CN114533249A - 一种自适应随动式脉冲消融***和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种自适应随动式脉冲消融***，包括：电源***、隔离变压器、高压电源、储能***、脉冲产生***、脉冲监测***、脉冲切换***、电极***、控制***、隔离***、采集***、定位***、随动***、上位机***、云平台。本发明采用云平台及人工智能算法对每一个治疗过程提供最优的治疗参数范围，并在治疗过程中实时对脉冲(群)参数进行自适应调节，使得生物组织的抖动程度和温升情况都在阈值范围内，降低电极和治疗部位的相对位移和相对旋转，达到最优的治疗效果和最小的副作用；同时，自适应随动式脉冲消融***和方法可以降低肿瘤部位生物组织各向异性的影响，使得脉冲消融更加均匀，消融效果更好。
Description
技术领域
本发明涉及医疗设备领域，特别是涉及一种自适应随动式脉冲消融***和方法。
背景技术
脉冲消融在近年来受到了广泛的关注，其相对于传统的消融方法，具有治疗时间短、治疗方便、后遗症小、可以保留血管和神经等优点。
在如今的脉冲消融***中，多采用单极性的脉冲，但是该脉冲电压基本都超过了肌肉收缩的阈值电压，所以会引起肌肉的收缩进而导致电极移位，为消融带来不利影响；尤其是其作用于心脏附近时，会引发心脏收缩的紊乱，造成危险的后果。
可以采用注射肌肉松弛剂等方法来降低肌肉的收缩和抖动，但是采用肌肉松弛剂需要增加额外的设备来维持治疗对象的呼吸，使得治疗难度加大。
针对单极性脉冲消融容易引起肌肉收缩和抖动的情况，研究人员提出了一种双极性脉冲消融***，在双极性脉冲消融***中，采用正脉冲能量、负脉冲能量相等的脉冲作用于生物组织，其在一定程度上可以降低肌肉的收缩和抖动。
但是对于生物组织而言，其参数往往是各向异性的，相同的电压、电流、电场、磁场在各向异性的生物组织所产生的效果是不一样的；这表明同样强度的脉冲会引起心脏和肌肉的收缩强度不同，所以即使是强度相同的正脉冲、负脉冲也不能完全抵消，同样会引起肌肉的收缩和抖动。
进一步的，在消融过程中生物组织的参数是不断变化的，而现有的消融***均预先设定消融脉冲和/或脉冲群的个数，这在消融后期会和实际的消融进度产生较大的偏差，从而使得治疗达不到预期效果或者产生过度治疗。
如何最大程度地降低肌肉收缩造成的抖动和位移对于脉冲消融的影响，以达到最佳的脉冲消融效果和最小的副作用是亟需解决的问题。本发明提出的自适应随动式脉冲消融***和方法针对当前存在的问题，采用运行在云平台和本地的人工智能算法，针对每次治疗计算最优的初始化参数范围，同时在脉冲施加过程中采集治疗对象生物组织状态并通过人工智能算法实时调节消融脉冲参数以达到最优的消融效果和最小的副作用；采集并预测治疗对象生物组织的位移和旋转信息，并控制电极跟随生物组织移动，降低电极和生物组织的相对位移，最大程度的提高治疗效果并降低额外损伤。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种自适应随动式脉冲消融***和方法。
在此***和方法中，预先通过云平台的人工智能算法计算消融脉冲的参数范围，自适应随动式脉冲消融***实时采集治疗对象在消融过程中的心电图信号、抖动信号、生物组织的温度情况、生物组织的温升情况、位置信息和角度信息等数据，通过这些数据对脉冲参数和电极的位置进行灵活的实时调节，从而达到最佳的治疗效果和最小的副作用。
为了达到上述目的，本发明所述自适应随动式脉冲消融***采用如下的技术方案实现：
在该自适应随动式脉冲消融***中，主要包括电源***、隔离变压器、高压电源、储能***、脉冲产生***、脉冲监测***、脉冲切换***、电极***、控制***、隔离***、采集***、定位***、随动***、上位机***、云平台构成。
此套自适应随动式脉冲消融***中的脉冲产生***可以产生幅值、频率、脉宽、周期、间隔、个数、上升时间、下降时间、正极性、负极性可调的脉冲和/或脉冲群，脉冲的幅值在1伏特至1兆伏特之间，频率在1毫赫兹至1吉赫兹之间，脉宽在1纳秒至1000秒之间，周期在1纳秒至1000秒之间，间隔在1纳秒至10000秒之间，个数在1至1000000000个之间。该脉冲产生***既可以产生单极性脉冲，也可以产生双极性脉冲，并且其单极性、双极性脉冲的组合方式、幅值、脉宽、周期、间隔、个数、上升时间和下降时间等参数都可以在运行过程中进行灵活地调节。
进一步的，电源***用于给该自适应随动式脉冲消融***的上位机***直接提供能量，并通过隔离变压器给控制***、隔离***和高压电源以及给后续的其他***提供能量。
进一步的，隔离变压器给高压电源、储能***、脉冲产生***、脉冲监测***、脉冲切换***、电极***、采集***、定位***、随动***供电，使得它们从电网的电位中脱离出来，可以有效地保障治疗对象、操作人员和自适应随动式脉冲消融***的安全。
进一步的，高压电源用于提供脉冲产生***所需要的高压电压和电流，其所产生的高压电压大于等于脉冲产生***需要的最大电压，其电流大于等于最大负荷时所需的充电电流。
进一步的，储能***用于存储高压电源输出的能量，然后把较长时间存储起来的能量通过脉冲产生***在较短的时间内释放出来从而形成脉冲电压、脉冲电流、脉冲电场、脉冲磁场中的一种或多种。储能***含有充电电阻、充电开关，储能元件，充电测量电路，储能放电开关，储能放电电阻，储能供电开关，充电开关和储能供电开关采用常开式开关，储能放电开关采用常闭式开关。在自适应随动式脉冲消融***上电后，但控制***没有给储能***控制信号时，此时充电开关和储能供电开关是断开的，储能放电开关是闭合的，从而保证此时不会有能量存储到储能元件上且不会给脉冲产生***提供能量。当接收对应的控制信号后，断开储能放电开关并闭合充电开关，高压电源通过充电电阻给储能元件进行充电；当充电测量电路测得储能元件上的电压达到了设定值后，闭合储能供电开关从而给脉冲产生***供电；当发送紧急情况或者装置断电后，充电开关和储能供电开关断开，储能放电开关闭合，储能元件上的能量通过储能放电电阻进行释放，确保治疗对象、操作人员和自适应随动式脉冲消融***的安全。
进一步的，脉冲产生***用于将高压电源的高压电压进行变压，斩波等处理形成输出极性、幅值、脉宽、周期、间隔、上升时间和下降时间可调的脉冲。该脉冲产生***可以在运行过程中实时接收控制***的控制参数并进行实时响应，能够满足自适应随动式脉冲消融***的需求。脉冲产生***的脉冲产生电路采用桥式电路构成，每个桥臂含有开关器件和对应的驱动电路。开关器件采用半导体元器件、磁开关、火花开关中的一种或多种进行串、并联构成。脉冲产生***还包括脉冲放电开关、脉冲放电电阻和脉冲供电开关。脉冲放电开关宜采用常闭式开关，脉冲供电开关宜采用常开式开关。当需要将产生脉冲时，断开脉冲放电开关并闭合脉冲供电开关，然后给驱动电路对应的控制信号，将脉冲传递到后续电路和***中；在遇到紧急情况或者需要停止脉冲时，则断开脉冲供电开关并闭合脉冲放电开关，从而将脉冲产生***中的能量通过脉冲放电电阻进行释放，保证治疗对象、操作人员和自适应随动式脉冲消融***的安全。
进一步的，脉冲监测***用于监测输出脉冲的参数，主要包括脉冲电压、脉冲电流、脉冲电场、脉冲磁场中的一种或多种的波形、幅值、相位、脉宽、间隔、周期、上升时间、下降时间、场强等参数。对于脉冲电压监测而言，一般采用分压电路或者示波器探头进行监测；对于脉冲电流而言，一般采用罗式线圈或者串联到电路中的高精度电阻将脉冲电流转换为脉冲电压后进行监测。通过对监测得到的脉冲电压和脉冲电流进行计算，可以判断设备的状态是否正常以及是否达到预定的治疗效果。
