用于房顫治療的射頻消融技術(shù)進(jìn)展

【作 者】趙燕，鄢盛杰，鄔小玫

復(fù)旦大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，上海市，200433

0 引言

房顫是指心房電活動(dòng)紊亂、心肌快速而不協(xié)調(diào)的微弱蠕動(dòng)，導(dǎo)致心房失去正常有效收縮的現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國目前成人患病率為0.77%[1]，約有一千萬房顫患者。由于房顫發(fā)病率隨著年齡的增加而升高，隨著我國人口老齡化的進(jìn)程，房顫患者總數(shù)還將進(jìn)一步增加。同正常人群相比，房顫具有很高的致死率和致殘率，嚴(yán)重威脅人類身體健康乃至生活質(zhì)量。

治療房顫的手段主要有藥物治療和手術(shù)治療兩種。藥物治療存在患者需長期服藥、副作用大、依從性差等問題。手術(shù)治療的方法有電復(fù)律和消融：電復(fù)律只能暫時(shí)終止房顫而不能減少房顫復(fù)發(fā)；消融是通過將一定形式的能量作用于心肌，使其喪失電生理功能、阻斷電信號(hào)作用以融斷折返環(huán)路或消除異常病灶，從而減少房顫復(fù)發(fā)甚至根治。目前用的最多的是介入式導(dǎo)管微創(chuàng)消融。使用的能量包括：射頻、冷凍、微波、激光和高強(qiáng)度聚焦超聲等，其中使用最多的是射頻。由于心肌的電敏感特性，射頻消融選擇450 kHz到3 MHz頻率范圍的電磁波，輸出功率不超過100 W；利用交變電流對(duì)生物體的熱效應(yīng)作用，使電極范圍內(nèi)的異位興奮灶或折返環(huán)上的心肌組織升溫至60～100 ℃，導(dǎo)致細(xì)胞蛋白質(zhì)變性并發(fā)生凝固壞死而喪失功能，但射頻消融不會(huì)影響電極范圍以外正常心肌細(xì)胞的活動(dòng)。

1 用于房顫治療的射頻消融術(shù)式進(jìn)展

經(jīng)過二十多年的發(fā)展，房顫射頻消融有了多種術(shù)式。醫(yī)生根據(jù)病人房顫的類型與機(jī)制，采用不同的消融策略。典型的術(shù)式有：射頻消融改良迷宮手術(shù)、局灶消融、節(jié)段性肺靜脈電隔離和環(huán)肺靜脈前庭隔離等。這些介入式導(dǎo)管微創(chuàng)消融方法能對(duì)心內(nèi)膜的特定部位進(jìn)行消融，克服了外科開胸消融手術(shù)對(duì)患者造成嚴(yán)重的創(chuàng)傷和多種并發(fā)癥，成為臨床非藥物治療房顫的主要方法。目前環(huán)肺靜脈前庭隔離術(shù)是治療陣發(fā)性房顫和持續(xù)性房顫最常規(guī)和最有效的手段之一[2]。

1.1 射頻消融改良迷宮手術(shù)

二十世紀(jì)七八十年代，傳統(tǒng)的治療房顫的外科手術(shù)操作復(fù)雜，耗時(shí)長，出血嚴(yán)重。引用射頻不僅可取代傳統(tǒng)的“切和縫”，而且可通過微創(chuàng)的介入方式實(shí)施。1994年HAISSAGUERRE等[3]率先展開了對(duì)右心房線性消融的研究，并對(duì)患者成功實(shí)施了消融；SWARTZ等[4]參照外科迷宮術(shù)的消融徑線，采用經(jīng)導(dǎo)管消融的方法對(duì)房顫患者進(jìn)行線性消融治療。這些探索，證實(shí)了采用微創(chuàng)消融改良迷宮手術(shù)方法治療房顫的可行性，但由于該術(shù)式會(huì)帶來較高的并發(fā)癥，目前已很少使用。

