Page 16 - 《中国医疗器械杂志》2025年第2期

Chinese Journal of Medical Instrumentation 2025 年 第49卷 第2期

研 究 与 论 著

∂T 2 传统射频消融中，电极释放的高频电流将组织
ρc = λ∇ T +q− Q b + Q m (5)
∂t 加热至50 ℃，导致细胞干燥坏死 。而脉冲能量
[22]
式中：T为温度，单位K；ρ为密度，单位kg/m ；
3
作用下最高温度未超45 ℃，组织深度在0.5 mm以
c为比热容，单位J/(kg·K)；λ为热传导率，单位
上的区域温度低于40 ℃，未对心肌组织造成热损伤。
W/(m·K)；q为射频热源项，单位W/m ；Q 为血液
3
b
灌注引起的热损失，单位W/m ；Q 为代谢热产生 针对1 500 V、1 800 V、2 000 V、2 500 V这4组
3
m
3
项，单位W/m 。 电压，深入分析温度场并计算各电压下的最高温
度，结果如表3所示，从中可明显看出电压与温度
根据YAN等 的研究，本研究确定了相关材
[20]
的变化关系。
料的热传导参数，见表2。
表3 不同电压下不同组织深度处的最高温度
表2 材料的热传导参数
Tab.2 Thermal conductivity parameters of various materials Tab.3 Maximum temperatures at various tissue depths under
different voltages
热传导率λ 密度ρ 比热容c 单位：℃
材料
3
/[W/(m·T)] /(kg/m ) /[J/(kg·K)] 电压/V
组织深度/mm
心肌组织 0.53 1 060 3 111 1 500 1 800 2 000 2 500
血液 0.54 1 000 4 180 0 40.8 42.5 43.8 47.7
铂电极 71 21 500 132 0.5 38.6 39.3 39.9 41.5

1.0 37.6 37.9 38.1 38.8
本研究脉冲电场脉宽为2 μs，用1 500~2 500 V 1.5 37.3 37.4 37.5 37.8
四组电压脉冲能量作为热传导源，分析温度场分 2.0 37.1 37.2 37.3 37.5
布，以8次脉冲能量分析温升。以1 800 V脉冲能量
表3显示，电压升高，组织温度上升，2 500 V
为例，为简化计算，模型采用将单个脉冲产生的
时表面最高温度47.7 ℃，仍低于50 ℃，1 mm以下
焦耳热均匀分配至整个脉冲周期的处理方式（对
温升影响小 ），结果见图11。 组织深度最高温度降至40 ℃以下，表明脉冲能量
[21]
热传递范围小，未损伤组织。
温度t/°C 温度t/°C
42.0 2.4 仿真结果总结
39.0
41.0
38.5 通过上述的仿真研究成果，我们能清楚地看
40.0
38.0
39.0 到，消融区域及其深度与所施加的电压幅度及电极
38.0 37.5
y y 的具体位置密切相关。在具体操作中，若导管电极
x z x z
(a) 0 mm组织深度处温度场 (b) 0.5 mm组织深度处温度场 与心肌组织之间的接触并非理想状态，则只有将
(a) Temperature distribution at (b) Temperature distribution at 电压调整至2 500 V时，才能达到贯穿心肌的消融
0 mm tissue depth 0.5 mm tissue depth
效果。进一步地，由于导管电极呈特定的花瓣状
温度t/°C 温度t/°C
37.9 37.4 分布，电极之间及花瓣之间不可避免地会有空隙，
37.8
37.7
37.6 37.3 这就意味着由消融引起的受损区域无法完全匹配
37.5
37.4 37.2
37.3 如同肺静脉开口处所展示的那种圆环形状，在维持
37.2 37.1
y 37.1 y 同等组织深度与电压值的条件下，位于花瓣正上方
x x
z z
(c) 1.0 mm组织深度处温度场 (d) 1.5 mm组织深度处温度场 区域所需的电场强度普遍高于位于两个花瓣中心正
(c) Temperature distribution at (d) Temperature distribution at 上方区域所需的电场强度。因此在消融过程中，为
1.0 mm tissue depth 1.5 mm tissue depth
保证连续有效的效果，可通过旋转导管增加两个花
图11 不同组织深度处的温度分布
Fig.11 Temperature profiles across various tissue depths 瓣中心正上方区域的消融深度，从而提高消融区域

由图11可知，1 800 V脉冲能量下，心肌组织表 的均匀性。

面最高温度为42.5 ℃，温度随组织深度增加而下 2.5 体外消融实验验证
降，组织深度为0.5 mm时温度降至39.3 ℃，组织深 为评估仿真模型的有效性与准确性，本研究开
度为1.0 mm时温度降至37.9 ℃，组织深度为1.5 mm 展体外消融实验。马铃薯作为茄科植物，是研究脉
[23]
时温度降至37.4 ℃，与初始温度37.0 ℃相比，温升 冲作用下相关特性的理想模型 。故本研究以其块
不显著。 茎组织为实验对象，实验测试工况示意见图12。
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