基于遗传算法的不可逆电穿孔肿瘤消融治疗计划的优化
本文选题:不可逆电穿孔 + 肿瘤治疗 ; 参考:《高电压技术》2017年02期
【摘要】:不可逆电穿孔作为一种新型微创肿瘤治疗方案,经过近10 a的发展已进入临床实验阶段。临床实验发现不可逆电穿孔肿瘤治疗效果在很大程度上取决于治疗计划是否完善。然而目前缺乏对于不可逆电穿孔临床治疗计划的优化,仅借助于简单的电场分布计算以及实验经验来确定方案。为解决这一问题,运用有限元分析软件COMSOL Multiphysics建立了不同尺寸的球形、椭球形肿瘤模型及其周边正常组织数值模型;基于遗传算法对电极布置以及脉冲参数进行了优化,实现肿瘤组织完全消融而正常组织损伤最小的优化目标。考虑到实际硬件条件以及安全情况,脉冲电压幅值不可能无限增大,所以限制脉冲电压幅值在3 000 V以内。当肿瘤体积较小时,2针足以完全消融肿瘤,但是随着肿瘤体积的增大,所需电压以及对正常组织的损伤也随之增大,2针下正常组织损伤体积与肿瘤体积之比最大达到0.986 2。随着肿瘤体积进一步增加,需要增加电极针数,此时完全消融肿瘤所需电压有所降低,减少了对正常组织的损伤。借助遗传算法实现了对不同尺寸、不同形状肿瘤的完全消融,得出了最佳的电极布置以及脉冲参数的最优选择,为不可逆电穿孔临床应用推广奠定坚实的基础。
[Abstract]:As a new minimally invasive tumor therapy, irreversible electroporation has entered the clinical trial stage after nearly 10 years of development. Clinical trials have found that the efficacy of irreversible electroporation in the treatment of tumors depends to a large extent on whether the treatment plan is perfect or not. However, there is a lack of optimization of clinical treatment plan for irreversible electroporation, which is determined by simple calculation of electric field distribution and experimental experience. In order to solve this problem, a numerical model of spherical, ellipsoid tumor and its surrounding normal tissue was established by using finite element analysis software COMSOL Multiphysics, and the electrode layout and pulse parameters were optimized based on genetic algorithm. To achieve the goal of complete ablation of tumor tissue and minimal damage to normal tissue. Considering the actual hardware conditions and the security situation, the pulse voltage amplitude can not be increased indefinitely, so the pulse voltage amplitude is limited to less than 3 000 V. When the tumor volume is small, 2 needles will be enough to completely ablation the tumor, but with the increase of tumor volume, the required voltage and the damage to normal tissue will also increase. The ratio of normal tissue damage volume to tumor volume under the two needles is up to 0.986 2. With the further increase of tumor volume, the number of electrodes needed to be increased, the voltage required for complete ablation of the tumor was reduced, and the damage to normal tissue was reduced. By means of genetic algorithm, the complete ablation of tumors of different sizes and shapes was realized, and the optimal electrode arrangement and pulse parameters were obtained, which laid a solid foundation for the clinical application of irreversible electroporation.
【作者单位】: 重庆大学电气工程学院输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室;
【基金】:国家创新研究群体基金(51321063) 国家自然科学基金(51477022) 重庆市杰出青年基金(cstc2014jcyjjq90001) 中央高校基本科研业务费(106112015CDJZR158804)~~
【分类号】:R730.5
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本文编号:1828871
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