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作者:郭继鸿(北京大学人民医院) 首例心脏起搏器于1958年植入人体，56年后的今天，其已成为临床普遍应用的一种治疗技术。心脏起搏系统由脉冲发生器与起搏电极导线组成，显然与起搏电极导线相关合并症的时时发生明显降低了该项技术的有效性与安全性，如起搏导线植入术中发生的气胸、血胸、心肌穿孔、恶性心律失常，植入术后发生的起搏系统感染、入路静脉的狭窄、血栓形成、导线断裂、三尖瓣反流以及感染起搏导线拔除时发生的合并症等。因此， 20世纪70年代，就有学者提出无导线心脏起搏技术的概念。 近年来，无导线心脏起搏技术迅速发展并先后投入临床应用，其包括两类：①超声无导线心脏起搏；②无导线心脏直接起搏。本文介绍前者：超声无导线心脏起搏技术。 超声无导线心脏起搏概述 一、基本概念 超声无导线心脏起搏技术首先需有一个超声发生器不断产生超声波束，再经发放器不断将超声波束发送到位于心脏内的接收器，已植入心内的超声接收器将收到的超声波先转换为起搏电脉冲，进而发放并有效起搏心房，右室或左室等不同部位（图5-1-1），上述技术称为超声无导线心脏起搏。 二、该系统的组成 从上述概念的介绍可知，超声心脏无导线起 搏系统由三部分组成。 1.超声发生器 其类似普通心脏起搏系统的电脉冲发生器，该发生器放置在体外（临时）或埋植在体内（永久性），超声发生器源源不断地产生超声波束，再经连接线输送给超声发放器。 2.超声发放器 超声发放器放置在胸前某部位（临时）或埋植在胸部的皮下组织（永久），发放器的一端经导线与超声发生器相连，另一端做为超声波发送的探头不断向位于心内的接收器进行近距离的无导线发放，超声波束穿过患者胸部的超声窗口后，不断向接收器发送超声波束。 3.超声接收器 接收器可实时将接收到的超声波束转换成起搏电脉冲，进而发放给植入部位的心肌。临时起搏用的接收器装配在临时起搏导管的头部，永久应用时需要特殊的释放系统，将体积很小的接收器稳定植入并固定在心脏不同部位，如右房、右室、左室等。其将收到的超声波束不断转换为起搏电脉冲，再向心肌发放使之除极，超声波束经短暂时间就能转换成起搏电脉冲并发放（图5-1-2）。 三、起搏心电图 虽然该系统最初发放的是超声波束，并以无导线方式发送与接收，但最后仍需要接收器将超声波的脉冲能量转换为起搏电脉冲进而起搏心脏。因此，该系统起搏心脏时的心电图与普通起搏心电图无差别（图5-1-3、图5-1-4），只是该心电图随起搏部位的不同而变化。图5-1-3是动物试验时临时起搏心室的心电图，图5-1-4为超声起搏人体心室的心电图。图5-1-4可证实，两种起搏心电图完全一样。 四．胸部的声学窗口 超声心脏起搏与普通起搏一样，最后发放起搏电脉冲的电极需紧贴心脏局部心内膜或主动固定在心内膜下心肌内，只是超声起搏心脏的起搏电极先要把收到的超声波转换成电脉冲再起搏心脏。而发放器与接收器之间是以超声无导线的方式发送与接收，该超声波束需穿过胸部的声学窗口。正常心脏的周围大部分被肺包裹，肺内含有的气体可吸收、衰减、干扰超声波束，阻碍及削弱超声波的空间传送。此外，胸壁的肋骨与肌肉也使能超声波衰减。因此，心脏投影在胸部表面、又无肺组织包裹的裸露部位大小有限，并被称为超声声学窗口。临床进行心脏超声检查时，超声探头从胸外不断发送的超声波束就需要通过声学窗口到达心脏，而心脏反射回来的超声波也要经该窗口返回到体外的接收探头接收并记录。当受检者伴肺气肿、肥胖或胸壁太厚时，该声学窗口变小而能影响检查。因此，超声起搏心脏时，胸部的声窗常是一个重要因素. 图5-1-5是人体体位变换时声窗的变化，红圈在仰卧位时获得，绿圈在右卧位30度时获得，黄圈在左卧位30度时获得，紫圈是直立倾斜30度时获得。此外，在心脏不同部位进行超声无导线起搏时，发放器与接收器之间的超声声窗也略有不同。