心腔内超声心动图在房颤介入诊疗中的应用进展

杜先锋 卓伟东 储慧民

当前,房颤已成为全球范围内最为常见的心律失常,其潜在的致病及致死风险会给患者及全社会带来沉重的健康及经济负担[1]。

欧洲心脏病学会(ESC)2020 年发布的最新版房颤诊断及管理指南[2],已将房颤导管消融术(atrial fibrillation catheter ablation, AFCA)推荐为包括阵发性房颤和持续性房颤在内的症状性房颤的一线治疗方法,而经皮左心耳封堵术(left atrial appendage closure, LAAC)也成为预防心源性卒中及全身性栓塞的有效治疗手段。 近年来,随着超声心动图、三维电解剖标测(3-dimensional electroanatomic mapping,3D-EAM)系统等各类影像学设备及技术的更新迭代,房颤介入诊疗技术出现多元化发展的新格局,各种介入手术已逐渐减少甚至摆脱对X 线检查的依赖和限制,向着更为安全、高效、绿色的方向发展。 这其中,心腔内超声心动图(intra-cardiac echocardiography,ICE)的应用和发展就是代表之一。

本文对ICE 在房颤介入诊疗领域的应用进展进行综述和展望。

1 心腔内超声心动图的技术特点及优势

ICE 使用的是5 ～12 MHz 的低频超声,这使得集成于可调弯导管上的超声探头可以在心腔内获得比血管内超声更好的组织穿透力。 常见的ICE 导管分为机械超声导管和电子相控阵列超声导管两类,目前后者在临床上更为常用[例如美国强生公司的Sound-Star 及美国雅培公司的ViewFlex 导管,前者可在CartoSound 模块(Biosense Webster, 美国)辅助下进行心腔内结构的三维重建]。 目前ICE 导管直径为6 ～10 Fr,常经股静脉入路,可提供心腔内解剖结构及其他心腔内导管和设备的高分辨率实时影像。 此外,相控阵列式ICE 导管还可提供更大范围的视野及多普勒图像(包括彩色多普勒、脉冲多普勒、连续多普勒及速度向量成像),以利于术中实时观察流经瓣膜、血管、缺损空洞及封堵器边缘的血流。

传统经食管超声心动图(transesophageal echocardiography, TEE)只能局限于食管管腔内,单纯通过旋转晶片阵列实现对目标结构的扫描。 而无此空间局限性的ICE 导管则可经由外周血管送入目标心腔或血管结构内进行更近距离的扫描,其技术优势相较TEE 更为明显:操作灵活,机动性强,可从包括右心房、冠状静脉窦、肺动脉等解剖结构内对左心房及左心耳进行扫描,甚至送入左心房内进行更近距离的扫描,从而更加精确地排查血栓、指导AFCA 及LAAC手术[3];可于局部麻醉下经血管入路进行操作,避免全身麻醉的风险及食管插管的不适体验,避免TEE探头对食管壁黏膜的机械性损伤及扫描时的热损伤[4];可实时监测术中血栓形成及心包积液等潜在并发症风险,提高手术安全性[5-6];由术者独立操作,不依赖于超声科及麻醉科医师,手术安排灵活性更好,并可降低手术的人员成本[7];显著提高手术效率,减少手术各环节耗时[7-8];术中X 线暴露及造影剂用量显著减少,甚至可实现零射线AFCA 及LAAC[9-12]。

2 使用心腔内超声心动图排查左心房及左心耳血栓

TEE 一直是AFCA 或LAAC 术前排除左心房及左心耳内血栓的金标准,但如患者因食管病变、解剖学异常或情绪紧张等因素无法配合完成TEE 检查,可通过ICE 排查左心房及左心耳血栓。 Hutchinson等[13]通过建立左心耳血栓的动物模型,经由超声科专家按双盲法分别独立地评估ICE(探头放置于肺动脉内)与TEE 在侦测左心耳血栓方面的差异,结果所有医生都认为ICE 与TEE 评估左心耳血栓的准确性相当,且ICE 的图像质量更高。 Action-IceⅠ研究也发现,右心房并非完整评估左心耳的最佳位置,而将ICE 导管置于肺动脉内探测左心耳血栓的成功率比置于冠状静脉窦内更高(87.5%vs.26.0%,P＜0.001),且安全、准确[14]。 Anter 等[3]的研究也发现,在诊断左心耳血栓的有效性方面,ICE 比TEE 更优(100%vs.87.3%,P＜0.002),而且 ICE 发现自发超声显影(spontaneous echo contrast, SEC)的能力更强。事实上,ICE 不仅可提供与TEE 结果一致的左心耳长轴、短轴、面积、峰值排空流速等参数,更可进一步明确或排除TEE 检查时“疑似血栓”的结果,从而更加精准、安全地指导电生理手术[3,15-16]。 不过和超声检查相比,心脏CT 在侦测左心耳血栓方面的敏感性及阴性预测值似乎更优[17]。

