等离子体活性粒子在人体组织空间分布的检测方法及装置

1.本发明涉及一种等离子体活性粒子在人体组织空间分布的检测方法及装置。


背景技术：

2.近年来，随着放电技术的发展，可以在大气压下产生高化学活性并且温度接近于室温的等离子体，即大气压冷等离子体。因为大气压冷等离子体放电均匀、气体温度低，能够与人体组织友好接触，使得冷等离子体在生物医学领域的应用具有独特优势，进而产生了“等离子医学”这门新型交叉学科。
3.大量研究表明，大气压冷等离子体在凝血、癌细胞处理、慢性伤口愈合等应用中都具有显著的治疗效果。在凝血方面，等离子体处理几秒钟便能使血液迅速凝结，缩短血液凝结的时间，且疼痛程度较轻微。在癌细胞处理方面，等离子体与癌细胞的相互作用使得细胞内氧化应激增强，最后达到诱导癌细胞凋亡的目的。在慢性伤口愈合方面，伤口处经等离子体处理后细菌数有明显下降，且等离子体与活体细胞的相互作用能加快纤维细胞的增殖，促进伤口愈合。
4.等离子体通过气体高压放电产生大量活性粒子，如o3、h2o2、n2o5、hno2和hno3等。这些活性粒子与人体组织接触后生成多种液相活性粒子，如h

、和等。等离子体产生的活性粒子在生命体中会参与到数量众多的生化反应中，从而产生重要的生物医学效应，如使微生物失活、促进细胞增殖和诱导细胞凋亡等。
5.等离子体生成的活性粒子能够与人体组织相互作用产生重要的生物医学效应，因此可以通过精准调控这些活性粒子的浓度来实现对人体组织的精确治疗。为实现这一目标，需要先获取等离子体活性粒子在人体组织中的空间分布。受限于当前试验技术水平与伦理要求限制，目前无法直接获取等离子体活性粒子在人体组织中的空间分布，因此目前相关研究主要以模型人体组织作为代替。由于人体组织中含有大量的水，因此当前主要以水溶液作为模型人体组织，并在其中添加化学显色试剂，用等离子体对其进行处理后，通过颜色变化来获得活性粒子的浓度和空间分布。但该检测方法存在以下缺点：
6.1.由于溶液流动性，目前只能检测水溶液中活性粒子的平均浓度，对于活性粒子在其中的空间分布，只能粗略估计。
7.2.由于人体组织的生物大分子会抑制活性粒子在其中的扩散，且活性粒子与生物大分子的反应速率高于水分子，所以在水溶液中活性粒子的扩散范围会显著大于人体组织。
8.3.用水溶液模拟模型人体组织与真实的人体组织相比有较大差异，且无法根据实验需求改变相应的物理参数，实现模拟不同人体组织的目的，来满足不同实验的要求。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于克服现有检测的方法的缺陷，提供一种等离子体活性粒子在人体组织空间分布的检测方法及装置，该方法采用医学研究中常用的明胶水凝胶模拟人体组
织，并在其中添加活性粒子显色剂(本发明以h

