心房顫動（房顫）是臨床最常見的心律失常之一。心臟電標測（cardiac mapping）技術是研究房顫電生理機制的重要方法，能夠定位心律失常的異常起源部位，完整地記錄心房各部位電信號的激動分布和傳播途徑，為房顫的電生理機制研究和臨床治療提供了新的思路和方法。本文旨在對心臟電標測技術在房顫電生理機制研究和臨床應用中的最新進展進行綜述。
引用本文： 朱喜亮, 武忠. 心臟電標測技術在心房顫動電生理機制研究和臨床應用進展. 中國胸心血管外科臨床雜志, 2017, 24(7): 563-565. doi: 10.7507/1007-4848.201606018 復制
心房顫動（atrial fibrillation，AF）即房顫是臨床最常見的心律失常之一，約占心律失常患者總數的 1/3；其特點是心房喪失規則有序的電活動，代之以快速、無序的顫動波[1-2]。由于房顫發生發展的過程就是心房從有序的電活動逐漸演變為混亂無序的顫動波[3]，這些電活動作為載體反映了心房電信號在竇性和混亂狀態下的大量信息。心臟電標測（cardiac mapping）技術是研究房顫患者心房電生理的重要方法[4-5]，根據標測部位的不同分為體表標測、心外膜標測和心內膜標測。本文旨在對心臟電標測技術在房顫電生理機制研究和臨床應用中的最新進展進行綜述。
1 心外膜電標測
心外膜電標測（epicardial mapping）是研究房顫心房電活動的最直接有效的方法，利用電極陣列覆蓋心外膜表面，對心臟電位進行多點同步標測，可以同時標測心臟的多個區域，其電極陣列通過縫合等方式與心臟緊密貼靠，標測靈敏度較高，標測數據可以精確地反映心電興奮的起源與傳播過程，對研究房顫的發生、維持及消亡的復雜電生理過程有很大幫助。
心外膜電標測對房顫電生理機制的研究目前主要集中于房顫動物模型。Dong 等[6]通過術中給予乙酰膽堿和高頻電刺激構建犬的急性房顫模型，利用心外膜電標測系統探討了房顫誘發前后和不同劑量乙酰膽堿下的竇性心律心房電活動的傳播規律，發現房顫可能導致心房肌細胞的傳導性降低和傳導速度減慢，且不同房顫持續時間模型降低的程度也不同，指出心外膜電標測是研究房顫電生理的重要手段。楊翠微等[7]利用 128 導聯心外膜電標測系統并結合 X 射線計算機斷層掃描成像，成功實現了心外膜電標測心房電活動的三維直觀顯示功能，在房顫動物模型的基礎上成功構建了心臟立體三維模型的等電勢圖、等電位圖與主導頻峰圖；指出心外膜電標測能夠直觀地反映房顫等復雜性心律失常心電信號的非規則傳導過程，可以幫助醫生尋找并確定房顫時心電信號的折返路徑，為臨床射頻消融手術治療房顫提供技術支持。
近年來少數研究將心外膜電標測技術應用于臨床。Kondo 等[8]在射頻消融手術中通過心外膜電標測系統成功定位心肌內自主神經節的位置為患者實行個體化的射頻消融方案，術后隨訪 3 個月時 92% 的患者仍維持竇性心律，指出心外膜電標測技術有利于提高射頻消融手術成功率，在房顫的個體化治療中具有重要的作用。但是心外膜電標測操作復雜，信號采集過程需要開胸，將相應電極縫合在心房表面，操作復雜，創傷大，因此不適宜對房顫患者進行長期持續性的標測，限制了其在臨床的推廣及應用。
2 心內膜標測
心內膜標測（endocardial mapping）主要包括 Carto 三維心內膜電標測系統和 Ensite 非接觸式心內導管三維電標測系統，目前已成功應用于臨床房顫射頻消融過程中，其通過感知心腔內瞬時電位，重建心臟立體電解剖圖形并快速準確確定心臟內異常電活動的起源及傳導路徑，依據導航記憶定位系統完成射頻消融[9-10]。
