三維體表心電圖成像臨床應用研究進展

周鑫 斌繆靜毛威

●綜述

三維體表心電圖成像臨床應用研究進展

周鑫 斌繆靜毛威

標準12導聯(lián)體表心電圖自問世以來，以其無創(chuàng)性檢測心臟電生理、病理變化，有效診斷心律失常、心肌梗死等疾病而廣泛應用于臨床。但由于導聯(lián)數(shù)限制，獲得的心電信息有限，常規(guī)體表心電圖在分析復雜性電生理事件如心肌梗死后致心律失常病灶、心房顫動起源灶、室性心律失常病灶等方面明顯受限。20世紀初出現(xiàn)的多導聯(lián)體表電位標測技術（BSPM）較常規(guī)心電圖提供了更細微全面的心電信息，并且在BSPM基礎上發(fā)展起來的三維體表心電圖成像（3D-ECGI）新技術，可非侵入性記錄并構建心電激動模式、興奮時序圖及復極化模式等，有效彌補了常規(guī)心電檢查對于復雜心律失常檢測的局限性。3D-ECGI近年來發(fā)展迅速，現(xiàn)就其成像方法及臨床應用進展做一綜述。

1 3D-ECGI成像方法

3D-ECGI技術通過心電逆運算方法，把心臟-體表結構視做一個容積導體。將標測的體表電位信息，通過心臟-體表幾何模型逆向整合到心臟表面，從而重建出三維心外膜電位圖及激動模式圖等心電模型。ECGI成像算法需要兩類數(shù)據(jù)，即體表心電電位信息和心臟-體表解剖標測信息。前者可通過多導聯(lián)的BSPM技術獲得，而后者需借助計算機斷層掃描（CT）或核磁共振成像（MRI）獲得（圖1）。

圖1 ECGI成像方法概覽。（引自Wang Y等，2011年）

1.1 BSPM及解剖標測BSPM技術采用多個體表電極（可多達252個），遍布前胸及后背，通過每隔1～2ms同步記錄各部位電位空間分布及變化規(guī)律，從而為ECGI提供更全面細微的心臟電活動信息[1]（圖1）。國內自90年代開始，張丙芳等[1]率先自主研制體表電位標測系統(tǒng)，用于標測正常體表心電電位及對于如陳舊性心肌梗死、急性心肌梗死、預激綜合征旁路定位等的心電特點標測。近幾年國外BSPM多用于研究如觀察正常及心肌梗死后U波形態(tài)特點、評估冠狀動脈損傷及心肌梗死后心肌功能恢復、定位心房顫動高頻區(qū)域指導診治等[2-3]。

遺憾的是，BSPM雖能全面顯示體表電位時空變化，但是由于個體間胸廓及內部解剖結構異質性，BSPM無法精確顯示心臟局部電活動、心外膜激動序列時空變化及定位病灶源等。故在BSPM基礎上通過心電逆運算重建出心外膜甚至心內膜、心肌電激動三維圖像成為了新的途徑。

ECGI除了需要BSPM數(shù)據(jù)外，還需要心臟-體表的解剖結構信息，以提供心臟幾何結構及體表導聯(lián)的相對位置等數(shù)據(jù)，來計算ECGI所需的容積導體模型（圖1）。CT是常用的采集手段，0.6～1.0mm的掃描厚度便可以清晰地重建出心臟-體表的幾何結構模型。

1.2 ECGI成像模型的可靠性驗證早在21世紀初，Rudy團隊已經(jīng)在正常和異常的犬心臟模型實驗中，驗證了3D-ECGI的有效性，結果顯示3D-ECGI能準確標測出犬心臟模型室性心動過速的折返通路、冷熱刺激下心外膜復極及心肌梗死后異常電生理基質特點，并且其結果與直接測量的心外膜電位圖有較強相關性（r＞0.9）[4-6]。

近年來，3D-ECGI的可靠性在人體中也得到驗證。Ghanem等[7]將3D-ECGI與開胸手術中直接的心外膜電位標測進行比較，結果顯示其能有效標測出激動及復極模式，并且定位已知起搏點的精度約為1cm。Shah等[8]在一項多中心研究中，利用252導聯(lián)BSPM對48例新發(fā)或心房顫動消融術后出現(xiàn)房性心動過速的患者行3D-ECGI，結果顯示3D-ECGI能精確診斷發(fā)病機制及定位病灶源，且與標準的侵入性電生理成像及消融術中圖像結果有較高一致性。

綜上所述，3D-ECGI利用BSPM技術獲得多導聯(lián)體表電位信息，結合CT或MRI獲得的心臟-體表解剖結構模型，重建出心臟生理或病理性電活動模式，其有效性及可靠性在動物實驗及人體都得到了系統(tǒng)性驗證。