进一步的，脉冲切换***用于连接脉冲监测***和电极***，其可以将脉冲产生***输出的脉冲分配到电极***中的不同的电极上，以达到在治疗时快速灵活地切换不同的电极，从而满足不同大小、形状、部位和性质的生物组织。
进一步的，电极***包含多个电极，其在治疗过程中通过脉冲切换***将脉冲输出到不同的电极上，使得脉冲输出至治疗对象不同的生物组织或者通过多个电极达到扩大脉冲消融区域和使得脉冲消融更加均匀的效果。
进一步的，采集***由心电图模块、抖动采集模块、光纤测温传感器、红外测温传感器等设备组成。心电图模块用于测量治疗对象心跳信号以便在其不应期施加脉冲，抖动采集模块用于测量生物组织在治疗过程中的抖动程度，光纤测温传感器和红外传感器用于测量治疗过程中生物组织的温度和/或温升情况，其中红外传感器主要用于测量体表附近的温度和/或温升情况，光纤测温传感器用于测量位于体内的温度和/或温升情况。
进一步的，定位***包括图像采集模块，除图像采集模块外，还包括景深模块、三维扫描模块、加速度模块、速度模块、标志物中的一种或多种；当存在标志物时将其设置在生物组织上，这样可以便捷地获取生物组织的位置信息；当没有标志物时，也可以通过图像识别的方法获取生物组织上的特征点作为参考点。速度模块获取生物组织的速度，加速度模块获取生物组织的加速度；景深模块和三维扫描模块用于协助图像采集模块获取生物组织的位置信息。定位***将这些信息传输给控制***，经预测得到生物组织下一时刻将要移动到的位置和旋转的角度，并通过随动***控制电极***移动和/或旋转到对应位置和/或角度以降低和生物组织相对位移和/或相对旋转。
进一步的，随动***主要由多自由度机械臂、夹持装置构成。夹持装置用于夹持电极***和电极***的电极，机械臂根据定位***提供的数据，在控制***的运算和预测后，控制电极***和电极跟随生物组织移动和旋转，使得电极相对于生物组织的相对位移和相对旋转角度最小。
进一步的，控制***的主芯片由现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray,FPGA)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device,CPLD)、微控制器(MicroController Unit,MCU)、数字信号处理器(Digital Signal Processer,DSP)、ARM、片上***(System On Chip,SoC)、中央处理器(Central Processing Unit,CPU)、图像处理器(Graphics Processing Unit,GPU)、STM32、GD32、单片机等芯片构成，其还包括必要的电源管理芯片、数模转换芯片、模数转换芯片、通讯芯片、只读存储器、随机存储器和超级电容等构成。
进一步的，控制***用于接收上位机***的控制命令以控制包括但不限于电源***、高压电源、储能***、脉冲产生***、脉冲监测***、脉冲切换***、电极***、采集***、定位***、随动***；采集包括但不限于脉冲监测***的脉冲电压、脉冲电流、脉冲电场、脉冲磁场的波形、幅值、相位、脉宽、周期、间隔、场强数据，采集***的心电图信号、抖动信息、温度信息、温升信息，定位***的位置信息、角度信息，高压电源的输入和输出信息、储能***的各个开关的状态和储能元件的状态等信息，脉冲产生***的各个开关状态等信息；并和上位机***进行通讯然后将数据传输给上位机***用于计算、存储、展示、转发等用途。当自适应随动式脉冲消融***因意外断电时，超级电容上的能量足以保证整个***的正常关闭以及自适应随动式脉冲消融***中存储能量的安全释放。
进一步的，上位机***用于输入治疗对象的信息，包括基本信息和治疗对象治疗部位的信息，然后传输到云平台，云平台通过人工智能算法根据过去的治疗对象状况、治疗参数、治疗效果和术后反馈生成相应的治疗参数范围，治疗参数范围包括脉冲形式，脉冲幅值范围、脉冲个数范围、脉宽范围、脉冲延迟范围、脉冲周期范围、上升时间范围和下降时间范围等数据。医护人员或者操作人员可以采用云平台提供的参数，也可以在此参数上进行调整，待设置好这些参数后，然后通过隔离***下发给控制***。上位机***还负责接收控制***提供的数据并进行计算、存储、展示、转发。
进一步的，隔离***用于将高压部分和低压部分进行隔离，确保高压部分不会干扰到低压部分和控制***，从而确保治疗对象、操作人员和自适应随动式脉冲消融***的安全。
进一步的，自适应随动式脉冲消融方法，主要包括：在脉冲输出过程中实时且自适应地调节正脉冲能量和负脉冲能量的比值，使得生物组织抖动程度在阈值范围内；在脉冲输出过程中实时且自适应地等比例调节正脉冲能量和负脉冲能量和/或脉冲的输出速度，使得生物组织的温升控制在阈值范围内；在治疗过程中，通过随动***实时调节电极的位置和角度，降低电极***中的电极相对于生物组织的位移至阈值范围内；通过采集到施加到生物组织的脉冲电压、脉冲电流、脉冲磁场、脉冲电场中的一种或多种的波形、幅值、相位、脉宽、周期、间隔、场强中的一种或多种参数，通过人工智能算法计算生物组织的阻抗、容抗、感抗中的一种或多种参数是否满足结束治疗条件；当满足结束治疗条件时结束脉冲的输出，或者在任意时刻由操作人员决定是否结束脉冲输出。
进一步的，调节正脉冲能量和负脉冲能量的比值的方法是：在每一个脉冲(群)施加过程中和/或脉冲(群)施加后的特定时长内采集生物组织的抖动的加速度信息和/或抖动的位移信息，计算加速度信息和/或位移信息的幅值和/或平均值作为生物组织抖动的评价参数；通过调节脉冲的脉宽、幅值、上升时间、下降时间中的一种或多种参数以改变正脉冲能量和/或负脉冲能量；在初始时刻，施加能量相等的正脉冲(群)和负脉冲(群)，并记录抖动程度，若抖动程度大于设定阈值，则改变正脉冲能量和负脉冲能量的比值，并判断抖动程度是否降低，若降低则说明调节方向正确，继续沿此方向调节直至满足阈值要求；若抖动程度没有降低，则说明应按照反方向调节正脉冲能量和负脉冲能量的比值；一直按照此方式调节正脉冲能量和负脉冲能量的比值，直至抖动程度降低到阈值范围内。
进一步的，等比例调节正脉冲能量和负脉冲能量和/或脉冲的输出速度的方法是：采集脉冲施加过程中生物组织的温度和/或温升是否在设置的阈值范围内，若在阈值范围内，则维持当前的正脉冲能量与负脉冲能量和/或其输出速度；若温度和/或温升超出了设定的阈值，则在保持正脉冲能量和负脉冲能量比值不变的情况下，等比例降低正脉冲能量和负脉冲能量的值和/或降低正脉冲和负脉冲的输出速度，控制生物组织的温度和/或温升在阈值范围内。
进一步的，调节电极的位置和角度方法是：通过位移传感器、图像识别、三维扫描中的一种或多种设备和/或方法，获取生物组织当前的位置和/或角度信息和/或结合采集***中的抖动信息计算和/或预测生物组织的位移信息和/或旋转信息；然后驱动随动***控制电极***按照预测位置移动和/或旋转；并根据预测结果和生物组织的实际移动和/或旋转结果的差异修正预测算法及其参数，使得预测结果达到最优。
进一步的，预测tn时刻生物组织将要移动到的位置Pn的坐标可采用如下公式计算：
在公式中，下标n应满足公式后标注的约束条件，Pn-1、Pn-2、Pn-3分别为tn-1、tn-2、tn-3时刻的生物组织的位置的坐标，v为速度模块测量得到的速度，a为加速度模块测量得到的加速度，△t为两个采样时刻的时间间隔。通过速度模块和/或加速度模块采集生物组织的速度和/或加速度时，其时间间隔△t可以不相等。在无速度模块和加速度模块时，通过图像等间隔采样来计算时，时间间隔△t是相等的；在无速度模块和加速度模块时，通过图像采样来计算时，若其时间间隔不相等，则也可以通过归一化处理后进行计算。
