微波消融治疗心房颤动温度场的数值研究

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房颤消融术是在心内电生理检查的基础上,对引起心律失常的关键部位(即靶点)进行精细标测,然后通过导管输入一定能量的射频或微波等,使靶点及邻近的心肌组织发生凝固性坏死(>50℃),从而消除心律失常。微波消融是外科手术治疗房颤的一种新技术,在国内临床应用时间短,经验不足,对微波输出功率、温度、消融时间、消融路径的最佳选择以及远期疗效和微波探头的改进尚待进一步研究。  基于虚拟手术环境的温度场数值模拟可以有效的用于评估某种特定条件下的消融形状及尺寸。在本文中,基于HFSS-ANSYS电磁热耦合数值运算,采用有限元方法研究微波消融天线的温度场问题,建立理想化的3D心肌-血液-天线数值模型来仿真心内膜消融。研究了不同的消融因素:1)不同的天线放置方式;2)不同的加热时间;3)不同的微波功率;4)不同的血流条件等对于凝固区形状及尺寸的影响。  研究结果表明不同的天线放置方式可以影响温度场的形状及温度最高点位置。当微波天线垂直于心肌表面时(90°),最高温度点位于心肌内距离天线顶端1mm处;当微波天线平行于心肌表面时(0°),最高温度点位于心肌内距离天线中心线1.5mm,距离端口激励26mm(天线长度约30mm)处。当心肌组织厚度超过4mm,平行的放置方式(0°)更易于产生较大的消融深度,同时保证最高温度值不至于过高(超过80℃),且易于获得较大的宽深比。同时消融区域的消融宽度均大于消融深度,表明该微波天线易于形成线性、连续型的消融区域,适于房颤消融的治疗。消融宽度及消融深度随着加热时间增加而增加,增长速度在加热10s后明显下降。心肌组织温度最高值与消融功率呈正相关关系,消融时间一定时,功率每增加10W,最高温度值的增幅也是一致的。对比无血流情况下,有血流的心肌消融区域最高温度值明显下降,且有效消融区域(≥50℃)向心肌内移动,形成一个比较薄的低温层。  本文通过数值模拟的方法,重点解决房颤微波消融手术中不同心脏血流速度、微波功率、加热时间等对消融深度、宽度的影响,给出定量数据以帮助医生开展治疗计划的制定,为手术规划提供科学依据。医生可以根据组织壁厚、血流条件等因素调节天线的放置方式、微波功率、加热时间等,来实现2-6mm的透壁性消融。
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