噪音反轉(zhuǎn)工作原理

汪菁峰 梁義秀 宿燕崗

起搏器為了防止電磁干擾或其他心電信號干擾而導(dǎo)致起搏脈沖被抑制發(fā)放，特地設(shè)置了噪音反轉(zhuǎn)功能，即起搏器遇到連續(xù)而快速的干擾信號后，其不應(yīng)期發(fā)生連續(xù)重整(不同公司具體命名略有差異)，但不重整起搏間期。此時，無論有無自身心搏出現(xiàn)，起搏器將以低限頻率或傳感器頻率發(fā)放脈沖(非同步起搏模式)，直至噪音消失，起搏器恢復(fù)原按需起搏模式。起搏器在起搏/感知信號后會開啟一個“噪音采樣期”，在該間期內(nèi)感知到的信號均認(rèn)為是噪音，然后重整該間期，但不重整低限頻率。筆者就針對噪音反轉(zhuǎn)工作原理作一簡單歸納，并對各廠家有關(guān)噪音采樣期的具體算法作一描述，以期對從事起搏專業(yè)的醫(yī)務(wù)工作者有所幫助。

1 噪音反轉(zhuǎn)基本原理

1.1噪音反轉(zhuǎn)何時開始工作，何時終止？ 就目前各廠家起搏器而言，一旦有一個信號落入噪音采樣期，即開始噪音反轉(zhuǎn)(即重整噪音采樣期，不重整低限頻率)，后續(xù)再多的落入噪音采樣期的信號都導(dǎo)致同樣的結(jié)果(低限起搏間期結(jié)束時發(fā)放起搏脈沖)，但不同廠家開啟噪音采樣期的條件略有不同。一旦感知信號落在噪音采樣期外，噪音反轉(zhuǎn)即終止工作。

1.2噪音反轉(zhuǎn)發(fā)生后，何時發(fā)放非同步脈沖？ 噪音反轉(zhuǎn)發(fā)生后，連續(xù)重整噪音采樣期，從第1個非噪音采樣期內(nèi)信號開始計(jì)時，當(dāng)連續(xù)的噪音采樣期達(dá)到低限起搏頻率間期時，發(fā)放非同步脈沖(圖1A)。

1.3若連續(xù)的噪音在低限起搏頻率間期前結(jié)束，何時發(fā)放非同步脈沖？ 即使噪音反轉(zhuǎn)持續(xù)時間很短，在低限頻率間期前結(jié)束，仍然從第1個非噪音采樣期內(nèi)信號開始計(jì)時，以低限頻率起搏，而不是以噪音采樣期的最后一個噪音信號重整低限頻率。也就是說，一旦噪音反轉(zhuǎn)開始工作，無論其持續(xù)時間長短，起搏器均以非同步模式工作(圖1B)。

A：噪音反轉(zhuǎn)開啟后，連續(xù)重整噪音采樣期，直至達(dá)到低限起搏頻率間期，發(fā)放非同步脈沖；B：噪音反轉(zhuǎn)在低限頻率間期前結(jié)束，仍然從第1個QRS波開始計(jì)算時間間期；C：噪音于第2個起搏間期內(nèi)終止，該間期不發(fā)生重整，第3個QRS波依然為非同步脈沖觸發(fā)的起搏QRS波；D：第1段噪音于第2個起搏間期內(nèi)結(jié)束，但隨后又出現(xiàn)短暫噪音信號(第2段噪音)，此時將重整時間間期，以第2段噪音開始計(jì)算低限頻率；E：短暫的非連續(xù)噪音持續(xù)時間均未達(dá)到低限起搏頻率間期，每一段噪音的第一個信號均被起搏器認(rèn)為是正常VS事件，重整低限頻率間期，此時盡管發(fā)生噪音反轉(zhuǎn)，但均被VS所終止，最終未能發(fā)放非同步脈沖，導(dǎo)致心室起搏受抑

圖1噪音反轉(zhuǎn)工作原理示意圖

1.4噪音終止后，起搏器何時恢復(fù)原先模式工作？ 噪音終止后，最后一個噪音所在的起搏間期不發(fā)生重整，直至發(fā)放最后一個非同步脈沖后恢復(fù)原按需起搏模式(圖1C)；若在最后一個噪音與最后一個既定的非同步脈沖間感知到信號(無論其是正常VS事件還是肌電干擾)，則重整低限起搏頻率間期，最后一個既定的非同步脈沖不再發(fā)放(圖1D)。

