CN114869455A - 脉冲消融参数的获取方法、系统、电子设备和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种脉冲消融参数的获取方法、系统、电子设备和存储介质，该方法包括获取设定脉冲参数；确定消融组织在所述设定脉冲参数下的电脉冲场强阈值；获取消融导管中消融电极对应的电极参数，所述消融电极贴靠在所述消融组织的表面；基于所述设定脉冲参数和所述电极参数构建组织消融数值模型；根据所述组织消融数值模型获取所述消融组织对应的场强分布信息；基于所述场强分布信息和所述电脉冲场强阈值，获取所述设定脉冲参数下所述消融组织对应的预测消融深度和/或消融组织表面的预测消融区域。本发明能够有效提高消融参数的预测准确度和效率，为手术医生提供合理的脉冲参数设置指导，达到更优的消融效果，有效地提升患者的治疗体验。
Description
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域，特别涉及一种脉冲消融参数的获取方法、系统、电子设备和存储介质。
背景技术
心房颤动(Aatrial Fibrillation，简称AF)是临床最常见的心律失常之一。目前，射频消融、冷冻消融是临床上治疗心房颤动及心律失常的主要方式。治疗心律失常主要取决于在手术过程中产生的一个或多个损伤的质量和有效性，且该损伤能够划分异常路径并干扰或隔离心肌组织内异常电信号的传导。治疗时，所选用消融能量被施加于引起心律失常的组织细胞，同时不会对周围的器官或组织产生影响。
具体地，射频(RF)能量和低温能量能够满足上述要求，射频消融术通常是点对点的模式，通过加热使组织靶细胞坏死，进而达到组织电信号隔离，适用于肺静脉或肺静脉形成的房颤、房扑等心律失常，其存在的局限性是：射频能量施加到预测组织部位时对非预测组织具有影响，例如，将射频能量施加到心房壁组织上，可造成位于心脏附近的食管或膈神经损伤，且射频消融术治疗时间较长，进一步增加对非预测组织损伤的可能性或组织结痂的风险，进一步使栓塞的可能性增加。冷冻消融术利用液化制冷剂的吸热气化，使周围温度大幅度下降。目前，冷冻球囊消融术因球囊与肺静脉口具有较好的贴靠，能够形成连续完整的环形消融灶，一次或多次消融即可隔离组织信号的传导，缩短了治疗时间；但冷冻球囊消融术对膈神经的损伤发生率较高，且存在一定的几率的食道损伤和肺静脉狭窄的风险。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中用于治疗心房颤动的消融技术均存在对非预测组织产生影响甚至损伤等缺陷，目的在于提供一种脉冲消融参数的获取方法、系统、电子设备和存储介质。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明提供一种脉冲消融参数的获取方法，所述获取方法包括：
获取设定脉冲参数；
确定消融组织在所述设定脉冲参数下的电脉冲场强阈值；
获取消融导管中消融电极对应的电极参数，所述消融电极贴靠在所述消融组织的表面；
基于所述设定脉冲参数和所述电极参数构建组织消融数值模型；
根据所述组织消融数值模型获取所述消融组织对应的场强分布信息；
基于所述场强分布信息和所述电脉冲场强阈值，获取所述设定脉冲参数下所述消融组织对应的预测消融参数；
其中，所述预测消融参数包括预测消融深度和/或预测消融区域。
较佳地，基于所述场强分布信息和所述电脉冲场强阈值，获取所述设定脉冲参数下所述消融组织对应的预测消融参数的步骤包括：
采用所述电脉冲场强阈值对所述场强分布信息进行处理，绘制场强等值线，将所述场强等值线圈定的区域作为预测消融边界；
基于所述场强分布信息和所述电脉冲场强阈值，获取所述设定脉冲参数下所述消融组织所述预测消融边界对应的所述预测消融参数。
较佳地，所述基于所述场强分布信息和所述电脉冲场强阈值，获取所述设定脉冲参数下所述消融组织所述预测消融边界对应的所述预测消融参数的步骤包括：
获取所述消融电极中不同电极所在位置对应的所述消融组织沿着组织深度方向的第一组织截面；
基于所述第一组织截面对应的所述场强分布信息，获取不同的组织深度信息对应的场强值；
建立不同的所述组织深度信息与对应的所述场强值之间的第一拟合函数；
根据所述第一拟合函数和所述电脉冲场强阈值，分别获取所述消融电极中不同电极所在位置处的沿深度方向上的中间消融深度，并根据不同的所述中间消融深度计算得到所述设定脉冲参数下所述消融组织的组织表面沿深度方向上的预测消融深度。
较佳地，当所述消融电极包括一对电极时，所述消融电极中不同电极所在位置分别对应一对电极中两个电极的正下方位置和相邻两个电极中间处的位置；或，
当所述消融电极包括多对电极时，所述消融电极中不同电极所在位置分别对应每对电极中每个电极的正下方位置和每对电极中相邻两个电极中间处的位置。
较佳地，所述消融电极中正电极处的电势与脉冲发生器的脉冲电压和脉冲结构保持一致；和/或，
所述消融电极中的正负电极设置位置与脉冲放电形式相对应；
其中，双极放电形式下，相邻电极的极性相反；单极放电形式下，所述消融导管中的所有电极均为正电极，背极板为负电极。
较佳地，当所述设定脉冲参数包括设定脉宽、一个脉冲串内的设定串内脉冲个数和设定脉冲串数时，所述确定消融组织在所述设定脉冲参数下的电脉冲场强阈值的步骤包括：
将所述设定脉宽、所述设定串内脉冲个数和所述设定脉冲串数输入至第二拟合函数，以计算得到所述消融组织对应的所述电脉冲场强阈值。
较佳地，所述将所述设定脉宽、所述设定串内脉冲个数和所述设定脉冲串数输入至第二拟合函数，以计算得到所述消融组织对应的所述电脉冲场强阈值的步骤对应的计算公式如下：
其中，Eth表示所述电脉冲场强阈值，E0表示脉宽及脉冲剂量均处于饱和状态下的不可逆电穿孔临界场强，τ表示所述设定脉宽，T为脉冲释放总时间，T＝τ*n*N，n表示所述设定串内脉冲个数，N表示所述设定脉冲串数，A1、B1、C1、A2、B2、C2均为拟合系数。
较佳地，所述建立不同的所述组织深度信息与对应的所述场强值之间的第一拟合函数的步骤对应的计算公式如下：
其中，E1为电极处所述消融组织在组织深度信息x处的场强值，E2为两个电极中间处的所述消融组织在组织深度信息x处的场强值，k1U、k3U分别表示所述消融组织表面处电极的正下方位置和相邻两个正负电极中间处的位置的最大场强值的拟合值，U表示作用于所述消融组织的脉冲电压，k1、k2、k3、k4均为拟合系数，所述第一拟合函数的拟合系数与不同的脉冲放电形式相关联，x表示所述组织深度信息；
所述根据所述第一拟合函数和所述电脉冲场强阈值，分别获取所述消融组织的表面的不同位置处沿深度方向上的中间消融深度，并根据不同的所述中间消融深度计算得到所述设定脉冲参数下所述消融组织的组织表面沿深度方向上的预测消融深度的步骤对应的计算公式如下：
其中，depth表示所述预测消融深度，Eth表示所述电脉冲场强阈值，所述消融组织的表面的组织深度信息x取值为0。
较佳地，所述电极参数包括电极几何参数、电极材料属性参数和电极之间绝缘部分的材料属性信息；其中，所述电极几何参数包括电极直径信息、电极长度信息和电极间距信息；和/或，
所述组织消融数值模型的边界设置为电绝缘；
其中，J·n＝0，J表示模型内部的电流密度，n表示组织边界法向量。
较佳地，所述获取方法还包括：
获取所述消融组织对应的若干组历史强度值和与所述历史强度值对应的历史电导率；
根据每组的所述历史电场强度值和所述历史电导率，绘制不同电场场强下的电导率值，对电导率随电场强度变化的曲线进行函数拟合，以构建电导率随场强变化的动态电导率模型；
其中，根据不同的消融组织对所述动态电导率模型的模型拟合参数进行适应调整，可调整的所述动态电导率模型的模型拟合参数包括初始电导率和模型拟合系数
所述动态电导率模型用于输出与消融组织相匹配对应的电导率。
较佳地，所述根据每组的所述历史电场强度值和所述历史电导率，绘制不同电场场强下的电导率值，对电导率随电场强度变化的曲线进行函数拟合，以构建电导率随场强变化的动态电导率模型的步骤对应的计算公式如下：
其中，σ0表示所述消融组织的初始电导率，σmax表示所述消融组织全部发生电穿孔时的最大电导率，σmax＝C3*σ0，A3、B3、C3分别为模型拟合参数，Edel表示电导率从开始变化到发展至稳定值这一过渡区中心点对应的场强值，E表示所述场强分布信息对应的场强值。
较佳地，所述根据所述组织消融数值模型获取所述消融组织对应的场强分布信息的步骤包括：
获取所述组织消融数值模型内部的电位信息；
基于所述电位信息和电导率计算得到所述消融组织对应的场强分布信息。
较佳地，所述基于所述电位信息和所述电导率计算得到所述消融组织对应的场强分布信息的步骤对应的计算公式如下：
其中，E表示所述场强分布信息，
表示所述电位信息，σ为所述消融组织的电导率，ε0为真空介电常数，εr为所述消融组织的相对介电常数。
较佳地，所述基于所述场强分布信息和所述电脉冲场强阈值，获取所述设定脉冲参数下所述消融组织所述预测消融边界对应的所述预测消融参数的步骤包括：
获取所述消融电极中不同电极所在位置对应的所述消融组织沿着组织宽度方向的第一组织截线；
基于所述第一组织截线对应的所述场强分布信息，获取不同的组织宽度信息对应的场强值；
建立不同的所述组织宽度信息与对应的所述场强值之间的第三拟合函数；
根据所述第三拟合函数和所述电脉冲场强阈值，分别获取所述消融电极中不同电极所在位置处对应的中间消融区域，并根据不同的所述中间消融区域计算得到所述设定脉冲参数下所述消融组织的表面对应的预测消融区域。
较佳地，所述建立不同的所述组织宽度信息与对应的所述场强值之间的第三拟合函数的步骤对应的计算公式如下：
其中，E3表示电极处所述消融组织在宽度位移上的场强值，E4表示相邻两个电极中间处的所述消融组织在宽度位移上的场强值，w表示位移大小，U表示脉冲电压，p1～p8均表示拟合系数；
所述根据所述第三拟合函数和所述电脉冲场强阈值，分别获取所述消融电极中不同电极所在位置处对应的中间消融区域，并根据不同的所述中间消融区域计算得到所述设定脉冲参数下所述消融组织的表面对应的预测消融区域的步骤对应的计算公式如下：
其中，wide1和wide2分别表示不同的所述中间消融区域，wide表示所述预测消融区域，Eth表示所述电脉冲场强阈值。
较佳地，所述获取方法还包括：
基于所述预测消融边界对应的所述预测消融区域和所述预测消融深度，构建所述预测消融边界对应的三维消融模型。
较佳地，所述获取方法还包括：
基于所述设定脉冲参数下的所述预测消融深度和目标消融深度，采用遗传算法计算得到所述预测消融深度对应的适应度值；
在所述适应度值不满足预设条件时，则依次进行选择、交叉、变异处理以生成新的脉冲参数组合；
当所述脉冲参数组合对应的适应度值满足预设条件时，则采用脉冲参数组合更新所述设定脉冲参数。
本发明还提供一种脉冲消融参数的获取系统，所述获取系统包括：
脉冲参数获取模块，用于获取设定脉冲参数；
电脉冲场强阈值确定模块，用于确定消融组织在所述设定脉冲参数下的电脉冲场强阈值；
电极参数获取模块，用于获取消融导管中消融电极对应的电极参数，所述消融电极贴靠在所述消融组织的表面；
消融模型构建模块，用于基于所述设定脉冲参数和所述电极参数构建组织消融数值模型；
场强分布信息获取模块，用于根据所述组织消融数值模型获取所述消融组织对应的场强分布信息；
预测消融参数获取模块，用于基于所述场强分布信息和所述电脉冲场强阈值，获取所述设定脉冲参数下所述消融组织对应的预测消融参数；
