用于缺血性心脏病的干细胞递送路径选择与植入窗口优化方法

本发明涉及生物医学工程，尤其涉及用于缺血性心脏病的干细胞递送路径选择与植入窗口优化方法。

背景技术：

1、随着医学技术的进步，干细胞治疗已经成为治疗缺血性心脏病的一种有效手段；然而，干细胞的递送过程仍然面临许多挑战，特别是在精确递送干细胞到达目标区域时；心脏作为一个动态运动的器官，其收缩与舒张的过程使得干细胞的递送难以在合适的时机和路径上进行，特别是当递送路径涉及到心脏的高压区域时；若干细胞递送路径经过收缩高压区，可能会导致过大的机械应力，影响心脏的正常功能，甚至对干细胞产生不利影响。

2、当前的干细胞递送方法大多数依赖于静态路径设计，并未充分考虑心脏在收缩与舒张过程中动态变化的因素；现有技术通常没有实时调整递送路径的能力，导致递送路径可能在不适合的时间段与心脏的高压区域发生重叠，从而增加了干细胞递送过程中的风险和不确定性。因此，亟需一种用于缺血性心脏病的干细胞递送路径选择与植入窗口优化方法，来解决上述问题

技术实现思路

1、基于上述目的，本发明提供了用于缺血性心脏病的干细胞递送路径选择与植入窗口优化方法。

2、用于缺血性心脏病的干细胞递送路径选择与植入窗口优化方法，包括以下步骤：

3、s1：采集心脏实时电生理信号，包括心内膜电激动图和体表心电图，并识别缺血区域的电传导延迟特征；

4、s2：基于s1识别的电传导延迟特征，确定干细胞靶向植入的目标区域边界；

5、s3：根据目标区域边界的心脏机械运动数据，生成避开收缩高压区的最小应力递送路径；

6、s4：同步分析电生理信号的复极化时段与机械运动的舒张期时段，识别两者重叠的安全时间窗口；

7、s5：关联最小应力递送路径与安全时间窗口，生成递送路径-时间耦合指令；

8、s6：基于s5输出的递送路径-时间耦合指令，在安全时间窗口内沿最小应力递送路径执行干细胞植入。

9、可选的，所述s1具体包括：

10、s11：使用心电图设备实时采集心脏电生理信号，包括心内膜电激动图和体表心电图；

11、s12：采用同步信号采集系统，确保心内膜电激动图与体表心电图信号的时间同步，保证两者的信号数据在时间轴上的对齐；

12、s13：对采集到的电生理信号进行滤波处理，去除信号中的噪声成分；

13、s14：通过计算心内膜电激动图与体表心电图的信号延迟时间差，识别出电传导延迟区域，并将其标定为缺血区域；随后通过对比正常区域与缺血区域的电传导速度差异，以识别出电传导延迟特征。

14、可选的，所述s14具体包括：

15、s141：计算心内膜电激动图与体表心电图的信号延迟时间差；

16、s142：通过对计算得到的信号延迟时间差进行分析，当信号延迟时间差大于预设阈值时，则认为对应的区域为缺血区域；

17、s143：通过对比正常区域与缺血区域的电传导速度差异，当缺血区域的电传导速度低于正常区域时，即可确认电传导延迟特征。

18、可选的，所述s2具体包括：

19、s21：基于s1识别的电传导延迟特征，筛选出延迟时间显著增加的区域作为潜在干细胞靶向植入区域；

20、s22：通过区域生长算法对潜在干细胞靶向植入区域进行边界识别，定位缺血区域的边界；

21、s23：采用三维重建技术将二维电传导延迟图像转换为三维模型，并通过cad软件优化靶向植入区域的边界，避免与心脏功能区重叠。

22、可选的，所述s22具体包括：

23、s221：选取s21筛选出的潜在干细胞靶向植入区域作为生长算法的起始种子点；

24、s222：从种子点开始沿着相邻像素或体素扩展区域，扩展的条件是，当相邻像素或体素的电传导延迟时间大于预设的最小延迟阈值时，则对应的像素或体素将被纳入到扩展区域中；

