不可逆电穿孔对兔组织阻抗的影响

为了研究不可逆电穿孔对生物组织阻抗的影响,探究了阻抗变化与不可逆电穿孔机理之间的关系。以新西兰大白兔的多种组织作为对象,对其施加μs级高强度脉冲电场,测量、计算了组织阻抗值的变化。实验采用脉冲参数为:幅值2 250 V,脉冲脉宽70μs,重复频率2 Hz,脉冲总数90个。实验结果表明:生物各组织发生不可逆电穿孔时,其阻抗均减小;随着脉冲作用时间增加,阻抗趋于稳定,但在41个、61个脉冲作用后分别停止5min后阻抗明显恢复,说明可逆电穿孔比例仍较大;随着脉冲电场强度和作用时间的继续增大,不可逆电穿孔数量和程度迅速增大,直至组织阻抗达到最小值;停止施加脉冲电场后,组织阻抗增大,即部分电穿孔自恢复。     

不可逆电穿孔多因素动态电导率模型的研究与分析

不可逆电穿孔肿瘤治疗技术以其独特的非热、可控及微创等特点引起学者的广泛关注.运用准确的术前仿真模型预估消融疗效是实现精准治疗的重要手段,其中组织电导率动态变化的数值表达是准确描述组织内部电场分布的关键.该文在传统电导率模型仅考虑脉冲电场强度及温度影响的基础上,以马铃薯组织为研究对象,运用平行板电极对该组织的电导率进行测...     

细胞膜电穿孔及其肿瘤治疗的研究

电穿孔是在脉冲电场作用下细胞膜暂时出现微孔的物理过程 ,其结果是细胞内外分子交换显著增加 ,有利于细胞吸收各种药物、基因物质、蛋白质和其它大分子等。电场取消后微孔关闭而不会对细胞造成任何影响。电穿孔对于研究脉冲电场作用下细胞的结构和功能有重大意义 ,这种瞬时可逆的膜渗透性增强大大促进了化疗药物的跨膜运送 ,有效地提高了其杀伤力 ,为肿瘤的综合治疗提供了一种新思路     

基于静态与动态电导率的组织不可逆电穿孔电-热耦合场及消融效果分析

不可逆电穿孔肿瘤消融治疗前对组织内部电-热耦合场的分析计算是实现肿瘤组织有效消融的关键所在,但目前对于多针系统下考虑组织电导率动态变化的真实组织内部电–热耦合场分布还缺乏系统研究。为此,首先通过二维有限元模型,量化分析了静态电导率与动态电导率模型下组织电场分布与电导率分布的差异。随后,根据患者肿瘤医学影像,重建了包含肿瘤的肾脏组织三维模型,研究了多脉冲下电–热耦合场分布及消融效果。研究结果表明,相同脉冲参数下,动态电导率模型得到的消融尺寸在垂直于电场方向上始终大于静态电导率模型;平行于电场方向上,随着场强的增大,动态电导率模型的消融尺寸出现先小于后大于静态电导率模型的现象,且动态电导率模型计算得到的消融面积(或体积)均更大;动态电导率模型下的组织温度分布同样显著区别于静态电导率模型。因此,采用动态电导率模型进行术前的治疗参数确定有利于达到最佳的肿瘤消融效果,并最大限度地降低对正常组织的损伤。     

不可逆电穿孔治疗技术的临床前大动物实验研究

不可逆电穿孔(IRE)治疗技术是一种治疗肿瘤的新方法。前期研究已经证实该方法的有效性及其广阔的应用前景。为推进不可逆电穿孔技术的临床化进程,在已有细胞及小动物实验的基础上,选择与人体更为接近的大型动物—家猪为实验对象,分别从对生物体本身生命体征的影响、对靶向组织周围正常组织的损伤以及靶向组织术后恢复3个方面,对IRE治疗技术的安全性进行了实验研究。实验结果表明,治疗过程中动物生命体征平稳,治疗后靶向杀伤组织与周围正常组织的边界轮廓清晰。治疗后21天靶向组织已出现再生迹象。初步证实了IRE方法的安全性,为IRE进一步的临床应用提供了大动物实验依据。同时探讨了如何解决治疗过程中出现的生物体肌肉收缩问题。     

不可逆电穿孔时组织电导率变化对电场和温度的影响

为了研究不可逆电穿孔过程中组织电导率对组织内电场分布及温度的影响,采用有限元分析软件COMSOL建立了小鼠肝脏的球形肿瘤及椭球形肿瘤的数值模型;通过改变组织的电导率,得到肿瘤及正常组织内不可逆电穿孔电场、温度的分布情况。结果表明:组织电导率随着穿孔过程的发展逐渐增大。组织电导率变化前后,2种肿瘤模型中的各项数据如下:1)不可逆电穿孔电场消融的肿瘤体积与肿瘤总体积之比分别从0.867 7升至0.927 0(球形肿瘤)以及从0.451 1升至0.772 1(椭球形肿瘤);2)不可逆电穿孔电场造成正常组织损伤的体积与肿瘤总体积之比分别从0.745 9降至0.678 2(球形肿瘤)以及从0.816 4降至0.603 6(椭球形肿瘤);3)温升1℃的正常组织的最大体积只有肿瘤体积的1.16%,说明正常组织的温升对组织整体温度变化的影响较小。因此,组织不可逆电穿孔过程中,增大电导率能在促进电脉冲对肿瘤的消融效果的同时减小其对正常组织的损伤,且脉冲作用造成的组织温升不会造成组织的热损伤。     

