单细胞物理参数获取方法及肿瘤治疗电场参数优化方法

本发明涉及精准医疗，尤其涉及一种单细胞物理参数获取方法及肿瘤治疗电场参数优化方法。

背景技术：

1、在现代生物学和医学研究中，测量细胞的物理参数是理解细胞结构和功能的重要手段之一。细胞物理参数包括细胞界面电容(即细胞与基底之间的界面电容)、细胞质电导率、细胞膜电容和细胞膜电导率等，这些参数对于了解细胞的生物电学特性以及研究细胞与外界环境的相互作用至关重要。

2、传统上，测量细胞物理参数通常是通过测量细胞在不同频率下的电化学阻抗来实现的。然而，传统方法存在效率低、精度不高等问题。

3、因此，需要寻找一种更高效、更精确的测量方法。

4、另一方面，肿瘤治疗是当前医学领域的重要研究方向之一。传统的肿瘤治疗方法包括化疗、放疗和手术等，但这些方法往往会带来一系列副作用和肿瘤耐药性等问题。近年来，电场治疗作为一种新型的肿瘤治疗方法受到了越来越多的关注。该方法通过施加外部电场作用于肿瘤细胞，来抑制或杀死肿瘤细胞，从而达到治疗的目的。

5、然而，电场治疗的效果往往受到多种因素的影响，包括治疗参数，例如适当的电场频率和强度的选择，可以提升治疗效果。传统的电场治疗方法往往采用固定参数的电场进行治疗，但不同参数的电场对肿瘤细胞的作用可能存在显著差异。

6、因此，寻找一种能够针对特定来源的肿瘤细胞设计最佳治疗参数的方法显得尤为重要。

技术实现思路

1、本发明提供了一种单细胞物理参数获取方法及肿瘤治疗电场参数优化方法，解决了细胞物理参数测量效率低、生物意义缺失等不足，以及实验及临床阶段肿瘤治疗方案效果不佳的问题。

2、第一方面，本发明提供一种单细胞物理参数获取方法，包括：

3、获取待测细胞在一个或多个频率下的阻抗数据；所述阻抗数据通过两个电极对待测细胞进行测量得到；

4、根据对应频率下的阻抗数据，通过参数计算方法获取所述待测细胞的一个或多个物理参数；所述物理参数包括细胞的界面电容、细胞质电导率、细胞膜电容和细胞膜电导率。

5、在本发明的一种实施例中，所述根据对应频率下的阻抗数据，通过参数计算方法获取所述待测细胞的一个或多个物理参数，包括：当获取的物理参数为所述待测细胞的界面电容时：获取所述待测细胞在第一频率f1下的第一电化学阻抗模|z1|，其中f1≤10khz；根据所述第一频率f1和所述阻抗模|z1|，根据下述公式计算所述待测细胞的界面电容cinter：

6、

7、其中，π为圆周率，aeff表示所述电极的等效表面积。

8、在本发明的一种实施例中，所述根据对应频率下的阻抗数据，通过参数计算方法获取所述待测细胞的一个或多个物理参数，包括：当获取的物理参数为所述待测细胞的细胞质电导率时：获取所述待测细胞在第二频率f2下的第二电化学阻抗模|z2|，其中f2≥400khz；根据所述第二频率f2、所述阻抗模|z2|和所述待测细胞的界面电容cinter，根据下述公式计算所述细胞质电导率σcyto：

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10、其中，π为圆周率，aeff表示所述电极的等效表面积，λl表示所述两个电极之间的等效距离。

11、在本发明的一种实施例中，所述根据对应频率下的阻抗数据，通过参数计算方法获取所述待测细胞的一个或多个物理参数，包括：当获取的物理参数为所述待测细胞的细胞膜电容时：获取所述待测细胞在第三频率f3下的第三电化学阻抗模|z3|，其中f3≥10khz且f3≤400khz；根据所述第三频率f3、所述阻抗模|z3|、所述待测细胞的界面电容cinter和所述细胞质电导率σcyto，根据下述公式计算所述细胞膜电容cmem：

