高精密度標(biāo)測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

陳爾冬 綜述 周菁 審校

高精密度標(biāo)測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

陳爾冬 綜述 周菁 審校

高精密度標(biāo)測(cè)技術(shù)是近年來(lái)在三維電解剖標(biāo)測(cè)和多電極標(biāo)測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上出現(xiàn)的一種新技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)對(duì)心房顫動(dòng)、房性心動(dòng)過(guò)速、室性心動(dòng)過(guò)速等心律失常的診斷和治療，較既往的技術(shù)更加迅捷有效，同時(shí)也為認(rèn)識(shí)這些心律失常的電生理機(jī)制提供了新的視角。本文旨在簡(jiǎn)要介紹高精密度標(biāo)測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及展望。

高精密度標(biāo)測(cè)；多電極標(biāo)測(cè)；導(dǎo)管消融

高精密度標(biāo)測(cè)(high-density mapping)技術(shù)是隨著三維電解剖標(biāo)測(cè)(electroanatomical mapping，EAM)技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一個(gè)概念。這一技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)在于，在盡可能短的時(shí)間內(nèi)獲取盡可能多的心內(nèi)(外)膜電解剖信息，以精確描述各種心律失常的激動(dòng)傳導(dǎo)順序。這一技術(shù)的出現(xiàn)，首先得益于三維電解剖標(biāo)測(cè)系統(tǒng)精確度的不斷提高，其次是多電極標(biāo)測(cè)(multielectrode mapping，MEM)導(dǎo)管的逐步發(fā)展。以上兩項(xiàng)技術(shù)使得獲取大量精確定位的局部電信號(hào)成為可能。由此產(chǎn)生的大量信息曾經(jīng)完全依靠人工校準(zhǔn)，而借助近年來(lái)迅速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)，已能夠?qū)崿F(xiàn)更加復(fù)雜的實(shí)時(shí)自動(dòng)化標(biāo)測(cè)算法。目前已有數(shù)種專門用于快速高精密度標(biāo)測(cè)的技術(shù)解決方案進(jìn)入市場(chǎng)，為認(rèn)識(shí)心內(nèi)電生理機(jī)制提供了全新視角。

1 現(xiàn)有的主要高精密度標(biāo)測(cè)系統(tǒng)

目前已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的高精密度標(biāo)測(cè)系統(tǒng)主要有強(qiáng)生公司的CARTO系統(tǒng)、圣猶達(dá)公司的Ensite系統(tǒng)和波士頓科學(xué)公司的Rythmia系統(tǒng)。雖然需要大量的軟件程序支持，也需要隨著對(duì)電生理機(jī)制理解的深入不斷更新算法，但歸根結(jié)底，高精密度標(biāo)測(cè)技術(shù)發(fā)展的限速環(huán)節(jié)仍然是MEM導(dǎo)管工藝技術(shù)的進(jìn)步。以下提到的各種商業(yè)化高精密度標(biāo)測(cè)系統(tǒng)，都是圍繞其各自獨(dú)特的MEM導(dǎo)管而設(shè)計(jì)的。

強(qiáng)生公司的CARTO系統(tǒng)采用磁場(chǎng)、電場(chǎng)雙重定位，用于高精密度標(biāo)測(cè)的MEM電極主要有單環(huán)狀電極Lasso NAV、雙環(huán)狀電極Lasso NAV Duo Loop和爪狀電極PentaRay。其中PentaRay電極為5條柔軟的四極導(dǎo)管(2-6-2 mm極間距)集成的20極標(biāo)測(cè)導(dǎo)管，在高精密度標(biāo)測(cè)技術(shù)中更常用。它的特點(diǎn)為電極柔軟，可達(dá)細(xì)小部位，主要依賴小極間距的雙極標(biāo)測(cè)，對(duì)局部近場(chǎng)信號(hào)標(biāo)測(cè)精確。去年上市的ConfiDense軟件系統(tǒng)，在三維空間定位的基礎(chǔ)上增加了多套過(guò)濾算法，包括可實(shí)時(shí)判斷電極是否貼近心內(nèi)膜表面的組織貼近指示技術(shù)(tissue proximity indication，TPI)，使用單極信號(hào)最大下降斜率記錄精確時(shí)間的波前(wavefront)校點(diǎn)技術(shù)，以及導(dǎo)管穩(wěn)定性、呼吸門控穩(wěn)定性、周長(zhǎng)穩(wěn)定性、局部激動(dòng)時(shí)間(LAT)穩(wěn)定性濾波算法，最終實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)標(biāo)測(cè)功能，在短時(shí)間內(nèi)獲得大量的精確電解剖信息。

