计算和数学建模动力学和反应肿瘤放疗和化疗

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AACR癌症进展报告(2011年)表明,在美国从1990年到2007年,所有癌症死亡率降至22%的男性和14%的女性。超过68%的成年人居住五年以上诊断后,从1975年的50%。对于所有的儿科癌症,五年存活率为80%,相比1975年的52%。然而,穷人从最致命癌症存活率,胰腺癌、卵巢癌和多形性胶质母细胞瘤(GBM),这个日期没有改变。

尽管许多技术和临床的进步,癌症的死亡率仍然很高。病人死亡源自失败检测原发性肿瘤之前他们传播微转移到全身,在胰腺癌和卵巢癌,无法控制原发性肿瘤,如“绿带运动”,或无法消除微转移之前形成新的病变。传播疾病是癌症死亡的主要原因。

在此之上的迅速发展的成本管理的癌症。癌症引起的最高经济损失所有的15个全世界范围内导致死亡的主要原因。世界卫生组织(世卫组织)指出,癌症是近20%的经济损失高于心脏疾病的第二大原因经济损失8950亿美元和7530亿美元,分别地。。发达国家的卫生预算不断扩大和受到有限资源的限制。但是成本/效益分析,以确定是否增加治疗费用达到改善结果仍然未知。

方法了解癌症的病因和治疗方法很多,涉及化学、物理学、生物学、遗传学、医学、药理学、实验的基础上在活的有机体内或在体外设置,使用动物模型和/或人体试验。在大量实验和研究活动中,肿瘤生长的数学模型、行为和反应的肿瘤化疗和放疗等代理被密集的研究与发展的主题自上世纪中期。就像所有其他癌症研究、癌症建模需要多学科的方法,涉及物理学家,数学家,分子生物学家,医疗专家,和许多其他人。目前,快速增长的计算能力使我们能够建立复杂的数学模型,研究疾病的不同方面,可以用来研究复杂的肿瘤行为的作用及其对各种治疗协议。

一般来说,建模方法可分为分析方法和随机方法。分析方法是基于确定性方程为模型一个生物系统的进化。一组微分方程与多个参数通常用于复杂的肿瘤在不同条件下动力学模型。另一方面,随机方法使用随机数生成器和概率分布来模拟系统的进化从一组初始条件和参数值(也称为在网上模型)。这些方法尤其有用,因为他们可以考虑的高度复杂性和多方面的性质细胞增殖,与试剂,不容易沟通和交互所描述的一组方程。

癌症研究建模的优点如下。(我)建模相比显著减少所需的时间的结果在活的有机体内技术;它还降低了成本参与这项研究,非常重要的是,减少了风险,,例如,在临床试验中是不可避免的。(2)建模允许简单的调查“如果?“场景;也就是说,模型的预测能力。(3)允许定性定量评估的流程建模。(iv)因为成本低、建模允许研究人员与适度的基础设施领域贡献有价值的想法。(v)使量化建模和解释实验结果,包括从临床试验中获得的数据。缺点如下。(我)它是非常困难的,如果不是不可能,模式生物的全部过程。(2)总有一种妥协在建模过程只有一定数量的已知的生物过程/参数可以在模型。上面这个已知的妥协存在未知的妥协所代表的明显的遗漏未知的过程发生在生物系统建模。(3)的结果在网上模型应考虑临床后模型的可信度已经验证了在活的有机体内结果。

模型还可以允许个性化的治疗。因此可能在不久的将来,一个病人可以接受个性化的治疗根据他们特定的生物/遗传参数而不是接受治疗的协议,它是基于人口平均水平。

在这个特殊的问题我们将探讨的主题计算和数学建模动力学和反应肿瘤放疗和化疗。论文这个问题已经由杰出的研究人员和研究组织癌症领域的建模、放射生物学建模、microdosimetry,和许多其他人。一些论文提供癌症现状综合评价模型在特定领域(如缺氧、多形性成胶质细胞瘤模型,等等)。我们相信,读者会发现这个问题有用的和实际的参考材料的良好来源以及一个激动人心的阅读。

伊娃Bezak
Loredana Marcu
斯科特Penfold

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