高精密度标测技术的发展现状与趋势

陈尔冬 综述 周菁 审校

高精密度标测技术的发展现状与趋势

陈尔冬 综述 周菁 审校

高精密度标测技术是近年来在三维电解剖标测和多电极标测技术的基础上出现的一种新技术。这项技术对心房颤动、房性心动过速、室性心动过速等心律失常的诊断和治疗，较既往的技术更加迅捷有效，同时也为认识这些心律失常的电生理机制提供了新的视角。本文旨在简要介绍高精密度标测技术的发展现状及展望。

高精密度标测；多电极标测；导管消融

高精密度标测(high-density mapping)技术是随着三维电解剖标测(electroanatomical mapping，EAM)技术的发展而出现的一个概念。这一技术的出发点在于，在尽可能短的时间内获取尽可能多的心内(外)膜电解剖信息，以精确描述各种心律失常的激动传导顺序。这一技术的出现，首先得益于三维电解剖标测系统精确度的不断提高，其次是多电极标测(multielectrode mapping，MEM)导管的逐步发展。以上两项技术使得获取大量精确定位的局部电信号成为可能。由此产生的大量信息曾经完全依靠人工校准，而借助近年来迅速发展的计算机技术，已能够实现更加复杂的实时自动化标测算法。目前已有数种专门用于快速高精密度标测的技术解决方案进入市场，为认识心内电生理机制提供了全新视角。

1 现有的主要高精密度标测系统

目前已实现商业化的高精密度标测系统主要有强生公司的CARTO系统、圣犹达公司的Ensite系统和波士顿科学公司的Rythmia系统。虽然需要大量的软件程序支持，也需要随着对电生理机制理解的深入不断更新算法，但归根结底，高精密度标测技术发展的限速环节仍然是MEM导管工艺技术的进步。以下提到的各种商业化高精密度标测系统，都是围绕其各自独特的MEM导管而设计的。

强生公司的CARTO系统采用磁场、电场双重定位，用于高精密度标测的MEM电极主要有单环状电极Lasso NAV、双环状电极Lasso NAV Duo Loop和爪状电极PentaRay。其中PentaRay电极为5条柔软的四极导管(2-6-2 mm极间距)集成的20极标测导管，在高精密度标测技术中更常用。它的特点为电极柔软，可达细小部位，主要依赖小极间距的双极标测，对局部近场信号标测精确。去年上市的ConfiDense软件系统，在三维空间定位的基础上增加了多套过滤算法，包括可实时判断电极是否贴近心内膜表面的组织贴近指示技术(tissue proximity indication，TPI)，使用单极信号最大下降斜率记录精确时间的波前(wavefront)校点技术，以及导管稳定性、呼吸门控稳定性、周长稳定性、局部激动时间(LAT)稳定性滤波算法，最终实现连续自动标测功能，在短时间内获得大量的精确电解剖信息。

圣犹达公司的Array电极是一种64极非接触标测电极，电极内部为一球囊，在心腔内打开，可以同步记录64个非接触电极的电信号，结合该公司的Ensite系统进行空间定位，可在极短时间内记录心内膜整体的电激动顺序。与强生公司类似，圣犹达公司也有自己的环肺电极导管Optima和AFocus HD Ⅱ双环导管。

类似的系统还有雅培公司旗下Topera推出的FIRMap电极(网篮电极，无球囊)，同样为64极非接触标测电极导管，在其RythmView系统独特的房颤转子(rotor)标测算法下，可对“转子学说”中提到的房颤维持机制进行标测定位，并由此带来了以FIRM(focal impulse and rotor modulation)为靶点的房颤消融术式[1]。

波士顿科学公司也在其Rythmia三维标测系统的基础上，推出了一款64极网篮电极导管IntellaMap Orion(意为“半人马座”)。与上两款不同的是，Orion标测电极本身体积很小，在心腔内移动方便，与PentaRay电极类似，可以实现快速三维激动标测的功能。同时，波士顿科学公司也有一款较大尺寸的网篮电极导管Constellation(意为“星座”)。

2 高精密度标测系统在心房的应用

高精密度标测在心房中最受关注的应用就是对局灶激动点和局部折返的标测。在没有三维标测系统支持的年代，PentaRay电极最早就是用于标测房速，由于独特的同平面五向延伸设计，使得它在心内膜表面任意区域时都可以观察局部区域的激动传导顺序，且理论上只需一次心搏。而循着局部激动传导到达较早区域内时，不论PentaRay电极五边形平面覆盖下是局灶激动点还是局部微折返，甚至是局部折返环的一部分，都可以在电极上记录到特征性的相对激动顺序，从而证实机制并定位消融靶点[2-3]。其实从标测密度来讲，当时(2005年)的标测技术已经可以称为“高精密度”了，但其只能记录心房局部而不能观察整体电活动顺序是一大局限；在PentaRay电极支持CARTO系统的电磁场定位后，便可用于节律规整的房速(局灶、局部折返或大折返机制)标测了[4]。2016年更是升级了ConfiDense系统，实现了连续自动标测，并通过一系列过滤算法提高每个采样点的标测精度，使高精密度标测技术得以进一步发展。

