شخصي‌سازي يك مدل رشد تومور چندمقياسي بر مبناي روش ميدان فاز

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

دكتري

هدف از اين پژوهش ارايه يك مدل رياضي مناسب براي بررسي پديده رشد تومورهاي سرطاني در يك شبكه رگي در حال تحول است. براي اين منظور يك مدل ميدان فاز با در نظر گرفتن اثر تكثير سلول‌هاي سرطاني و تغيير فنوتايپ آنها براي شبيه سازي رشد تومور معرفي شد و اثر عوامل ميكرو محيط با حل معادله انتشار مواد مغزي در بافت از طريق يك شبكه رگي ديناميكي با مدل رگ‌زايي گسسته به آن اضافه گرديد. سپس، با استفاده از مدل مذكور اثر تغيير پارامترها بر رشد تومور در يك محيط دوبعدي، مورد بررسي قرار گرفت و در نهايت رفتار دارو‌هاي ضدرگ‌زايي بر رشد تومور توسط مدل پيش بيني شد. نتايج بدست آمده نشان مي‌دهند كه با كاهش 66 درصدي فاصله ابتدايي تومور از رگ مادر باعث افزايش چشم‌گير سرعت رشد تا 63 درصد شرايط اوليه شده و با افزايش اين فاصله ممكن است تومور به حالت پايدار رسيده و رشد آن متوقف شود. همچنين مشاهده شد كه با در نظر گرفتن رفتار كموتكسي در سرعت حركت سلول‌ها، تومور با افزايش ناپايداري‌ها سريع‌تر به رگ‌ها نزديك مي‌شود و سرعت رشد تا 28 درصد افزايش پيدا مي‌كند. همچنين با در نظر گرفتن درمان ضد رگ‌زايي ديده شد كه تاثير اين درمان بر روي تومورهاي با حركت كموتكسي كم‌تر است و اگرچه اين درمان ممكن است در مورد تومورهايي كه رشد پايدار دارد موثر باشد اما امكان توقف رشد تومورهاي ناپايدار با استفاده از اين درمان وجود ندارد. سپس شخصي‌سازي اين مدل رياضي با دو روش بر مبناي تصويربرداري‌هاي پزشكي ارائه شد. در روش اول هندسه ميدان حل تومور و ضرايب تحرك سلول‌هاي آن بر مبناي بافت‌هاي تفكيك شده با استفاده از پردازش تصوير پزشكي يك شخص خاص به‌دست آمد و تومور در اين ميدان، حل شد. مزيت اصلي اين روش شخصي‌سازي با استفاده از تصاوير پزشكي در يك زمان و عدم نياز به تصاوير پزشكي متوالي در زمان‌هاي مختلف است كه در اكثر مواقع به سادگي در دسترس نيست. در روش دوم با توجه به اين نكته كه پارامترهاي ديگري نظير نرخ تكثير ميتوز، ضخامت لايه پخش، و پارامترهاي مربوط به رگ‌زايي، امكان شخصي‌سازي با استفاده از روش اول را ندارد، يك مسئله معكوس براي تخمين پارامترها حل شد. مسئله معكوس پيدا كردن پارامترهاي تومور با استفاده از يك روش زيرمجموعه روش سيمپلكس مناسب براي مسائل غيرخطي براي پارامترهاي نرخ تكثير ميتوز و ضخامت لايه پخش حل شد. پارامترهاي نرخ تكثير و ضخامت لايه پخش كه با استفاده از حل معكوس به‌دست آمد، با مقادير مربوط به توموري كه به عنوان هدف در نظر گرفته شد منطبق بود. با داشتن پارامترهاي شخصي‌سازي شده، مي‌توان از اين مدل براي پيش‌بيني رفتار تومور در يك هندسه خاص و ضرايب مربوط به اين شخص استفاده كرد.

233305

تبديل انرژي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان