【心知识】EnSite三维标测系统的原理及进展

三维标测系统由于其独特的安全性、准确性及高效性，现在国际、国内临床心脏电生理领域已广泛应用于各种复杂心律失常的标测及导管射频消融。目前临床上最常应用的有EnSite三维电解剖标测系统（美国圣犹达医疗）、Carto磁电结合标测系统（美国强生医疗），2015年则又陆续有Rhythmia三维标测系统（美国波士顿科学）及国产3Ding三维标测系统（中国锦江电子）上市。笔者将为大家介绍Ensite三维电解剖标测系统的原理及最新进展。

EnSite三维电解剖标测系统其实包括两套系统—Ensite NavX接触式电解剖标测、Array非接触式电解剖标测系统，即一个平台，两套系统。其中NavX电解剖标测系统在基本原理上与Carto、Rhythmia及3Ding标测系统大同小异，均采用传统标测的基础即接触式标测。在两个最常用的三维标测系统EnSite与Carto之间，最根本的区别是NavX感受的是电场强度而Carto感受的是磁场强度。Ensite NavX通过标测电极在心腔内膜表面接触式的移动连续采集轨迹点（点云）而构建心腔三维结构—连续采点模式；Carto目前仍只能通过标测电极在心腔内膜接触式的移动单点采集轨迹点（点对点）—间断采点模式。最初三维标测系统单腔模型构建时，均无法避免由于点牵拉而形成的假腔，NavX系统也不能例外；而其改进技术后，采用多腔建模的方式对心房、心室、肺静脉、心耳腔等分别构型，有效的避免了假腔，这就是我们通常所说的三维电解剖功能——通过电场点云重现心腔解剖。NavX的另一个强大功能则是诊断工具(diagnostic landmarking tools,DxL)，通过电极与心内膜接触式的移动逐点采集接触点所在的局部激动时间、电压强度、激动频率等信息，并实时将采集到的数据以定义的不同颜色在三维电解剖模型表面呈现，从而揭示心律失常的起源、激动传导的路径、碎裂电位区及低电压区等，帮助电生理医生分析心律失常的机制，制定相应的消融策略。以下我们具体结合Ensite系统的组成、原理、特点、最新进展简要介绍其临床应用。

Ensite NavX系统由三对NavX体表电极、信号分配器、信号处理器、计算机工作站及数据计时模块组成。

Ensite Array系统则仅需将NavX系统的三对NavX体表电极替换为Array囊状导航标测电极，其余系统组成不变。
1.1　NavX体表电极　三对电极片贴于体表前胸(胸前贴片右侧的缺口对应体表心电图胸导联V1电极的位置) 、后背、左腋、右腋、后颈、左大腿内侧。每对电极两两之间通过5. 68 kHz的弱电流形成三维正交电场，通过感知导管电极在心腔内移动时的电信号而定位导管空间位置。
1.2　Array囊状导航标测电极　Array囊状电极头端64个电极构成了多电极阵列，与心腔内移动导管头端电极发射的5. 68 kHz低能电流形成环形电场，多电极阵列通过感知导管电极在心腔内移动时的电信号强度、与多电极阵列中心点的相对角度而定位导管空间位置。
1.3　信号分配器　将多通道电生理仪器、射频消融仪、消融导管及NavX体表电极与EnSite系统相连，并分配心电信号至EnSite三维系统及常规多通道电生理系统。
1.4　信号处理器　其Ensite 系统工作的核心部件，内置信号放大处理器，将标测电极记录到的心电信号传入信号电处理器，经过整合滤波后放大，并以数字化方式传输至计算机工作站待进一步处理。
1.5　计算机工作站　信号处理器传输而来的数据经具有高性能计算机工作站进行科学运算处理后，以可视化三维解剖图像、激动标测图像、导航定位图像等方式同步整合显示。同时还可以如常规电生理系统一样显示多通道腔内心电信号的振幅及周期。
1.6　数据计时模块　一次性数据计时模块是一种自动限定装置，激活后如超过18 h三维电解剖标测系统将终止此次使用权限。

Ensite NavX系统三对电极片两两之间形成X、Y、Z三维正交电场，以腔内电极或体表电极作为位置参考，在感知电场内任意电极电信号的同时，通过计算机工作站处理，定位其空间位置、运动方向，并通过相邻电极的空间位置关系运算出导管弯曲程度，将这些信息实时显示出来。与基于磁场定位只能感知带有特定磁传感器的电极的Carto系统不同，NavX系统基于电场定位，可以感知接入低能电流输出仪器的任何电极，包括标测导管、射频消融导管、冷冻消融导管，甚至起搏器电极、房间隔穿刺针等。因其三对体表电极空间覆盖范围广，其除可定位心腔内电极外，还可定位处于外周血管腔内电极。NavX可以同步显示数量众多的导管，同时定位132个电极，实时追踪多电极导管包括可变环状和螺旋状导管在内的真实形态变化，因此任意导管都可以参与电解剖模型重建[1,2]。Ensite Array系统则通过Array囊状头端多电极阵列与移动导管头端电极形成环形电场，在距多电极阵列中心点40mm有效范围内，多电极阵列可准确感知导管电极在心腔内移动时的电信号强度、与阵列中心点的相对角度而定位导管空间位置[3]。模型重建时，系统可由自动计算或手动设定的三维模型中心原点，通过记录所选定导管的移动轨迹点来构建心腔模型，被选定导管上的所有电极都参与记录轨迹。在一片区域反复记录时，距原点的最远点被保留构成心腔模型表面，近点被自动删除(锁定点除外)。在心腔内均匀记录足够多的轨迹点后，系统通过经过填充、平滑处理完成模型。Ensite系统可通过位置导管优化及呼吸补偿分别准确屏蔽掉移动导管因心脏搏动及呼吸运动引起的导管假移位现在，加上电场相对封闭，受体外干扰较小，Ensite是目前世界上唯一有临床研究文献证实定位精度可达1 .0mm的系统。
2.2 Ensite系统诊断工具原理