2 3D-ECGI用于正常心電生理機制研究

Ramanathan等[9]通過3D-ECGI對完全生理狀態(tài)下的7例健康成年人的心房激動、心室激動及復極的電生理特征進行研究，結果表明，3D-ECGI有效地重建了心外膜電位特征、電位圖及興奮時序圖等，清楚地顯示了生理狀態(tài)下心臟的激動時序特征及復極特點。該研究彌補了以往用離體心臟或者動物模型研究的非客觀性，為心電基礎及臨床研究提供了依據(jù)。

3 3D-ECGI用于致心律失?；|研究

由于臨床很多復雜性心律失常，往往難以用單純的電生理機制解釋，如心房顫動消融不同的術式與療效評價，故近年來引入了心律失?；|的概念?；|是由心肌、浦肯野纖維、冠狀動脈循環(huán)系統(tǒng)及神經(jīng)叢網(wǎng)絡組成的一個有機整體，基質結構或功能異常會引起諸如碎裂波、螺旋波等電傳導異常，誘發(fā)心律失常[10]。

3D-ECGI能在單個心動周期內對整個心外膜電激動序列進行成像，并且能反映心搏之間的變化，這一無創(chuàng)性及連續(xù)性監(jiān)測的能力使其能有效用于心律失常激動動態(tài)模式的研究。

3.1 心房顫動的發(fā)生基質研究心房顫動的發(fā)生基質是處于動態(tài)變化中的，心房顫動本身能導致心臟基質重構，而基質的改變能進一步促進心房顫動的發(fā)生。Cuculich等[11]利用3D-ECGI連續(xù)監(jiān)測分析26例心房顫動患者的心電模式發(fā)現(xiàn)，在多變的模式中最常見的為近肺靜脈病灶的電活動及多種碎裂電波，并且隨著心房顫動病程延長，心臟重構加劇，這種電激動模式復雜性也相應增加。另一對心房顫動行持續(xù)性、雙心房心外膜激動序列標測研究也證實，其常見激動模式為肺靜脈區(qū)或非肺靜脈區(qū)的多子波造成的折返[11]。心房顫動的發(fā)生機制尚未明確，而ECGI將有助于進一步闡釋其基質特點。但值得注意的是，心房顫動狀態(tài)下心房電激動信號相對微弱，需經(jīng)放大數(shù)倍后分析，可能一定程度上影響了結果的準確性[12]。

3.2 瘢痕相關心律失?；|研究Wang等[13]利用3D-ECGI標測研究室性心動過速的發(fā)生發(fā)展與心室的異常基質（如解剖瘢痕等）之間關系。發(fā)現(xiàn)瘢痕區(qū)域電活動在3D-ECGI上表現(xiàn)出高度碎裂、低振幅、緩慢等特點，并且每次室性心動過速發(fā)生時瘢痕邊緣可觀察到局部的收縮性電活動。瘢痕區(qū)域基質可產(chǎn)生緩慢、間斷的電激動傳導，且該電波面易在瘢痕周圍不斷折返而導致室性心動過速產(chǎn)生，這些特點也是消融治療瘢痕相關室性心律失常的基質基礎。

心肌梗死會導致梗死區(qū)域心肌漸進性重構，逐漸形成多種類型瘢痕，?？蓪е抡鄯敌孕穆墒С５漠a(chǎn)生。瘢痕區(qū)域中含有可激動的存活心肌區(qū)域，稱之為邊界區(qū)，但這些心肌細胞電生理及結構特點已經(jīng)異常。Cuculich等[14]對24例心肌梗死后竇性心律患者進行3D-ECGI標測，發(fā)現(xiàn)心肌梗死瘢痕區(qū)域也呈現(xiàn)出低電壓、電傳導改變、碎裂電位以及晚電位等特點，并且ECGI重建出的心肌梗死后“電瘢痕”圖與MRI中的解剖瘢痕位置具有較好的一致性，提示ECGI能準確識別心肌梗死患者心肌瘢痕區(qū)域的所在部位。

4 3D-ECGI的臨床應用

4.1 指導心力衰竭患者心臟再同步化治療（CRT）CRT常用于心力衰竭患者的治療，大量研究顯示CRT能改善心力衰竭患者癥狀、增強左心室功能及延長患者壽命。但是十幾年的研究顯示近33%的心力衰竭患者對CRT無應答，其原因仍未知。

在Jia等[15]的研究中，3D-ECGI顯示所有心力衰竭患者右心室激動特征與非心力衰竭患者類似，而左心室電激動明顯異常及延遲。Berger等[16]的研究也證實了這一發(fā)現(xiàn)。他們認為心力衰竭患者右心室電激動可能利用了特殊的傳導系統(tǒng)，提示在某些病例中，CRT可用單純左心室起搏代替雙心室起搏，并且也有大型研究顯示單純左心室起搏患者獲益與雙心室起搏類似[17]。

