噪音反转工作原理

汪菁峰 梁义秀 宿燕岗

起搏器为了防止电磁干扰或其他心电信号干扰而导致起搏脉冲被抑制发放，特地设置了噪音反转功能，即起搏器遇到连续而快速的干扰信号后，其不应期发生连续重整(不同公司具体命名略有差异)，但不重整起搏间期。此时，无论有无自身心搏出现，起搏器将以低限频率或传感器频率发放脉冲(非同步起搏模式)，直至噪音消失，起搏器恢复原按需起搏模式。起搏器在起搏/感知信号后会开启一个“噪音采样期”，在该间期内感知到的信号均认为是噪音，然后重整该间期，但不重整低限频率。笔者就针对噪音反转工作原理作一简单归纳，并对各厂家有关噪音采样期的具体算法作一描述，以期对从事起搏专业的医务工作者有所帮助。

1 噪音反转基本原理

1.1噪音反转何时开始工作，何时终止？ 就目前各厂家起搏器而言，一旦有一个信号落入噪音采样期，即开始噪音反转(即重整噪音采样期，不重整低限频率)，后续再多的落入噪音采样期的信号都导致同样的结果(低限起搏间期结束时发放起搏脉冲)，但不同厂家开启噪音采样期的条件略有不同。一旦感知信号落在噪音采样期外，噪音反转即终止工作。

1.2噪音反转发生后，何时发放非同步脉冲？ 噪音反转发生后，连续重整噪音采样期，从第1个非噪音采样期内信号开始计时，当连续的噪音采样期达到低限起搏频率间期时，发放非同步脉冲(图1A)。

1.3若连续的噪音在低限起搏频率间期前结束，何时发放非同步脉冲？ 即使噪音反转持续时间很短，在低限频率间期前结束，仍然从第1个非噪音采样期内信号开始计时，以低限频率起搏，而不是以噪音采样期的最后一个噪音信号重整低限频率。也就是说，一旦噪音反转开始工作，无论其持续时间长短，起搏器均以非同步模式工作(图1B)。

A：噪音反转开启后，连续重整噪音采样期，直至达到低限起搏频率间期，发放非同步脉冲；B：噪音反转在低限频率间期前结束，仍然从第1个QRS波开始计算时间间期；C：噪音于第2个起搏间期内终止，该间期不发生重整，第3个QRS波依然为非同步脉冲触发的起搏QRS波；D：第1段噪音于第2个起搏间期内结束，但随后又出现短暂噪音信号(第2段噪音)，此时将重整时间间期，以第2段噪音开始计算低限频率；E：短暂的非连续噪音持续时间均未达到低限起搏频率间期，每一段噪音的第一个信号均被起搏器认为是正常VS事件，重整低限频率间期，此时尽管发生噪音反转，但均被VS所终止，最终未能发放非同步脉冲，导致心室起搏受抑

图1噪音反转工作原理示意图

1.4噪音终止后，起搏器何时恢复原先模式工作？ 噪音终止后，最后一个噪音所在的起搏间期不发生重整，直至发放最后一个非同步脉冲后恢复原按需起搏模式(图1C)；若在最后一个噪音与最后一个既定的非同步脉冲间感知到信号(无论其是正常VS事件还是肌电干扰)，则重整低限起搏频率间期，最后一个既定的非同步脉冲不再发放(图1D)。

1.5短暂的非连续噪音会产生什么后果？ 若第一段噪音在低限频率间期前即结束，然后在这一间期内、既定的非同步脉冲前出现了第二段噪音，而噪音的第一个信号被起搏器认为是正常感知信号，于是重整时间间期；在第二个低限频率间期内，又出现类似短暂的非连续噪音，而每个噪音的第一个信号均被认为是正常感知信号，且重整计时周期，最终将抑制脉冲发放(图1E)。

1.6在真实世界中，为何依然会经常出现肌电干扰抑制脉冲发放的现象？ 首先，肌电干扰信号振幅高低不一，若一阵干扰中仅某几个信号被感知，且不连续，感知到的信号均落在噪音采样期之外，则不会启动噪音反转功能，却重整时间间期，导致脉冲发放受抑；第二，若肌电干扰信号频率较低，落在噪音采样期之外，被误认为是正常感知信号，起搏器不会开启噪音反转功能，也会导致脉冲发放受抑；第三种常见情况即短暂的非连续噪音。在低限频率间期内出现2阵或2阵以上非连续噪音，每阵噪音的第一个信号被认为是感知事件，并重整时间间期，也会抑制脉冲发放(图2)。

