一句话解读
本研究通过动物实验与高保真计算建模相结合，首次在三维猪体几何中系统验证了PFA损伤形态的模拟准确性，明确指出了单一致死性电场阈值在预测损伤宽度与深度方面的局限性。研究提出，对于所采用的单极导管与中性电极配置，应采用双重阈值策略，较低阈值（270–500 V/cm）用于预测损伤深度，较高阈值（790–1000 V/cm）用于预测损伤宽度。
这一发现不仅对改进现有PFA计算模型具有重要理论意义，也为未来开发更精准、个性化的消融规划工具提供了方向。随着模型进一步完善与临床数据的积累，计算建模有望在PFA手术规划、参数优化与疗效预测中发挥越来越重要的作用。
一
背景
脉冲场消融（Pulsed-Field Ablation, PFA）是一种新兴的非热消融技术，通过施加高强度、微秒级的电脉冲诱导细胞膜发生不可逆电穿孔（Irreversible Electroporation, IRE），从而导致心肌细胞死亡，达到治疗心律失常的目的。与传统射频消融相比，PFA具有组织选择性高、操作时间短、几乎无热损伤等优势，近年来在房颤和室性心律失常治疗中展现出广阔前景。
然而，PFA的治疗效果高度依赖于电场的空间分布与组织响应特性。目前，计算建模 已成为优化PFA参数、预测损伤范围的重要工具。多数模型采用“单一致死性电场阈值”来界定IRE区域，即认为电场强度超过某一阈值的区域将发生不可逆损伤。文献中报道的阈值范围广泛，从268 V/cm至2000 V/cm不等，且不同研究预测的损伤形态，尤其是各向异性比率（Anisotropy Ratio, AR）——即损伤宽度与深度的比值——存在显著差异，这引发了对其适用性与准确性的质疑。
本研究旨在通过结合开胸猪体内实验与基于CT的三维计算模型，系统评估单一致死性电场阈值在预测PFA损伤尺寸方面的局限性，并探索更合理的阈值选择策略。
57公斤猪ct扫描分割的计算模型
猪躯干内的模拟电场，沿着从有源电极到分散贴片的路径
样本非透壁模拟和实验损伤 (左)，以及不同峰值电压下所有模拟和实验损伤的相应各向异性比 (损伤宽度与损伤深度) (右)
二
方法
1. 实验设计与数据获取：研究选用6只体重为57±8 kg的家猪，在开胸状态下进行心外膜PFA。使用定制发生器（EPULSUS-FBMLI–5）输出双相脉冲波形，峰值电压分别为1000 V与2000 V。消融电极采用3.5 mm头端的8F导管，以单极方式与背部的分散贴片构成回路。每次消融后至少3小时处死动物，取心脏组织进行氯化三苯基四氮唑（TTC）染色，以可视化急性损伤区域。
2. 计算模型构建：基于一只57 kg猪的胸部CT扫描数据，使用Slicer3D软件进行多组织分割（包括骨骼、肺、血管、心脏等），并构建三维有限元网格。为模拟开胸实验条件，模型中移除了部分胸骨、肋软骨和心包。导管电极置于左、右心室共5个位置，分散电极置于背部。采用FEniCSx平台求解电势方程，模拟电场分布，并考虑组织电导率在电穿孔后的非线性变化。
3. 损伤评估与阈值分析：在不同电场阈值（200–1000 V/cm）下，计算模拟损伤的宽度（W）与深度（D），并计算AR值。对于非透壁损伤，使用AR表征形态，对于透壁损伤，则直接比较损伤宽度。将模拟结果与实验测量的损伤尺寸进行系统性对比。
三
结论
1. 损伤形态与各向异性比率
实验损伤：所有左室损伤均为非透壁，AR介于0.7–1.9之间，中位数为1.2；部分右室损伤为透壁，宽度范围为7.1–11.6 mm。
模拟损伤：所有左室模拟损伤均为非透壁，但AR普遍偏高（≥1.6），在典型阈值300–600 V/cm下，AR为1.9–2.2。右室模拟损伤均为透壁，宽度为6.9–18.3 mm，明显高于实验值。
2. 电压对损伤尺寸的影响：提高峰值电压（1000 V → 2000 V）在实验中导致损伤宽度增加27%，深度增加70%。模拟结果虽也显示尺寸增大，但对深度增加的预测明显偏低（45–65%），而对宽度增加的预测偏高（38–51%），表明模型在响应电压变化方面存在系统性偏差。
3. 阈值选择的双重性
损伤深度：在1000 V与2000 V下，能较好预测深度的阈值范围分别为200–600 V/cm与270–500 V/cm。
损伤宽度：预测宽度所需的阈值更高，分别为580–1000 V/cm（1000 V）与790–1000 V/cm（2000 V）。
透壁损伤：在右室中，模拟宽度与实验相符的阈值范围为550–760 V/cm（2000 V）与900 V/cm（1000 V）。
4. 与文献比较：本研究首次在全三维猪体模型中揭示，单一阈值无法同时准确预测损伤的宽度与深度。相比之下，多数既往模型（如Meckes等人）高估了AR（2.4–2.8），而实验值普遍更低（0.7–1.9），尤其在采用单极导管与中性贴片配置时更为明显。
四
展望
1. 方法学启示与局限性：本研究揭示了当前PFA计算模型中的一个根本性问题，单一致死性电场阈值假设在形态预测上存在固有不足。尤其是在心室组织中，损伤的宽度与深度对电场强度的响应不一致，提示需采用双阈值或阈值范围进行更精确的损伤界定。模型的主要局限性包括：
组织各向异性未建模：心肌纤维导向导致的电导率各向异性未被考虑，可能进一步加剧AR的高估；
几何差异：模型右室壁较薄，导致所有右室模拟损伤均为透壁，无法评估深度变化；
动态接触与组织变形：模型中假设刚性接触，未考虑心跳引起的导管位移或组织弹性变形；
开胸结构的简化：开胸后的胸腔结构变化未完全在模型中复现，可能影响电场分布。
2. 未来研究方向：为进一步提升PFA计算模型的预测能力与临床转化价值，未来工作可从以下几方面展开
引入心肌纤维结构与各向异性电导率：构建包含纤维走向的个性化心脏模型，更真实地模拟电场分布；
多物理场耦合：结合电-力-热多场耦合模型，评估组织力响应与热效应（尽管占比低）对损伤形态的潜在影响；
动态接触建模：开发可模拟导管-组织交互与心脏搏动的动态模型，提升对术中真实条件的还原度；
临床数据验证与推广：将模型扩展至心房、瘢痕组织等更多临床场景，并结合患者影像与术中数据验证其预测效能；
阈值策略优化：探索基于脉冲参数、组织类型与电极配置的动态阈值函数，替代固定阈值，提升模型泛化能力。