用于房颤治疗的射频消融技术进展

【作 者】赵燕，鄢盛杰，邬小玫

复旦大学信息科学与工程学院，上海市，200433

0 引言

房颤是指心房电活动紊乱、心肌快速而不协调的微弱蠕动，导致心房失去正常有效收缩的现象。据统计，我国目前成人患病率为0.77%[1]，约有一千万房颤患者。由于房颤发病率随着年龄的增加而升高，随着我国人口老龄化的进程，房颤患者总数还将进一步增加。同正常人群相比，房颤具有很高的致死率和致残率，严重威胁人类身体健康乃至生活质量。

治疗房颤的手段主要有药物治疗和手术治疗两种。药物治疗存在患者需长期服药、副作用大、依从性差等问题。手术治疗的方法有电复律和消融：电复律只能暂时终止房颤而不能减少房颤复发；消融是通过将一定形式的能量作用于心肌，使其丧失电生理功能、阻断电信号作用以融断折返环路或消除异常病灶，从而减少房颤复发甚至根治。目前用的最多的是介入式导管微创消融。使用的能量包括：射频、冷冻、微波、激光和高强度聚焦超声等，其中使用最多的是射频。由于心肌的电敏感特性，射频消融选择450 kHz到3 MHz频率范围的电磁波，输出功率不超过100 W；利用交变电流对生物体的热效应作用，使电极范围内的异位兴奋灶或折返环上的心肌组织升温至60～100 ℃，导致细胞蛋白质变性并发生凝固坏死而丧失功能，但射频消融不会影响电极范围以外正常心肌细胞的活动。

1 用于房颤治疗的射频消融术式进展

经过二十多年的发展，房颤射频消融有了多种术式。医生根据病人房颤的类型与机制，采用不同的消融策略。典型的术式有：射频消融改良迷宫手术、局灶消融、节段性肺静脉电隔离和环肺静脉前庭隔离等。这些介入式导管微创消融方法能对心内膜的特定部位进行消融，克服了外科开胸消融手术对患者造成严重的创伤和多种并发症，成为临床非药物治疗房颤的主要方法。目前环肺静脉前庭隔离术是治疗阵发性房颤和持续性房颤最常规和最有效的手段之一[2]。

1.1 射频消融改良迷宫手术

二十世纪七八十年代，传统的治疗房颤的外科手术操作复杂，耗时长，出血严重。引用射频不仅可取代传统的“切和缝”，而且可通过微创的介入方式实施。1994年HAISSAGUERRE等[3]率先展开了对右心房线性消融的研究，并对患者成功实施了消融；SWARTZ等[4]参照外科迷宫术的消融径线，采用经导管消融的方法对房颤患者进行线性消融治疗。这些探索，证实了采用微创消融改良迷宫手术方法治疗房颤的可行性，但由于该术式会带来较高的并发症，目前已很少使用。

1.2 局灶射频消融

局灶射频消融是应用射频能量消融诱发房颤的异位兴奋灶来根治阵发性房颤的技术。尽管大部分兴奋灶起源于肺静脉，但可能在肺静脉和心脏其它部位有多个兴奋灶，很难一次全部损毁，故房颤复发率较高[5]。

1.3 节段性肺静脉电隔离

2000年HAISSAGUERRE等发现靶向消融肺静脉开口处附近的一个或若干个节段即肌袖，可以起到治疗房颤的作用，其成功率可达70%～80%。但该方法仅隔离了触发灶，对阵发性房颤效果较好，对持续性房颤成功率仍然不高，并且存在较高的肺静脉狭窄风险[6]。

1.4 环肺静脉前庭隔离

环肺静脉前庭隔离也称解剖指导下的左房线性消融或左房基质改良术，该方法在每个肺静脉口外侧实施环状线性消融，有效地隔离肺静脉里的异位兴奋信号，其治疗效果优于节段性肺静脉电隔离[7]。

2 单极和双极房颤射频技术

实施射频消融的系统包括消融电极和射频能量发生装置即射频消融仪。根据是否外接电极板，以及射频能量的施加方式，目前的射频消融分为单极消融和双极消融两种模式。不同消融模式直接影响到凝固坏死区的大小形状，对房颤疗效具有直接影响。

单极心脏射频消融技术，即点对点射频消融技术，能很好地实现离散点损伤的效果。在前述提及的射频消融术式中，单极模式的应用最为广泛，已成为目前射频消融的常规手段。在单极消融模式中，一个电极为工作电极（通常放置在病灶所在部位），另一个（较大的电极）放置在远离工作电极的部位（通常在体表背部）作为参考电极连接到零电位。单极消融的主要特点在于：工作电极与心肌接触处有较高的电流密度，能量较大，因而治疗过程中会产生一些影响疗效的情况：如不能随组织厚薄自动控制能量，消融透壁效果依赖于对组织透壁的仔细观察，较难把握，不能确保完全透壁；在环肺静脉线性隔离等需要产生连续损伤时，需通过拖动电极逐点消融，较易在消融线上留下缝隙[8]，不易对病灶形成连续损伤从而导致消融成功率下降，如图1（a）所示；另外，单极射频消融技术一次放电只能产生一个点状消融损伤，若烧灼时间控制不当，可能由于局部温度过高，对周围组织产生损伤，易形成血栓甚至损伤食管及心房。同时因为一次放电只能产生一个点状消融损伤，手术时间长，医生操作难度大，医生和患者可能承受持续时间的X光辐射，如图1（b）所示。

图1 单极射频消融实现环肺静脉隔离Fig.1 Pulmonary vein isolation performed by unipolar ablation mode

