350 research outputs found

    A 3-Dimensional In Silico Test Bed for Radiofrequency Ablation Catheter Design Evaluation and Optimization

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    Atrial fibrillation (AF) is the disordered activation of the atrial myocardium, which is a major cause of stroke. Currently, the most effective, minimally traumatic treatment for AF is percutaneous catheter ablation to isolate arrhythmogenic areas from the rest of the atrium. The standard in vitro evaluation of ablation catheters through lesion studies is a resource intensive effort due to tissue variability and visual measurement methods, necessitating large sample sizes and multiple prototype builds. A computational test bed for ablation catheter evaluation was built in SolidWorks® using the morphology and dimensions of the left atrium adjacent structures. From this geometry, the physical model was built in COMSOL Multiphysics®, where a combination of the laminar fluid flow, electrical currents, and bioheat transfer was used to simulate radiofrequency (RF) tissue ablation. Simulations in simplified 3D geometries led to lesions sizes within the reported ranges from an in-vivo ablation study. However, though the ellipsoid lesion morphologies in the full atrial model were consistent with past lesion studies, perpendicularly oriented catheter tips were associated with decreases of -91.3% and -70.0% in lesion depth and maximum diameter. On the other hand, tangentially oriented catheter tips produced lesions that were only off by -28.4% and +7.9% for max depth and max diameter. Preliminary investigation into the causes of the discrepancy were performed for fluid velocities, contact area, and other factors. Finally, suggestions for further investigation are provided to aid in determining the root cause of the discrepancy, such that the test bed may be used for other ablation catheter evaluations

    Systematic Characterization of High-Power Short-Duration Ablation: Insight From an Advanced Virtual Model

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    High-power short-duration (HPSD) recently emerged as a new approach to radiofrequency (RF) catheter ablation. However, basic and clinical data supporting its effectiveness and safety is still scarc

    Finite element simulations: computations and applications to aerodynamics and biomedicine.

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    171 p.Las ecuaciones en derivadas parciales describen muchos fenómenos de interés práctico y sus solucionessuelen necesitar correr simulaciones muy costosas en clústers de cálculo.En el ámbito de los flujos turbulentos, en particular, el coste de las simulaciones es demasiado grande sise utilizan métodos básicos, por eso es necesario modelizar el sistema.Esta tesis doctoral trata principalmente de dos temas en Cálculo Científico.Por un lado, estudiamos nuevos desarrollos en la modelización y simulación de flujos turbulentos;utilizamos un Método de Elementos Finitos adaptativo y un modelo de ¿número de Reynolds infinito¿para reducir el coste computacional de simulaciones que, sin estas modificaciones, serían demasiadocostosas.De esta manera conseguimos lograr simulaciones evolutivas de flujos turbulentos con número deReynolds muy grande, lo cual se considera uno de los mayores retos en aerodinámica.El otro pilar de esta tesis es una aplicación biomédica.Desarrollamos un modelo computacional de Ablación (Cardiaca) por Radiofrecuencia, una terapiacomún para tratar varias enfermedades, por ejemplo algunas arritmias.Nuestro modelo mejora los modelos existentes en varias maneras, y en particular en tratar de obteneruna aproximación fiel de la geometría del sistema, lo cual se descubre ser crítico para simularcorrectamente la física del fenómeno

    A Theoretical and Experimental Analysis of Radiofrequency Ablation with a Multielectrode, Phased, Duty-Cycled System

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    Background:   The development of a unique radiofrequency (RF) cardiac ablation system, for the treatment of cardiac arrhythmias, is driven by the clinical need to safely create large uniform lesions while controlling lesion depth. Computational analysis of a finite element model of a three-dimensional, multielectrode, cardiac ablation catheter, powered by a temperature-controlled, multiphase, duty-cycled RF generator, is presented. Methods:   The computational model for each of the five operating modes offered by the generator is compared to independent tissue temperature measurements taken during in vitro ablation experiments performed on bovine myocardium. Results:   The results of the model agree with experimental temperature measurements very closely—the average values for mean error, root mean square difference, and correlation coefficient were 1.9°C, 13.3%, and 0.97, respectively. Lesions are shown to be contiguous and no significant edge effects are observed. Conclusions:   Both the in vitro and computational model results demonstrate that lesion depth decreases consistently as the bipolar-to-unipolar ratio increases—suggesting a clinical application to potentially control lesion depth with higher fidelity than is currently available. The effect of variable design parameters and clinical conditions on RF ablation can now be expeditiously studied with this validated model. (PACE 2010; 33:1089–1100)Peer Reviewedhttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/79205/1/j.1540-8159.2010.02801.x.pd

    A computational model of open-irrigated radiofrequency catheter ablation accounting for mechanical properties of the cardiac tissue

