美敦力起搏器的心室自动阈值管理

冯莉 陈顾江 吉亚军 杨亚莉

1 自动阈值管理的工作原理

1.1 起搏夺获的自动确认

准确判断起搏脉冲是否有效夺获了心室是心室自动阈值管理(ventricular capture management,VCM)功能运作的基础。VCM对起搏夺获的确认不是以除极波(ER)感知器对起搏的心室ER的确认来判断,而是以起搏脉冲后电位斜率的变化来判定图(图1)。

图1 低极化和高极化电极导线极化电位与心室ER电位斜率特点

斜率是指单位时间内电信号幅度值的变化率,单位为m V/s。起搏器植入时,R波的斜率约为1.7～2.8 m V/s,P波的斜率约为0.48～1.3 m V/s,慢性期斜率将分别减半。心室起搏脉冲后电位由极化电位和心室除极电位组成,两者具有不同的斜率变化特征。

1.1.1 极化电位斜率的特点 其在持续的时间内几乎是以等斜率的趋势逐渐衰减,无明显变化。因此,起搏脉冲信号后心室失夺获而仅存在极化电位时,斜率的特征为规则的负性斜线,应用低极化电极导线时,该电位更低,斜率更小,而应用高极化电极导线时,该电位斜率变大。

1.1.2 心室除极波电位斜率的特点 ①斜率呈不断变化,②斜率的值较高,单独的极化电位斜率的幅度达不到这种程度。当失夺获的极化电位曲线斜率值持续下降时,夺获心室的除极电位的斜率在起搏脉冲后40 ms明显增加。

感知电路对斜率的变化十分敏感,能够准确地判断起搏脉冲是否有效夺获心室。因此可应用目前国际任何一款的普通电极导线,而不需要对心内膜电极导线和电极的极性加以限制,无论应用低极化还是高极化的电极导线,用起搏脉冲后电位斜率变化的特点更能准确地判断起搏脉冲是否有效夺获了心室。

1.2 起搏阈值测定方法

自动阈值管理功能通过自动测定起搏器的强度-时间曲线,检测起搏器的输出电压阈值和脉宽阈值,以便能有效夺获心室,测定过程分2个步骤:

1.2.1 测定起搏阈值 美敦力自Kappa700起搏器开始具备VCM功能,测试时起搏器先将起搏脉宽设定为1.0 ms,检测出有效夺获心室的最低电压值(电压阈值)称为基强度起搏电压。之后,将基强度值×1.5～5倍(默认2倍)为实际起搏功率,再逐渐缩短脉宽,测定有效夺获心室的最低脉宽值(脉宽阈值)。起搏器即可根据这两者自动确定强度-时间曲线,即在不同脉宽时的起搏阈值曲线(图2)。在此基础上,根据程控设定的脉宽值,即可得到与之对应的起搏阈值。自Kappa900型起搏器以后推出增强型VCM(VCM＋):将基强度起搏电压阈值搜索时固定脉宽0.4 ms,可以降低脉冲能量,减少极化反应,而阈值可靠性无影响。

图2 VCM＋运作时电压与脉宽值变化示意图

1.2.2 起搏电压值的自动化程控 在应用起搏自动阈值管理功能之前,医生须先确定及选用电压及脉宽的安全度系数,电压安全度系数可在1.0～2.5倍中选择,脉宽安全度可在1～5倍中选择。当两个值确定后,起搏器则根据时值(起搏阈值)×电压安全度系数×脉宽安全度系数确定最适起搏功率,由于起搏阈值(时值)有动态变化,因此实际输出电压值也会相应变化,但该起搏电压值通常仍然低于无VCM功能起搏器的固定起搏电压。

VCM仅在检测时有备用起搏脉冲,因此应用该功能时起搏电压下限不能设置过低。VCM提供最小自适应电压和脉宽的程控选项:最低可选程控值为0.5 V和0.12 ms;出厂默认值Kappa系列为2.5 V/0.4 ms,Adapta系列以后为2.0 V/0.4 ms。