1.2 局灶射頻消融

局灶射頻消融是應(yīng)用射頻能量消融誘發(fā)房顫的異位興奮灶來根治陣發(fā)性房顫的技術(shù)。盡管大部分興奮灶起源于肺靜脈，但可能在肺靜脈和心臟其它部位有多個(gè)興奮灶，很難一次全部損毀，故房顫復(fù)發(fā)率較高[5]。

1.3 節(jié)段性肺靜脈電隔離

2000年HAISSAGUERRE等發(fā)現(xiàn)靶向消融肺靜脈開口處附近的一個(gè)或若干個(gè)節(jié)段即肌袖，可以起到治療房顫的作用，其成功率可達(dá)70%～80%。但該方法僅隔離了觸發(fā)灶，對(duì)陣發(fā)性房顫效果較好，對(duì)持續(xù)性房顫成功率仍然不高，并且存在較高的肺靜脈狹窄風(fēng)險(xiǎn)[6]。

1.4 環(huán)肺靜脈前庭隔離

環(huán)肺靜脈前庭隔離也稱解剖指導(dǎo)下的左房線性消融或左房基質(zhì)改良術(shù)，該方法在每個(gè)肺靜脈口外側(cè)實(shí)施環(huán)狀線性消融，有效地隔離肺靜脈里的異位興奮信號(hào)，其治療效果優(yōu)于節(jié)段性肺靜脈電隔離[7]。

2 單極和雙極房顫射頻技術(shù)

實(shí)施射頻消融的系統(tǒng)包括消融電極和射頻能量發(fā)生裝置即射頻消融儀。根據(jù)是否外接電極板，以及射頻能量的施加方式，目前的射頻消融分為單極消融和雙極消融兩種模式。不同消融模式直接影響到凝固壞死區(qū)的大小形狀，對(duì)房顫療效具有直接影響。

單極心臟射頻消融技術(shù)，即點(diǎn)對(duì)點(diǎn)射頻消融技術(shù)，能很好地實(shí)現(xiàn)離散點(diǎn)損傷的效果。在前述提及的射頻消融術(shù)式中，單極模式的應(yīng)用最為廣泛，已成為目前射頻消融的常規(guī)手段。在單極消融模式中，一個(gè)電極為工作電極（通常放置在病灶所在部位），另一個(gè)（較大的電極）放置在遠(yuǎn)離工作電極的部位（通常在體表背部）作為參考電極連接到零電位。單極消融的主要特點(diǎn)在于：工作電極與心肌接觸處有較高的電流密度，能量較大，因而治療過程中會(huì)產(chǎn)生一些影響療效的情況：如不能隨組織厚薄自動(dòng)控制能量，消融透壁效果依賴于對(duì)組織透壁的仔細(xì)觀察，較難把握，不能確保完全透壁；在環(huán)肺靜脈線性隔離等需要產(chǎn)生連續(xù)損傷時(shí)，需通過拖動(dòng)電極逐點(diǎn)消融，較易在消融線上留下縫隙[8]，不易對(duì)病灶形成連續(xù)損傷從而導(dǎo)致消融成功率下降，如圖1（a）所示；另外，單極射頻消融技術(shù)一次放電只能產(chǎn)生一個(gè)點(diǎn)狀消融損傷，若燒灼時(shí)間控制不當(dāng)，可能由于局部溫度過高，對(duì)周圍組織產(chǎn)生損傷，易形成血栓甚至損傷食管及心房。同時(shí)因?yàn)橐淮畏烹娭荒墚a(chǎn)生一個(gè)點(diǎn)狀消融損傷，手術(shù)時(shí)間長，醫(yī)生操作難度大，醫(yī)生和患者可能承受持續(xù)時(shí)間的X光輻射，如圖1（b）所示。

圖1 單極射頻消融實(shí)現(xiàn)環(huán)肺靜脈隔離Fig.1 Pulmonary vein isolation performed by unipolar ablation mode

