一种基于平面架构阵列的信号处理系统

1.本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种基于平面架构阵列的信号处理系统。


背景技术：

2.在当前的生物医学研究领域中，通过阵列电极对活体组织中多个位点进行同步检测可有助于更为深入、全面地了解与该组织相关的生理和/或病理学现象及其背后的生物学机制。但近年来，随着多种阵列电极系统的应用推广，也逐渐暴露出一些在实际应用中的问题或缺陷，诸如：缺乏灵活性因而难以应对复杂的记录场景或范式，造价偏高导致记录分析成本的高企等等。
3.在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在以下技术问题：传统的阵列电极记录平台多为定制集成组装，信号类型较单一，即使用的记录电极为仅针对胞外电信号的电生理电极或仅面向特定分析物的电化学电极，无法应对多种信号类型、多种分析物类型的记录场景。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种基于平面架构阵列的信号处理系统，以解决传统的阵列电极记录平台无法应对多种信号类型、多种分析物类型的记录场景的技术问题，实现信号处理系统中组件的灵活组合，以应对多种信号类型、多种分析物类型的场景。
5.本发明提供了一种基于平面架构阵列的信号处理系统，包括平面阵列架构功能模块、记录干预模块和分析模块，其中：
6.所述平面阵列架构功能模块，包括阵列支架平台和多个功能组件，所述功能组件固定于所述阵列支架平台上；
7.所述记录干预模块，包括所述功能组件对应的记录干预组件，所述记录干预组件用于记录采集信息，所述功能组件与所述功能组件对应的记录干预组件相导联；
8.所述分析模块，用于获取所述记录干预组件记录的采集信息，并执行对应的分析方法对所述采集信息进行分析，得到分析结果并展示。
9.可选的，进一步的，所述功能组件为电生理电极、电化学电极、电刺激电极和给药管，相应的，所述记录干预模块为多通道电化学记录单元、多通道电生理记录单元、刺激器和加。
10.可选的，进一步的，所述阵列支架平台包括平面矩阵与记录槽，其中：
11.所述平面矩阵，包括多个阵列位点，用于承载所述功能组件；
12.所述记录槽，设置在所述阵列支架平台下方，用于放置待分析样品。
13.可选的，进一步的，所述平面阵列架构功能模块还包括微操纵器，所述微操纵器与所述平面矩阵的外壳固定连接，用于控制所述平面矩阵移动。
14.可选的，进一步的，所述阵列支架平台还包括坐标底板，所述坐标底板上的坐标信
息与所述平面矩阵上所述阵列位点的坐标信息相对应。
15.可选的，进一步的，所述信号处理系统还包括温控灌流模块，所述温控灌流模块包括：温控仪、进水管、出水管和涌动泵；
16.所述温控仪，用于加热灌流液；
17.所述涌动泵，用于控制加热的灌流液通过所述进水管和所述出水管流经所述记录槽。
18.可选的，进一步的，所述温控仪包括：加热管、温敏探头和温控主机，其中：
19.所述加热管与所述进水管相连，所述进水管、所述出水管和所述温敏探头均置于所述记录槽中；
20.所述温敏探头，用于检测灌流液的实际温度并反馈。
21.可选的，进一步的，所述信号处理系统还包括成像观测模块，所述成像观测模块包括：操作平台、成像信息采集组件和成像单元，其中：
22.所述操作平台，设置有阵列式的螺孔，所述成像信息采集组件和所述成像组件通过对应的螺孔固定在所述操作平台上；
23.所述成像信息采集组件，用于获取待分析样品的成像信息；
24.所述成像组件，用于基于所述成像信息生成目标图像进行展示。
25.可选的，进一步的，所述成像信息采集组件包括相机和显微镜。
26.可选的，进一步的，所述执行对应的分析方法对所述采集信息进行分析，得到分析结果并展示，包括：
27.执行对应的分析方法对所述采集信息进行分析，得到信号评估参数；
28.确定所述信号评估参数对应的热力图形式的展示信息，基于所述展示信息进行展示。
29.本发明实施例提供了一种基于平面架构阵列的信号处理系统，包括平面阵列架构功能模块、记录干预模块和分析模块，其中，所述平面阵列架构功能模块，包括阵列支架平台和多个功能组件，所述功能组件固定于所述阵列支架平台上；所述记录干预模块，包括所述功能组件对应的记录干预组件，所述记录干预组件用于记录采集信息，所述功能组件与所述功能组件对应的记录干预组件相导联；所述分析模块，用于获取所述记录干预组件记录的采集信息，并执行对应的分析方法对所述采集信息进行分析，得到分析结果并展示，通过设置多个功能组件及对应的记录干预模块，使得本实施例提供的信号处理系统能够根据实际需求灵活组合其中的模块，实现了多种信号类型、多种分析物类型的场景需求。
