一種自動優(yōu)化實現(xiàn)雙室再同步的雙腔起搏系統(tǒng)?

趙璐露 趙玲 華寶桐 何忠榮 代榮俗 丁旭萌 蒲里津

1 三腔起搏系統(tǒng)治療心力衰竭存在的問題

慢性充血性心力衰竭(CHF)是各種心血管疾病的嚴重階段及終末期表現(xiàn),具有較高患病率和病死率,5年病死率高達30%～50%,治療困難[1]。CHF患者常合并心內(nèi)電活動的傳導異常,導致房室、室間和/或室內(nèi)運動不同步[2],尤其伴完全性左束支傳導阻滯(LBBB),表現(xiàn)為左、右室間收縮不同步,導致有效心排量減少[3]。目前在傳統(tǒng)右房、右室雙腔起搏基礎(chǔ)上增加左室起搏的三腔起搏系統(tǒng)進行心臟再同步化治療(CRT)CHF取得了確切的療效,但仍有約30%的患者對CRT無應答[4]。

應用三腔起搏器實現(xiàn)CRT,為保證100%雙室起搏 ,設置短而固定的房室間期(AVI),廢棄了房室結(jié)生理性房室延遲功能[5],過短的AVI可導致二尖瓣和三尖瓣返流、減少心排出量、惡化血流動力學,且右室起搏非生理性,激動經(jīng)心肌緩慢非均勻逆希-浦系傳導,有違于激動傳導的生理性,可導致心室結(jié)構(gòu)及功能的損害,如果雙室再同步帶來的獲益不能抵消這些損害,將可能導致CRT無應答[6]。右室電極植入干擾了三尖瓣的閉合而發(fā)生三尖瓣返流,導致心功能惡化,且植入右室電極增加了患者及術(shù)者暴露在X射線下的時間及手術(shù)難度。三腔起搏器為實現(xiàn)CRT要求100%雙室起搏,較為耗電,壽命較雙腔起搏器短,其價格遠超過雙腔起搏器的2倍以上,顯著增加治療CHF的費用,尤其在經(jīng)濟欠發(fā)達的國家及地區(qū) ,很多患者常因經(jīng)濟原因不得不放棄昂貴的三腔起搏器治療[7－8]。

通常伴有完全性LBBB的CHF患者,房室結(jié)及右側(cè)希-浦系統(tǒng)傳導正常,右室無需起搏[9－10],提示應用雙腔起搏器單左室起搏與從右側(cè)希-浦系下傳的自身激動形成融合波即可實現(xiàn)雙心室再同步治療[11]。前期研究已應用雙腔或三腔起搏器單左室起搏通過頻率適應性房室延遲功能與從右束支下傳的自身激動融合實現(xiàn)CRT,結(jié)果顯示,其治療效果并不劣于三腔起搏系統(tǒng)標準雙心室起搏[12－13],國外也有多個研究證實了單左室起搏的有效性[14－15],因此 ,研發(fā)一種實現(xiàn)CRT的雙腔起搏系統(tǒng)以代替目前的三腔起搏系統(tǒng),對減少患者及醫(yī)保的經(jīng)濟負擔,節(jié)約有限的醫(yī)療資源及向經(jīng)濟欠發(fā)達的發(fā)展中國家推廣具有重要意義[16]。

2 自動優(yōu)化實現(xiàn)雙室再同步的雙腔起搏系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)組成

自動優(yōu)化實現(xiàn)雙室再同步的雙腔起搏系統(tǒng),由硬件及軟件兩個系統(tǒng)組成,其中硬件系統(tǒng)包括目前任一公司的雙腔起搏器脈沖發(fā)生器及右房電極、左室電極。雙腔起搏系統(tǒng)的建立是在雙腔起搏脈沖發(fā)生器的右室插孔插入左室電極,定位于靶靜脈,右房電極定位于右心耳。基于雙腔起搏器工作程序及軟件基礎(chǔ)上加載心房-心房(AS-AS)間期推導RA-LV間期的工作程序及其相關(guān)電子線路。

2.2 起搏系統(tǒng)程控優(yōu)化

2.2.1基于AS-AS間期推導RA-LV間期的算法 通過心房電極感知心房波,當頻率每變化一檔(5次/分),即AS-AS間期變化一檔(77 ms),如:當心率為60次/分時,AS-AS間期為1 000 ms,而當心率為65次/分時,AS-AS間期變化為923 ms,即當心房率每變化5次/分(AS-AS間期變化77 ms),本課題組前期研究結(jié)果提示右房感知-左室感知(RASLVS)間期為(300±41)ms,因此起搏器程序?qū)⒆詣友娱LAVI至400 ms,足以保證心室電極發(fā)生心室感知(VS),測定AS-AS及RAS-LVS間期,即為該A-A間期時所對應的RA-LV間期,直至上限跟蹤頻率(ULR)為130次/分時的間期(默認值為460 ms)及下限頻率(LLR)為60次/分時的間期(默認值為1000 ms),共計采集15個點,建立由AS-AS間期推導RA-LV間期的回歸方程:

RA(n)-LV(n)間期＝a＋b[AS(n-1)-AS(n)]間期

其中a為常數(shù)項,b為標準化偏回歸系數(shù) ,n≥2;即可通過該方程自動計算當A-A間期變化時所對應的RA-LV間期。該系統(tǒng)AS-AS及RAS-LVS間期采集及編程默認每24 h啟動一次,即由AS-AS間期推導RA-LV間期的算法默認每24 h優(yōu)化一次,也可個體化設置優(yōu)化間隔。