双极模式是指工作电极和参考电极均在消融导管上，当双极导管与心肌组织接触后可形成放电回路，因此不需要额外的体表电极。该模式下二个电极之间会产生横向电流而且电流路径短，能量集中。若将心房组织夹在电极之间，辅以透壁监测功能仅耗时几秒便可完成透壁的消融。相对单极射频消融，双极射频消融的特点在于电流的分布易于控制，能量释放更为精确，从而对周围组织损伤小，同时减少了手术时间和X光辐射量[9]，这些优势使得双极射频系统对于房颤治愈率提高，并发症减少。

但是双极消融存在一个明显的问题是线性或连续损伤的长度有限，为了在消融过程中实现较长的线性或连续的损伤效果，仍需拖动导管逐点消融。为了更容易实现线性或连续的消融损伤，多路射频消融技术应运而生。多路消融技术是指具有两个以上的工作电极释放射频电流，并可根据情况结合置于体外的参考电极，形成单极消融和双极消融的组合。它的出现能克服上述单极或双极射频消融的不足，快速可靠地形成连续消融损伤，显著提高射频消融治疗房颤的效率及成功率。

3 用于房颤治疗的多路射频消融技术

多路射频消融按能量释放模式可分为：多路单极射频消融、多路双极射频消融和多路相移射频消融。与这些技术相对应的，众多医学机构推出了相关的产品并进行了临床研究和应用。

3.1 多路单极射频消融

多路单极射频消融方法（Multichannel Simultaneous Unipolar Ablation Mode, SiM）由单极消融方法扩展而来的，射频电压可同时施加到多个工作电极，参考极板连接到零电位。则多路射频电流同时从所有电极流向参考极板。图2是四路单极射频消融方法的示意图。在该模式下，射频电压V(t)=A sinmt同时施加到a、b、c、d四个电极，四路同时单极消融。

图2 多路单极射频消融Fig.2 Multichannel Simultaneous Unipolar Ablation Mode

3.2 多路双极射频消融

多路双极射频消融方法（Multichannel Simultaneous Bipolar Ablation Mode, BiM）是指射频电压施加到二个电极上，零电压施加到另二个电极上，不连接参考极板。在该模式下，由于没有参考极板回路，射频电流只在相邻电极之间流动。由于使用多极导管，多路双极射频消融方法可采用三电极激励方式或双电极激励方式来实现不同损伤大小或形态的控制。图3是四路双极射频消融方法的示意图。在该模式下，射频电压V(t)=A sinmt施加到电极“a”和“c”上，零电压施加到电极“b”和“d”上，不连接参考极板，四路同时双极消融。

图3 多路双极射频消融Fig.3 Multichannel Simultaneous Bipolar Ablation Mode

3.3 多路相移及多路线性射频消融技术及其应用

多路相移射频消融技术（Multichannel Phase Control Ablation Mode, PCM）是指将有相位差的射频电压分别施加到相邻电极上，由于相位差的作用使得相邻电极之间产生双极能量，同时每个电极又对参考极板释放单极能量。图4所示是四电极具有相位差的消融模式示意图。

图4 多路可控相位差射频消融方法Fig.4 Multichannel Phase Control Ablation Mode

近几年，已有多家机构研制了多路射频消融系统并进行大量的临床实验实施房颤治疗。例如：北美外科消融设备产品的领头羊美敦力公司在推出世界上第一个双极射频消融系统后，又推出了多路相移射频消融系统 “GENiusTMMulti-Channel RF Ablation Generator”及配套多极消融导管：PVAC TM、MASC TM和MAAC TM （Medtronic, Minneapolis, MN,USA），专利[10]详细叙述了该系统的工作原理、系统构架、参数设置和实验测试结果。图5为该系统简介，其中：图5(a)为仪器外观及其导管示意图；图5(b)为该系统输出具有占空比的恒压射频波形；图5(c)为该系统输出的单双极同时消融波形。

图5 美敦力多路相移射频消融系统Fig.5 "GENiusTM Multi-Channel RF Ablation Generator" by Medtronic

另外，美国强生的子公司Biosense Webster研发了一种多路线性消融系统nMARQTM及多电极消融导管nMARQTM Cather，该系统采用多路射频能量同时释放技术。配合其多电极消融导管，最多可释放10路单极或双极射频能量；系统采用调节射频电压幅值的方式，可独立完成10路射频能量恒功率控制或恒温控制，该多路消融系统技术相对于传统的逐点消融，其效率显著提高[11]。

4 小结

房颤治疗经历了单/双极射频消融技术到多路射频消融技术的发展过程，近年来的临床实验结果表明，相比于单/双极射频消融技术，多路射频消融技术的最大优势是缩短手术时间，减少X光辐射量，降低手术操作难度，容易实现心房连续消融线，降低消融线上出现缝隙的概率。但在实施手术时也发现存在相应的并发症，如：形成微栓塞、微气泡、膈神经损伤[12]。为了减少并发症，相关研究机构对其多路射频消融技术做了改进，如改进电极材料和传感器位置使温度检测更精确；改进电极数量以及电极尺寸和间隔大小，避免过大的电流密度出现在电极之间从而造成心肌气化或碳化；改进器械结构使各电极与心肌贴靠更统一，从而实现更均匀的消融效果；改进射频能量释放模式，避免过高的热损伤造成心房食管瘘等。

总之，多路射频消融技术在具有优点的同时也存在过分热损伤带来的并发症等副作用。因此，研究并揭示出各种多路射频消融方法在心肌中产生的热损伤特征分布和温度分布，有助于医生术前根据具体的心房壁厚度，毗邻组织特征（如膈神经、食管等）或特定消融部位选择合适的多路射频消融方法和能量释放大小，从而安全有效地完成肺静脉隔离，使房颤得到有效的治疗。