1.5短暫的非連續(xù)噪音會產(chǎn)生什么后果？ 若第一段噪音在低限頻率間期前即結(jié)束，然后在這一間期內(nèi)、既定的非同步脈沖前出現(xiàn)了第二段噪音，而噪音的第一個信號被起搏器認(rèn)為是正常感知信號，于是重整時間間期；在第二個低限頻率間期內(nèi)，又出現(xiàn)類似短暫的非連續(xù)噪音，而每個噪音的第一個信號均被認(rèn)為是正常感知信號，且重整計(jì)時周期，最終將抑制脈沖發(fā)放(圖1E)。

1.6在真實(shí)世界中，為何依然會經(jīng)常出現(xiàn)肌電干擾抑制脈沖發(fā)放的現(xiàn)象？ 首先，肌電干擾信號振幅高低不一，若一陣干擾中僅某幾個信號被感知，且不連續(xù)，感知到的信號均落在噪音采樣期之外，則不會啟動噪音反轉(zhuǎn)功能，卻重整時間間期，導(dǎo)致脈沖發(fā)放受抑；第二，若肌電干擾信號頻率較低，落在噪音采樣期之外，被誤認(rèn)為是正常感知信號，起搏器不會開啟噪音反轉(zhuǎn)功能，也會導(dǎo)致脈沖發(fā)放受抑；第三種常見情況即短暫的非連續(xù)噪音。在低限頻率間期內(nèi)出現(xiàn)2陣或2陣以上非連續(xù)噪音，每陣噪音的第一個信號被認(rèn)為是感知事件，并重整時間間期，也會抑制脈沖發(fā)放(圖2)。

圖2 肌電干擾導(dǎo)致心室脈沖發(fā)放受抑制，引起長RR間期

2 不同廠家噪音反轉(zhuǎn)工作方式

有關(guān)噪音采樣期時間設(shè)置，每個廠家算法各異，具體命名也有所差異。Medtronic公司的噪音采樣期即相對不應(yīng)期(150～500 ms)，可程控；而其他公司噪音采樣期是固定的，不可程控。理論上而言，心房通道和心室通道出現(xiàn)感知/起搏事件后均會開啟一個噪音采樣期，但各公司略有差異，筆者參考了各廠家相關(guān)說明書，現(xiàn)簡單總結(jié)如下。

2.1Medtronic公司 (1)心室通道：起搏/感知心室信號后開啟空白期和相對不應(yīng)期(150～500 ms)，后者即為噪音采樣期，在噪音采樣期內(nèi)感知信號后，重啟空白期和相對不應(yīng)期，但不重整低限頻率間期，即發(fā)生噪音反轉(zhuǎn)，起搏器將轉(zhuǎn)變?yōu)榉峭狡鸩Ｊ?，從?個非噪音采樣期內(nèi)信號開始計(jì)時，以低限起搏頻率或傳感器起搏頻率起搏(圖3)：①若原起搏模式為頻率應(yīng)答模式(VVIR除外)，則以傳感器頻率非同步起搏；②若原起搏模式為非頻率應(yīng)答模式或VVIR模式，則以低限頻率非同步起搏。一旦感知信號落在噪音采樣期外，噪音反轉(zhuǎn)終止，起搏器恢復(fù)按需起搏模式。通常將心室不應(yīng)期設(shè)置在180～300 ms左右，若快心室率RR間期<不應(yīng)期，則有可能誤認(rèn)為是噪音，起搏器以非同步起搏模式工作(圖4)。此時需延長心室不應(yīng)期或應(yīng)用藥物減慢心率，使心室感知信號落在不應(yīng)期外，避免不恰當(dāng)噪音反轉(zhuǎn)發(fā)生。(2)心房通道：只有在AAI模式下，起搏/感知心房信號后開啟空白期和相對不應(yīng)期(即噪音采樣期)，噪音采樣期內(nèi)感知信號后，重啟空白期和相對不應(yīng)期，但不重整起搏間期，發(fā)生噪音反轉(zhuǎn)；而在DDD模式下，起搏/感知心房信號后雖開啟空白期和不應(yīng)期，但無噪音采樣期，即不應(yīng)期內(nèi)感知信號不重整心房不應(yīng)期。

在第一個心動周期中，VP后連續(xù)出現(xiàn)4個不應(yīng)期感知事件，均重整心室不應(yīng)期，但不重整低限頻率，即發(fā)生噪音反轉(zhuǎn)。當(dāng)不應(yīng)期連續(xù)重整直至達(dá)到低限頻率間期時，起搏器按時發(fā)放心室脈沖

圖3Medtronic 公司VVIR起搏模式下的噪音反轉(zhuǎn)

心室事件均為不應(yīng)期感知(SR)，發(fā)生噪音反轉(zhuǎn)，體表心電圖易被誤讀為心室起搏/感知功能不良

2.2St. Jude公司 與Medtronic公司明顯不同。St. Jude公司起搏器對于AAI起搏器，噪音反轉(zhuǎn)模式為AOO; VVI起搏器，噪音反轉(zhuǎn)模式為VOO；而對于DDD起搏器，若心室通道檢測到噪音，心房、心室通道均開啟噪音反轉(zhuǎn)功能(DOO模式)，若心房通道檢測到噪音，僅心房通道開啟噪音反轉(zhuǎn)，心室通道依然為按需模式(DVI)(圖5)。

