轉(zhuǎn)子導(dǎo)管標測技術(shù)

王澤呈 秦牧 劉旭

自Skanes等[1]于1998年利用光學(xué)標測技術(shù)在心房顫動(簡稱房顫)發(fā)作的羊心臟上發(fā)現(xiàn)了其電活動在時間及空間上具有周期性，并首次提出了轉(zhuǎn)子(Rotor)的概念。后于2012年，Narayan等[2]利用最新的腔內(nèi)全景式電生理標測技術(shù)，利用籃網(wǎng)電極在人體內(nèi)標測轉(zhuǎn)子靶點，并證實了轉(zhuǎn)子消融能有效的終止房顫，房顫轉(zhuǎn)子的研究已走過了20個年頭。期間研究者們通過光學(xué)標測、相位標測等實驗室技術(shù)證實了轉(zhuǎn)子的存在，了解了其特性。自轉(zhuǎn)子消融首次運用于臨床以來，研究者們也運用了多種標測技術(shù)來實現(xiàn)在消融術(shù)中對轉(zhuǎn)子進行有效的標測。

1 腔內(nèi)全景式電生理標測

最早將轉(zhuǎn)子標測技術(shù)運用于臨床的是Narayan等[2]于2012年發(fā)表的CONFIRM研究，該研究將兩個64極的籃網(wǎng)電極分別通過鞘管送入患者的左右心房內(nèi)，展開的籃網(wǎng)式64個電極會同時接觸心房內(nèi)膜面并記錄電位，采用計算機軟件分析籃網(wǎng)電極采集到的電信號并指導(dǎo)消融(圖1)。該研究對101例患者進行了轉(zhuǎn)子標測，97%的房顫患者存在轉(zhuǎn)子，平均每個患者(2.1±1.0)個，消融轉(zhuǎn)子能夠使86%的患者的房顫終止或者周長延長，并且術(shù)后平均273天的隨訪結(jié)果顯示有82.4%的患者維持竇性心律。然而，該研究結(jié)果并未在其他中心成功復(fù)制，一項薈萃研究[3]也顯示環(huán)肺靜脈隔離加籃網(wǎng)電極指導(dǎo)下的轉(zhuǎn)子消融策略并不優(yōu)于單純的肺靜脈隔離，其中Benharash等[4]的研究認為籃網(wǎng)電極標測轉(zhuǎn)子的假陽性率較高，其原因歸結(jié)于將籃網(wǎng)電極的電極間距過大并且不能完全覆蓋整個心房內(nèi)膜。并且一項計算機模擬研究[5]也發(fā)現(xiàn)籃網(wǎng)電極的間距超過了標測轉(zhuǎn)子所需的最小分辨率(11.9 mm)。而間距合適的電極包括AFocusⅡ和Pentaray電極，雖然滿足標測分辨率但由于不是全景標測，難以顯示心房電活動的整體情況。因此，全景標測電極和局部高密度標測電極各有利弊，關(guān)于它們之間的優(yōu)劣性目前尚缺乏臨床研究證據(jù)支持。

兩個籃網(wǎng)電極分別置于左右心房內(nèi)，單極和雙極的電信號被濾過在0.05～500 Hz之間，并以1 KHz的采樣率記錄(圖A和B)；C圖中展示了左心房內(nèi)的一個順時針方向運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子(從紅色到藍色表現(xiàn)了其激活的順序)，由圖中可清晰地看到轉(zhuǎn)子是圍繞著一個中心進行旋轉(zhuǎn)；D中顯示了經(jīng)過處理濾過的電信號，可以看到這個轉(zhuǎn)子路徑上的心肌連續(xù)激活的過程圖1 籃網(wǎng)電極的轉(zhuǎn)子標測結(jié)果[2]

2 無創(chuàng)電生理成像

Haissaguerre等[6-7]及Knech等[8]運用可穿戴的無創(chuàng)電生理成像技術(shù)實現(xiàn)了對轉(zhuǎn)子的標測。如圖2中所示，其方法是通過運用美敦力公司的體表心臟三維標測系統(tǒng)(ECVUE system)，讓房顫患者穿戴一件設(shè)有252個電極的背心，并在48 h內(nèi)進行CT掃描。通過CT掃描獲得的雙房三維解剖，并確定其與背心上252個電極的關(guān)系[9]。左右心房被研究者們劃分成7個區(qū)域，通過體表心臟三維標測系統(tǒng)標測房顫活動，即通過對記錄到的心電圖進行相位處理，從而得到房顫期間心房激活的相位圖。通過對每位患者的所有累積影像進行分析，識別主動驅(qū)動區(qū)域和被動傳播區(qū)，并創(chuàng)建時空密度圖。如圖3所示，當(dāng)圖像呈現(xiàn)從某一個點或者某個區(qū)域離心式的激活時，驅(qū)動灶被定義為一個突破(focal breakthroughs)。而當(dāng)圖像呈現(xiàn)圍繞一個中心進行旋轉(zhuǎn)時，驅(qū)動灶被定義為折返(re-entrant)。該研究的通過消融轉(zhuǎn)子術(shù)中房顫終止率達70%，且85%的患者在一年的隨訪期內(nèi)無房顫復(fù)發(fā)。然而，該系統(tǒng)亦存在一定缺陷。首先，由于其為心外膜遠場單極信號標測，所以心房信號質(zhì)量穩(wěn)定性較差，難以區(qū)分微小折返與局灶突破；其次，該系統(tǒng)對于心臟解剖重疊部位如冠狀竇和心房間隔等的信號難以區(qū)分，易產(chǎn)生標測誤差。因此，雖然該系統(tǒng)屬于全景高分辨率標測，但由于其體外信號自身的不足而導(dǎo)致該系統(tǒng)在房顫轉(zhuǎn)子標測上存在一定的假陽性率。