圣猶達(dá)公司的Array電極是一種64極非接觸標(biāo)測(cè)電極，電極內(nèi)部為一球囊，在心腔內(nèi)打開(kāi)，可以同步記錄64個(gè)非接觸電極的電信號(hào)，結(jié)合該公司的Ensite系統(tǒng)進(jìn)行空間定位，可在極短時(shí)間內(nèi)記錄心內(nèi)膜整體的電激動(dòng)順序。與強(qiáng)生公司類似，圣猶達(dá)公司也有自己的環(huán)肺電極導(dǎo)管Optima和AFocus HD Ⅱ雙環(huán)導(dǎo)管。

類似的系統(tǒng)還有雅培公司旗下Topera推出的FIRMap電極(網(wǎng)籃電極，無(wú)球囊)，同樣為64極非接觸標(biāo)測(cè)電極導(dǎo)管，在其RythmView系統(tǒng)獨(dú)特的房顫轉(zhuǎn)子(rotor)標(biāo)測(cè)算法下，可對(duì)“轉(zhuǎn)子學(xué)說(shuō)”中提到的房顫維持機(jī)制進(jìn)行標(biāo)測(cè)定位，并由此帶來(lái)了以FIRM(focal impulse and rotor modulation)為靶點(diǎn)的房顫消融術(shù)式[1]。

波士頓科學(xué)公司也在其Rythmia三維標(biāo)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，推出了一款64極網(wǎng)籃電極導(dǎo)管IntellaMap Orion(意為“半人馬座”)。與上兩款不同的是，Orion標(biāo)測(cè)電極本身體積很小，在心腔內(nèi)移動(dòng)方便，與PentaRay電極類似，可以實(shí)現(xiàn)快速三維激動(dòng)標(biāo)測(cè)的功能。同時(shí)，波士頓科學(xué)公司也有一款較大尺寸的網(wǎng)籃電極導(dǎo)管Constellation(意為“星座”)。

2 高精密度標(biāo)測(cè)系統(tǒng)在心房的應(yīng)用

高精密度標(biāo)測(cè)在心房中最受關(guān)注的應(yīng)用就是對(duì)局灶激動(dòng)點(diǎn)和局部折返的標(biāo)測(cè)。在沒(méi)有三維標(biāo)測(cè)系統(tǒng)支持的年代，PentaRay電極最早就是用于標(biāo)測(cè)房速，由于獨(dú)特的同平面五向延伸設(shè)計(jì)，使得它在心內(nèi)膜表面任意區(qū)域時(shí)都可以觀察局部區(qū)域的激動(dòng)傳導(dǎo)順序，且理論上只需一次心搏。而循著局部激動(dòng)傳導(dǎo)到達(dá)較早區(qū)域內(nèi)時(shí)，不論P(yáng)entaRay電極五邊形平面覆蓋下是局灶激動(dòng)點(diǎn)還是局部微折返，甚至是局部折返環(huán)的一部分，都可以在電極上記錄到特征性的相對(duì)激動(dòng)順序，從而證實(shí)機(jī)制并定位消融靶點(diǎn)[2-3]。其實(shí)從標(biāo)測(cè)密度來(lái)講，當(dāng)時(shí)(2005年)的標(biāo)測(cè)技術(shù)已經(jīng)可以稱為“高精密度”了，但其只能記錄心房局部而不能觀察整體電活動(dòng)順序是一大局限；在PentaRay電極支持CARTO系統(tǒng)的電磁場(chǎng)定位后，便可用于節(jié)律規(guī)整的房速(局灶、局部折返或大折返機(jī)制)標(biāo)測(cè)了[4]。2016年更是升級(jí)了ConfiDense系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)自動(dòng)標(biāo)測(cè)，并通過(guò)一系列過(guò)濾算法提高每個(gè)采樣點(diǎn)的標(biāo)測(cè)精度，使高精密度標(biāo)測(cè)技術(shù)得以進(jìn)一步發(fā)展。