Carto 三維心內膜電標測系統的原理是通過磁場形成的電流感應心內導管末端相對于參照電極的三維空間位置，通過連續多點標測，實時重建心內膜電解剖三維立體圖像，并將心內膜的三維空間位置和電解剖圖像相結合起來[11]。通過 Carto 系統我們可以實時構建心臟的激動圖、傳導圖和電壓圖。研究指出 Carto 三維標測系統術中指導射頻消融手術可以顯著提高手術成功概率。Fang 等[12]對 15 例永久性房顫患者，術中應用 Carto 系統行雙側環肺靜脈、左心房頂部及三尖瓣峽部消融，術后隨訪 10 個月時手術成功率達 80%。但 Carto 作為一項心內膜電標測方法也有其自身的局限性，例如需要逐點標測，術中標測時間較長，必須在持續性心動過速并且血流動力學穩定的狀態下進行標測，標測導管價格昂貴，并且壽命僅有 24 h。
EnSite 非接觸式心內導管三維電標測系統可以精確地顯示心腔內的三維解剖結構圖，能以較高的精確度顯示心內膜電信號激動圖，實時記錄并分析信號激動的變化特點，并且確定激動信號的起源部位、傳導和折返路徑等，有助于了解房顫發生和維持的機制并術中指導射頻消融手術[13]。Pappone 等[14]應用非接觸式心內導管三維電標測系統對 26 例房顫患者進行射頻消融手術，85% 的患者于術后 6 個月的時候仍保持竇性心律，且術后沒有栓塞和肺靜脈狹窄等并發癥發生，說明非接觸式心內導管三維電標測系統同樣可以安全有效地提高導管射頻消融手術成功概率。由于 EnSite 系統可以進行多位點同步記錄，與 Carlo系統相比可以用于標測持續時間短和血流動力學不穩定的心律失常，其主要缺陷在于當心內膜離導管上的多電極陣距離大于 40 mm 時，重建的信號圖和導管的定位精度將下降[11]。
3 體表心電標測
心電圖成像技術（electrocardiographic imaging，ECGI）的發展為體表標測心電信號提供了可能，具有非侵入性和持續性標測的優點，能構建心電信號傳播激動模式，有效彌補了常規心電圖檢查的不足。由于體表心電信號是心臟的細胞動作電位通過傳導在體表的疊加，采集體表心電信號帶入距離位置后（與 CT 掃描結合），并通過求解心電逆問題的方法可以得到虛擬的心臟表面心電信號，進而無損傷地探測出房顫等心律失常電信號的起始點及具體傳播路徑，構建包括心外膜電位、心外膜電圖、等時線和激動序列等[15]。
通過 ECGI 可以非侵入性地對房顫患者心外膜電信號進行連續標測，已經逐漸被應用于臨床。Rnamanathan 等[16]應用 ECGI 對不同類型心律失常患者研究發現，ECGI 能夠準確地標測各類心律失常如房撲、房顫、病理性傳導阻滯及室性心動過速，并且明確了異常起源部位和折返機制在這些心律失常發生中的作用。目前 ECGI 在國外成功應用于導管射頻消融過程中，通過術中對異常傳導通路進行準確定位，提高了導管射頻消融手術的成功率[17]。Cuculich 等[9]報告利用無損傷性心電圖成像系統研究 26 例房顫患者的體表心電信號，并與 Carto 三維電磁標測系統的效果進行對比發現，發現即使心房僅表現出較低振幅的顫動波的情況下，ECGI 仍能對房顫心房心外膜電信號進行高分辨率的持續性標測，同時不需要手術、麻醉等其它有創措施，且得出的電位變化數據與導管標測得到的數據具有高度一致性。鑒于房顫患者心電的復雜性與發生機制的多樣性，ECGI 能夠準確、持續性標測的特點，未來可能幫助指導房顫治療的個體化選擇，預判哪類患者可能不會從導管或外科消融中獲益，并幫助判斷某些房顫患者射頻消融術后復發的原因。
雖然 ECGI 技術使我們更進一步認識了復雜心律失常的機制，但是該項技術目前仍存在許多不足，在臨床的應用也主要以小樣本為主，缺乏大樣本研究。ECGI 數據的分析涉及到電子工程、心臟電生理和數學等多學科復雜技術的應用，目前 ECGI 仍主要應用于基礎研究僅被極少數專家所熟練掌握，在一定程度上阻礙了其在臨床的應用；由于人體軀干的影響 ECGI 體表獲得的心電信號可能無法精確定位心律失常機制中的最早電激動部位和微折返等；另外 ECGI 的應用依賴 CT 掃描構建電解剖圖，對患者具有潛在性的傷害[18-19]。
4 總結