、o3三种代表正离子、负离子以及中性粒子)，通过图像采集与图像分析，实现对活性粒子在模型人体组织空间分布的定量诊断。
10.为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种等离子体活性粒子在人体组织空间分布的检测方法，其特征在于，使用明胶水凝胶模拟人体组织，并在其中添加活性粒子显色剂，将制备好的模型人体组织放入样品盛装装置中，置于等离子体发生器下方，经等离子体处理后，将明胶水凝胶放入活性粒子空间分布检测器的led灯室中，通过控制面板控制图像采集单元拍摄处理后的显色水凝胶图像，并传输到控制面板，最后控制面板对图像进行处理生成灰度图，对照灰度-浓度标准曲线，测得活性粒子在模型人体组织空间分布和各个区域的浓度；
11.所述灰度-浓度标准曲线的确定过程如下：分别制作含有不同浓度待测活性粒子的明胶水凝胶，并在制作过程中添加活性粒子显色剂，充分反应后，将显色明胶水凝胶放入活性粒子空间分布检测器的led灯室中，通过图像采集单元拍摄处理后的显色水凝胶图像，并把图像传输到控制面板，由控制面板对图像进行处理生成灰度图，把所得到的灰度值与活性粒子浓度值相匹配得到离散点，对离散点进行拟合得到所需曲线。
12.在本发明一实施例中，所述明胶水凝胶能够改变含水量以模拟不同人体组织。
13.在本发明一实施例中，所述明胶水凝胶可替换为琼脂糖凝胶或其他具有透明特性的模型人体组织。
14.在本发明一实施例中，所述活性粒子显色剂根据活性粒子的种类来选择。
15.在本发明一实施例中，对于h