图2 肌电干扰导致心室脉冲发放受抑制，引起长RR间期

2 不同厂家噪音反转工作方式

有关噪音采样期时间设置，每个厂家算法各异，具体命名也有所差异。Medtronic公司的噪音采样期即相对不应期(150～500 ms)，可程控；而其他公司噪音采样期是固定的，不可程控。理论上而言，心房通道和心室通道出现感知/起搏事件后均会开启一个噪音采样期，但各公司略有差异，笔者参考了各厂家相关说明书，现简单总结如下。

2.1Medtronic公司 (1)心室通道：起搏/感知心室信号后开启空白期和相对不应期(150～500 ms)，后者即为噪音采样期，在噪音采样期内感知信号后，重启空白期和相对不应期，但不重整低限频率间期，即发生噪音反转，起搏器将转变为非同步起搏模式，从第1个非噪音采样期内信号开始计时，以低限起搏频率或传感器起搏频率起搏(图3)：①若原起搏模式为频率应答模式(VVIR除外)，则以传感器频率非同步起搏；②若原起搏模式为非频率应答模式或VVIR模式，则以低限频率非同步起搏。一旦感知信号落在噪音采样期外，噪音反转终止，起搏器恢复按需起搏模式。通常将心室不应期设置在180～300 ms左右，若快心室率RR间期<不应期，则有可能误认为是噪音，起搏器以非同步起搏模式工作(图4)。此时需延长心室不应期或应用药物减慢心率，使心室感知信号落在不应期外，避免不恰当噪音反转发生。(2)心房通道：只有在AAI模式下，起搏/感知心房信号后开启空白期和相对不应期(即噪音采样期)，噪音采样期内感知信号后，重启空白期和相对不应期，但不重整起搏间期，发生噪音反转；而在DDD模式下，起搏/感知心房信号后虽开启空白期和不应期，但无噪音采样期，即不应期内感知信号不重整心房不应期。

在第一个心动周期中，VP后连续出现4个不应期感知事件，均重整心室不应期，但不重整低限频率，即发生噪音反转。当不应期连续重整直至达到低限频率间期时，起搏器按时发放心室脉冲

图3Medtronic 公司VVIR起搏模式下的噪音反转

心室事件均为不应期感知(SR)，发生噪音反转，体表心电图易被误读为心室起搏/感知功能不良

2.2St. Jude公司 与Medtronic公司明显不同。St. Jude公司起搏器对于AAI起搏器，噪音反转模式为AOO; VVI起搏器，噪音反转模式为VOO；而对于DDD起搏器，若心室通道检测到噪音，心房、心室通道均开启噪音反转功能(DOO模式)，若心房通道检测到噪音，仅心房通道开启噪音反转，心室通道依然为按需模式(DVI)(图5)。

(1)心室通道：心室通道感知或起搏事件后心房和心室通道均开启不应期，其中心房通道为75 ms空白期+25 ms噪音采样期，心室通道为75 ms空白期+75 ms噪音采样期，一旦噪音采样期内感知到信号，即开启噪音反转功能，重整不应期，起搏器以非同步模式工作，直至噪音信号消失。对于心室通道而言，不应期为150 ms，因此只有当电信号>400次/分(60 000 ms÷150 ms)才可能发生噪音反转，一般的快心室率事件不会引起噪音反转，这一点与Medtronic公司的计算方法明显不同。

心房通道检测到噪音信号，开启噪音反转功能，以低限频率发放脉冲，心室通道不受影响，以DVI模式工作

图5St. Jude公司DDD起搏器发生噪音反转

(2)心房通道：心房通道感知事件后开启心房不应期(75 ms空白期+25 ms噪音采样期)，若在噪音采样期内感知信号，则发生噪音反转，重整不应期，起搏器以非同步模式工作。同样地，因不应期为100 ms，因此只有当电信号>600次/分(60 000 ms÷100 ms)才可能发生噪音反转。心房颤动时心房频率为300～600次/分，且并非所有信号均会被心房通道感知，故理论上而言，快速心房频率事件亦不会引起噪音反转。

值得一提的是，无论心房通道还是心室通道，不应期的前半部分均存在75 ms的空白期，当发生噪音反转后，若某个噪音信号恰好落在空白期而非噪音采样期，那么噪音反转终止；而后续信号将重新开启第二段噪音，此第二段噪音的第一个信号将被起搏器认为是正常感知事件，重整起搏间期。若多次出现这样情况，且噪音持续时间短，未达到低限频率，就会产生短暂的非连续噪音抑制脉冲发放的现象。

