一
背景
心律失常是一类常见的心血管疾病，其发病机制与心脏电传导系统异常密切相关。近年来，脉冲电场消融（Pulsed Electric Field Ablation, PFA） 技术因其高选择性和非热效应优势，在心律失常治疗中展现出广阔前景。该技术利用不同组织对电场强度的敏感性差异，实现对目标组织的精准消融，从而阻断异常电信号传导。
然而，临床实践中常遇到患者冠状动脉内置入金属支架（Metal Stent, MS）的情况。金属支架具有高电导率，可能对消融区域的电场分布和热分布产生影响，进而影响消融效果。尽管前期研究已证实MS会引起电场畸变和局部温升，但关于其不同形状和材料对PFA效果的系统性研究仍较为缺乏。因此，本研究通过建立三维有限元模型，系统分析不同形状与材料的金属支架对PFA过程中电场分布与温度分布的影响。
当消融导管和金属支架之间的间距1.0毫米时，脉冲电场消融电场分布的影响
当消融导管和金属支架之间的间距0.5毫米时，脉冲电场消融温度分布的影响
二
方法
1. 三维建模与组织分层：使用SolidWorks构建三种不同形状的金属支架模型，并导入COMSOL Multiphysics进行有限元分析。消融区域模型包括四个组织层：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），模拟真实解剖结构。模型中设置脂质斑块模拟冠脉粥样硬化状态，消融导管置于脂肪层上方，电极间距为7.16 mm。
2. 脉冲参数与边界条件：脉冲电压1000 V，脉冲宽度100 µs，脉冲间隔100 µs；电场边界条件：导管电极施加1000 V，模型底面设为0 V（分散电极）；温度边界条件：空气-电极界面热对流系数为20 W/m²·K，心肌-血液界面为1417 W/m²·K，模拟血流冷却效应。
3. 材料属性与电-热耦合模型：生物组织的电导率随电场强度变化采用Sigmoid函数描述。
考虑温度对电导率的影响，每升高1°C，电导率增加2%。包括两种不同电导率的金属材料。
4. 控制方程：电场分布采用拉普拉斯方程
5. 分析指标：以电场强度≥1000 V/cm为有效消融阈值，评估消融区域宽度。记录消融区域最高温度，评估热效应是否达到组织热损伤阈值（≥55°C）。
三
结论
1. 电场分布：所有模型中，有效消融区域均局限于脂肪层，未延伸至心肌层。支架形状与材料对消融宽度影响极小，相同材料下，不同形状支架引起的消融宽度最大差异为0.34 mm。相同形状下，不同材料引起的消融宽度最大差异为0.27 mm。冠脉内存在MS时，其内部电场强度显著降低（约23 V/cm），远低于消融阈值，表明PFA对冠脉安全性高。简化支架模型与真实支架模型的电场分布高度一致，验证了简化模型的有效性。
2. 温度分布：所有模型中，消融区域最高温度均未超过45.19°C，远低于组织热损伤阈值（55°C）。支架存在对温度有轻微升高作用，无支架时最高温度为42.76°C（导管-支架间距0.5 mm）；有支架时最高温度为45.19°C（相同间距）。真实支架比简化支架引起的温升更显著，最大温差为1.33°C，可能与真实支架结构中的涡流损耗有关。导管-支架间距越大，温升越小，进一步说明PFA的热安全性良好。
3. 冷点现象：在所有模型中，电场强度低于1000 V/cm的“冷点”出现在冠脉两侧，可能导致局部消融不完全。冷点位置与支架形状、材料无关，提示其形成主要与冠脉本身结构有关。
四
展望
1. 研究意义与创新点：本研究首次系统评估了不同形状与材料的冠脉金属支架对PFA过程中电场与温度分布的影响。结果表明，支架的形状与材料对消融效果影响有限，且PFA在支架存在的情况下仍能保持较高的安全性。此外，简化支架模型在预测消融区域方面具有良好可靠性，为后续仿真研究提供了实用工具。
2. 临床启示：对于已植入支架的心律失常患者，PFA仍是一种可行且安全的治疗选择。临床操作中可通过调整导管角度或位置，优化消融区域覆盖，避免冷点导致的消融不全。PFA的组织选择性及其非热主导的机制，使其在靠近冠脉、神经等敏感结构时具有独特优势。
3. 局限性与未来方向：材料限制，未涵盖药物涂层支架或生物可吸收支架的电热特性，未来需补充相关材料参数。模型简化，未考虑个体间脂肪层厚度差异对结果的潜在影响。实验验证缺失，目前仅为计算模拟研究，需通过动物实验或临床数据进一步验证结论。
4. 未来研究建议：结合更多支架类型与临床场景进行多中心验证；开发个体化建模方法，提高预测精度；探索PFA与其他消融技术的联合应用策略。
总结
本研究通过三维有限元建模系统分析了不同形状与材料的冠脉金属支架对PFA消融效果的影响。结果表明：
支架形状与材料对有效消融区域宽度影响极小，可忽略不计；
支架存在会引起轻微温升，但最高温度远低于组织热损伤阈值；
简化支架模型可有效预测消融效果，适用于术前规划与仿真研究；
PFA在支架存在的情况下仍具备高安全性与可行性，适用于合并冠脉疾病的心律失常患者。
未来需通过动物实验与临床研究进一步验证上述结论，推动PFA技术在复杂心血管疾病治疗中的广泛应用。