TTFields肿瘤电场疗法—电场分析

肿瘤电场疗法简介

肿瘤电场治疗（Tumor Treating Fields，TTFields）是一种利用特定电场干扰细胞分裂的癌症治疗手段。它是将低强度、中频（100-300kHz）的交流电场，作用于增殖癌细胞的微管蛋白，干扰肿瘤细胞有丝分裂，从而使癌细胞凋亡并抑制肿瘤生长。相比于手术、放疗及药物治疗等传统治疗手段，肿瘤电场治疗副作用较小，其有效性已经过严格的临床验证。

下图展示的交流电场用于治疗脑部肿瘤，电场方向每秒交替变化100000~300000次。图片来源于Novocure公司网站。

大家可能会担心，正常细胞也会有丝分裂，那电场疗法会不会对正常细胞造成破坏?
肿瘤细胞的电学性质与正常细胞不同。与正常细胞相比，癌细胞是一群会快速分裂的细胞，对外电场非常敏感。通过设置适当的电场强度和频率，就可以只干扰肿瘤细胞分裂，而不影响正常细胞。
参考知乎：“电场治疗是如何消灭肿瘤的_动画视频”

电场CAE仿真分析

患者佩戴电极片，受到交变电场的作用。通过有限元仿真模拟，可以了解人体内的电场强度分布情况，特别是肿瘤周围的电场强度。如果肿瘤的电场强度太低，就起不到治疗效果。有限元仿真，可以针对不同位置的肿瘤，模拟不同电极片排布方式、电流密度和频率等条件的电场强度，从而帮助患者制定合适的治疗方案。

在“Improving TTFields treatment efficacy in patients with glioblastoma using personalized array layouts”这篇文献中，介绍了采用COMSOL软件，对头部肿瘤电场进行仿真分析的方法。

根据CT影像，构建脑部三维有限元网格模型：

设置电极片交流电场的电流密度和频率，脑部内部各个组织和肿瘤分别设置电导率和相对介电常数。

仿真结果可以查看不同截面的电场强度分布情况。对比不同电极片排布方式，尽量使肿瘤周围的电场强度大一些，以便达到更好的治疗效果。