12、

13、其中，π为圆周率，aeff表示所述电极的等效表面积，λl表示所述两个电极之间的等效距离。

14、在本发明的一种实施例中，所述根据对应频率下的阻抗数据，通过参数计算方法获取所述待测细胞的一个或多个物理参数，包括：当获取的物理参数为所述待测细胞的细胞膜电导率时：获取所述待测细胞在第四频率f4下的第四电化学阻抗的模|z4|，其中f4≥10khz且f4≤400khz；根据所述第四频率f4、所述阻抗模|z4|、所述待测细胞的界面电容cinter、所述细胞质电导率σcyto和所述细胞膜电容cmem，根据下述公式求解所述细胞膜电导率gmem：

15、

16、其中，π为圆周率，aeff表示所述电极的等效表面积。

17、第二方面，本发明提供一种肿瘤治疗电场参数优化方法，包括：对不同实验组的肿瘤细胞施加不同治疗参数的肿瘤治疗电场；获取基于治疗参数变化条件下所述不同实验组内肿瘤细胞的物理参数值；通过第一参数优化方法或第二参数优化方法，根据所述物理参数值确定所述肿瘤细胞的最佳治疗参数。

18、在本发明的一种实施例中，所述肿瘤治疗电场的治疗参数包括电场频率和电场强度中的一个或者多个；所述电场频率范围介于10khz至1mhz之间，所述电场强度范围介于10v/cm与10kv/cm之间。

19、在本发明的一种实施例中，所述通过第一参数优化方法根据所述物理参数值确定所述肿瘤细胞的最佳治疗参数，包括：在治疗优化实验开始前，获取每个实验组内细胞的所选取物理参数初始值；在所述治疗优化实验结束后，获取每个实验组内细胞的所选取物理参数值与相应的初始值的比值；当选取的物理参数为一种时，获取实验结束后的物理参数值与对应初始值的比值随治疗参数变化的极值点，将所述极值点对应的实验组的治疗参数作为最佳治疗参数；或者，当选取的物理参数为多种时，获取实验结束后的各个物理参数值与对应初始值的比值随治疗参数变化的极值点，确定各个极值点对应的实验组，将各个极值点对应的实验组的治疗参数进行数据融合计算后得到最佳治疗参数。

20、在本发明的一种实施例中，所述通过第二参数优化方法根据所述物理参数值确定所述肿瘤细胞的最佳治疗参数，包括：在治疗优化实验开始前，确定选取的肿瘤细胞的一种物理参数，获取所述物理参数在每个实验组中的初始值；在治疗优化实验过程中，按照预设的时间间隔，获取每个实验组中当前时刻的物理参数值与所述初始值的比值；当治疗优化实验结束时，确定每个实验组中所述物理参数值与初始值的比值的平均变化率；将所述平均变化率最大的实验组对应的治疗参数作为最佳治疗参数。

21、一种肿瘤治疗电场参数优化装置，包括：

22、治疗电场施加模块，用于对不同实验组的肿瘤细胞施加不同治疗参数的肿瘤治疗电场；

23、物理参数获取模块，用于获取基于所述治疗参数的变化条件下所述不同实验组内肿瘤细胞对应的物理参数值；

24、治疗参数优化模块，用于通过第一参数优化方法或第二参数优化方法，根据所述物理参数值确定所述肿瘤细胞的最佳治疗参数。

25、本发明提供了一种单细胞物理参数获取方法及肿瘤治疗电场参数优化方法，至少包括以下有益效果：通过单细胞物理参数获取方法，仅需对单细胞分别在不同频率下的阻抗进行测量，便可解析计算出细胞界面电容、细胞膜电容、细胞质电导率、细胞膜电导率四个参数中的一种或多种，该获取方法可以有效提高单细胞参数的测量精准度和测量效率，且无需标记，实现非侵入式获取。通过肿瘤治疗电场的参数优化方法，基于肿瘤细胞的物理参数对肿瘤治疗电场的治疗参数进行评估，能够获取最佳的治疗电场频率或强度，优化治疗参数，提升治疗效果。