万博ANSYS的博客
2018年10月5日
模拟优化化疗植入治疗胰腺癌
很少有疾病像胰腺癌一样狡猾。它像杂草一样蔓延，并抵抗化疗。
胰腺癌通常无症状，生存率低，常被误诊为糖尿病。而且，这种暴力杀手几乎总是无法手术。
胰腺肿瘤对化疗的抵抗力来自于它在自身周围建立的支撑结缔组织或基质的盾牌。
传统的化疗通常会被肿瘤间质阻断。
目前的治疗试图通过增加静脉注射化疗的剂量来克服这种防御。遗憾的是，这很少起作用，而且高剂量对患者来说格外困难。
尽管如此，医生们需要一种方法来缩小这些肿瘤，这样他们就可以通过手术切除它们，而不会危及胰腺周围的许多器官和血管。
“我们说，如果你不能从血液中让药物到达肿瘤，为什么不直接通过间质呢?先进化疗技术公司(ACT)首席技术官威廉·丹奇(William Daunch)问道万博Ansys启动程序成员。“我们正在开发一种直接植入胰腺的医疗设备。它将药物通过器官，通过间质通过离子导入到肿瘤。”
通过直接治疗肿瘤，理论上医生可以用更小剂量的化疗将肿瘤缩小到可手术的大小。这将大大减少药物对患者身体其他部位的影响。
如何用一点电化学治疗胰腺癌
大多数用于治疗胰腺癌的药物都是收费的。这意味着它们受到电动势的影响。
ACT发明了一种医疗设备，利用药物的电荷，利用电化学和离子导入来击败基质的防御。
该装置包含带有电极的储液器。储液器与连接到输液泵的管子相连。这种设置确保了储层不断被注满。如果容器满了，剂量不会改变。
ACT的化疗医疗设备使用的离子导入简化图。
管子和电线都连接到一个端口，通过手术植入患者的腹部。
电路由病人背部的金属板完成。
“当输液泵运行时，通电，电动势将药物推入基质组织，而不需要针。药物可在大约一小时内通过10至15毫米进入基质组织。这足以穿过间质进入肿瘤，”Daunch说。
ACT的化疗医疗设备示意图。
“实验室测试表明，这种医疗设备在治疗小鼠体内的人类胰腺癌细胞方面非常有效，”丹奇补充说。“使用传统的输注疗法，肿瘤增长了700%，而使用仅用于自然扩散的设备，肿瘤增长了200%。然而，当使用离子导入装置时，肿瘤缩小了40%。这可能会使一个无法手术的肿瘤变成可以手术的肿瘤。”随后在犬类中进行的放大装置测试证明了人体装置所需的穿透深度和较低的全身毒性。
丹奇指出，美国食品和药物管理局(FDA)注意到了这些结果。ACT的下一步是开发一种人体临床设备，并进行人体安全试验。
模拟优化了胰腺癌化疗植入物中的流体动力学
在这些有希望的测试之前，ACT在提出化疗植入物时面临着一些设计挑战。
例如，“储层中的电极上发生了一些电解。这就产生了气泡，改变了电极的阻抗。”“我们需要一种机制来清除表面的气泡。”
另一个挑战是，ACT公司永远不知道医生会将该设备放置在胰腺的确切位置。因此，清除气泡的机制需要从任何方向工作。
模拟帮助ACT设计他们的医疗设备，使气泡不会聚集在电极上。
“我们过去万博Ansys流利和万博Ansys的发现要不断迭代一系列设计。”“我们的设计团队非常快速地建模并验证了我们的工作。我们还注意到，气泡不需要离开储层，只需要离开电极。”
Daunch解释说:“如果我们把电极放在碗状储层的突出物上，气泡就会移动到一边的槽中。”“电极中心的快速流体流动和周围较慢的流体流动会将气泡从电极上推开，直到气泡浮到顶部。”
因此，重新设计的储层内的自然流体流动能够确保气泡不会影响电极的阻抗。
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