ايجاد هندسه سه‌بعدي از سلول و اندامك‌هاي درون آن براي شبيه‌سازي‌هاي بيوالكترومغناطيس

Creating 3D Geometric models of Cells and Organelles for Bioelectromagnetic Simulations

اهداف: محاسبه نحوه توزيع جريان و ميزان نفوذ ميدان هاي الكترومغناطيسي القاشده در بدن و بافت هاي زيستي از مباحث مطرح در حوزه بيوالكترومغناطيس است كه با دسترسي به هندسه سلول و اندامك هاي درون آن مي توان به طور دقيق سهم هر جزء را در دريافت ميدان و توزيع جريان و محاسبه امپدانس برآورد نمود. هدف مطالعه حاضر ايجاد هندسه سه بعدي از سلول و اندامك هاي درون آن براي شبيه سازي بيوالكترومغناطيس بود.مواد و روش ها: مطالعه حاضر پژوهشي از نوع محاسباتي است. در اين مطالعه يك مدل الكتريكي كامل از سلول هاي قشرهاي مختلف لايه اپي درم پوست به همراه اندامك هاي دروني آن با كمك نرم افزار ساوي 1 ((savi 1 و الگوريتم هاي جديد ابتكاري ايجاد شد. در اين شكل هندسي اندامك هايي مانند ميتوكندري، جسم گلژي، رنگدانه ملانين، ريبوزوم، ليزوزوم و هسته درون سلول در نظر گرفته شدند. در ايجاد اندامك ها از تصوير دو بعدي ميكروسكوپي آنها استفاده شد.يافته ها: شكل هندسي براي اندامك ها و نمونه سلولي براي تمام قشرهاي لايه اپيدرم متناسب با واقعيت ايجاد شد. سلول هاي قشر بازال به صورت سلول هاي مكعبي و داراي هسته، سلول هاي قشر اسپينوزوم چندوجهي و هسته دار، سلول هاي قشر گرانولار مسطح و هسته دار بودند و قشر شاخي نيز سلول هاي كامل مسطح و فاقد هسته داشت.نتيجه گيري: ايجاد هندسه سه بعدي از سلول و اندامك هاي درون آن براي شبيه سازي بيوالكترومغناطيس امكان پذير است. اين مدل سه بعدي قابليت ذخيره سازي به سه فرمت mat، stl و vox و بازيابي در نرم افزارهاي savi،cst studio و matlab را دارد.

Aims Computation of the field distribution and the penetration of electromagnetic fields induced in the body and biological tissues are one of the major issues discussed in the bioelectromagnetic field; with access to the geometry of the cell and its organelles, the contribution of each component to the field’s reception and the field distribution as well as the computation of impedance can accurately be estimated. The aim of this study was to create 3D geometric models of cells and organelles for bioelectromagnetic simulations. Materials & Methods The present study is a computational research study. In this study a complete electrical model for several cell types of the epidermis layer of human skin with its organelles was created by SAVI 1 software and innovative new algorithms. In this geometric model, organelles such as mitochondria, Golgi body, melanin pigments, ribosome, lysosome, and intracellular nucleus were considered. The microscopic 2D image was used to create organelles. Findings The geometric model was created for the organelles and the cellular sample was created for all layers of the epidermis in accordance with reality. The cells of basal cortex were nucleated in cubic form, the cells of spinosum cortex were polygonal and nucleated, the cells of granular cortex were flat and nucleated, and the stratum corneum had complete flat cells without nucleus. Conclusion Creating 3D geometric model of cells and organelles within it is possible for bioelectromagnetic simulations. This 3D model can be saved in mat, stl, and vox formats and retrieved in SAVI, CST studio, and MATLAB software.