كنترل فازي براي تزريق دارو در شيمي درماني تومورهاي سرطاني

Fuzzy Control for Drug Delivery in Cancerous Tumors Chemotherapy

روش هاي مختلفي براي كنترل تزريق داروي شيمي درماني براي درمان تومورهاي سرطاني مورد مطالعه قرار گرفته اند. هدف اصلي از كنترل ،كم كردن سريع سلول هاي سرطاني و در عين حال رساندن كمترين آسيب به بافت هاي سالم بدن است. همچنين در انتهاي درمان، ميزان غلظت داروهاي باقيمانده در بدن بيمار تا حد امكان بايد كم باشد. الگوريتم هاي كنترلي مختلفي بر مدل هاي ديناميك با درجات متنوع اعمال شده اند. در اين مقاله يك مدل ديناميك به روز سرطان با پنج معادله ديفرانسيل با درنظرگرفتن سلول هاي سالم، ديواره رگ، سلول هاي سرطاني و ميزان دو داروي شيمي درماني و آنتي آنژيوژنيك باقيمانده در بدن به عنوان متغيرهاي فضاي حالت و نرخ تزريق دو دارو به عنوان سيگنال كنترلي در نظر گرفته شده است. بعد از بررسي مدل رياضي سيستم، كنترل اين بيماري به وسيله كنترلر فازي با تعريف قوانين به همراه فازي ساز و فازي زدا، يكي از سيگنال هاي كنترلي (نرخ داروي شيمي درماني) كنترل شده است. بدين صورت كه ميزان تراكم سلول هاي سالم و سرطاني به عنوان ورودي كنترلر فازي و نرخ تزريق داروي شيمي درماني، خروجي آن است. نتايج حاصل از شبيه سازي نشان مي دهد كه در روزهاي آخر درمان، سلول هاي سرطاني روندي نزولي دارد و سلول هاي سالم و ديواره رگ نيز به مقدار حالت بدون بيماري ميل مي كنند. جواب هاي حاصل از كنترلر فازي با حالت بدون كنترلر و همچنين با داده هاي آزمايشگاهي موجود مقايسه شده است. نتايج مشخص مي كند كه سيستم محدوده هاي مجاز را رعايت كرده كه بيانگر معتبربودن جواب حاصل از كنترلر فازي است.

Different strategies are studied to control chemotherapy delivery in cancerous tumors. The main aim of control is to reduce cancer cells immediately and, at the same time, it is the least harm to the healthy tissue of the body. Besides, at the end of treatment, the amount of drug remaining in the patient’s body should be as low as possible. Various control algorithms are applied on dynamic models with different orders. In this paper, a modern dynamic model for cancer with five ordinary differential equations by considering normal, endothelial and cancer cells, and the amount of two chemotherapy drugs and anti-angiogenic residues in the body is considered as state space variables and the rate of injection of two drugs as a control signals. After discussing the mathematical model of the system, the system is controlled by fuzzy controller with defining the rules along with fuzzifier and defazzifier by one of the control signals (rate of chemotherapy drug). This means that the rate of normal and cancerous cells counts as the input of the fuzzy controller and the amount of chemotherapy drug injections signal is the output. The simulation results show that in the last days of treatment, cancer cells have a downward trend, and normal and endothelial cells also tend to the healthy state. The solutions of the fuzzy controller are compared with the uncontrolled mode as well as the available experimental data. The results indicate that the system has met the permissible limits, which indicates the validity of the answer from the fuzzy controller.