其是雪旺細胞內(nèi)的鈣離子濃度變化，進而激活細胞內(nèi)的多種信號轉(zhuǎn)導通路，促進神經(jīng)再生過程的啟動與持續(xù)進行。該類技術(shù)通常包括以下關(guān)鍵環(huán)節(jié)：首先，通過設(shè)計合理的電刺激裝置和電極結(jié)構(gòu)，將適宜的電場直接或間接作用于目標神經(jīng)組織；其次，電刺激作用下，細胞膜上鈣離子通道被激活，使得胞外鈣離子進入細胞內(nèi)，誘發(fā)鈣信號上升；隨后，鈣信號作為關(guān)鍵的生物學信號，進一步調(diào)控下游的細胞因子表達、細胞骨架重塑和生長因子分泌，從而增強雪旺細胞的增殖、遷移和髓鞘形成能力，促進神經(jīng)纖維的生長和功能恢復；最后，通過持續(xù)或周期性調(diào)控鈣信號水平，可進一步優(yōu)化再生環(huán)境，維持神經(jīng)修復進程的穩(wěn)定性和有效性。整個過程中，鈣信號作為電刺激與生物反應(yīng)之間的橋梁，起到了精準調(diào)控神經(jīng)再生行為、放大生理效應(yīng)和提高再生效率的核心作用。

3、現(xiàn)有技術(shù)存在以下不足：

4、在現(xiàn)有技術(shù)中，當神經(jīng)組織經(jīng)過長時間未受刺激或在首次啟動電刺激治療時，雪旺細胞內(nèi)的鈣信號會在電刺激作用下剛剛突破最低激活閾值，進入一個鈣離子濃度微幅上升、尚未穩(wěn)定的“微升階段”，此時細胞處于功能激活的臨界過渡期，反應(yīng)極為敏感且不穩(wěn)定。在這一特定情況下，由于鈣信號具有典型的“非線性門控”特性，如果電刺激強度不足或波形不匹配，鈣離子通道可能無法持續(xù)開放，導致鈣信號難以進一步提升，甚至迅速回落至基線，從而造成激活失敗?，F(xiàn)有的基于鈣信號調(diào)控的電刺激式神經(jīng)再生技術(shù)在這種鈣信號微升階段，不能根據(jù)細胞內(nèi)鈣信號波動狀態(tài)去動態(tài)優(yōu)化電刺激維持策略，只能基于簡單的激活/未激活二元判斷執(zhí)行固定刺激方案，無法識別和穩(wěn)定維持這一關(guān)鍵窗口期內(nèi)的信號狀態(tài)，導致雪旺細胞無法順利完成功能激活，神經(jīng)軸突生長鏈條無法啟動，若連續(xù)多次出現(xiàn)該失效反應(yīng)，還會誘發(fā)細胞應(yīng)激性下降或適應(yīng)性降低，嚴重影響神經(jīng)修復進度與療效，延長患者康復周期甚至導致治療無效。

5、在所述背景技術(shù)部分公開的上述信息僅用于加強對本公開的背景的理解，因此它可以包括不構(gòu)成對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于鈣信號調(diào)控的電刺激式神經(jīng)再生方法，以解決上述背景技術(shù)中的問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于鈣信號調(diào)控的電刺激式神經(jīng)再生方法，具體包括以下步驟：

3、s01、獲取目標神經(jīng)組織中鈣離子濃度隨時間變化的連續(xù)數(shù)據(jù)，基于鈣離子濃度變化趨勢和波動特征，構(gòu)建鈣信號動態(tài)響應(yīng)模型，用于預測目標神經(jīng)組織對電刺激的響應(yīng)趨勢；

4、s02、基于鈣信號動態(tài)響應(yīng)模型，提取用于預測目標神經(jīng)組織響應(yīng)狀態(tài)的特征參數(shù)，確定電刺激強度、脈沖寬度、波形類型和施加時序，生成電刺激啟動控制指令；

5、s03、執(zhí)行電刺激啟動控制指令時，實時采集目標神經(jīng)組織內(nèi)若干個雪旺細胞鈣離子濃度變化數(shù)據(jù)，提取同步性特征、相位一致性特征和波峰時間差特征，形成群體鈣信號響應(yīng)特征集；

