无创性心电成像技术临床研究进展

娄洋 毛威*

310006浙江省中医院（毛威）

自1887年出现第一张心电图以来，心电图检查逐渐成为现代医学中最重要的检查之一。12导联心电图（ECG）以一种无创、便捷且廉价的方式检测心脏电信号，并用于诊断多种心血管疾病［1］。随着医学研究的深入，ECG的局限性也日益凸显，而有创性电生理检查也因其有创性和局限性导致难以普遍使用。无创性心电成像技术（ECGI）的出现较好填补了两者间的空白。ECGI先通过条状或背心状体表多导联系统（128导联）记录患者体表电信号，随后进行胸部电子计算机断层扫描（CT）或磁共振成像扫描（MRI）以获得心脏和背心状电极的高分辨图像。通过三维重建获得体表电极在躯干上的相对位置。将体表电信号与心脏解剖信息相结合并进行反向演算、重建、正则化，仅需单次心脏搏动即可获得完整的心外膜电位、单极电描记图、电激活图等心脏电活动信息。该技术可在生理或病理条件下精确且直观地展现心脏电势变化，对疾病诊治有极大帮助。

1 室性心律失常

1.1 流出道相关室性早搏 起源于流出道的频发室性早搏（PVC）占所有室性心律失常10%左右［2］。导管消融是治疗这类心律失常最有效的方法，但常规心内标测技术由于其空间分辨率低、过于依赖术中早搏发生等原因，导致消融手术效益较低。尽管现在已发布了用于早搏定位的心电图标准，但常规心电图存在其固有缺陷，如导联放置位置不标准、患者个体异质性等导致图形不精确，最终导致标测精确度不高，较大影响了诊断［3］。

与ECG及有创性电生理检查相比，ECGI准确性较高，它通过重构单极心电图的波形精确定位早搏起源，并指导消融手术。JAMIL等［4］研究发现使用ECGI系统，96%的患者可以精确定位PVC起源，而常规ECG组中为仅37%至58%。同时，ERKAPIC［5］得到类似的结果，常规ECG检查仅在76.2%的患者中准确识别出PVC起源的腔室，而ECGI系统为95.2%。

1.2 瘢痕相关室性心动过速 心肌梗死后发生室性心动过速（VT）多由心梗瘢痕内幸存组织形成的折返回路引起［6］。通过对瘢痕准确定位有助于识别折返回路，从而指导治疗。ECG和心脏延迟增强核磁共振（DCE-MRI）等多种方法均可用于心梗瘢痕定位及定性。然而仅通过ECG很难获得有关心梗瘢痕程度和位置的详细信息；而通过DCE-MRI可以准确定位各阶段的心梗瘢痕，但由于检查复杂、效率低等原因导致其在临床上应用有限［7］。

ECGI可通过绘制心内膜和心外膜甚至透壁电活动的三维重构图形实现对心梗瘢痕的精确定位，对治疗有重要的指导作用。CUCULICH等［8］研究发现心梗瘢痕在ECGI中表现出振幅降低（低电压）、分离信号以及延迟电位的特点。借此可准确将心外膜电“瘢痕”定位于解剖瘢痕的位置（敏感性为89%，特异性为85%）。WANG等［9］研究发现，ECGI重建的模型中绘制的瘢痕基质和折返回路与有创性检查结果基本符合。ECGI仅需通过正常心搏中产生的分离信号即可定位瘢痕的关键部位，快速且有效地绘制VT的发作图，较大提高诊疗效率。

但传统ECGI技术有一定局限性。由于该技术的原理是通过对体表心电图进行反向演算，容易受到ECG底噪的影响。同时瘢痕内缓慢、不连续、延迟地收缩或舒张（延迟电位）不易被观察到，增加了定位难度［10］。MISRA及其团队［11］研发出新型ECGI系统（VIVO系统）。其与传统ECGI的不同之处是通过分析心室激活的心电向量而非模拟体表心电图，这有助于识别室性心律不齐中经常出现的低电压期前收缩信号，同时也降低ECG底噪等的影响。在其准确性方面，该研究发现在88%的患者中VIVO系统对室速发生点的预测与有创性检查结果相符合。

2 心房颤动

心房颤动是临床上最常见的心律失常之一。多项研究发现，房颤是依靠高频区域的局部折返和局灶性激活引起和维持［12］。房颤是一种动态节律，起源部位时空变化性很强，因此要精确定位房颤起源较为困难。有人曾经尝试心内膜单电极或多电极导管等方法来定位房颤局部起源，但由于无法同时对左右心房进行映射、接触不良以及手术通路受限等问题无法有效实施［13-14］。

现在房颤治疗仍然以环肺静脉（PV）经验消融为主［14］，但有研究表明环PV消融术在持续性房颤和长程持续性房颤患者中效果欠佳［15］。PEDRO N-TORRECILLA［12］团队研究发现对房颤高频部位的精确消融比环肺静脉的经验消融更加有效且风险更低。通过ECGI系统对高频区域精确定位并进行消融，可有效减少消融手术持续时间（平均缩短37 min）［13］同时避免过度消融对心肌的损害。欧洲一项多中心前瞻性研究采用了ECGI指导房颤患者导管消融，研究发现其中93%的情况下消融术有效，房颤被有效终止并且在最初随访的3个月中，房颤的复发率仅7%［14］。

HAISSAGUERRE［16］团队对持续性房颤研究发现，80%的患者是由于折返活动引起，而20%患者是由于局灶性激活引起。虽然房颤激活模式不断变化，但总可以在特定部位观察到类似的激活模式。研究发现，折返驱动子通常位于右PV/中隔区，左PV /左心耳区，左下壁/冠状窦区域和右心房上部。尽管有一定的患者特异性，但这对消融方案的选择有指导作用。GAO［15］团队研究发现转子活动（rotational activity）在持续性房颤中有重要作用，通过ECGI精确识别转子的位置并进行消融可以有效提高房颤转复成功率（68%）。借助上述研究可以在术前识别出房颤终止几率较高的患者，并对其进行危险分层。这在房颤消融前给医师提供额外的有效信息，提高手术效率。