30.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1是本发明实施例一所提供的一种基于平面架构阵列的信号处理系统的结构示
意图；
33.图2是本发明实施例二所提供的一种基于平面架构阵列的信号处理系统的主体框架图；
34.图3是本发明实施例二所提供的一种基于平面架构阵列的信号处理系统的信号处理状态示意图；
35.图4是本发明实施例二所提供的一种计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
36.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
37.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
38.实施例一
39.图1是本发明实施例一所提供的一种基于平面架构阵列的信号处理系统的结构示意图，本实施例提供的基于平面架构阵列的信号处理系统可以应用于对待分析样品中多个位点进行同步检测时的情况。如图1所示，该方法包括：平面阵列架构功能模块110、记录干预模块120和分析模块130，其中：
40.所述平面阵列架构功能模块110，包括阵列支架平台和多个功能组件，所述功能组件固定于所述阵列支架平台上；
41.所述记录干预模块120，包括所述功能组件对应的记录干预组件，所述记录干预组件用于记录采集信息，所述功能组件与所述功能组件对应的记录干预组件相导联；
42.所述分析模块130，用于获取所述记录干预组件记录的采集信息，并执行对应的分析方法对所述采集信息进行分析，得到分析结果并展示。
43.为了解决现有技术中信号处理系统应用场景单一的技术问题，本实施例中，在信号处理系统中提供多个功能组件，以及多个功能组件分别对应的记录干预组件，实现了不同分析需求下对应功能组件的应用及信息采集分析，通过信号处理系统中功能组件、记录干预组件的灵活组合，实现了多种信号类型、多种分析物类型的分析。
44.可选的，在确定信号处理分析需求后，确定信号处理分析需求对应的目标功能组件和目标记录干预模块，通过配置对应的目标功能组件和目标记录干预组件，实现对待分析样品的信号处理分析。本实施例提供的信号处理系统可适用于对待分析样品(包括在体或离体组织或器官)的多功能阵列式记录、定点干预及数据分析。具体可以根据所研究的在
待分析样品的大小、厚度、形状、组织分层结构等因素，基于“活字印刷术”理念灵活选择对应组件，在平面阵列架构功能模块的相应位点上选择性插入研究所需的功能组件，进一步的，还可以对目标功能组件的数量、密度、位置和深度进行调整，通过将连续多个二维平面上的信号变化特征经过三维叠加处理，从而对整体待分析样品的状态进行综合分析评估。
45.在本实施例中，可以在分析模块内预先设置不同分析需求对应的分析方法，在确定分析需求后，分析模块确定预先设置的分析方法，采用该分析方法对采集信息进行分析，得到分析结果并展示。可选的，具体的分析方法可以参考现有技术中的分析需求及分析方法，在此不做限定。
46.可选的，在上述方案的基础上，所述功能组件为电生理电极、电化学电极、电刺激电极和给药管，相应的，所述记录干预模块为多通道电生理记录单元、多通道电化学记录单元、刺激器和加压给药装置。具体的，功能组件可以包括电生理电极、电化学电极、电刺激电极或给药管，以及参比电极，其中，电生理电极用于对待分析样品进行电生理处理操作，电化学电极用于对待分析样品进行电化学处理操作，电刺激电极用于对待分析样品进行电刺激操作，给药管用于对待分析样品进行给药操作；对应的，当功能组件包括电生理电极时，记录干预模块包括多通道电生理记录单元，且多通道电生理记录单元与电生理电极相导联，多通道电生理记录单元用于记录对待分析样品进行电生理操作后的信息；当功能组件包括电化学电极时，记录干预模块包括多通道电化学记录单元，且多通道电化学记录单元与电化学电极相导联，多通道电化学记录单元用于记录对待分析样品进行电化学操作后的信息；当功能组件包括电刺激电极时，记录干预模块包括刺激器，且刺激器与电刺激电极相导联，刺激器用于确定对待分析样品进行电刺激的刺激信号；当功能组件包括给药管时，记录干预模块包括加压给药装置，且加压给药装置与给药管相导联，加压给药装置用于记录对待分析样品进行给药操作。其中，多通道电生理记录单元和多通道电化学记录单元可以支持8-32通道的信号输入，以实现多通道信号传输。