，其对应的显色剂为甲基橙；对于其对应的显色剂为格里斯试剂；对于o3，其对应的显色剂为靛蓝试剂。
16.在本发明一实施例中，所述活性粒子显色剂选择对应于其他粒子的显色剂，以获取不同活性粒子的空间分布。
17.在本发明一实施例中，所述等离子体发生器的放电形式为沿面介质阻挡放电或等离子体射流。
18.本发明还提供了一种等离子体活性粒子在人体组织空间分布的检测装置，包括：样品盛装装置、等离子体发生器和活性粒子空间分布检测器，其中活性粒子空间分布检测器由led灯室、图像采集单元和控制面板构成；
19.所述等离子体发生器用于产生含有多种活性粒子的冷等离子体；
20.所述led灯室采用不透光的材料制作壳体，并在内壁均匀布置led灯带，提供一个恒定、均匀的背景光环境，以满足图像采集的环境要求；
21.所述图像采集单元固定在活性粒子空间分布检测器前面板上，通过摄像头拍摄处理后的显色水凝胶图像，并将采集结果传输给控制面板；
22.所述控制面板负责控制图像采集单元、接收采集的图像和对图像进行处理生成灰度图并对照灰度-浓度标准曲线，得出活性粒子在模型人体组织空间分布和各个区域的浓度。
23.相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
24.(1)结合等离子体医学应用，直观、便捷地显示大气压冷等离子体活性粒子在人体组织的空间分布；
25.(2)明胶水凝胶制作简单，实验重复性强，可以通过改变明胶含水量来模拟不同人体组织；
26.(3)通过改变掺杂的显色剂以实现对不同活性粒子的定量诊断；
27.(4)装置成本低，便携，操作简单，可以在多种应用场合实现快速精确测量。
附图说明
28.图1是本发明一种等离子体活性粒子在人体组织空间分布的检测装置流程图；
29.图2是活性粒子空间分布检测器的内部结构图；
30.附图标号说明：
31.1—样品盛装装置；2—等离子体发生器；201—高压电极；202—接地电极；3—活性粒子空间分布检测器；301—led灯室；302—图像采集单元；303—控制面板。
具体实施方式
32.下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
33.本发明一种等离子体活性粒子在人体组织空间分布的检测方法，其特征在于，使用明胶水凝胶模拟人体组织，并在其中添加活性粒子显色剂，将制备好的模型人体组织放入样品盛装装置中，置于等离子体发生器下方，经等离子体处理后，将明胶水凝胶放入活性粒子空间分布检测器的led灯室中，通过控制面板控制图像采集单元拍摄处理后的显色水凝胶图像，并传输到控制面板，最后控制面板对图像进行处理生成灰度图，对照灰度-浓度标准曲线，测得活性粒子在模型人体组织空间分布和各个区域的浓度；
34.所述灰度-浓度标准曲线的确定过程如下：分别制作含有不同浓度待测活性粒子的明胶水凝胶，并在制作过程中添加活性粒子显色剂，充分反应后，将显色明胶水凝胶放入活性粒子空间分布检测器的led灯室中，通过图像采集单元拍摄处理后的显色水凝胶图像，并把图像传输到控制面板，由控制面板对图像进行处理生成灰度图，把所得到的灰度值与活性粒子浓度值相匹配得到离散点，对离散点进行拟合得到所需曲线。
35.本发明还提供了一种等离子体活性粒子在人体组织空间分布的检测装置，包括：样品盛装装置、等离子体发生器和活性粒子空间分布检测器，其中活性粒子空间分布检测器由led灯室、图像采集单元和控制面板构成；
36.所述等离子体发生器用于产生含有多种活性粒子的冷等离子体；
37.所述led灯室采用不透光的材料制作壳体，并在内壁均匀布置led灯带，提供一个恒定、均匀的背景光环境，以满足图像采集的环境要求；
38.所述图像采集单元固定在活性粒子空间分布检测器前面板上，通过摄像头拍摄处理后的显色水凝胶图像，并将采集结果传输给控制面板；
39.所述控制面板负责控制图像采集单元、接收采集的图像和对图像进行处理生成灰度图并对照灰度-浓度标准曲线，得出活性粒子在模型人体组织空间分布和各个区域的浓度。
40.以下为本发明具体实施过程。
41.如附图1所示，等离子体活性粒子在模型人体组织空间分布的检测装置主要包括样品盛装装置1、等离子体发生器2、活性粒子空间分布检测器3。样品盛装装置1中盛装添加
了活性粒子显色剂的待处理明胶水凝胶，并固定在等离子体发生器2下方，两者保持一定的距离，使得等离子体产生的活性粒子能够传播到待处理明胶水凝胶中。活性粒子空间分布检测器3由led灯室、图像采集单元和控制面板组成，其内部结构如附图2所示。led灯室采用不透光的材料制作壳体，并在内壁均匀布置led灯带，可以提供一个恒定、均匀的光环境，以满足图像采集的环境要求。图像采集单元固定在检测器前面板上，通过摄像头进行图像采集，并将采集结果传输给控制面板。控制面板接收图像后，对图像进行处理生成灰度图并对照灰度-浓度标准曲线，得出活性粒子在模型人体组织空间分布和各个区域的浓度。
42.本发明产品使用过程
43.以检测活性粒子为例，等离子体活性粒子在模型人体组织空间分布的检测装置的具体工作过程如下：
44.确定灰度-浓度标准曲线：制作含有不同浓度的明胶水凝胶，其中的浓度分别为：5、10、20、50、100、200、500μm，在制作明胶水凝胶过程中往里添加检测的格里斯试剂，接着把制作好的明胶水凝胶装入样品盛装装置1中，待完全反应后，将盛装显色明胶水凝胶的样品盛装装置1放入活性粒子空间分布检测器3的led灯室中，然后通过控制面板控制图像采集单元拍摄处理后的显色水凝胶图像，并把图像传输到控制面板，最后控制面板对图像进行处理生成灰度图，把所得到的灰度值与活性粒子浓度值相匹配得到离散点，最后对离散点进行拟合就可以得到所需的标准曲线。确定其余活性粒子的标准曲线方法类似。
45.制作明胶水凝胶模拟人体组织，并在制作过程中添加格里斯试剂，将制作好的明胶水凝胶装入样品盛装装置1中，并把样品盛装装置1固定在等离子体发生器2下方，启动等离子体发生器2放电3min后，将样品盛装装置1放入活性粒子空间分布检测器3的led灯室中，然后通过控制面板控制图像采集单元拍摄处理后的显色水凝胶图像，并把图像传输到控制面板，最后控制面板对图像进行处理生成灰度图，对照灰度-浓度标准曲线，将图像灰度换算成浓度，最终测得利用等离子体处理3min后在明胶水凝胶模型人体组织中空间分布和各个区域的浓度。
46.以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。