目前，治疗癌症的最常见方法 - 手术，化学疗法和放射治疗 - 具有显着风险。一种潜在的更安全的替代方法是电化学处理（ECHT），它使用直流电流消除恶性肿瘤。但是，在可以广泛使用该技术之前，医生需要更好地了解破坏机制，以便他们可以制定剂量分布策略。
电化学肿瘤治疗的优势和挑战
与其他治疗方法相比，ECHT提供了几种潜在的优势：
- 安全
- 效力
- 局部效果
- 最小的侵入性
此外，该技术可以治疗传统方法无法使用的许多肿瘤（良性和恶性），例如通过手术无法使用的肿瘤以及对化学或辐射反应的肿瘤。
ECHT显示出有望作为去除癌症患者肿瘤的一种方式。生物癌症疗法创新的Med Peter Wolf博士的图像，《患者及其亲戚指南》，《 Naturalasanitas 2008》，ISBN 978-3-9812416-1-7。获得许可CC BY-SA 3.0， 通过Wikimedia Commons。
ECHT的另一个好处是这是一个相当简单的过程。简而言之，将两个或多个电极插入（或接近）肿瘤组织，并施加直流电流。电流导致阳极处的氧气和氯进化以及阴极的氢进化。这些在肿瘤中的电化学反应使该组织分别含有咸水，分别在阳极和阴极附近更酸性和碱性。然后，肿瘤细胞被新的极端pH值迅速破坏。
是什么阻止ECHT成为对肿瘤的常见治疗方法？一个主要障碍是围绕这种方法的不确定性，特别是确切如何组织被破坏。例如，科学家知道，pH水平可以通过氧气进化（产生阳性氢离子）和氯的产生（通过水解）在阳极。但是，这些反应中的每一个作用及其对消除肿瘤的贡献尚不清楚。
在没有更好地了解肿瘤破坏机制的情况下，制定有效的剂量分布策略以进行肿瘤治疗是一项挑战。为了获得所需的见解，一种选择是使用comsolMultiphysics®软件和以下附加产品之一进行调查：188金宝搏优惠
让我们看一个简单的示例，该示例评估ECHT期间阳极附近发生的电化学反应。
用comsolMultiphysics188金宝搏优惠®建模ECHT
这个例子由肝脏中肿瘤组织内部的电极组成。由于旋转对称性，该模型被简化为1D轴对称性，仅集中在阳极附近发生的传输和反应（氧气演化和氯产生）。因此，只有三个物种被考虑：
- 氢
- 氯
- 钠
肝脏，肿瘤组织和阳极的示意图。
为了建模这些物种的运输，您首先需要添加三级电流分布，恩斯特·普朗克界面。这种物理界面使您能够对所有物种通过肿瘤的运动进行建模，该肿瘤被认为是径向发生的。它还可以说明物种运输的重要方面，包括不同的扩散性，浓度和迁移率（有关涉及方程的详细信息，请参见肿瘤教程的电化学处理）。
对于电解质，您可以手动输入扩散系数，也可以从材料中输入，并指定从内恩斯坦的关系。
然后，您可以使用内置电极表面特征描述阳极表面以及所得磁通的氯和氧气演化。（钠不参与电极反应。）
该模型的另一个重要方面是当前密度，因为它会影响物种的运输，并且还受附近浓度的影响。例如，高电流密度产生许多靠近电极的氢离子。但是，当前的密度在整个ECHT中都不相同，因此生产也不是恒定的。取而代之的是，电流密度缓慢下降，质子从电极表面扩散到浓度较低的区域。
为了描述反应的不同电流密度，您可以添加电极反应特征，然后包括基于参数，例如交换电流密度，阳极和阴极转移系数以及还原和氧化的物种表达，包括浓度依赖性动力学表达。
电极反应使用浓度依赖性动力学表达定义为氯。
深入了解肿瘤组织的电解
首先在结果中，您可以看到反应需要多长时间降低pH值以开始破坏肿瘤的水平（根据实验和理论发现2或以下）。在此示例中，该水平在3000秒左右变得适当酸性。
在ECHT期间不同时间步骤的pH值的图。
您还可以检查阳极附近的氢离子（下图）和氯化物（下图）的浓度水平，因为这提供了对其运输的见解。氢离子的最大浓度距离阳极很短，这是由于电压状态引起的，因为氯离子靠近阳极。至于氯化物，接近阳极的浓度稳步下降。这导致氯化物产量下降，进而导致氧气的进化速率较高。
在不同时间步骤中，组织中氢（顶部）和氯化物（底部）的浓度。请注意，这些图像仅显示距离阳极距离0.02米的浓度。
您可以评估总电流密度，氧气演化和氯的产生如何通过将它们绘制在一起，如下所示。在这里，随着电极表面的氯化物浓度降低，其生产的浓度过压增加并导致总电流密度急剧下降。但是，如前所述，氯化物的产生很快减少，而氧气的演化增加，导致电极电流密度缓慢但稳定上升。
ECHT期间的总电流密度，氯的产生和氧气进化。
正如这个简单的例子所证明的那样，生物医学科学家可以使用数学建模来了解有关ECHT机制的更多信息，这可以帮助他们开发剂量规划的方法。该模型的扩展可能包括阴极处的反应或研究不同电压的影响。
下一步
尝试通过单击下面的按钮来尝试在此处讨论的ECHT示例。然后，您可以下载用于模型和MPH文件的PDF文档。
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