心房颤动（房颤）是临床最常见的心律失常之一。心脏电标测（cardiac mapping）技术是研究房颤电生理机制的重要方法，能够定位心律失常的异常起源部位，完整地记录心房各部位电信号的激动分布和传播途径，为房颤的电生理机制研究和临床治疗提供了新的思路和方法。本文旨在对心脏电标测技术在房颤电生理机制研究和临床应用中的最新进展进行综述。
引用本文： 朱喜亮, 武忠. 心脏电标测技术在心房颤动电生理机制研究和临床应用进展. 中国胸心血管外科临床杂志, 2017, 24(7): 563-565. doi: 10.7507/1007-4848.201606018 复制
心房颤动（atrial fibrillation，AF）即房颤是临床最常见的心律失常之一，约占心律失常患者总数的 1/3；其特点是心房丧失规则有序的电活动，代之以快速、无序的颤动波[1-2]。由于房颤发生发展的过程就是心房从有序的电活动逐渐演变为混乱无序的颤动波[3]，这些电活动作为载体反映了心房电信号在窦性和混乱状态下的大量信息。心脏电标测（cardiac mapping）技术是研究房颤患者心房电生理的重要方法[4-5]，根据标测部位的不同分为体表标测、心外膜标测和心内膜标测。本文旨在对心脏电标测技术在房颤电生理机制研究和临床应用中的最新进展进行综述。
1 心外膜电标测
心外膜电标测（epicardial mapping）是研究房颤心房电活动的最直接有效的方法，利用电极阵列覆盖心外膜表面，对心脏电位进行多点同步标测，可以同时标测心脏的多个区域，其电极阵列通过缝合等方式与心脏紧密贴靠，标测灵敏度较高，标测数据可以精确地反映心电兴奋的起源与传播过程，对研究房颤的发生、维持及消亡的复杂电生理过程有很大帮助。
心外膜电标测对房颤电生理机制的研究目前主要集中于房颤动物模型。Dong 等[6]通过术中给予乙酰胆碱和高频电刺激构建犬的急性房颤模型，利用心外膜电标测系统探讨了房颤诱发前后和不同剂量乙酰胆碱下的窦性心律心房电活动的传播规律，发现房颤可能导致心房肌细胞的传导性降低和传导速度减慢，且不同房颤持续时间模型降低的程度也不同，指出心外膜电标测是研究房颤电生理的重要手段。杨翠微等[7]利用 128 导联心外膜电标测系统并结合 X 射线计算机断层扫描成像，成功实现了心外膜电标测心房电活动的三维直观显示功能，在房颤动物模型的基础上成功构建了心脏立体三维模型的等电势图、等电位图与主导频峰图；指出心外膜电标测能够直观地反映房颤等复杂性心律失常心电信号的非规则传导过程，可以帮助医生寻找并确定房颤时心电信号的折返路径，为临床射频消融手术治疗房颤提供技术支持。
近年来少数研究将心外膜电标测技术应用于临床。Kondo 等[8]在射频消融手术中通过心外膜电标测系统成功定位心肌内自主神经节的位置为患者实行个体化的射频消融方案，术后随访 3 个月时 92% 的患者仍维持窦性心律，指出心外膜电标测技术有利于提高射频消融手术成功率，在房颤的个体化治疗中具有重要的作用。但是心外膜电标测操作复杂，信号采集过程需要开胸，将相应电极缝合在心房表面，操作复杂，创伤大，因此不适宜对房颤患者进行长期持续性的标测，限制了其在临床的推广及应用。
2 心内膜标测
心内膜标测（endocardial mapping）主要包括 Carto 三维心内膜电标测系统和 Ensite 非接触式心内导管三维电标测系统，目前已成功应用于临床房颤射频消融过程中，其通过感知心腔内瞬时电位，重建心脏立体电解剖图形并快速准确确定心脏内异常电活动的起源及传导路径，依据导航记忆定位系统完成射频消融[9-10]。