该公式可以运用在一维运动、二维运动、三维运动中，当运用到二维运动和三维运动中时，可以根据实际情况分别按照x、y、z方向计算对应的方向的位置坐标，然后进行矢量运算即可；或者通过坐标变换到其他坐标系，然后按照对应的运算规则运算即可，此处不再一一赘述。
进一步的，当通过上述公式预测得到生物组织的二维位置和三维位置后，可以预测tn时刻生物组织的旋转角度。
进行生物组织二维旋转角度预测时，首先预测生物组织上两个不重合的点的位置，然后通过预测得到的两个点的位置计算这两点构成直线的法向量，该法向量和上一个时刻的这两个点构成直线的法向量的夹角即是生物组织在二维平面中的旋转角度。
进行生物组织三维旋转角度预测时，首先预测生物组织上三个不在一条直线上的点的位置，然后通过预测得到的三个点的位置计算这三点构成的平面的法向量，该法向量和上一个时刻的这三点构成的平面的法向量的夹角即是生物组织在三维平面中的旋转角度。
当预测得到生物组织的位置和旋转角度后，就可以通过机械臂控制电极***和电极跟随生物组织移动，从而降低电极相对于生物组织的相对位移和角度差，降低消融时对正常组织的影响。
综上所述，与现有技术相比，本发明具有如下的优点：
1、采用云平台及人工智能算法对每一个治疗过程提供最优的治疗参数范围，并在治疗过程中实时对脉冲参数进行自适应调节，使得生物组织的抖动程度和温升情况都在阈值范围内，达到最优的治疗效果和最小的副作用；同时，自适应随动式脉冲消融***和方法可以降低肿瘤部位生物组织各向异性的影响，使得脉冲消融更加均匀，消融效果更好。
2、采用自适应调节算法，预测生物组织即将移动的位置和角度，并在随动***的控制下使得电极***和电极跟随生物组织移动和旋转，降低电极和生物组织的相对位移和角度，使得脉冲施加位置更加准确，最大化的降低对正常组织的影响。
3、设置电极阵列，对于大体积和不规则形状的生物组织的消融更加方便灵活。
4、合理地采用常开式开关、常闭式开关及能量释放电路等硬件级的安全保护***，可以有效地保证治疗对象、操作人员和自适应随动式脉冲消融***的安全。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明的自适应随动式脉冲消融***结构框图。
图2是本发明的自适应随动式脉冲消融***中的随动***示意图。
图3是本发明的随动***在人工智能算法的预测下跟随生物组织移动和旋转的流程图。
图4是本发明的预测一个二维空间上的线段平移及旋转角度的方法示意图。
图5是本发明的预测一个三维空间上的平面平移及旋转角度的方法示意图。
图6是本发明自适应调节脉冲参数的流程图。
图7是通过改变脉冲的脉宽来调节正脉冲能量和/或负脉冲能量的方法示意图。
图8是通过改变脉冲的幅值来调节正脉冲能量和/或负脉冲能量的方法示意图。
图9是通过改变脉冲的脉宽和/或幅值来调节正脉冲能量和/或负脉冲能量的方法示意图。
图10是通过改变脉冲的上升时间和/或下降时间来调节正脉冲能量和/或负脉冲能量的方法示意图。
图11是本发明的调节正脉冲能量和/或负脉冲能量比值的示意图。
图12是本发明的电源***、隔离变压器和高压电源的连接示意图。
图13是本发明的储能***示意图。
图14是本发明的脉冲产生***示意图。
图15是本发明的脉冲监测***示意图。
图16是本发明的脉冲切换***示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明提供一种自适应随动式脉冲消融***，该***可以作用于生物组织中，进行脉冲消融。如图1所示，包括电源***、隔离变压器、高压电源、储能***、脉冲产生***、脉冲监测***、脉冲切换***、电极***、随动***、采集***、定位***、控制***、隔离***、上位机***和云平台。其中电源***直接给上位机***供电，并通过隔离变压器给后续的其他***供电。高压电源接在隔离变压器的另一侧，将交流电转换为高压直流电，该高压直流电接入到储能***中。储能***存储高压电源的能量并为脉冲产生***提供能量，脉冲产生***产生的脉冲通过脉冲监测***监测脉冲电压和电流的各项数据反馈给控制***。脉冲切换***对输出脉冲的进行切换，以输出到电极***的不同的电极并作用于治疗对象。采集***采集生物组织的治疗对象的心电图信号、抖动信息、温升情况和位移情况并传递给控制***以供使用。定位***获取生物组织的位置、速度、加速度等信息。随动***在控制***的控制下使得电极***跟随治疗对象移动。隔离***隔绝***中的高电压和控制电压，确保治疗对象、操作人员和自适应随动式脉冲消融***的安全。上位机***用于接收操作人员的输入，将数据传递到云平台，以及给控制***提供控制信号。该自适应随动式脉冲消融***可以灵活地调节脉冲的能量以及脉冲的正脉冲能量和负脉冲能量的比值并控制电极***自动跟随生物组织的移动，能够实现最佳的脉冲消融效果和最低的副作用。
自适应随动式脉冲消融***中的随动***如图2所示，随动***包括多自由度机械臂和夹持装置；所述夹持装置安装在所述多自由度机械臂上，并夹持着所述电极***；所述多自由度机械臂接收所述控制***的控制信号实时调节电极的位置和角度，降低所述电极***中的电极相对于生物组织的位移至阈值范围内；从而使随动***在控制***的控制下使得电极***跟随治疗对象移动。
随动***在人工智能算法的预测下跟随生物组织移动和旋转步骤如图3所示：
S100，开始；
S200，定位***采集治疗对象治疗部位标志物位置信息；
S300，采用AI***预测治疗对象治疗的运行轨迹；
S400，驱动随动***，使得电极针跟随预测结果移动；
S500，判断其他***、模块是否发出治疗停止的信号，若是，执行步骤S800；若否，则执行下一步骤；
S600，判断上一轮AI预测结果和实际结果误差是否小于阈值，若是，执行步骤S200；若否，则执行下一步骤；
S700，调整AI预测***参数进行下一轮预测，然后执行步骤S200；
S800，结束。
第一实施方式
首先由医护人员或者操作人员收集治疗对象的资料包括但不限于治疗对象的性别、年龄、耐受能力，并记录该治疗对象治疗部位的形状、大小、位置和类型，然后通过上位机***输入这些信息，上位机***在接收到这些信息后，将数据传输至云平台，云平台采用人工智能算法结合过去的治疗对象状况、治疗参数、治疗效果和术后反馈给出此次治疗的最优参数范围，然后将此参数范围传递给上位机***，医护人员或者操作人员可以根据此次治疗的实际情况对参数进行调整。
在医护人员或操作人员检查或调整完参数后，则***会进行正式治疗前的自检，主要包括高压电源的检测，储能***的检测，脉冲产生***的检测、脉冲切换电路的检测、随动***的检测等，这些检测都没有问题后提示操作人员可以将电极***治疗对象治疗部位进行治疗。
由医护人员或操作人员按照计算的电极间距和位置在核磁共振、超声或者CT等设备的引导下将电极***生物组织。
电极***生物组织后，首先通过脉冲产生***产生一个幅值较低(约数十伏)的脉冲电压，然后测量脉冲电压和脉冲电流的波形，比对脉冲电压和脉冲电流的幅值和波形等数据是否在预期范围内。若脉冲电流幅值过大，则说明电极距离过近或者存在短路的情况；若脉冲电流过小，则说明可能存在电极的绝缘层没有设置到合适的长度、或者电极没有插好甚至断路的情况。无论是何种异常情况，都提示医护人员进行检查，待检查完成之后再重新进行操作。