心外膜標測主要應用于基礎研究，標測過程需要開胸，并將相應電極縫合在心房表面，操作復雜，創傷大；而心內膜標測主要應用于導管射頻消融手術中需要利用標測導管電極送到心內膜的待測區域獲取心電信號，兩者均為有創檢查不能對房顫患者心房電信號進行長期持續性的標測；體表標測雖然實現了非侵入性的對房顫患者心外膜電信號進行連續標測，但信號計算復雜并且依賴 CT 掃描構建電解剖圖，仍需進一步改進。
心房顫動（atrial fibrillation，AF）即房顫是臨床最常見的心律失常之一，約占心律失常患者總數的 1/3；其特點是心房喪失規則有序的電活動，代之以快速、無序的顫動波[1-2]。由于房顫發生發展的過程就是心房從有序的電活動逐漸演變為混亂無序的顫動波[3]，這些電活動作為載體反映了心房電信號在竇性和混亂狀態下的大量信息。心臟電標測（cardiac mapping）技術是研究房顫患者心房電生理的重要方法[4-5]，根據標測部位的不同分為體表標測、心外膜標測和心內膜標測。本文旨在對心臟電標測技術在房顫電生理機制研究和臨床應用中的最新進展進行綜述。
1 心外膜電標測
心外膜電標測（epicardial mapping）是研究房顫心房電活動的最直接有效的方法，利用電極陣列覆蓋心外膜表面，對心臟電位進行多點同步標測，可以同時標測心臟的多個區域，其電極陣列通過縫合等方式與心臟緊密貼靠，標測靈敏度較高，標測數據可以精確地反映心電興奮的起源與傳播過程，對研究房顫的發生、維持及消亡的復雜電生理過程有很大幫助。
心外膜電標測對房顫電生理機制的研究目前主要集中于房顫動物模型。Dong 等[6]通過術中給予乙酰膽堿和高頻電刺激構建犬的急性房顫模型，利用心外膜電標測系統探討了房顫誘發前后和不同劑量乙酰膽堿下的竇性心律心房電活動的傳播規律，發現房顫可能導致心房肌細胞的傳導性降低和傳導速度減慢，且不同房顫持續時間模型降低的程度也不同，指出心外膜電標測是研究房顫電生理的重要手段。楊翠微等[7]利用 128 導聯心外膜電標測系統并結合 X 射線計算機斷層掃描成像，成功實現了心外膜電標測心房電活動的三維直觀顯示功能，在房顫動物模型的基礎上成功構建了心臟立體三維模型的等電勢圖、等電位圖與主導頻峰圖；指出心外膜電標測能夠直觀地反映房顫等復雜性心律失常心電信號的非規則傳導過程，可以幫助醫生尋找并確定房顫時心電信號的折返路徑，為臨床射頻消融手術治療房顫提供技術支持。
近年來少數研究將心外膜電標測技術應用于臨床。Kondo 等[8]在射頻消融手術中通過心外膜電標測系統成功定位心肌內自主神經節的位置為患者實行個體化的射頻消融方案，術后隨訪 3 個月時 92% 的患者仍維持竇性心律，指出心外膜電標測技術有利于提高射頻消融手術成功率，在房顫的個體化治療中具有重要的作用。但是心外膜電標測操作復雜，信號采集過程需要開胸，將相應電極縫合在心房表面，操作復雜，創傷大，因此不適宜對房顫患者進行長期持續性的標測，限制了其在臨床的推廣及應用。
2 心內膜標測
心內膜標測（endocardial mapping）主要包括 Carto 三維心內膜電標測系統和 Ensite 非接觸式心內導管三維電標測系統，目前已成功應用于臨床房顫射頻消融過程中，其通過感知心腔內瞬時電位，重建心臟立體電解剖圖形并快速準確確定心臟內異常電活動的起源及傳導路徑，依據導航記憶定位系統完成射頻消融[9-10]。
Carto 三維心內膜電標測系統的原理是通過磁場形成的電流感應心內導管末端相對于參照電極的三維空間位置，通過連續多點標測，實時重建心內膜電解剖三維立體圖像，并將心內膜的三維空間位置和電解剖圖像相結合起來[11]。通過 Carto 系統我們可以實時構建心臟的激動圖、傳導圖和電壓圖。研究指出 Carto 三維標測系統術中指導射頻消融手術可以顯著提高手術成功概率。Fang 等[12]對 15 例永久性房顫患者，術中應用 Carto 系統行雙側環肺靜脈、左心房頂部及三尖瓣峽部消融，術后隨訪 10 個月時手術成功率達 80%。但 Carto 作為一項心內膜電標測方法也有其自身的局限性，例如需要逐點標測，術中標測時間較長，必須在持續性心動過速并且血流動力學穩定的狀態下進行標測，標測導管價格昂貴，并且壽命僅有 24 h。
