精确的心腔内超声心动图（ICE）在评估左心房结构方面表现出显著的准确性，是一种具有前景的心脏结构评估方法。本文提出了一种利用心腔内超声心动图结合快速解剖建模（FAM）导管重建技术进行左心房及肺静脉三维建模的实验方案。
本文内容
摘要
摘要
心内超声心动图（ICE）是一种在肺静脉隔离术中评估心脏解剖结构的新型工具，尤其适用于左心房（LA）解剖结构和肺静脉结构的观察。ICE 在消融手术中被广泛用于建立三维（3D）左心房结构模型。然而，目前尚不清楚在精确的三维建模方法中使用 ICE 是否能够提供更准确的左心房三维模型以及经房间隔穿刺路径信息。本研究提出了一种利用 ICE 与快速解剖标测（FAM）导管重建技术对左心房和肺静脉进行建模的方案，并通过观察者评分评估两种方法所生成模型的准确性。我们纳入了50例接受基于 ICE 的三维重建患者和45例接受基于 FAM 的三维重建患者，均基于肺静脉隔离术进行。通过比较重建所得肺静脉前庭区域与左心房计算机断层扫描血管造影（CTA）获取的区域，来评估肺静脉前庭重建的准确性。ICE 组和 FAM 组在模型构建方面的观察者评分分别为 3.40 ± 0.81 和 3.02 ± 0.72（P < 0.05）。基于 ICE 和 FAM 方法获得的肺静脉前庭面积与通过左心房 CT 获得的面积具有相关性。然而，根据 Bland-Altman 分析，ICE 所获模型的95%置信区间偏差较 FAM 所获模型更窄（分别为 -238 cm2 至 323 cm2 与 -363 cm2 至 386 cm2）。因此，精确的 ICE 在评估左心房结构方面具有高准确性，有望成为未来心脏结构评估的一种有前景的方法。
引言
心房颤动（AF）常伴随心房重构，包括机械性重构、电生理重构和结构性重构1。结构性重构会显著影响心房的解剖结构。因此，评估AF患者左心房的解剖结构对于AF消融术及任何针对左心房的手术至关重要。在FAM三维建模中，通过在心脏内持续移动磁感应导管，根据其位置相对于固定磁场的空间位置变化，重建心脏的三维模型。相比之下，ICE三维建模则是通过将传感器置于ICE相控阵导管头端，将心腔内的二维图像与三维电生理解剖标测系统整合。因此，超声扇形区域可实现三维建模，以显示解剖结构关系及导管的实时位置。
根据我们的临床经验，心内超声心动图（ICE）能够识别心房壁边界，并进一步建立三维重构模型。然而，在房颤消融或三维重构过程中，大多数ICE的应用仅能提供心房或肺静脉的简要轮廓。最初，ICE被用于指导房间隔缺损和卵圆孔未闭的介入封堵术2。ICE可以清晰显示房间隔的位置和形态，并已广泛应用于需要进行房间隔穿刺的各种介入手术3，包括房颤射频导管消融、二尖瓣介入治疗等。ICE能够精确定位肺静脉边界和心房壁，从而建立更为详细的三维模型3。目前尚不明确该方法是否能为术者提供更精确的心房解剖评估，尤其是肺静脉前庭和穿隔部位的结构信息。在本研究中，我们比较了采用传统方法与精确ICE技术建立的左心房CT图像及三维重构模型，以确定后者所能提供的额外信息。
方案
本研究方案严格遵守吉林大学中日联谊医院人类研究伦理委员会的规定。通过Carto系统（三维标测系统）筛选接受过房颤射频消融术的患者，随后利用PACS系统确认患者术前是否进行过左心房CT检查，以确保所选每位患者均有可用于对比的左心房CT图像。本研究中使用的ICE导管为Soundstar，且三维标测系统中配备有Cartosound模块。每位患者在进行ICE三维建模前均签署了书面知情同意书。
1. 扫描前准备
- 核对患者信息，例如准确的心率、心律、血压和血氧饱和度。让患者取仰卧位，双上肢置于身体两侧，双大腿稍外展。
- 在整个操作过程中，对所有患者给予芬太尼（200 µg/mL）以实现深度镇静。选择右侧股静脉作为穿刺点，常规消毒后铺巾，并使用2%利多卡因进行局部麻醉。
- 准备ICE导管：将ICE导管尾线连接至三维标测系统和超声设备。在三维标测系统中打开Study界面，并在Connected Machines中选择P500 。
- 将ICE导管（直径：10f；超声模式：B模式）置入股静脉内。推送过程中，实时监测超声图像，确保导管位于安全路径中。
- 送入消融导管至右心房，构建右心房及冠状窦模型。结合ICE引导，放置冠状窦电极。
- 当ICE导管进入右心房后，通过左心房的短轴和长轴切面，在三维标测系统的显示屏上确认左心房及左心耳结构的显示，并排除左心房血栓。
- 在ICE引导下确定最佳穿刺位点后，进行房间隔穿刺。
- 使用Home 视图确认ICE导管已到达右心房。随后软件将显示左肺静脉切面。点击Right Bend 以显示下腔静脉和房间隔。
- 调整穿刺针套管指向4点钟方向。在ICE监测下将针套管回撤至卵圆窝处，可见"帐篷征"。
- 调节ICE导管，使左肺静脉呈现为"兔耳征"。在ICE引导下，缓慢回撤穿刺针套管至卵圆窝下缘。
- 顺时针旋转穿刺针以穿透卵圆窝。随后经房间隔穿刺针注入肝素盐水。
注：观察到左心房内出现盐水喷射形成的气泡，提示房间隔穿刺成功。
2. 左心房和肺静脉的三维建模
注意：ICE 从两个方向构建左心房模型。
