氧分布對腫瘤光動力療效影響的計算機模擬.pdf

1、光動力療法(photodynamic therapy，PDT)是利用特定波長的光激活腫瘤組織內(nèi)滯留的光敏劑，與腫瘤組織內(nèi)部的氧發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生多種活性氧物質(zhì)與生物大分子發(fā)生作用，破壞細胞和細胞器的結(jié)構(gòu)與功能，從而達到治療腫瘤的目的。其化學(xué)機制主要包括Ⅰ型和Ⅱ型反應(yīng)類型，涉及Ⅱ型反應(yīng)機制的主要因素包括：光、光敏劑和組織內(nèi)氧濃度等因素。 目前對于光動力模型的研究大多是從所采用光波長、光照能量密度，以及更多的是光敏劑濃度等方面進行，而有

2、關(guān)光動力各作用因素引起氧濃度變化對腫瘤光動力療效影響的數(shù)學(xué)模擬研究尚不多見，特別是同時考慮光在組織中的分布變化及氧代謝消耗對腫瘤光動力療效影響的數(shù)學(xué)模擬尚未見報道。本課題擬建立一個新的光動力模型。通過該模型研究組織光學(xué)參數(shù)的改變對光在組織中分布所產(chǎn)生的影響，研究不同光敏劑濃度和光照條件對于氧分布及單態(tài)氧產(chǎn)量的影響，從而評價氧分布的對光動力療效的影響。 方法： 首先采用C語言參考蒙特卡羅模型、Krogh圓柱模型、Fick定

3、律、組織內(nèi)氧消耗及供給等相關(guān)模型及理論，依據(jù)光動力Ⅱ型反應(yīng)機制建立一個新型光動力數(shù)學(xué)模型。然后討論組織光學(xué)參數(shù)的變化對組織內(nèi)光分布的影響，觀察血管半徑分別為2、3、4、5、6μm和血管外壁氧濃度為33、39、45、50、57、63μM時組織內(nèi)氧濃度的分布；計算光敏劑濃度分別為3、5、6、8、10μM和光功率密度為10、30、60、100、150mW/c㎡時，光動力引起的氧消耗及組織內(nèi)氧分布和單態(tài)氧產(chǎn)量，由此確定合適的血管參數(shù)、光敏劑濃度

4、和光功率密度。最終，由以上確定的各參數(shù)，觀察光照時間分別為1、5、10、20、30s時，組織內(nèi)氧濃度的變化，并進一步改變斷續(xù)光參數(shù)，分析組織氧濃度的變化及單態(tài)氧產(chǎn)量變化。 仿真結(jié)果： 1.血管半徑為2、3、4、5、6μm時，對應(yīng)氧的擴散距離分別為176、186、193、199、205μm，血管外壁氧濃度按33、39、45、50、57、63μM變化時，氧擴散最大距離分別為151、162、172、183、191、204μm。

5、 2.光敏劑濃度固定，光功率密度由10增大到150mW/c㎡，光動力作用的最大范圍由165減小到79μm，對應(yīng)的氧消耗速率由0.92增大到13.85μM/s。 3.固定光功率密度，光敏劑濃度依次取3、5、6、8、10μM，對應(yīng)光動力作用最大范圍分別為149、132、126、116、108μm，對應(yīng)的氧消耗速率分別為166、2.77、3.32、4.43、5.53μM/S。 4.血管半徑為6μm，外壁氧濃度為63μM

6、，光敏劑濃度5μM，光功率密度為30mW/c㎡時，分別照射1、5、10、20s后，組織內(nèi)的低氧區(qū)域分別為17.3％、37.7％、52.8％和68％。 5.斷續(xù)光中無照射一段時間后，組織氧濃度會有一定程度的回升，以光動力作用范圍中點為例，無光照時間分別為5、10、12、16、20s之后，氧濃度分別回升至0.78、1.38、1.57、2.26、2.73μM。 結(jié)論： 1.同等條件下，低光功率密度相對于高光功率密度照射