一种自动优化实现双室再同步的双腔起搏系统∗

赵璐露 赵玲 华宝桐 何忠荣 代荣俗 丁旭萌 蒲里津

1 三腔起搏系统治疗心力衰竭存在的问题

慢性充血性心力衰竭(CHF)是各种心血管疾病的严重阶段及终末期表现,具有较高患病率和病死率,5年病死率高达30%～50%,治疗困难[1]。CHF患者常合并心内电活动的传导异常,导致房室、室间和/或室内运动不同步[2],尤其伴完全性左束支传导阻滞(LBBB),表现为左、右室间收缩不同步,导致有效心排量减少[3]。目前在传统右房、右室双腔起搏基础上增加左室起搏的三腔起搏系统进行心脏再同步化治疗(CRT)CHF取得了确切的疗效,但仍有约30%的患者对CRT无应答[4]。

应用三腔起搏器实现CRT,为保证100%双室起搏 ,设置短而固定的房室间期(AVI),废弃了房室结生理性房室延迟功能[5],过短的AVI可导致二尖瓣和三尖瓣返流、减少心排出量、恶化血流动力学,且右室起搏非生理性,激动经心肌缓慢非均匀逆希-浦系传导,有违于激动传导的生理性,可导致心室结构及功能的损害,如果双室再同步带来的获益不能抵消这些损害,将可能导致CRT无应答[6]。右室电极植入干扰了三尖瓣的闭合而发生三尖瓣返流,导致心功能恶化,且植入右室电极增加了患者及术者暴露在X射线下的时间及手术难度。三腔起搏器为实现CRT要求100%双室起搏,较为耗电,寿命较双腔起搏器短,其价格远超过双腔起搏器的2倍以上,显著增加治疗CHF的费用,尤其在经济欠发达的国家及地区 ,很多患者常因经济原因不得不放弃昂贵的三腔起搏器治疗[7－8]。

通常伴有完全性LBBB的CHF患者,房室结及右侧希-浦系统传导正常,右室无需起搏[9－10],提示应用双腔起搏器单左室起搏与从右侧希-浦系下传的自身激动形成融合波即可实现双心室再同步治疗[11]。前期研究已应用双腔或三腔起搏器单左室起搏通过频率适应性房室延迟功能与从右束支下传的自身激动融合实现CRT,结果显示,其治疗效果并不劣于三腔起搏系统标准双心室起搏[12－13],国外也有多个研究证实了单左室起搏的有效性[14－15],因此 ,研发一种实现CRT的双腔起搏系统以代替目前的三腔起搏系统,对减少患者及医保的经济负担,节约有限的医疗资源及向经济欠发达的发展中国家推广具有重要意义[16]。

2 自动优化实现双室再同步的双腔起搏系统

2.1 系统组成

自动优化实现双室再同步的双腔起搏系统,由硬件及软件两个系统组成,其中硬件系统包括目前任一公司的双腔起搏器脉冲发生器及右房电极、左室电极。双腔起搏系统的建立是在双腔起搏脉冲发生器的右室插孔插入左室电极,定位于靶静脉,右房电极定位于右心耳。基于双腔起搏器工作程序及软件基础上加载心房-心房(AS-AS)间期推导RA-LV间期的工作程序及其相关电子线路。

2.2 起搏系统程控优化

2.2.1基于AS-AS间期推导RA-LV间期的算法 通过心房电极感知心房波,当频率每变化一档(5次/分),即AS-AS间期变化一档(77 ms),如:当心率为60次/分时,AS-AS间期为1 000 ms,而当心率为65次/分时,AS-AS间期变化为923 ms,即当心房率每变化5次/分(AS-AS间期变化77 ms),本课题组前期研究结果提示右房感知-左室感知(RASLVS)间期为(300±41)ms,因此起搏器程序将自动延长AVI至400 ms,足以保证心室电极发生心室感知(VS),测定AS-AS及RAS-LVS间期,即为该A-A间期时所对应的RA-LV间期,直至上限跟踪频率(ULR)为130次/分时的间期(默认值为460 ms)及下限频率(LLR)为60次/分时的间期(默认值为1000 ms),共计采集15个点,建立由AS-AS间期推导RA-LV间期的回归方程:

RA(n)-LV(n)间期＝a＋b[AS(n-1)-AS(n)]间期

其中a为常数项,b为标准化偏回归系数 ,n≥2;即可通过该方程自动计算当A-A间期变化时所对应的RA-LV间期。该系统AS-AS及RAS-LVS间期采集及编程默认每24 h启动一次,即由AS-AS间期推导RA-LV间期的算法默认每24 h优化一次,也可个体化设置优化间隔。