如果自动阈值搜索得到的电压和脉宽阈值×安全度系数后得到的起搏功率低于最小自适应电压和脉宽值的话,起搏器将采用后者作为实际起搏功率;如果高于最小自适应电压和脉宽值的话,将采用自动搜索确定的起搏功率。图3、4。自适应值只能在程控设置的下限值(最小自适应电压)和上限值(5 V/1 ms)的输出范围内进行选择,心室夺获管理的最小脉宽为0.4 ms。电压的自适应调整仅适用于当起搏阈值搜索成功时;否则,它仍然维持原先的程控设置。起搏器会记录每次阈值搜索的结果,在程控随访时可以通过程控仪查看最近某段时间的阈值波动情况(图5、6)。

图3 以自适应值为实际输出功率

图4 Kappa700起搏器心室输出功率的自适应调整

如果自动搜索阈值大于2.5 V时,起搏器将发出一个高阈值警告,并启用电压5 V和1 ms脉宽的输出功率。这也是如果当电压阈值乘以安全度系数后得出的输出目标值将大于5 V时(如阈值为2.0 V,3倍安全余量时,自适应值则可以达6 V),起搏器能够给予的最大阈值管理设置(图7)。

图5 Adapta系列起搏器强度-时间曲线和阈值趋势图

图6 Advisa系列起搏器阈值趋势图

1.2.3 起搏阈值搜索前状态检测 在起搏阈值搜索开始之前,起搏器首先检查心律是否稳定,判断患者当前是否处于较低起搏或感知的频率状态。在起搏阈值搜索中,较低的频率可以减少快速起搏与自身心律强迫竞争的风险。为了做出判断,起搏器检测当前工作状态是否符合以下条件:①检测8个VV间期是否符合以下要求:a如果设置上限传感器频率和上限跟踪频率≥135 bpm,当前频率不超过100 bpm。b如果设置上限传感器频率和上限跟踪频率≥125 bpm,当前频率不超过95 bpm。c如果设置上限传感器频率和上限跟踪频率＜125 bpm,当前频率不超过90 bpm。②在8个VV间期检测结束时,检查传感器频率是否低于ADL频率。③双腔模式下,在测量的8个VV间期中至少存在一个有效的AV间期(AS-VS,AS-VP,AP-VS,AP-VP)。④以下起搏器自动功能处于非运作状态:a频率骤降反应;b自动模式转换;c电池电量检查;d心房优先起搏;e睡眠功能。

图7 VCM自适应电压输出上限示意图

如果节律稳定性检查成功,起搏阈值搜索开始。如果有任何标准的节律稳定检查没有满足,起搏器推迟起搏阈值搜索直到下一个计划搜索时间。

起搏阈值的自动搜索在起搏阈值搜索过程中,起搏器必须释放心室测试起搏(这可能影响正常起搏程序)。为了保证心室起搏,如果必要的话,起搏器可能适时在跟踪模式和非跟踪模式之间进行转换。

如果患者起搏程序设置为MVP模式(AAIR＜＝＞DDDR或AAI＜＝＞DDD)时,在起搏阈值自动搜索期间,起搏器将自动模式转换为DDDR或DDD模式。

起搏阈值的自动搜索可分为跟踪模式和非跟踪模式下的心室起搏阈值自动搜索,而跟踪模式下又可分为心房起搏模式和窦性心律模式,不同工作模式下阈值自动搜索的运作过程基本特征一致,也略有不同。

1.2.4 基本特征(图8) ①支持周期:为了保证检测时心室起搏,起搏器设定每次测试脉冲发放前有连续3个起搏或自主节律引起的QRS波,并将其命名为“支持周期”。②测试脉冲:在每连续3个起搏或自主节律引起的QRS波组成的“支持周期”后释放测试脉冲,测试脉冲的电压和脉宽如果在阈值以上则能够夺获心肌,反之则发生失夺获事件。③备用脉冲:不管是否夺获,均在距离测试脉冲110 ms(Advisa系列为100 ms)处释放当前电压自适应值和1.0 ms脉宽备用脉冲。

