冠状动脉金属支架直径变化对心外膜脉冲电场消融中电场与热分布影响的计算机模拟研究

本研究针对心房颤动(AF)治疗中金属支架直径动态变化对心外膜脉冲电场消融(PFA)的影响，通过构建2D/3D计算模型，首次系统评估了支架直径趋势对消融区域电场分布(1000 V/cm阈值)及温度(最大差异0.6°C)的作用。发现支架直径剧变时消融宽度差异达1.95 mm，而温度变化不引起组织热损伤，为临床PFA精准实施提供理论依据。

　　

心房颤动(AF)作为最常见的心律失常之一，其治疗始终是心血管领域的重大挑战。传统射频消融和冷冻消融存在组织非选择性损伤风险，而新兴的脉冲电场消融(PFA)因其独特的组织选择性成为研究热点。然而，临床中发现一个有趣现象：约30%接受PFA的AF患者合并冠状动脉金属支架植入，这些支架会随血管重塑发生直径变化，但这种动态变化如何影响消融效果却从未被系统研究。

中国东北大学医学与生物信息工程学院联合北部战区总医院心血管内科的研究团队，在《Scientific Reports》发表了突破性成果。他们首次通过计算机建模揭示了金属支架直径变化对心外膜PFA中电场和热分布的"蝴蝶效应"。研究采用多尺度建模策略，构建包含生理盐水层(0.5 mm)、脂肪层(4.3 mm)、心肌层(2.7 mm)和血液层(40 mm)的简化模型，并精确还原临床导管尺寸(电极直径3.98 mm)。通过COMSOL软件实现电-热耦合计算，采用拉普拉斯方程模拟电场分布，生物热模块分析温度变化，关键创新在于引入支架直径动态变化的参数化建模。

电场分布分析
研究发现支架直径剧变时(如血管斑块导致局部狭窄)，3D模型显示的消融区宽度与2D模型差异高达1.95 mm。有趣的是，电场"热点"(>1600 V/cm)始终位于支架上下极，而"冷点"(<1000 V/cm)恒定出现在支架两侧，这种空间分布模式不受支架-导管距离(1-15 mm)影响。脂肪层被发现具有"绝缘护甲"作用，能将电场畸变限制在脂肪层内，保护深层心肌免受损伤。

温度分布特征
模拟显示最高温度(43.5°C)出现在支架边缘，但温度变化呈现"迟钝响应"特性：支架直径渐变时2D/3D模型温差仅0.5°C，剧变时也仅0.6°C。更值得注意的是，温度升高与支架直径呈正相关，直径每增加1 mm约导致温度上升0.8°C，但这种温升远低于组织热损伤阈值(50°C)。

直径趋势的影响机制
当支架直径呈平缓变化趋势时，2D与3D模型的消融宽度差异可忽略(最大0.3 mm)；而直径突变(如从3 mm骤变为5 mm)会导致电场线重新分布，使3D模型计算的消融区显著扩大。这种"几何突变效应"首次被量化证实，解释临床中支架部位消融效果不稳定的现象。

这项研究为PFA临床应用带来三大启示：首先，证实脂肪层的存在使PFA可安全用于近冠状动脉区域；其次，支架部位消融需考虑直径变化历史，必要时扩大消融范围；最后，建立3D建模在几何突变场景下的不可替代性。该成果不仅为AF个体化治疗提供新思路，其建立的电-热耦合模型还可拓展应用于其他植入器械的消融评估，如起搏器导线或人工瓣膜环等。未来研究可结合血管内超声实时监测支架直径，实现动态参数化建模的临床转化。