图5-1-6显示了不同部位起搏时对应的声学窗口。 还应注意，胸前区声学窗口的大小还受呼吸影响。从图5-1-7看出，吸气时肺内充气增加可使声窗变小（图5-1-7B）。呼气时肺内气体减少，肺容积变小，可使声窗变大（图5-1-7C）。 五．起搏参数 1.超声波频率 超声无导线心脏起搏时，发放的超声波均为高频波，频率范围为313~385KHz，平均为350±25KHz，典型的超声波波形见图5-1-8，该超声波束的脉宽0.5ms，发放频率为350KHz。 2.转换后的起搏电脉冲 超声无导线心脏起搏的接收器先将超声波能量转换为电脉冲后再起搏心脏，该起搏电脉冲宽0.5ms，起搏电压可有一定的变化。 位于心内的接收器将超声波转化为起搏电脉冲后的形态见图5-1-9，此时起搏心室的该接收器位于右室后间隔部位，发放的起搏电脉冲宽0.5ms，其初始电压为0.825V,尾端电压为1.29V。 正常时，该起搏电脉冲的电压范围为0.5V~3.5V，高于起搏阈值。需要注意，接收器转换后的电脉冲能量仅是原超声波能量的0.07％，可见，大部分超声能量消耗在发放、接收与转换过程中。 六．起搏成功率 人体临时超声心脏起搏的研究中，在右房、右室、左室的不同部位均能有效起搏，仅少数起搏部位不能连续夺获心肌（2/82，约2％），但人体临时超声无导线心脏起搏时不存在超声声窗的问题。 永久性人体超声心脏起搏大病例组的研究尚在进行中，最终结果还需等待，但已有的散在病例的应用结果令人鼓舞。 七．可行性与安全性 截止目前，不论是动物体，人体临时性，人体永久性超声心脏起搏的成功率均很高，而且技术简单易行，无明显的合并症，即超声无导线心脏起搏时，患者无更多主诉，无任何不适感而使用的安全性高。 超声无导线心脏起搏的研究 超声心脏起搏技术的研究包括在体动物与人体的系列研究。 一．动物体的研究 Echt等于2006年报告了在11头猪心进行的超声心脏起搏可行性与安全性研究，在5头猪心进行了可行性研究，在另6头猪进行了安全性研究。该研究使用的超声起搏系统包括超声发生器、发放器和一个双极伴头端弯度可控的电生理导管，该导管的头端装有超声接收器。接收器将超声波能量转换为电脉冲，再起搏心脏。位于胸壁的超声发生器与发放器发送频率320~330Hz的超声波束，经胸部声窗后被接收器接收。该研究对右房、左室等30多个部位进行了直接的电起搏和超声无导线起搏心脏的对比研究。结果，超声无导线起搏(1.3±0.4V)与直接电脉冲起搏 (1.4±0.5V)相比，两者的有效起搏率无统计学差异(P=0.14)。随后在6头猪心进行安全性研究的结果显示，超声起搏心脏时能引起局部组织温度略有升高，但不造成心肌组织的热损伤，在发放比起搏阈值高出3~4倍的能量进行2h的连续超声波发放时，也未造成局部组织的坏死、出血及其他损伤。 Echt报告的动物体研究结果证实：超声起搏心脏技术安全可行。 二．人体超声起搏心脏的研究 2007年香港圣玛丽医院的Lee等人在JACC发表了全球第一个超声无导线心脏起搏的临床研究。入选的24名患者中，男女各12例，平均年龄48±12岁，体重75.2±15.7kg。24例患者均因各种心律失常，包括房室结双径路或预激综合征引起的阵发性心动过速，房颤、房扑、室性心动过速等需做射频消融治疗，在消融前常规电生理检查后，进行了超声心脏起搏的研究。 临时超声心脏起搏时，超声发生器，发放器均放置在体外（图5-1-10），超声接收器装配在心导管顶部，并经导管技术使其紧贴在心内不同部位进行研究。该研究在右房、右室、左室的82个不同部位进行了起搏有效性与安全性研究。研究的超声发放器与接收器间的距离为5.3-22.5 (平均11.3±3.2)cm，最终结果表明，在80个部位均能获得持续性超声无导线心脏起搏，起搏平均阈值为1.01±0.64V，在超声脉冲转换成电脉冲时存在短暂的时间延迟（图5-1-11）。在连续12s的有效起搏过程中，患者无任何不适，无明显的不良反应，该项研究证明急性超声无导线起搏技术的安全有效。