检查时,通常于局麻下取股静脉入路送入ICE 导管至右心房,可分别从右心房体部、冠状静脉窦内及肺动脉内对左心房(左心耳)进行逐层扫描[14],排除血栓可能。 从右心房体部观察的优点是导管操作简单,且可指导房间隔穿刺(transseptal puncture, TSP),可观察左心耳口部是否存在血栓,并测量左心耳开口尺寸;缺点是左心耳体部及远端可能显影不清。 在冠状静脉窦内,ICE 影像可显示左心耳长轴,优点是距心耳近,可清晰显示左心耳的体部和远端,便于排除左心耳中部及深部的潜在血栓。 缺点是冠状静脉窦内活动范围小,导管头端运动常受限;ICE 导管质地较硬,操作不慎可能损伤冠状静脉或其分支;遇到冠状静脉窦口部或内部瓣膜时,可能阻碍导管行进,甚至无法进入。 ICE 导管通过打弯、跨三尖瓣操作后,可经由右室流出道送入肺动脉内,从右前侧向左后侧自短轴切面扫描左心耳,探查左心房及左心耳内是否存在血栓,并可见到由左心耳与左上肺静脉(left superior pulmonary vein, LSPV)和左下肺静脉所形成的特征性的“倒置鬼脸征”。 由于肺动脉距左心耳较近,因此可清晰观察到左心耳口部、体部及远端的短轴影像,缺点是常需在X 线辅助下使ICE 导管到位。研究发现,这3 个探查左心耳血栓的解剖位置中,以肺动脉内的ICE 图像质量最高[3]。

3 使用心腔内超声心动图指导房间隔穿刺

ICE 和TEE 都可以精准地选择TSP 位点并实时监测穿刺全过程。 通常超声扇面应透过房间隔扫描到LSPV 和左心耳之间的嵴部,为判断前后的最佳位置做参考,根据术式需要调整扇面,以决定进针角度偏向左房前壁(例如针对开口朝前的反鸡翅形左心耳进行封堵)还是后壁(例如进行AFCA)更有利。 卵圆窝下缘靠近肌部的位置为判断上下的最佳位置。 值得注意的是,有时候穿刺位点并非越低越好,需结合穿刺点附近心肌厚度来决定,位置较低但偏厚的部位可能不利于随后ICE 导管送入左房的操作。

相较于TEE,ICE 指导TSP 的优势在于可以与3D-EAM 相整合,进而实现完全零射线操作。 这也是零射线AFCA 和LAAC 的关键步骤[10-11],尤其适合心房较小或解剖结构变异患者及儿童患者。 研究发现,ICE 配合3D-EAM 指导TSP 操作的成功率高达99.8%[18],且可实现零射线TSP,不过三维建模会耗费一定的手术时间[19]。 此外,超声指导TSP 时可通过注射生理盐水替代传统X 线指导TSP 时使用的造影剂,因此更加适合造影剂过敏或肾功能不全的患者。 但无论采用哪种影像学工具进行辅助,都需谨防TSP 操作时造成心脏植入电子设备的电极脱位风险[18]。

4 使用心腔内超声心动图指导房颤导管消融术

早在20 余年前,ICE 已开始应用于房颤导管消融术。 与传统X 线影像相比,ICE 优势明显:可替代或部分替代X 线影像,减少射线暴露;可清晰区分解剖结构变异;可识别导管的解剖学定位和朝向;可识别导管与心内组织的贴靠;可侦测消融时的导管移位;可及时发现早期心包积液及消融相关的血栓形成;可识别肺静脉狭窄;可识别消融时由于局部阻抗升高而形成的微泡及血凝块[20]。