(1)心室通道：心室通道感知或起搏事件后心房和心室通道均開啟不應(yīng)期，其中心房通道為75 ms空白期+25 ms噪音采樣期，心室通道為75 ms空白期+75 ms噪音采樣期，一旦噪音采樣期內(nèi)感知到信號，即開啟噪音反轉(zhuǎn)功能，重整不應(yīng)期，起搏器以非同步模式工作，直至噪音信號消失。對于心室通道而言，不應(yīng)期為150 ms，因此只有當(dāng)電信號>400次/分(60 000 ms÷150 ms)才可能發(fā)生噪音反轉(zhuǎn)，一般的快心室率事件不會引起噪音反轉(zhuǎn)，這一點(diǎn)與Medtronic公司的計(jì)算方法明顯不同。

心房通道檢測到噪音信號，開啟噪音反轉(zhuǎn)功能，以低限頻率發(fā)放脈沖，心室通道不受影響，以DVI模式工作

圖5St. Jude公司DDD起搏器發(fā)生噪音反轉(zhuǎn)

(2)心房通道：心房通道感知事件后開啟心房不應(yīng)期(75 ms空白期+25 ms噪音采樣期)，若在噪音采樣期內(nèi)感知信號，則發(fā)生噪音反轉(zhuǎn)，重整不應(yīng)期，起搏器以非同步模式工作。同樣地，因不應(yīng)期為100 ms，因此只有當(dāng)電信號>600次/分(60 000 ms÷100 ms)才可能發(fā)生噪音反轉(zhuǎn)。心房顫動時心房頻率為300～600次/分，且并非所有信號均會被心房通道感知，故理論上而言，快速心房頻率事件亦不會引起噪音反轉(zhuǎn)。

值得一提的是，無論心房通道還是心室通道，不應(yīng)期的前半部分均存在75 ms的空白期，當(dāng)發(fā)生噪音反轉(zhuǎn)后，若某個噪音信號恰好落在空白期而非噪音采樣期，那么噪音反轉(zhuǎn)終止；而后續(xù)信號將重新開啟第二段噪音，此第二段噪音的第一個信號將被起搏器認(rèn)為是正常感知事件，重整起搏間期。若多次出現(xiàn)這樣情況，且噪音持續(xù)時間短，未達(dá)到低限頻率，就會產(chǎn)生短暫的非連續(xù)噪音抑制脈沖發(fā)放的現(xiàn)象。

2.3Biotronik公司 與St. Jude公司不同的是，①該公司心房通道與心室通道互不影響，即心房通道感知事件后僅觸發(fā)心房噪音采樣期(Biotronik公司稱為干擾間期)，心室通道感知事件后僅觸發(fā)心室干擾間期；②Biotronik公司的干擾間期是一個獨(dú)立的時間間期，與空白期、不應(yīng)期等不發(fā)生任何關(guān)系。對于感知事件而言，干擾間期與不應(yīng)期同時開始，其前不存在空白期；對于起搏事件而言，其后僅開啟空白期，無干擾間期。在Evia系列之前的起搏器，起搏事件后的空白期固定為125 ms，自Evia系列始，起搏事件后的空白期大大縮短(當(dāng)脈沖輸出<5.0 V, 空白期17 ms，當(dāng)脈沖輸出>5.0 V，空白期33 ms)(圖6)。與Medtronic和St. Jude公司不同的是，感知事件后直接開啟干擾間期，無空白期，故干擾信號基本落在干擾間期內(nèi)，不會出現(xiàn)因噪音信號落入空白期內(nèi)導(dǎo)致噪音反轉(zhuǎn)錯誤終止的情況，前述因短暫的非連續(xù)噪音抑制脈沖發(fā)放的幾率亦會大大降低。

上圖：Evia系列前起搏器干擾間期示意圖，起搏事件后開啟125 ms空白期，感知事件后，開啟125 ms干擾間期。下圖：Evia系列起搏器干擾間期示意圖，起搏事件后開啟17 ms空白期，感知事件后，開啟51 ms干擾間期