- 将ICE导管推入股静脉后，依次通过下腔静脉和上腔静脉，进入右心房。
- 将超声导管推送至右心房中部的短轴位置，并顺时针旋转。此时，超声扇面指向一点钟方向（Home视图），显示右心房和右心室。
- 拧紧张力调节旋钮以实现锁定张力调校。然后转至Home视图，点击前向弯曲（A）以完整显示三尖瓣环。附着于三尖瓣环进行门控训练，并采用呼气末相建模。
- 从Home视图开始，继续顺时针旋转至左心房前壁，使左心耳逐渐显现。
- 继续顺时针旋转至左心房，使左上和左下肺静脉显现，呈现为"兔耳征"。随后，通过顺时针和逆时针旋转，识别肺静脉的前、后边界，精确采集左肺静脉图像。
- 继续顺时针旋转至左心房，建立后壁结构，过程中食管呈现为"双轨征"。
- 沿顺时针方向转向左心房，观察右下肺静脉，其呈现为"三字征"。随后，通过顺时针和逆时针旋转，识别前、后边界，精确采集右肺静脉图像。
- 在长轴位置，点击反向弯曲（P），使导管尖端与冠状窦口处于同一水平高度，以补充左心房模型。调节左弯/右弯（L/R）以观察左心房长轴的前壁，该图像可捕捉到左心房前壁结构。
- 标记重要解剖位置，包括肺静脉开口、左心耳及其他关键部位（视频1）。
3. 肺静脉面积的图像采集与测量
- 左心房 CT
- 通过双击图标打开PACS 系统。点击高级查询，输入患者姓名和检查项目，点击确定以查找图像。
- 点击调谐，将图像传输至 Vue PACS 系统（图像归档与通信系统）。
- 将三维容积重建图像传输至工作框，点击导出图像，将左心房正位（PA）、左前斜位（LL）和右前斜位（RL）图像保存至文件夹中。
- 返回上一程序后，将左心房动脉期增强序列传输至工作框，并点击显示为3D的图像。
- 双击 3D 图像，然后在工具栏中点击3D。选择切除工具，去除肋骨、脊柱、主动脉及其他结构，以暴露左心房和肺静脉系统。
- 暴露肺静脉前庭。在工具栏中点击图形，选择面积，以计算肺静脉前庭的横截面积。
- ICE
- 打开三维标测系统，点击回顾病例，输入患者姓名，最后使用查找当前患者来识别图像。
- 点击确定以打开工作界面。
- 点击病例 > 继续病例，并选择模型和通道序列。
- 点击图像采集偏好设置，然后选择区域，并将图像调整为"正位"、"左前斜位"、"右前斜位"、"左前斜位（LAO）"和"右前斜位（RAO）"。
- 点击图像，选择拍照区域，点击确定以保存图像。
- 点击标测图选项，选择保存标测图。然后在工具栏中使用橡皮擦去除左右肺静脉。
- 点击图像，选择面积测量，测量肺静脉前庭的面积。
结果
2021年1月至2022年6月期间，我们选取了在我院接受房颤射频消融术的114例患者。排除标准如下：无左心房CT三维容积重建图像（n = 11），无经房间隔穿刺ICE图像（n = 4），以及左心房和肺静脉图像重建不完整（n = 4）。最终，纳入50例具有ICE三维建模的患者，以及45例具有FAM三维建模的患者作为对照组进行本研究。
两名专业电生理学家对所有三维建模图像进行了分析。我们比较了Carto建模与左心房CT血管造影成像之间的解剖吻合程度。FAM建模与精细化超声建模的三维图像（图1）进行了评分（0分：完全不一致；5分：完全一致）。传统与精细化超声引导下经房间隔穿刺位置的适宜性（图2）也进行了评分（0分：完全不适宜，需重新穿刺；5分：非常适宜）。比较了传统与精细化超声建模所获取的肺静脉前庭最大横截面积与左心房CT所获得的最大横截面积。在ICE组和FAM组中，建模观察者评分为3.40 ± 0.81和3.02 ± 0.72（P < 0.05）；选择经房间隔穿刺位点的观察者评分分别为4.62 ± 0.73和4.29 ± 0.97（P < 0.05）（图3）。采用ICE和FAM方法获取的肺静脉前庭面积与左心房CT获取的面积具有相关性。然而，根据Bland-Altman分析，ICE获取模型的95%一致性界限偏差较FAM获取模型更窄（分别为-238 cm2 至 323 cm2 与 -363 cm2 至 386 cm2）（图4）。
图 1：左心房、肺静脉及经房间隔穿刺的三维建模图像。 （A-F）ICE 与左心房 CT 的三维建模比较。（G-L）FAM 与左心房 CT 的三维建模比较。（PA：前后位；LL：左侧位；RL：右侧位）。请点击此处查看该图的放大版本。
图2经间隔穿刺定位图 (A-C) ICE引导的经房间隔穿刺定位图；D-FFAM引导的经房间隔穿刺定位图。（LAO：左前斜位；RAO：右前斜位；RL：右侧位） 请点击此处查看此图的放大版本。
图3：在建模和选择经房间隔穿刺位点方面的观察者评分。（A）ICE组和FAM组在建模方面的观察者评分分别为3.40 ± 0.81和3.02 ± 0.72（P < 0.05）；（B）ICE组和FAM组在选择经房间隔穿刺位点方面的观察者评分分别为4.62 ± 0.73和4.29 ± 0.97（P < 0.05）。请点击此处查看此图的放大版本。