47.本发明实施例提供了一种基于平面架构阵列的信号处理系统，包括平面阵列架构功能模块、记录干预模块和分析模块，其中，所述平面阵列架构功能模块，包括阵列支架平台和多个功能组件，所述功能组件固定于所述阵列支架平台上；所述记录干预模块，包括所述功能组件对应的记录干预组件，所述记录干预组件用于记录采集信息，所述功能组件与所述功能组件对应的记录干预组件相导联；所述分析模块，用于获取所述记录干预组件记录的采集信息，并执行对应的分析方法对所述采集信息进行分析，得到分析结果并展示，通过设置多个功能组件及对应的记录干预模块，使得本实施例提供的信号处理系统能够根据实际需求灵活组合其中的模块，实现了多种信号类型、多种分析物类型的场景需求。
48.在本发明的一种实施方式中，所述阵列支架平台包括平面矩阵与记录槽，其中：所述平面矩阵，包括多个阵列位点，用于承载所述功能组件；所述记录槽，设置在所述阵列支架平台下方，用于放置待分析样品。
49.其中，平面矩阵的阵列位点可以承载功能组件，即将功能组件放置于平面矩阵的阵列位点上，记录槽设置在阵列支架平台下方。在对待分析样品进行分析时，可以先将待分析样品放置于记录槽内。
50.在上述方案的基础上，所述平面阵列架构功能模块还包括微操纵器，所述微操纵器与所述平面矩阵的外壳固定连接，用于控制所述平面矩阵移动。为了使得信号处理系统
使用更加灵活，可以在平面矩阵外壳上固定设置微操纵器，控制平面矩阵移动，从而实现更灵活的组件配置方式。其中，微操纵器可以人为控制，也可以自动调整。
51.在上述方案的基础上，所述阵列支架平台还包括坐标底板，所述坐标底板上的坐标信息与所述平面矩阵上所述阵列位点的坐标信息相对应。坐标底板可以设置在记录槽下方，且坐标底板上的坐标与平面矩阵上的坐标相对应。在待分析样品放置于记录槽内后，可以通过将待分析样品与坐标底部相比对观察，获得待分析样品的阵列位点坐标参数，并在阵列支架平台上的相应坐标中插入并固定适宜的功能组件。在实验记录前，可将坐标底板拔出，坐标底板的拔出对信号采集分析无影响。
52.在本发明的一种实施方式中，所述信号处理系统还包括温控灌流模块，所述温控灌流模块包括：温控仪、进水管、出水管和涌动泵；所述温控仪，用于加热灌流液；所述涌动泵，用于控制加热的灌流液通过所述进水管和所述出水管流经所述记录槽。
53.可选的，可以通过温控灌流模块实现对待分析样品的温控灌流操作，以实现对待分析样品进行持续、可控地加热。具体的，通过温控仪加热灌流液，通过涌动泵将加热后的灌流液由进水管进入记录槽，由出水管流出记录槽，实现待分析样品的灌流温度的准确控制。
54.可选的，所述温控仪包括：加热管、温敏探头和温控主机，其中：所述加热管与所述进水管相连，所述进水管、所述出水管和所述温敏探头均置于所述记录槽中；所述温敏探头，用于检测灌流液的实际温度并反馈。
55.可选的，可以通过在温控主机上设定适宜的温度参数，并借助温敏探头对记录槽中灌流液的实际温度进行实时检测，以反馈调节加热强度，实现对待分析样品的恒温灌流。
56.在本发明的一种实施方式中，所述信号处理系统还包括成像观测模块，所述成像观测模块包括：操作平台、成像信息采集组件和成像单元，其中：所述操作平台，设置有阵列式的螺孔，所述成像信息采集组件和所述成像组件通过对应的螺孔固定在所述操作平台上；所述成像信息采集组件，用于获取待分析样品的成像信息；所述成像组件，用于基于所述成像信息生成目标图像进行展示。
57.在上述方案的基础上，还可以设置成像观测模块，用于实现对待分析样品的成像观测。一般来说，成像观测包括成像和展示两部分。在本实施例中，通过成像信息采集组件进行成像信息的采集，通过成像组件进行图像的生成及展示。其中，可以将图像生成程序写入芯片，将芯片设置于信号处理系统中，通过预先写入的图像生成程序生成图像，还可以通过独立的计算机设备生成图像进行展示，在此不做限定。
58.为了丰富成像方式，所述成像信息采集组件包括相机和显微镜。也就是说，可以通过相机和/或显微镜实现成像信息的采集。可选的，显微镜可以根据待分析样品情况，可以是正置显微镜、体视镜，或倒置显微镜，在此不做限定。
59.在本发明的一种实施方式中，所述执行对应的分析方法对所述采集信息进行分析，得到分析结果并展示，包括：执行对应的分析方法对所述采集信息进行分析，得到信号评估参数；确定所述信号评估参数对应的热力图形式的展示信息，基于所述展示信息进行展示。
60.可选的，分析模块该模块可用于将电生理数据与电化学数据中的信号强度、频率等参数以热力图形式呈现在样品中相应的成像数据上，基于热力图形式的数据进行展示。
进一步的，还可以将连续的整合结果进行三维立体叠加，从而对整体样品的生理和/或病理特征进行较全面的评估分析。
