双极导管治疗心脏房颤的设计模拟及实验

摘要

房颤作为当今最为常见的心律失常类疾病之一,在中老年群体中具有很高的发病率,据统计,60岁以上人群的房颤发病率可高达6％。同时,房颤给人类健康带来了十分严重的危害,有很高的几率导致患者身体残疾、偏瘫甚至死亡。在目前针对房颤的治疗方式中,单级导管射频消融术可以实现较为理想的治疗效果,但是这种术式仍旧具有不易控制电流流向,无法确保消融损伤紧密连接以对异位信号实现有效隔断、易引发不必要的并发症等缺陷。因此,对于射频消融设备的创新具有十分重要的意义。
　　为了能够有效地解决目前单级射频导管所存在的问题,本文在原有的单级射频消融导管基础上进行了改良,并提出了可以实现线性消融的双极射频导管治疗房颤的想法,主要开展了以下研究工作:
　　采用有限元法对射频消融损伤过程进行建模分析,运用Comsol Multiphysics多物理场耦合软件对双电极导管消融过程进行仿真模拟,通过观测目标消融区域的温度场分布情况筛选出最佳电压、间距参数配比电极;再利用此间距电极对不同厚度的心肌层进行仿真消融,通过观察不同厚度心肌层下模拟得到的温度场来确定设计电极的适用范围;系统地分析了电极间距、电极插入深度、电极半径等因素对仿真结果的影响。
　　最后在离体优质猪心上进行定性实验研究,并将消融结果同仿真结果进行对比来验证双极导管消融治疗房颤的可行性及适用范围,为双极射频导管的设计及产品化提供了依据。

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第一章 前 言

1.1 房颤简介

1.1.1 房颤的生理机制

1.1.2 房颤的症状及危害

1.2 房颤的治疗

1.2.1 药物治疗

1.2.2 非药物治疗

1.3 心脏射频导管消融术

1.3.1 导管射频消融的生物原理

1.3.2 房颤导管消融的手术过程

1.4 现有的房颤导管消融装置

1.4.1 针对以上缺点的解决方案

1.4.2 双极射频导管消融治疗房颤的创新点

1.5 本课题的主要研究内容

第二章 多物理场耦合的有限元分析

2.1 有限元模型的建立

2.1.1 消融建模研究历史与状况

2.1.2 传热数学模型的选择

2.1.3 理论基础—热传导方程

2.2 Comsol Mutiphysics 简介

第三章 采用Comsol Multiphysics的双极射频电极的仿真模拟

3.1 Comsol Multiphysics模拟步骤

3.1.1 定义几何模型

3.1.2 边界条件和初始条件设置

3.1.3 网格划分

3.1.4 求解器配置

3.2 2.5mm厚心肌层不同电压、间距的模拟结果

3.3 设计电极在2.5mm厚度心肌层的消融效果

3.3.1 最高点消融温度随时间的变化

3.3.2 有效消融体积随时间的变化

3.3.3 心肌层底面有效消融面积随时间的变化

3.4 不同厚度心肌层的模拟结果

3.4.1 小于2.5mm厚度心肌层的模拟结果

3.4.2 大于平均厚度的模拟结果

3.5 消融影响因素趋势

3.5.1 改变电极间距的模拟结果

3.5.2 改变电极插入深度的模拟结果

3.5.3 改变电极半径的模拟结果

第四章 定性实验研究

4.1 实验方案

4.1.1 实验材料与工具

4.1.2 实验步骤

4.2 消融损伤图片

第五章 总结与展望

参考文献

致谢