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    Radiofrequency catheter ablation (RFCA) is an effective treatment for cardiac arrhythmias. Although generally safe, it is not completely exempt from the risk of complications. The great flexibility of computational models can be a major asset in optimizing interventional strategies, if they can produce sufficiently precise estimations of the generated lesion for a given ablation protocol. This requires an accurate description of the catheter tip and the cardiac tissue. In particular, the deformation of the tissue under the catheter pressure during the ablation is an important aspect that is overlooked in the existing literature, that resorts to a sharp insertion of the catheter into an undeformed geometry. As the lesion size depends on the power dissipated in the tissue, and the latter depends on the percentage of the electrode surface in contact with the tissue itself, the sharp insertion geometry has the tendency to overestimate the lesion obtained, especially when a larger force is applied to the catheter. In this paper we introduce a full 3D computational model that takes into account the tissue elasticity, and is able to capture the tissue deformation and realistic power dissipation in the tissue. Numerical results in FEniCS-HPC are provided to validate the model against experimental data, and to compare the lesions obtained with the new model and with the classical ones featuring a sharp electrode insertion in the tissue.La Caixa 2016 PhD grant to M. Leoni, and Abbott non-conditional grant to J.M. Guerra Ramo

    Characterizing Cardiac Electrophysiology during Radiofrequency Ablation : An Integrative Ex vivo, In silico, and In vivo Approach

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    Catheter ablation is a major treatment for atrial tachycardias. Hereby, the precise monitoring of the lesion formation is an important success factor. This book presents computational, wet-lab, and clinical studies with the aim of evaluating the signal characteristics of the intracardiac electrograms (IEGMs) recorded around ablation lesions from different perspectives. The detailed analysis of the IEGMs can optimize the description of durable and complex lesions during the ablation procedure

    Computational Models and Experimentation for Radiofrequency-based Ablative Techniques

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    Las técnicas ablativas basadas en energía por radiofrecuencia (RF) se emplean con el fin de lograr un calentamiento seguro y localizado en el tejido biológico. En los últimos años ha habido un rápido crecimiento en el número de nuevos procedimientos médicos que hacen uso de dichas técnicas, lo cual ha ido acompañado de la aparición de nuevos diseños de electrodos y protocolos de aplicación de energía. Sin embargo, existen todavía muchas incógnitas sobre el verdadero comportamiento electro-térmico de los aplicadores de energía, así como de la interacción energía-tejido en aplicaciones concretas. El principal propósito de esta Tesis Doctoral es adquirir un mejor conocimiento de los fenómenos eléctricos y térmicos involucrados en los procesos de calentamiento de tejidos biológicos mediante corrientes de RF. Esto permitirá, por un lado, mejorar la eficacia y seguridad de las técnicas actualmente empleadas en la clínica en campos tan diferentes como la cirugía cardiaca, oncológica o dermatológica; y por otro, sugerir mejoras tecnológicas para el diseño de nuevos aplicadores. La Tesis Doctoral combina dos metodologías ampliamente utilizadas en el campo de la Ingeniería Biomédica, como son el modelado computacional (matemático) y la experimentación (ex vivo e in vivo). En cuanto al área cardiaca, la investigación se ha centrado, por una parte, en mejorar la ablación intraoperatoria de la fibrilación auricular por aproximación epicárdica, es decir, susceptible de ser realizada de forma mínimamente invasiva. Para ello, se ha estudiado mediante modelos matemáticos un sistema de medida de la impedancia epicárdica como método de valoración de la cantidad de grasa previo a la ablación. Por otra parte, se ha estudiado cómo mejorar la ablación de la pared ventricular por aproximación endocárdica-endocárdica (septo interventricular) y endocárdica-epicárdica (pared libre del ventrículo). Con este objetivo, se han comparado mediante modelado por computador la eficacia de los modos de ablación bipolar y unipolar en términos de la transmuralidad de la lesión en la pared ventricular. En lo que respecta al área de cirugía oncológica, la investigación se ha centrado en la resección hepática asistida por RF. Las técnicas de calentamiento por RF deberían ser capaces de minimizar el sangrado intraoperatorio y sellar vasos y ductos mediante la creación de una necrosis coagulativa por calentamiento. Si este calentamiento se produce en las cercanías de grandes vasos, existe un problema potencial de daño a la pared de dicho vaso. En este sentido, se ha evaluado con modelos matemáticos y experimentación in vivo si el efecto del flujo de sangre dentro de un gran vaso es capaz de proteger térmicamente su pared cuando se realiza una resección asistida por RF en sus cercanías. Además, se ha realizado un estudio computacional y experimental ex vivo e in vivo del comportamiento electro-térmico de aplicadores de RF bipolares internamente refrigerados, puesto que representan una opción más segura frente a los monopolares en la medida en que las corrientes de RF fluyen casi exclusivamente por el tejido biológico situado entre ambos electrodos. Respecto al área dermatológica, la investigación se ha centrado en mejorar el tratamiento de enfermedades o desórdenes del tejido subcutáneo (tales como lipomatosis, lipedema, enfermedad de Madelung y celulitis) mediante el estudio teórico de la dosimetría correcta en cada caso. Para ello, se han evaluado los efectos eléctricos, térmicos y termo-elásticos de dos estructuras diferentes de tejido subcutáneo durante el calentamiento por RF, y se ha cuantificado el daño térmico producido en ambas estructuras tras dicho calentamientoGonzález Suárez, A. (2014). Computational Models and Experimentation for Radiofrequency-based Ablative Techniques [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/36502TESI
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