Simulação de Distribuição de Campo Elétrico em Ablação Cardíaca por Eletroporação

Abstract

O presente trabalho tem como objetivo modelar, simular e analisar a distribuição do campo elétrico gerado durante o procedimento de ablação cardíaca por eletroporação utilizando o sistema FARAPULSE. Para isso, desenvolve-se uma geometria tridimensional representando o cateter FARAWAVE, a veia pulmonar e o miocárdio, com simulações realizadas no software COMSOL Multiphysics. A metodologia baseia-se na análise do comportamento do campo elétrico em quatro cenários distintos, variando a distância entre o cateter e a parede do tecido: contato direto, afastamento de 0,5 mm, 1 mm e 2 mm. As simulações consideram a dependência não linear da condutividade elétrica do miocárdio em função da intensidade do campo, conferindo maior realismo físico ao modelo. Os resultados obtidos demonstram que a eficácia do procedimento está diretamente associada ao posicionamento do cateter em relação à parede da veia pulmonar. Quando o cateter se encontra em contato direto com o tecido, observa-se uma distribuição otimizada do campo, capaz de gerar áreas com intensidade suficiente para induzir eletroporação irreversível. À medida que ocorre o afastamento, nota-se uma redução significativa da intensidade do campo elétrico, da profundidade de penetração e do volume de tecido eletroporado, comprometendo a eficácia da ablação. A análise destaca que afastamentos superiores a 1 mm já apresentam impacto considerável na distribuição do campo, sendo ainda mais acentuado para 2 mm, onde praticamente não se observa campo suficiente para promover eletroporação. O trabalho reforça a importância do posicionamento adequado do cateter, validando o uso de ferramentas clínicas como o software FaraView para garantir o alinhamento ideal. Conclui-se que o correto acoplamento do cateter ao tecido é um fator determinante para o sucesso do procedimento, e que modelagens computacionais como a desenvolvida aqui são fundamentais para compreender e otimizar a aplicação clínica da ablação por eletroporação.

This work aims to model, simulate, and analyze the distribution of the electric field generated during cardiac ablation by electroporation using the FARAPULSE system. A three-dimensional geometry representing the FARAWAVE catheter, the pulmonary vein, and the myocardium was developed, with simulations performed using the COMSOL Multiphysics software. The methodology is based on analyzing the behavior of the electric field in four different scenarios, varying the distance between the catheter and the tissue wall: direct contact, 0.5 mm, 1 mm, and 2 mm gaps. The simulations consider the nonlinear dependence of the myocardial electrical conductivity as a function of the field intensity, providing greater physical accuracy to the model. The results demonstrate that the effectiveness of the procedure is directly related to the positioning of the catheter concerning the pulmonary vein wall. When the catheter is in direct contact with the tissue, the electric field distribution is optimized, generating areas with sufficient intensity to induce irreversible electroporation. As the distance increases, there is a significant reduction in field intensity, penetration depth, and the volume of electroporated tissue, compromising the efficacy of the ablation. The analysis highlights that gaps greater than 1 mm already have a considerable impact on the field distribution, which becomes even more pronounced at 2 mm, where the field is practically insufficient to promote electroporation. This study reinforces the importance of proper catheter positioning, validating the use of clinical tools such as the FaraView software to ensure optimal alignment. It is concluded that the correct coupling of the catheter to the tissue is a determining factor for the success of the procedure and that computational modeling, such as the one developed in this study, is essential to understand and optimize the clinical application of electroporation-based ablation.