腫瘤生長(zhǎng)發(fā)展的耦合數(shù)值模擬研究.pdf

1、復(fù)旦大學(xué)博士學(xué)位論文腫瘤生長(zhǎng)發(fā)展的耦合數(shù)值模擬研究姓名：蔡彥申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專(zhuān)業(yè)：生物力學(xué)指導(dǎo)教師：許世雄20110411飯盟大擎博I：學(xué)位論文3建立腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)、血管生長(zhǎng)以及血液灌注的耦合數(shù)學(xué)模型在上述兩個(gè)解耦模型基礎(chǔ)上，通過(guò)化學(xué)物質(zhì)微環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化以及血液動(dòng)力學(xué)的平衡，將腫瘤生長(zhǎng)、血管生長(zhǎng)和血液灌注模型耦合到一個(gè)閉環(huán)反饋系統(tǒng)中。在逐步更新的血管網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行耦合管內(nèi)流、跨壁流和間質(zhì)流的血液動(dòng)力學(xué)計(jì)算，以血管壁剪應(yīng)力WSS作為血管塌縮的

2、依據(jù)，對(duì)新生血管網(wǎng)進(jìn)一步重建。分析腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)與新生血管網(wǎng)生成成熟的耦合生長(zhǎng)過(guò)程，以及生長(zhǎng)過(guò)程中相關(guān)化學(xué)物質(zhì)微環(huán)境(氧、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子VEGF、細(xì)胞外基質(zhì)ECM、基質(zhì)降解酶MDE)、血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)(血管內(nèi)壓強(qiáng)、血管內(nèi)流速、間質(zhì)壓強(qiáng)、間質(zhì)流速)的變化，討論耦合系統(tǒng)中腫瘤生長(zhǎng)與血管生長(zhǎng)間的動(dòng)態(tài)反饋?lái)憫?yīng)機(jī)制。為驗(yàn)證耦合模型的系統(tǒng)穩(wěn)定性，改變了初始腫瘤細(xì)胞及血管網(wǎng)的分布設(shè)定，分析了耦合系統(tǒng)中重要參數(shù)的敏感度，并討論了血管網(wǎng)成熟化重建的判據(jù)選取

3、合理性。4將耦合模型應(yīng)用于抗血管生成治療的數(shù)值研究中建立抗血管生成因子和促血管生成因子共同作用下腫瘤血管生成和腫瘤生長(zhǎng)的耦合數(shù)學(xué)模型，研究抗血管生成因子Angiostatin(AS)和藥物Endostatin(ES)對(duì)腫瘤內(nèi)外新生血管的抑制作用，以及最終遏制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)及向周?chē)M織浸潤(rùn)的過(guò)程。分析腫瘤內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)微環(huán)境和血液動(dòng)力學(xué)信息的改變，以及抗血管生成因子和藥物通過(guò)減少內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)而對(duì)腫瘤生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制效果的具體作用過(guò)程，從而對(duì)臨床上

4、抗血管生成治療腫瘤的作用機(jī)制給出一種可能的解釋?zhuān)?duì)抗血管生成治療實(shí)體腫瘤的療效進(jìn)行討論。本文工作創(chuàng)新點(diǎn)1首次將腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)、血管生長(zhǎng)、血液灌注這三者耦合建模，模擬出腫瘤生長(zhǎng)發(fā)展的整個(gè)動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，以及相應(yīng)的微環(huán)境和血液動(dòng)力學(xué)環(huán)境的變化信息?；诖笋詈戏答佅到y(tǒng)，不僅可以研究各種因素問(wèn)相互響應(yīng)的現(xiàn)象，還可以檢測(cè)某一個(gè)局部參數(shù)的改變對(duì)整個(gè)動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)過(guò)程的影響。通過(guò)對(duì)耦合模型的多方面驗(yàn)證，顯示出耦合模型適用范圍廣、模擬穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。最后將此耦