圖6Biotronik公司起搏器干擾間期示意圖

在Evia系列之前的起搏器，干擾間期為125 ms，不可程控，當(dāng)檢測到的電信號大于480次/分(60 000 ms÷125 ms)，發(fā)生噪音反轉(zhuǎn)，干擾間期連續(xù)重整，基礎(chǔ)計(jì)時間期不變。因此在心室通道，即使快心室率也不可能被誤認(rèn)為是噪音；但在心房通道，心房顫動頻率有時可達(dá)到600次/分，超過了480次/分的噪音信號，則有可能將心房顫動波誤認(rèn)為噪音信號，起搏器以非同步模式工作，同時自動模式轉(zhuǎn)換功能(AMS)亦無法正常啟動。因此從Evia系列開始，干擾間期縮短至51 ms，如此只有當(dāng)電信號頻率達(dá)到近1 200次/分(60 000 ms÷51 ms)，才發(fā)生噪音反轉(zhuǎn)，而快速的心房顫動波遠(yuǎn)未達(dá)到該頻率，故不會發(fā)生噪音反轉(zhuǎn)(圖7)。

上圖：Evia系列前起搏器工作示意圖。快頻率心房事件超過480次/分，連續(xù)落入心房通道的干擾間期，被誤認(rèn)為噪音干擾，開啟非同步起搏模式；下圖：Evia系列起搏器工作示意圖?？祛l率心房事件均落在51ms的干擾間期外，起搏器認(rèn)為是正常心房感知事件，不發(fā)生噪音反轉(zhuǎn)，且因其頻率超過自動模式轉(zhuǎn)換(AMS)頻率，發(fā)生自動模式轉(zhuǎn)換

圖7Biotronik公司起搏器工作示意圖

由于Biotronik公司心房、心室通道對噪音的確認(rèn)、噪音采樣期的觸發(fā)互不影響，因此當(dāng)某個通道發(fā)生噪音反轉(zhuǎn)與非同步起搏，另一個通道依然以按需起搏模式工作；當(dāng)心房、心室通道均發(fā)生噪音，則均以非同步起搏模式工作。哪個心腔存在噪音干擾，哪個心腔失去感知功能(詳見表1)。

表1 Biotronik公司起搏器發(fā)生噪音反轉(zhuǎn)后的工作模式

2.4Boston Scientific公司 波科公司心房與心室通道對噪音采樣期的觸發(fā)存在相互影響。首先，無論心房還是心室起搏，起搏的同時會開啟一個固定50 ms的空白期，繼而是心房通道40 ms的噪音采樣期和心室通道60 ms的噪音采樣期。而對于感知事件，心房感知只會在心房通道開啟40 ms的噪音采樣期，心室感知會開啟心室通道60 ms的噪音采樣期與心房通道40 ms的噪音采樣期。在噪音采樣期內(nèi)感知信號將重啟該間期，發(fā)生噪音反轉(zhuǎn)，出現(xiàn)非同步工作模式。對于DDD、VVI和AAI起搏器，噪音反轉(zhuǎn)模式分別默認(rèn)為DOO、VOO和AOO(圖8)。

圖8Boston Scientific公司心房/心室起搏、心房感知、心室感知后開啟相應(yīng)的時間間期示意圖

不似其他時間間期，噪音反轉(zhuǎn)在各個公司的算法差別較大，筆者將各公司噪音采樣期設(shè)定、心房/心室通道噪音觸發(fā)相互影響、噪音反轉(zhuǎn)工作模式等特點(diǎn)總結(jié)于表2。

表2 各公司起搏器噪音采樣期設(shè)定、工作模式等匯總表

由此可見，Medtronic公司噪音采樣期相對較長，容易將快心室率事件誤認(rèn)為是噪音，從而發(fā)生噪音反轉(zhuǎn)，發(fā)放非同步脈沖。St. Jude、Biotronik、Boston Scientific三家公司噪音采樣期均較短，一般不會將快頻率心房事件或心室事件誤判為噪音。因此，臨床上常見的由于快室率(多見于心房顫動時)導(dǎo)致噪音反轉(zhuǎn)的起搏心電圖多是Medtronic公司的產(chǎn)品。

綜上所述，噪音反轉(zhuǎn)的目的是防止噪音干擾導(dǎo)致心室脈沖發(fā)放受抑制而發(fā)生停搏風(fēng)險。有時快心室率會發(fā)生噪音反轉(zhuǎn)，此時心電圖容易被誤解讀為感知過甚或起搏功能異常(見于美敦力公司產(chǎn)品)，應(yīng)引起臨床心電圖工作者的注意；另一方面，短暫非連續(xù)噪音發(fā)生時即或啟動噪音反轉(zhuǎn)功能，仍然可能出現(xiàn)長RR間期，若無腔內(nèi)圖參考，很難知曉噪音反轉(zhuǎn)功能在工作，這也是目前起搏器噪音反轉(zhuǎn)功能的局限性。植入醫(yī)師應(yīng)知悉各公司產(chǎn)品噪音反轉(zhuǎn)功能的特點(diǎn)，以便對起搏心電圖作出正確的判斷。