2.3Biotronik公司 与St. Jude公司不同的是，①该公司心房通道与心室通道互不影响，即心房通道感知事件后仅触发心房噪音采样期(Biotronik公司称为干扰间期)，心室通道感知事件后仅触发心室干扰间期；②Biotronik公司的干扰间期是一个独立的时间间期，与空白期、不应期等不发生任何关系。对于感知事件而言，干扰间期与不应期同时开始，其前不存在空白期；对于起搏事件而言，其后仅开启空白期，无干扰间期。在Evia系列之前的起搏器，起搏事件后的空白期固定为125 ms，自Evia系列始，起搏事件后的空白期大大缩短(当脉冲输出<5.0 V, 空白期17 ms，当脉冲输出>5.0 V，空白期33 ms)(图6)。与Medtronic和St. Jude公司不同的是，感知事件后直接开启干扰间期，无空白期，故干扰信号基本落在干扰间期内，不会出现因噪音信号落入空白期内导致噪音反转错误终止的情况，前述因短暂的非连续噪音抑制脉冲发放的几率亦会大大降低。

上图：Evia系列前起搏器干扰间期示意图，起搏事件后开启125 ms空白期，感知事件后，开启125 ms干扰间期。下图：Evia系列起搏器干扰间期示意图，起搏事件后开启17 ms空白期，感知事件后，开启51 ms干扰间期

图6Biotronik公司起搏器干扰间期示意图

在Evia系列之前的起搏器，干扰间期为125 ms，不可程控，当检测到的电信号大于480次/分(60 000 ms÷125 ms)，发生噪音反转，干扰间期连续重整，基础计时间期不变。因此在心室通道，即使快心室率也不可能被误认为是噪音；但在心房通道，心房颤动频率有时可达到600次/分，超过了480次/分的噪音信号，则有可能将心房颤动波误认为噪音信号，起搏器以非同步模式工作，同时自动模式转换功能(AMS)亦无法正常启动。因此从Evia系列开始，干扰间期缩短至51 ms，如此只有当电信号频率达到近1 200次/分(60 000 ms÷51 ms)，才发生噪音反转，而快速的心房颤动波远未达到该频率，故不会发生噪音反转(图7)。

上图：Evia系列前起搏器工作示意图。快频率心房事件超过480次/分，连续落入心房通道的干扰间期，被误认为噪音干扰，开启非同步起搏模式；下图：Evia系列起搏器工作示意图。快频率心房事件均落在51ms的干扰间期外，起搏器认为是正常心房感知事件，不发生噪音反转，且因其频率超过自动模式转换(AMS)频率，发生自动模式转换

图7Biotronik公司起搏器工作示意图

由于Biotronik公司心房、心室通道对噪音的确认、噪音采样期的触发互不影响，因此当某个通道发生噪音反转与非同步起搏，另一个通道依然以按需起搏模式工作；当心房、心室通道均发生噪音，则均以非同步起搏模式工作。哪个心腔存在噪音干扰，哪个心腔失去感知功能(详见表1)。

表1 Biotronik公司起搏器发生噪音反转后的工作模式

2.4Boston Scientific公司 波科公司心房与心室通道对噪音采样期的触发存在相互影响。首先，无论心房还是心室起搏，起搏的同时会开启一个固定50 ms的空白期，继而是心房通道40 ms的噪音采样期和心室通道60 ms的噪音采样期。而对于感知事件，心房感知只会在心房通道开启40 ms的噪音采样期，心室感知会开启心室通道60 ms的噪音采样期与心房通道40 ms的噪音采样期。在噪音采样期内感知信号将重启该间期，发生噪音反转，出现非同步工作模式。对于DDD、VVI和AAI起搏器，噪音反转模式分别默认为DOO、VOO和AOO(图8)。

图8Boston Scientific公司心房/心室起搏、心房感知、心室感知后开启相应的时间间期示意图

不似其他时间间期，噪音反转在各个公司的算法差别较大，笔者将各公司噪音采样期设定、心房/心室通道噪音触发相互影响、噪音反转工作模式等特点总结于表2。

表2 各公司起搏器噪音采样期设定、工作模式等汇总表

由此可见，Medtronic公司噪音采样期相对较长，容易将快心室率事件误认为是噪音，从而发生噪音反转，发放非同步脉冲。St. Jude、Biotronik、Boston Scientific三家公司噪音采样期均较短，一般不会将快频率心房事件或心室事件误判为噪音。因此，临床上常见的由于快室率(多见于心房颤动时)导致噪音反转的起搏心电图多是Medtronic公司的产品。

综上所述，噪音反转的目的是防止噪音干扰导致心室脉冲发放受抑制而发生停搏风险。有时快心室率会发生噪音反转，此时心电图容易被误解读为感知过甚或起搏功能异常(见于美敦力公司产品)，应引起临床心电图工作者的注意；另一方面，短暂非连续噪音发生时即或启动噪音反转功能，仍然可能出现长RR间期，若无腔内图参考，很难知晓噪音反转功能在工作，这也是目前起搏器噪音反转功能的局限性。植入医师应知悉各公司产品噪音反转功能的特点，以便对起搏心电图作出正确的判断。