Numerično modeliranje in načrtovanje zdravljenja za klinične aplikacije elektroporacijeCindrič, Helena (Avtor) Kos, Bor (Mentor) elektroporacijaelektrokemoterapijaireverzibilna elektroporacijaonkologijanumerični modelinačrtovanje zdravljenjaoptimizacijaminimalno invazivno zdravljenjeperkutana ablacijaablacijavalidacijaElektroporacija je pojav, pri katerem s kratkimi visokonapetostnimi električnimi pulzi spremenimo strukturo celične membrane in s tem povečamo njeno prepustnost. Z ustrezno izbiro parametrov pulzov je pojav lahko reverzibilen ali ireverzibilen. Obe vrsti elektroporacije se uporabljata v različnih medicinskih aplikacijah. Reverzibilna elektroporacija se uporablja pri elektrokemoterapiji in genski elektrotransfekciji, ireverzibilna elektroporacija pa se uporablja za ablacijo tumorjev ter ablacijo v srcu pri zdravljenju atrijske fibrilacije. Numerične metode so pomembno orodje za analizo kompleksnih dogajanj v biološkem tkivu med elektroporacijo. Številni vidiki klinične uporabe elektroporacije so še vedno neraziskani. Numerično modeliranje nam omogoča raziskovanje novih pristopov k zdravljenju, preizkušanje novih oblik elektrod ter analizo različnih kliničnih scenarijev z vidika izvedljivosti in varnosti. Uporaba numeričnih modelov tudi zmanjša število predkliničnih in kliničnih študij, potrebnih za razvoj zdravljenja na podlagi elektroporacije. Vendar je treba modele pred vključitvijo v klinični delovni proces, npr. za načrtovanje zdravljenja, potrditi s poskusi in (pred)kliničnimi študijami. Ena najpomembnejših aplikacij numeričnega modeliranja je računalniško podprto načrtovanje zdravljenja. Predpogoj za uspeh vseh zdravljenj, ki temeljijo na elektroporaciji, je popolna pokritost kliničnega ciljnega volumna z dovolj visokim električnim poljem. Razporeditev električnega polja v tkivu je odvisna predvsem od postavitve elektrod in parametrov dovedenih pulzov. Natančno določanje porazdelitve električnega polja v tkivu, zlasti pri globoko ležečih tarčah, ni enostavna naloga. Za zagotovitev uspešnega izida zdravljenja je priporočljivo načrtovanje zdravljenja, ki temelji na numeričnih modelih, prilagojenih bolniku, in optimizacija parametrov zdravljenja. Kljub tehnološkemu napredku načrtovanje zdravljenja pri terapijah z elektroporacijo še vedno ni del standardne klinične prakse; glavna omejitev izhaja iz dejstva, da se načrti trenutno pripravljajo pred posegom. Razvoj načrtovanja zdravljenja v realnem času z uporabo dejanskih položajev elektrod bo omogočil nadzor parametrov zdravljenja in izida v realnem času in je ključni korak pri uvajanju računalniško podprtega načrtovanja zdravljenja v rutinsko klinično prakso. Namen disertacije je z uporabo numeričnega modeliranja in računalniško podprtega načrtovanja zdravljenja izboljšati zdravljenje globje ležečih tumorjev z elektroporacijo. V uvodnem delu je podan pregled kliničnih aplikacij elektroporacije, sledijo osnove načrtovanja zdravljenja, ter pregled metod, ki se uporabljajo pri modeliranju elektroporacije. Glavnino disertacije sestavlja šest izvirnih znanstvenih člankov, objavljenih v mednarodnih revijah, ki zajemajo delo, opravljeno v disertaciji. Metodologija in rezultati so v člankih podrobno obravnavani, zato so na koncu disertacije povzete le razprave in zaključki posameznih člankov. V disertacijo so vključeni trije izvirni znanstveni prispevki. Prvi prispevek obsega validacijo numeričnega modela elektroporacije v jetrih z uporabo kliničnih in predkliničnih podatkov. Drugi prispevek obsega vidike varnosti in učinkovitosti zdravljenja z elektroporacijo v tveganih kliničnih scenarijih, na primer v bližini srčnih spodbujevalnikov ali ob prisotnosti kovinskih kirurških sponk v območju zdravljenja. Numerično sta bila ovrednoteni tudi izvedljivost in varnost novega pristopa k zdravljenju metastaz v hrbtenici, kar dokazuje uporabnost numeričnega modeliranja pri razvoju novih načinov zdravljenja. Tretji prispevek zajema razvoj optimizacijskega algoritma za postavitev elektrod brez uporabe računsko zahtevnih metod. Algoritem bistveno skrajša čas in strokovno znanje, ki sta potrebna za razvoj načrta zdravljenja, in predstavlja prvi korak k načrtovanju zdravljenja v realnem času.20232023-03-03 11:35:00Doktorsko delo/naloga144624VisID: 52201COBISS_ID: 143940355sl