基于阵列式射频电极的去肾交感神经消融术中多场耦合效应研究

Renal denervation(RDN) is based on the radiofrequency catheter tips ablation, which can release the energy to selectively destroy the outer membrane of renal sympathetic nerve fibers through the intima-media of the renal artery, so as to achieve the purpose of reduce renal sympathetic nerve activity. It has become a surgery in the treatment of resistant hypertension, but there are still some issues such as vessel wall is easy to damage, hemodynamic instability, outer membrane has different degree of nerve injury and so on. This research puts forward a new technology combined array of radiofrequency ablation electrodes with balloon dilatation to treat resistant hypertension, both to protect vessels and can achieve the goal of the lining of all-round ablation. It adopts the finite element method (FEM) to establish a multi-physics coupling mathematical model of electromagnetic field, temperature field and flow field based on the radiofrequency electrode array to renal denervation. The aim is to research and explore the scientific evaluation method of effective treatment parameters, clarify the interaction mechanism of vessel wall temperature field, blood flow and the radio frequency electromagnetic field, as well as verify its safety and effectiveness by ex vivo and animal experiments. It will provide a best therapeutic schedule which can make the renal sympathetic nerve fiber fracture and neuron necrosis through intervention ablation, but not affect the arteries hemodynamics status. Furthermore, it can offer clinical practice for RDN by radiofrequency electrode array and provide scientific basis for improving the success rate of operation.

去肾交感神经消融术是利用射频导管尖端在肾动脉内释放能量，透过肾动脉的内、中膜选择性毁坏外膜肾交感神经纤维，从而达到降低肾交感神经活性的目的。该术式已成为治疗顽固性高血压的一种手术方案，但存在血管壁易损伤、血流动力学不稳定、外膜神经损毁程度不一等问题。本课题提出一种新的阵列式射频消融电极结合球囊扩张的技术，来治疗顽固性高血压，既达到保护血管又能实现血管内壁全方位消融的目的。课题采用有限元分析的方法，建立基于阵列式射频电极去肾交感神经的电磁场-温度场-流场的耦合数学模型，研究和探索有效治疗参数的科学评估方法，阐明血管壁温度场、血液流场与射频电磁场之间相互影响的机理，并通过离体和动物实验验证其安全性及有效性，给出既可以通过介入消融达到肾交感神经损毁的目的，而又不影响动脉血管内血流动力学状态的最佳消融方式的组合，为阵列式射频电极去肾交感神经术提供临床实践的思路，为提高该术式的成功率提供科学依据。

项目背景：去肾交感神经消融术是一种介入治疗顽固性高血压疾病的方法，为了实现肾交感神经的360°损毁治疗，本课题提出了基于球囊扩张的阵列电极技术，探讨阵列电极消融的有效性和安全性。.主要研究内容：1、对离体培养的大鼠主动脉进行了血管内皮细胞不同热剂量的实验研究；2、利用有限元仿真和实验相结合的方法，进行了去肾交感神经温度场和流场的研究，研究关键参数如电极模型参数（电极材料及尺寸）、治疗参数（电压及时间）、动脉生理特性参数（血流流速）等条件下的消融效果，同时通过粒子图像测速实验进行流场的血流动力学研究，获取消融时肾动脉内流场分布和消融前后血流动力学参数（血液流速、壁面压力、剪切速率、涡量）变化规律，探讨这一术式的有效性和安全性；3、对阵列射频消融导管电极进行参数测试和优化。.重要结果: 1、确定血管内皮细胞免受损伤的热剂量参数为48℃。温度场模拟结果显示阵列电极电压超过25V时的动脉壁温度在100℃以上，建议将电压控制在25V以下，避免动脉破裂，此范围电压对血液的热损伤程度小于5%,揭示了这一治疗对血液的安全性；2、使用不同电极材料的最大消融深度、消融面积均无显著性差异。流场中球囊四电极虽然形成涡流现象，但通过剪切速率等血流动力学参数评估未达到形成血栓的条件，确保了该术式的安全性。由于消融方式受血流的影响有限，因此该术式不需要考虑个性化动脉流速的影响。.关键数据：1、球囊四电极处于非同一平面，在消融参数8W60s时，环肾动脉消融角度为82.79°，其圆周覆盖率为91.99%；处于同一平面时覆盖率为100%；2、不同流速包括低、中和高流速的消融深度差异值小于0.5mm，面积差异值小于2mm2，深度和面积无明显差异；消融功率7.5W、消融时间2min内的血液最高温升值都不超过3.5℃，因此不会出现血液凝固及血栓现象，具有一定的安全性。3、四电极不同组合方式下（不同消融电压），共进行了8组测试，其中测试组3消融导管中的四个电极达到治疗温度时，所需消融时间最少，分别为16.03、15.71、16.33和15.61s, 对应的消融电压分别为28.06、29.09、32.01和27.41V，可作为有效治疗参数组合之一。.科学意义：本项目研究了各种技术参数和动脉组织特性对阵列射频电极的消融区的影响，确保了阵列电极治疗的有效性和安全性，可实现参数量化控制，使得这一治疗技术更趋有效。