采集***采集治疗对象的心电图信号，治疗对象的抖动信息、生物组织的温度(温升)、生物组织的红外图像；定位***获取生物组织位置、速度、加速度等信息；这些信息通过隔离***输入到控制***，控制***收到这些信息后，用于计算脉冲输出的时刻、脉冲输出参数和控制随动***进行移动和旋转。
为了最大程度降低脉冲对生物组织抖动程度和治疗对象心跳信号的影响，需要在心电图信号后的不应期内输出脉冲，从而从总体上降低生物组织抖动程度。但即使在心电信号的不应期内施加脉冲，也只能在一定程度上降低脉冲对肌肉收缩和心跳信号的影响，当需要进一步降低脉冲的影响时，还需要通过对脉冲参数进行自适应调节的手段来实现。
以控制生物组织的抖动程度最小为调节目标，可以根据生物组织的抖动程度作为输入参数，以正脉冲能量和负脉冲能量的比值作为调节参数；以控制生物组织的温升为调节目标，可以根据红外测温***或者光纤测温***测量得到的温度和/或温升作为输入参数，以正脉冲能量与负脉冲能量的和、脉冲的输出速度中的一种或者多种作为调节参数。
在接收到心跳心电图信号的不应期内，控制脉冲产生***施加一个能量相等的正极性脉冲(群)、负极性脉冲(群)，记录此时生物组织的抖动程度；然后再施加一个正脉冲强度大于负脉冲强度的脉冲群，记录此时生物组织的抖动程度。若第二个脉冲群输出后生物组织的抖动程度大于第一个脉冲群后的抖动程度，则说明调节方向错误，需要施加一个正脉冲能量小于负脉冲能量的脉冲(群)，待施加这个脉冲群后，然后记录此时生物组织的抖动程度，若生物组织的抖动程度减小，则说明调节方向正确，然后继续按照这个方向调节，直到生物组织的抖动程度小于设定的阈值。反之，则应该在第二个脉冲群和第三个脉冲群之间的某个参数，以此类推。
采集生物组织的抖动程度，然后通过调节正脉冲能量和/或负脉冲能量的比例，可以使得生物组织的抖动得到降低。但生物组织因为抖动而产生的移动经过累积之后会产生较大位移和/或旋转，如果此时电极针不跟随生物组织移动和旋转，就容易导致电极移位，使得治疗效果变差甚至对正常组织造成损伤。所以需要利用定位***获取生物组织在三维空间中的位移和旋转情况，并通过人工智能算法预测生物组织即将移动到的位置和旋转的旋转，然后驱动由随动***夹持的电极跟随生物组织的移动和/或旋转。优选的，定位***包括由图像采集模块、景深模块、三维扫描模块、加速度模块、速度模块、标志物等构成。然后将获得的这些数据传输给控制***以预测生物组织的平移信息和旋转信息。
下面结合附图4来阐述预测生物组织在二维空间内的位移和旋转的方法：
在t1时刻通过图像采集模块等设备采集到生物组织上A点位于空间中的A1位置，A1的坐标为(xA1,yA1)，生物组织上B点位于空间中的B1位置，B1的坐标为(xB1,yB1)。若有速度模块和加速度模块，则通过下面的公式预测A点在t2时刻移动后的位置A2(xA2,yA2)：
xA2＝xA1+vx△t+0.5ax△t2
yA2＝yA1+vy△t+0.5ay△t2
式中，vx为速度模块采集到的速度v在x轴方向的分量，ax为加速度模块采集得到的加速度a在x轴方向的分量；vy为速度模块采集到的速度v在y轴方向的分量，ay为加速度模块采集得到的加速度a在v轴方向的分量。
同理，预测B点在t2时刻移动后的位置B2的坐标为(xB2,yB2)，如下面的公式所示：
xB2＝xB1+vx△t+0.5ax△t2
yB2＝yB1+vy△t+0.5ay△t2
在预测得到两点在t2时刻的坐标后，则可以采用生物组织上两点A1、B1构成的线段上的一点W1点的坐标(λxA1+(1-λ)xB1,λyA1+(1-λ)yB1)和移动后W2点坐标(λxA2+(1-λ)xB2,λyA2+(1-λ)yB2)，其中0≤λ≤1，来代表生物组织上的整***移情况。即用W2点坐标减去W1点的坐标表示该生物组织的整体的位移情况。在上面的表达式中的λ一般取0.5，但是因为生物组织的各向异性，也可以采用其他值进行计算，在运行过程中，可以通过人工智能算法根据预测结果和下一时刻的实际值之间的偏差来修正该系数λ；当λ为0或者1时，则表示用B点或者A点代表生物组织的整体的位移情况，这在一些特殊情况下也是可以的。
下面来阐述如何通过预测得到的坐标和过位移情况来预测生物组织的旋转情况。
移动前的生物组织上所述的两点A1、B1的连线的方向向量为(xB1-xA1,yB1-yA1)，则其法向量为
同理，移动后的生物组织上的这两点A2、B2的连线的方向向量为(xB2-xA2,yB2-yA2)，法向量为
则移动前、移动后两法向量的旋转角度θ可以表示为如下的公式：
在公式中，分子
表示向量
向量
的数量积，分母
表示向量
的模、向量
的模的乘积。
针对只有一个点的情况，则可以通过上述步骤预测生物组织的位移情况。
上面的实施例是在有速度模块和加速度模块的情况下通过生物组织的两个点来预测生物组织的位移情况和/或旋转情况，下面来阐述在没有速度模块和加速度模块的情况下，通过生物组织上的三个点来预测生物组织在三维空间的位移情况和/或旋转情况。
如图5所示，平面S1为t1时刻在生物组织上的三个不在同一直线上的点C1(xC1,yC1,zC1)、D1(xD1,yD1,zD1)、E1(xE1,yE1,zE1)构成的平面，
为S1平面的法向量；平面S2为经过△t时长后的t2时刻上述C1，D1，E1点移动到不在一条直线上的三个点C2(xC2,yC2,zC2)，D2(xD2,yD2,zD2)，E2(xE2,yE2,zE2)后构成的平面，
为S2平面的法向量；平面S3为经过△t时长后的t3上述三点移动到不在一条直线上的三个点C3(xC3,yC3,zC3)，D3(xD3,yD3,zD3)，E3(xE3,yE3,zE3)后构成的平面，
为S3平面的法向量。
由经过△t时长后的t4时刻上述三点移动到不在一条直线上的三个点C4，D4，E4后构成的平面S4，则预测t4时刻C4点的坐标为(xC4,yC4,zC4)，可以采用如下的公式进行计算：
同理，在t4时刻，预测D4和E4的坐标也可以采用上述方法计算得到为(xD4,yD4,zD4)、(xE4,yE4,zE4)，此处不再赘述。
t3时刻C3，D3，E3构成的平面S3的法向量
为：
式中
分别为x、y、z方向的单位向量。
当预测得到的t4时刻的C4、D4、E4的坐标(xC4,yC4,zC4)、(xD4,yD4,zD4)、(xE4,yE4,zE4)后，则可以计算得到t4时刻平面S4的法向量
为：
根据预测的这两点的方向向量来表示其旋转角度θt43可以采用如下公式计算：
在公式中，分子
表示向量
向量
的数量积，分母
表示向量
的模、向量
的模的乘积。
除此外，还可以将三维向量投影到坐标轴平面xy、yz、zx平面，然后分别计算各个坐标轴平面上对应的向量的旋转角度。除了映射到平面坐标外，还可以变换到其他坐标系，此处不再一一赘述。
预测生物组织的整***移情况，可以根据S4和S3平面上的三个点构成的三角形的重心来进行计算。在实际情况中，因为生物组织的各向异性，每个点的位移和旋转情况也不尽相同，可以对三个点的赋予不同的权重进行计算，权重系数可以采用人工智能算法根据预测结果和实际结果进行修正。
在上面的阐述中，是将生物组织上的两个点、三个点作为一个整体来进行考虑的，同时也可以采用生物组织上的多个点进行综合预测，甚至将多个点独立进行预测并用于控制多个机械臂来移动和旋转多个电极，使得电极***和电极相对于生物组织的相对位移和相对旋转达到最小。这些都应在本发明的保护范围内，此处不再一一赘述。