Carto 三维心内膜电标测系统的原理是通过磁场形成的电流感应心内导管末端相对于参照电极的三维空间位置，通过连续多点标测，实时重建心内膜电解剖三维立体图像，并将心内膜的三维空间位置和电解剖图像相结合起来[11]。通过 Carto 系统我们可以实时构建心脏的激动图、传导图和电压图。研究指出 Carto 三维标测系统术中指导射频消融手术可以显著提高手术成功概率。Fang 等[12]对 15 例永久性房颤患者，术中应用 Carto 系统行双侧环肺静脉、左心房顶部及三尖瓣峡部消融，术后随访 10 个月时手术成功率达 80%。但 Carto 作为一项心内膜电标测方法也有其自身的局限性，例如需要逐点标测，术中标测时间较长，必须在持续性心动过速并且血流动力学稳定的状态下进行标测，标测导管价格昂贵，并且寿命仅有 24 h。
EnSite 非接触式心内导管三维电标测系统可以精确地显示心腔内的三维解剖结构图，能以较高的精确度显示心内膜电信号激动图，实时记录并分析信号激动的变化特点，并且确定激动信号的起源部位、传导和折返路径等，有助于了解房颤发生和维持的机制并术中指导射频消融手术[13]。Pappone 等[14]应用非接触式心内导管三维电标测系统对 26 例房颤患者进行射频消融手术，85% 的患者于术后 6 个月的时候仍保持窦性心律，且术后没有栓塞和肺静脉狭窄等并发症发生，说明非接触式心内导管三维电标测系统同样可以安全有效地提高导管射频消融手术成功概率。由于 EnSite 系统可以进行多位点同步记录，与 Carlo系统相比可以用于标测持续时间短和血流动力学不稳定的心律失常，其主要缺陷在于当心内膜离导管上的多电极阵距离大于 40 mm 时，重建的信号图和导管的定位精度将下降[11]。
3 体表心电标测
心电图成像技术（electrocardiographic imaging，ECGI）的发展为体表标测心电信号提供了可能，具有非侵入性和持续性标测的优点，能构建心电信号传播激动模式，有效弥补了常规心电图检查的不足。由于体表心电信号是心脏的细胞动作电位通过传导在体表的叠加，采集体表心电信号带入距离位置后（与 CT 扫描结合），并通过求解心电逆问题的方法可以得到虚拟的心脏表面心电信号，进而无损伤地探测出房颤等心律失常电信号的起始点及具体传播路径，构建包括心外膜电位、心外膜电图、等时线和激动序列等[15]。
通过 ECGI 可以非侵入性地对房颤患者心外膜电信号进行连续标测，已经逐渐被应用于临床。Rnamanathan 等[16]应用 ECGI 对不同类型心律失常患者研究发现，ECGI 能够准确地标测各类心律失常如房扑、房颤、病理性传导阻滞及室性心动过速，并且明确了异常起源部位和折返机制在这些心律失常发生中的作用。目前 ECGI 在国外成功应用于导管射频消融过程中，通过术中对异常传导通路进行准确定位，提高了导管射频消融手术的成功率[17]。Cuculich 等[9]报告利用无损伤性心电图成像系统研究 26 例房颤患者的体表心电信号，并与 Carto 三维电磁标测系统的效果进行对比发现，发现即使心房仅表现出较低振幅的颤动波的情况下，ECGI 仍能对房颤心房心外膜电信号进行高分辨率的持续性标测，同时不需要手术、麻醉等其它有创措施，且得出的电位变化数据与导管标测得到的数据具有高度一致性。鉴于房颤患者心电的复杂性与发生机制的多样性，ECGI 能够准确、持续性标测的特点，未来可能帮助指导房颤治疗的个体化选择，预判哪类患者可能不会从导管或外科消融中获益，并帮助判断某些房颤患者射频消融术后复发的原因。
虽然 ECGI 技术使我们更进一步认识了复杂心律失常的机制，但是该项技术目前仍存在许多不足，在临床的应用也主要以小样本为主，缺乏大样本研究。ECGI 数据的分析涉及到电子工程、心脏电生理和数学等多学科复杂技术的应用，目前 ECGI 仍主要应用于基础研究仅被极少数专家所熟练掌握，在一定程度上阻碍了其在临床的应用；由于人体躯干的影响 ECGI 体表获得的心电信号可能无法精确定位心律失常机制中的最早电激动部位和微折返等；另外 ECGI 的应用依赖 CT 扫描构建电解剖图，对患者具有潜在性的伤害[18-19]。
4 总结
