【摘要】：不可逆電穿孔(IRE)是一種新型的腫瘤消融技術(shù),它通過高壓脈沖反復(fù)刺激細(xì)胞,誘導(dǎo)細(xì)胞膜上產(chǎn)生許多不可逆的小孔,進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞死亡,從而達(dá)到消除腫瘤的目的。由于實(shí)際消融區(qū)域是不均勻的,會(huì)導(dǎo)致腫瘤組織再生復(fù)發(fā)。計(jì)算機(jī)模型可以作為一種IRE治療效果的預(yù)測(cè)手段為實(shí)際臨床治療提供指導(dǎo)和方案設(shè)計(jì),以防止腫瘤因未完全消除而產(chǎn)生的復(fù)發(fā)。然而以往的模型主要是基于IRE閾值理論建立的,精度不高且不能反映實(shí)際消融過程,限制了仿真結(jié)果對(duì)臨床的指導(dǎo)意義。為了解決這一問題,本課題致力于針對(duì)宮頸癌組織建立一種精度更高的IRE治療效果預(yù)測(cè)模型以提高計(jì)算機(jī)模型對(duì)臨床手術(shù)的指導(dǎo)意義。本文的主要研究?jī)?nèi)容為:(1)利用宮頸癌細(xì)胞IRE體外實(shí)驗(yàn),首先確定一種有效的測(cè)量宮頸癌細(xì)胞活率的方法,然后利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和修正的Peleg模型建立宮頸癌組織的IRE統(tǒng)計(jì)學(xué)模型。(2)將建立的IRE統(tǒng)計(jì)學(xué)模型與現(xiàn)有的IRE閾值模型進(jìn)行對(duì)比,論證IRE統(tǒng)計(jì)學(xué)模型的優(yōu)越性。(3)基于IRE統(tǒng)計(jì)學(xué)模型在COMSOL中建立三維宮頸癌組織模型,運(yùn)用響應(yīng)曲面法對(duì)脈沖電壓和電極針的結(jié)構(gòu)(針間距離,針的個(gè)數(shù)和針的有效長(zhǎng)度)進(jìn)行優(yōu)化。研究結(jié)果表明:(1)IRE施加后培養(yǎng)4個(gè)小時(shí)再對(duì)細(xì)胞進(jìn)行臺(tái)盼藍(lán)染色,能夠準(zhǔn)確測(cè)量出宮頸癌細(xì)胞活率。(2)相對(duì)于IRE閾值模型,本文建立的IRE統(tǒng)計(jì)學(xué)模型在反映IRE消融效果方面更為精確和全面。(3)相對(duì)于三電極針和四電極針,兩電極針能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)最大面積的消融區(qū)域和最小的正常組織損傷,且兩電極的消融區(qū)域圓度更高,可控性更好。
【圖文】：

形成機(jī)理的描述主要有電場(chǎng)模型和能量模型兩種。逡逑利用拉普拉斯方程可以描述一個(gè)擁有非導(dǎo)電膜的獨(dú)立球形細(xì)胞在外部電場(chǎng)下周逡逑圍的電勢(shì)分布［２１］，如圖２．１所示，并可以通過以下方程求出跨膜電壓（ｔ／）：逡逑Ｕ邋＝邋ｆ邋？邋ｒ邋？邋Ｅｅｘｔ邋？邋ｃｏｓ邋Ｇ邋？邋（１邋—邋ｅ—；）邐（２－１）逡逑Ｔ邋＝邐？（＊邋＋邋＊）邐（２－２）逡逑其中／■代表細(xì)胞的半徑，０是細(xì)胞膜上目標(biāo)位置的法線方向與外加電場(chǎng)４ｍ方向的逡逑夾角，ｆ是一個(gè)反應(yīng)細(xì)胞密度（細(xì)胞半徑與細(xì)胞間距的比率）的影響系數(shù)，細(xì)胞膜充電逡逑時(shí)間常數(shù)由細(xì)胞膜電容（＾確定，，巧和分別為細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外的電導(dǎo)率［２２＿２４］。根據(jù)此逡逑模型，對(duì)于一個(gè)典型的半徑ｌＯ＾ｉｍ的真核細(xì)胞，要達(dá)到ＩＶ的跨膜電壓需要６６７Ｖ／ｃｍ的逡逑外加電場(chǎng)［２５］，而一旦達(dá)到ＩＶ的跨膜電壓細(xì)胞膜就會(huì)出現(xiàn)穿孔現(xiàn)象。逡逑Ｍｅｍｂｒａｎｅ逡逑，、厶卜．邐ｒｃｓｃａｉｓ逡逑＋邐－邐？十邋一邋0０逡逑0０邐！邐＼邐＾邐？■邐Ｍｅｍｂｒａｎｅ逡逑＇邐ｐｅｒｎ—逡逑；＼邐ｆ邐ｒ）０逡逑ＩＪ邐＼邋／逡逑Ｉ－＼ｌｃｍａｌ邋ｅｌｅｃｔｒｉｃ邋ｆｉｅｌｄ邋Ｅｅｘｌ邐邐』——－——逡逑／？＊逡逑圖２．１電穿孔的消融原理圖—逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｅｌｅｃｔｒｏｐｏｒａｔｉｏｎ邋ａｂｌａｔｉｏｎ＾２１】逡逑在早期的研究中，有人提出孔的產(chǎn)生是由于外界電場(chǎng)的壓力所致［２６］。然而，根據(jù)這逡逑個(gè)模型每個(gè)特定的細(xì)胞類型都有一個(gè)確定性的閾值