在上面的阐述中，描述了同时有速度传感器和加速度传感器，或者同时没有速度传感器和加速度传感器的情况，但是本领域技术人员可以据此得出有一个速度传感器或者加速度传感器的情况下的预测方法，这些都应在本发明的保护范围内，此处不再一一赘述。
当生物组织的抖动程度稳定在设定的阈值范围内后或者在控制生物组织的抖动程度稳定在设定的阈值范围内的过程中，需要检测生物组织温升是否也在阈值范围内，若温度超过了设定的阈值范围，则同比例降低正脉冲能量和负脉冲能量和/或降低脉冲(群)的输出速度，以使得温升在阈值范围内。
随着脉冲消融的进行，肿瘤部位的电参数也随之改变，通过实时采集得到的脉冲电压和脉冲电流，计算消融部位阻抗的变化，当阻抗小于设定值之后，表明脉冲消融完成，可以停止脉冲输出停止治疗，也可以在达到指定的脉冲个数后停止治疗。
实施方式一介绍了本发明的自适应调节脉冲参数和随动的方法。下面是本发明的第二实施方式。
如图12所示，本发明中电源***采用的供电范围为100-240V～50/60Hz，其可以适用于世界上绝大部分国家和地区。在电源***中，包含有保险丝、开关、滤波器和接地***。其中保险丝的参数选择应根据供电的电压和负荷大小进行选择，开关用于控制是否给自适应随动式脉冲消融***供电，滤波器用于过滤掉电源中的谐波。
本发明中的隔离变压器用于将电源***和脉冲产生部分的供电隔离开。其首先需要满足隔离耐压强度大于输出的最大脉冲电压的幅值，并满足在最大的负荷情况下的功率要求。
高压电源用于输出高压直流，其应具有保护功能和远程控制功能，且输出的电压和电流大小应满足脉冲产生***的要求。针对常规消融用途的高压电源，其输出电压范围可以为0～10kV，输出电流范围为0～100mA。高压电源采用Modbus协议进行控制，输出电压最大值为10kV的高压电源的调节精度为1V。
如图13所示，储能***中包括充电电阻、充电开关、储能元件、充电测量电路、储能放电开关、储能放电电阻和储能供电开关。充电开关和储能供电开关宜选用常开式开关，储能放电开关宜选用常闭式开关。对于充电开关、储能放电开关、储能供电开关，它们的耐压均应大于高压电源的最大输出电压和脉冲产生电路的最大电压。对于充电开关，其通流能力应大于最大的充电电流；对于放电开关，其通流能力应大于***最大的放电电流；对于供电开关，其通流能力应大于***的最大脉冲电流。
储能元件是储能***中的核心元件，其可以由电容、电感、电阻中的一种或多种元件构成。优选电容组成储能元件，可以是单个电容构成，也可以是多个电容进行串、并联构成。储能元件需满足在产生最大脉宽、最大电压幅值以及最小的阻抗时，使得脉冲的压降小于设定的百分值。一般而言，脉冲的施加是跟随心脏的心电图信号的，而对于人体而言，心跳可以取1秒/次，在1秒时间内的所有正脉冲与负脉冲的脉宽和可以按照1毫秒计算，即等效脉宽取1毫秒，因为脉冲输出时间远小于心跳间隔时间，所以可以不用考虑高压电源在此时间段内给储能电容充电的影响，生物组织的阻抗一般为100欧姆，压降一般要求小于电压幅值的5％，在此压降情况下，则可以用公式：储能电容容量>(一个循环周期内的脉冲脉宽或等效脉冲脉宽×电压)÷(压降×阻抗)近似计算所需储能电容容量，计算得到储能电容容量需大于200微法，考虑到一定的裕度，储能电容容量可以取300微法。
如图14所示，脉冲产生***由脉冲产生电路、脉冲放电开关、脉冲放电电阻、脉冲供电开关构成。脉冲放电电阻和脉冲放电开关串联，然后并联在桥式电路的输出端，脉冲供电开关串联到放电回路中。桥式电路的每个桥臂上的开关器件可以采用半导体元器件、磁开关、火花开关等开关或者它们的串、并联组合构成。桥式电路有4组开关器件S1、S2、S3、S4和它们的驱动电路驱动1、驱动2、驱动3、驱动4。当驱动电路接收到控制***的控制信号后，驱动对应开关导通或者断开。当S1和S4导通时，脉冲输出正脉冲(脉冲输出A端相对于脉冲输出B端)；当S2和S3导通时，输出负脉冲(脉冲输出A端相对于脉冲输出B端)。在需要给生物组织提供脉冲时，将脉冲供电开关闭合，并断开脉冲放电开关。当需要临时停止给生物组织提供脉冲时，断开脉冲供电开关。当遇到紧急情况下，断开脉冲供电开关并且闭合脉冲放电开关，则脉冲产生***中的能量将通过脉冲放电电阻进行释放从而保证治疗对象、操作人员和自适应随动式脉冲消融***的安全。脉冲产生***的脉冲输出端通过导线连接到脉冲监测***。
如图15所示，脉冲监测***用于监测输出脉冲电压、脉冲电流的幅值、相位、脉宽、周期、间隔和波形等参数。输出脉冲电压可采用示波器探头或者分压器等对输出脉冲进行降压之后监测；输出脉冲电流可采用将脉冲电压通过一个小阻值的高精密电阻或者通过罗氏线圈进行测量。一般优选的方案为采用示波器探头和罗氏线圈进行测量。采用示波器探头需首先满足其最大测量电压大于脉冲产生***提供的最大脉冲电压的幅值，并且满足其带宽大于脉冲的带宽。采用罗氏线圈首先需满足其最大测量电流需大于脉冲产生***提供的最大脉冲电流的幅值，并且满足其带宽需大于脉冲的带宽。
如图16所示，脉冲切换***一般采用半导体开关器件或者继电器构成。选用半导体开关器件时，每一个切换单元可能需要多个半导体开关器件串、并联组合而成；选用继电器电路结构相对简单，一般优先采用继电器。选用继电器的耐压值需大于等于最大脉冲电压的幅值，继电器的通流能力需大于等于最大脉冲电流的幅值。脉冲切换***中的继电器个数一般为偶数，在本实施例中取8个单刀双掷继电器和输出控制继电器构成，将继电器K1、K3、K5、K7的常闭触点连接到脉冲监测***输出A端，常开触点连接到脉冲监测***输出B端；将继电器K2、K4、K6、K8的常闭触点连接到脉冲监测***输出B端，常开触点连接到脉冲监测***输出A端；继电器K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8的公共端连接到输出控制继电器KO1、KO2、KO3、KO4、KO5、KO6、KO7、KO8的一端，输出控制继电器KO1、KO2、KO3、KO4、KO5、KO6、KO7、KO8的另一端连接到输出端口P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8上。输出端口用于和电极***中的电极进行连接，输出端口采用航空插头、快拆插头或者普通插头等构成。在这种连接方式下，在继电器的控制线圈没有给电的情况下，输出端口P1、P3、P5、P7和P2、P4、P6、P8之间没有脉冲输出，可以有效地降低误操作的可能性。如果要进行脉冲极性的切换，则可以给相应的继电器的控制管脚L1和L2对应的控制信号实现脉冲极性的切换。
电极***由一个或多个电极构成。每个电极由部分区域覆盖有绝缘层的带一定强度的导电材料、高压导线和连接头组成。连接头用于和脉冲切换***中的输出端口进行连接。电极用于分配正脉冲能量和/或负脉冲的能量到生物组织，电极的形式可以是针式、平板式、吸附式、夹持式、膨胀式等方式；电极采用快接头和脉冲切换***进行连接。
采集***主要包括心电信号监测设备、抖动采集模块、光纤测温传感器、红外测温传感器等构成。其中的心电信号监测设备用于监测治疗对象的心跳信号，当控制***通过人工智能算法识别到心跳信号的不应期后，输出控制信号控制脉冲产生***输出脉冲。光纤测温传感器***到生物组织内部，用于监测体内生物组织的温度；红外测温传感器通过红外图像监测体表生物组织的温度；抖动采集模块用于监测生物组织的抖动程度，抖动程度可以通过测量或者计算输出脉冲时生物组织的抖动加速度的平均值或者幅值来计算，或者采用生物组织的位移的最大值或者平均值来计算。