25、s223：在扩展过程中设定最大扩展限制，当邻域中的电传导延迟时间低于最小延迟阈值，或区域的扩展达到预设的最大面积或体积时，停止区域生长；

26、s224：通过连接所有符合扩展条件的相邻像素或体素，形成缺血区域的边界，作为干细胞靶向植入的目标区域边界。

27、可选的，所述s3具体包括：

28、s31：获取目标区域边界的心脏机械运动数据，包括心脏的收缩期和舒张期的位移、速度及加速度；

29、s32：基于获取的心脏机械运动数据，通过计算收缩期内心肌的最大位移区域以及最大压力区域，来识别心脏的收缩高压区；

30、s33：结合目标区域边界和收缩高压区的位置，利用最短路径算法，从目标区域边界生成避开收缩高压区的最小应力递送路径；

31、s34：在生成递送路径时，考虑心脏运动的动态变化，通过动态调整递送路径，确保路径在心脏收缩和舒张过程中始终避开收缩高压区，并最小化递送过程中的机械应力。

32、可选的，所述s34具体包括：

33、s341：在生成递送路径时，在每个时间步骤，根据心脏的收缩和舒张状态调整递送路径的位置，确保路径始终避开收缩高压区；

34、s342：在每个心脏周期内，重新计算路径的应力成本，并根据最新的心脏运动数据对路径进行优化，通过计算当前时刻路径上每个点的应力值，并选择应力值最小的路径；

35、s343：路径调整过程中，考虑到心脏收缩期和舒张期的机械应力变化，采用加权平均方法对路径上的每个点进行加权，以确保路径在动态变化的心脏运动状态下始终避开高应力区域。

36、可选的，所述s4具体包括：

37、s41：实时采集心脏的电生理信号，包括复极化时段的电活动数据，并同步获取心脏舒张期时段的机械运动数据；

38、s42：识别电生理信号中的复极化时段，通过分析心电图信号中的t波区间，确定复极化时段的起始和结束时间；

39、s43：从机械运动数据中提取舒张期时段，分析心脏的位移变化，识别心脏舒张期的开始和结束时间；

40、s44：通过比较复极化时段和舒张期时段的时间区间，确定两者重叠的部分，作为安全时间窗口；若复极化时段与舒张期时段存在交集，则交集部分被定义为安全时间窗口。

41、可选的，所述s5具体包括：

42、s51：根据s3中生成的最小应力递送路径，确定递送路径上每个点的应力值，得到最小应力递送路径；

43、s52：基于s4中识别的安全时间窗口，结合心脏的机械运动数据和电生理信号，确定最小应力递送路径与安全时间窗口的对应关系；

44、s53：将最小应力递送路径与安全时间窗口结合，生成递送路径-时间耦合指令，确保在安全时间窗口内，干细胞递送沿最小应力路径进行。

45、可选的，所述s53具体包括：

46、s531：基于s3中生成的最小应力递送路径，识别路径上每个点的最小应力值，并将路径按时间顺序划分为多个阶段，分别对应心脏的不同机械运动状态；

47、s532：根据s4中确定的安全时间窗口，计算每个阶段与安全时间窗口的交集，确定每个阶段在安全时间窗口内的有效时间；计算交集部分的公式为；

48、s533：将每个有效时间段与对应的最小应力路径进行匹配；

49、s534：生成递送路径-时间耦合指令，指令中包含每个时间段对应的递送路径及执行时机。

50、本发明的有益效果：

51、本发明，通过结合实时的电生理信号和心脏机械运动数据，能够动态优化干细胞递送路径，确保递送操作始终避开心脏的收缩高压区；这种方法避免了传统递送路径静态设计的局限性，减少了干细胞递送过程中对心脏的机械应力，确保干细胞在最佳时机内完成递送。

52、本发明，通过生成递送路径-时间耦合指令并实时调整路径与时间的匹配，能够确保干细胞递送过程的精确性和安全性，最大限度地提高治疗效果，降低治疗过程中可能产生的风险。