陳爾冬 綜述 周菁 審校

高精密度標(biāo)測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

陳爾冬 綜述 周菁 審校

高精密度標(biāo)測技術(shù)是近年來在三維電解剖標(biāo)測和多電極標(biāo)測技術(shù)的基礎(chǔ)上出現(xiàn)的一種新技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)對心房顫動、房性心動過速、室性心動過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，同時也為認(rèn)識這些心律失常的電生理機(jī)制提供了新的視角。本文旨在簡要介紹高精密度標(biāo)測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及展望。

高精密度標(biāo)測；多電極標(biāo)測；導(dǎo)管消融

高精密度標(biāo)測(high-density mapping)技術(shù)是隨著三維電解剖標(biāo)測(electroanatomical mapping，EAM)技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一個概念。這一技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)在于，在盡可能短的時間內(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)測系統(tǒng)精確度的不斷提高，其次是多電極標(biāo)測(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)時自動化標(biāo)測算法。目前已有數(shù)種專門用于快速高精密度標(biāo)測的技術(shù)解決方案進(jìn)入市場，為認(rèn)識心內(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)測系統(tǒng)

目前已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的高精密度標(biāo)測系統(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、電場雙重定位，用于高精密度標(biāo)測的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)測導(dǎo)管，在高精密度標(biāo)測技術(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，對局部近場信號標(biāo)測精確。去年上市的ConfiDense軟件系統(tǒng)，在三維空間定位的基礎(chǔ)上增加了多套過濾算法，包括可實(shí)時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)，使用單極信號最大下降斜率記錄精確時間的波前(wavefront)校點(diǎn)技術(shù)，以及導(dǎo)管穩(wěn)定性、呼吸門控穩(wěn)定性、周長穩(wěn)定性、局部激動時間(LAT)穩(wěn)定性濾波算法，最終實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動標(biāo)測功能，在短時間內(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)測電極，電極內(nèi)部為一球囊，在心腔內(nèi)打開，可以同步記錄64個非接觸電極的電信號，結(jié)合該公司的Ensite系統(tǒng)進(jìn)行空間定位，可在極短時間內(nèi)記錄心內(nèi)膜整體的電激動順序。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，無球囊)，同樣為64極非接觸標(biāo)測電極導(dǎo)管，在其RythmView系統(tǒng)獨(dú)特的房顫轉(zhuǎn)子(rotor)標(biāo)測算法下，可對“轉(zhuǎn)子學(xué)說”中提到的房顫維持機(jī)制進(jìn)行標(biāo)測定位，并由此帶來了以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)測電極本身體積很小，在心腔內(nèi)移動方便，與PentaRay電極類似，可以實(shí)現(xiàn)快速三維激動標(biāo)測的功能。同時，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)測系統(tǒng)在心房的應(yīng)用

高精密度標(biāo)測在心房中最受關(guān)注的應(yīng)用就是對局灶激動點(diǎn)和局部折返的標(biāo)測。在沒有三維標(biāo)測系統(tǒng)支持的年代，PentaRay電極最早就是用于標(biāo)測房速，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)域時都可以觀察局部區(qū)域的激動傳導(dǎo)順序，且理論上只需一次心搏。而循著局部激動傳導(dǎo)到達(dá)較早區(qū)域內(nèi)時，不論P(yáng)entaRay電極五邊形平面覆蓋下是局灶激動點(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激動順序，從而證實(shí)機(jī)制并定位消融靶點(diǎn)[2-3]。其實(shí)從標(biāo)測密度來講，當(dāng)時(2005年)的標(biāo)測技術(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順序是一大局限；在PentaRay電極支持CARTO系統(tǒng)的電磁場定位后，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)測了[4]。2016年更是升級了ConfiDense系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)自動標(biāo)測，并通過一系列過濾算法提高每個采樣點(diǎn)的標(biāo)測精度，使高精密度標(biāo)測技術(shù)得以進(jìn)一步發(fā)展。