定位***包括由图像采集模块、景深模块、三维扫描模块、加速度模块、速度模块、标志物等构成。一种可选的方法为在生物组织上放置一个或者多个标志物，然后由定位***采集该标志物的位置信息；当没有标志物时，也可以通过图像识别的方法识别生物组织上特征作为定位点获取生物组织的位置信息。速度模块和/或加速度模块固定或放置在生物组织治疗部位旁以获取生物组织的速度和/或加速度信息。三维扫描模块和/或景深模块协助图像采集模块获取生物组织的位置信息。定位***将采集到的这些信息传输给控制***，对生物组织的位置和角度进行运算和预测，然后控制随动***夹持电极***和/或电极根据预测结果进行移动和旋转。
隔离***用于隔离高压和低压控制信号，一般采用光耦芯片、磁耦***、电容耦合、电光与光电转换来构成。一般优选光耦芯片和/或电光与光电转换，光耦芯片的使用相对简单，其耐压值一般在1500V～5000V；电光与光电转换来构成其使用相对复杂，但是其耐压一般随光纤长度的增加而增加。无论是选择光耦芯片还是光纤隔离***，都需要满足隔离耐压大于***的最大脉冲电压，最小控制脉宽需小于脉冲产生***的最小控制脉宽，最大控制频率需大于脉冲产生***的最大脉冲频率。
控制***一般包括主控芯片、随机存储器、只读存储器、数模转换器、模数转换器、电源管理芯片、通讯芯片等组成。因为FPGA的并行特性非常适合于逻辑控制，所以一种优选的方案为采用FPGA作为主控芯片。控制***通过通讯总线和上位机***连接，得到上位机***的控制命令后，生成相应的控制信号发送给各个***，实现自适应随动式脉冲消融***的控制。控制***也将采集到的数据通过通讯总线上传到上位机***，由上位机***将数据展示给操作人员。控制***采集的数据包括但不限于治疗进度，脉冲电压和脉冲电流的幅值、波形，***的各个元件的状态，生物组织的阻抗变化情况。
上位机***可以采用电脑或者工控机构成，其配备有显示器、键盘、鼠标、麦克风和喇叭、触摸板、手写笔、指纹识别等设备。在电脑上运行着适用于该自适应随动式脉冲消融***的控制软件，通过该套软件，可以实现对该自适应随动式脉冲消融***的灵活控制。
云平台可以采用自建云平台，也可以购买商用云平台，其核心在于运行在云平台上的人工智能算法。在该套人工智能算法中，将过去的治疗对象情况、治疗参数、治疗效果、术后反馈输入到该云平台中，由人工智能算法输出适合于每一次治疗的最佳参数或最佳参数范围。
实施方式二主要介绍了本自适应随动式脉冲消融***的构成。下面针对一个具体案例介绍本发明的第三实施方式。
下面结合一个治疗案例来说明该自适应随动式脉冲消融***和方法。
一个成年男性的肝脏部位有一个体积近似于球形的肿瘤，该肿瘤的直径为20mm。通过运行在云平台的电磁仿真模型和人工智能算法可以知道，对于直径20mm的近球形肿瘤，其最佳的电极间距为12mm的2个电极，对于男性肝脏部位肿瘤的最佳消融脉冲电场强度为3kV/cm，脉冲群个数为100个，每个脉冲群包含正脉冲与负脉冲各30个，每个脉冲的周期为3微秒，每个脉冲的脉宽为1微秒，该肿瘤的阻抗值一般为100欧姆左右。按照电压等于场强乘以距离计算，可以知道脉冲电压为1.2cm×3kV/cm，即3.6kV；根据自适应随动式脉冲消融***的要求，可以按照±20％的阈值来设置自动调节范围，则通过上位机输出的脉冲电压值为3.6kV±20％，脉宽为1微秒±20％，周期为3微秒±20％。当在上位机***设置好如上的参数后，通过上位机***将控制命令传输到控制***中，然后就可以在控制***的控制下于心电图信号的不应期内施加脉冲群。
在操作人员控制随动***中的机械臂按照设计距离***电极后，在输出治疗脉冲前，先控制脉冲产生***输出电压幅值为30V的脉冲，脉宽为100微秒，然后检测脉冲电流的大小，若脉冲电流幅值大于0.6A，则说明肿瘤部位的阻抗小于50欧姆，小于正常值100欧姆的一半，这表明可能存在短路、电极针间距设置不对、电极针导电区域大小设置不对等情况；若脉冲电流的幅值小于0.15A，则说明肿瘤部位的阻抗大于200欧姆，大于正常值100欧姆的两倍，则可能是电极没有插好、接触不良或者电极的绝缘层没有设置到合适的长度。当发生上述异常情况时，提醒医护人员或操作人员检查，当检查合格之后再进入正式的治疗。
当采用桥式电路作为脉冲产生电***的主电路时，在不考虑电路的压降情况下，直流电源输出电压的幅值等于输出脉冲电压的幅值；在考虑到电路的压降后，输出脉冲电压的幅值一般都略小于直流电源输出电压的幅值。该差值和电路参数、电流参数等有关系，一般可以事先通过实验测得。令事先通过实验测得压降为50V，则可以设置直流电源的输出电压调节范围为3.65kV±20％以对压降进行补偿从而使得施加到生物组织的脉冲参数更加精准，然后检测直流电源的输出脉冲电压是否达到了指定的数值，或者采用脉冲监测***的测量值实时反馈调节直流电源的电压。
控制***首先断开脉冲供电开关、断开脉冲放电开关、断开储能供电开关，断开储能放电开关，闭合储能***中的充电开关。然后设置高压电源的输出电压幅值为3.65kV，通过储能***中的充电测量电路测量储能电容上的电压值，并计算充电速度是否正常。当电压值达到3.65kV且充电速度正常，则可以闭合储能***的储能供电开关和脉冲产生***中的脉冲供电开关，然后通过控制***给开关S1、S4和S2、S3依次发送控制信号，产生脉冲。
当遇到紧急情况时，操作人员按下机器上的紧急按钮，断开脉冲供电开关和储能供电开关和储能***中的充电开关，并闭合脉冲放电开关和储能放电开关，将脉冲从生物组织脱离出来，同时将脉冲产生***和储能***中存储的能量通过脉冲放电电阻和储能放电电阻进行释放。
如图6所示，本发明自适应调节脉冲(群)参数的流程如下：
S1，开始；
S2，输出检测脉冲(群)；
S3，判断设备、电极、连接状态等是否正常，若是执行下一步骤，若否执行步骤S10；
S4，输出初始设定参数的脉冲(群)；
S5，记录治疗对象抖动程度并判断其是否在设定的范围内，若是则执行下一步骤，若否，执行步骤S11；
S6，记录治疗部位温度、温升并判断是否在设定范围内，若是，执行步骤S8，若否则执行下一步骤；
S7，等比例降低正脉冲(群)能量和负脉冲(群)能量或降低脉冲(群)输出速度，然后跳转执行步骤S6；
S8，采用该脉冲(群)参数继续进行输出；
S9，判断是否达到设定个数或治疗时长或治疗部位参数是否达到设定值，若任意一项或多项为是，执行步骤S21；若否则执行步骤S5；
S10，提醒医护人员检查并退出脉冲(群)输出；然后执行步骤S21；
S11，判断是否确定调节方向，若是，则执行下一步骤，若否，执行步骤S13；
S12，判断调节方向是否为提高正、负脉冲(群)能量比值，若是，则执行下一步骤，若否，执行步骤S16；
S13，提高正脉冲(群)能量和负脉冲(群)能量的比值并输出脉冲(群)，然后记录治疗对象的抖动情况；
S14，判断治疗对象的抖动程度是否减轻，若是，则执行下一步骤，若否，执行步骤S20；
S15，设置调节方向为提高正、负脉冲(群)能量比值，然后执行步骤S5；
S16，降低正脉冲(群)能量和负脉冲(群)能量的比值并输出脉冲(群)，然后记录治疗对象的抖动情况，然后执行下一步骤；
S17，判断治疗对象的抖动程度是否减轻，若是，则执行下一步骤，若否，执行步骤S19；
S18，设置调节方向为降低正、负脉冲(群)能量比值，然后执行步骤S5；
S19，设置调节方向为提高正、负脉冲(群)能量比值，然后执行步骤S5；
S20，设置调节方向为降低正、负脉冲(群)能量比值，然后执行步骤S5；
S21，结束。