61.实施例二
62.图2是本发明实施例二所提供的一种基于平面架构阵列的信号处理系统的主体框架图。本实施例在上述实施例的基础上，提供了一种优选实施例。
63.需要说明的是，本实施例提供的系统可适于对在体或离体组织或器官样品进行多功能阵列式记录、定点干预及数据分析，可支持多种信号记录模式与干预模式，可满足各种范式和场景下的研究，可用于对临床中特定病灶的整体生理和/或病理特征进行评估，以更为全面深入地了解其空间特性，可进行靶向性干预，从而对样品内各个组分间的空间联系，以及组织对电刺激、药物等的影响特性，有助于制定个性化的精准治疗干预方案。
64.如图2所示，基于平面架构阵列的信号处理系统包括平面阵列架构功能模块、温控灌流模块、成像观测模块、记录与干预模块、分析模块。
65.可选的，平面阵列架构功能模块包括阵列支架平台、功能组件、坐标底板、记录槽、微操纵器与多功能导联。阵列支架平台包括平面矩阵与记录槽；功能组件包括电生理电极、电化学电极、电刺激电极或给药管，以及参比电极；微操纵器与平面矩阵外壳连接固定，可用于平面矩阵的移动；坐标底板的位于记录槽下方；多功能导联为插入平面矩阵的电生理电极、电化学电极、电刺激电极或给药管等功能组件的信号连线或导管等。
66.一个实现方式中，阵列支架平台上方的平面矩阵可以包含16-256个阵列位点，位点的孔径可以为10-500μm，间距可以为50-1000μm；平面矩阵上标有位点坐标，位点坐标可以由字母、数字、符号等构成；可插入并固定电生理电极、电化学电极、电刺激电极或给药管等功能组件；平面矩阵材料可以是亚克力板，外壳可以是塑料或3d打印材料等。阵列支架平台下方为记录槽，槽底部形状为圆形或方形，直径或边长可以为1-3cm，其材料优选是玻璃，外壳可以是塑料或3d打印材料等。电化学电极与电生理电极的参比电极可共用一根，材质可以为银/氯化银。
67.一个实现方式中，坐标底板上的坐标与平面矩阵上的坐标相对应。在待记录的组织或器官样品放置于记录槽内后，通过将样品与坐标底部相比对观察，获得待检测和/或待干预的组织的阵列位点坐标参数。并在阵列支架平台上的相应坐标中插入并固定适宜的功能组件。在实验记录前，可将该坐标底板拔出，通过在坐标底板上设置坐标，使得操作时能够准确的进行组件的插入，从而进行准确的信号采集及分析。
68.可选的，记录与干预模块包括多通道电化学记录设备、多通道电生理记录设备、刺激器、加压给药装置。多通道电化学记录设备与平面阵列架构功能模块中的电化学电极相导联，可以支持8-32通道的信号输入；多通道电生理记录设备与平面阵列架构功能模块中的电生理电极相导联，可以支持8-32通道的信号输入；刺激器与平面阵列架构功能模块中的电刺激电极相导联；加压给药装置与平面阵列架构功能模块中的给药管相导联。
69.可选的，温控灌流模块包括温控仪、进水管、出水管、涌动泵。温控仪包含：加热管、温敏探头与温控主机。进水管、出水管和温敏探头均置于记录槽中；加热管与进水管相连。通过在温控主机上设定适宜的温度参数，并借助温敏探头对记录槽中灌流液的实际温度进行实时检测，以反馈调节加热强度。经温控仪加热的灌流液，可在涌动泵的作用下通过进水管和出水管流经记录槽，从而对样品进行持续、可控地加热。
70.可选的，成像观测模块包括显微镜、相机、操作平台和数字成像。显微镜根据在体或离体组织或器官样品的情况，可以为正置显微镜、体视镜，或倒置显微镜；通过相机将样品的成像信息传入计算机进行数字成像。操作平台上有阵列式的螺孔，可通过螺钉将平面阵列架构功能模块固定于其上。在图2中，数字成像通过独立的计算机设备实现，可以在该计算机设备中安装成像软件，通过成像软件生成图像，并将生成的图像进行展示，以实现待分析样品的成像观测。
71.图3是本发明实施例二提供的一种基于平面架构阵列的信号处理系统的信号处理状态示意图，图3中，101为支架平台，102-1为电生理电极、102-2为电化学电极、102-3为电刺激电极、102-4为给药管、102-5为参比电极，103为坐标底板，104为记录槽，201-1为加热管、201-2为温敏探头，202为入水管、203为出水管。如图3所示，电生理电极、为电化学电极、为电刺激电极、为给药管、为参比电极在支架平台中的阵列位点上，加热管、温敏探头、入水管和出水管在记录槽内。