图4：两种建模方法在测量肺静脉面积中的比较。（A）基于经食管超声心动图（ICE）方法获取的肺静脉前庭面积与左心房CT之间的线性回归分析；（B）基于FAM方法获取的肺静脉前庭面积与左心房CT之间的线性回归分析；（C）基于ICE重建的模型与左心房CT之间的Bland-Altman图。95%置信区间偏倚范围为-238 cm2 至 323 cm2；（D）基于FAM重建的模型与左心房CT之间的Bland-Altman图。95%置信区间偏倚范围为-363 cm2 至 386 cm2。（LPV：左肺静脉；RPV：右肺静脉 请点击此处查看该图的放大版本。
视频 1：标记重要解剖位置的具体操作流程。 请点击此处下载该文件。
讨论
心内超声心动图（ICE）是一种非接触式三维重建工具。它可确定合适的消融平面，并降低肺静脉狭窄的发生率。此外，ICE通过评估消融导管远端的位置及其与解剖结构的相对关系，提高了导管消融的有效性。这些结构包括左心房和肺静脉，以及肺静脉的直径和形态。
与传统的三维建模引导相比，经食管超声心动图（ICE）引导下的心房颤动导管消融可减少术中X射线辐射暴露，缩短房间隔穿刺时间，早期发现并发症并及时治疗，从而避免严重后果。相较于经食管超声心动图（TEE），ICE对左心耳血栓的识别更为准确，成像处理也更加清晰显著。因此，ICE有望完全取代TEE用于判断左心耳血栓4。在手术过程中，ICE能够准确识别左心房（LA）和肺静脉（PVs）的实时解剖结构5。然而，在送入ICE导管时，应通过成像观察其位置，并与血管壁保持适当距离，以防止对血管造成不必要的损伤。ICE并未提高操作者对房间隔穿刺主观满意度评分，这可能与操作者自身穿刺经验有关。本研究中的外科医生经验更为丰富，该技术的应用效果有待在新手术医生中进一步探索。
要安全有效地实施心房颤动的射频消融术，必须对左心房解剖结构有深入的理解。Okumura6 等人观察到，由于在CT图像采集与介入治疗之间的时间间隔内左心房腔室状态发生变化，通过CT或MRI构建的三维模型可能呈现出不同的腔室形态。在心率较高时，CT图像质量可能进一步下降，尤其是在心室成像中更为明显。ICE相控阵导管有助于将二维图像整合到三维电生理解剖标测系统中，从而更直观地显示解剖结构关系及导管的实时位置。此外，无需术前影像即可获取左心房和肺静脉图像，或可通过间隔通道7实现。这有助于临床医生更准确、快速且安全地进行标测。该方法的关键步骤包括准确穿刺房间隔，以及适当调整超声导管方向，以精确显示肺静脉、左心耳等左心房相关结构。本研究比较了ICE与FAM建模方法的图像质量，观察到采用ICE精细建模获得的模型（3.40 ± 0.81）比FAM三维建模（3.02 ± 0.72）更为精细。ICE的缺点包括需要专门培训，熟练掌握其使用通常需要较长的学习曲线8，尤其是掌握ICE精细建模过程。因此，应提供专门的技术支持。建议由经验丰富的操作者进行房间隔穿刺。当ICE导管位于右心房时，左心耳显示不清；但当ICE导管置于冠状窦内时，可清晰显示左心耳。ICE存在血管夹层和静脉穿孔的风险，且成本高于IEE。
Haissasaguerre9 等人观察到，引起频繁房颤发作的大多数房性早搏倾向于起源于肺静脉。在传统的房颤射频消融术中，需要使用对比剂来确定肺静脉开口的位置。直接左心房成像有助于清晰显示，尤其是左肺静脉（LPVs）。这可能有助于更好地整合图像并引导消融导管进行环肺静脉隔离（CPVI）10。当肺静脉前庭被隔离时，实时成像和功能监测有助于提高手术的安全性和准确性。ICE 可以确定肺静脉的数量、直径、解剖变异及其他特征11。我们通过测定肺静脉前庭的面积发现，在FAM和ICE图像中，肺静脉面积均与CTA相关。线性回归分析提示 P < 0.05，且ICE获取模型的95%置信区间偏差较FAM获取模型更窄（分别为-238cm2 至 323cm2 与 -363cm2 至 386cm2）。由于采用非接触式建模，ICE 具有更高的准确性和更小的变异性。接触建模过程中压力的变化可能导致心房变形，且每次接触的压力不同，这是差异来源之一。利用ICE对肺静脉进行精细建模，可达到与CT建模相当的精度，能够比FAM建模更实时地观察消融位置、面积及程度，从而实现完全的肺静脉隔离。
目前，ICE 已广泛应用于多种导管介入手术中。ICE 能够提供精确的心脏解剖图像，减少辐射暴露，避免全身麻醉的需要3，并提高患者的耐受性。未来，随着 ICE 成像质量的提升，包括三维（3D）和四维（4D）成像能力的完善、分辨率与图像清晰度的提高、导管直径的缩小以及价格的逐步下降，其在临床实践中的应用将显著增加。
披露
作者声明无任何利益冲突。
致谢
我们感谢强生公司顾问杨俊明&Johnoson，负责研究资助。本工作由吉林省科学技术厅（20220402076GH）资助。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| CARTO V6 | Johnson&Johnson | 6.0.80.45 | |
| CARTO V7 | Johnson&Johnson | 7.1.80.33 | |
| PACS 系统 | 飞利浦(中国)投资有限公司 | N/A | |
| Soundstar | Johnson&Johnson | N/A |
参考文献