其中，所述预测消融参数包括预测消融深度和/或预测消融区域。
较佳地，所述预测消融参数获取模块包括：
消融边界预测单元，用于采用所述电脉冲场强阈值对所述场强分布信息进行处理，绘制场强等值线，将所述场强等值线圈定的区域作为预测消融边界；
预测消融参数计算单元，用于基于所述场强分布信息和所述电脉冲场强阈值，获取所述设定脉冲参数下所述消融组织所述预测消融边界对应的所述预测消融参数。
较佳地，所述预测消融参数计算单元包括：
组织截面获取子单元，用于获取所述消融电极中不同电极所在位置对应的所述消融组织沿着组织深度方向的第一组织截面；
深度场强值获取子单元，用于基于所述第一组织截面对应的所述场强分布信息，获取不同的组织深度信息对应的场强值；
第一拟合函数建立子单元，用于建立不同的所述组织深度信息与对应的所述场强值之间的第一拟合函数；
中间消融深度获取子单元，用于根据所述第一拟合函数和所述电脉冲场强阈值，分别获取所述消融电极中不同电极所在位置处的沿深度方向上的中间消融深度；
预测消融深度计算子单元，用于根据不同的所述中间消融深度计算得到所述设定脉冲参数下所述消融组织的组织表面沿深度方向上的预测消融深度。
较佳地，当所述消融电极包括一对电极时，所述消融电极中不同电极所在位置分别对应一对电极中两个电极的正下方位置和相邻两个电极中间处的位置；或，
当所述消融电极包括多对电极时，所述消融电极中不同电极所在位置分别对应每对电极中每个电极的正下方位置和每对电极中相邻两个电极中间处的位置。
较佳地，所述消融电极中正电极处的电势与脉冲发生器的脉冲电压和脉冲结构保持一致；和/或，
所述消融电极中的正负电极设置位置与脉冲放电形式相对应；
其中，双极放电形式下，相邻电极的极性相反；单极放电形式下，所述消融导管中的所有电极均为正电极，背极板为负电极。
较佳地，当所述设定脉冲参数包括设定脉宽、一个脉冲串内的设定串内脉冲个数和设定脉冲串数时，所述电脉冲场强阈值确定模块用于将所述设定脉宽、所述设定串内脉冲个数和所述设定脉冲串数输入至第二拟合函数，以计算得到所述消融组织对应的所述电脉冲场强阈值。
较佳地，所述电脉冲场强阈值确定模块确定所述电脉冲场强阈值的步骤对应的计算公式如下：
其中，Eth表示所述电脉冲场强阈值，E0表示脉宽及脉冲剂量均处于饱和状态下的不可逆电穿孔临界场强，τ表示所述设定脉宽，T为脉冲释放总时间，T＝τ*n*N，n表示所述设定串内脉冲个数，N表示所述设定脉冲串数，A1、B1、C1、A2、B2、C2均为拟合系数。
较佳地，所述第一拟合函数建立子单元建立所述第一拟合函数对应的计算公式如下：
其中，E1为电极处所述消融组织在组织深度信息x处的场强值，E2为两个电极中间处的所述消融组织在组织深度信息x处的场强值，k1U、k3U分别表示所述消融组织表面处电极的正下方位置和相邻两个正负电极中间处的位置的最大场强值的拟合值，U表示作用于所述消融组织的脉冲电压
，k1、k2、k3、k4均为拟合系数，所述第一拟合函数的拟合系数与不同的脉冲放电形式相关联，x表示所述组织深度信息；
所述预测消融深度计算子单元计算得到所述预测消融深度对应的计算公式如下：
其中，depth表示所述预测消融深度，Eth表示所述电脉冲场强阈值，所述消融组织的表面的组织深度信息x取值为0。
较佳地，所述电极参数包括电极几何参数、电极材料属性参数和电极之间绝缘部分的材料属性信息；其中，所述电极几何参数包括电极直径信息、电极长度信息和电极间距信息；和/或，
所述组织消融数值模型的边界设置为电绝缘；
其中，J·n＝0，J表示模型内部的电流密度，n表示组织边界法向量。
较佳地，所述获取系统还包括：
历史数据获取模块，用于获取所述消融组织对应的若干组历史强度值和与所述历史强度值对应的历史电导率；
电导率模型构建模块，用于根据每组的所述历史电场强度值和所述历史电导率，绘制不同电场场强下的电导率值，对电导率随电场强度变化的曲线进行函数拟合，以构建电导率随场强变化的动态电导率模型；
其中，根据不同的消融组织对所述动态电导率模型的模型拟合参数进行适应调整，可调整的所述动态电导率模型的模型拟合参数包括初始电导率和模型拟合系数；
所述动态电导率模型用于输出与消融组织相匹配对应的电导率。
较佳地，所述电导率模型构建模块构建动态电导率模型的步骤对应的计算公式如下：
其中，σ0表示所述消融组织的初始电导率，σmax表示所述消融组织全部发生电穿孔时的最大电导率，σmax＝C3*σ0，A3、B3、C3分别为模型拟合参数，Edel表示电导率从开始变化到发展至稳定值这一过渡区中心点对应的场强值，E表示所述场强分布信息对应的场强值。
较佳地，所述场强分布信息获取模块包括：
电位信息获取单元，用于获取所述组织消融数值模型内部的电位信息；
场强分布信息计算单元，用于基于所述电位信息和电导率计算得到所述消融组织对应的场强分布信息。
较佳地，所述场强分布信息计算单元计算得到所述消融组织对应的场强分布信息的步骤对应的计算公式如下：
其中，E表示所述场强分布信息，
表示所述电位信息，σ为所述消融组织的电导率，ε0为真空介电常数，εr为所述消融组织的相对介电常数。
较佳地，所述预测消融参数计算单元包括：
组织截线获取子单元，用于获取所述消融电极中不同电极所在位置对应的所述消融组织沿着组织宽度方向的第一组织截线；
宽度场强值获取子单元，用于基于所述第一组织截线对应的所述场强分布信息，获取不同的组织宽度信息对应的场强值；
第三拟合函数建立子单元，用于建立不同的所述组织宽度信息与对应的所述场强值之间的第三拟合函数；
中间消融区域获取子单元，用于根据所述第三拟合函数和所述电脉冲场强阈值，分别获取所述消融电极中不同电极所在位置处对应的中间消融区域；
预测消融区域计算子单元，用于根据不同的所述中间消融区域计算得到所述设定脉冲参数下所述消融组织的表面对应的预测消融区域。
较佳地，所述第三拟合函数建立子单元建立所述第三拟合函数对应的计算公式如下：
其中，E3表示电极处所述消融组织在宽度位移上的场强值，E4表示相邻两个电极中间处的所述消融组织在宽度位移上的场强值，w表示位移大小，p1～p8均表示拟合系数；
所述预测消融区域计算子单元计算得到所述预测消融区域对应的计算公式如下：
其中，wide1和wide2分别表示不同的所述中间消融区域，wide表示所述预测消融区域，Eth表示所述电脉冲场强阈值。
较佳地，所述获取系统还包括：
三维模型构建模块，用于基于所述预测消融边界对应的所述预测消融区域和所述预测消融深度，构建所述预测消融边界对应的三维消融模型。
较佳地，所述获取系统还包括：
适应度值计算模块，用于基于所述设定脉冲参数下的所述预测消融深度和目标消融深度，采用遗传算法计算得到所述预测消融深度对应的适应度值；
脉冲参数组合生成模块，用于在所述适应度值不满足预设条件时，则依次进行选择、交叉、变异处理以生成新的脉冲参数组合；
脉冲参数更新模块，用于当所述脉冲参数组合对应的适应度值满足预设条件时，则采用脉冲参数组合更新所述设定脉冲参数。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时实现上述的脉冲消融参数的获取方法。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的脉冲消融参数的获取方法。
在符合本领域常识的基础上，所述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实施例。
本发明的积极进步效果在于：
本发明中，基于设定脉冲参数和电脉冲场强阈值拟合函数计算得到该脉冲参数下的电脉冲场强阈值；基于消融导管中消融电极参数构建消融数值模型，以获取消融组织在组织深度方向、组织宽度方向上对应的场强分布信息；采用电脉冲场强阈值绘制场强等值线以预测消融边界；基于组织深度方向的场强分布信息以及电脉冲场强阈值最终得到预测消融边界下的预测消融深度，基于组织宽度方向的场强分布信息以及电脉冲场强阈值最终得到预测消融边界下的预测消融区域，有效地提高了与脉冲参数所对应的消融参数的预测准确度和效率，适用于单双极的消融方式，为手术医生提供合理的脉冲参数设置指导，使得脉冲参数对应的脉冲能量与心肌组织的电学特性相匹配，从而达到提高了消融效果的目的；基于预测消融深度和预测消融区域构建该预测消融边界对应的三维消融模型，能够直观呈现消融区域对应的三维形状，便于医生或者患者查看了解，有效地提升患者的治疗体验。
附图说明
图1为本发明实施例1的脉冲消融参数的获取方法的流程图。
图2为本发明实施例1中的脉冲发生器输出的双向脉冲结构示意图。
图3a为本发明实施例2中的脉宽与场强阈值的关系示意图。
图3b为本发明实施例2中的脉冲持续时间与场强阈值的关系示意图。
图4为本发明实施例2的脉冲消融参数的获取方法的第一流程图。
图5为本发明实施例2中的环形消融电极的结构示意图。
图6为本发明实施例2中的组织消融数值模型对应的示意图。
图7为本发明实施例2中的电导率随着场强变化的拟合曲线图。
图8为本发明实施例2中的环形电极下电脉冲场强阈值等值线示意图。
图9为本发明实施例2的脉冲消融参数的获取方法的第二流程图。
图10为本发明实施例2中组织深度方向的位移与电压分布的关系示意图。
图11为本发明实施例2中组织截面处的深度信息与场强的关系示意图。
图12为本发明实施例2中的预测消融深度与历史消融深度的比较示意图。
图13为本发明实施例3中的消融宽度方向上的场强分布情况示意图。
图14为本发明实施例3的脉冲消融参数的获取方法的流程图。
图15为本发明实施例3的消融区域对应的消融面积示意图。
图16为本发明实施例3的消融区域对应的第一三维消融模型示意图。
图17为本发明实施例3的消融区域对应的第二三维消融模型示意图。
图18为本发明实施例3中基于遗传算法进行脉冲参数优化的流程图。
图19为本发明实施例4的脉冲消融参数的获取系统的模块示意图。
图20为本发明实施例5的脉冲消融参数的获取系统的模块示意图。
图21为本发明实施例6的脉冲消融参数的获取系统的模块示意图。
图22为本发明实施例7实现脉冲消融参数的获取方法的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在的实施例范围之中。
实施例1
如图1所示，本实施例的脉冲消融参数的获取方法包括：
S101、获取设定脉冲参数；
其中，设定脉冲参数包括但不限于设定脉宽、一个脉冲串内的设定串内脉冲个数、设定脉冲串数、脉冲电压、脉冲占空比。
设定脉冲参数通过在脉冲发生器等脉冲输出设备的操作界面中输入。以脉冲发生器为例，脉冲结构可以设置成单相结构和双相结构；还可以切换放电形式，放电形式分为双极放电和单极放电，在双极放电模式下，消融电极(又称导管电极)中既有正电极也有负电极，正负电极之间形成电回路；在单极放电模式下：消融电极接正，贴在背部的背极板接负，电极及背极板形成电回路。以双向脉冲结构为例，如图2所示，为脉冲发生器的输出脉冲结构，横轴表示时间t(单位秒s)，纵轴表示电压v(t)。
其中，消融电极中正电极处的电势与脉冲发生器的脉冲电压和脉冲结构保持一致。如图2所示，U+＝v(t)，负极为接地状态，U-＝0。
消融电极中的正负电极设置位置与脉冲放电形式相对应；双极放电形式下，相邻电极的极性相反；单极放电形式下，消融导管中的所有电极均为正电极，背极板为负电极。
S102、确定消融组织在设定脉冲参数下的电脉冲场强阈值；