雙極模式是指工作電極和參考電極均在消融導(dǎo)管上，當(dāng)雙極導(dǎo)管與心肌組織接觸后可形成放電回路，因此不需要額外的體表電極。該模式下二個(gè)電極之間會(huì)產(chǎn)生橫向電流而且電流路徑短，能量集中。若將心房組織夾在電極之間，輔以透壁監(jiān)測(cè)功能僅耗時(shí)幾秒便可完成透壁的消融。相對(duì)單極射頻消融，雙極射頻消融的特點(diǎn)在于電流的分布易于控制，能量釋放更為精確，從而對(duì)周圍組織損傷小，同時(shí)減少了手術(shù)時(shí)間和X光輻射量[9]，這些優(yōu)勢(shì)使得雙極射頻系統(tǒng)對(duì)于房顫治愈率提高，并發(fā)癥減少。

但是雙極消融存在一個(gè)明顯的問題是線性或連續(xù)損傷的長度有限，為了在消融過程中實(shí)現(xiàn)較長的線性或連續(xù)的損傷效果，仍需拖動(dòng)導(dǎo)管逐點(diǎn)消融。為了更容易實(shí)現(xiàn)線性或連續(xù)的消融損傷，多路射頻消融技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。多路消融技術(shù)是指具有兩個(gè)以上的工作電極釋放射頻電流，并可根據(jù)情況結(jié)合置于體外的參考電極，形成單極消融和雙極消融的組合。它的出現(xiàn)能克服上述單極或雙極射頻消融的不足，快速可靠地形成連續(xù)消融損傷，顯著提高射頻消融治療房顫的效率及成功率。

3 用于房顫治療的多路射頻消融技術(shù)

多路射頻消融按能量釋放模式可分為：多路單極射頻消融、多路雙極射頻消融和多路相移射頻消融。與這些技術(shù)相對(duì)應(yīng)的，眾多醫(yī)學(xué)機(jī)構(gòu)推出了相關(guān)的產(chǎn)品并進(jìn)行了臨床研究和應(yīng)用。

3.1 多路單極射頻消融

多路單極射頻消融方法（Multichannel Simultaneous Unipolar Ablation Mode, SiM）由單極消融方法擴(kuò)展而來的，射頻電壓可同時(shí)施加到多個(gè)工作電極，參考極板連接到零電位。則多路射頻電流同時(shí)從所有電極流向參考極板。圖2是四路單極射頻消融方法的示意圖。在該模式下，射頻電壓V(t)=A sinmt同時(shí)施加到a、b、c、d四個(gè)電極，四路同時(shí)單極消融。

圖2 多路單極射頻消融Fig.2 Multichannel Simultaneous Unipolar Ablation Mode

3.2 多路雙極射頻消融

多路雙極射頻消融方法（Multichannel Simultaneous Bipolar Ablation Mode, BiM）是指射頻電壓施加到二個(gè)電極上，零電壓施加到另二個(gè)電極上，不連接參考極板。在該模式下，由于沒有參考極板回路，射頻電流只在相鄰電極之間流動(dòng)。由于使用多極導(dǎo)管，多路雙極射頻消融方法可采用三電極激勵(lì)方式或雙電極激勵(lì)方式來實(shí)現(xiàn)不同損傷大小或形態(tài)的控制。圖3是四路雙極射頻消融方法的示意圖。在該模式下，射頻電壓V(t)=A sinmt施加到電極“a”和“c”上，零電壓施加到電極“b”和“d”上，不連接參考極板，四路同時(shí)雙極消融。

圖3 多路雙極射頻消融Fig.3 Multichannel Simultaneous Bipolar Ablation Mode

3.3 多路相移及多路線性射頻消融技術(shù)及其應(yīng)用

多路相移射頻消融技術(shù)（Multichannel Phase Control Ablation Mode, PCM）是指將有相位差的射頻電壓分別施加到相鄰電極上，由于相位差的作用使得相鄰電極之間產(chǎn)生雙極能量，同時(shí)每個(gè)電極又對(duì)參考極板釋放單極能量。圖4所示是四電極具有相位差的消融模式示意圖。

