肿瘤电场治疗如何实现无创实时闭环

 

无创肿瘤电场治疗概述

TTFields（肿瘤治疗场）是一种非侵入性癌症治疗技术，通过在中频范围（100–300 kHz）施加低强度（<3 V/cm）的交变电场，干扰肿瘤细胞的有丝分裂过程，导致细胞分裂失败或死亡。该技术仅针对分裂细胞，对正常细胞影响小。如图1A所示，电极阵列以正交方式（前后、左右）贴附于患者头皮，通过便携式发生器产生电场，精准聚焦于肿瘤区域，实现对肿瘤的长期持续治疗。

 

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通过MRI实现TTFields疗效评估的

机理、场景与问题

 

目前TTFields治疗效果主要通过定期（每2个月）的MRI成像评估。MRI能清晰显示肿瘤位置、大小及结构变化，是临床判断治疗反应的金标准。然而，MRI存在以下问题：

非实时性：无法在治疗过程中持续监测肿瘤动态变化；

延迟反馈：若治疗无效，患者可能需等待数月才能调整方案；

经济与便利性限制：频繁MRI检查成本高，不便居家实施。

 

图1A展示了电极布置与肿瘤位置的关系，强调了MRI在初始定位与后期评估中的作用，但无法实现治疗过程中的实时反馈。

 

 

图1：TTFields治疗系统结构与等效电路示意图

 

图1A：电极阵列在头颅上的布置示意图；图1B：等效电路模型；图1C：实验用解剖头颅模型与电极阵列实物图；图1 系统性地展示了TTFields治疗的物理布局、电学模型与实验装置，为理解治疗原理和实验设计提供了直观基础。

 

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通过阻抗检测实现TTFields疗效

评估的系统分析

系统设计关键：

电极复用：使用治疗电极同时作为阻抗检测传感器；

频率选择：在TTFields治疗频率（200 kHz）下测量阻抗幅值变化；

电路模型：将头部视为“黑箱”电路网络（图1B），肿瘤变化引起整体阻抗变化。

 

核心参数：

阻抗变化 ΔZ：反映肿瘤尺寸变化；

灵敏度：随肿瘤半径增大而增强；

信噪比（SNR）：需 > 50 dB 以确保检测精度。

 

实现闭环的方式：

持续监测电极间阻抗；

检测到显著ΔZ变化时触发MRI复查；

根据阻抗趋势调整治疗参数（如电场强度、电极位置）。

 

核心场景：

居家长期监测；

实时判断肿瘤是否缩小或进展；

作为MRI复查的触发机制。

 

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临床研究：方法与结果

研究方法：

 

使用1:1解剖头颅模型，内填模拟脑组织凝胶（4%藻酸钠+2%NaCl）；

以马铃薯模拟肿瘤（电导率与真实肿瘤相近）；

在200 kHz频率下测量对向电极间阻抗；

改变“肿瘤”尺寸（半径5–20 mm）与位置，记录ΔZ。

 

 

图2：实验设置与坐标系示意图

 

图2A：实验用头颅模型外观；图2B：头颅内填充的模拟脑组织（凝胶）与模拟肿瘤（马铃薯）；图2C：实验坐标系示意图，标示了前后、左右方向及肿瘤放置的坐标参考。图2 明确了实验的物理设置与空间参照系统，确保实验条件可控、可重复，并为后续数据分析提供位置依据。

 

研究结果：

 

阻抗变化与肿瘤半径正相关，且位置越近电极灵敏度越高；

统计显著性：ANOVA分析显示 P<0.05P<0.05，F>FcritF>Fcrit；

灵敏度分析表明，肿瘤越大，阻抗变化越明显（图3B）；

 

 

图3：肿瘤尺寸对阻抗变化的影响与监测灵敏度分析

 

图3A（左上）：不同位置肿瘤模拟物放置示意图；图3A（左下）：实验测得的阻抗变化（ΔZ）随肿瘤半径的变化曲线；图3B：监测灵敏度随初始肿瘤半径的变化。图3是本文的核心数据结果，直观展示了阻抗监测方法的可行性与灵敏度特征。

 

噪声分析指出，SNR > 50 dB 时可检测到 ≥1 mm 的肿瘤变化。

 

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总结

 

本研究提出并验证了一种基于阻抗监测的TTFields治疗效果实时评估方法。通过复用治疗电极，在200 kHz频率下检测阻抗变化，可反映肿瘤尺寸的动态变化。该方法具有低成本、可居家实施、连续监测的优势，有望弥补MRI评估的延迟性问题，实现治疗过程的闭环管理。尽管目前仍处于可行性研究阶段，未来结合MRI图像与个体化电模型，有望进一步提升该技术的临床适用性与精度。