從嚴(yán)格意義上來(lái)講，環(huán)肺電極并不是作為高精密度標(biāo)測(cè)電極開(kāi)發(fā)的，也不適合承擔(dān)高精密度標(biāo)測(cè)的任務(wù)。雖然極間距較小，也可以用來(lái)快速建模和采集激動(dòng)點(diǎn)，但環(huán)肺電極特殊的形狀和硬度，使其貼近心內(nèi)膜一側(cè)常常將心腔“撐大”而多數(shù)電極仍為非接觸狀態(tài)，所以采集激動(dòng)點(diǎn)時(shí)很難保證貼靠在心內(nèi)膜表面而不過(guò)度頂起局部心腔；可調(diào)節(jié)環(huán)狀半徑的電極算是一種解決方法，可配合局部弧度采取適當(dāng)?shù)碾姌O半徑以盡可能貼靠心內(nèi)膜表面。波士頓科學(xué)公司提供的網(wǎng)籃電極Orion與環(huán)肺電極和PentaRay電極在某些方面相似，網(wǎng)籃本身較小而密布了64個(gè)電極，在貼近心內(nèi)膜局部上可采集大量細(xì)節(jié)信息，配合其Rythmia標(biāo)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)節(jié)律規(guī)整的心動(dòng)過(guò)速可較快建立全心腔內(nèi)激動(dòng)順序圖，并且由于雙極極間距小(2.5 mm)、定位精確，局部細(xì)節(jié)表現(xiàn)清楚，可用于定位激動(dòng)局灶或局部折返[5-6]。但客觀來(lái)說(shuō)，Orion電極有類似于環(huán)肺電極的缺點(diǎn)，實(shí)際用于采集激動(dòng)點(diǎn)的只有貼近心內(nèi)膜局部的電極，而網(wǎng)籃電極本身較硬，電極頭部彎曲點(diǎn)較低，都使得局部取點(diǎn)電極不易到達(dá)心腔內(nèi)較細(xì)小的結(jié)構(gòu)，貼靠力度又容易過(guò)大。

另一類以Array和FIRMap為代表的大網(wǎng)籃電極，記錄到的電位多數(shù)情況下均為接近而不是貼靠所得，雖然不能像貼靠心內(nèi)膜面的電位反映局部某一點(diǎn)的激動(dòng)時(shí)間，卻可以記錄同一瞬間全心腔各部分的電位，類似于“全景攝影”，按時(shí)間推進(jìn)下來(lái)則可得到心腔內(nèi)電信號(hào)傳導(dǎo)的整體順序。這類電極對(duì)于記錄大折返心動(dòng)過(guò)速固然有用，但其最突出的優(yōu)勢(shì)主要在于可通過(guò)較少次數(shù)心搏觀察到全心腔的激動(dòng)順序并掌握其規(guī)律，對(duì)于維持時(shí)間很短、規(guī)律出現(xiàn)時(shí)間很短或不能耐受持續(xù)發(fā)作的心動(dòng)過(guò)速非常有用。尤其對(duì)于局灶及轉(zhuǎn)子在房顫維持機(jī)制中的作用，長(zhǎng)久以來(lái)缺乏有效的證實(shí)手段，而FIRMap電極配合RythmView系統(tǒng)，則可在房顫持續(xù)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)規(guī)律的維持機(jī)制[1]，部分研究中針對(duì)FIRM進(jìn)行消融取得了良好的治療效果[7-8]。除了Topera公司的系統(tǒng)，強(qiáng)生公司新推出的CARTOFINDER系統(tǒng)也具備了類似的局部激動(dòng)分析功能，不過(guò)目前還需要配合其他公司的導(dǎo)管，如波士頓科學(xué)公司的Constellation網(wǎng)籃電極導(dǎo)管[9]。