图8 支持周期和测试步骤示意图

图9 VCM心室电压阈值搜索程控图

1.2.5 测试过程:①电压测试:以最近一次测试时的电压阈值为测试电压的起点(Advisa系列为最近一次电压阈值减0.125 V);如果没有前次的测试起搏电压,则以电压0.75 V,脉宽1.0 ms(Kappa900以后型号,VCM＋脉宽为0.4 ms,)为电压阈值测试的起点。然后起搏器启动一系列的支持周期和测试脉冲的电压变化来确定测试电压高于还是低于起搏阈值。如果测试电压高于患者的起搏阈值,起搏器将逐次减低测试电压0.125 V,直到其低于患者的起搏阈值或出现失夺获。然后再逐渐增加测试电压0.125 V,直至测试电压夺获心室,且该电压连续3次夺获后结束自动检测,此电压为起搏阈值(图9)。②脉宽测试:以最近1次阈值测试时的起搏脉宽为起点;如果没有前次的测试脉宽,则以脉宽0.21 ms为起点,脉宽最高值为0.4 ms,测试电压为前次阈值搜索电压阈值的2倍,然后重复电压测试一样的步骤,脉宽阈值是在2倍的电压阈值基础上确定的(图10、11)。Advisa系列起搏器只执行电压测试,脉宽固定0.4 ms,不再执行脉宽测试(图12)。③VCM＋:新增适应性心室感知(Adaptive Ventricular Sensing),一旦起搏电压阈值搜索结果＞2.5 V,将改变心室感知极性(双极®单极,仅测试时改变,起搏时极性不受影响)自动重测阈值,若极性转变后得到了低阈值,以后的阈值搜索将都以这种极性感知。

图10 VCM心室起搏脉宽阈值搜索程控图

图11 Adapta系列起搏器VCM运作过程

图12 Advisa系列起搏器VCM运作过程

1.3 起搏电压的判断方法

起搏器按每3个测试脉冲是否夺获心室来判断当前起搏电压是否高于或低于起搏阈值。每3个测试中第1个测试脉冲或后两个脉冲夺获心室的,认为当前起搏电压高于阈值,起搏器将逐次减低测试电压;当每3个测试脉冲中出现2次失夺获,则认为当前起搏电压低于阈值,起搏器将逐次增加测试电压。在电压由减转增后,夺获的测试电压将会重复发放,如果连续3次均夺获心室,则此电压为起搏阈值。

1.4 起搏阈值测定时间间期

植入后30min;测试间期可自行设定,默认每24 h一次。

2 自动阈值管理的心电图表现

2.1 非心房跟踪模式的心室起搏阈值自动搜索

非心房跟踪模式包括单腔VVI起搏器或双腔起搏器模式转换为VVI或DDI模式时。首先确定“支持周期”的频率,该频率为测试时的实际心室率,在此期间,起搏器的低限频率没有变化;然后确定测试脉冲发放的频率(或称超速起搏频率)。

超速起搏频率:为支持周期时的最快频率＋15bpm或VV间期缩短150 ms(取决于哪个频率更快);每个测试脉冲后110 ms(Advisa系列为100 ms)发放备用脉冲(图13)。在整个阈值自动搜索过程中,超速起搏频率会根据每组支持周期的频率变化而有所变化,但只升不降;即当某组支持周期的最快频率大于前组时,超速起搏频率也会在其基础上增加15 bpm或VV间期缩短150 ms,最快不超过上限频率;如果支持周期的最快频率低于前组时,超速起搏频率保持不变(图14)。

图13 非跟踪模式下VCM测试脉冲频率变化示意图

2.2 心房跟踪模式下的起搏阈值自动搜索

起搏器自动缩短每个“支持周期”和测试周期的PAV/SAV间期,保证心室夺获;AV间期将缩短到节律稳定性检查基础上测算出的最短的AV间期值(图15)。在测试脉冲后110 ms(Ad Visa系列为100 ms)发放脉宽为1.0 ms,自适应电压的备用脉冲,用于检测失夺获时的紧急起搏。支持周期的心室后心房不应期(PVARP)将固定在350 ms,但测试心搏的PVARP、心室后的心房空白期(PVAB)和心室不应期的时间由备用脉冲开始计算。测试脉冲发放时心室安全起搏功能暂时失活。

支持周期为心房起搏时,房室间期比支持周期时短125 ms(图16);支持周期为窦性心律时缩短110 ms。

支持周期为心房起搏时,为保证测心室阈值时心室率的相对稳定,AV间期的缩短是心房脉冲延迟发放造成的,心室备用起搏脉冲将重整VA间期;从而产生测试的心动周期为心房起搏时PP间期延长;测试脉冲夺获时RR间隔稳定,备用脉冲重叠于QRS波中,测试脉冲失夺获时RR间隔延长(图17、18)。

