تغييرات رسانايي بافت كبد در طول الكتروپوريشن بازگشت‌ناپذير و محاسبه توزيع ميدان الكتريكي

Conductivity Changes of Liver Tissue during Irreversible Electroporation and Calculation of the Electric Field Distribution

اهداف: در فرآيند الكتروپوريشن بازگشت ناپذير، غشاي سلول هاي سرطاني به وسيله پالس هاي الكتريكي با شدت ميدان بالا، به صورت بازگشت ناپذير آسيب مي بيند و سلول ها مي ميرند. عوامل اثرگذار بر توزيع ميدان شامل ولتاژ، پهناي پالس و رسانايي الكتريكي بافت است. هدف مطالعه حاضر بررسي تغييرات رسانايي بافت كبد در طول الكتروپوريشن بازگشت ناپذير و محاسبه توزيع ميدان الكتريكي بود.مواد و روش ها: در مطالعه تجربي حاضر با استفاده از شبيه سازي، ارتباط بين پهناي پالس و شدت ولتاژ هر پالس در تغييرات رسانايي در طول الكتروپوريشن بازگشت ناپذير بررسي شد و توزيع ميدان الكتريكي مورد محاسبه قرار گرفت. در اين شبيه سازي به منظور حل معادلات، نرم افزار comsol 5 به كار رفت. الكترودهاي مورد استفاده، سوزني بودند و بافت كبد نيز به عنوان بافت هدف استفاده شد. هشت پالس با فركانس تحريكي يك هرتز و پهناي پالس 100ميكروثانيه و 2ميلي ثانيه، با شدت ميدان هاي الكتريكي 1000 تا 3000ولت بر سانتي متر به عنوان پالس هاي الكتريكي تحريكي به كار رفتند.يافته ها: رسانايي بافت در طول زمان اعمال پالس افزايش يافت. تغييرات رسانايي در ناحيه نوك الكترودها به مراتب بيشتر از ناحيه بين دو رديف الكترودها بود. با افزايش شدت ميدان الكتريكي پالس، رسانايي بافت نيز افزايش يافت. زماني كه رسانايي بافت ثابت و متغير بود، بيشينه شدت ميدان الكتريكي به ترتيب 3879 و 3448ولت بر سانتي متر به دست آمد.نتيجه گيري: در زمان ارسال پالس هاي الكتريكي، رسانايي بافت افزايش مي يابد. توزيع ميدان الكتريكي به رسانايي در نقطه مورد نظر وابسته است و با تغيير اين رسانايي به علت انجام الكتروپوريشن، توزيع ميدان الكتريكي نيز تغيير مي يابد و بيشينه شدت ميدان الكتريكي كاهش پيدا مي كند.

Aims In irreversible electroporation process, the membrane of cancer cells is damaged irreversibly by electric pulses of high-intensity field, which in turn leads to cell death. Factors influencing the field distribution include voltage, pulse width, and electric conductivity of tissue. The present study was conducted with the aim of evaluating conductivity changes of liver tissue during irreversible electroporation and calculation of the electric field distribution. Materials & Methods In the present experimental study, using simulation, the relationship between pulse width and voltage intensity of each pulse was investigated in conductivity changes during irreversible electroporation, and the electric field distribution was calculated. In this simulation, in order to solve the equations, the software COMSOL 5 was used. Needle electrodes were used, and the liver tissue was considered as the target tissue. Eight pulses with the stimulated frequency of 1Hz, pulse width of 100μs and 2ms, and the intensity of the electric fields ranging from 1000 to 3000v/cm were used as electric pulses. Findings Conductivity of tissue increased during sending the electrical pulses. The conductivity changes in the tip of the electrodes were more than the area between the two rows of electrodes. As the intensity of the pulsed electric field increased, the tissue conductivity also increased. When the conductivity of the tissue was constant and variable, the maximum electric field intensity was obtained 3879 and 3448v/cm. Conclusion While electric pulse transmission, tissue conductivity increases. The electric field distribution depends on the conductivity at the desired point and by changing this conductivity due to the electroporation, the electric field distribution also changes and the maximum intensity of the electric field decreases.