其中Ａ￡（／？，（；）是產(chǎn)生半徑為的孔的自由能，Ａ和ｃｔ分別是膜的邊緣線張力和表面張逡逑力，ａ代表水和脂質(zhì)介電常數(shù)的比值。這個(gè)模型考慮了外加電場(chǎng)和膜的內(nèi)在物理性質(zhì)（如逡逑線張力和表面張力）的因素，這些因素也會(huì)影響電穿孔的結(jié)果［２９１，如圖２．２所示。此外，逡逑該理論模型可以用［３（）１和［３１１中所述的公式來估算孔形成速率。逡逑ａ邋￣邋Ｓｕｒｆａｃｅ邋Ｔｅｎｓｉｏｎ邐Ａ邋ＡＥ逡逑Ａ邋￣邋Ｅｄｇｅ邋ｌｉｎｅ邋Ｔｅｎｓｉｏｎ邐／？？逡逑圖２．２基于能量的電穿孔模型的影響因素％逡逑Ｆｉｇ．邋２．２邋Ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ邋ｆａｃｔｏｒｓ邋ｏｆ邋ｅｎｅｒｇｙ－ｂａｓｅｄ邋ｅｌｅｃｔｒｏｐｏｒａｔｉｏｎ邋ｍｏｄｅｌｔ２９１逡逑２．１．２不可逆電穿孔致死機(jī)理逡逑國(guó)外已經(jīng)有很多文章涉及到有關(guān)電穿孔致死機(jī)理的研究［３２￣３３］。然而由于時(shí)間周期和逡逑成像方法空間分辨率的限制，瞬態(tài)孔形成過程的直接可視化一直難以實(shí)現(xiàn)。通過使用電逡逑子顯微鏡（ＥＭ），邋Ｃｈａｎｇ等人能夠從快速冰凍電穿孔樣品中觀察到“孔狀”結(jié)構(gòu)，如圖逡逑２．３ａ所示。因?yàn)橹苯有纬傻目资呛茈y觀察到的，所以可以通過間接觀測(cè)法來觀察孔的變逡逑化。例如，電導(dǎo)率的快速變化可以用來反映膜通透性的變化，所以可以用來判定孔的出逡逑現(xiàn)［３４１。染料攝取和細(xì)胞的體積響應(yīng)（圖２．３ｂ）ｆｃ被用于評(píng)估電穿孔期間孔形成的依據(jù)［３５］。逡逑■邋■■■■逡逑Ｔ＝？０．５ｍｓ邐Ｔ＝３ｍｓ邐Ｔ＝４０ｍｓ邐Ｔ＝Ｓｓ邐Ｔ＝１０ｓ逡逑（ａ）逡逑ａ邐ｂ邐ｃ逡逑ｂｏ＇ｂ逡逑ｉｆ邐—邐篆逡逑？f牽ｅ義希ǎ猓╁義賢跡玻車绱┛

本文編號(hào)：2618626