【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及癌癥治療研究，更具體的，涉及一種光熱-光動力聯合協同治療的建模及優化方法。
技術介紹
1、癌癥是人類生命健康最嚴重的威脅之一。近年來癌癥發病率持續升高，癌癥發病越來越傾向年輕化，成為威脅人類生命健康的頭號殺手。而這不僅是由于癌癥死亡率高，癌癥的診斷和治療的難度與成本也是人們關注的焦點。傳統的治療方法(包括放射性治療、化學治療和外科手術)有明顯的副作用，如免疫力下降、器官和正常組織損傷等。社會上也正在研究各種能夠應對腫瘤的新型且有效的工具。
2、在皮膚病治療等領域中，有光熱與光動力兩種新型治療方法，其操作簡便且成本較低，能夠靶向精準治療而且副作用小。國內外的科研人員便將其創新應用于癌癥的診斷與治療領域，便有了癌細胞的光熱及光動力兩種診療方法的研究方向，在淺表皮癌癥如黑色素瘤、鼻咽癌、乳腺癌、食道癌等治療中極具應用潛力。
3、光熱治療(ptt)是納米探針在近紅外光照下將所吸收光能轉化為熱能而殺滅腫瘤細胞的策略；光動力治療(pdt)則是利用光敏分子作為光激活劑在合適光激發下促進氧源轉換，產生具有細胞毒性的單線態活性氧自由基而殺死腫瘤細胞的方法。這兩種方法都是通過外光源激發，因此可以精準控制治療位置和強度，副作用較放療化療小很多。將光熱-光動力學兩種模態組合并輔以共振能量轉換和近紅外上轉換技術，可以實現光敏劑的間接光激發而對深位腫瘤的殺滅。
4、在具體實踐中，光熱治療是將具有較高的光熱轉換效率的納米探針注射入人體內部，并利用探針的靶向功能使其在腫瘤部位富集，在近紅外光的照射下將光能轉化為
5、由于光熱療法與光動力療法的治療過程相似，所以光熱和光動力治療適合進行聯合治療：光動力療法中所用到的光敏劑可以作為光熱療法的光熱轉換劑，如吲哚菁綠(icg)。而作為光熱轉換劑的金納米棒，也對光動力治療有增強效果。光敏分子可以從金納米棒的表面等離激元共振效應產生的強電磁場中獲得能量，也變為激發態，從而產生單線態氧。
6、當光照射到納米金棒上時，會產生表面等離激元共振效應[4]，自由電子會發生集體振蕩，并與電磁波耦合形成一種沿著金屬表面傳播的近場電磁波，如果入射光波頻率與電子振蕩頻率相一致，兩者就會產生共振。在共振狀態下電磁場的能量高效地轉變為金屬表面自由電子的集體振動能。所以納米金棒能有效吸收特定波長的光，并將其轉化為熱量。
7、棒狀金納米顆粒在各個方向上電子極化程度不同，產生了兩個表面等離子體共振模式，分別對應于長軸和短軸兩個特征尺寸。橫向的電子共振產生橫向吸收帶，對長徑比依賴較小，位于520nm附近，且強度較弱；軸向的電子共振產生縱向吸收帶，對長徑比依賴較大，且軸向的強度較大，對納米棒光學性質起主導作用。因此通過調節長徑比，可在520nm-1400nm的范圍內調節納米金棒的軸向共振吸收峰。所以可以將納米金棒的軸向共振吸收峰調節到近紅外區，在近紅外激光的照射下進行深層組織的腫瘤細胞光熱治療。
8、納米金棒增強的局部電場主要分布在金棒兩端，如果以介孔二氧化硅為介質將光敏劑掛接在金棒兩側，形成納米啞鈴型結構，并且吸附光敏劑，可以顯著提高光敏劑的性能。再利用金棒自身的光熱效應，便可實現光熱-光動力協同治療的效果。
9、然而現有技術缺乏對光熱療法與光動力療法協同療法的有效分析，存在難以預見光熱和光動力協同治療的效果的問題，因此如何專利技術一種可以預計光熱-光動力聯合治療效果的模型，是本
亟需解決的技術問題。
技術實現思路
1、本專利技術為了解決現有技術難以預見光熱和光動力協同治療效果的問題，提供了一種光熱-光動力聯合協同治療的建模及優化方法，其具有能夠輔助提高癌癥治療效果的特點。
2、為實現上述本專利技術目的，采用的技術方案如下：
3、本專利技術的有益效果如下：
4、一種光熱-光動力聯合協同治療的建模方法，包括以下具體步驟：
5、構建帶有時滯的腫瘤生長模型；
6、在腫瘤生長模型的基礎上，分別引入光熱和光動力的治療強度項、腫瘤殺傷項，構建腫瘤治療模型。
7、優選的，構建帶有時滯的腫瘤生長模型，具體為：
8、基于帶時滯的logistic生長模型或帶時滯的allee模型任一種構建帶有時滯的腫瘤生長模型；
9、若采用帶時滯的logistic生長模型，則構建的帶有時滯的腫瘤生長模型具體為：
10、
11、若采用帶時滯的allee模型，構建的帶有時滯的腫瘤生長模型具體為：
12、