调节正脉冲(群)能量和负脉冲(群)能量的比值，具体是在每一个脉冲(群)施加过程中和/或脉冲(群)施加后的特定时长内采集所述生物组织的抖动的加速度信息或者抖动的位移信息，计算加速度信息和/或位移信息的幅值和/或平均值作为所述生物组织抖动的评价参数；通过调节脉冲的脉宽、幅值、上升时间、下降时间中的一种或多种参数以改变正脉冲能量和/或负脉冲能量；其中改变脉冲的脉宽来调节正脉冲能量和负脉冲能量的比值如图7所示，改变脉冲的幅值来调节正脉冲能量和负脉冲能量的比值如图8所示，改变脉冲的脉宽和/或幅值来调节正脉冲能量和负脉冲能量的比值如图9所示，改变脉冲的上升时间和/或下降时间来调节正脉冲能量和负脉冲能量的比值如图10所示。
在初始时刻，施加能量相等的正脉冲(群)和负脉冲(群)，并记录抖动程度，若抖动程度大于设定阈值，则改变正脉冲能量和负脉冲能量的比值，并判断抖动程度是否降低，若降低则说明调节方向正确，继续沿此方向调节直至满足阈值要求；若抖动程度没有降低，则说明应按照反方向调节正脉冲能量和负脉冲能量的比值；一直按照此方式调节正脉冲能量和负脉冲能量的比值，直至抖动程度降低到阈值范围内。
下面结合图6和图11来说明通过改变正脉冲能量和负脉冲能量的比值来调节生物组织的抖动程度的过程。如图11所示，施加第一个正脉冲能量和负脉冲能量相等的脉冲(群)，并采集生物组织抖动的最大加速度。假如此时生物组织抖动的最大加速度为10米每二次方秒，而设置的最大加速度阈值为3米每二次方秒，则需要通过自适应的方法调整正脉冲能量和负脉冲能量。调整正脉冲能量和负脉冲能量的方法有多种，比如改变脉冲脉宽、改变脉冲幅值、改变上升时间和下降时间、甚至改变脉冲形状，此处采用改变脉冲脉宽的方式来实现。维持负脉冲的能量不变，将正脉冲的能量调整到负脉冲能量的110％，然后再将该脉冲施加到生物组织，记录此时生物组织的抖动的最大加速度，若此时生物组织抖动的最大加速度为6米每二次方秒，则说明脉冲调节的方向正确。但是此时使得生物组织的抖动程度最小的正脉冲能量和负脉冲的能量比值可能位于100％～110％之间，也可能大于110％。继续调整正脉冲能量和负脉冲能量的比值为120％，然后记录此时的生物组织抖动的最大加速度为2米每二次方秒，已经符合了设置的生物组织的抖动程度的阈值，则后续可以按照这个情况继续施加脉冲。如果在施加正脉冲能量和负脉冲能量的比值为120％时，生物组织抖动的最大加速度为8米每二次方秒，则说明应按照正脉冲能量和负脉冲能量的比值在100％～110％内调节。若经过多次调节后，在设置的脉冲参数范围内仍不能满足需求则应该暂停脉冲的输出，并给上位机***返回信息进行提示，或者在设置的允许范围内降低脉冲的强度。正脉冲能量和负脉冲能量比值小于100％的情况和正脉冲能量大于负脉冲能量的情况类似，此处不在赘述。
采用脉冲消融时，治疗时间一般在几分钟以内，生物组织的温度和/或温升一般较低，但是仍然需要防止热损伤。当检测到生物组织的温度和/或温升上升到阈值时，在维持正脉冲能量和负脉冲能量的比例不变的情况下，降低正脉冲能量和负脉冲的能量，并持续检测肿瘤部位的温度是否有降低，如果温度降低则可继续按照此参数施加脉冲；如果温度仍然升高，则进一步降低脉冲的强度和/或降低脉冲施加的速度。一种可选的温度阈值可以设置为45摄氏度，或者温升阈值为8摄氏度。
随着脉冲的不断施加，生物组织的阻抗将发送变化，当监测到生物组织的阻抗达到了设定阈值后，则可以停止脉冲的输出；也可以在达到设定的治疗个数后，由***自动停止脉冲；或者由操作人员根据实际情况停止输出脉冲。在治疗脉冲停止后，闭合储能***中的储能放电开关和脉冲产生***中的脉冲放电开关，释放掉储能***和脉冲产生***中存储的剩余能量，然后提示医护人员或操作人员移除电极，至此一个治疗流程也就完成了。
应当理解的是，以上所述步骤仅是本申请的实施部分，但是对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本申请的保护范围。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种自适应随动式脉冲消融***，其特征在于，包括：
电源***、隔离变压器、高压电源、储能***、脉冲产生***、脉冲监测***、脉冲切换***、电极***、控制***、隔离***、采集***、定位***、随动***、上位机***、云平台；
所述电源***：给所述自适应随动式脉冲消融***的各个***和模块提供能量；
所述隔离变压器：给所述自适应随动式脉冲消融***中所述高压电源及其后续***直接和/或间接提供能量，并与电网进行隔离；
所述高压电源：给所述自适应随动式脉冲消融***中所述储能***及其后续***直接和/或间接提供能量；
所述储能***：存储所述高压电源提供的能量，并给所述脉冲产生***及其后续***直接和/或间接提供能量；
所述脉冲产生***：根据所述控制***给定的脉冲和/或脉冲群参数，产生相应的脉冲和/或脉冲群；
所述脉冲监测***：监测所述脉冲产生***输出的脉冲电压、脉冲电流、脉冲电场、脉冲磁场中的一种或多种的波形、幅值、相位、脉宽、周期、间隔、场强中的一种或多种参数；
所述脉冲切换***：将脉冲和/或脉冲群传递到所述电极***的不同电极上，以适应不同大小、形状、部位和性质的生物组织；
所述电极***：包含有一个或者多个电极，用于将脉冲和/或脉冲群传递到所述生物组织；
所述控制***：接收所述上位机***输出的控制命令，输出相应的控制信号并发送给所述自适应随动式脉冲消融***的各个***和模块，采集所述自适应随动式脉冲消融***的各种数据，在治疗中实时并自适应地调节脉冲和/或脉冲群参数；
所述隔离***：隔离高能量部分和低能量部分，确保治疗对象、操作人员和所述自适应随动式脉冲消融***的安全；
所述采集***：采集所述生物组织的状态信息，包括心电图信号、抖动信息、温度信息、温升信息中的一种或多种；
所述定位***：采集所述生物组织空间位置、速度、加速度信息传输给所述控制***，经所述控制***预测得到所述生物组织下一时刻的位移信息、旋转信息中的一种或多种；
所述随动***：控制所述电极***跟随所述生物组织移动和/或旋转，降低电极和所述生物组织的相对位移和相对旋转；
所述上位机***：接收操作人员的输入信息或者根据所述云平台的计算结果生成相应的控制命令发送给所述控制***，接收所述控制***的数据用于计算、存储、展示、转发，将治疗中的治疗对象状况、治疗参数、治疗效果和术后反馈上传到所述云平台；
所述云平台：根据过去的治疗对象状况、治疗参数、治疗效果和术后反馈计算出针对当前治疗的最优治疗参数范围。
2.根据权利要求1所述的自适应随动式脉冲消融***，其特征在于，所述云平台通过人工智能算法，为每一次治疗生成最适合的治疗参数；并在每次治疗后，将治疗对象状况、治疗参数、治疗效果和术后反馈输入到***中进行训练，不断地调整人工智能算法的参数，使得每次的治疗效果达到最优；
和/或所述随动***包括：多自由度机械臂和夹持装置；所述夹持装置安装在所述多自由度机械臂上，并夹持着所述电极***；所述多自由度机械臂接收所述控制***的控制信号进行移动和/或旋转；
和/或所述控制***根据所述云平台和/或操作人员通过所述上位机***提供的脉冲和/或脉冲群参数范围，在治疗对象的心电图信号的不应期内施加脉冲和/或脉冲群；根据所述采集***测量得到的所述生物组织的抖动程度实时调节所述自适应随动式脉冲消融***的正脉冲和/或脉冲群能量和负脉冲和/或脉冲群能量的比值使得所述生物组织的抖动程度降到阈值范围内或最低；根据所述生物组织的温度和/或温升实时调节脉冲和/或脉冲群的输出速度和/或等比例调节正脉冲和/或脉冲群能量、负脉冲和/或脉冲群能量的能量和使得所述生物组织的温度和/或温升控制到阈值范围内；通过所述定位***采集的所述生物组织的位置和角度信息，控制所述随动***使得所述电极***中的电极跟随所述生物组织移动和/或旋转，降低电极相对于所述生物组织的相对位移和相对旋转；