圖4 多路可控相位差射頻消融方法Fig.4 Multichannel Phase Control Ablation Mode

近幾年，已有多家機(jī)構(gòu)研制了多路射頻消融系統(tǒng)并進(jìn)行大量的臨床實(shí)驗(yàn)實(shí)施房顫治療。例如：北美外科消融設(shè)備產(chǎn)品的領(lǐng)頭羊美敦力公司在推出世界上第一個(gè)雙極射頻消融系統(tǒng)后，又推出了多路相移射頻消融系統(tǒng) “GENiusTMMulti-Channel RF Ablation Generator”及配套多極消融導(dǎo)管：PVAC TM、MASC TM和MAAC TM （Medtronic, Minneapolis, MN,USA），專利[10]詳細(xì)敘述了該系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)構(gòu)架、參數(shù)設(shè)置和實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果。圖5為該系統(tǒng)簡介，其中：圖5(a)為儀器外觀及其導(dǎo)管示意圖；圖5(b)為該系統(tǒng)輸出具有占空比的恒壓射頻波形；圖5(c)為該系統(tǒng)輸出的單雙極同時(shí)消融波形。

圖5 美敦力多路相移射頻消融系統(tǒng)Fig.5 "GENiusTM Multi-Channel RF Ablation Generator" by Medtronic

另外，美國強(qiáng)生的子公司Biosense Webster研發(fā)了一種多路線性消融系統(tǒng)nMARQTM及多電極消融導(dǎo)管nMARQTM Cather，該系統(tǒng)采用多路射頻能量同時(shí)釋放技術(shù)。配合其多電極消融導(dǎo)管，最多可釋放10路單極或雙極射頻能量；系統(tǒng)采用調(diào)節(jié)射頻電壓幅值的方式，可獨(dú)立完成10路射頻能量恒功率控制或恒溫控制，該多路消融系統(tǒng)技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的逐點(diǎn)消融，其效率顯著提高[11]。

4 小結(jié)

房顫治療經(jīng)歷了單/雙極射頻消融技術(shù)到多路射頻消融技術(shù)的發(fā)展過程，近年來的臨床實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相比于單/雙極射頻消融技術(shù)，多路射頻消融技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)是縮短手術(shù)時(shí)間，減少X光輻射量，降低手術(shù)操作難度，容易實(shí)現(xiàn)心房連續(xù)消融線，降低消融線上出現(xiàn)縫隙的概率。但在實(shí)施手術(shù)時(shí)也發(fā)現(xiàn)存在相應(yīng)的并發(fā)癥，如：形成微栓塞、微氣泡、膈神經(jīng)損傷[12]。為了減少并發(fā)癥，相關(guān)研究機(jī)構(gòu)對(duì)其多路射頻消融技術(shù)做了改進(jìn)，如改進(jìn)電極材料和傳感器位置使溫度檢測(cè)更精確；改進(jìn)電極數(shù)量以及電極尺寸和間隔大小，避免過大的電流密度出現(xiàn)在電極之間從而造成心肌氣化或碳化；改進(jìn)器械結(jié)構(gòu)使各電極與心肌貼靠更統(tǒng)一，從而實(shí)現(xiàn)更均勻的消融效果；改進(jìn)射頻能量釋放模式，避免過高的熱損傷造成心房食管瘺等。

總之，多路射頻消融技術(shù)在具有優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)也存在過分熱損傷帶來的并發(fā)癥等副作用。因此，研究并揭示出各種多路射頻消融方法在心肌中產(chǎn)生的熱損傷特征分布和溫度分布，有助于醫(yī)生術(shù)前根據(jù)具體的心房壁厚度，毗鄰組織特征（如膈神經(jīng)、食管等）或特定消融部位選擇合適的多路射頻消融方法和能量釋放大小，從而安全有效地完成肺靜脈隔離，使房顫得到有效的治療。