S103、获取消融导管中消融电极对应的电极参数，消融电极贴靠在消融组织的表面；
S104、基于设定脉冲参数和电极参数构建组织消融数值模型；
S105、根据组织消融数值模型获取消融组织对应的场强分布信息；
S106、基于场强分布信息和电脉冲场强阈值，获取设定脉冲参数下消融组织对应的预测消融参数；
其中，预测消融参数包括预测消融深度和/或预测消融区域。
脉冲电场能量不同于现有的传统RF能量、低温能量、超声能量等能量，脉冲不可逆电穿孔消融是脉冲电场能量通过瞬间放电在细胞膜上形成不可逆的微孔，造成细胞凋亡，达到非热消融。由于不同组织细胞对电压阈值不同，采用脉冲消融可选择性消融靶点组织细胞，而不对其他非靶点组织细胞产生影响，即达到治疗心房颤动时能够避免射频消融术、冷冻消融术等引起的并发症，且对食道、膈肌、血管等其他非靶点组织细胞无任何影响的效果。
心房组织因人而异，大小与厚度等均存在差异，设定好的脉冲参数不一定适用于所有的心房组织，可能需要医生根据情况适当调整脉冲参数；但是依靠医生自身经验很难设置合理、有效的参数值；即使经验丰富的医生也需要花费大量的时间去调试、去论证，过程费时费力且很难保证每次都设置的合理、有效。为了达到理想的消融效果，通过建立组织消融数值模型来预测电脉冲作用时电场对肺静脉的消融效果，并由此制定不可逆电穿孔消融的治疗计划。
由于治疗心房颤动的肺静脉隔离具有消融深度要求，若消融灶深度太小，则医疗手术可能不太有效，或者可能需要多次消融，则造成消融时间变长；若消融深度太深，则可能无意中消融相邻的组织，在一些情况下，可能造成心脏壁的穿孔。因此在实际治疗前通过组织消融数值模型仿真模拟来预测消融深度作为参考依据，对临床医生术前制定临床治疗方案具有一定的指导意义。
本实施例中，基于设定脉冲参数和电脉冲场强阈值拟合函数计算得到该脉冲参数下的电脉冲场强阈值；基于消融导管中消融电极参数构建消融数值模型，以获取消融组织在组织深度方向、组织宽度方向上对应的场强分布信息；采用电脉冲场强阈值绘制场强等值线以预测消融边界；基于组织深度方向的场强分布信息以及电脉冲场强阈值最终得到预测消融边界下的预测消融深度，基于组织宽度方向的场强分布信息以及电脉冲场强阈值最终得到预测消融边界下的预测消融区域，有效地提高了与脉冲参数所对应的消融参数的预测准确度和效率，为手术医生提供合理的脉冲参数设置指导，提高了消融效果。
实施例2
本实施例的脉冲消融参数的获取方法是对实施例1的进一步改进，具体地：
考虑到影响电场强度阈值的主要因素包括脉宽、一个脉冲串内的串内脉冲个数、脉冲串数，预先在数据库中存储不同组合的脉宽、串内脉冲个数、脉冲串数对应的电脉冲场强阈值，并根据不同参数组合与电脉冲场强阈值之间的对应关系建立数据列表，以便于建立拟合函数使用，从而可以结合该拟合函数得到任何脉冲参数组合下对应的电脉冲场强阈值。
具体地，如图3a所示，对应脉宽与电脉冲场强阈值之间的对应关系，横轴表示脉宽，单位log(t)/us，纵轴表示场强阈值，单位V/cm；如图3b所示，横轴表示脉冲持续时间，T/us，纵轴表示场强阈值，单位V/cm。
脉冲作用的总持续时间T保持一致时，电脉冲场强阈值会因为脉宽值的不同而表现出差异性，电脉冲场强阈值随着脉宽τ的增加而降低；脉宽τ保持一致时，电脉冲场强阈值会随着脉冲释放时间T的改变而发生变化，电脉冲场强阈值随着脉冲持续时间的增加而降低。
可以得知，电脉冲场强阈值随脉宽、脉冲释放时间的变化趋势是近似的，随着变量的增加而降低，且均会达到一个饱和值，即当变量增加到一定的值时，电脉冲场强阈值基本不变。当脉宽、脉冲释放时间分别取饱和值，设定对应的电脉冲场强阈值为E0；K1(τ)为脉冲释放时间处于饱和状态下脉宽对电脉冲场强阈值的影响系数；K2(n)为脉宽处于饱和状态下脉冲释放时间对阈值的影响系数，
具体地，如图4所示，步骤S102包括：
S1021、将设定脉宽、设定串内脉冲个数和设定脉冲串数输入至第二拟合函数，以计算得到消融组织对应的电脉冲场强阈值。
具体地，将设定脉宽、设定串内脉冲个数和设定脉冲串数输入至第二拟合函数，以计算得到消融组织对应的电脉冲场强阈值的步骤对应的计算公式如下：
其中，Eth表示电脉冲场强阈值，E0表示脉宽及脉冲剂量均处于饱和状态下的不可逆电穿孔临界场强，针对心肌组织，E0值取300～500V/cm；τ表示设定脉宽，取值在0.1～50us；T为脉冲释放总时间，T＝τ*n*N，n表示设定串内脉冲个数，N表示设定脉冲串数，A1、B1、C1、A2、B2、C2均为拟合系数，具体地，A1、B1、C1、A2、B2、C2均为根据拟合准确系数R2>0.95所确定的拟合参数。
举例说明，传统不可逆电穿孔时的心肌细胞的消融阈值为400V/cm，在本实施例中，取不可逆电穿孔临界场强值E0＝400V/cm；读取以往数据库中存储的不同脉宽τ与场强阈值的对应数组S1，绘制脉宽对不可逆电穿孔场强阈值的影响函数曲线，并对曲线进行拟合，得到K1(τ)的表达式，
读取以往数据库中存储的不同脉冲释放总时间T与场强阈值的对应数组S2，绘制脉冲释放总时间对不可逆电穿孔场强阈值的影响函数曲线，并对曲线进行拟合，得到K1(τ)的表达式，
基于上述拟合函数得到场强消融阈值的计算公式：
Eth＝F(τ,n,N)＝E0*K1(τ)*K2(T)
＝400*(0.43×τ-0.48+0.95)*(1.04×105×T-1.66+1.01)
得到场强阈值与脉宽τ及脉冲总消融时间T的函表达式后，代入获取的脉冲参数，即可得到设定脉冲参数下的不可逆电穿孔的场强阈值，例如：设定一组脉冲参数，其中脉宽τ＝5us，一个脉冲串内的脉冲个数n＝20个，消融总脉冲串数N＝200串，先计算脉冲消融时间T＝τ*n*N＝5*20*200＝20000us，则该脉冲参数下的场强阈值为：
Eth＝E0*K1(τ)*K2(T)＝467.5V/cm
另外，可以根据消融导管中消融电极的电极间距和电脉冲场强阈值的乘积，粗略计算得到脉冲发生器所需的电压值，并将该电压值作为脉冲发生器的脉冲电压。
在一可实施例的方案中，电极参数包括但不限于电极几何参数、电极材料属性参数和电极之间绝缘部分的材料属性信息；电极几何参数包括但不限于电极直径信息、电极长度信息和电极间距信息。
其中，对于不同类型的消融导管对应的消融电极，其对应的电极参数均为已经设定的固定参数。当采用何种消融导管时，可以根据产品说明信息直接获取对应的电极参数即可。组织消融数值模型用于仿真模拟消融导管的消融电极与消融组织对应的实际消融场景。如图5所示，以消融电极M1为环形电极为例，几何参数包括：消融电极半径为0.85mm，电极长度为3mm，两个电极端面的间距为4mm；材料属性包括：电极材料为铂金材质，电极中间为绝缘材料，共布置有9个电极(图中N表示电极)，根据环形电极的几何参数与材料属性构建组织消融数值模型。
在一可实施例的方案中，当消融电极包括一对电极时，消融电极中不同电极所在位置分别对应一对电极中两个电极的正下方位置和相邻两个电极中间处的位置。
在一可实施例的方案中，当消融电极包括多对电极时，消融电极中不同电极所在位置分别对应每对电极中每个电极的正下方位置和每对电极中相邻两个电极中间处的位置。
具体地，如图5所示，灰色区域对应不同的电极，该电极下方的组织即为电极正下方的组织；白色区域为相邻电极之间的绝缘间隙，两个电极中间处下方的组织即为两个电极中间处正下方的组织。
在消融组织为心肌组织时，消融电极置于血液中，并贴靠于心肌组织。如图6所示，对应该心肌组织对应的组织消融数值模型，其中M1表示消融电极，M2表示血液，M3表示心肌组织。
另外，组织消融数值模型的边界设置为电绝缘；其中，J·n＝0，J表示模型内部的电流密度，n表示组织边界法向量。
本实施例脉冲消融参数的获取方法还包括：
获取消融组织对应的若干组历史强度值和与历史强度值对应的历史电导率；
根据每组的历史电场强度值和历史电导率，绘制不同电场场强下的电导率值，对电导率随电场强度变化的曲线进行函数拟合，以构建电导率随场强变化的动态电导率模型；
其中，根据不同的消融组织对动态电导率模型的模型拟合参数进行适应调整，可调整的动态电导率模型的模型拟合参数包括初始电导率和模型拟合系数；
动态电导率模型用于输出与消融组织相匹配对应的电导率。
在一可实施的案例中，由于在电脉冲消融的过程中组织发生电穿孔现象，组织的电导率会随着穿孔过程的持续而发生变化，因此需要将组织的电导率设置为一动态参数。由于在不可逆电穿孔中，电导率随着穿孔过程的持续而发生变化，考虑到消融过程中，会进行盐水冲刷，组织温度变化较小，电导率变化主要受电场强度的影响；为了提高计算效率，可以忽略组织温升的影响，构建随电场强度变化的动态电导率模型。如图7所示，表征电导率随着场强变化的拟合曲线，横轴表示电场强度(V/cm)，纵轴表示电导率(S/m)。当电场强度非常小，不足以引起组织电穿孔的情况下，所测得的电导率即为初始电导率σ0，当电场强度足够大，脉冲电场作用于组织上，当所监测的电流值趋于稳定时，此时测得的电导率即为组织的最大电导率σmax。
从数据库中读取不同电场强度下的电导率，基于已有的历史实验数据，绘制不同电场强度下的电导率，并对电导率曲线进行拟合以得到动态电导率模型。
具体地，根据每组的历史电场强度值和历史电导率，绘制不同电场场强下的电导率值，对电导率随电场强度变化的曲线进行函数拟合，以构建电导率随场强变化的动态电导率模型的步骤对应的计算公式如下：
其中，σ0表示所述消融组织的初始电导率，一般取为0.2～0.4S/m，σmax表示所述消融组织全部发生电穿孔时的最大电导率，σmax＝C3*σ0；一般为3～4倍数的σ0，Edel表示电导率从开始变化到发展至稳定值这一过渡区中心点对应的场强值，一般取500～700V/cm，E表示所述场强分布信息对应的场强值。A3、B3、C3分别为模型拟合参数，这些参数的具体选择可以根据实际情况进行确定或调整。
在一可实施的案例中，考虑到不同的患者，其心房组织的电导率会存在一定的差异性，在实际应用过程中，导管到位后，释放测试脉冲，电压在20～80V左右，在不引起电穿孔的情况下，监测电压值U与电流值I，将监测的电压值作为仿真模型的正电极电压幅值，在未发生电穿孔的情况下，σ(E)＝σ0，将以往的经验值作为初始电导率值，赋给消融组织的材料属性，对该数值计算模型进行仿真计算；在计算完成后，对电极表面的法向电流密度进行表面积分，得到数值计算的电流值，Is＝∫∫n·J；将其值与监测存储的电流值进行比较分析，若Is＝I，则表明预设的初始电导率可以作为消融组织的初始电导率值；若Is≠I，则对预设的初始电导率按一定的梯度进行调整，直到计算得到的Is＝I，此时对应的电导率值为组织的初始电导率σ0。
在消融过程中，持续监测电压值U与电流值I，在高场强作用下，组织细胞发生电穿孔，导致组织电导率发生变化，将监测的电压值作为仿真模型的正电极电压幅值，将通过经验数据得到的动态电导率模型应用于仿真模型的组织材料属性中，对该数值计算模型进行仿真计算；计算完成后，对电极表面的法向电流密度进行表面积分，得到数值计算的电流值，Is＝∫∫n·J，将其值与监测存储的电流值进行比较分析，若Is＝I，则表明上述动态电导率模型中的拟合系数是适用于该消融组织的，若Is≠I，则对动态电导率模型中的拟合系数按一定的梯度进行调整，直到计算得到的Is＝I，此时对应的电导率拟合系数则是合适的。
步骤S105包括：
S1051、获取组织消融数值模型内部的电位信息；