纳秒电脉冲对肝脏组织不可逆电穿孔消融区分布的时域有限差分法仿真

纳秒电脉冲消融是一种新型的电外科手术技术,在肿瘤切除中可以无创或少创器官旁组织,尤其是血管,达到既切除肿瘤,又不伤及周边组织的目的.纳秒电脉冲参数,如脉冲电压、脉冲持续时间、脉冲数、脉冲率等的选择是术前治疗计划设计的关键,术前进行仿真研究对手术设计至关重要.以人体模型Duke为对象,采用人体生物电磁仿真软件平台Sim4...     

基于测量脉冲反馈信号的组织电穿孔动态过程分析

为深入研究脉冲电场与生物组织的相互作用机制,通过在脉冲处理全过程施加低压测量脉冲的方式,探究了组织电穿孔过程的动态变化,分析了组织的电容效应、电穿孔过程中的形成与释放。研究结果表明：生物组织作为电阻电容性负载,在脉冲电场作用下发生复杂电穿孔形式（可逆电穿孔、不可逆电穿孔）,脉冲参数大小可调控所诱导发生的电穿孔形式,在传统脉冲（脉冲宽度为100μs,重复频率为1 Hz,电场强度为100~1 000 V/cm）作用下,随着脉冲个数增加,电穿孔程度增加,组织由可逆电穿孔向不可逆电穿孔形式转变;同时,脉冲期间电穿孔的释放主要发生在ms级时间内,1 s时间后以不可逆电穿孔占主导形式。综上所述,通过测量脉冲反馈信号的分析进一步了解了脉冲与生物组织或细胞的相互作用机制,建议通过此反馈信号来建立电穿孔效果实时评估体系,结合实际的电场分布、热场分布以及电穿孔消融阈值,从而更加准确地模拟脉冲电场作用下的处理效果,为进一步深入了解脉冲电场作用下组织的生物电效应,推进脉冲电场的应用提供理论依据。     

基于遗传算法的不可逆电穿孔肿瘤消融治疗计划的优化

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。     

高频双极性脉冲诱导SKOV–3细胞生物电效应的实验研究

不可逆电穿孔技术以其非热、微创的独特优势而广泛应用于肿瘤治疗领域,但在治疗过程中会出现消融不彻底与肌肉收缩这2个问题;高频双极性脉冲作为新式脉冲形式可在肿瘤组织中产生均匀电场来解决肌肉收缩难题,同时与传统脉冲相比能有效缓解肌肉收缩。为此,以SKOV–3细胞为研究对象,采用CCK–8检测细胞活性,采用JC–1荧光探针分子观察线粒体膜电位变化,采用免疫组化技术检测凋亡蛋白表达。研究发现：传统单极性脉冲对肿瘤细胞的杀伤机理主要是对细胞膜的不可逆破坏,继而导致细胞坏死;ns高频双极性脉冲虽然与传统脉冲具有相同的电场强度与高电平时间,但却不能有效杀死肿瘤细胞;而μs高频双极性脉冲不仅能有效诱导细胞坏死,而且通过活性检测发现也可能诱导细胞凋亡;进一步研究发现,μs高频双极性脉冲能作用于线粒体使线粒体膜电位崩溃;同时也检测出BAX、BCL–2、Caspase–3和Caspase–9凋亡蛋白的表达。该研究结果表明μs高频双极性脉冲不仅可诱导细胞坏死,而且可启动线粒体凋亡程序来杀死细胞。     

陡脉冲不可逆性电击穿治疗肿瘤的研究

为寻求更为有效的肿瘤治疗策略,通过对陡脉冲治疗肿瘤的电穿孔效应和内处理效应的国内外研究现状的分析,提出了陡脉冲不可逆性电击穿效应调控肿瘤细胞死亡和凋亡的创新思路。实验中肉眼和组织学、超微结构的观察首次证实陡脉冲能有效地杀伤肿瘤细胞,明显抑制了肿瘤的生长、增殖,延长了的生存期。基于重庆大学的最新研究提出了不同窗口参数的陡脉冲具有不同的生物电效应的设想,总结了利用陡脉冲不可逆性电击穿效应治疗肿瘤的新方法及目前的研究进展并提出了该技术走向临床需重点研究的内容及关键技术。