13、其中，x(t)代表實時腫瘤細胞數密度，r0代表腫瘤細胞的自然生長率，k代表環境最大容納量，τ代表腫瘤細胞的細胞周期帶來的時滯，a代表allee系數。
14、進一步的，在腫瘤生長模型的基礎上，分別引入光熱和光動力的治療強度項、腫瘤殺傷項，構建腫瘤治療模型，具體為：
15、若采用的是帶時滯的logistic生長模型，則構建的腫瘤治療模型具體為:
16、
17、若采用的帶時滯的allee生長模型，則構建的腫瘤治療模型具體為:
18、
19、其中，h(t)為實時光熱治療強度，為時滯光動力治療強度；μh為光熱治療對腫瘤細胞殺傷率，μb為光動力治療對腫瘤細胞的殺傷率；為光動力治療過程相對于光熱治療過程的滯后時間，即兩種治療之間產生效果的相位差。
20、更進一步的，實際光熱治療強度的變化速度表示為：
21、
22、實際光動力治療強度的變化速度表示為：
23、
24、其中，q為熱源項，代表在恒定激光光源照射下作為熱源的光熱轉換劑恒定產熱，α為光敏劑的光熱效應產熱率，c(t)為光敏劑濃度，βc為光敏劑在無增強情況下的活性氧產率，而β是表面等離激元共振增強下增加的光敏劑的活性氧產率，λh為熱量的非治療損耗率、λb為活性氧的非治療損耗率，γh為熱量治療過程損耗率、γb為活性氧治療過程損耗率。
25、更進一步的，c(t)的變化具體表示為：
26、
27、更進一步的，所述的腫瘤治療模型的初始條件為：
28、x(0)＝k,h(0)＝0,b(0)＝0,c(0)＝c0；
29、模型設采用含有有機分子光敏劑的殼包覆貴金屬納米顆粒形成的核殼復合結構納米顆粒作為治療的媒介，所有光敏劑都受到金屬表面等離激元共振的增強，納米顆粒在腫瘤組織中分布均勻，外部激光光源恒定且均勻照射，腫瘤在空間之中均勻分布。
30、一種光熱-光動力聯合協同治療的優化方法，基于所述的建模方法，包括以下具體步驟：
31、在模型中代入初始參數，初始化所述的腫瘤治療模型；
32、修改φ、β、α參數并本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種光熱-光動力聯合協同治療的建模方法，其特征在于：包括以下具體步驟：構建帶有時滯的腫瘤生長模型；
2.根據權利要求1所述的光熱-光動力聯合協同治療的建模方法，其特征在于：構建帶有時滯的腫瘤生長模型，具體為：
3.根據權利要求2所述的光熱-光動力聯合協同治療的建模方法，其特征在于：
4.根據權利要求3所述的光熱-光動力聯合協同治療的建模方法，其特征在于：實際光熱治療強度的變化速度表示為：
5.根據權利要求4所述的光熱-光動力聯合協同治療的建模方法，其特征在于：C(t)的變化具體表示為：
6.根據權利要求5所述的光熱-光動力聯合協同治療的建模方法，其特征在于：所述的腫瘤治療模型的初始條件為：
7.一種光熱光動力聯合協同治療的優化方法，其特征在于：基于如權利要求4～6任一項所述的腫瘤治療建模方法，包括以下具體步驟：
8.根據權利要求7所述的光熱-光動力聯合協同治療的優化方法，其特征在于：
9.根據權利要求8所述的光熱光動力聯合協同治療的優化方法，其特征在于：還進一步分析了φ、β、α參數
10.根據權利要求9所述的光熱光動力聯合協同治療的優化方法，其特征在于：所述的協同效果值R＝S陰影/SΔ，其中S陰影為模擬等效應線和加和等效應線為界的面積，SΔ為加和效果直線與橫縱坐標軸所圍成的三角形面積，R是一個比例系數，反映了現有的治療方案中兩種手段的協同效果，R的值越大，說明光熱和光動力的協同效果越好。
...【技術特征摘要】
1.一種光熱-光動力聯合協同治療的建模方法，其特征在于：包括以下具體步驟：構建帶有時滯的腫瘤生長模型；
2.根據權利要求1所述的光熱-光動力聯合協同治療的建模方法，其特征在于：構建帶有時滯的腫瘤生長模型，具體為：
3.根據權利要求2所述的光熱-光動力聯合協同治療的建模方法，其特征在于：
4.根據權利要求3所述的光熱-光動力聯合協同治療的建模方法，其特征在于：實際光熱治療強度的變化速度表示為：
5.根據權利要求4所述的光熱-光動力聯合協同治療的建模方法，其特征在于：c(t)的變化具體表示為：
6.根據權利要求5所述的光熱-光動力聯合協同治療的建模方法，其特征在于：所述的腫瘤治療模型的初始條件為：
7.一...
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