S1052、基于电位信息和电导率计算得到消融组织对应的场强分布信息。
具体地，基于电位信息和电导率计算得到消融组织对应的场强分布信息的步骤对应的计算公式如下：
其中，E表示场强分布信息，
表示电位信息，σ为消融组织的电导率，ε0为真空介电常数，εr为消融组织的相对介电常数。
其中，场强分布主要由脉冲参数对应的电压、电极间距、电极大小及放电形式等决定。在实际应用过程中，本实施例所涉及的消融参数预测配合已定型的消融导管使用，针对同一种消融导管，其电极间距及电极大小处于固定状态，因此通过预先存储所配套使用导管的电极参数，针对不同的消融电极，分别进行场强分布的计算和消融参数(包括消融区域和消融深度)的预测。
步骤S106包括：
S1061、采用电脉冲场强阈值对场强分布信息进行处理，绘制场强等值线，将场强等值线圈定的区域作为预测消融边界；
具体地，如图8所示，对应环形电极，P表示消融导管，N1表示正电极，N2表示负电极，N3对应正负电极间的绝缘材料部分，L1表示电脉冲场强阈值等值线。
S1062、基于场强分布信息和电脉冲场强阈值，获取设定脉冲参数下消融组织预测消融边界对应的预测消融参数。
具体地，如图9所示，步骤S1062包括：
S106211、获取消融电极中不同电极所在位置对应的消融组织沿着组织深度方向的第一组织截面；
S106212、基于第一组织截面对应的场强分布信息，获取不同的组织深度信息对应的场强值；
S106213、建立不同的组织深度信息与对应的场强值之间的第一拟合函数；
基于仿真模型即组织消融数值模型计算完成后，可得到组织深度方向上任一组织截面上的电势分布情况(即场强分布信息)。其中，任意组织截面包括电极处正下方的组织截面，及电极中间处下方的组织截面。在组织深度方向电压呈递减趋势，如图10所示，绘制组织深度方向的位移(即组织深度信息)与电压分布的对应关系图。横轴表示沿着组织深度方向上的位移(mm)，纵轴表示电压值(V)。
根据上述场强与电势分布的关系式，可根据电势分布数据计算得到位移处的场强大小，其计算公式为：
U(n+1)和U(n)分别表示两个位置处的电压值，d(n+1)和d(n)分别表示两个位置处的组织深度信息，E(n)表示n位置处的场强大小。
根据仿真计算得到的电压分布数组及组织深度方向的数组，根据上述计算公式得到组织深度方向上的场强大小数组。
在一可实施的案例中，实现本实施例的获取方法的系统设备可支持导管电极(或称消融电极)的多种放电模式，包括双极放电，针对环电极导管类型，可进行一对电极放电情况下的消融深度预测，也可进行多对电极同时放电情况下的深度预测；还支持单极放电形式，导管电极接正，背极板接负，组织消融数值模型中，导管与背极板的距离可根据实际情况进行调整。另外，单极放电时，接入导管电极数量可根据用户进行调整。
消融过程中，电极表面处的电场强度最大，由于组织的电导率较电极比，其值很小，因此电场沿经组织处时，场强大小呈指数衰减，对比分析不同放电形式下，如图11所示，消融组织的不同截面处的场强分布情况。横轴表示沿着组织截面处的深度信息(mm)，纵轴表示场强大小(V/cm)，其中，以组织表面处作为起始坐标。
在一可实施的案例中，该系统设备与具有多电极的圈行电极导管配套使用，该电极导管的电极间距为4mm，在建立与消融电极参数一致的三维模型，选定放电形式后(例如，双极放电，一个电极接正，一个电极接地)，确定好应用电压(300V～3000V)，基于任一组织界面不同位移大小与场强大小分布根据拟合函数对场强大小进行拟合以得到第一拟合函数。
具体地，建立不同的组织深度信息与对应的场强值之间的第一拟合函数的步骤对应的计算公式如下：
其中，E1为电极处所述消融组织在组织深度信息x处的场强值，E2为两个电极中间处的消融组织在组织深度信息x处的场强值，k1U、k3U分别表示消融组织表面处电极的正下方位置和相邻两个正负电极中间处的位置的最大场强值的拟合值，U表示作用于消融组织的脉冲电压，k1、k2、k3、k4均为拟合系数，第一拟合函数的拟合系数与不同的脉冲放电形式相关联，x表示组织深度信息；
相同的放电形式下，上述的组织场强的函数表达式中，电极处的组织场强与电极中间处的拟合系数值会有所不同。不同的放电形式下，计算场强大小的函数关系中的拟合系数会有所不同。
举例说明，在消融组织仿真计算模型中，以一对电极双极放电模式为例，描述消融深度预测方法的实施过程：
基于上述的脉冲参数，脉宽τ＝5us，一个脉冲串内的脉冲个数n＝20个，消融总脉冲串数N＝200串，改脉冲参数下计算得到的场强阈值为467.5V/cm。
环形电极中，序列1电极接正，序列2电极接负，一对电极双极放电，设定正极电压值U+＝1200V，负极为接地状态，U-＝0。
结合上述仿真计算的边界条件设置，对数值模型进行仿真计算，计算完成后，获取电极正下方的沿组织深度方向的截面，得到从组织表面沿深度方向位移上的电场强度分布曲线，对该分布曲线进行函数拟合，得到深度位移与场强大小的对应关系，
电压值U＝1200V，对应的拟合系数k1＝3.22；拟合系数k2＝0.54。
同样，获取正负电极中间处正下方的沿组织深度方向的截面，得到从组织表面沿深度方向位移上的电场强度分布曲线，对该分布曲线进行函数拟合，得到深度位移与场强大小的对应关系，
电压值U＝1200V，对应的拟合系数k3＝1.22；拟合系数k4＝0.31。
针对同一消融组织对象，针对同一种放电模式下，脉冲电压如果发生变化，电场强度分布的拟合系数(k1、k2、k3、k4)不随之改变，如果更改放电形式，则拟合系数需要根据新的放电模式下的场强分布结果进行重新拟合得到。
针对不同的消融个体，由于电导率值会有所差异，针对以上述形同的放电模式下，电场强度分布的拟合系数(k1、k2、k3、k4)也会有所差异。
S106214、根据第一拟合函数和电脉冲场强阈值，分别获取消融电极中不同电极所在位置处的沿深度方向上的中间消融深度；
S106215、根据不同的中间消融深度计算得到设定脉冲参数下消融组织的组织表面沿深度方向上的预测消融深度。
电极表面处的场强值最大，电极中间处的场强值较小，故不同位置处的组织场强值有所差异，但其沿组织截面方向的变化趋势是一致的，组织表面处场强最大，然后沿深度方向，场强大小呈指数衰减。取电极下方的组织消融深度为最大值，取电极中间处的组织消融深度为最小值，取二者的均值作为组织的消融深度所有组织的消融深度。
具体地，根据第一拟合函数和电脉冲场强阈值，分别获取消融组织的表面的不同位置处沿深度方向上的中间消融深度，并根据不同的中间消融深度计算得到设定脉冲参数下消融组织的组织表面沿深度方向上的预测消融深度的步骤对应的计算公式如下：
其中，depth表示预测消融深度，Eth表示电脉冲场强阈值，消融组织的表面的组织深度信息x取值为0。当然，消融组织的表面的组织深度信息x也可以为其他常量，可以根据实际需求进行设计与调整。
例如：根据上述拟合得到的场强沿深度方向上的拟合结果，以及所设定脉冲参数下的场强阈值，将得到的拟合系数(k1、k2、k3、k4)及Eth带入到深度计算方程中，即
基于上述公式，确定脉冲电场消融参数，将预测消融深度与历史数据库中测得的历史消融深度进行比较分析，并绘制曲线图，如图12所示，图中用y＝x的函数关系进行曲线拟合，相关系数R2＝0.96，即表明该预测方法所得到的预消融灶深度值预测值和实验测量值之间具有良好的线性相关性。
在一可实施的案例中，为降低消融时间，提高效率，选择多对电极同时放电；在建立与导管电极参数一致的三维模型，选定放电形式后(多对电极同时放电，n/2个电极接正，n/2个电极接负，其中，n为总电极个数；或者，选择单极放电模式，n个电极同时接正，背极板接负)，确定好应用电压(例如300V～3000V)，进而进行场强分布的数值计算。
计算完成后，由于在多个位置产生消融区域，即上述的电极下方的组织消融深度包括2个及以上的电极下方的组织深度，其中的电极正下方可以包括正电极处和负电极处，上述的电极中间处的组织消融深度包括2个及以上的电极中间处的组织深度，针对多对电极同时放电的现象，其消融深度值为所取得的多个电极正下方的组织消融深度及多个电极中间处的组织消融深度的所有值的平均值。具体计算原理与一对电极情况计算的原理类似，因此此处就不再赘述。
本实施例中，基于设定脉冲参数和电脉冲场强阈值拟合函数计算得到该脉冲参数下的电脉冲场强阈值；基于消融导管中消融电极参数构建消融数值模型，以获取消融组织在组织深度方向、组织宽度方向上对应的场强分布信息；采用电脉冲场强阈值绘制场强等值线以预测消融边界；基于组织深度方向的场强分布信息以及电脉冲场强阈值最终得到预测消融边界下的预测消融深度，基于组织宽度方向的场强分布信息以及电脉冲场强阈值最终得到预测消融边界下的预测消融区域，有效地提高了与脉冲参数所对应的消融参数的预测准确度和效率，适用于单双极的消融方式，为手术医生提供合理的脉冲参数设置指导，提高了消融效果。
实施例3
本实施例的脉冲消融参数的获取方法是对实施例2的进一步改进，具体地：
如图13所示，电极周围均形成电场，其电场向组织辐射，针对消融组织而言，组织表面处的场强最大，取组织表面处的消融区域为消融灶表面区域(即预测消融边界)。在组织表面处，与电极接触的场强较大，而处在两个电极中间的组织处场强稍弱一些，因此电极宽度非完全均匀，取电极正下方的消融宽度和电极中间下方的消融宽度的均值，将其作为组织表面处消融灶的平均宽度。
电极处的电场强度在电极中心达到最大值，由电极中心向外辐射电场强度，组织表面处，随着与电极中心的距离增大，电场强度逐渐减弱。电极中间处的电场强度在距离电极边缘最近的位置达到最大值，沿上下宽度方向逐渐减弱。根据上述所构建的组织消融数值模型，在分别绘制经过电极处的截线及经过电极中间处的截线，得到此截线上随位移大小的场强分布。具体地，表征在消融宽度方向上的场强分布情况，横轴表示宽度方向上的位移(mm)，纵轴表示场强大小(V/cm)。
得到宽度方向上的位移后，通过求解最大值的方程E(w_max)＝max(E)，求得场强最大处的位移(即组织宽度信息)，将宽度方向上的位移进行平移处理，w＝w-w_max，使得位移坐标原点处对应的场强最大，如图8所示。横轴上的负坐标表示场强最大点朝导管中心方向的宽度，横轴上的正坐标表示场强最大点朝导管中心反方向的宽度，而预测消融区域为二者之和。
得到宽度方向上的场强分布后，根据拟合函数对场强大小进行拟合得到第三拟合函数。
如图14所示，步骤S1062包括：
S106221、获取消融电极中不同电极所在位置对应的消融组织沿着组织宽度方向的第一组织截线；
S106222、基于第一组织截线对应的场强分布信息，获取不同的组织宽度信息对应的场强值；
S106223、建立不同的组织宽度信息与对应的场强值之间的第三拟合函数；
具体地，建立不同的组织宽度信息与对应的场强值之间的第三拟合函数的步骤对应的计算公式如下：
其中，E3表示电极处消融组织在宽度位移上的场强值，E4表示相邻两个电极中间处的消融组织在宽度位移上的场强值，w表示位移大小，U表示脉冲电压，p1～p8均表示拟合系数。
相同的放电形式下，上述的组织场强的函数表达式中，电极处的组织场强与电极中间处的拟合系数值会有所不同，拟合函数与原数值的相关系数需满足：R2≥0.95。
S106224、根据第三拟合函数和电脉冲场强阈值，分别获取消融电极中不同电极所在位置处对应的中间消融区域；
S106225、根据不同的中间消融区域计算得到设定脉冲参数下消融组织的表面对应的预测消融区域。