而像PentaRay電極(極間距2 mm)這樣適于精確標(biāo)測(cè)局部電位細(xì)節(jié)的工具，在特定分析軟件的支持下，也可用于對(duì)房顫維持機(jī)制的研究，在定位優(yōu)勢(shì)頻率(dominant frequency，DF)和復(fù)雜碎裂心房電位(complex fractionated atrial electrograms，CFAEs)并指導(dǎo)消融方面，高精密度標(biāo)測(cè)也提供了遠(yuǎn)較消融大頭更加精準(zhǔn)便利的方式。但較小的頭端面積，也限制了它在房顫FIRM中的作用。但像PentaRay和Orion這樣小極間距的電極，結(jié)合上述判斷是否貼近的如組織貼近指示技術(shù)(TPI)，在判斷心房瘢痕區(qū)域中具有獨(dú)到的作用，較大頭消融電極更具優(yōu)勢(shì)[10]。

3 高精密度標(biāo)測(cè)系統(tǒng)在心室的應(yīng)用

室性心律失常的電生理標(biāo)測(cè)，與心房?jī)?nèi)的情形大不相同。心室內(nèi)尤其是左心室，腱索、乳頭肌、肌小梁等結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)硬的電極易對(duì)心室內(nèi)結(jié)構(gòu)造成損傷。其次，室性心動(dòng)過(guò)速更易引起血流動(dòng)力學(xué)紊亂，程序刺激?？烧T發(fā)心動(dòng)過(guò)速，而患者卻不能耐受心動(dòng)過(guò)速持續(xù)下標(biāo)測(cè)。最后，心室肌相對(duì)于心房肌明顯較厚，心內(nèi)膜電位與外膜電位差異較大，尤其在左心室進(jìn)行三維標(biāo)測(cè)，與心房?jī)?nèi)相對(duì)平面化的激動(dòng)順序標(biāo)測(cè)相比，難度要大得多。

目前，對(duì)于特發(fā)性單一起源點(diǎn)的室性早搏，一般不是非要用到高精密度標(biāo)測(cè)。對(duì)于特發(fā)性室性心動(dòng)過(guò)速，如果是在血流動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定，需要反復(fù)誘發(fā)、終止，可供標(biāo)測(cè)時(shí)間較短的情況下，網(wǎng)籃電極會(huì)是一種更好的解決方案[11]。進(jìn)入三維高精密度標(biāo)測(cè)時(shí)代后，由于計(jì)算機(jī)軟件的不斷更新和硬件速度的急劇增快，現(xiàn)有的一些高精密度標(biāo)測(cè)專用電極均可實(shí)現(xiàn)快速激動(dòng)順序標(biāo)測(cè)，故大型網(wǎng)籃電極在心室的應(yīng)用已基本銷聲匿跡。作為一種快速標(biāo)測(cè)的網(wǎng)籃電極，Orion導(dǎo)管在心室內(nèi)用于標(biāo)測(cè)室速，甚至電風(fēng)暴也有經(jīng)驗(yàn)報(bào)道[5,12]。而目前在心室內(nèi)使用更多的還是PentaRay電極，由于其獨(dú)特的柔軟頭端設(shè)計(jì)，電極可深入各種細(xì)小結(jié)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行標(biāo)測(cè)而不會(huì)損傷心內(nèi)膜結(jié)構(gòu)或與之纏繞。另外，由于高精密度標(biāo)測(cè)電極可記錄局部近場(chǎng)電位，在標(biāo)測(cè)局部異常心室電活動(dòng)(local abnormal ventricular activities，LAVA)時(shí)非常有效[13]。

