ภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะ (Arrhythmia) เป็นปัญหาสุขภาพที่พบได้บ่อยในประเทศไทย ข้อมูลจากปี พ.ศ. 2562 ระบุว่ามีผู้ป่วยประมาณ 1.5 ล้านคนที่ประสบกับภาวะนี้ (กรุงเทพธุรกิจ, 2562) นอกจากนี้ การสำรวจพบว่าในประชากรไทย 1,000 คน จะพบผู้ที่มีภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะประมาณ 40 คน (คลินิกหัวใจเต้นผิดจังหวะ โรงพยาบาลกรุงเทพ) โดยพบว่าอุบัติการณ์ของโรคนี้มีแนวโน้มเพิ่มขึ้นตามอายุ โดยเฉพาะในผู้ที่มีอายุมากกว่า 65 ปีขึ้นไป โรคหัวใจเต้นผิดจังหวะ เกิดจากความผิดปกติของสัญญาณไฟฟ้าในหัวใจ ซึ่งอาจเกิดจากภาวะหัวใจเสื่อม เช่น โรคหัวใจขาดเลือดหรือหัวใจโต ความไม่สมดุลของอิเล็กโทรไลต์ ผลข้างเคียงจากยา สารกระตุ้น เช่น คาเฟอีนและแอลกอฮอล์ หรือความเครียดและโรคประจำตัว เช่น ไทรอยด์เป็นพิษ วิธีการรักษามีหลายทางเลือก ได้แก่ การใช้ไฟฟ้ากระตุ้นหัวใจ (Cardioversion) การฝังอุปกรณ์ช่วยหัวใจ เช่น Pacemaker หรือ ICD และการจี้ไฟฟ้าหัวใจด้วยคลื่นความถี่วิทยุ (Radiofrequency Cardiac Ablation: RFCA)
การรักษาภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะด้วยการจี้ไฟฟ้าหัวใจด้วยคลื่นความถี่วิทยุ เป็นวิธีที่ได้รับความนิยมในประเทศไทย เนื่องจากมีประสิทธิภาพสูง และสามารถแก้ปัญหาได้อย่างตรงจุด เนื่องจากสามารถใช้พลังงานวิทยุส่งเข้าไปทำลายเนื้อเยื่อในบริเวณจุดที่ทำงานผิดปกติได้อย่างเฉพาะเจาะจง โดยมีโอกาสหายขาดถึง 98% (ศูนย์หัวใจ โรงพยาบาลเวชธานี) หากได้รับการรักษาที่มีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม จากรายงานทางการแพทย์พบว่า ยังมีโอกาสที่ภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะจะกลับมาเป็นซ้ำประมาณ 2-10% หลังการรักษา (โรงพยาบาลศิริราชปิยมหาราชการุณย์, 2563)
ดังนั้น การพัฒนาอิเล็กโทรดคลื่นความถี่วิทยุให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น จึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากอิเล็กโทรดที่มีประสิทธิภาพสูงสามารถเพิ่มความแม่นยำในการทำลายเนื้อเยื่อที่เป็นสาเหตุของภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะ ลดความเสี่ยงของการบาดเจ็บต่อเนื้อเยื่อปกติ และลดโอกาสการกลับมาเป็นซ้ำของโรค นอกจากนี้ การพัฒนาอิเล็กโทรดที่สามารถควบคุมอุณหภูมิและพลังงานได้อย่างเหมาะสมยังช่วยลดความเสี่ยงของภาวะแทรกซ้อน เช่น การเกิดฟองไอน้ำ (Steam Pop) ซึ่งอาจนำไปสู่ภาวะหัวใจทะลุหรือการเกิดลิ่มเลือดที่เกิดจากการผ่าตัด การลงทุนในการวิจัยและพัฒนาอิเล็กโทรดสำหรับการจี้ไฟฟ้าหัวใจด้วยคลื่นความถี่วิทยุจึงมีผลกระทบเชิงบวกอย่างมากต่อประสิทธิภาพและความปลอดภัยของการรักษาภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะในประเทศไทย
Natural Convection Effects on Heat Transfer in a Porous Tissue in 3-D Radiofrequency Cardiac Ablation
- ศึกษาเกี่ยวกับผลกระทบของการพาความร้อนตามธรรมชาติ (Natural Convection) ต่อการถ่ายเทความร้อนในเนื้อเยื่อพรุน (Porous medium) ในกระบวนการจี้ไฟฟ้าหัวใจด้วยคลื่นความถี่วิทยุแบบสามมิติ
- การจี้ไฟฟ้าหัวใจด้วยคลื่นความถี่วิทยุ (Radiofrequency Cardiac Ablation: RFCA) เป็นกระบวนการที่ใช้พลังงานไฟฟ้าคลื่นความถี่สูงเพื่อทำลายเส้นทางการนำสัญญาณไฟฟ้าที่ผิดปกติภายในหัวใจ เพื่อรักษาภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะ ความสำเร็จของกระบวนการนี้ขึ้นอยู่กับความสามารถในการควบคุมอุณหภูมิของเนื้อเยื่อและลดความเสี่ยงของภาวะ Steam Pop (การเกิดฟองไอน้ำจากการเดือดของเลือด) ซึ่งอาจนำไปสู่ภาวะแทรกซ้อน เช่น ภาวะหัวใจทะลุหรือลิ่มเลือดอุดตัน