从严格意义上来讲，环肺电极并不是作为高精密度标测电极开发的，也不适合承担高精密度标测的任务。虽然极间距较小，也可以用来快速建模和采集激动点，但环肺电极特殊的形状和硬度，使其贴近心内膜一侧常常将心腔“撑大”而多数电极仍为非接触状态，所以采集激动点时很难保证贴靠在心内膜表面而不过度顶起局部心腔；可调节环状半径的电极算是一种解决方法，可配合局部弧度采取适当的电极半径以尽可能贴靠心内膜表面。波士顿科学公司提供的网篮电极Orion与环肺电极和PentaRay电极在某些方面相似，网篮本身较小而密布了64个电极，在贴近心内膜局部上可采集大量细节信息，配合其Rythmia标测系统，对节律规整的心动过速可较快建立全心腔内激动顺序图，并且由于双极极间距小(2.5 mm)、定位精确，局部细节表现清楚，可用于定位激动局灶或局部折返[5-6]。但客观来说，Orion电极有类似于环肺电极的缺点，实际用于采集激动点的只有贴近心内膜局部的电极，而网篮电极本身较硬，电极头部弯曲点较低，都使得局部取点电极不易到达心腔内较细小的结构，贴靠力度又容易过大。

另一类以Array和FIRMap为代表的大网篮电极，记录到的电位多数情况下均为接近而不是贴靠所得，虽然不能像贴靠心内膜面的电位反映局部某一点的激动时间，却可以记录同一瞬间全心腔各部分的电位，类似于“全景摄影”，按时间推进下来则可得到心腔内电信号传导的整体顺序。这类电极对于记录大折返心动过速固然有用，但其最突出的优势主要在于可通过较少次数心搏观察到全心腔的激动顺序并掌握其规律，对于维持时间很短、规律出现时间很短或不能耐受持续发作的心动过速非常有用。尤其对于局灶及转子在房颤维持机制中的作用，长久以来缺乏有效的证实手段，而FIRMap电极配合RythmView系统，则可在房颤持续过程中发现规律的维持机制[1]，部分研究中针对FIRM进行消融取得了良好的治疗效果[7-8]。除了Topera公司的系统，强生公司新推出的CARTOFINDER系统也具备了类似的局部激动分析功能，不过目前还需要配合其他公司的导管，如波士顿科学公司的Constellation网篮电极导管[9]。

而像PentaRay电极(极间距2 mm)这样适于精确标测局部电位细节的工具，在特定分析软件的支持下，也可用于对房颤维持机制的研究，在定位优势频率(dominant frequency，DF)和复杂碎裂心房电位(complex fractionated atrial electrograms，CFAEs)并指导消融方面，高精密度标测也提供了远较消融大头更加精准便利的方式。但较小的头端面积，也限制了它在房颤FIRM中的作用。但像PentaRay和Orion这样小极间距的电极，结合上述判断是否贴近的如组织贴近指示技术(TPI)，在判断心房瘢痕区域中具有独到的作用，较大头消融电极更具优势[10]。

3 高精密度标测系统在心室的应用

室性心律失常的电生理标测，与心房内的情形大不相同。心室内尤其是左心室，腱索、乳头肌、肌小梁等结构复杂，质硬的电极易对心室内结构造成损伤。其次，室性心动过速更易引起血流动力学紊乱，程序刺激常可诱发心动过速，而患者却不能耐受心动过速持续下标测。最后，心室肌相对于心房肌明显较厚，心内膜电位与外膜电位差异较大，尤其在左心室进行三维标测，与心房内相对平面化的激动顺序标测相比，难度要大得多。

目前，对于特发性单一起源点的室性早搏，一般不是非要用到高精密度标测。对于特发性室性心动过速，如果是在血流动力学不稳定，需要反复诱发、终止，可供标测时间较短的情况下，网篮电极会是一种更好的解决方案[11]。进入三维高精密度标测时代后，由于计算机软件的不断更新和硬件速度的急剧增快，现有的一些高精密度标测专用电极均可实现快速激动顺序标测，故大型网篮电极在心室的应用已基本销声匿迹。作为一种快速标测的网篮电极，Orion导管在心室内用于标测室速，甚至电风暴也有经验报道[5,12]。而目前在心室内使用更多的还是PentaRay电极，由于其独特的柔软头端设计，电极可深入各种细小结构内进行标测而不会损伤心内膜结构或与之缠绕。另外，由于高精密度标测电极可记录局部近场电位，在标测局部异常心室电活动(local abnormal ventricular activities，LAVA)时非常有效[13]。