而在瘢痕相關(guān)室性心律失常中，由于瘢痕區(qū)關(guān)鍵通道的標(biāo)測(cè)以及通道消融術(shù)式的普及，高精密度標(biāo)測(cè)在瘢痕區(qū)精確標(biāo)測(cè)上的作用也受到了充分重視[14]。其中PentaRay電極由于其易到達(dá)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，同時(shí)允許在心外膜標(biāo)測(cè)使用，再加上ConfiDense組件中傳導(dǎo)通路檢測(cè)技術(shù)的輔助，已成為心室瘢痕標(biāo)測(cè)中常用的手段。

4 主要技術(shù)系統(tǒng)比較

在上述各種主流高精密度標(biāo)測(cè)系統(tǒng)中，從標(biāo)測(cè)電極、電生理記錄儀、信號(hào)處理系統(tǒng)到消融導(dǎo)管全套齊備的，只有強(qiáng)生公司的CARTO系統(tǒng)和圣猶達(dá)公司的Ensite系統(tǒng)。相比之下，波士頓科學(xué)公司的Rythmia系統(tǒng)雖有Orion標(biāo)測(cè)導(dǎo)管，卻缺乏消融導(dǎo)管，而Topera(雅培公司)則專精于FIRM的標(biāo)測(cè)，此兩種系統(tǒng)均需要其他廠家設(shè)備的支持。行業(yè)占有率最大的強(qiáng)生公司的自有產(chǎn)品雖然完備，但是并不開(kāi)放對(duì)其他公司產(chǎn)品的兼容，使用靈活性受到一定限制，但CARTO Finder模塊特別對(duì)FIRMap電極和Constellation電極開(kāi)放，似乎也間接佐證了FIRM標(biāo)測(cè)在目前房顫治療領(lǐng)域的重要程度。除CARTO外的其他系統(tǒng)，均兼容不同廠商的各種電極，使用靈活性更高一些。

在信號(hào)處理分析功能上，CARTO、Ensite和Rythmia系統(tǒng)目前都支持自動(dòng)建模和連續(xù)自動(dòng)標(biāo)測(cè)功能(Ensite目前在國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品仍需手動(dòng)取點(diǎn))，均可快速建立解剖和電激動(dòng)模型。在實(shí)際使用中，Rythmia系統(tǒng)的運(yùn)算似乎較CARTO系統(tǒng)(ConfiDense)稍耗時(shí)間，需在同一位置多等待1～2 s。另外，CARTO系統(tǒng)在加入了ConfiDense模塊后，增加了許多自動(dòng)濾點(diǎn)功能，可以通過(guò)組織貼近穩(wěn)定性、呼吸門控穩(wěn)定性、周長(zhǎng)穩(wěn)定性、LAT穩(wěn)定性、波前校點(diǎn)等一系列算法的設(shè)定，只留取最嚴(yán)格符合各項(xiàng)算法的采樣點(diǎn)，而且由于取點(diǎn)速度很快，即使算法舍棄了大多數(shù)的采樣點(diǎn)仍能快速地實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)標(biāo)測(cè)。

