不可逆电击穿肿瘤细胞的仿真研究

发布时间：2021-03-30 05:13

　　当作用于细胞膜的电压峰值达到某种阈值时,作用于细胞的脉冲电场会将细胞膜击穿,最终导致恶性肿瘤细胞死亡。为寻求不可逆电击穿技术最大程度杀伤肿瘤细胞以及对周围正常细胞影响程度最小的作用参数,基于COMSOL软件中有限元的仿真方法搭建了不同的模型,可以直观地观察任意时刻、不同参数脉冲电场作用下肿瘤细胞的击穿过程和损伤情况,为寻求最佳治疗效果提供了相关参考。此外,通过观察肿瘤细胞与正常细胞在相同作用条件下的损伤程度,实现了肿瘤细胞的定位,为电脉冲的作用位置选择提供了定量参考。 

【文章来源】：上海电力大学学报. 2020,36(06)

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

电极二维物理模型

在保证患者安全的前提下，将电脉冲引入癌症组织中。仿真时，陡脉冲脉宽为0.5 s，频率为1 Hz，探针间距为1.00 cm，探针直径为0.40 cm，作用2 s后肿瘤组织坏死现象表现为仅在电极探针周围出现类圆形的损伤。为寻求最佳治疗效果，本文采用的陡脉冲峰值电压以500 V起步，间隔为100 V，对不同等级电压的作用效果进行了仿真。2针电极下，峰值电压为900 V时的仿真结果如图2所示。通过调节各种参数观察肿瘤组织在均匀介质中发生不可逆性电击穿后的坏死情况，寻找能够最大程度杀伤肿瘤组织且对周围正常组织影响最小的陡脉冲形式。当陡脉冲电压峰值为800 V,900V,1 000 V时，作用2 s后肿瘤坏死区域开始逐渐向垂直于电极探针连线方向朝外扩展。通过反复实验发现，仿真实验中最佳治疗肿瘤细胞的各项参数如下:脉冲电场的脉宽为0.5 s，频率为1 Hz，电压峰值为1 100 V，作用时间为1.6 s;电极探针针径为0.40 cm，间距为1.00 cm。脉冲电场对肿瘤组织造成的不可逆性电击穿损伤情况如图3所示。

通过调节各种参数观察肿瘤组织在均匀介质中发生不可逆性电击穿后的坏死情况，寻找能够最大程度杀伤肿瘤组织且对周围正常组织影响最小的陡脉冲形式。当陡脉冲电压峰值为800 V,900V,1 000 V时，作用2 s后肿瘤坏死区域开始逐渐向垂直于电极探针连线方向朝外扩展。通过反复实验发现，仿真实验中最佳治疗肿瘤细胞的各项参数如下:脉冲电场的脉宽为0.5 s，频率为1 Hz，电压峰值为1 100 V，作用时间为1.6 s;电极探针针径为0.40 cm，间距为1.00 cm。脉冲电场对肿瘤组织造成的不可逆性电击穿损伤情况如图3所示。由2针电极脉冲电场的仿真结果可知，一支电极探针的杀伤半径约为0.25 cm。对于直径小于0.5 cm的肿瘤细胞来说，可用双电极探针进行组合治疗;对于直径较大的肿瘤细胞，考虑到2针电极电场覆盖面积过窄、杀伤效果不均匀等因素，可以用电极阵列的方式替代2针电极模式。


本文编号：3108930