基于遗传算法的不可逆电穿孔(IRE)原位消融治疗恶性骨肿瘤的优化研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81272489
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    70.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H1824.肿瘤大数据与人工智能
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Microwave ablation as a new biological reconstruction technique for malignant bone tumors limb salvage surgery have overcome the defects of mechanical failure of traditional prosthetic replacement. However, the devitalized bone in the thermal ablation have lost osteoinductive activity and it would take a long time to revascularize. Some patients suffer from fractures during a long rehabilitation time. Using a new method of ablation: irreversible electroporation (IRE) may improve the clinical efficacy. The ideal result is that completely abation of the malignant bone tumor and maximizing the protection of normal tissues.However, due to the extreme heterogeneity of bone tumor, this goal can not be achieved by empirical methods. The applicant proposed an optimization method to solve the expected electric field distribution. In order to realize the target zone electric field distribution of tumor tissues and avoid damage of healthy tissues, an fitness function and some related weighted coefficients were introduced. After then, based.on the finite element method (FEM) solutions of Laplace equation, the genetic algorithm (GA) recursively modify the IRE parametes to maximize the fitness function. Finally we get the optimal soltion of the ideal electric field distribution and the problem the best way to use IRE in malignant bone tumor clinical treatment is solved. This technology of target electric field control is believed to have an important practical value in the designation of electrode and clinical applications.
微波原位消融用于恶性骨肿瘤的保肢手术,克服了传统人工假体置换机械性失效的缺陷,开辟了一条生物性重建的新路。但由于热消融后残留骨丧失骨诱导活性,灭活骨再血管化缓慢,存在部分患者骨折及康复时间长等问题。拟引入新的消融方法:不可逆电穿孔(IRE)以改善临床疗效。IRE消融治疗中要求完全灭活恶性骨肿瘤组织并最大限度保护正常组织,但由于骨肿瘤组织的极度非均质性,通过经验方法无法达到这一目的。申请者提出一种优化求解预期电场分布逆问题的方法。思路是根据肿瘤组织电场强度必须超过阈值及正常组织电场低于阈值的要求,引入适应度函数和有关权重系数,在应用有限元法求解Laplace方程过程中,通过遗传算法迭代修正IRE参数,使适应度函数达到极大值,获得理想电场分布的优化解,来解决以最优的方式将IRE 应用于恶性骨肿瘤的临床治疗的问题。生物体内电场重构和优化控制技术对IRE电极设计和临床方案制定有重要应用价值

结项摘要

微波原位消融用于恶性骨肿瘤的保肢手术,克服了传统人工假体置换机械性失效的缺陷,开辟了一条生物性重建的新路。但由于热消融后残留骨丧失骨诱导活性,灭活骨再血管化缓慢,存在部分患者骨折及康复时间长等问题。不可逆电穿孔(IRE)做为一种新型的肿瘤消融方法,其安全性已在临床试验中得到验证,从理论上应用于骨肿瘤的治疗,可以改善临床疗效。我们通过根据肿瘤组织电场强度必须超过阈值及正常组织电场低于阈值的要求,引入适应度函数和有关权重系数,在应用有限元法求解Laplace方程过程中,通过遗传算法迭代修正IRE参数,使适应度函数达到极大值,获得理想电场分布的优化解。从理论上去优化IRE的电场分布。实验设计中包括了将IRE应用于骨肿瘤消融治疗中的一些基本问题的探讨。我们通过研究,建立了数值仿真及优化的方法,其结果与动物实验的结果相吻合,解决了将IRE应用于骨肿瘤消融中的一些具体问题,为治疗向临床过度奠定了基础。生物体内电场重构和优化控制技术对IRE电极设计和临床方案制定有重要应用价值。随着进一步研究的深入,有可能建立起系统的IRE应用于骨肿瘤治疗的方法及程序。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
不同场强下IRE的肿瘤消融作用及对抗肿瘤免疫的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    现代生物医学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王猛;李楠;李晓祥;徐奎;李钊;董川;文艳华;马琼;刘云燕;裘秀春;范清宇;马保安
  • 通讯作者:
    马保安
The Effects of Irreversible Electroporation on the Achilles Tendon: An Experimental Study in a Rabbit Model.
不可逆电穿孔对跟腱的影响:兔模型的实验研究
  • DOI:
    10.1371/journal.pone.0131404
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    PloS one
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Song Y;Zheng J;Yan M;Ding W;Xu K;Fan Q;Li Z
  • 通讯作者:
    Li Z
The Effect of Irreversible Electroporation on the Femur: Experimental Study in a Rabbit Model.
不可逆电穿孔对股骨的影响:兔模型的实验研究
  • DOI:
    10.1038/srep18187
  • 发表时间:
    2015-12-10
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Song Y;Zheng J;Yan M;Ding W;Xu K;Fan Q;Li Z
  • 通讯作者:
    Li Z

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其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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