在電極導(dǎo)管的差異上，環(huán)肺電極導(dǎo)管不論彎度是否可調(diào)，都是針對(duì)心房和肺靜脈設(shè)計(jì)的，用于高精密度標(biāo)測(cè)存在先天缺陷：一方面，貼近心內(nèi)膜面的一側(cè)易產(chǎn)生過(guò)大壓力而使解剖模型突出；另一方面，其構(gòu)型不適用于心室和心外膜標(biāo)測(cè)。Orion網(wǎng)籃電極導(dǎo)管也是以在肺靜脈使用為前提設(shè)計(jì)的，但相對(duì)光滑完整的外形使其可安全用于心室標(biāo)測(cè)[11]，用網(wǎng)籃側(cè)面對(duì)心內(nèi)膜貼近標(biāo)測(cè)時(shí)也不至于產(chǎn)生過(guò)大的壓力，但其外形也決定了它無(wú)法到達(dá)細(xì)小結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的心室內(nèi)標(biāo)測(cè)的效果接近于非接觸標(biāo)測(cè)。相對(duì)而言，PentaRay電極導(dǎo)管則是專為標(biāo)測(cè)房速、室速等機(jī)制更加復(fù)雜的心律失常設(shè)計(jì)的，雖然在肺靜脈內(nèi)不如環(huán)肺電極和網(wǎng)籃電極那樣直接，但對(duì)于精細(xì)結(jié)構(gòu)如心耳、冠狀竇內(nèi)、心室乳頭肌以及突起的嵴狀結(jié)構(gòu)等均易實(shí)現(xiàn)良好貼近，也可用于心外膜電位的標(biāo)測(cè)[15]，而這些部位恰恰常是復(fù)雜心律失常所需要精細(xì)標(biāo)測(cè)的部位，所以與上述電極相比，PentaRay電極(尤其是與ConfiDense模塊組合使用)似乎更適合于特殊部位的疑難病例的標(biāo)測(cè)。

5 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)與展望

在三維標(biāo)測(cè)技術(shù)出現(xiàn)前，主要依靠導(dǎo)管本身的曲度和術(shù)者的操控來(lái)到達(dá)需要標(biāo)測(cè)的部位，即使有再多導(dǎo)管、再多電極，通常也很難一觀心內(nèi)膜激動(dòng)的全貌，更多只能由X線影像與心內(nèi)電圖結(jié)合推斷，常常還需要結(jié)合不同部位的各種程序刺激才能鑒別，無(wú)異于管中窺豹。而現(xiàn)如今，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異的發(fā)展，有了精確的空間感應(yīng)定位技術(shù)和復(fù)雜的濾波、濾點(diǎn)算法，術(shù)者可以越來(lái)越方便迅捷地完成整個(gè)心腔甚至心外膜的全面標(biāo)測(cè)，而甚少依賴X線定位。更重要的是，由于定位的精確、電極自身和極間距的不斷縮小，三維標(biāo)測(cè)能觀察到越來(lái)越接近電生理機(jī)制的真實(shí)情況，甚至常常無(wú)需程序刺激鑒別。這是技術(shù)革命帶來(lái)下游技術(shù)飛躍的典型案例，而且隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和導(dǎo)管制造工藝的飛速發(fā)展，在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，更加迅捷精確的高精密度標(biāo)測(cè)系統(tǒng)將不斷推陳出新，最新的PentaRay+ConfiDense組合、Orion+Rythmia組合就是例證。近年來(lái)，關(guān)于房顫維持機(jī)制、瘢痕相關(guān)室速折返機(jī)制、房室結(jié)雙徑路的空間分布特點(diǎn)等的理論不斷更新，也是在這些新的軟硬件技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上才得以完成，所以高精密度標(biāo)測(cè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，也必將為心臟電生理研究的不斷深入提供更為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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The development of high-density mapping technique

Chen Er-dong, Zhou Jing

(Department of Cardiology, Peking University First Hospital, Beijing 100034, China)

High-density mapping is a new technique coming out in recent years, which is based on three-dimensional electroanatomical mapping and multielectrode mapping. It is faster and more effective in diagnosing and treating arrhythmias including atrial fibrillation, atrial tachycardia and ventricular tachycardia than the previous techniques. Meanwhile, this technique also provides a new perspective of understanding the electrophysiological mechanism of these arrhythmias. This review intends to briefly introduce the present situation and future development of high-density mapping technique.

high-density mapping; multielectrode mapping; catheter ablation

100034 北京，北京大學(xué)第一醫(yī)院心內(nèi)科

陳爾冬，主治醫(yī)師，主要從事心電生理和心臟起搏研究。

周菁，E-mail：zhoujing123@yahoo.com

10.13308/j.issn.2095-9354.2017.03.015

2017-04-10) (本文編輯：李政萍)

R540.4

A

2095-9354(2017)03-0218-04