該系統(tǒng)通過CT將穿戴式256極背心與心臟進行匹配(左圖a和b)，然后記錄體表心臟單極信號(左圖g至d)圖2 體表穿戴式心臟三維標測系統(tǒng)[9]

圖3 體表心臟三維標測系統(tǒng)標測到的折返以及局灶突破示例[6]

3 主頻率標測

Felipe等[10]于2014年提出了通過高精密度標測整個心房的主頻率找到局部主頻最高的部位，并把該區(qū)域定義為房顫的驅(qū)動灶。該理論認為房顫的驅(qū)動灶或者轉(zhuǎn)子所在區(qū)域的主頻應(yīng)該高于心房其他被動傳導(dǎo)部位。如圖4所示，用消融導(dǎo)管或環(huán)形電極在左心房進行高精密度標測，通過計算機軟件將局部房顫波形作傅里葉轉(zhuǎn)換計算得到主導(dǎo)頻率，術(shù)中僅對高主頻部位進行消融干預(yù)，即可達到終止房顫的目的。該方法中主頻的計算結(jié)果實際上是由局部房顫周長所得，因此與局部房顫頻率之間有直接的相關(guān)性，局部房顫波形頻率越快主頻也越高。然而，當(dāng)房顫局部電位變得更加復(fù)雜時如局部碎裂電位或雙電位，該主頻計算所得到的數(shù)值可能更快于真實的驅(qū)動灶或轉(zhuǎn)子?；A(chǔ)研究[11]亦有證實轉(zhuǎn)子外圍波前發(fā)生碰撞碎裂后產(chǎn)生的碎裂電位的主頻與轉(zhuǎn)子核心區(qū)域一致，因此主頻標測的局限性不容忽視，該方法僅能作為轉(zhuǎn)子電位分析的一個參考。

顏色由紫到白的變化代表了主頻率由高到低的改變，其中主頻率最高的部位位于左下肺靜脈，術(shù)者在術(shù)中僅對左下肺靜脈進行了隔離圖4 主頻率標測示例[10]

4 相位相似度標測

2016年Lin等[12]提出了利用AFocus Ⅱ電極獲取雙極信號，對該信號進行相位分析并通過計算相似指數(shù)來標測轉(zhuǎn)子。該方法通過計算機系統(tǒng)將得到的電圖信號進行相位計算模擬，使得干擾信號和遠場電位被進一步的過濾，這時就可以通過該區(qū)域電圖在空間和時間上的一致性計算出其相似指數(shù)(SI，similarity index)。再通過相位分析，在相似指數(shù)較高的地方模擬出轉(zhuǎn)子波前的運動方向。通過該方法標測計算得到了房顫轉(zhuǎn)子或者局灶可能存在區(qū)域，并將對這些區(qū)域標記作為干預(yù)靶點進行消融(圖5)。在該研究中平均每個患者可以標測到(2.6±0.89)個相似度高的靶點，術(shù)中房顫終止率為68%,此顯著優(yōu)于其對照組的碎裂電位消融策略(27%)，術(shù)后隨訪成功率高達83%。該標測方法的優(yōu)勢在于通過局部信號的相似度對比以及信號的相位轉(zhuǎn)換后，理論上對轉(zhuǎn)子波前的識別更為準確。

首先使用AFocus Ⅱ電極標測獲取有局部激動順序的雙極信號(過濾后在10～300 Hz之間)(A)；計算機系統(tǒng)再將得到的電圖信號進行相位計算模擬，使得干擾信號和遠場電位被進一步的過濾(B)，并通過該區(qū)域電圖在空間和時間上的一致性計算出其相似指數(shù)(SI，similarity index)(D)；通過相位標測的方法，在相似指數(shù)較高的地方取1、2、3三個時相的電位進行分析，我們可以模擬得到這三個時相下的心房激動情況，可見激動信號圍繞著一個中心旋轉(zhuǎn)(C)，說明該區(qū)域很可能是轉(zhuǎn)子存在區(qū)域圖5 轉(zhuǎn)子電位相似指數(shù)分析[12]