举例说明，在消融组织仿真计算模型中，以一对电极双极放电模式为例，描述消融组织表面消融宽度预测方法的实施过程：
基于上述的脉冲参数，脉宽τ＝5us，一个脉冲串内的脉冲个数n＝20个，消融总脉冲串数N＝200串，改脉冲参数下计算得到的场强阈值为467.5V/cm。
环形电极中，序列1电极接正，序列2电极接负，1对电极双极放电，设定正极电压值U+＝1200V，负极为接地状态，U-＝0。
结合上述仿真计算的边界条件设置，对数值模型进行仿真计算，计算完成后，获取电极正下方的组织表面的截面，得到组织表面电场强度分布图，取电极正下方的某一位置点，绘制经过环电极圆心及该点的截线，获得组织沿该截线上的场强分布曲线，对该电场强度曲线进行函数拟合，得到宽度位移与场强大小的对应关系：
电压值U＝1200V，得到对应的拟合系数p1＝2.37；拟合系数p2＝2.13×10-10；拟合系数p3＝2.66；拟合系数p4＝168.4。
类似地，取正负电极中间正下方的某一位置点，绘制经过环电极圆心及该点的截线，获得组织沿该截线上的场强分布曲线，对该电场强度曲线进行函数拟合，得到宽度位移与场强大小的对应关系：
电压值U＝1200V，得到对应的拟合系数p5＝1.03；拟合系数p6＝7.88×10-9；拟合系数p7＝3.9；拟合系数p8＝77.94。
针对同一消融组织对象，针对同一种放电模式下，脉冲电压如果发生变化，电场强度分布的拟合系数(p1～p8)不随之改变，如果更改放电形式，则拟合系数需要根据新的放电模式下的场强分布结果进行重新拟合得到。
针对不同的消融个体，由于电导率值会有所差异，针对以上述形同的放电模式下，电场强度分布的拟合系数(p1～p8)也会有所差异。具体地，根据第三拟合函数和电脉冲场强阈值，分别获取消融电极中不同电极所在位置处对应的中间消融区域，并根据不同的中间消融区域计算得到设定脉冲参数下消融组织的表面对应的预测消融区域的步骤对应的计算公式如下：
其中，wide1和wide2分别表示不同的中间消融区域，wide表示预测消融区域，Eth表示电脉冲场强阈值。
举例说明，根据上述拟合得到的场强沿宽度方向上的拟合结果，以及所设定脉冲参数下的场强阈值，将得到的拟合系数(p1～p8)及Eth带入到深度计算方程中，即
在一可实施例的方案中，为多对电同时放电模式，在建立与导管电极参数一致的三维模型，选定放电形式后(多对电极同时放电，n/2个电极接正，n/2个电极接负，其中，n为总电极个数；或者，选择单极放电模式，n个电极同时接正，背极板接负)，确定好应用电压(例如300V～3000V)，进而进行场强分布的数值计算。
在计算完成后，由于在多个位置产生消融区，所以上述的电极下方的组织表面消融宽度包括2个及以上的电极下方的消融宽度，其中的电极正下方可以包括正电极处和负电极处，上述的电极中间处的组织表面消融宽度包括2个及以上的电极中间处的消融宽度，针对多对电极同时放电的现象，其组织表面的消融宽度值为所取得的多个电极正下方的组织消融宽度及多个电极中间处的组织消融宽度的所有消融宽度总和的平均值。
以导管电极的中心线作为基线，根据上述计算的消融宽度绘制基线上下的消融区域轮廓线，如图15所示。已知导管电极所在的圆形半径为r0，则外轮廓的圆形半径为r0+wide/2；内轮廓的圆形半径为r0-wide/2则组织表面的消融面积可以近似计算为：
S＝ε·2π·r0·wide＝(r0·θ+wide)·wide
其中，ε为参与消融区域形成的弧长与电极中心所在圆形的周长比值，即ε＝(r0·θ+wide)/(2π·r0)，θ为选取的放电模式下，圆形电极中参与消融的所有电极所形成的圆弧角度，其取决于参与消融的电极数量。
举例说明，所配套使用的圆形电极，导管电极所在的圆形半径为13mm，一对电极，所形成的圆弧角度为45°，根据上述计算得到的组织表面消融宽度值，将其带入到组织表面消融区域的消融面积的计算公式中，即
在一可实施例的方案中，本实施例中的获取方法还包括：
基于预测消融边界对应的预测消融区域和预测消融深度，构建预测消融边界对应的三维消融模型。
如图16和17所示，根据上述计算得到的组织表面消融表面积S(预测消融区域)及预测消融深度depth，整个消融区域的体积可以近似计算为：
举例说明，根据上述计算得到的组织深度方向上的消融深度，以及组织表面的消融面积，将其带入到消融区域体积的计算公式中，即
能够直观呈现消融区域对应的三维形状，便于医生或者患者查看了解，有效地提升患者的治疗体验。
在一可实施例的方案中，获取方法还包括：
基于设定脉冲参数下的预测消融深度和目标消融深度，采用遗传算法计算得到预测消融深度对应的适应度值；
在适应度值不满足预设条件时，则依次进行选择、交叉、变异处理以生成新的脉冲参数组合；
当脉冲参数组合对应的适应度值满足预设条件时，则采用脉冲参数组合更新设定脉冲参数。
具体地，根据外部反馈的理想消融深度值，将其与计算得到的预测消融深度进行对比分析，基于遗传算法，对设定脉冲参数进行优化，需要优化的参数包括脉宽τ、脉冲个数n、脉冲串数N、脉冲电压U；其中，目标函数为f(X)：
其中，d为预测消融深度，D为理想的目标消融深度，脉宽τ的取值范围为0.1～50us；串内脉冲个数n的取值范围为1～100个；脉冲串数N的取值范围为1～200串；电压取值范围为200～2000V，目标函数值要求最小且其值>0。
适应度是判断群体中个体优劣程度的指标，遗传算法根据个体适应度值的大小对个体进行选择，从而实现对参数的优化。适应度函数的确定在于函数值最大时，其与理想的目标消融深度最为接近，其适应度函数为：
式中，当预测消融深度小于理想的目标消融深度时，适应度函数值小于1；当预测消融深度大于理想的目标消融深度时，适应度函数值大于1。为了减少对其他组织的损伤，预测消融深度应该大于且尽可能靠近理想的目标消融深度，根据上述适应度函数的表达式，应该尽量使适应度值大。
如图18所示，基于遗传算法进行脉冲参数优化的流程大致包括：
S1、获取初代随机脉冲参数种群(包括脉宽、脉冲个数、脉冲串数、脉冲电压)；
S2、采用适应度函数对当前脉冲参数种群的适应度值评价；
S3、在适应度值未达到期望值和/或迭代次数未达到最大值时，对该脉冲参数种群依次进行选择、交叉、变异处理以生成新的脉冲参数组合，并返回步骤S2，直至适应度达到期望值或迭代次数达到最大值时，输出当前脉冲参数组合，并将该脉冲参数组合作为脉冲发生器对应的设定脉冲参数。
通过遗传算法优化得到的设定脉冲参数能够保证采用该脉冲参数组合的脉冲发生器输出的脉冲能量对应的消融区域在目标消融深度范围内，从而有效地提高了消融效果和准确度。
另外，如何将初始脉冲参数与遗传算法进行融合以计算得到对应的优化后的脉冲参数属于本领域的成熟技术，因此此处就不再赘述。
上述遗传算法中，运行参数包括种群大小Size，进化的总代数G，交叉概率Pc，变异概率Pm。种群大小Size的取值范围为20～100；进化代数G的取值范围为100～500；交叉概率Pc的取值范围为0.4～0.99，变异概率Pm的取值范围为0.0001～0.1。当然，上述的各个参数的取值可以根据实际情况进行重新确定与调整，以适用于不同的实际应用场景。
本实施例中，基于设定脉冲参数和电脉冲场强阈值拟合函数计算得到该脉冲参数下的电脉冲场强阈值；基于消融导管中消融电极参数构建消融数值模型，以获取消融组织在组织深度方向、组织宽度方向上对应的场强分布信息；采用电脉冲场强阈值绘制场强等值线以预测消融边界；基于组织深度方向的场强分布信息以及电脉冲场强阈值最终得到预测消融边界下的预测消融深度，基于组织宽度方向的场强分布信息以及电脉冲场强阈值最终得到预测消融边界下的预测消融区域，有效地提高了与脉冲参数所对应的消融参数的预测准确度和效率，适用于单双极的消融方式，为手术医生提供合理的脉冲参数设置指导，提高了消融效果；基于预测消融深度和预测消融区域构建该预测消融边界对应的三维消融模型，能够直观呈现消融区域对应的三维形状，便于医生或者患者查看了解，提升了使用体验。
实施例4
如图19所示，本实施例的脉冲消融参数的获取系统包括：
脉冲参数获取模块1，用于获取设定脉冲参数；
其中，设定脉冲参数包括但不限于设定脉宽、一个脉冲串内的设定串内脉冲个数、设定脉冲串数、脉冲电压、脉冲占空比。
设定脉冲参数通过在脉冲发生器等脉冲输出设备的操作界面中输入。以脉冲发生器为例，脉冲结构可以设置成单相结构和双相结构；还可以切换放电形式，放电形式分为双极放电和单极放电，在双极放电模式下，消融电极(又称导管电极)中既有正电极也有负电极，正负电极之间形成电回路；在单极放电模式下：消融电极接正，贴在背部的背极板接负，电极及背极板形成电回路。以双向脉冲结构为例，如图2所示，为脉冲发生器的输出脉冲结构，横轴表示时间t(单位秒s)，纵轴表示电压v(t)。
其中，消融电极中正电极处的电势与脉冲发生器的脉冲电压和脉冲结构保持一致。如图2所示，U+＝v(t)，负极为接地状态，U-＝0。
消融电极中的正负电极设置位置与脉冲放电形式相对应；双极放电形式下，相邻电极的极性相反；单极放电形式下，消融导管中的所有电极均为正电极，背极板为负电极。
电脉冲场强阈值确定模块2，用于确定消融组织在设定脉冲参数下的电脉冲场强阈值；
电极参数获取模块3，用于获取消融导管中消融电极对应的电极参数，消融电极贴靠在消融组织的表面；
消融模型构建模块4，用于基于设定脉冲参数和电极参数构建组织消融数值模型；
场强分布信息获取模块5，用于根据组织消融数值模型获取消融组织对应的场强分布信息；
预测消融参数获取模块6，用于基于场强分布信息和电脉冲场强阈值，获取设定脉冲参数下消融组织对应的预测消融参数；
其中，预测消融参数包括预测消融深度和/或预测消融区域。
本实施例中，基于设定脉冲参数和电脉冲场强阈值拟合函数计算得到该脉冲参数下的电脉冲场强阈值；基于消融导管中消融电极参数构建消融数值模型，以获取消融组织在组织深度方向、组织宽度方向上对应的场强分布信息；采用电脉冲场强阈值绘制场强等值线以预测消融边界；基于组织深度方向的场强分布信息以及电脉冲场强阈值最终得到预测消融边界下的预测消融深度，基于组织宽度方向的场强分布信息以及电脉冲场强阈值最终得到预测消融边界下的预测消融区域，有效地提高了与脉冲参数所对应的消融参数的预测准确度和效率，为手术医生提供合理的脉冲参数设置指导，提高了消融效果。
实施例5
如图20所示，本实施例的脉冲消融参数的获取系统是对实施例4的进一步改进，具体地：
考虑到影响电场强度阈值的主要因素包括脉宽、一个脉冲串内的串内脉冲个数、脉冲串数，预先在数据库中存储不同组合的脉宽、串内脉冲个数、脉冲串数对应的电脉冲场强阈值，并根据不同参数组合与电脉冲场强阈值之间的对应关系建立数据列表，以便于建立拟合函数使用，从而可以结合该拟合函数得到任何脉冲参数组合下对应的电脉冲场强阈值。
具体地，如图3a所示，对应脉宽与电脉冲场强阈值之间的对应关系，横轴表示脉宽，单位log(t)/us，纵轴表示场强阈值，单位V/cm；如图3b所示，横轴表示脉冲持续时间，T/us，纵轴表示场强阈值，单位V/cm。
脉冲作用的总持续时间T保持一致时，电脉冲场强阈值会因为脉宽值的不同而表现出差异性，电脉冲场强阈值随着脉宽τ的增加而降低；脉宽τ保持一致时，电脉冲场强阈值会随着脉冲释放时间T的改变而发生变化，电脉冲场强阈值随着脉冲持续时间的增加而降低。