人体永久性超声无导线心脏起搏 2013年，Auricchio在Heart Rhythm杂志首次报告人体成功应用永久性超声无导线心脏起搏技术，并获喜人结果。 一．入组患者 该研究的3例患者均为WiCS-CRT研究（超声无导线左室起搏的CRT研究）的入组患者，WiCS-CRT研究旨在探讨WiCS-超声左室起搏系统临床应用的可行性与安全性，是在欧洲10个心脏中心进行的一项多中心研究，该研究计划连续入组100例CRT患者，入组患者均有临床CRT治疗的需要，包括已植入CRT或ICD装置而需升级者，包括原冠状静脉左室起搏导线植入失败或CRT植入后6个月心衰症状无改善者。该文报告的3例患者：1例为原ICD拟升级为CRT-D，1例为CRT-D左室起搏导线功能故障，另1例属CRT-D治疗无反应者。 患者术前均进行了12导联心电图检查，心脏超声检查（评估左室基线功能），以及经胸超声评估了主动脉瓣和二尖瓣功能，心肌是否存在局部梗死的瘢痕，并评估声学窗口是否能达到高1cm，宽2cm而无肋骨遮挡。 二．WiCS-超声左室起搏系统
该系统与前述超声无导线心脏起搏技术的结构组成相同（图5-1-12），由超声发生器、发放器及接收器三部分组成。 1.超声发生器 外形与普通起搏器一样，植入人体后经导线与发放器连接，不断产生超声波束（图5-1-12A）。 2.脉冲发放器 植于胸部的皮下组织，位于超声接收器的正上方，使发送的超声波束容易被植入在左室内膜下心肌的接收器接收（图5-1-12B）。 3.超声接收器 其容积0.05cc，体积为22.5mm3，起搏阴极面积0.5mm2，阳极80mm2。超声接收器需经导管技术主动固定在左室起搏部位。其能有效接收发放器发送的超声波束，两者之间要有高质量的声学窗口（图5-1-12C）。 与超声检查系统相似，发放器发放的超声波密度与时限可变换，这使转换后的起搏电脉冲的电压和脉宽也能调整（图5-1-12C）。
三．超声左室起搏系统的植入 从图5-1-13看出，WiCS-超声左室起搏系统与患者原已植入的ICD或CRT-D系统完全独立，需要单独植入。
植入时，先穿刺右侧股动脉并迅速肝素化，使ACT（Activation clotting time）达到并维持200~250的水平。随后，送入12F的大腔，再将12F的头端弯度可控的WiCS-左室起搏系统的鞘管逆行跨主动脉瓣送到左室，该过程需用180cm长的软头引导钢丝和扩张器，后引导钢丝和扩张器被另一导管替换。该导管的头端装有超声接收器，可将超声波束转换为起搏电脉冲，其头端的电极兼有心电监测和起搏功能。在X线指引下，特殊电极导管的头端需主动固定在左室选定的部位，再经鞘管推送造影剂使局部显像，确定接收器与左室内膜已很好贴靠并已旋入内膜下心肌，后经腔内电图、起搏阈值的测定、最终确定该部位起搏的有效性与稳定性。 需要说明，在评估接收器植入位置是否合适时，需做局部超声检查进行核实，无误后才推送大腔中装有接收器的导管，并将起搏阴极旋入左室内膜下心肌，再经X线的多角度观察植入情况（图5-1-14），最终释放电极，再经腔内电图证实其已分离后再把释放导管撤回大腔及体外，缝合动脉，停用肝素，使ACT水平回降到180（即植入前水平）。随后再植入超声发生器与发放器：先在接收器的正上方皮肤做3cm的切口及皮下囊袋并植入超声发放器，随后在腹部做6cm的切口及皮下囊袋。植入超声发生器，两切口之间经皮下隧道放置连接线（图5-1-15）。