心腔内内膜的局部激动时间、电压强度、激动频率信息称为膜电位。Ensite NavX系统诊断工具直接依靠的是膜电位，NavX系统在定位电场内任意电极空间位置的同时，也序贯的同步采集了电极内膜接触点的膜电位，操作者可通过计算机工作站手动选择性的将兴趣位点的以上所有信息保存下来，并经系统自动运算按特定顺序排列及投射到对应的电解剖模型表面[4]。心腔内所有内膜电位的向量总和称为腔电位，膜电位与腔内电极的远近决定了其对腔电位影响的大小，不同空间位置的腔内电极采集到不同的腔电位，在已知膜电位的情况下可通过拉普拉斯方程计算出腔电位，而在已知腔电位的情况下可通过逆拉普拉斯方程计算出膜电位。Ensite Array系统诊断工具直接依靠的就是腔电位，通过逆运算间接得出膜电位信息。Array系统囊状头端多电极阵列包含64个电极，每次可同时同步逆运算出3360个膜电位，并可将反推出得膜电位信息以激动时间或电压等方式投射模型表面，通过激动等时图或电压等势图呈现[5]。

Ensite系统基于电场导航的原理，使其能兼容并导航定位各种品牌、类型、功能的电极，NavX体表电极可在有效期限内反复应用。医生可以在手术进程的任一阶段，根据使用习惯、病人经济情况、手术进程需要选择合适的电极，从而在保证手术有效性、安全性的前提下，又为病人节约了医疗费用。Carto系统目前只能导航定位带有对应磁传感器的电极，而临床上大部分电极都不具备磁传感器而应用受限，这是比较令人遗憾的。Ensite系统在熟悉三维标测的成熟医生手中，可以帮助其手术全程三维导航定位及标测，甚至可以做到几乎“零”X线曝光，最大限度的减少了身着沉重的铅衣防护服对体力的消耗及X线曝光对医患双方身体机能的射线损害，实现了绿色电生理的安全性和可持续性，真正做到了“无铅无挂”[6]。
3.2 高匹配度电解剖重建

Ensite系统连续采集高密度轨迹点的解剖模型重建方式，最精细化的重现了心腔解剖细节。基于心腔各部位复杂的解剖形态和变异度，为避免在采集轨迹点过程中不同腔室点云密度不一致而导致局部假腔形成的问题，Ensite系统的多腔建模功能可根据需要最多构建16个独立解剖腔室，与CT模型匹配度的非常高。Ensite V3.0系统新增加了OneModel功能，进一步改进了模型表面智能计算方法，重建模型更接近于CT模型，并将模型重建用时缩短54％以上[7]。

3.3 高效高密度电标测

Ensite系统最大区别于其他三维标测系统的方面是其可应用各种多电极标测导管，在标测过程中多电极标测导管的所有电极，甚至所有心腔内导管的所有电极均可同时同步采集接触内膜的电信号。传统单点标测需逐点采集，耗时费力，遇到复杂多变的心律失常常需反复重新标测，遇到症状严重无法耐受的心律失常又无法进行长时间标测，遇到短暂发作不持续的心律失常则需长时等待发作，均严重影响了手术的效率、准确性及安全性。高密度标测即心腔内膜标测采集点超过500个点的标测方式，Ensite系统在OneMap功能下，能在进行电解剖模型重构的同时同步作高密度标测，短短5分钟即可准确标测到600个以上有效点，能迅速呈现复杂心律失常的机制和特性，极大提高了的标测效率和消融有效性[8]。

3.4 复杂碎裂电位标测
Ensite系统提供的复杂碎裂电位标测工具，能快速识别出心房碎裂电位。医生可以灵活的定义标测这些碎裂电位的最适合参数。Ensite系统可以在每个标测位点记录8秒的电位片段，并对超过10000点的电信号进行辨别，从而正确识别碎裂电位区域，消除主观目测的误差。多中心研究表明肺静脉隔离结合心房复杂碎裂电位标测指导的消融可是74％的房颤病人单次手术获益，而单纯肺静脉隔离的消融手术只有47％[9]。
3.5 一跳式非接触式标测

