概述
交变电场或肿瘤电场治疗（TTFields）是一种治疗癌症，特别是复发性胶质母细胞瘤的电磁场疗法。与传统方法相比，肿瘤电场治疗通过头皮上的阵列传递低强度的电流，展现出良好的效果。然而，人们对肿瘤电场治疗在脑内的精确分布以及它们覆盖复发性胶质母细胞瘤程度仍不甚了解。医学图像数据的计算仿真为分析肿瘤电场治疗胶质母细胞瘤的效果提供了解决方案，Simpleware 软件可以为此类应用研究生成精准的模型。
亮点
- 获取复发性胶质母细胞瘤患者治疗期间的MRI数据
- 使用 Simpleware 软件生成带有传感器阵列的三维头部模型并划分网格
- 将网格模型导出至 COMSOL Multiphysics 分析电场分布
- 仿真结果有助于拓展对肿瘤电场治疗的认识
MRI 图像采集与肿瘤治疗
研究人员的目的是测定患者脑内的电场分布随频率的变化，因此他们对大脑结构使用了协同配准（co-registered）钆剂后 T1 加权、T2 和 MP RAGE 图像与预设的电导率和相对介电常数。1 例 67 岁女性患者的神经影像学回顾性分析，其患有右侧后脑复发性胶质母细胞瘤，在初始经过神经外科手术切除后进行了 6 个月的肿瘤电场治疗，每日颅外照射加替莫唑胺，照射后以替莫唑胺为佐剂。然后她同时接受注射一剂 10 mg/kg 的贝伐珠单抗（每两周一次）和肿瘤电场治疗，在可能的情况下持续地作用在她剃光的头上。传感器阵列的放置是基于计算机通过对MRI数据中她头部、肿瘤大小和肿瘤位置的形态测量，从而生成的个性化布局。这两种治疗持续到 24 个月时在右侧脑室外侧缘发现另一个患病部位。
图像处理和网格划分
同一个基线 MRI 用于布局，使用 Simpleware ScanIP 由协同配准的 MRI 图像数据生成头部 3D 模型。在Simpleware FE 中为每一个分割出的头部结构和传感器阵列生成有限元网格，头部包括头皮、颅骨、硬脑膜、脑脊液（CSF）、幕上灰/白质、脑室、脑干、小脑、复发性胶质母细胞瘤。然后将复合的有限元网格模型导出为 COMSOL Multiphysics 的格式。
模拟结果
将网格模型导入 COMSOL Multiphysics（5.0）中求解电场分布。所用电导率和相对介电常数分别为头皮0.001 S/m 和 1110，颅骨 0.021 S/m 和 204，硬脑膜 0.502 S/m 和 290，脑脊液 2.000 S/m和109，灰质 0.141 S/m 和 2010，白质 0.087 S/m 和1290，复发性胶质母细胞瘤 1.000 S/m 和 10000。
该分析展示了以上程序的有价值信息，包括每个阵列陶瓷圆片周围最高电场强度的位置和减少头皮刺激的潜在可能。在肿瘤上也观察到了不均匀的电场分布，而治疗后 MRI 中发现新增强肿瘤处电场强度相对较低。与传统化疗相比，利用成像数据生成的模型能够更好地了解电流分布，提供了一种分析肿瘤电场治疗功效的重要方法。
参考
- 致谢和更多信息参考英文原文：https://www.synopsys.com/simpleware/resources/case-studies/TTFields.html
- E. Lok, et al., 2017. Analysis of physical characteristics of Tumor Treating Fields for human glioblastoma, Cancer Medicine.