为提高AFCA 时心房模型的精准度,临床常将多排CT 的影像与3D-EAM 系统相结合,但CT 无法提供实时解剖影像,而这恰恰是ICE 的优势。 den Uijl等[21]最早使用ICE 导管配合CartoSound 模块在3DEAM 系统中构建左心房和肺静脉的三维模型,再将术前多排CT 影像与此三维模型进行整合来指导手术。 该研究比较发现,ICE 与多排CT 模型匹配度较好,通过(31.1 ±8.5)个扇面精准建模及图像整合后,CT 模型与 ICE 模型间平均距离约为(2.2 ±0.3) mm。 美国麻省总院研究发现,经由TSP 位点将ICE 导管送入左心房内建模不仅可行,而且精准度更高[与在右心房内建模相比,左心房内建模的模型误差更小(1.83 ±0.32)vs.(2.52 ±0.58)mm,P=0.000 4)][22]。 在这些工作基础之上,Ferguson等[11]首先尝试通过ICE 与3D-EAM 导航完成零射线房颤射频消融术,21 例房颤患者(14 例为阵发性房颤)中19 例实现手术全程零射线操作,中位平均手术时间208 min,放置冠状窦电极导管需5 min,两次TSP 需26 min,左心房内消融103 min,未出现手术相关并发症。 Bulava 等[12]通过随机对照研究发现,ICE 配合3D-EAM 系统行零射线房颤射频消融的手术耗时、成功率及安全性与传统X 线指导手术无差异,但术中X 线暴露剂量显著减少。 我国单中心经验也提示,ICE 指导下的零射线或极低射线剂量下房颤消融安全有效[23]。 此外,ICE 还可指导环状盐水灌注消融导管(nMARQ, Biosense Webster,美国)行环肺静脉电隔离术,可显著减少手术时间、X 线透视时间及透视剂量[24]。 现今,在 ICE 及3DEAM 配合下,通过压力感知导管行房颤消融,不仅可实现零射线手术,还可显著缩短手术时间[25]。 不过,由于静脉迂曲、房间隔穿刺困难、早期学习曲线等问题,部分病例术中仍需要X 线辅助[23]。

此外,ICE 在冷冻球囊房颤消融术中也大有用武之地。 Nölker 等[26]通过 ICE 对肺静脉口部进行测量来指导术中冷冻球囊尺寸的选择,借助彩色血流多普勒判断冷冻消融时肺静脉是否完全封堵,并可通过消融前后肺静脉口部的脉冲多普勒测量对比来排除肺静脉口部的急性期狭窄。 术中ICE 影像还可替代球囊充气前的肺静脉造影,从而显著减少术中X 线暴露[27]。 随机对照研究发现,在 X 线透视基础上配合ICE 技术确认球囊的最佳定位及肺静脉是否完全堵闭,可在保证相似手术成功率的前提下,较单纯X 线指导显著减少手术时间、X 线透视时间及术中造影剂用量[28]。

ICE 在减少房颤消融围术期并发症方面,具有显著优势。 Aldhoon 等[29]回顾性分析了欧洲1 192人次在ICE 指导下行房颤导管消融的资料,发现围术期血性心包积液及心包填塞的发生率仅为0.25%,远低于此前非 ICE 指导下的手术(约1.2% ～1.4%)。 这主要得益于术中 TSP 均在 ICE 指导下完成,几乎杜绝了TSP 相关的并发症。 其次,即使在非压力感知导管使用的年代,也可以采用ICE 对消融时导管头端与心房组织的贴靠情况进行实时监测,一旦发现组织发白或微气泡产生等局部组织过热的表现可立即停止放电,这也可极大程度地降低消融过程中发生心包填塞的风险[30-31]。 Ren等[6]研究发现,左心房增大、SEC 及持续性房颤患者更容易在房颤消融术中形成血栓,其中SEC 是术中血栓形成的最强预测因素。 通过ICE 监测发现,即使在维持有效抗凝(活化凝血时间ACT ＞250 s)的情况下,仍可发现术中10.3%(24/232)的左房血栓发生率,不过这其中90%的血栓可在导管及鞘撤回右房后消失,且这些血栓通常不会引起临床栓塞事件。 ICE 还可在术中实时识别食管与左房后壁消融灶的相对位置关系,测量左房后壁与食管前壁的厚度,并据此调整能量输出,以最大限度地规避心房食管瘘的发生[32]。 据2020 年发布的一项对近30 万例接受房颤消融术的患者(其中术中使用ICE 者占15.6%)长达14 年的统计数据显示,AFCA术中使用ICE 可显著降低住院死亡率(0.11%vs.0.54%,P＜0.000 1),总体并发症发生率可降低 52% (HR= 0.48,95%CI0.44 ～0.51),其中 ICE 组的心脏并发症发生率更低(3.67%vs.4.51%,P=0.025);尽管使用ICE 会增加手术费用,但可显著缩短住院天数[(2.1 ±0.02)dvs.(4.0±0.02)d,P＜0.000 1][33]。

5 使用心腔内超声心动图指导左心耳封堵术

在LAAC 术中,ICE 以相较于 TEE 更为灵活便捷的操作、更为丰富的观察视角、更为良好的耐受性、更为及时的监测安全性以及明显更低的X 线暴露和造影剂使用量,正受到越来越多医生与患者的青睐。 理论上,所有符合LAAC 术指征的患者均可采取ICE 作为术中主要的、甚至是唯一的影像学工具来指导手术[10]。 实际临床操作中,以下特殊人群应优先推荐使用ICE 指导LAAC 术,包括:因食管病变或个人耐受情况差无法完成TEE 检查者;因患者解剖异常(如右位心、脊柱畸形、心脏转位等),预判房间隔穿刺等术中操作难度大而需要ICE 指导者;合并肾功能不全或对造影剂过敏者;对X 线过敏或不耐受者等。