- ในการศึกษานี้ ได้พัฒนาแบบจำลองเชิงตัวเลขแบบสามมิติของ RFCA โดยใช้ทฤษฎีของ Porous Media ซึ่งรวมเอาผลของ การพาความร้อนตามธรรมชาติ (Natural Convection)เข้าไปด้วย เพื่อให้ได้แบบจำลองที่มีความแม่นยำสูงขึ้น
กระบวนการจำลอง
- แบบจำลองนี้จำลองกระบวนการ (1) การไหลของเลือด (2) การถ่ายเทความร้อน และ (3) การให้ความร้อนด้วยความต้านทานไฟฟ้า โดยใช้เนื้อเยื่อหัวใจเป็น Porous Medium ที่จำลองการไหลของเลือดผ่านเส้นเลือดฝอยเล็กๆในเยื้อเยื่อ
- กระบวนการจี้ไฟฟ้าใช้ กระแสไฟฟ้าคลื่นความถี่วิทยุ (RF) ซึ่งถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อนโดยใช้สมการทางไฟฟ้าในการคำนวณการกระจายตัวของสนามไฟฟ้าและการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของเนื้อเยื่อ
- แบบจำลองทางความร้อนและการไหลของเลือด โดยใช้สมการ Darcy-Brinkman Navier-Stokes เพื่อจำลองการไหลของเลือดในเนื้อเยื่อพรุนของกล้ามเนื้อหัวใจ โดยรวมผลของ การพาความร้อนตามธรรมชาติ (Natural Convection) เพื่อคำนวณผลกระทบของแรงลอยตัวของเลือดอุ่นที่เกิดจากความแตกต่างของอุณหภูมิ
- การเทียบผลระหว่างทฤษฎี Pennes Bioheat Transfer และ ทฤษฎี porous media ในการคำนวณการกระจายของความร้อนในเนื้อเยื่อและการไหลของเลือด รวมถึงการจำลอง Steam Pop
ผลการทดลองและการวิเคราะห์
- การเปรียบเทียบแบบจำลอง Bioheat กับแบบจำลอง Porous Media
ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าแบบจำลองที่ใช้แนวคิด Porous Media สามารถจำลองการไหลของเลือดและการกระจายตัวของความร้อนได้ดีกว่าแบบจำลอง Bioheat Equation เนื่องจากสามารถพิจารณาการไหลของเลือดในรูพรุนได้อย่างแม่นยำ และรวมผลที่เกิดจากการพาตวามร้อนที่เกิดขึ้นจากการไหลของเลือดในเนื้อเยื่อที่ไม่เท่ากันในแต่ละแนวแกน ส่งผลให้แนวคิด Porous Media สามารถคำนวณอุณหภูมิได้ใกล้เคียงกับค่าจริงมากกว่า
- อิทธิพลของการพาความร้อนตามธรรมชาติ (Natural Convection)
เมื่อไม่รวมผลของการพาความร้อนตามธรรมชาติ: อุณหภูมิในบริเวณรอบหัววัดจี้ไฟฟ้ามีการกระจายตัวที่ไม่สม่ำเสมอ และความร้อนสะสมอยู่บริเวณรอบขั้วไฟฟ้า
แต่เมื่อรวมผลของการพาความร้อนตามธรรมชาติ: การไหลของเลือดมีการหมุนเวียนที่ดีขึ้น ทำให้เกิดการกระจายความร้อนที่สม่ำเสมอขึ้น และช่วยลดอุณหภูมิสูงสุดที่อาจนำไปสู่ภาวะการเกิด Steam Pop
- อิทธิพลต่อภาวะ Steam Pop
ระยะเริ่มต้น (10-25 วินาที): การพาความร้อนตามธรรมชาติช่วยลดโอกาสเกิด Steam Pop โดยกระจายอุณหภูมิที่สูงออกไปจากจุดที่ทำการจี้ไฟฟ้า
เมื่อระยะเวลาผ่านไปนานขึ้น (40-60 วินาที): แม้ว่าการพาความร้อนตามธรรมชาติจะช่วยลดอุณหภูมิสูงสุดในบริเวณที่ทำการจี้ไฟฟ้า แต่กลับส่งผลให้พื้นที่ที่มีอุณหภูมิสูงขยายตัวกว้างขึ้น ทำให้มีโอกาสเกิด Steam Pop มากขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป
สรุป
- แบบจำลอง Porous Media สามารถอธิบายการถ่ายเทความร้อนและการไหลของเลือดได้อย่างแม่นยำมากกว่าแบบจำลอง Bioheat Equation
- การพาความร้อนตามธรรมชาติ (Natural Convection) มีผลสำคัญต่อการกระจายอุณหภูมิในกระบวนการจี้ไฟฟ้า โดยช่วยลดอุณหภูมิสูงสุดในช่วงแรก แต่สามารถเพิ่มขนาดของบริเวณที่มีความร้อนสูงในช่วงหลัง
- การใช้แบบจำลองนี้สามารถช่วยเพิ่มความแม่นยำของการจำลองทางคอมพิวเตอร์ในกระบวนการ RFCA ซึ่งอาจช่วยลดความเสี่ยงของภาวะแทรกซ้อน และช่วยในการออกแบบหัววัดจี้ไฟฟ้าให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น