EnSite 非接觸式心內導管三維電標測系統可以精確地顯示心腔內的三維解剖結構圖，能以較高的精確度顯示心內膜電信號激動圖，實時記錄并分析信號激動的變化特點，并且確定激動信號的起源部位、傳導和折返路徑等，有助于了解房顫發生和維持的機制并術中指導射頻消融手術[13]。Pappone 等[14]應用非接觸式心內導管三維電標測系統對 26 例房顫患者進行射頻消融手術，85% 的患者于術后 6 個月的時候仍保持竇性心律，且術后沒有栓塞和肺靜脈狹窄等并發癥發生，說明非接觸式心內導管三維電標測系統同樣可以安全有效地提高導管射頻消融手術成功概率。由于 EnSite 系統可以進行多位點同步記錄，與 Carlo系統相比可以用于標測持續時間短和血流動力學不穩定的心律失常，其主要缺陷在于當心內膜離導管上的多電極陣距離大于 40 mm 時，重建的信號圖和導管的定位精度將下降[11]。
3 體表心電標測
心電圖成像技術（electrocardiographic imaging，ECGI）的發展為體表標測心電信號提供了可能，具有非侵入性和持續性標測的優點，能構建心電信號傳播激動模式，有效彌補了常規心電圖檢查的不足。由于體表心電信號是心臟的細胞動作電位通過傳導在體表的疊加，采集體表心電信號帶入距離位置后（與 CT 掃描結合），并通過求解心電逆問題的方法可以得到虛擬的心臟表面心電信號，進而無損傷地探測出房顫等心律失常電信號的起始點及具體傳播路徑，構建包括心外膜電位、心外膜電圖、等時線和激動序列等[15]。
通過 ECGI 可以非侵入性地對房顫患者心外膜電信號進行連續標測，已經逐漸被應用于臨床。Rnamanathan 等[16]應用 ECGI 對不同類型心律失常患者研究發現，ECGI 能夠準確地標測各類心律失常如房撲、房顫、病理性傳導阻滯及室性心動過速，并且明確了異常起源部位和折返機制在這些心律失常發生中的作用。目前 ECGI 在國外成功應用于導管射頻消融過程中，通過術中對異常傳導通路進行準確定位，提高了導管射頻消融手術的成功率[17]。Cuculich 等[9]報告利用無損傷性心電圖成像系統研究 26 例房顫患者的體表心電信號，并與 Carto 三維電磁標測系統的效果進行對比發現，發現即使心房僅表現出較低振幅的顫動波的情況下，ECGI 仍能對房顫心房心外膜電信號進行高分辨率的持續性標測，同時不需要手術、麻醉等其它有創措施，且得出的電位變化數據與導管標測得到的數據具有高度一致性。鑒于房顫患者心電的復雜性與發生機制的多樣性，ECGI 能夠準確、持續性標測的特點，未來可能幫助指導房顫治療的個體化選擇，預判哪類患者可能不會從導管或外科消融中獲益，并幫助判斷某些房顫患者射頻消融術后復發的原因。
雖然 ECGI 技術使我們更進一步認識了復雜心律失常的機制，但是該項技術目前仍存在許多不足，在臨床的應用也主要以小樣本為主，缺乏大樣本研究。ECGI 數據的分析涉及到電子工程、心臟電生理和數學等多學科復雜技術的應用，目前 ECGI 仍主要應用于基礎研究僅被極少數專家所熟練掌握，在一定程度上阻礙了其在臨床的應用；由于人體軀干的影響 ECGI 體表獲得的心電信號可能無法精確定位心律失常機制中的最早電激動部位和微折返等；另外 ECGI 的應用依賴 CT 掃描構建電解剖圖，對患者具有潛在性的傷害[18-19]。
4 總結
心外膜標測主要應用于基礎研究，標測過程需要開胸，并將相應電極縫合在心房表面，操作復雜，創傷大；而心內膜標測主要應用于導管射頻消融手術中需要利用標測導管電極送到心內膜的待測區域獲取心電信號，兩者均為有創檢查不能對房顫患者心房電信號進行長期持續性的標測；體表標測雖然實現了非侵入性的對房顫患者心外膜電信號進行連續標測，但信號計算復雜并且依賴 CT 掃描構建電解剖圖，仍需進一步改進。