理论上将ICE 导管置于右心房内,可显示左心耳的二尖瓣平面、主动脉平面、左侧肺静脉平面,但因距离左心耳较远,常无法清晰显示心耳体部及远端形态[34]。 这时可通过房间隔穿刺位点将超声探头送入左心房,并送至LSPV 内进行观察[35]。 事实上,左心耳的解剖形态往往复杂多变,心耳口部也并非正圆或椭圆形,因此需要从多角度、多轴向去评估心耳形态及测量口径、深度等尺寸。 这正是传统TEE 操作的短板,其受限于在食管管腔内无法立体地、适时地评估左心耳。 国内储慧民教授团队创新性地提出基于“三轴六向法”评估左心耳并指导封堵器植入的LOVE 术式(left atrial appendage occlusion via ICE guidance),其核心思想是在X 线和(或)3D-EAM 指引下,将ICE 导管穿过房间隔进入左房后,先后送至3 个关键解剖学位置,即LSPV、右肺静脉口部(right pulmonary vein ostium, RPVO)、二尖瓣环口部(mitral annulus ostium, MAO),分别从3个正交垂直的轴向[x轴(LSPV)自后向前;y轴(RPVO)自右向左;z轴(MAO)自下向上],从左心耳一端向另一端逐层扫描,可毫无遗漏地显示左心耳各轴向的最大口径、着陆区直径及有效工作深度,从而更精确地指导封堵器的选择。 在植入封堵器时,通常将ICE 导管置于LSPV,可稳定地监测包括猪尾导管送入、输送鞘定位、封堵器定位及展开、牵拉测试、回收及释放在内的所有操作,并可配合多普勒血流显影,再次从上述3 个轴向逐层扫描以评估封堵效果。 该术式可涵盖各种形态及朝向的左心耳,可仅在X 线辅助下指导ICE 导管到位,也可在3D-EAM 指导下构建左心耳及毗邻解剖结构的三维模型,并实时显示ICE 导管位置,从而实现极低射线甚至零射线LAAC[10]。 该术式系统性及可重复性强、学习曲线短,适合所有心脏介入亚专科医生。

ICE 指导LAAC 术可安全、顺利地完成各种临床常用封堵器的植入[7,35]。 研究对比发现,ICE 术中测量结果与X 线造影结果一致性好,可完全避免测量时对X 线的依赖[36]。 引入ICE 技术后,LAAC手术可由全身麻醉过渡到局部麻醉,在保证手术成功率、不使并发症发生率升高的前提下,显著缩短手术间的换台时间,显著减少造影剂使用剂量[8]。多中心研究发现,ICE 指导的LAAC 手术各环节耗时更少、手术效率更高,虽然增加了手术耗材费用,但麻醉及超声专业人员的费用支出显著降低,因此总体住院费用并未增加[7]。 一项纳入1 122 例患者的Meta 分析显示,ICE 指导LAAC 的成功率与TEE指导相仿,且有减少并发症发生的趋势;虽然各中心的手术时间与X 线暴露时间变异较大,但总体造影剂用量均显著减少[9]。

6 展望

当前绝大多数ICE 仍以二维扫描或借助3DEAM 实现三维图像重建,无法实现LAAC 术中类似TEE 的实时三维重建。 新近问世的一种4D(即实时三维)ICE 导管(Acuson AcuNav Volume, Biosense Webster, 美国)拥有更宽的成像视野,可获取90° ×50°的实时超声容积影像,以克服传统2D-ICE 的局限,实现左心耳及封堵器与周围解剖结构的实时多平面重建[37-39]。 Khalili 等[39]研究发现,术中 4DICE 对左心耳尺寸的评估结果与TEE 测量结果一致,对植入封堵器直径的评估也与TEE 相匹配,4DICE 完全可以替代TEE 胜任LAAC 术中的超声影像工作,不过对复杂病例的手术流程还需进一步优化。

由于ICE 检查属于需经血管介入途径进行的有创性操作,故目前LAAC 术后的常规超声随访方式仍以TEE 为主。 近期有研究已证实了LAAC 术当日出入院的可行性[40]。 也许在未来,对于术后不能耐受TEE 检查的患者,当日出入院进行ICE 排查血栓或进行LAAC 术后复查也是可行的。

目前,限制ICE 使用的主要因素之一是费用较高。 相信随着技术和理念的推广,越来越多的患者会从ICE 指导的房颤手术中获益,耗材的经济成本也会进一步降低。 国外部分中心也已允许ICE 导管在严格消毒后再次使用,这也有助于进一步降低使用成本,造福更多患者。