- Xu, Y., Sharma, D., Li, G., Liu, Y. Atrial remodeling: new pathophysiological mechanism of atrial fibrillation. Medical Hypotheses. 80 (1), 53-56 (2013).
- George, J. C., Varghese, V., Mogtader, A. Intracardiac echocardiography: evolving use in interventional cardiology. Journal of Ultrasound in Medicine. 33 (3), 387-395 (2014).
- Jingquan, Z., et al. Intracardiac echocardiography Chinese expert consensus. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 9, 1012731(2022).
- Anter, E., et al. Comparison of intracardiac echocardiography and transesophageal echocardiography for imaging of the right and left atrial appendages. Heart Rhythm. 11 (11), 1890-1897 (2014).
- Rossillo, A., et al. Novel ICE-guided registration strategy for integration of electroanatomical mapping with three-dimensional CT/MR images to guide catheter ablation of atrial fibrillation. Journal of Cardiovascular Electrophysiology. 20 (4), 374-378 (2009).
- Okumura, Y., et al. Three-dimensional ultrasound for image-guided mapping and intervention: methods, quantitative validation, and clinical feasibility of a novel multimodality image mapping system. Circulation: Arrhythmia and Electrophysiology. 1 (2), 110-119 (2008).
- Liu, C. F. The evolving utility of intracardiac echocardiography in cardiac procedures. Journal of Atrial Fibrillation. 6 (6), 1055(2014).
- Bartel, T., Edris, A., Velik-Salchner, C., Müller, S. Intracardiac echocardiography for guidance of transcatheter aortic valve implantation under monitored sedation: a solution to a dilemma. European Heart Journal. Cardiovascular Imaging. 17 (1), 1-8 (2016).
- Haissaguerre, M., et al. Spontaneous initiation of atrial fibrillation by ectopic beats originating in the pulmonary veins. New England Journal of Medicine. 339 (10), 659-666 (1998).
- Kaseno, K., et al. The impact of the CartoSound® image directly acquired from the left atrium for integration in atrial fibrillation ablation. Journal of Interventional Cardiac Electrophysiology. 53, 301-308 (2018).
- Enriquez, A., et al. Use of intracardiac echocardiography in interventional cardiology: working with the anatomy rather than fighting it. Circulation. 137 (21), 2278-2294 (2018).
重印与许可
