Comparison and calibration of different electroporation models. Application to rabbit livers experiments

¹ RICAM - Austrian Academy of Sciences, Postgasse 7-9, 1170, Wien, Austria
e-mail: gaspard@math.janko.fr
² Univ. Bordeaux, IMB, UMR 5251, F-33400, Talence, France
³ INRIA Bordeaux-Sud-Ouest, F-33400, Talence, France
⁴ Bordeaux INP, IMB, UMR 5251, F-33400, Talence, France

Abstract

Electroporation is a complex phenomenon that occurs when biological tissues are subjected to electric pulses. The clinical interest for the phenomenon has constantly increased for the last decades. Indeed, electroporation makes it possible to either kill directly the cells in the target region (tumor) or to introduce molecules into living cells. However, one of the main limitation of using electroporation in the clinical routine comes from the technical difficulties raised by such therapies, in particular it is difficult to well determine the treated zone. Numerical modeling of the electric field magnitude could provide a powerful strategy to assess the treatment efficacy: thanks to well-designed models, the computation of the distribution of the electric field is achievable, providing a numerical evaluation of the treatment. The main objective of this work is to go further on the patient-adapted numerical modeling of the electric field magnitude by laying the ground of the possible electroporation models - which will be compared qualitatively - and their calibrations. This will be done in the framework of bioelectrical measurements on rabbit livers that come from the literature.

Résumé

L’électroporation est un phénomène complexe qui se produit lorsque des tissus biologiques sont soumis à des impulsions électriques. L’intérêt clinique pour ce phénomène n’a cessé de croître au cours des dernières décennies. En effet, l’électroporation permet soit de tuer directement les cellules dans la région cible (tumeur), soit d’introduire des molécules dans les cellules vivantes. Cependant, l’une des principales limites de l’utilisation de l’électroporation en routine clinique vient des difficultés techniques soulevées par ces thérapies, en particulier la difficulté de bien déterminer la zone traitée. La modélisation numérique de la magnitude du champ électrique pourrait fournir une stratégie puissante pour évaluer l’efficacité du traitement : grâce à des modèles bien conҫus, le calcul de la distribution du champ électrique est réalisable, fournissant une évaluation numérique du traitement. L’objectif principal de ce travail est d’aller plus loin dans la modélisation numérique de l’amplitude du champ électrique adaptée au patient en posant les bases des modèles d’électroporation possibles – qui seront comparés qualitativement – et de leurs calibrages. Ceci sera fait dans le cadre de mesures bioélectriques sur des foies de lapins qui proviennent de la littérature.