植入术完成后，还要程控超声发放器和接受器的各工作参数，确保其能有效感知右室起搏信号，并能触发超声左室起搏系统发放电脉冲起搏左室，观察12导联双室起搏心电图后，缝合上述两个囊袋。 需要注意，ICD或CRT装置需同时植入，以确保此前已植入的右室起搏装置能同步完成双室起搏，两套系统间不需特殊连接。为达到双室同步起搏，超声左室起搏系统只能准确感知右室起搏信号，再触发超声左室起搏脉冲的发放，正常时右室与左室起搏脉冲间延迟3ms，右房起搏脉冲同时存在时，需要与右室起搏信号区分，最终只能感知右室起搏脉冲并触发左室起搏。 四．超声左室起搏的有效性 Auricchio报告的3例超声无导线左室起搏治疗均获成功。 例1：患者男、69岁，缺血性心肌病，药物治疗后心功能NYHA 3级， EF值25％，QRS波呈左束支阻滞图形，时限240ms，此前植入的ICD做一级预防治疗。因评估ICD寿命还有3年，又因各参数稳定故未更换ICD。本次因严重心衰拟将ICD升级为CRT-D。植入术中，将超声左室起搏电极植入在左室后侧壁，起搏阈值1.0V，脉宽0.5ms，超声发放器植入在左胸第5肋间，经心电图及Holter证实其能稳定、持续性双室同步起搏（图5-1-16）。第6月随访时，仍为双室同步起搏，起搏的QRS波时限150ms，心功能与EF值均明显改善。
例2：患者男、59岁，缺血性心肌病伴心功能3级，心衰药物治疗不理想，EF值27％，此前因三度房室阻滞已植入双腔ICD，右室起搏的QRS波时限160ms。2007年ICD升级为CRT-D，本次因左室起搏阈值升高拟更换左室起搏导线，但因入路静脉闭塞而不能实施。曾因二尖瓣严重反流给予二尖瓣夹（Mitra Clip技术）治疗。本次超声左室内膜起搏的阈值0.7V，脉宽0.5ms，其发放器放置在左胸第6肋间，植入后双室同步起搏3月后患者心衰症状明显改善，但不久心功能再度恶化，磁共振检查提示，超声发放器已不位于接收器的正上方，使发放的超声波束被肋骨遮挡（图5-1-17），为此再次做手术调整，将发放器位置上调到第6肋间。6月后患者症状改善，
但仍呈间歇性双室起搏，起搏的QRS波时限130ms，不起搏时160ms，术后EF值从27％升高到46％，心功能2级，心衰症状明显改善。 例3：患者男、62岁，缺血性心肌病，EF值19％，因冠脉三支病变已放置支架。2007年因左束支阻滞、QRS波时限160ms及心衰加重而植入CRT-D。经冠状静脉的左室起搏导线放植在左室侧壁，但临床症状未获改善，因二尖瓣明显反流而做了二尖瓣夹的治疗，二尖瓣反流明显减少。 因对CRT治疗无反应，本次将超声左室起搏电极植于心尖侧壁，超声发放器放置在左侧第7肋间的接收器上方。植入后发放器工作有效而稳定，起搏阈值1.0V，脉宽0.5ms。图5-1-18显示，左室起搏电极距发生器仅5~6cm，两者之间有小的弯度与夹角。6月随访中，均呈稳定的双室同步起搏，QRS波时限140ms，左室缩小，EF值增加，心功能逐渐改善，植入3月时心功能3级，6月时心功能改善为2~3级。
综上，3例超声无导线左室起搏的CRT治疗均获成功，随访时，NYHA心功能分级，左室射血分数，左室舒张与收缩末容积均有明显改善（图5-1-19）。
超声无导线心脏起搏的评价 一．可行性与安全性 已有多篇文献证实超声无导线心脏起搏的可行性与安全性，这些研究证实有效起搏心脏的超声能量不会造成人体心脏的机械性或热损伤。而晚近，该技术已长期用于人体治疗并获成功。 既往文献证实，超声左室起搏技术能将超声能量长期有效地转换成电脉冲起搏心脏，而Auricchio于2013年报告了3例人体的长期应用，双室同步起搏后的QRS波时限明显减少，并经系列Holter检查与症状的改善证实该起搏技术的临床应用的可行性和有效性。 在安全性方面，文献报告的24例人体急性应用结果表明，在右房、右室和左室多个不同位点均能有效起搏心脏，并证实胸部声窗在患者心脏明显扩张时，该声窗仍随体位变化而变化，并总有适宜的超声声窗可供应用。 一组17只绵羊心脏植入33个超声起搏电极的研究（分别在30天、45天和90天）结果表明，无一例发生附壁血栓，无一例发生脱位、血栓栓塞或心肌损伤，90天后起搏电极的头端已完全被内膜覆盖。 此外，该系统植入人体后，能有效完成CRT的左室起搏，能有效感知右室起搏脉冲并触发左室的同步起搏，不受同时存在的右房起搏脉冲的干扰。 