6、s04、基于雪旺細胞群體鈣信號響應(yīng)特征集，識別鈣離子濃度是否處于突破最低激活閾值且未達到穩(wěn)定狀態(tài)的微升階段，并基于雪旺細胞群體行為模式變化，判定目標神經(jīng)組織是否處于鈣信號激活臨界狀態(tài)；

7、s05、基于鈣信號激活臨界狀態(tài)的判定結(jié)果，結(jié)合鈣離子濃度波動趨勢和雪旺細胞群體響應(yīng)特征，實時生成電刺激調(diào)整控制指令，通過調(diào)整電刺激強度、電刺激脈沖寬度、電刺激波形類型和電刺激施加時序，優(yōu)化鈣離子濃度穩(wěn)定性并維持激活狀態(tài)；

8、s06、基于每次電刺激執(zhí)行后的鈣離子濃度變化數(shù)據(jù)，持續(xù)更新鈣信號動態(tài)響應(yīng)模型和電刺激調(diào)整控制指令。

9、優(yōu)選的，s01具體包括：

10、通過布設(shè)于目標神經(jīng)組織損傷區(qū)域的鈣信號檢測裝置，獲取目標神經(jīng)組織中鈣離子濃度隨時間變化的連續(xù)數(shù)據(jù)；

11、基于鈣離子濃度時間序列數(shù)據(jù)，提取鈣離子濃度變化趨勢和波動特征，形成標準化特征指標集；

12、基于鈣離子濃度變化趨勢和波動特征，構(gòu)建鈣信號動態(tài)響應(yīng)模型，用于預測目標神經(jīng)組織對電刺激的響應(yīng)；

13、將鈣信號動態(tài)響應(yīng)模型預測結(jié)果與實時監(jiān)測結(jié)果進行一致性比對，并基于比對結(jié)果持續(xù)優(yōu)化鈣信號動態(tài)響應(yīng)模型。

14、優(yōu)選的，s02具體包括：

15、將通過鈣信號動態(tài)響應(yīng)模型獲得的鈣離子濃度變化趨勢數(shù)據(jù)輸入至特征提取單元，提取鈣離子濃度上升速率、峰值穩(wěn)定時間、波動對稱性、波峰寬度、波形陡峭度和時間延遲六個特征維度；

16、基于非線性映射算法對六個特征維度進行權(quán)重評估與分類整理，提取形成能夠反映目標神經(jīng)組織響應(yīng)狀態(tài)的核心特征參數(shù)集合；

17、基于核心特征參數(shù)集合，利用基于時間演變的預測算法，動態(tài)預測目標神經(jīng)組織對電刺激的敏感性等級及反應(yīng)狀態(tài)；

18、根據(jù)預測結(jié)果，確定電刺激強度、脈沖寬度、波形類型和施加時序，形成與目標神經(jīng)組織生理狀態(tài)相適配的電刺激施加參數(shù)集；

19、將電刺激施加參數(shù)集轉(zhuǎn)化為電刺激啟動控制指令并實時下發(fā)至電刺激執(zhí)行系統(tǒng)。

20、優(yōu)選的，s03具體包括：

21、執(zhí)行電刺激啟動控制指令時，通過布設(shè)于目標神經(jīng)組織損傷區(qū)域的多點鈣信號傳感器陣列實時采集多個雪旺細胞鈣離子濃度變化數(shù)據(jù)；

22、對采集到的鈣離子濃度變化數(shù)據(jù)進行時序?qū)R與數(shù)據(jù)清洗，剔除噪聲并優(yōu)化數(shù)據(jù)連續(xù)性；

23、基于清洗后數(shù)據(jù)，提取鈣離子濃度同步性特征，通過相關(guān)系數(shù)矩陣與時間規(guī)整優(yōu)化群體同步性評價；

24、基于同步性分析，進一步提取相位一致性特征與波峰時間差特征，量化群體激活協(xié)調(diào)性；

25、將鈣離子濃度同步性特征、相位一致性特征和波峰時間差特征融合，形成雪旺細胞群體鈣信號響應(yīng)特征集。

26、優(yōu)選的，s04具體包括：

27、s041、基于雪旺細胞群體鈣離子濃度變化數(shù)據(jù)，構(gòu)建鈣信號動態(tài)響應(yīng)趨勢基線模型，消除基線漂移并提取差異性動態(tài)特征；