3 其他心律失常

3.1 预激综合征（WPW） 对于有症状的WPW，治疗的关键是识别和定位引起预激的房室旁路。ECG在预测局灶性或折返性心律失常以及精确定位房室传导旁路等方面价值有限。通过ECGI可以实现对预激途径的精确定位，并可识别多条同时独立存在的途径和心外膜途径。CAKULEV［17］研究发现ECGI准确地预测心室预激，包括1例心外膜途径被准确识别，并且通过侵入性电生理检查得到验证。波尔多小组［18］研究多次消融失败的WPW综合征患者，发现ECGI实现了对异常房室旁路的精确定位，并发现先前消融瘢痕的存在对心脏传导的影响。在对于存在消融抵抗的WPW综合征患者中，ECGI技术对房室旁路的定位有更好的辅助作用。

3.2 长QT综合征 长QT综合征中［19］，研究发现长QT综合征患者RT和ARI明显延长，这代表了复极化延迟和APD异常延长。长QT综合征患者ARI延长的空间分布极不均匀，其复极化斜率比健康志愿者组大得多。由此可以实现对心律失常底物的识别和定位，而体表心电图却无法做到这一点。研究表明ECGI在患者的危险分层中也可能发挥重要作用。

3.3 Brugada综合征 Brugada综合征（BrS）患者的ECGI显示出在电生理学底物中结构性异常传导和异常复极化共同存在。与长QT综合征不同，BrS患者异常底物多仅存在于右心室流出道内。ECGI可以根据心脏电生理底物的主要差异来区分具有相似体表ECG的BrS患者（恶性和高度致心律失常）和非BrS右束支传导阻滞（RBBB）患者（通常被认为是良性）。对于患者确诊和后续指导治疗有重要作用。

4 CRT无应答

心脏再同步治疗（CRT）是对某些中重度心力衰竭射血分数降低和左心室激活时间异常患者的有效干预［20］。借助ECGI研究进一步明确了这类患者心室激活 传导的特点以及，引起心力衰竭的原因。CRT治疗的目的在于通过加速激活心室最迟激活部位以恢复心室同步激活，来增强心脏收缩力和心脏机械效率。但有研究表明，临床上仍有30%左右的患者表现为 CRT 无应答［21］。SIENIEWICZ［21］研究发现心梗瘢痕组织中发生了显著的延迟激活。ECGI可以准确描绘瘢痕纤维化区域，并且可精确识别心室激活的最迟部位，同时可在手术中锁骨下打开电极背心，在术中指导导线和电极的放置，优化了CRT方案。

在植入指征上，国际CRT植入指南中推荐12导联心电图作为CRT植入指征的检查工具。最近MARC［20］团队的研究引入心室电解耦（VEU，左右心室激活时间之差）的概念，通过ECGI测量VEU，发现CRT应答与VEU延长有关。通过VEU预测出CRT应答敏感性达90%，特异性为82%。VEU高于临界值的患者CRT应答可能性比其他患者高42倍。另有证据表明，一部分无左束支传导阻滞（LBBB）的患者也可能会对CRT治疗产生反应，一些非特异性室内传导障碍（NICD）的患者也能检测到明显的VEU。因此，CRT植入也适用于ECG上未体现出明显QRS延长，但有明确VEU延长的患者。VEU的测定有较高的敏感性与特异性，是对常规ECG检查的有效补充，可以更好地筛选适合CRT植入的患者。

5 挑战与局限性

尽管ECGI有较大的临床应用潜力，但目前技术难点在于最佳的逆向算法以及正则化算法的构建。由于人体的复杂性，如身体各部位导电性不同、患者结构的特异性等均会影响结果的准确性［22］。ECGI的原理是从体表获得心脏电生理信息，然后通过重构出心外膜表面的电信息并进行分析。但心内膜激活与心外膜并非完全同步，尽管现在有研究显示两者有密切联系，但仍存在差异。

在临床应用上目前也有着一定的局限性。ECGI在识别PVC的来源时，当遇到PVC发生在靠近室间隔的部位，ECGI预测的准确度有所下降。Jamil-Copley团队和Erkapic团队分别报道1例ECGI系统错误定位PVC起源（起源心室标记错误）的患者［3］。

ECGI在临床广泛应用的价值仍有待明确。临床上对于各种心律失常的诊断仍以侵入性检查为金标准。在手术过程中经过侵入性检查定位后再进行手术治疗是现在很多心律失常手术治疗的常规流程。从患者和社会经济学角度来看，对患者手术前进行252导联甚至更多导联的体表电势广泛测定，并加以CT/MRI扫描来获取解剖学信息是否有必要；这项检查所产生的费用及辐射曝光量等相比带来的优势是否有价值仍值得考量。

6 小结

ECGI填补了侵入性电生理检查和ECG间的空白。它仅需通过单次搏动即可绘制出心脏电活动图，甚至透壁电活动图，较大提高诊疗效率［23］。通过电活动同步评估可以实现为患者制定个性化的CRT方案，同时可以筛查出当前尚无症状，但有必要进行CRT治疗的患者。未来的应用前景包括针对传导异常的风险评估分层（包括传导减慢，房颤中的电活动紊乱，低电压等），探究结构异常与电活动异常（包括纤维化，脂肪变性等）之间的关系等。尽管ECGI目前尚存在众多问题，但未来在临床和科研方面的应用前景仍然不可小觑。