Simulación numérica de la respuesta térmica inducida por geometrías de arreglos de electrodos en tejidos anisotrópicos que contiene tumores multicéntricos bajo la electroporación electrolítica

Abstract

La ecuación de transferencia de biocalor de Pennes es el modelo más utilizado para calcular la temperatura inducida en un tumor cuando se aplican terapias físicas como la electroporación y la electrólisis. En este trabajo se propone un modelo numérico-computacional basado en una modificación de la ecuación de biocalor de Pennes para cuantificar los gradientes térmicos espacio-temporales en un tumor multicéntrico, rodeado de su tejido sano, considerándolos como medios lineales, heterogéneos y anisotrópicos en formas arbitrarias. Nuestro modelo tiene en cuenta las propiedades térmicas, eléctricas y biológicas de cada tejido; además se discretizan las funciones de Green para incluir condiciones de contorno coincidentes mediante el método de elementos finitos. El objetivo de este trabajo es optimizar las geometrías de arreglos de electrodos para maximizar la cobertura terapéutica en el tumor y minimizar el daño al tejido sano circundante cuando se utiliza la combinación sinérgica entre la electroporación y la electrólisis, conocida como electroporación electrolítica.

The Pennes bioheat transfer equation is the most widely used model for calculating tumor-induced temperature when physical therapies such as electroporation and electrolysis are applied. This work proposes a numerical-computational model based on a modification of the Pennes bioheat equation to quantify spatiotemporal thermal gradients in a multicentric tumor surrounded by healthy tissue, considering them as linear, heterogeneous, and anisotropic media in arbitrary shapes. Our model takes into account the thermal, electrical, and biological properties of each tissue; in addition, Green's functions are discretized to include matching boundary conditions using the finite element method. The objective of this work is to optimize electrode array geometries to maximize therapeutic coverage in the tumor and minimize damage to surrounding healthy tissue when using the synergistic combination of electroporation and electrolysis, known as electrolytic electroporation.