28、s042、基于動態(tài)響應(yīng)趨勢基線模型，采用多維指標交叉分析方法識別是否處于鈣信號微升階段；

29、s043、針對識別出的鈣信號微升態(tài)群體，構(gòu)建雪旺細胞群體行為模式演化圖譜，實時反映細胞間協(xié)同響應(yīng)關(guān)系；

30、s044、基于行為模式演化圖譜，采用突變識別算法檢測群體行為突變，判定是否達到鈣信號激活臨界狀態(tài)；

31、s045、基于突變識別結(jié)果實施交叉驗證與持續(xù)跟蹤，動態(tài)修正判定結(jié)果并保障電刺激調(diào)整的連續(xù)性與安全性。

32、優(yōu)選的，s041和s042具體包括：

33、實時采集多個雪旺細胞鈣離子濃度變化數(shù)據(jù)，進行時間對齊與標準化，構(gòu)建鈣信號動態(tài)響應(yīng)趨勢基線模型；

34、通過統(tǒng)計回歸分析提取鈣離子濃度變化趨勢特征，結(jié)合貝葉斯擬合算法動態(tài)更新模型參數(shù)；

35、基于趨勢基線模型，提取即時增長斜率、波動幅度變化和時間持續(xù)性三項特征；

36、采用多維指標交叉分析方法對三項特征進行綜合判定，識別是否處于鈣信號微升階段；

37、當三項特征均滿足設(shè)定條件時，確認目標神經(jīng)組織處于真實微升態(tài)。

38、優(yōu)選的，s043和s044具體包括：

39、基于雪旺細胞鈣信號同步性、相位一致性和波形相似性，構(gòu)建行為模式演化圖譜；

40、通過時間同步動態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析算法，實時更新雪旺細胞協(xié)同關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，提取行為模式演化特征；

41、實時計算同步性提升速率、主導響應(yīng)細胞占比變化率和波形一致性變化速率三項動態(tài)指標；

42、基于動態(tài)閾值體系，對三項動態(tài)指標進行聯(lián)合突變識別，判定是否達到激活臨界狀態(tài)；

43、對突變識別結(jié)果實施趨勢連續(xù)性校驗和多指標一致性驗證，確保判定結(jié)果的可靠性和安全性。

44、優(yōu)選的，s05具體包括：

45、基于鈣信號激活臨界狀態(tài)的判定結(jié)果，實時提取鈣離子濃度波動趨勢特征與雪旺細胞群體響應(yīng)特征，作為電刺激調(diào)整控制指令生成的輸入；

46、將鈣離子濃度波動趨勢特征與雪旺細胞群體響應(yīng)特征輸入至多目標狀態(tài)評估體系，實時評估鈣信號激活狀態(tài)穩(wěn)定性等級與激活維持需求等級；

47、基于鈣信號穩(wěn)定性評分、失穩(wěn)風險等級和優(yōu)化調(diào)節(jié)緊迫度等級，實時生成電刺激調(diào)整控制指令，調(diào)整電刺激強度、脈沖寬度、波形類型和施加時序；

48、將電刺激調(diào)整控制指令實時下發(fā)至電刺激執(zhí)行系統(tǒng)，實施實時參數(shù)調(diào)整，并在執(zhí)行過程中持續(xù)采集鈣離子濃度變化數(shù)據(jù)與雪旺細胞群體響應(yīng)特征，形成反饋數(shù)據(jù)流；

49、基于反饋數(shù)據(jù)，持續(xù)優(yōu)化控制指令生成規(guī)則，形成個體自進化調(diào)整機制，提升鈣信號激活維持效率與電刺激控制安全性。

50、優(yōu)選的，將鈣離子濃度波動趨勢特征與雪旺細胞群體響應(yīng)特征輸入至多目標狀態(tài)評估體系，實時評估鈣信號激活狀態(tài)穩(wěn)定性等級與激活維持需求等級，具體為：基于鈣離子濃度波動趨勢，采用趨勢擬合回歸算法與波動性指數(shù)計算方法，實時評估鈣信號是否存在失穩(wěn)傾向；基于雪旺細胞群體響應(yīng)特征，采用群體協(xié)同指數(shù)計算方法與多維相似性聚類算法，實時評估細胞協(xié)同響應(yīng)是否趨于弱化；通過引入加權(quán)決策機制，將各特征賦予靈敏度權(quán)重，并基于動態(tài)閾值體系實時調(diào)整判定邊界值；基于評估結(jié)果輸出鈣信號穩(wěn)定性評分、失穩(wěn)風險等級和優(yōu)化調(diào)節(jié)緊迫度等級三項量化指標，作為電刺激調(diào)整控制指令生成的決策依據(jù)。

