基于对流-扩散-反应方程的肿瘤细胞生长趋势建模

作     者：张鲁筠 江铭炎 包安德 ZHANG Lu-Jun;JIANG Ming-Yan;BAO An-De

作者机构：山东大学信息科学与工程学院济南250100 德克萨斯大学健康科学中心耳鼻喉系圣安东尼奥TX 78229美国 德克萨斯大学健康科学中心放射系圣安东尼奥TX 78229美国 

出 版 物：《中国生物医学工程学报》 (Chinese Journal of Biomedical Engineering)

年 卷 期：2012年第31卷第5期

页      面：679-689页

核心收录：

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 1004[医学-公共卫生与预防医学(可授医学、理学学位)] 081203[工学-计算机应用技术] 08[工学] 0835[工学-软件工程] 0836[工学-生物工程] 0702[理学-物理学] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：山东大学研究生自主创新基金(yzc10104) 美国国立卫生研究院(NIH)基金(R01 CA131039) 

主　　题：肿瘤细胞生长趋势 数学建模 对流-反应-扩散方程 扩散-反应方程 

摘      要：癌症是威胁人类生命的主要疾病之一。应用数学和物理理论,结合计算机技术,将各种影响肿瘤生长的因素综合考虑,建立可靠的肿瘤生长趋势模型,对于获得肿瘤生物学过程的知识及优化治疗方案都有着重要的意义。综合考虑肿瘤细胞间黏着能量、细胞运动速度、细胞间压强、肿瘤内部质量交换及营养浓度分布等多个因素,以遵循质量守恒定律的对流-反应-扩散偏微分方程为基础,详细描述肿瘤细胞生长模型的建立原理和过程,并分析其合理性和实际意义。通过仿真实验,分析讨论模型中的重要参数,如肿瘤细胞维持可生长的最低营养浓度、黏着能量参数和肿瘤初始形状等的意义以及对肿瘤细胞生长趋势的影响。仿真结果表明,构建的肿瘤细胞生长模型能够演化肿瘤向外生长扩张的趋势,并能够根据营养浓度的变化等条件演化出相应的结果,模拟出肿瘤生长过程中出现的突起结构,说明这是符合实际肿瘤细胞生长的基本模式。此课题的研究具有预测肿瘤生长趋势,辅助临床肿瘤治疗的实际意义。