而在瘢痕相关室性心律失常中，由于瘢痕区关键通道的标测以及通道消融术式的普及，高精密度标测在瘢痕区精确标测上的作用也受到了充分重视[14]。其中PentaRay电极由于其易到达的结构特点，同时允许在心外膜标测使用，再加上ConfiDense组件中传导通路检测技术的辅助，已成为心室瘢痕标测中常用的手段。

4 主要技术系统比较

在上述各种主流高精密度标测系统中，从标测电极、电生理记录仪、信号处理系统到消融导管全套齐备的，只有强生公司的CARTO系统和圣犹达公司的Ensite系统。相比之下，波士顿科学公司的Rythmia系统虽有Orion标测导管，却缺乏消融导管，而Topera(雅培公司)则专精于FIRM的标测，此两种系统均需要其他厂家设备的支持。行业占有率最大的强生公司的自有产品虽然完备，但是并不开放对其他公司产品的兼容，使用灵活性受到一定限制，但CARTO Finder模块特别对FIRMap电极和Constellation电极开放，似乎也间接佐证了FIRM标测在目前房颤治疗领域的重要程度。除CARTO外的其他系统，均兼容不同厂商的各种电极，使用灵活性更高一些。

在信号处理分析功能上，CARTO、Ensite和Rythmia系统目前都支持自动建模和连续自动标测功能(Ensite目前在国内的产品仍需手动取点)，均可快速建立解剖和电激动模型。在实际使用中，Rythmia系统的运算似乎较CARTO系统(ConfiDense)稍耗时间，需在同一位置多等待1～2 s。另外，CARTO系统在加入了ConfiDense模块后，增加了许多自动滤点功能，可以通过组织贴近稳定性、呼吸门控稳定性、周长稳定性、LAT稳定性、波前校点等一系列算法的设定，只留取最严格符合各项算法的采样点，而且由于取点速度很快，即使算法舍弃了大多数的采样点仍能快速地实现连续自动标测。

在电极导管的差异上，环肺电极导管不论弯度是否可调，都是针对心房和肺静脉设计的，用于高精密度标测存在先天缺陷：一方面，贴近心内膜面的一侧易产生过大压力而使解剖模型突出；另一方面，其构型不适用于心室和心外膜标测。Orion网篮电极导管也是以在肺静脉使用为前提设计的，但相对光滑完整的外形使其可安全用于心室标测[11]，用网篮侧面对心内膜贴近标测时也不至于产生过大的压力，但其外形也决定了它无法到达细小结构，在结构复杂的心室内标测的效果接近于非接触标测。相对而言，PentaRay电极导管则是专为标测房速、室速等机制更加复杂的心律失常设计的，虽然在肺静脉内不如环肺电极和网篮电极那样直接，但对于精细结构如心耳、冠状窦内、心室乳头肌以及突起的嵴状结构等均易实现良好贴近，也可用于心外膜电位的标测[15]，而这些部位恰恰常是复杂心律失常所需要精细标测的部位，所以与上述电极相比，PentaRay电极(尤其是与ConfiDense模块组合使用)似乎更适合于特殊部位的疑难病例的标测。

5 技术发展趋势与展望

在三维标测技术出现前，主要依靠导管本身的曲度和术者的操控来到达需要标测的部位，即使有再多导管、再多电极，通常也很难一观心内膜激动的全貌，更多只能由X线影像与心内电图结合推断，常常还需要结合不同部位的各种程序刺激才能鉴别，无异于管中窥豹。而现如今，随着计算机技术日新月异的发展，有了精确的空间感应定位技术和复杂的滤波、滤点算法，术者可以越来越方便迅捷地完成整个心腔甚至心外膜的全面标测，而甚少依赖X线定位。更重要的是，由于定位的精确、电极自身和极间距的不断缩小，三维标测能观察到越来越接近电生理机制的真实情况，甚至常常无需程序刺激鉴别。这是技术革命带来下游技术飞跃的典型案例，而且随着计算机技术和导管制造工艺的飞速发展，在可以预见的未来，更加迅捷精确的高精密度标测系统将不断推陈出新，最新的PentaRay+ConfiDense组合、Orion+Rythmia组合就是例证。近年来，关于房颤维持机制、瘢痕相关室速折返机制、房室结双径路的空间分布特点等的理论不断更新，也是在这些新的软硬件技术发展的基础上才得以完成，所以高精密度标测技术的不断进步，也必将为心脏电生理研究的不断深入提供更为坚实的基础。

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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，北京大学第一医院心内科

陈尔冬，主治医师，主要从事心电生理和心脏起搏研究。

周菁，E-mail：zhoujing123@yahoo.com

10.13308/j.issn.2095-9354.2017.03.015

2017-04-10) (本文编辑：李政萍)

R540.4

A

2095-9354(2017)03-0218-04