2.2.2优化左室优先系数ε左室优先系数ε定义为左室激动优先于右室激动的程度[17],即优化的AVI与RA-LV间期的比值(ε＝优化的AVI/RA-LV间期)。本研究前期研究纳入符合CRT指南Ⅰ类/A适应证的11例患者植入带频率适应性房室延迟(RAAVD)功能的双腔起搏器,基于RASLVS间期优化AVI实现CRT,研究结果提示AS-VS(RASLVS)间期为(300±41)ms;优化的 AVI为(151±18)ms;ε为0.55±0.09(资料待发表)。基于目前三腔起搏器V-V间期优化每10 ms一档,在该自动优化实现双室再同步的双腔起搏系统中,ε取0.03一档较为合适,ε默认为0.55,默认0.03为一档,可根据经验值设置左室优先系数ε,也可个体化优化以获得优化的ε:延长AVD至腔内图显示VS时,测定AS-VS间期,即该AS-AS间期所对应的RA-LV间期,进行心脏超声优化,以默认值0.55为基线,每0.03一档双向滴定ε,至主动脉瓣血流速度时间积分(AV-VTI)及左室射血分数(LVEF值)最大,二尖瓣返流面积(MRA)最小时的ε为优化的ε,程控入起搏器(图1)。

图1 一例植入Medtronic Relia RED01双腔起搏器患者的间期优化

2.2.3基于RA-LV间期优化起搏器AVI的算法 通过由AS-AS间期推导RA-LV间期的回归方程:

RA(n)-LV(n)间期＝a＋b[AS(n－1)-AS(n)]间期,

根据优化的ε(默认值0.55),则可自动计算出基于该RA-LV间期的最佳AVI,即AVI(n)＝RA(n)-LV(n)间期×ε,共计15个RA-LV间期对应的最佳AVD。

3 双腔心脏再同步化治疗起搏(CRT-P)系统基于RA-LV间期优化AVI实现CRT流程

① 通过心房电极感知心房(A)波,以下限频率(LLR)间期(默认值为1 000 ms)为起点,当频率每变化一档(5次/分),即AS-AS间期变化一档(77 ms)(S101)。

② 起搏器程序自动延长AVI至400 ms(S102)。

③心室电极发生心室感知(VS),测定AS-AS及AS-VS[即右房感知-左室感知(RAS-LVS)]间期(S103),即为该AA间期时所对应的RA-LV间期,直至上限跟踪频率(ULR)间期(默认值为460 ms,即130 ppm),共计采集15个点。

④建立由AS-AS间期推导RA-LV间期的算法:RA(n)-LV(n)间期＝a＋b[AS(n－1)-AS(n)]间期(其中a为常数项,b为标准化偏回归系数,n≥2);即可通过该方程自动计算当A-A间期变化时所对应的RA-LV间期(S104)。

⑤基于RAS-LVS间期自动优化AVI实现CRT的双腔CRT-P及程控系统默认左室优先系数ε为0.55(S105),并默认0.03为一档。

⑥系统植入后也可根据经验值设置左室优先系数ε,如果需要,也可个体化优化以获得优化的ε(S106)。

⑦延长AVI至腔内图显示VS(S107)。

⑧测定AS-VS间期(S108),即该AS-AS间期所对应的RA-LV间期。

⑨ 进行心脏超声优化,以默认值0.55为基线,每0.03一档双向滴定ε(S109)。

⑩当优化到主动脉瓣血流速度时间积分(AV-VTI)及左室射血分数(LVEF值)最大,二尖瓣返流面积(MRA)最小时的ε为优化的ε,程控入起搏器(S110)。由AS-AS间期推导RA-LV间期的回归方程:RA(n)-LV(n)间期＝a＋b[AS(n－1)-AS(n)]间期,根据优化的ε(默认值0.55),则可自动计算出基于该RA-LV间期的最佳AVI,即AVI(n)＝RA(n)-LV(n)间期×ε(S111),共计15个RA-LV间期对应的最佳AVI。双腔CRT-P系统基于RA-LV间期自动优化AVI实现CRT的算法可归纳为图2。

图2 双腔CRT-P系统基于RA-LV间期优化AVI实现CRT流程图

4 应用前景

以该自动优化实现双室再同步的双腔CRT-P系统代替目前的三腔CRT-P系统,避免了植入右室电极导致的三尖瓣返流,保留了房室结生理性房室延迟并恢复了右室生理性激动顺序,可实现生理性CRT并可降低治疗费用,节约了有限的医疗资源,对向经济欠发达的地区推广,具有重要意义及应用前景。