高温可用于破坏肿瘤细胞，一种称为癌症治疗高温肿瘤学。尽管这种治疗方法背后的想法已经存在了一段时间，但直到最近，新工具和更精确的热量输送才允许高温用于癌症治疗。随着高温肿瘤学研究的继续，模拟已被证明是一种有价值的工具，可以深入了解如何在肿瘤中施加热量，同时将损害损害损害健康组织。
高温如何用于治疗癌症？
可以使用两种不同的方法来治疗癌症。第一个被称为局部热疗或者热消融，它用于治疗一小部分细胞，例如肿瘤。当用于治疗位于皮肤表面或附近的肿瘤时，这种治疗方法更为成功。在这些处理中，该区域通常被加热至40至45°C之间的温度（104至113°F）。第二种称为区域热疗，并且它使用低热量来升高人体区域的温度，例如肢体或器官。通常，温度不足以破坏组织，而是与化学疗法或放射线相结合，使这些治疗更有效。
目前，高温肿瘤学治疗仍在进行广泛的实验测试。该程序仅在世界各地的一些治疗中心提供。因为很难测量肿瘤内部的温度，因此很难确保在精确的时间内保持所需的确切温度范围，而不会影响周围的组织。在这里，模拟被证明是一个强大的工具。它可用于研究不同组织类型对高温，确定肿瘤中达到的温度的反应，并帮助确定温度传感器的最佳设计和放置。
使用模拟改善治疗
让我们看一下局部高血压治疗方法的模型通过将天线插入其中，使用微波凝结来加热肿瘤。此方法最常用于治疗肝细胞癌（小尺寸肝肿瘤）。微波炉加热肿瘤，并在癌细胞被破坏的地方产生凝结区域。
该模型示例考虑了肝组织中的温度分布，辐射和特异性吸收率（SAR）。模型几何形状基于Saito等人的纸。，如下所示。该模型由肝组织，微波凝结的天线组成，以及一个环形槽，用于增加肝组织中凝血区域的大小。
微波凝结疗法的天线几何形状。尖端短路上有一条带有环形插槽的同轴电缆。塑料导管围绕着天线。
由于模型包含旋转对称性，因此可以使用圆柱坐标在2D中表示计算域。由于通过在2D中建模节省的计算时间，因此可以选择一个细网格，这将提供非常准确的结果。在模型中，天线和插槽的金属部分已建模为边界。热传递已在肝结构域中建模，并在结构域末端使用绝缘层。除了分析传热外，该模拟还为Arrhenius方程计算的手术过程中的组织损伤程度提供了一个想法。该模型假设血液在37°C下进入肝脏。
下图显示了10分钟后的微波输入功率为10 W的肝组织中温度分布的结果。温度在天线附近最高，并随着距离而减小，在域外区域附近达到37°C（顶部图像）。看来，血液的相对较凉的温度限制了加热的组织区域。底部的图像显示了坏死组织的比例。
肝组织中的温度（顶部）和坏死组织的分数（底部）。
该模型还可以计算肝脏内的SAR值，下面的图显示了其沿着与天线平行的线和距天线轴2.5 mm的距离计算得出的。
沿平行于天线的线和距天线轴2.5毫米的距离线的SAR值在w/kg中。天线的尖端位于70毫米，插槽为65毫米。
高温癌治疗的未来
临床试验表明，热疗治疗显着提高了放疗和化疗的有效性。但是，有两个主要的并发症使与体温过低的治疗成为挑战：恰恰确定肿瘤内的温度，以及确保在所需区域内达到均匀温度的能力。但是，热疗治疗的未来，进行热输送和温度监测的工具的进步是有希望的。计算技术的进步也在其发展中发挥了作用。除了提供有关如何设计，优化和实施高温治疗的更准确的信息外，模拟还用于开发个性化的高温治疗和计划。当前的研究继续依靠模拟来更好地理解，改善和个性化过度热肿瘤学。
进一步阅读
查看这些资源，以了解有关高温治疗和微波凝结的更多信息：
- 模型下载：微波癌疗法
- comsol网络研讨会：生物学和生物技术中的多物理模拟
- 国家癌症研究所：癌症治疗中的热疗
- 使用有限元方法的微波凝结疗法的TIP分割阵列涂抹器的SAR分布估计
- 癌症联合治疗的热疗
- 用热治疗癌症：高温作为增强凋亡的有前途的策略
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