心外膜标测主要应用于基础研究，标测过程需要开胸，并将相应电极缝合在心房表面，操作复杂，创伤大；而心内膜标测主要应用于导管射频消融手术中需要利用标测导管电极送到心内膜的待测区域获取心电信号，两者均为有创检查不能对房颤患者心房电信号进行长期持续性的标测；体表标测虽然实现了非侵入性的对房颤患者心外膜电信号进行连续标测，但信号计算复杂并且依赖 CT 扫描构建电解剖图，仍需进一步改进。
心房颤动（atrial fibrillation，AF）即房颤是临床最常见的心律失常之一，约占心律失常患者总数的 1/3；其特点是心房丧失规则有序的电活动，代之以快速、无序的颤动波[1-2]。由于房颤发生发展的过程就是心房从有序的电活动逐渐演变为混乱无序的颤动波[3]，这些电活动作为载体反映了心房电信号在窦性和混乱状态下的大量信息。心脏电标测（cardiac mapping）技术是研究房颤患者心房电生理的重要方法[4-5]，根据标测部位的不同分为体表标测、心外膜标测和心内膜标测。本文旨在对心脏电标测技术在房颤电生理机制研究和临床应用中的最新进展进行综述。
1 心外膜电标测
心外膜电标测（epicardial mapping）是研究房颤心房电活动的最直接有效的方法，利用电极阵列覆盖心外膜表面，对心脏电位进行多点同步标测，可以同时标测心脏的多个区域，其电极阵列通过缝合等方式与心脏紧密贴靠，标测灵敏度较高，标测数据可以精确地反映心电兴奋的起源与传播过程，对研究房颤的发生、维持及消亡的复杂电生理过程有很大帮助。
心外膜电标测对房颤电生理机制的研究目前主要集中于房颤动物模型。Dong 等[6]通过术中给予乙酰胆碱和高频电刺激构建犬的急性房颤模型，利用心外膜电标测系统探讨了房颤诱发前后和不同剂量乙酰胆碱下的窦性心律心房电活动的传播规律，发现房颤可能导致心房肌细胞的传导性降低和传导速度减慢，且不同房颤持续时间模型降低的程度也不同，指出心外膜电标测是研究房颤电生理的重要手段。杨翠微等[7]利用 128 导联心外膜电标测系统并结合 X 射线计算机断层扫描成像，成功实现了心外膜电标测心房电活动的三维直观显示功能，在房颤动物模型的基础上成功构建了心脏立体三维模型的等电势图、等电位图与主导频峰图；指出心外膜电标测能够直观地反映房颤等复杂性心律失常心电信号的非规则传导过程，可以帮助医生寻找并确定房颤时心电信号的折返路径，为临床射频消融手术治疗房颤提供技术支持。
近年来少数研究将心外膜电标测技术应用于临床。Kondo 等[8]在射频消融手术中通过心外膜电标测系统成功定位心肌内自主神经节的位置为患者实行个体化的射频消融方案，术后随访 3 个月时 92% 的患者仍维持窦性心律，指出心外膜电标测技术有利于提高射频消融手术成功率，在房颤的个体化治疗中具有重要的作用。但是心外膜电标测操作复杂，信号采集过程需要开胸，将相应电极缝合在心房表面，操作复杂，创伤大，因此不适宜对房颤患者进行长期持续性的标测，限制了其在临床的推广及应用。
2 心内膜标测
心内膜标测（endocardial mapping）主要包括 Carto 三维心内膜电标测系统和 Ensite 非接触式心内导管三维电标测系统，目前已成功应用于临床房颤射频消融过程中，其通过感知心腔内瞬时电位，重建心脏立体电解剖图形并快速准确确定心脏内异常电活动的起源及传导路径，依据导航记忆定位系统完成射频消融[9-10]。
Carto 三维心内膜电标测系统的原理是通过磁场形成的电流感应心内导管末端相对于参照电极的三维空间位置，通过连续多点标测，实时重建心内膜电解剖三维立体图像，并将心内膜的三维空间位置和电解剖图像相结合起来[11]。通过 Carto 系统我们可以实时构建心脏的激动图、传导图和电压图。研究指出 Carto 三维标测系统术中指导射频消融手术可以显著提高手术成功概率。Fang 等[12]对 15 例永久性房颤患者，术中应用 Carto 系统行双侧环肺静脉、左心房顶部及三尖瓣峡部消融，术后随访 10 个月时手术成功率达 80%。但 Carto 作为一项心内膜电标测方法也有其自身的局限性，例如需要逐点标测，术中标测时间较长，必须在持续性心动过速并且血流动力学稳定的状态下进行标测，标测导管价格昂贵，并且寿命仅有 24 h。
