# CellStone

**Repository Path**: oyuer/cell-stone

## Basic Information

- **Project Name**: CellStone
- **Description**: No description available
- **Primary Language**: Unknown
- **License**: Not specified
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 0
- **Forks**: 0
- **Created**: 2026-03-01
- **Last Updated**: 2026-03-01

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# 细胞电刺激参数选配系统 (CellStone)

基于权威文献的细胞电刺激参数标准化与计算系统，集成了高级物理模型和参考文献知识库。

## 🎯 项目目标

创建一套标准化的细胞电刺激参数选配系统，覆盖人类、动物、植物和微生物细胞，提供基于文献的推荐参数、原理说明、公式计算、参数依据和注意事项。

## 🚀 已完成功能

### 1. 核心系统架构
- ✅ Flask后端API服务
- ✅ 响应式前端界面 (HTML/CSS/JavaScript + Chart.js)
- ✅ RESTful API设计
- ✅ 跨域支持 (CORS)

### 2. 高级物理模型集成 (基于参考文献)
- ✅ **施万方程 (Schwann Equation)**: 球形细胞跨膜电位计算 ΔΨ = 1.5 × R × E
- ✅ **跨膜电位动态响应**: ΔΨ(t) = 1.5 × R × E × [1 - exp(-t/τ)]
- ✅ **电极-电解质界面阻抗模型**: Randles/CPE模型，Z_CPE = 1/[Q×(jω)^α]
- ✅ **电荷注入限制计算**: 基于电极材料的最大安全电荷密度
- ✅ **iR压降补偿**: 考虑电极和电解质电阻的有效电场计算
- ✅ **3D培养场强畸变校正**: 考虑支架导电性的场强校正
- ✅ **TTFields功耗计算**: P = σ × E² × V

### 3. 增强细胞数据库
- ✅ **8种详细细胞类型** (基于文献数据):
  - 神经干细胞 (NSC) - 脉冲直流/交流，增强增殖与分化
  - 神经嵴干细胞 (NCSC) - 脉冲直流，影响分化潜能
  - B16-F10黑色素瘤细胞 - 电穿孔，基因递送
  - 诱导多能干细胞 (iPSC) - 脉冲交流，神经元定向分化
  - 小鼠神经元 - 交流，诱导髓鞘形成
  - 非小细胞肺癌细胞 (NSCLC) - TTFields，肿瘤治疗
  - 大鼠星形胶质细胞 - 直流，电趋性迁移
  - PC12+施万细胞共培养 - 脉冲交流，神经突生长
- ✅ **详细参考文献**: 每类细胞包含机制、公式解释、参数依据、参考文献和注意事项
- ✅ **电极材料数据库**: PEDOT:PSS, Au, Pt, Ag/AgCl, PPy, 绝缘电极等

### 4. 智能计算与验证
- ✅ **核心参数计算**: 电场强度(E=V/d)、电流密度(J=σE)
- ✅ **安全阈值检查**: 哺乳细胞致死电场(>10V/cm)、电解阈值、热效应警告
- ✅ **个性化建议生成**: 基于细胞类型和参数的定制化建议
- ✅ **参数验证**: 检查参数是否在推荐范围内
- ✅ **实时波形可视化**: 正弦波、矩形波、脉冲波生成

### 5. 安全与监控系统
- ✅ **多层安全警告**:
  - 电场强度安全阈值 (0-10V/cm)
  - 电流密度限制 (避免电解)
  - 跨膜电位击穿警告 (>150mV)
  - 电荷注入限制 (基于电极材料)
  - 热效应监控 (高频应用)
- ✅ **电极兼容性检查**: 电极材料与刺激模式的匹配验证

## 📊 物理公式体系

系统实现了完整的电刺激物理公式体系:

1. **电场强度**: E = V/d
2. **电流密度**: J = σ × E
3. **跨膜电位**: ΔΨ = 1.5 × R × E × cosθ (施万方程)
4. **膜时间常数**: τ = C_m × (1/σ_int + 1/σ_ext) × R
5. **单脉冲电荷**: Q = J × t_pulse
6. **占空比**: D = t_pulse × f
7. **TTFields功耗**: P = σ × E² × V
8. **有效电压(iR压降)**: V_eff = V_applied - I×(R_electrolyte+Z_electrode)

## 🧪 测试框架

- ✅ 单元测试脚本 (`test_system.py`)
- ✅ API端点测试 (细胞列表、参数计算、波形生成)
- ✅ 高级物理模型验证
- ✅ 系统集成测试

## 📁 项目结构

```
CellStone/
├── app.py                    # Flask主应用
├── advanced_physics.py       # 高级物理模型模块
├── test_system.py           # 系统测试脚本
├── requirements.txt         # 依赖包列表
├── data/
│   ├── cell_database.json       # 基础细胞数据库
│   └── enhanced_cell_database.json  # 增强细胞数据库（基于文献）
├── templates/
│   └── index.html           # 主界面
└── static/
    ├── css/
    │   └── style.css        # 样式表
    └── js/
        └── main.js          # 前端交互逻辑
```

## 🔧 安装与运行

1. **安装依赖**:
```bash
pip install -r requirements.txt
```

2. **启动服务器**:
```bash
python app.py
```

3. **访问系统**:
打开浏览器访问: `http://localhost:5001`

4. **运行测试**:
```bash
python test_system.py
```

## 📚 参考文献集成

系统基于以下权威文献构建:
- **《细胞电刺激全链路物理模型与多模态参数定量化分析研究报告》**
- Kirson ED, et al. Cancer Res. 2007 - TTFields机制
- Li L, et al. Biomaterials. 2014 - 神经干细胞电刺激
- Wang K, et al. Stem Cell Res Ther. 2016 - 神经嵴干细胞
- Yang K, et al. Stem Cells. 2015 - iPSC电刺激分化

## 🎨 界面特性

- **直观参数输入**: 电压、频率、电极间距等
- **实时计算结果**: 电场强度、电流密度、安全状态
- **波形可视化**: 交互式波形显示
- **个性化建议**: 基于细胞类型的定制化建议
- **详细解释**: 机制、公式、参数依据、注意事项
- **安全监控**: 实时安全警告和状态指示

## 🔮 未来扩展计划

- [ ] 更多细胞类型 (心肌细胞、成骨细胞、微生物等)
- [ ] 3D电场分布可视化
- [ ] 多电极阵列配置
- [ ] 实时阻抗监测接口
- [ ] 实验数据导入与验证
- [ ] 云端数据库同步
- [ ] 多语言支持

## 📄 许可证

MIT License

## 🤝 贡献

欢迎提交Issue和Pull Request来改进系统！

## 📞 联系方式

如有问题或建议，请提交GitHub Issue。

---

**基于科学，服务科研** - 让细胞电刺激参数选择更科学、更安全、更高效！