支持周期为窦性心律时,为保证测试脉冲起搏心室,减少融合波,AV间期的缩短是由测试脉冲提前发放造成的。从而产生PP间期规则,测试脉冲夺获时RR缩短,备用脉冲重叠于QRS波中;测试脉冲失夺获而备用脉冲夺获时RR规则的心电图表现(图19)。

由于测试时的AV间期取决于支持周期的AV间期减125(110)ms,因此会因不同患者的程控值不同而使测试时的AV间期因人而异,有时可能因房室脉冲非常接近,在心电图记录中无法分辨心房脉冲与测试脉冲而误认为一个脉冲。在一次心室起搏阈值的自动搜索过程中,可以因为窦性节律与心房起搏节律的交替而出现心室测试脉冲提前110 ms或按VV间期规则发放交替出现的情况(图20),甚至因房性早搏导致测试脉冲明显提前的现象发生(图21)。所以,测试脉冲发放采用何种模式跟与否在测试周期的VA间期内感知到自身P波有关,并不取决于支持周期的起搏器工作方式。

图14 非心房跟踪模式的VCM电压阈值搜索

图15 支持周期AV间期的自动缩短

图16 跟踪模式(DDD)下VCM测试脉冲的频率变化示意图

3 VCM与其他起搏器功能的相互影响

由于起搏阈值自动搜索在所有起搏参数控制中具有较高优先级别,因此,在搜索过程中,起搏的一些功能将被禁用:①感知保障;②频率骤降反应检测;③AV间期调整功能(Search AV＋,Rate Adaptive AV);④NCAP功能;⑤导线监测;⑥Auto PVARP and sensor-varied PVARP operations;⑦心室安全起搏(测试步骤时);⑧心房优先起搏;⑨窦性优先。

图17 心房起搏状态下的VCM运作(一)

图18 心房起搏状态下的VCM运作(二)

图19 窦性心律状态下的VCM运作

图20 VCM测试时心房起搏与心房跟踪模式交替发生

图21 心房起搏伴房性早搏时的VCM运作

4 心室自动阈值搜索暂停或异常终止的原因

起搏阈值自动搜索过程有时可能被突然中止,或者预定进行的起搏阈值自动搜索未能如期出现,是因为起搏器认为某些事件的发生影响了起搏器对于心室夺获,还是失夺获的正确判断,比如:①传感器频率大于ADL频率。②模式转换时。

起搏器允许在以下情况发生数次后中止搜索:①上限跟踪频率超越了测试频率,②支持周期的心室频率大于90至100/分(根据上限频率设置而定)(图22)③跟踪模式下发生了不应期外的心室感知事件(室性早搏)(图23)。④在支持周期发生心室安全起搏。⑤连续的心室不应期感知。

其他也会导致起搏阈值搜索中止的情况:①起搏器处于建议更换时间、择期更换指示或低电量检测状态。②噪音反转检测时。③程控或电话远程监测开始。④整个搜索过程中无法确定夺获,提示可能存在高阈值。⑤整个搜索过程没有发生失夺获,表明可能存在导线问题或某些未被发现的内在事件。

当起搏阈值搜索无法完成时,在30 min内(或15 min,可程控设置),起搏器将自动启动另一次搜索。如果在一个测试时间段内(如24 h)4次阈值搜索重复尝试都失败的话,不管如何,起搏阈值测试暂停,直到下一个测试时间段。

VCM功能的应用不受低极化和高极化导线和起搏极性的限制,开启之前也不需测ER值,因为它判断夺获与否不受极化电位和假融合波的影响。起搏阈值测试和调整的是定期进行,不管测试脉冲是否夺获,每次测试脉冲后都会释放备用脉冲。由于没有逐跳夺获确认功能,在非测试期间无备用脉冲,因此,存在失夺获可能。所以,采用倍数器的安全余量设计,使实际输出的起搏功率具有较高的安全性,但与其他品牌起搏器的自动阈值功能相比,省电效果相对不如。

图22 支持周期心室频率超过限制致支持周期重整

图23 室性早搏致VCM测试中止