EnSite 非接触式心内导管三维电标测系统可以精确地显示心腔内的三维解剖结构图，能以较高的精确度显示心内膜电信号激动图，实时记录并分析信号激动的变化特点，并且确定激动信号的起源部位、传导和折返路径等，有助于了解房颤发生和维持的机制并术中指导射频消融手术[13]。Pappone 等[14]应用非接触式心内导管三维电标测系统对 26 例房颤患者进行射频消融手术，85% 的患者于术后 6 个月的时候仍保持窦性心律，且术后没有栓塞和肺静脉狭窄等并发症发生，说明非接触式心内导管三维电标测系统同样可以安全有效地提高导管射频消融手术成功概率。由于 EnSite 系统可以进行多位点同步记录，与 Carlo系统相比可以用于标测持续时间短和血流动力学不稳定的心律失常，其主要缺陷在于当心内膜离导管上的多电极阵距离大于 40 mm 时，重建的信号图和导管的定位精度将下降[11]。
3 体表心电标测
心电图成像技术（electrocardiographic imaging，ECGI）的发展为体表标测心电信号提供了可能，具有非侵入性和持续性标测的优点，能构建心电信号传播激动模式，有效弥补了常规心电图检查的不足。由于体表心电信号是心脏的细胞动作电位通过传导在体表的叠加，采集体表心电信号带入距离位置后（与 CT 扫描结合），并通过求解心电逆问题的方法可以得到虚拟的心脏表面心电信号，进而无损伤地探测出房颤等心律失常电信号的起始点及具体传播路径，构建包括心外膜电位、心外膜电图、等时线和激动序列等[15]。
通过 ECGI 可以非侵入性地对房颤患者心外膜电信号进行连续标测，已经逐渐被应用于临床。Rnamanathan 等[16]应用 ECGI 对不同类型心律失常患者研究发现，ECGI 能够准确地标测各类心律失常如房扑、房颤、病理性传导阻滞及室性心动过速，并且明确了异常起源部位和折返机制在这些心律失常发生中的作用。目前 ECGI 在国外成功应用于导管射频消融过程中，通过术中对异常传导通路进行准确定位，提高了导管射频消融手术的成功率[17]。Cuculich 等[9]报告利用无损伤性心电图成像系统研究 26 例房颤患者的体表心电信号，并与 Carto 三维电磁标测系统的效果进行对比发现，发现即使心房仅表现出较低振幅的颤动波的情况下，ECGI 仍能对房颤心房心外膜电信号进行高分辨率的持续性标测，同时不需要手术、麻醉等其它有创措施，且得出的电位变化数据与导管标测得到的数据具有高度一致性。鉴于房颤患者心电的复杂性与发生机制的多样性，ECGI 能够准确、持续性标测的特点，未来可能帮助指导房颤治疗的个体化选择，预判哪类患者可能不会从导管或外科消融中获益，并帮助判断某些房颤患者射频消融术后复发的原因。
虽然 ECGI 技术使我们更进一步认识了复杂心律失常的机制，但是该项技术目前仍存在许多不足，在临床的应用也主要以小样本为主，缺乏大样本研究。ECGI 数据的分析涉及到电子工程、心脏电生理和数学等多学科复杂技术的应用，目前 ECGI 仍主要应用于基础研究仅被极少数专家所熟练掌握，在一定程度上阻碍了其在临床的应用；由于人体躯干的影响 ECGI 体表获得的心电信号可能无法精确定位心律失常机制中的最早电激动部位和微折返等；另外 ECGI 的应用依赖 CT 扫描构建电解剖图，对患者具有潜在性的伤害[18-19]。
4 总结
心外膜标测主要应用于基础研究，标测过程需要开胸，并将相应电极缝合在心房表面，操作复杂，创伤大；而心内膜标测主要应用于导管射频消融手术中需要利用标测导管电极送到心内膜的待测区域获取心电信号，两者均为有创检查不能对房颤患者心房电信号进行长期持续性的标测；体表标测虽然实现了非侵入性的对房颤患者心外膜电信号进行连续标测，但信号计算复杂并且依赖 CT 扫描构建电解剖图，仍需进一步改进。