5 離散度標測

2017年Julien等[13]運用有20個電極的Pentaray標測導(dǎo)管在房顫患者的心房內(nèi)進行標測，并記錄到了一類特殊的電位活動的區(qū)域，即電位離散度(electrogram dispersion)較高的區(qū)域，并認為該區(qū)域即是轉(zhuǎn)子活動的區(qū)域。如圖6所示，該研究定義的“離散度”即是指使用Pentaray導(dǎo)管標測局部區(qū)域時，當(dāng)其相鄰的至少三個分支上所記錄到的電位覆蓋房顫的平均周長時，則認為該區(qū)域即是離散度較好的區(qū)域。這種標測方式的理論依據(jù)是當(dāng)Pentaray電極置于轉(zhuǎn)子中心時，其不同的電極分支將記錄到轉(zhuǎn)子波前的順序激動時相，即不同電極上雙極電位的非同步性，所呈現(xiàn)出的電圖就會存在離散度區(qū)間。而當(dāng)標測導(dǎo)管遠離轉(zhuǎn)子中心部位時電位的非同步性消失，不同電極上記錄到的動作電位便不再顯得離散。同時該研究方法學(xué)亦將碎裂電位納入了離散度的分析，并將同時存在碎裂電位與非碎裂電位的區(qū)域也作為消融靶點。此外，該研究并沒有進行肺靜脈隔離。因此其消融靶點僅僅只是排除了規(guī)則的慢頻率電位，且對心房廣泛的區(qū)域作大面積的片狀消融。盡管其得到了非常理想的研究結(jié)果，但大面積消融帶來的醫(yī)源性損傷以及相關(guān)房性心動過速心房撲動亦不能忽視。

該方法通過使用Pentaray導(dǎo)管標測局部區(qū)域，當(dāng)相鄰的至少三個分支上所記錄到的電位覆蓋房顫的平均周長時，則認為該區(qū)域即是離散度較好的區(qū)域圖6 轉(zhuǎn)子的離散度標測[13]

6 轉(zhuǎn)子標測的“胸科”方法

我們中心自2017年首次在國內(nèi)嘗試轉(zhuǎn)子的標測以來，共完成300余例持續(xù)性房顫的轉(zhuǎn)子消融。方法學(xué)及單中心臨床研究相繼發(fā)表[14-15]。該方法的理論構(gòu)想為：轉(zhuǎn)子作為高速旋轉(zhuǎn)的螺旋波，當(dāng)探查電極靠近其核心或位于其漂移路徑上時，可記錄到高頻電位信號，遠離其核心及外圍波前時則記錄到相對較慢頻率的電位。而當(dāng)該探查電極由多個呈圓形分布的電極組成，且該電極靠近轉(zhuǎn)子活動區(qū)域時則空間分布的電極能記錄到轉(zhuǎn)子波前旋轉(zhuǎn)擴布產(chǎn)生的呈時間差異的序列信號，我們稱之為雙極電位的離散分布(圖7)。通過對持續(xù)性房顫的轉(zhuǎn)子的標測研究，我們發(fā)現(xiàn)其分布主要位于左房頂部(28.0%)、左房底部(21.3%)以及左房后壁(17.6%)，而肺靜脈前庭的分布比例只有5.9%，說明肺靜脈在持續(xù)性房顫中的作用較弱。此外，我們研究發(fā)現(xiàn)隨著持續(xù)性房顫基質(zhì)復(fù)雜性的增加,包括：心房容積增大、纖維化及低電壓區(qū)擴大以及房顫頻率的加速，標測轉(zhuǎn)子的復(fù)雜性也相應(yīng)增加，具體體現(xiàn)在轉(zhuǎn)子數(shù)量增加、不穩(wěn)定性增加以及空間形態(tài)多樣性增加。我們的研究對比了持續(xù)性房顫轉(zhuǎn)子消融術(shù)式與傳統(tǒng)消融術(shù)式(碎裂電位+線性消融)的術(shù)中終止率及遠期成功率，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子消融策略術(shù)中房顫終止率(64.9%)顯著高于后者(14.3%)，遠期成功率也提高超過20%。

A: 當(dāng)標測電極遠離轉(zhuǎn)子核心及外圍波前時記錄到頻率較慢且規(guī)則的電位；B和C：當(dāng)標測電極靠近轉(zhuǎn)子活動區(qū)域時則空間分布的電極能記錄到轉(zhuǎn)子波前旋轉(zhuǎn)擴布產(chǎn)生的呈時間差異的序列信號圖7 雙極電位的離散分布

對比以上不同的轉(zhuǎn)子的標測方式，無論是全景標測還是局部高密度標測，均存在其優(yōu)勢和不足。但就消融結(jié)果來看，無論是術(shù)中房顫終止率以及遠期成功率均較傳統(tǒng)消融術(shù)式有明顯提升。因此，轉(zhuǎn)子消融作為房顫個體化、精準化治療策略，必將有遠大的發(fā)展前景，或?qū)⒊蔀槿蘸蠓款澫谛g(shù)式的主流。