和/或所述采集***包括：心电图模块、抖动采集模块、温度采集模块、温升采集模块中的一种或多种；所述心电图模块采集治疗对象的心电图信号；所述抖动采集模块采集治疗对象抖动信息；所述温度采集模块采集所述生物组织的温度信息；所述温升采集模块采集所述生物组织的温升信息；
和/或所述定位***包括：图像采集模块，除所述图像采集模块外，还包括景深模块、三维扫描模块、加速度模块、速度模块、标志物中的一种或多种；当存在所述标志物时将所述标志物设置在所述生物组织上，用于便捷地获取所述生物组织的位置信息；所述速度模块获取所述生物组织的速度，所述加速度模块获取所述生物组织的加速度；所述景深模块和所述三维扫描模块用于协助所述图像采集模块获取所述生物组织的位置信息；所述定位***将这些信息传输给所述控制***，经预测得到所述生物组织下一时刻将要移动到的位置和旋转的角度。
3.根据权利要求1所述的自适应随动式脉冲消融***，其特征在于，所述储能***包括：充电电阻、充电开关、储能元件、充电测量电路、储能放电开关、储能放电电阻和储能供电开关；当接收到所述控制***的启动信号后，闭合所述充电开关、断开所述储能放电开关，使得所述储能元件充电；当检测到所述储能元件上的能量达到预设值后，闭合所述储能供电开关为所述脉冲产生***提供能量；当所述自适应随动式脉冲消融***需要停止时，断开所述储能供电开关和所述充电开关，并闭合所述储能放电开关，切断能量的输出并释放所述储能元件上存储的能量，保证治疗对象、操作人员和所述自适应随动式脉冲消融***的安全。
4.根据权利要求1所述的自适应随动式脉冲消融***，其特征在于，所述脉冲产生***包括：脉冲产生电路、脉冲放电开关、脉冲放电电阻、脉冲供电开关；在所述控制***的控制下，对所述储能***中的所述储能元件中的能量进行控制从而生成脉宽、周期、个数、间隔、正极性、负极性、上升时间、下降时间中的一种或多种参数可调的脉冲和/或脉冲群；
和/或所述脉冲监测***用于监测所述脉冲产生***输出的脉冲电压、脉冲电流、脉冲电场、脉冲磁场中的一种或多种的波形、幅值、相位、脉宽、周期、间隔、场强中的一种或多种参数信息并将其反馈给所述控制***，在所述控制***经过运算后实时调节脉冲和/或脉冲群参数；
和/或所述脉冲切换***用于将所述脉冲产生***产生的脉冲和/或脉冲群输出到所述电极***的一个或多个电极，以适应不同大小、形状、部位和性质的所述生物组织；
和/或所述电极***包含一个和/或多个电极，用于分配正脉冲和/或脉冲群能量、负脉冲和/或脉冲群能量到所述生物组织，电极的形式可以是针式、板式、吸附式、夹持式、膨胀式中的一种或多种；所述电极***中的电极采用连接头和所述脉冲切换***进行连接；所述电极***中的电极有特定长度的导电区域和绝缘区域用于将脉冲能量传输到所述生物组织；所述连接头包括快拆插头、航空插头、普通插头中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的自适应随动式脉冲消融***，其特征在于，所述隔离***通过光电和电光转换、光耦隔离、磁耦隔离、容耦隔离中的一种或多种方式将高能量部分和低能量部分进行隔离，确保治疗对象、操作人员和所述自适应随动式脉冲消融***的安全。
6.根据权利要求1所述的自适应随动式脉冲消融***，其特征在于，所述上位机***通过运行在所述上位机***中的上位机中的一个和/或多个程序、软件通过所述隔离***向所述控制***发送控制命令；通过所述隔离***接收所述控制***发送的数据；给所述云平台发送治疗对象状况、治疗参数、治疗效果和术后反馈；接收所述云平台给出的治疗参数和/或治疗参数范围。
7.一种自适应随动式脉冲消融方法，其特征在于，包括：
在脉冲输出过程中实时且自适应地调节正脉冲和/或脉冲群能量和负脉冲和/或脉冲群能量的比值，使得所述生物组织抖动程度在阈值范围内；
在脉冲输出过程中实时且自适应地等比例调节正脉冲和/或脉冲群能量和负脉冲和/或脉冲群能量和/或脉冲和/或脉冲群的输出速度，使得所述生物组织的温升控制在阈值范围内；
在治疗过程中，通过所述随动***实时调节电极的位置和角度，降低所述电极***中的电极相对于生物组织的相对位移和相对旋转至阈值范围内；
通过采集施加到所述生物组织的脉冲电压、脉冲电流、脉冲磁场、脉冲电场中的一种或多种的波形、幅值、相位、脉宽、周期、间隔、场强中的一种或多种参数，通过人工智能算法计算所述生物组织的阻抗、容抗、感抗中的一种或多种参数是否满足结束治疗条件，当满足结束治疗条件时结束脉冲和/或脉冲群的输出；或者治疗个数、治疗时长达到设定值；或者在任意时刻由操作人员决定是否结束脉冲和/或脉冲群输出。
8.根据权利要求7所述的自适应随动式脉冲消融方法，其特征在于，所述调节正脉冲和/或脉冲群能量和负脉冲和/或脉冲群能量的比值包括：在每一个脉冲和/或脉冲群施加过程中和/或脉冲和/或脉冲群施加后的特定时长内采集所述生物组织的抖动的加速度信息或者抖动的位移信息，计算加速度信息和/或位移信息的幅值和/或平均值作为所述生物组织抖动的评价参数；通过调节脉冲和/或脉冲群的脉宽、幅值、上升时间、下降时间中的一种或多种参数以改变正脉冲和/或脉冲群能量和/或负脉冲和/或脉冲群能量；在初始时刻，施加能量相等的正脉冲和/或脉冲群和负脉冲和/或脉冲群，并记录抖动程度，若抖动程度大于设定阈值，则改变正脉冲和/或脉冲群能量和负脉冲和/或脉冲群能量的比值，并判断抖动程度是否降低，若降低则说明调节方向正确，继续沿此方向调节直至满足阈值要求；若抖动程度没有降低，则说明应按照反方向调节正脉冲和/或脉冲群能量和负脉冲和/或脉冲群能量的比值；一直按照此方式调节正脉冲和/或脉冲群能量和负脉冲和/或脉冲群能量的比值，直至抖动程度降低到阈值范围内。
9.根据权利要求7所述的自适应随动式脉冲消融方法，其特征在于，所述等比例调节正脉冲和/或脉冲群能量和负脉冲和/或脉冲群能量和/或脉冲和/或脉冲群的输出速度包括：采集脉冲和/或脉冲群施加过程中所述生物组织的温度和/或温升是否在设置的阈值范围内，若在阈值范围内，则维持当前的正脉冲和/或脉冲群能量与负脉冲和/或脉冲群能量和/或其输出速度；若温度和/或温升超出了设定的阈值，则等比例降低正脉冲和/或脉冲群能量和负脉冲和/或脉冲群能量和/或降低正脉冲和/或脉冲群和负脉冲和/或脉冲群的输出速度，控制所述生物组织的温度和/或温升在阈值范围内。
10.根据权利要求7所述的自适应随动式脉冲消融方法，其特征在于，所述调节电极的位置和角度方法包括：通过图像采集模块、速度模块、加速度模块、三维扫描中的一种或多种设备和/或方法，获取所述生物组织当前的位置和/或角度信息计算和/或预测所述生物组织的位移信息和/或旋转信息；然后驱动所述随动***控制所述电极***按照预测位置移动和/或旋转；并根据预测结果和所述生物组织的实际移动和/或旋转结果的差异修正预测算法及其参数，使得预测结果达到最优；
预测tn时刻生物组织将要移动到的位置Pn的坐标采用如下公式计算：
其中Pn-1、Pn-2、Pn-3分别为tn-1、tn-2、tn-3时刻的生物组织的位置的坐标；
v为速度模块测量得到的速度，
a为加速度模块测量得到的加速度，
△t为两个采样时刻的时间间隔。
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