2.2.2優(yōu)化左室優(yōu)先系數(shù)ε左室優(yōu)先系數(shù)ε定義為左室激動優(yōu)先于右室激動的程度[17],即優(yōu)化的AVI與RA-LV間期的比值(ε＝優(yōu)化的AVI/RA-LV間期)。本研究前期研究納入符合CRT指南Ⅰ類/A適應證的11例患者植入帶頻率適應性房室延遲(RAAVD)功能的雙腔起搏器,基于RASLVS間期優(yōu)化AVI實現(xiàn)CRT,研究結(jié)果提示AS-VS(RASLVS)間期為(300±41)ms;優(yōu)化的 AVI為(151±18)ms;ε為0.55±0.09(資料待發(fā)表)?；谀壳叭黄鸩鱒-V間期優(yōu)化每10 ms一檔,在該自動優(yōu)化實現(xiàn)雙室再同步的雙腔起搏系統(tǒng)中,ε取0.03一檔較為合適,ε默認為0.55,默認0.03為一檔,可根據(jù)經(jīng)驗值設置左室優(yōu)先系數(shù)ε,也可個體化優(yōu)化以獲得優(yōu)化的ε:延長AVD至腔內(nèi)圖顯示VS時,測定AS-VS間期,即該AS-AS間期所對應的RA-LV間期,進行心臟超聲優(yōu)化,以默認值0.55為基線,每0.03一檔雙向滴定ε,至主動脈瓣血流速度時間積分(AV-VTI)及左室射血分數(shù)(LVEF值)最大,二尖瓣返流面積(MRA)最小時的ε為優(yōu)化的ε,程控入起搏器(圖1)。

圖1 一例植入Medtronic Relia RED01雙腔起搏器患者的間期優(yōu)化

2.2.3基于RA-LV間期優(yōu)化起搏器AVI的算法 通過由AS-AS間期推導RA-LV間期的回歸方程:

RA(n)-LV(n)間期＝a＋b[AS(n－1)-AS(n)]間期,

根據(jù)優(yōu)化的ε(默認值0.55),則可自動計算出基于該RA-LV間期的最佳AVI,即AVI(n)＝RA(n)-LV(n)間期×ε,共計15個RA-LV間期對應的最佳AVD。

3 雙腔心臟再同步化治療起搏(CRT-P)系統(tǒng)基于RA-LV間期優(yōu)化AVI實現(xiàn)CRT流程

① 通過心房電極感知心房(A)波,以下限頻率(LLR)間期(默認值為1 000 ms)為起點,當頻率每變化一檔(5次/分),即AS-AS間期變化一檔(77 ms)(S101)。

② 起搏器程序自動延長AVI至400 ms(S102)。

③心室電極發(fā)生心室感知(VS),測定AS-AS及AS-VS[即右房感知-左室感知(RAS-LVS)]間期(S103),即為該AA間期時所對應的RA-LV間期,直至上限跟蹤頻率(ULR)間期(默認值為460 ms,即130 ppm),共計采集15個點。

④建立由AS-AS間期推導RA-LV間期的算法:RA(n)-LV(n)間期＝a＋b[AS(n－1)-AS(n)]間期(其中a為常數(shù)項,b為標準化偏回歸系數(shù),n≥2);即可通過該方程自動計算當A-A間期變化時所對應的RA-LV間期(S104)。

⑤基于RAS-LVS間期自動優(yōu)化AVI實現(xiàn)CRT的雙腔CRT-P及程控系統(tǒng)默認左室優(yōu)先系數(shù)ε為0.55(S105),并默認0.03為一檔。

⑥系統(tǒng)植入后也可根據(jù)經(jīng)驗值設置左室優(yōu)先系數(shù)ε,如果需要,也可個體化優(yōu)化以獲得優(yōu)化的ε(S106)。

⑦延長AVI至腔內(nèi)圖顯示VS(S107)。

⑧測定AS-VS間期(S108),即該AS-AS間期所對應的RA-LV間期。

⑨ 進行心臟超聲優(yōu)化,以默認值0.55為基線,每0.03一檔雙向滴定ε(S109)。

⑩當優(yōu)化到主動脈瓣血流速度時間積分(AV-VTI)及左室射血分數(shù)(LVEF值)最大,二尖瓣返流面積(MRA)最小時的ε為優(yōu)化的ε,程控入起搏器(S110)。由AS-AS間期推導RA-LV間期的回歸方程:RA(n)-LV(n)間期＝a＋b[AS(n－1)-AS(n)]間期,根據(jù)優(yōu)化的ε(默認值0.55),則可自動計算出基于該RA-LV間期的最佳AVI,即AVI(n)＝RA(n)-LV(n)間期×ε(S111),共計15個RA-LV間期對應的最佳AVI。雙腔CRT-P系統(tǒng)基于RA-LV間期自動優(yōu)化AVI實現(xiàn)CRT的算法可歸納為圖2。

圖2 雙腔CRT-P系統(tǒng)基于RA-LV間期優(yōu)化AVI實現(xiàn)CRT流程圖

4 應用前景

以該自動優(yōu)化實現(xiàn)雙室再同步的雙腔CRT-P系統(tǒng)代替目前的三腔CRT-P系統(tǒng),避免了植入右室電極導致的三尖瓣返流,保留了房室結(jié)生理性房室延遲并恢復了右室生理性激動順序,可實現(xiàn)生理性CRT并可降低治療費用,節(jié)約了有限的醫(yī)療資源,對向經(jīng)濟欠發(fā)達的地區(qū)推廣,具有重要意義及應用前景。