二．左室内膜起搏更具生理性 尽管多数传统的CRT治疗心衰能获成功，但仍有一定比例的患者对CRT治疗无反应或因左室起搏电极导线的各种问题而影响疗效。传统的CRT治疗中，左室起搏脉冲有效起搏时，其心室肌的除极变为从心外膜开始，穿过中层，最终除极心内膜心肌，这与正常的生理情况相反，正常心室肌的除极从心内膜到心外膜。与传统CRT的左室心外膜起搏相比，左室心内膜起搏更具生理性，可减少心室复极的离散度，减少左室机械的不同步，使左室收缩的泵功能改善，在人体进行的急性相关研究已证实了该结论。当然，新的左室内膜起搏技术尚有一些问题有待解决：包括血栓栓塞，二尖瓣赘生物，心内膜炎，左室电极拔除时发生栓塞性卒中等，都是该技术当前面临的挑战。 三．超声左室起搏应用前景广泛 目前临床应用的CRT治疗心衰技术尚存不少问题，最常见的合并症为电极导线的脱位，发生率高达2.9％~10.6％。一组3095例左室起搏导线成功植入后，共184例（5.9％）发生了左室电极脱位。而MIRACLE ICD研究的亚组分析表明，术后左室起搏导线的脱位率明显高于右房和右室起搏导线的脱位率（6.8:1(右房)：0.6％（右室））。 此外，左室起搏导线还有其他诸多问题，如起搏阈值的慢性增高，起搏时的膈肌刺激等，严重时需要再次行介入手术以调整或变更左室起搏导线的位置，进而恢复有效的CRT治疗。一组82例左室起搏故障的报告中，31例起搏导线的位置必需调整，21例更换了植入部位，充分反映了冠状静脉内左室起搏导线技术的限制性，使长期稳定而有效的左室电极位置的确认存在巨大挑战。相反Auricchio报告的3例植入WiCS-左室起搏系统的患者无术中、术后的合并症。 四．左室起搏的有效性报告 Auricchio报告的3例永久性超声左室起搏均获成功，与以往文献报告的超声有效起搏左室或其他部位的结果与疗效一致，证实了这项新技术的有效性。 Auricchio报告的3例均属原CRT治疗无反应病例，而经超声左室起搏技术可使3例患者再获有效的CRT治疗。急性期的起搏阈值为0.7~1.0V,脉宽0.5ms，植入6月后，左室心肌仍被有效夺获。3例心功能从术前NYHA 3级或4级，术后改善为1级1例，2级1例，2~3级1例，左室射血分数也从23.7±2.3％上升为39±6.2％（P＜0.017）。 在新近报告的3例永久性超声无导线左室起搏的成功病例中，也暴露出一些植入术前、中、后临床需要考虑与改进的问题。首先是该系统必需在植入前先确定治疗有效的起搏靶点，以便更有效地聚集超声能量。而超声发放器与接受器电极间距较长或夹角过大时，都能减少该系统治疗的有效性。食管超声系统认为，该技术中两者之间可有一个≤50度的角度，使该技术中能量共聚得以保证，使起搏的有效性明显改善，为确定左室特殊的起搏位点，需进行一定的左室标测才能确认。 确定的起搏位点应当能长期而稳定地接收超声束，这也需要术前经胸超声技术进行评估。经胸超声技术有助于确定发放器和接收器的最佳部位。此外，还要将超声发放器植入在接收器的正上方，即超声相阵的中心部位，使该系统有效而正常工作。 另一技术要点是，右室起搏系统发放的起搏脉冲必需能触发左室起搏脉冲的发放，这要应用不同脉宽的起搏脉冲多部位标测后确定。因此，需要适当设置及程控右房和右室不同脉宽的起搏脉冲并反复测试，最终使两者能被有效鉴别。 尽管超声左室起搏系统植入相对安全，但面对有弥漫性心肌病变的患者时，术中的每一步都要精确熟练操作，以便能将起搏电极安全有效地植入在左室壁，而不引起相关合并症。 结束语：超声无导线起搏心脏技术已从设想，到动物体、人体的试验成功，进而发展到当今已进入临床使用，并获喜人的临床效果。但该技术还面临着诸多挑战，还需进一步改进与深入研究。 本文来源公众号：365医学网
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