從嚴(yán)格意義上來講，環(huán)肺電極并不是作為高精密度標(biāo)測電極開發(fā)的，也不適合承擔(dān)高精密度標(biāo)測的任務(wù)。雖然極間距較小，也可以用來快速建模和采集激動點(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)，所以采集激動點(diǎn)時很難保證貼靠在心內(nèi)膜表面而不過度頂起局部心腔；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)測系統(tǒng)，對節(jié)律規(guī)整的心動過速可較快建立全心腔內(nèi)激動順序圖，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，可用于定位激動局灶或局部折返[5-6]。但客觀來說，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)的激動時間，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”，按時間推進(jìn)下來則可得到心腔內(nèi)電信號傳導(dǎo)的整體順序。這類電極對于記錄大折返心動過速固然有用，但其最突出的優(yōu)勢主要在于可通過較少次數(shù)心搏觀察到全心腔的激動順序并掌握其規(guī)律，對于維持時間很短、規(guī)律出現(xiàn)時間很短或不能耐受持續(xù)發(fā)作的心動過速非常有用。尤其對于局灶及轉(zhuǎn)子在房顫維持機(jī)制中的作用，長久以來缺乏有效的證實(shí)手段，而FIRMap電極配合RythmView系統(tǒng)，則可在房顫持續(xù)過程中發(fā)現(xiàn)規(guī)律的維持機(jī)制[1]，部分研究中針對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分析功能，不過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，也可用于對房顫維持機(jī)制的研究，在定位優(yōu)勢頻率(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[10]。

3 高精密度標(biāo)測系統(tǒng)在心室的應(yīng)用

室性心律失常的電生理標(biāo)測，與心房內(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)硬的電極易對心室內(nèi)結(jié)構(gòu)造成損傷。其次，室性心動過速更易引起血流動力學(xué)紊亂，程序刺激?？烧T發(fā)心動過速，而患者卻不能耐受心動過速持續(xù)下標(biāo)測。最后，心室肌相對于心房肌明顯較厚，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，與心房內(nèi)相對平面化的激動順序標(biāo)測相比，難度要大得多。

目前，對于特發(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。對于特發(fā)性室性心動過速，如果是在血流動力學(xué)不穩(wěn)定，需要反復(fù)誘發(fā)、終止，可供標(biāo)測時間較短的情況下，網(wǎng)籃電極會是一種更好的解決方案[11]。進(jìn)入三維高精密度標(biāo)測時代后，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)測專用電極均可實(shí)現(xiàn)快速激動順序標(biāo)測，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)測的網(wǎng)籃電極，Orion導(dǎo)管在心室內(nèi)用于標(biāo)測室速，甚至電風(fēng)暴也有經(jīng)驗(yàn)報道[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)測而不會損傷心內(nèi)膜結(jié)構(gòu)或與之纏繞。另外，由于高精密度標(biāo)測電極可記錄局部近場電位，在標(biāo)測局部異常心室電活動(local abnormal ventricular activities，LAVA)時非常有效[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)測以及通道消融術(shù)式的普及，高精密度標(biāo)測在瘢痕區(qū)精確標(biāo)測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)，同時允許在心外膜標(biāo)測使用，再加上ConfiDense組件中傳導(dǎo)通路檢測技術(shù)的輔助，已成為心室瘢痕標(biāo)測中常用的手段。

4 主要技術(shù)系統(tǒng)比較

在上述各種主流高精密度標(biāo)測系統(tǒng)中，從標(biāo)測電極、電生理記錄儀、信號處理系統(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，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，但是并不開放對其他公司產(chǎn)品的兼容，使用靈活性受到一定限制，但CARTO Finder模塊特別對FIRMap電極和Constellation電極開放，似乎也間接佐證了FIRM標(biāo)測在目前房顫治療領(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。

在信號處理分析功能上，CARTO、Ensite和Rythmia系統(tǒng)目前都支持自動建模和連續(xù)自動標(biāo)測功能(Ensite目前在國內(nèi)的產(chǎn)品仍需手動取點(diǎn))，均可快速建立解剖和電激動模型。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，增加了許多自動濾點(diǎn)功能，可以通過組織貼近穩(wěn)定性、呼吸門控穩(wěn)定性、周長穩(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)自動標(biāo)測。

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)，都是針對心房和肺靜脈設(shè)計(jì)的，用于高精密度標(biāo)測存在先天缺陷：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。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，但相對光滑完整的外形使其可安全用于心室標(biāo)測[11]，用網(wǎng)籃側(cè)面對心內(nèi)膜貼近標(biāo)測時也不至于產(chǎn)生過大的壓力，但其外形也決定了它無法到達(dá)細(xì)小結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的心室內(nèi)標(biāo)測的效果接近于非接觸標(biāo)測。相對而言，PentaRay電極導(dǎo)管則是專為標(biāo)測房速、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[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。

5 技術(shù)發(fā)展趨勢與展望

在三維標(biāo)測技術(shù)出現(xiàn)前，主要依靠導(dǎo)管本身的曲度和術(shù)者的操控來到達(dá)需要標(biāo)測的部位，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)者可以越來越方便迅捷地完成整個心腔甚至心外膜的全面標(biāo)測，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)測能觀察到越來越接近電生理機(jī)制的真實(shí)情況，甚至常常無需程序刺激鑒別。這是技術(shù)革命帶來下游技術(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)見的未來，更加迅捷精確的高精密度標(biāo)測系統(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，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