ارايه پروتكل شيمي درماني بهينه براي درمان سرطان با در نظر گرفتن متاستاز با استفاده از فيدبك كامل بهينه SDRE

Proposing optimal chemotherapy protocol for cancer treatment with metastasis by using SDRE based optimal control technique

به دليل وجود اثرات مخرب شيمي درماني و تعديل شدن اثر آن به واسطه ايجاد مقاومت دارويي، اين مقاله به دنبال ارايه پروتكل بهينه درماني براي درمان سرطان در زمان محدود است. در اين مقاله مدلي از رشد تومور به همراه عبارت‌هاي مربوط به راديو درماني، شيمي درماني و متاستاز سلول هاي سرطاني ارايه شده است. تحليل پايداري بر روي مدل بدون درمان، نشان مي دهد كه نقطه تعادل بدون تومور ناپايدار است. از اين‌رو تغيير ديناميك رفتاري سيستم حول اين نقطه تعادل جهت درمان در زمان محدود ضروري است.لذا، اثرات داروي شيمي درماني هم بر روي جمعيت سلول ها و هم بر روي پارامترهاي سيستم، در نظر گرفته شده است. براي استخراج پروتكل بهينه درماني، از روش كنترل بهينه بر مبناي حل معادله ريكاتي وابسته به حالت (SDRE) براي مدل غيرخطي توسعه يافته استفاده شده است. در ادامه براي نشان دادن انعطاف پذيري در طراحي، دو مورد براي ماتريس وزني مربوط به ورودي در نظر گرفته شده است. همچنين مقاوم بودن اين روش در برابر تغيير پارامترهاي سيستم با شبيه سازي آن بر روي داده هاي دو بيمار مختلف مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج نشان مي دهد تغيير ديناميك سيستم براي داشتن درمان موفق، در كنار كاهش تعداد سلول هاي سرطاني ضروري است.

Although chemotherapy is one of the effective methods in cancer treatment its effects maybemoderated due to drug resistance. The main objective of this paper is to propose optimal finite cancer treatment duration.In this paper, a mathematical model of tumor growth with radiotherapy, chemotherapy and metastasis of cancer cells terms is proposed. Stability analysis shows that the tumor free equilibrium point is unstable. Hence, changing the dynamics of the system around this equilibrium point for achieving finite duration treatment method is essential. Therefore, the effects of chemotherapy drug are considered not only on cells populations but also on the dynamics of the system. For this purpose, State Dependent Riccati Equation (SDRE) based optimal control is used.So, chemotherapy agent is used as the controlinputtothe extended cancer nonlinearmodel. Then, in order to show the flexibility in design, two different types of input weighting matricesare selected. Moreover, the robustness of this control method is investigated by simulation. Results show that changing the dynamics of the system is necessary for finite duration cancer treatment method.