可以得知，电脉冲场强阈值随脉宽、脉冲释放时间的变化趋势是近似的，随着变量的增加而降低，且均会达到一个饱和值，即当变量增加到一定的值时，电脉冲场强阈值基本不变。当脉宽、脉冲释放时间分别取饱和值，设定对应的电脉冲场强阈值为E0；K1(τ)为脉冲释放时间处于饱和状态下脉宽对电脉冲场强阈值的影响系数；K2(n)为脉宽处于饱和状态下脉冲释放时间对阈值的影响系数，
具体地，电脉冲场强阈值确定模块2确定电脉冲场强阈值的步骤对应的计算公式如下：
其中，Eth表示电脉冲场强阈值，E0表示脉宽及脉冲剂量均处于饱和状态下的不可逆电穿孔临界场强，τ表示设定脉宽，T为脉冲释放总时间，T＝τ*n*N，n表示设定串内脉冲个数，N表示设定脉冲串数，A1、B1、C1、A2、B2、C2均为拟合系数。具体地，A1、B1、C1、A2、B2、C2均为根据拟合准确系数R2>0.95所确定的拟合参数。
在一可实施例的方案中，电极参数包括但不限于电极几何参数、电极材料属性参数和电极之间绝缘部分的材料属性信息；电极几何参数包括但不限于电极直径信息、电极长度信息和电极间距信息。
其中，对于不同类型的消融导管对应的消融电极，其对应的电极参数均为已经设定的固定参数。当采用何种消融导管时，可以根据产品说明信息直接获取对应的电极参数即可。
组织消融数值模型用于仿真模拟消融导管的消融电极与消融组织对应的实际消融场景。如图5所示，以消融电极M1为环形电极为例，几何参数包括：消融电极半径为0.85mm，电极长度为3mm，两个电极端面的间距为4mm；材料属性包括：电极材料为铂金材质，电极中间为绝缘材料，共布置有9个电极，根据环形电极的几何参数与材料属性构建组织消融数值模型。
在一可实施例的方案中，当消融电极包括一对电极时，消融电极中不同电极所在位置分别对应一对电极中两个电极的正下方位置和相邻两个电极中间处的位置。
在一可实施例的方案中，当消融电极包括多对电极时，消融电极中不同电极所在位置分别对应每对电极中每个电极的正下方位置和每对电极中相邻两个电极中间处的位置。
具体地，如图5所示，灰色区域对应不同的电极，该电极下方的组织即为电极正下方的组织；白色区域为相邻电极之间的绝缘间隙，两个电极中间处下方的组织即为两个电极中间处正下方的组织。
在消融组织为心肌组织时，消融电极置于血液中，并贴靠于心肌组织。如图6所示，对应该心肌组织对应的组织消融数值模型，其中M1表示消融电极，M2表示血液，M3表示心肌组织。
另外，组织消融数值模型的边界设置为电绝缘；其中，J·n＝0，J表示模型内部的电流密度，n表示组织边界法向量。
本实施例的获取系统还包括：
历史数据获取模块7，用于获取消融组织对应的若干组历史强度值和与历史强度值对应的历史电导率；
电导率模型构建模块8，用于根据每组的历史电场强度值和历史电导率，绘制不同电场场强下的电导率值，对电导率随电场强度变化的曲线进行函数拟合，以构建电导率随场强变化的动态电导率模型；
其中，根据不同的消融组织对动态电导率模型的模型拟合参数进行适应调整，可调整的动态电导率模型的模型拟合参数包括初始电导率和模型拟合系数；
动态电导率模型用于输出与消融组织相匹配对应的电导率。
在一可实施的案例中，由于在电脉冲消融的过程中组织发生电穿孔现象，组织的电导率会随着穿孔过程的持续而发生变化，因此需要将组织的电导率设置为一动态参数。由于在不可逆电穿孔中，电导率随着穿孔过程的持续而发生变化，考虑到消融过程中，会进行盐水冲刷，组织温度变化较小，电导率变化主要受电场强度的影响；为了提高计算效率，可以忽略组织温升的影响，构建随电场强度变化的动态电导率模型。如图7所示，表征电导率随着场强变化的拟合曲线，横轴表示电场强度(V/cm)，纵轴表示电导率(S/m)。当电场强度非常小，不足以引起组织电穿孔的情况下，所测得的电导率即为初始电导率σ0，当电场强度足够大，脉冲电场作用于组织上，当所监测的电流值趋于稳定时，此时测得的电导率即为组织的最大电导率σmax。
从数据库中读取不同电场强度下的电导率，基于已有的历史实验数据，绘制不同电场强度下的电导率，并对电导率曲线进行拟合以得到动态电导率模型。
具体地，电导率模型构建模块8构建动态电导率模型的步骤对应的计算公式如下：
其中，σ0表示所述消融组织的初始电导率，一般取为0.2～0.4S/m，σmax表示所述消融组织全部发生电穿孔时的最大电导率，σmax＝C3*σ0；一般为3～4倍数的σ0，Edel表示电导率从开始变化到发展至稳定值这一过渡区中心点对应的场强值，一般取500～700V/cm，E表示所述场强分布信息对应的场强值。A3、B3、C3分别为模型拟合参数，这些参数的具体选择可以根据实际情况进行确定或调整。
本实施例的场强分布信息获取模块5包括：
电位信息获取单元9，用于获取组织消融数值模型内部的电位信息；
场强分布信息计算单元10，用于基于电位信息和电导率计算得到消融组织对应的场强分布信息。
具体地，场强分布信息计算单元10计算得到消融组织对应的场强分布信息的步骤对应的计算公式如下：
其中，E表示场强分布信息，
表示电位信息，σ为消融组织的电导率，ε0为真空介电常数，εr为消融组织的相对介电常数。
其中，场强分布主要由脉冲参数对应的电压、电极间距、电极大小及放电形式等决定。在实际应用过程中，本实施例所涉及的消融参数预测配合已定型的消融导管使用，针对同一种消融导管，其电极间距及电极大小处于固定状态，因此通过预先存储所配套使用导管的电极参数，针对不同的消融电极，分别进行场强分布的计算和消融参数(包括消融区域和消融深度)的预测。
本实施例的预测消融参数获取模块6包括：
消融边界预测单元11，用于采用电脉冲场强阈值对场强分布信息进行处理，绘制场强等值线，将场强等值线圈定的区域作为预测消融边界；
具体地，如图8所示，对应环形电极，P表示消融导管，N1表示正电极，N2表示负电极，N3对应正负电极间的绝缘材料部分，L1表示电脉冲场强阈值等值线。
预测消融参数计算单元12，用于基于场强分布信息和电脉冲场强阈值，获取设定脉冲参数下消融组织预测消融边界对应的预测消融参数。
具体地，本实施例的预测消融参数计算单元12包括：
组织截面获取子单元，用于获取消融电极中不同电极所在位置对应的消融组织沿着组织深度方向的第一组织截面；
深度场强值获取子单元，用于基于第一组织截面对应的场强分布信息，获取不同的组织深度信息对应的场强值；
第一拟合函数建立子单元，用于建立不同的组织深度信息与对应的场强值之间的第一拟合函数；
基于仿真模型即组织消融数值模型计算完成后，可得到组织深度方向上任一组织截面上的电势分布情况(即场强分布信息)。其中，任意组织截面包括电极处正下方的组织截面，及电极中间处下方的组织截面。在组织深度方向电压呈递减趋势，如图10所示，绘制组织深度方向的位移(即组织深度信息)与电压分布的对应关系图。横轴表示沿着组织深度方向上的位移(mm)，纵轴表示电压值(V)。
根据上述场强与电势分布的关系式，可根据电势分布数据计算得到位移处的场强大小，其计算公式为：
U(n+1)和U(n)分别表示两个位置处的电压值，d(n+1)和d(n)分别表示两个位置处的组织深度信息，E(n)表示n位置处的场强大小。
根据仿真计算得到的电压分布数组及组织深度方向的数组，根据上述计算公式得到组织深度方向上的场强大小数组。
在一可实施的案例中，实现本实施例的获取方法的系统设备可支持导管电极(或称消融电极)的多种放电模式，包括双极放电，针对环电极导管类型，可进行一对电极放电情况下的消融深度预测，也可进行多对电极同时放电情况下的深度预测；还支持单极放电形式，导管电极接正，背极板接负，组织消融数值模型中，导管与背极板的距离可根据实际情况进行调整。另外，单极放电时，接入导管电极数量可根据用户进行调整。
消融过程中，电极表面处的电场强度最大，由于组织的电导率较电极比，其值很小，因此电场沿经组织处时，场强大小呈指数衰减，对比分析不同放电形式下，如图11所示，消融组织的不同截面处的场强分布情况。横轴表示沿着组织截面处的深度信息(mm)，纵轴表示场强大小(V/cm)，其中，以组织表面处作为起始坐标。
在一可实施的案例中，该系统设备与具有多电极的圈行电极导管配套使用，该电极导管的电极间距为4mm，在建立与消融电极参数一致的三维模型，选定放电形式后(例如，双极放电，一个电极接正，一个电极接地)，确定好应用电压(300V～3000V)，基于任一组织界面不同位移大小与场强大小分布根据拟合函数对场强大小进行拟合以得到第一拟合函数。
具体地，第一拟合函数建立子单元建立第一拟合函数对应的计算公式如下：
其中，E1为电极处所述消融组织在组织深度信息x处的场强值，E2为两个电极中间处的消融组织在组织深度信息x处的场强值，k1U、k3U分别表示消融组织表面处电极的正下方位置和相邻两个正负电极中间处的位置的最大场强值的拟合值，U表示作用于消融组织的脉冲电压，k1、k2、k3、k4均为拟合系数，第一拟合函数的拟合系数与不同的脉冲放电形式相关联，x表示组织深度信息；
相同的放电形式下，上述的组织场强的函数表达式中，电极处的组织场强与电极中间处的拟合系数值会有所不同。不同的放电形式下，计算场强大小的函数关系中的拟合系数会有所不同。
中间消融深度获取子单元，用于根据第一拟合函数和电脉冲场强阈值，分别获取消融电极中不同电极所在位置处的沿深度方向上的中间消融深度；
预测消融深度计算子单元，用于根据不同的中间消融深度计算得到设定脉冲参数下消融组织的组织表面沿深度方向上的预测消融深度。
电极表面处的场强值最大，电极中间处的场强值较小，故不同位置处的组织场强值有所差异，但其沿组织截面方向的变化趋势是一致的，组织表面处场强最大，然后沿深度方向，场强大小呈指数衰减。取电极下方的组织消融深度为最大值，取电极中间处的组织消融深度为最小值，取二者的均值作为组织的消融深度所有组织的消融深度。
具体地，预测消融深度计算子单元计算得到预测消融深度对应的计算公式如下：
其中，depth表示预测消融深度，Eth表示电脉冲场强阈值，消融组织的表面的组织深度信息x取值为0。当然，消融组织的表面的组织深度信息x也可以为其他常量，可以根据实际需求进行设计与调整。
基于上述公式，确定脉冲电场消融参数，将预测消融深度与历史数据库中测得的历史消融深度进行比较分析，并绘制曲线图，如图12所示，图中用y＝x的函数关系进行曲线拟合，相关系数R2＝0.96，即表明该预测方法所得到的预消融灶深度值预测值和实验测量值之间具有良好的线性相关性。
在一可实施的案例中，为降低消融时间，提高效率，选择多对电极同时放电；在建立与导管电极参数一致的三维模型，选定放电形式后(多对电极同时放电，n/2个电极接正，n/2个电极接负，其中，n为总电极个数；或者，选择单极放电模式，n个电极同时接正，背极板接负)，确定好应用电压(例如300V～3000V)，进而进行场强分布的数值计算。
计算完成后，由于在多个位置产生消融区域，即上述的电极下方的组织消融深度包括2个及以上的电极下方的组织深度，其中的电极正下方可以包括正电极处和负电极处，上述的电极中间处的组织消融深度包括2个及以上的电极中间处的组织深度，针对多对电极同时放电的现象，其消融深度值为所取得的多个电极正下方的组织消融深度及多个电极中间处的组织消融深度的所有值的平均值。具体计算原理与一对电极情况计算的原理类似，因此此处就不再赘述。