51、優(yōu)選的，s06具體包括：

52、在每次電刺激執(zhí)行完成后，實時采集目標神經(jīng)組織內(nèi)多個雪旺細胞鈣離子濃度變化數(shù)據(jù)，提取濃度峰值、上升速率、波動幅度、穩(wěn)定性及同步性特征；

53、基于采集到的實時數(shù)據(jù)，采用時間序列學習與貝葉斯動態(tài)更新算法，實時修正鈣信號動態(tài)響應(yīng)模型關(guān)鍵參數(shù)，提升模型對個體生理狀態(tài)的適配度與預測精度；

54、基于更新后的鈣信號動態(tài)響應(yīng)模型和當前實時生理特征，動態(tài)優(yōu)化電刺激調(diào)整控制指令，通過智能規(guī)則引擎生成實時控制指令，實現(xiàn)反饋、更新與優(yōu)化的閉環(huán)調(diào)控流程。

55、在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明提供的技術(shù)效果和優(yōu)點：

56、1、本發(fā)明通過實時采集目標神經(jīng)組織中多個雪旺細胞的鈣離子濃度變化數(shù)據(jù)，基于同步性特征、相位一致性特征和波峰時間差特征，首次實現(xiàn)了對“鈣信號微升階段”這一關(guān)鍵激活臨界狀態(tài)的精準識別。區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)僅能通過單一峰值或閾值判斷，該技術(shù)引入了群體行為模式演化圖譜與突變識別算法，能夠動態(tài)捕獲雪旺細胞從非同步反應(yīng)到同步激活的躍遷趨勢，從而提前識別潛在激活失敗風險，提升鈣信號啟動的敏感性和成功率。這一創(chuàng)新機制有效避免了傳統(tǒng)方法在神經(jīng)初期修復階段容易因識別滯后或誤判導致的激活失效和修復鏈條中斷，顯著增強了治療啟動的穩(wěn)定性與安全性。

57、2、本發(fā)明通過構(gòu)建鈣信號動態(tài)響應(yīng)模型并結(jié)合實時生理特征，采用多目標狀態(tài)評估與智能規(guī)則引擎生成機制，能夠基于鈣信號穩(wěn)定性評分、失穩(wěn)風險等級和優(yōu)化調(diào)節(jié)緊迫度等級，動態(tài)調(diào)整電刺激強度、脈沖寬度、波形類型和施加時序。該技術(shù)手段突破了現(xiàn)有固定參數(shù)控制策略對個體差異和狀態(tài)波動無法適應(yīng)的問題，實現(xiàn)了電刺激參數(shù)的實時個性化、動態(tài)優(yōu)化調(diào)控。其優(yōu)點在于能夠?qū)崟r感知神經(jīng)組織狀態(tài)的細微變化并快速作出調(diào)整，顯著降低過刺激或低刺激風險，有效維持雪旺細胞鈣信號穩(wěn)定性，提高神經(jīng)修復持續(xù)性，保障長期療效一致性與安全性，具備高度智能化與精準干預優(yōu)勢。

58、3、本發(fā)明通過引入時間序列學習與貝葉斯動態(tài)更新算法，在每次電刺激執(zhí)行完成后，持續(xù)采集反饋數(shù)據(jù)并實時修正鈣信號動態(tài)響應(yīng)模型與控制指令生成規(guī)則，形成了完整的反饋—更新—優(yōu)化閉環(huán)調(diào)控機制。該機制具備高度自適應(yīng)性與進化性，能夠根據(jù)患者個體生理特征和治療過程中的變化趨勢，動態(tài)優(yōu)化控制策略，逐步提升鈣信號激活維持效率與神經(jīng)再生效果。相比傳統(tǒng)孤立式、靜態(tài)式控制方法，本方案具備長期學習、個體進化、持續(xù)優(yōu)化的獨特優(yōu)勢，不僅能夠提升短期治療成功率，還能有效延長療效持續(xù)時間、降低不良反應(yīng)概率，最終實現(xiàn)智能、高效、安全、持久的神經(jīng)再生干預效果。