Array系统在一个心动周期内能同时同步采集超过3000个位点的电信号，因此仅需一跳心律失常即能高效的定位和诊断其激动起源、传导路径，对于局灶起源点及折返环路均有准确的提示，尤其适用于接触式标测无法进行、病人无法耐受的心律失常[10]。在美国其适用于右心房，在国际范围内其适用于右心房或左心室，但日本除外，其可适用于四个心腔，我国目前多数适用于右心室。此外，Ensite Array系统下同样可以做接触式标测。
3.6 影像动态融合功能
Ensite系统除可提供高匹配度的电解剖模型重建外，还可进一步将重建模型与心腔CT或MR模型作动态融合。动态融合功能不像其他三维标测系统那样只是简单的硬性融合，还可根据移动电极在心腔内的动态位置与心腔CT或MR模型作动态融合，从而使医生能在最佳的心脏结构可视化条件下进行导航和标测，有助于更好的理解病人独特的解剖结构和心律失常。验证研究显示在左心房动态融合的准确精度为2.5+2.4mm[11]。

不适当窦性心动过速(简称窦速)因心律失常起源点变化无常，用常规方法标测定位比较困难，而Ensite系统非接触式标测对此类心律失常简单有效[12]。Array标测指导不适当窦速的消融，连续的药物无效的不适当窦速患者，静脉点滴异丙肾上腺素，对最大心率时的最早激动点进行消融，P波变化时重新标测，最终获得成功。
4.2　阵发性室上性心动过速
狭义的阵发性室上性心动过速包括阵发性房室结折返性心动过速（AVNRT）和阵发性房室折返性心动过速（AVRT）。AVNRT以房室结区HIS与冠状静脉窦口CSO连线下1/3左右位点为靶点，解剖消融慢径路。在Ensite系统下，先标记出房室结区HIS位点，结合消融导管与电解剖构建模型的空间关系判断位置（建模法）或依据消融导管三维空间指向及腔内电图判断位置（空间定位法），并对消融导管在位点附近记录的腔内电图进行标测，对消融位点、有效位点、风险位点进行特殊标记，成功率可达100％[13,14]。

4.3　房性心动过速

局灶性房性心动过速　对于局灶性房性心动过速 (简称房速)，NavX系统可采用高密度标测实现静态等时图及静态等势图信息，指导导管精确消融病灶。Array系统则通过一跳标测，简捷明了，对于不持续、不稳定或多源的心动过速更显其优势。Segal等报道了1例多源性房速患者,房速的体表心电图有4种形态，Array将其逐一标出并指导消融成功[15]。

大折返房性心动过速 对于大折返房性心动过速 (简称房扑)，NavX系统及Array系统可分别通过静态等时图、动态等势图信息快速明确折返路径及缓慢传导区域，指导设计消融线路设计，终止持续心动过速[16,17]。

4.4　室性心动过速

无论是室性早搏还是阵发性室性心动过速，NavX系统可标测出起源、传导通路，甚至对于心肌病室速等机制非常复杂多变的心律失常，也有非常好的应用价值[18]。而Array系统对于那些心动过速过程中血流动力学不稳定的病人，则通过一跳标测，快速准确的指导消融，保证了手术安全，更显其优势[19]。4.5　心房颤动

心房颤动包括阵发性房颤和慢性房颤，目前主流的消融策略均以左房双侧环肺静脉线性消融（CPVI）为基石，是普遍采用的解剖消融。Ensite系统指导下，能对左房解剖结构尤其是双侧肺静脉及前庭区域做精确重构，使得CPVI能够完整、彻底、有效。对于慢性房颤病人，在CPVI完成后可转复为窦律，并对其作窦律下高密度电压基质标测，个体化的对存在左房房颤基质的区域进行补充消融[20]。

Ensite三维标测系统自身也在不断追求改进及发展。即将在国内上市的软件系统Ensite Precision标测模块进一步对原有模块进行了优化改进，如实现实时同步进行多个标测图，自动式单、双极标测数据采集等；而硬件系统MediGuide则将导航技术集成在Artiszee平板血管造影系统上，不再需要对患者进行反复X线透视以确定导管位置，从而进一步降低射频曝光剂量；目前，德国莱比锡心脏病中心已经利用集成了该技术的西门子Artiszee平板血管造影系统完成了首批介入手术。

综上所述，Ensite三维标测系统作为目前非常专业的心脏电生理标测系统，提供了完整、精确、高效及开放式的选择功能，可以直观显示心内解剖结构、异常激动起源、电激动传导方向、低电压区等，对疑难快速性心律失常进行准确快捷的标测并分析其机制，以指导消融策略的制定。无论是对初步接触心脏电生理射频消融的医生，还是对成熟的临床术者，均能显著缩短学习曲线，提高临床诊疗技术，保障手术成功率，降低术中、术后并发症。在临床应用中应充分熟悉其系统原理，最大限度地发其临床支持作用。笔者相信，不远的将来绿色电生理介入手术将会迈上新的台阶！

来源：365心血管网