本实施例中，基于设定脉冲参数和电脉冲场强阈值拟合函数计算得到该脉冲参数下的电脉冲场强阈值；基于消融导管中消融电极参数构建消融数值模型，以获取消融组织在组织深度方向、组织宽度方向上对应的场强分布信息；采用电脉冲场强阈值绘制场强等值线以预测消融边界；基于组织深度方向的场强分布信息以及电脉冲场强阈值最终得到预测消融边界下的预测消融深度，基于组织宽度方向的场强分布信息以及电脉冲场强阈值最终得到预测消融边界下的预测消融区域，有效地提高了与脉冲参数所对应的消融参数的预测准确度和效率，适用于单双极的消融方式，为手术医生提供合理的脉冲参数设置指导，提高了消融效果。
实施例6
本实施例的脉冲消融参数的获取系统是对实施例5的进一步改进，具体地：
如图12所示，电极周围均形成电场，其电场向组织辐射，针对消融组织而言，组织表面处的场强最大，取组织表面处的消融区域为消融灶表面区域(即预测消融边界)。在组织表面处，与电极接触的场强较大，而处在两个电极中间的组织处场强稍弱一些，因此电极宽度非完全均匀，取电极正下方的消融宽度和电极中间下方的消融宽度的均值，将其作为组织表面处消融灶的平均宽度。
电极处的电场强度在电极中心达到最大值，由电极中心向外辐射电场强度，组织表面处，随着与电极中心的距离增大，电场强度逐渐减弱。电极中间处的电场强度在距离电极边缘最近的位置达到最大值，沿上下宽度方向逐渐减弱。根据上述所构建的组织消融数值模型，在分别绘制经过电极处的截线及经过电极中间处的截线，得到此截线上随位移大小的场强分布。具体地，如图13所示，表征在消融宽度方向上的场强分布情况，横轴表示宽度方向上的位移(mm)，纵轴表示场强大小(V/cm)。
得到宽度方向上的位移后，通过求解最大值的方程E(w_max)＝max(E)，求得场强最大处的位移(即组织宽度信息)，将宽度方向上的位移进行平移处理，w＝w-w_max，使得位移坐标原点处对应的场强最大，如图8所示。横轴上的负坐标表示场强最大点朝导管中心方向的宽度，横轴上的正坐标表示场强最大点朝导管中心反方向的宽度，而预测消融区域为二者之和。
得到宽度方向上的场强分布后，根据拟合函数对场强大小进行拟合得到第三拟合函数。
本实施例的预测消融参数计算单元12包括：
组织截线获取子单元，用于获取消融电极中不同电极所在位置对应的消融组织沿着组织宽度方向的第一组织截线；
宽度场强值获取子单元，用于基于第一组织截线对应的场强分布信息，获取不同的组织宽度信息对应的场强值；
第三拟合函数建立子单元，用于建立不同的组织宽度信息与对应的场强值之间的第三拟合函数；
具体地，第三拟合函数建立子单元建立第三拟合函数对应的计算公式如下：
其中，E3表示电极处消融组织在宽度位移上的场强值，E4表示相邻两个电极中间处的消融组织在宽度位移上的场强值，w表示位移大小，U表示脉冲电压，p1～p8均表示拟合系数。
相同的放电形式下，上述的组织场强的函数表达式中，电极处的组织场强与电极中间处的拟合系数值会有所不同，拟合函数与原数值的相关系数需满足：R2≥0.95。
中间消融区域获取子单元，用于根据第三拟合函数和电脉冲场强阈值，分别获取消融电极中不同电极所在位置处对应的中间消融区域；
预测消融区域计算子单元，用于根据不同的中间消融区域计算得到设定脉冲参数下消融组织的表面对应的预测消融区域。
具体地，预测消融区域计算子单元计算得到预测消融区域对应的计算公式如下：
其中，wide1和wide2分别表示不同的中间消融区域，wide表示预测消融区域，Eth表示电脉冲场强阈值。
在一可实施例的方案中，为多对电同时放电模式，在建立与导管电极参数一致的三维模型，选定放电形式后(多对电极同时放电，n/2个电极接正，n/2个电极接负，其中，n为总电极个数；或者，选择单极放电模式，n个电极同时接正，背极板接负)，确定好应用电压(例如300V～3000V)，进而进行场强分布的数值计算。
在计算完成后，由于在多个位置产生消融区，所以上述的电极下方的组织表面消融宽度包括2个及以上的电极下方的消融宽度，其中的电极正下方可以包括正电极处和负电极处，上述的电极中间处的组织表面消融宽度包括2个及以上的电极中间处的消融宽度，针对多对电极同时放电的现象，其组织表面的消融宽度值为所取得的多个电极正下方的组织消融宽度及多个电极中间处的组织消融宽度的所有消融宽度总和的平均值。
以导管电极的中心线作为基线，根据上述计算的消融宽度绘制基线上下的消融区域轮廓线，如图15所示。已知导管电极所在的圆形半径为r0，则外轮廓的圆形半径为r0+wide/2；内轮廓的圆形半径为r0-wide/2则组织表面的消融面积可以近似计算为：
S＝ε·2π·r0·wide＝(r0·θ+wide)·wide
其中，ε为参与消融区域形成的弧长与电极中心所在圆形的周长比值，即ε＝(r0·θ+wide)/(2π·r0)，θ为选取的放电模式下，圆形电极中参与消融的所有电极所形成的圆弧角度，其取决于参与消融的电极数量。
在一可实施例的方案中，如图21所示，本实施例的获取系统还包括：
三维模型构建模块13，用于基于预测消融边界对应的预测消融区域和预测消融深度，构建预测消融边界对应的三维消融模型。
如图16和17所示，根据上述计算得到的组织表面消融表面积S(预测消融区域)及预测消融深度depth，整个消融区域的体积可以近似计算为：
能够直观呈现消融区域对应的三维形状，便于医生或者患者查看了解，有效地提升患者的治疗体验。
在一可实施例的方案中，本实施例的获取系统还包括：
适应度值计算模块14，用于基于设定脉冲参数下的预测消融深度和目标消融深度，采用遗传算法计算得到预测消融深度对应的适应度值；
脉冲参数组合生成模块15，用于在适应度值不满足预设条件时，则依次进行选择、交叉、变异处理以生成新的脉冲参数组合；
脉冲参数更新模块16，用于当脉冲参数组合对应的适应度值满足预设条件时，则采用脉冲参数组合更新设定脉冲参数。
具体地，根据外部反馈的理想消融深度值，将其与计算得到的预测消融深度进行对比分析，基于遗传算法，对设定脉冲参数进行优化，需要优化的参数包括脉宽τ、脉冲个数n、脉冲串数N、脉冲电压U；其中，目标函数为f(X)：
其中，d为预测消融深度，D为理想的目标消融深度，脉宽τ的取值范围为0.1～50us；串内脉冲个数n的取值范围为1～100个；脉冲串数N的取值范围为1～200串；电压取值范围为200～2000V，目标函数值要求最小且其值>0。
适应度是判断群体中个体优劣程度的指标，遗传算法根据个体适应度值的大小对个体进行选择，从而实现对参数的优化。适应度函数的确定在于函数值最大时，其与理想的目标消融深度最为接近，其适应度函数为：
式中，当预测消融深度小于理想的目标消融深度时，适应度函数值小于1；当预测消融深度大于理想的目标消融深度时，适应度函数值大于1。为了减少对其他组织的损伤，预测消融深度应该大于且尽可能靠近理想的目标消融深度，根据上述适应度函数的表达式，应该尽量使适应度值大。
如图18所示，基于遗传算法进行脉冲参数优化的流程大致包括：
S1、获取初代随机脉冲参数种群(包括脉宽、脉冲个数、脉冲串数、脉冲电压)；
S2、采用适应度函数对当前脉冲参数种群的适应度值评价；
S3、在适应度值未达到期望值和/或迭代次数未达到最大值时，对该脉冲参数种群依次进行选择、交叉、变异处理以生成新的脉冲参数组合，并返回步骤S2，直至适应度达到期望值或迭代次数达到最大值时，输出当前脉冲参数组合，并将该脉冲参数组合作为脉冲发生器对应的设定脉冲参数。
通过遗传算法优化得到的设定脉冲参数能够保证采用该脉冲参数组合的脉冲发生器输出的脉冲能量对应的消融区域在目标消融深度范围内，从而有效地提高了消融效果和准确度。
另外，如何将初始脉冲参数与遗传算法进行融合以计算得到对应的优化后的脉冲参数属于本领域的成熟技术，因此此处就不再赘述。
上述遗传算法中，运行参数包括种群大小Size，进化的总代数G，交叉概率Pc，变异概率Pm。种群大小Size的取值范围为20～100；进化代数G的取值范围为100～500；交叉概率Pc的取值范围为0.4～0.99，变异概率Pm的取值范围为0.0001～0.1。当然，上述的各个参数的取值可以根据实际情况进行重新确定与调整，以适用于不同的实际应用场景。
本实施例中，基于设定脉冲参数和电脉冲场强阈值拟合函数计算得到该脉冲参数下的电脉冲场强阈值；基于消融导管中消融电极参数构建消融数值模型，以获取消融组织在组织深度方向、组织宽度方向上对应的场强分布信息；采用电脉冲场强阈值绘制场强等值线以预测消融边界；基于组织深度方向的场强分布信息以及电脉冲场强阈值最终得到预测消融边界下的预测消融深度，基于组织宽度方向的场强分布信息以及电脉冲场强阈值最终得到预测消融边界下的预测消融区域，有效地提高了与脉冲参数所对应的消融参数的预测准确度和效率，适用于单双极的消融方式，为手术医生提供合理的脉冲参数设置指导，提高了消融效果；基于预测消融深度和预测消融区域构建该预测消融边界对应的三维消融模型，能够直观呈现消融区域对应的三维形状，便于医生或者患者查看了解，提升了使用体验。
实施例7
图22为本发明实施例7提供的一种电子设备的结构示意图。电子设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现实施例1-3中任一实施例中的脉冲消融参数的获取方法。图22显示的电子设备30仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图22所示，电子设备30可以以通用计算设备的形式表现，例如其可以为服务器设备。电子设备30的组件可以包括但不限于：上述至少一个处理器31、上述至少一个存储器32、连接不同系统组件(包括存储器32和处理器31)的总线33。
总线33包括数据总线、地址总线和控制总线。
存储器32可以包括易失性存储器，例如随机存取存储器(RAM)321和/或高速缓存存储器322，还可以进一步包括只读存储器(ROM)323。
存储器32还可以包括具有一组(至少一个)程序模块324的程序/实用工具325，这样的程序模块324包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
处理器31通过运行存储在存储器32中的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如本发明实施例1-3中任一实施例中的脉冲消融参数的获取方法。
电子设备30也可以与一个或多个外部设备34(例如键盘、指向设备等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口35进行。并且，模型生成的电子设备30还可以通过网络适配器36与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图22所示，网络适配器36通过总线33与模型生成的电子设备30的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合模型生成的电子设备30使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理器、外部磁盘驱动阵列、RAID(磁盘阵列)系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了电子设备的若干单元/模块或子单元/模块，但是这种划分仅仅是示例性的并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多单元/模块的特征和功能可以在一个单元/模块中具体化。反之，上文描述的一个单元/模块的特征和功能可以进一步划分为由多个单元/模块来具体化。
实施例8
