Isfahan University of Medical Sciences Journal of Research in Rehabilitation Sciences 1735-7519 10 2 2014 07 01 Simulation of the response of nerve fibers to the applied interferential currents شبیه سازی پاسخ فیبرهای عصبی در پاسخ به تحریک با جریان های تداخلی 315 327 16825 10.22122/jrrs.v10i2.1506 EN Mahsa Agharezaee Master in Biomedical Engineering, Department of Biomedical Engineering, Faculty of Engineering, University of Isfahan, Isfahan, Iran. 0000-0002-7708-1270 Amin Mahnam Assistant Professor of Biomedical Engineering, Department of Biomedical Engineering, Faculty of Engineering, University of Isfahan, Isfahan, Iran Journal Article 2013 12 05   Abstract Introduction: Interferential current is one of the most popular kinds of electrical stimulation that are used in electrotherapy. Despite its clinical popularity, there have been limited studies to investigate how this stimulation protocol affects the nerve fibers. This study was aimed to develop a realistic model for the stimulation of nerve fibers by interferential currents and using that to assess the spatial and temporal activation patterns of fibers in response. The effect of the modulation frequency on the resultant neural activity was also evaluated. Materials and Methods: A model of the target tissue, including the skin, fat and muscle layers was implemented in COMSOL software to obtain the potential distribution induced by the current inside the tissue. Then the MRG model of the myelinated nerve fibers in NEURON environment was used to simulate the response of fibers at different positions in the tissue. A 4 KHz carrier frequency with the modulation of 1 to 250 Hz and stimulus strength of 1 to 99 mA was used in this study. Results: The sensory fibers that are passing right beneath the electrodes are blocked in response to the applied high frequency currents and cannot conduct the action potentials. The sensory and motor fibers in other positions of the tissue can be activated based on the stimulus amplitude and the modulation frequency. The temporal activation pattern is at frequencies equal or twice of the modulation frequency. The excitation thresholds for fibers in a specific depth of the tissue are different based on their position relative to the electrodes, and even fibers that are outside the borders of the four electrodes can be activated. Conclusion: The results demonstrate how the block of sensory fibers may decrease the patient discomfort, and suggests that non-target fibers outside the region of electrode placement may also affected by the stimulation. Moreover, the results confirm the traditional claims about role of the modulation frequency in the firing frequency of nerve fibers.   Keywords: Electrotherapy, Transcutaneous Electrical stimulation, Nerve fiber, Interferential Current, Simulation. چکیده مقدمه: جریان­ تداخلی یکی از محبوب­ترین جریان­های مورد استفاده در الکتروتراپی است. علی­رغم این محبوبیت، مطالعات اندکی به بررسی نحوه­ی متأثر شدن فیبرهای عصبی از این نوع تحریک پرداخته­اند. هدف این مطالعه توسعه مدلی نزدیک به واقع برای شبیه­سازی اثر جریان تداخلی بر فیبرهای عصبی و استفاده از آن جهت بررسی الگوی مکانی و زمانی فعالیت آن­ها در پاسخ به این جریان بوده است. اثر فرکانس مدولاسیون بر فعالیت عصبی حاصل نیز بررسی شده است. مواد و روش­ها: در این  مطالعه مدلی از بافت بدن شامل لایه­های پوست، چربی و ماهیچه در نرم­افزار COMSOL پیاده­سازی شد تا توزیع پتانسیل حاصل از اعمال جریان­ بدست آید. سپس از مدل دقیق MRG برای فیبرهای حسی و حرکتی استفاده شد و پاسخ آن­ها در محل­های مختلفی از مدل برای فرکانس حامل 4 کیلوهرتز، مدولاسیون 50 تا 250 هرتز و دامنه 1 تا 99 میلی­آمپر بررسی شد. یافته­ها: در پاسخ به تحریک، فیبرهای حسی که از زیر الکترودها گذر می­کنند، مسدود می­شوند ولی فیبرهای حسی و حرکتی در محل­های دیگر از بافت فعال می­شوند. الگوی زمانی فعالیت فیبرها وابسته به دامنه­ی تحریک و فرکانس مدولاسیون یا به صورت یک الگوی متناوب شامل دوره­های آتش - سکوت و یا به صورت آتش پیوسته با فرکانسی برابر با فرکانس مدولاسیون یا دو برابر آن است. هرچند در یک عمق مشخص آستانه­ی تحریک در مکان­های مختلف نسبت به الکترودها متفاوت است، اما فیبرها حتی در خارج از ناحیه­ی محصور بین الکترودها نیز فعال می­شوند. نتیجه­گیری: نتایج این مطالعه توجیه کننده­ی کاهش آزردگی ناشی از اعمال جریان تداخلی در محل الکترودها است و احتمال اثرگذاری جریان بر بافت­های غیر هدف را به هنگام تحریک تداخلی نشان می­دهد. همچنین تأیید کننده­ی ادعاهای سنتی مبنی بر نقش فرکانس مدولاسیون در تعیین فرکانس آتش شدن فیبر عصبی است.   کلید واژه­ ها: الکتروتراپی، تحریک الکتریکی وراپوستی، فیبر عصبی، جریان­های تداخلی، شبیه­سازی.     https://jrrs.mui.ac.ir/article_16825_1e5ae5c4ebcc2cadb8a09909f3731c35.pdf