CRT同步化的程度依賴于左心室電極位置，患者特異性的3D-ECGI能標測左心室激動延遲最明顯的部位，指導CRT電極的置入，以達到最大程度的同步[15]。并且該技術的應用，能進一步闡明心力衰竭患者基質相關的心室激動模式，反映患者個體之間的基質異質性，進而能用于評估心室電同步性及指導CRT合適患者的選擇及置入部位的篩選。

4.2 起搏器植入后心臟記憶評估心臟記憶又稱T波記憶，是指在一段時間的激動順序改變后恢復竇性節(jié)律時所出現(xiàn)的持續(xù)性T被改變。心室起搏引起的異常心室激動，可引起心室復極順序改變而產(chǎn)生心臟憶現(xiàn)象。

Marrus等[18]利用3D-ECGI研究心臟起搏器植入術后心臟記憶現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)起搏1個月后，所有起搏器患者均出現(xiàn)起搏位置附近心肌興奮恢復間隔（ARI）延長，區(qū)域性復極離散度顯著增加。該電重構變化可造成空間興奮性不對稱及單向性阻滯、折返等，可能導致心律失常出現(xiàn)。結果也顯示持續(xù)性右心室起搏的復極離散度明顯降低，提示持續(xù)性右心室起搏可能部分抑制了起搏器導致的心臟記憶現(xiàn)象。

較長時間以來，心臟記憶一直被認為是一種心電現(xiàn)象，限于檢測手段而對其臨床意義研究較少。3D-ECGI能夠非侵入性地重建心外膜復極模式，以觀察特定區(qū)域的激動時間、復極時間及ARI等，將有助于深入研究心臟記憶現(xiàn)象潛在的電生理機制，也能使我們更好地理解其與病理性電重構的相關性，從而為其診治提供更多的理論依據(jù)。

4.3 預激綜合征旁路定位Ghosh等[19]對14例預激綜合征患者在射頻導管消融（下稱消融）術前后分別行3D-ECGI標測，發(fā)現(xiàn)3D-ECGI預測的預激病灶與實際消融灶吻合度較高，提示其可無創(chuàng)性準確地定位旁路以指導臨床預激綜合征患者的消融治療，同時3D-ECGI還能用來評估消融術后心臟電生理重建情況。這一消融術前3D-ECGI定位及術后3D-ECGI評估模式值得在其他心律失常消融術中應用推廣。

4.4 指導消融術3D-ECGI通過心電標測重建，能有效識別房性心動過速、室性心動過速的起源點病灶而指導臨床的消融治療。Wang等[20]報道了通過3D-ECGI準確定位心動過速起源灶并成功行消融手術的心房顫動患者1例，該患者已接受過兩次肺靜脈隔離術（PVI），盡管左心房基質術后已有瘢痕，3D-ECGI仍能準確定位，顯示了其臨床應用潛力。同時Jamil-Copley等[21]應用3D-ECGI定位24例流出道室性心動過速病灶源，顯示其成功率為96%（23/24）。對于罕見疾病如三尖瓣下移畸形（Ebstein’s Anomaly），3D-ECGI也顯示出其精確定位和指導消融的能力[22]。盡管如此，3D-ECGI用于指導射頻消融目前多為個案報道，仍需大量臨床試驗加以驗證推廣。

5 展望

3D-ECGI能無創(chuàng)性地重建心臟電生理特性及定位心律失常病灶基質，有效評估風險并指導疾病治療。3D-ECGI技術的出現(xiàn)使得我們能進一步認識復雜性心律失常的機制及其基質特點，但該技術也存在不足，如目前的心電重建局限于心外膜電位，而沒有對心內膜及心肌內部電活動模式成像；體表電位標測存在如心房底部、間隔部等盲區(qū)；3D-ECGI與直接的心外膜電位標測不能同時進行而限制了其評估精確性；其臨床應用大多為個案報道，仍缺乏大規(guī)模臨床試驗；且其BSPM導聯(lián)數(shù)目和位置各研究之間不盡相同，限制了其規(guī)范化發(fā)展及標準化設備的生產(chǎn)問世。雖然目前3D-ECGI技術仍不成熟，但以其無創(chuàng)性、相對精確性特點，經(jīng)過發(fā)展完善，相信會在心電學領域展現(xiàn)廣闊前景。

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（本文編輯：楊麗）

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（收稿日期：2014-12-19）

（本文編輯：楊麗）

2015-01-04）

310006浙江中醫(yī)藥大學附屬第一醫(yī)院心內科

毛威，E-mail：maoweilw@163.com