72.可选的，分析模块包含对成像数据、电生理数据与电化学数据的采集与分析软件系统。该模块可用于将电生理数据与电化学数据中的信号强度、频率等参数以热力图形式呈现在样品中相应的成像数据上，并可将连续的整合结果进行三维立体叠加，从而对整体样品的生理和/或病理特征进行较全面的评估分析。可以理解的是，分析模块可以配置在芯片中，设置在系统内，也可以为独立的计算机设备，与系统通信连接。在图2中，分析模块为独立的计算机设备，该计算机设备中安装有数据采集与分析软件，通过该计算机设备中的数据采集与分析软件进行采集数据的分析，以实现对采集数据的分析以及分析结果的展示。
73.可选的，图2中的计算机设备可以为各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。计算机设备还可以为各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备(如头盔、眼镜、手表等)和其它类似的计算装置。
74.图4是本发明实施例二所提供的一种计算机设备的结构示意图。如图4所示，计算机设备10包括至少一个处理器11，以及与至少一个处理器11通信连接的存储器，如只读存储器(rom)12、随机访问存储器(ram)13等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器11可以根据存储在只读存储器(rom)12中的计算机程序或者从存储单元18加载到随机访问存储器(ram)13中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在ram 13中，还可存储计算机设备10操作所需的各种程序和数据。处理器11、rom 12以及ram 13通过总线14彼此相连。输入/输出(i/o)接口15也连接至总线14。计算机设备10中的多个部件连接至i/o接口15，包括：输入单元16，例如键盘、鼠标等；输出单元17，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元18，例如磁盘、光盘等；以及通信单元19，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元19允许计算机设备10通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。处理器11可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器11的一些示例包括但不限于中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、各种专用的人工智能(ai)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器(dsp)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器11执行上文所描述的各个方法和处理。
75.在一些实施例中，成像方法和/或数据分析方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元18。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom 12和/或通信单元19而被载入和/或安装到计算机设备10上。当计算机程序加载到ram 13并由处理器11执行时，可以执行上文描述的方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器11可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行上述方法。
76.本发明实施例提供的系统可根据所研究的在体或离体组织或器官样品的大小、厚度、形状、组织分层结构等因素，来对功能组件的其数量、密度、位置和深度进行即时调整，有效减少不必要的无效记录电极数目，降低了研究成本；具有灵活组合特点，可支持电生理、电化学信号的记录，因而可应对多种信号类型、多种分析物类型的记录场景。可通过在记录位点旁设置电刺激或给药等功能组件的方式，也可通过将记录位点中的电生理或电化学电极拔出后换入干预功能组件的方式，进行局域性的精准靶向干预方式，因而可适配多种不同的应用范式。系统中的分析模块着力于将连续多个二维平面上的信号变化特征经过三维叠加处理，从而对整体组织或器官的生理和/或病理状态进行综合分析评估。组件之间等配件互相独立，均支持多次重复使用，可有效降低研究成本。
77.应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
78.上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。