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现实施例1-3中任一实施例中的脉冲消融参数的获取方法中的步骤。
其中，可读存储介质可以采用的更具体可以包括但不限于：便携式盘、硬盘、随机存取存储器、只读存储器、可擦拭可编程只读存储器、光存储器件、磁存储器件或上述的任意合适的组合。
在可能的实施方式中，本发明还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当程序产品在终端设备上运行时，程序代码用于使终端设备执行实现实施例1-3中任一实施例中的脉冲消融参数的获取方法中的步骤。
其中，可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明的程序代码，程序代码可以完全地在用户设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户设备上部分在远程设备上执行或完全在远程设备上执行。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (20)
1.一种脉冲消融参数的获取方法，其特征在于，所述获取方法包括：
获取设定脉冲参数；
确定消融组织在所述设定脉冲参数下的电脉冲场强阈值；
获取消融导管中消融电极对应的电极参数，所述消融电极贴靠在所述消融组织的表面；
基于所述设定脉冲参数和所述电极参数构建组织消融数值模型；
根据所述组织消融数值模型获取所述消融组织对应的场强分布信息；
基于所述场强分布信息和所述电脉冲场强阈值，获取所述设定脉冲参数下所述消融组织对应的预测消融参数；
其中，所述预测消融参数包括预测消融深度和/或预测消融区域。
2.如权利要求1所述的脉冲消融参数的获取方法，其特征在于，基于所述场强分布信息和所述电脉冲场强阈值，获取所述设定脉冲参数下所述消融组织对应的预测消融参数的步骤包括：
采用所述电脉冲场强阈值对所述场强分布信息进行处理，绘制场强等值线，将所述场强等值线圈定的区域作为预测消融边界；
基于所述场强分布信息和所述电脉冲场强阈值，获取所述设定脉冲参数下所述消融组织所述预测消融边界对应的所述预测消融参数。
3.如权利要求2所述的脉冲消融参数的获取方法，其特征在于，所述基于所述场强分布信息和所述电脉冲场强阈值，获取所述设定脉冲参数下所述消融组织所述预测消融边界对应的所述预测消融参数的步骤包括：
获取所述消融电极中不同电极所在位置对应的所述消融组织沿着组织深度方向的第一组织截面；
基于所述第一组织截面对应的所述场强分布信息，获取不同的组织深度信息对应的场强值；
建立不同的所述组织深度信息与对应的所述场强值之间的第一拟合函数；
根据所述第一拟合函数和所述电脉冲场强阈值，分别获取所述消融电极中不同电极所在位置处的沿深度方向上的中间消融深度，并根据不同的所述中间消融深度计算得到所述设定脉冲参数下所述消融组织的组织表面沿深度方向上的预测消融深度。
4.如权利要求3所述的脉冲消融参数的获取方法，其特征在于，当所述消融电极包括一对电极时，所述消融电极中不同电极所在位置分别对应一对电极中两个电极的正下方位置和相邻两个电极中间处的位置；或，
当所述消融电极包括多对电极时，所述消融电极中不同电极所在位置分别对应每对电极中每个电极的正下方位置和每对电极中相邻两个电极中间处的位置。
5.如权利要求4所述的脉冲消融参数的获取方法，其特征在于，所述消融电极中正电极处的电势与脉冲发生器的脉冲电压和脉冲结构保持一致；和/或，
所述消融电极中的正负电极设置位置与脉冲放电形式相对应；
其中，双极放电形式下，相邻电极的极性相反；单极放电形式下，所述消融导管中的所有电极均为正电极，背极板为负电极。
6.如权利要求5所述的脉冲消融参数的获取方法，其特征在于，当所述设定脉冲参数包括设定脉宽、一个脉冲串内的设定串内脉冲个数和设定脉冲串数时，所述确定消融组织在所述设定脉冲参数下的电脉冲场强阈值的步骤包括：
将所述设定脉宽、所述设定串内脉冲个数和所述设定脉冲串数输入至第二拟合函数，以计算得到所述消融组织对应的所述电脉冲场强阈值。
7.如权利要求6所述的脉冲消融参数的获取方法，其特征在于，所述将所述设定脉宽、所述设定串内脉冲个数和所述设定脉冲串数输入至第二拟合函数，以计算得到所述消融组织对应的所述电脉冲场强阈值的步骤对应的计算公式如下：
其中，Eth表示所述电脉冲场强阈值，E0表示脉宽及脉冲剂量均处于饱和状态下的不可逆电穿孔临界场强，τ表示所述设定脉宽，T为脉冲释放总时间，T＝τ*n*N，n表示所述设定串内脉冲个数，N表示所述设定脉冲串数，A1、B1、C1、A2、B2、C2均为拟合系数。
8.如权利要求7所述的脉冲消融参数的获取方法，其特征在于，所述建立不同的所述组织深度信息与对应的所述场强值之间的第一拟合函数的步骤对应的计算公式如下：
其中，E1为电极处所述消融组织在组织深度信息x处的场强值，E2为两个电极中间处的所述消融组织在组织深度信息x处的场强值，k1U、k3U分别表示所述消融组织表面处电极的正下方位置和相邻两个正负电极中间处的位置的最大场强值的拟合值，U表示作用于所述消融组织的脉冲电压，k1、k2、k3、k4均为拟合系数，所述第一拟合函数的拟合系数与不同的脉冲放电形式相关联，x表示所述组织深度信息；
所述根据所述第一拟合函数和所述电脉冲场强阈值，分别获取所述消融组织的表面的不同位置处沿深度方向上的中间消融深度，并根据不同的所述中间消融深度计算得到所述设定脉冲参数下所述消融组织的组织表面沿深度方向上的预测消融深度的步骤对应的计算公式如下：
其中，depth表示所述预测消融深度，Eth表示所述电脉冲场强阈值，所述消融组织的表面的组织深度信息x取值为0。
9.如权利要求1所述的脉冲消融参数的获取方法，其特征在于，所述电极参数包括电极几何参数、电极材料属性参数和电极之间绝缘部分的材料属性信息；其中，所述电极几何参数包括电极直径信息、电极长度信息和电极间距信息；和/或，
所述组织消融数值模型的边界设置为电绝缘；
其中，J·n＝0，J表示模型内部的电流密度，n表示组织边界法向量。
10.如权利要求4所述的脉冲消融参数的获取方法，其特征在于，所述获取方法还包括：
获取所述消融组织对应的若干组历史强度值和与所述历史强度值对应的历史电导率；
根据每组的所述历史电场强度值和所述历史电导率，绘制不同电场场强下的电导率值，对电导率随电场强度变化的曲线进行函数拟合，以构建电导率随场强变化的动态电导率模型；
其中，根据不同的消融组织对所述动态电导率模型的模型拟合参数进行适应调整，可调整的所述动态电导率模型的模型拟合参数包括初始电导率和模型拟合系数；
所述动态电导率模型用于输出与消融组织相匹配对应的电导率。
11.如权利要求10所述的脉冲消融参数的获取方法，其特征在于，所述根据每组的所述历史电场强度值和所述历史电导率，绘制不同电场场强下的电导率值，对电导率随电场强度变化的曲线进行函数拟合，以构建电导率随场强变化的动态电导率模型的步骤对应的计算公式如下：
其中，σ0表示所述消融组织的初始电导率，σmax表示所述消融组织全部发生电穿孔时的最大电导率，σmax＝C3*σ0，A3、B3、C3分别为模型拟合参数，Edel表示电导率从开始变化到发展至稳定值这一过渡区中心点对应的场强值，E表示所述场强分布信息对应的场强值。
12.如权利要求11所述的脉冲消融参数的获取方法，其特征在于，所述根据所述组织消融数值模型获取所述消融组织对应的场强分布信息的步骤包括：
获取所述组织消融数值模型内部的电位信息；
基于所述电位信息和电导率计算得到所述消融组织对应的场强分布信息。
13.如权利要求12所述的脉冲消融参数的获取方法，其特征在于，所述基于所述电位信息和所述电导率计算得到所述消融组织对应的场强分布信息的步骤对应的计算公式如下：
其中，E表示所述场强分布信息，
表示所述电位信息，σ为所述消融组织的电导率，ε0为真空介电常数，εr为所述消融组织的相对介电常数。
14.如权利要求4所述的脉冲消融参数的获取方法，其特征在于，所述基于所述场强分布信息和所述电脉冲场强阈值，获取所述设定脉冲参数下所述消融组织所述预测消融边界对应的所述预测消融参数的步骤包括：
获取所述消融电极中不同电极所在位置对应的所述消融组织沿着组织宽度方向的第一组织截线；
基于所述第一组织截线对应的所述场强分布信息，获取不同的组织宽度信息对应的场强值；
建立不同的所述组织宽度信息与对应的所述场强值之间的第三拟合函数；
根据所述第三拟合函数和所述电脉冲场强阈值，分别获取所述消融电极中不同电极所在位置处对应的中间消融区域，并根据不同的所述中间消融区域计算得到所述设定脉冲参数下所述消融组织的表面对应的预测消融区域。
15.如权利要求14所述的脉冲消融参数的获取方法，其特征在于，所述建立不同的所述组织宽度信息与对应的所述场强值之间的第三拟合函数的步骤对应的计算公式如下：
其中，E3表示电极处所述消融组织在宽度位移上的场强值，E4表示相邻两个电极中间处的所述消融组织在宽度位移上的场强值，w表示位移大小，U表示脉冲电压，p1～p8均表示拟合系数；
所述根据所述第三拟合函数和所述电脉冲场强阈值，分别获取所述消融电极中不同电极所在位置处对应的中间消融区域，并根据不同的所述中间消融区域计算得到所述设定脉冲参数下所述消融组织的表面对应的预测消融区域的步骤对应的计算公式如下：
其中，wide1和wide2分别表示不同的所述中间消融区域，wide表示所述预测消融区域，Eth表示所述电脉冲场强阈值。
16.如权利要求14或15所述的脉冲消融参数的获取方法，其特征在于，所述获取方法还包括：
基于所述预测消融边界对应的所述预测消融区域和所述预测消融深度，构建所述预测消融边界对应的三维消融模型。
17.如权利要求1所述的脉冲消融参数的获取方法，其特征在于，所述获取方法还包括：
基于所述设定脉冲参数下的所述预测消融深度和目标消融深度，采用遗传算法计算得到所述预测消融深度对应的适应度值；
在所述适应度值不满足预设条件时，则依次进行选择、交叉、变异处理以生成新的脉冲参数组合；
当所述脉冲参数组合对应的适应度值满足预设条件时，则采用脉冲参数组合更新所述设定脉冲参数。
18.一种脉冲消融参数的获取系统，其特征在于，所述获取系统包括：
脉冲参数获取模块，用于获取设定脉冲参数；
电脉冲场强阈值确定模块，用于确定消融组织在所述设定脉冲参数下的电脉冲场强阈值；
电极参数获取模块，用于获取消融导管中消融电极对应的电极参数，所述消融电极贴靠在所述消融组织的表面；
消融模型构建模块，用于基于所述设定脉冲参数和所述电极参数构建组织消融数值模型；
场强分布信息获取模块，用于根据所述组织消融数值模型获取所述消融组织对应的场强分布信息；
预测消融参数获取模块，用于基于所述场强分布信息和所述电脉冲场强阈值，获取所述设定脉冲参数下所述消融组织对应的预测消融参数；
其中，所述预测消融参数包括预测消融深度和/或预测消融区域。
19.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行计算机程序时实现权利要求1-17中任一项所述的脉冲消融参数的获取方法。
20.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-17中任一项所述的脉冲消融参数的获取方法。
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