CN110151308A - 用于治疗心房颤动的消融装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种用于治疗心房颤动的消融装置及系统，用于持续性AF的消融的固定途径，途径由双侧环肺静脉窦隔离（“2C”）和三个线性消融组（“3L”）组成。具有射频输送较少、X‑射线照射次数较少、应用于手术中时间较短的有益效果。

Description

用于治疗心房颤动的消融装置及系统
技术领域
本发明涉及一种用于治疗、标测心房颤动的装置，特别涉及一种通过建模方法辅助进行消融心肌组织的消融装置和系统。
背景技术
心房颤动 (以下简称房颤)是临床上最常见的心律失常，其发病率随年龄增长而增长，并且有很高的致残率和致死率。Framingham研究的资料表明，50～59 岁人群中慢性房颤的发生率为0.5% ，而80～89 岁组上升为8.8%。我国人群患病率为0.61％，到80岁以上年龄组为7．5％。房颤是脑卒中的独立危险因素．每6例卒中患者就有1例为心房颤动。住院费用、药物、工作能力丧失等众多因素导致心房颤动成为公共健康的重要经济负担。全球范围内，每个房颤患者的年费用为3000欧元。欧盟每年用于房颤患者的费用大约为135亿欧元。 传统的抗心律失常药物治疗房颤疗效有限，副作用大且不能改善患者预后，促使经导管消融的治疗方法的发展，而房颤消融最常见的复发就是房速,约0.5%-20%的消融患者会出现此种心动过速，相比阵发性房颤,持续性房颤患者行广泛肺静脉前庭消融和线型消融,出现这种并发症的几率更大，也成为持续性房颤不容易消融治疗效果欠佳的重要原因，约8%的的患者需要再次手术来根治房速。这种房速发作时心室率不易控制，具有持续性，部分患者感觉消融后症状反而加重，是房颤导管消融患者对治疗不满意的重要原因，但相比房颤，这些房速机制明确，包括局灶驱动、局部折返和大折返3种，通过电生理标测往往可以定位心动过速的关键部位并通过再次导管消融治愈，因而掌握好房速鉴别诊断技术，是大大保证再次消融成功、减少术后并发症的重要前提。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于治疗心房颤动的消融装置及系统，用于持续性AF的消融的固定途径，途径由双侧环肺静脉窦隔离（“2C”）和三个线性消融组（“3L”）组成。具有射频输送较少、X-射线照射次数较少、应用于手术中时间较短的有益效果。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种用于治疗心房颤动的消融装置及系统，包括消融装置和模型系统，所述模型系统包括利用MRI图像来重建人类心房解剖模型，原始的MRI图像的分辨率为512×400像素，空间分辨率为0.625×0.625×0.9mm，将原始图像线性插值从而使其具有0.35×0.35×0.35mm的各向同性空间分辨率；对解剖模型进行分割和重建人类心脏的解剖结构；使用改进的人类心房模型来代表非纤维化组织或纤维组织；兴奋传导模型的数值分析，使用单域方程来模拟兴奋传导，如下式所示：
其中Sv是细胞的表面积与体积之比（μm-1），Cm是比电容（pF），Gi是细胞内电导率（ms/cm），Vm是跨膜电位（mV），Iapplied是胯膜电流密度，Iion是所有跨膜离子电流的总和（pA/pF），其中，非纤维化组织的电导率为0.06 ms/cm，纤维化组织的电导率为0.02 ms/cm；
将模型上消融线上的心房细胞设为死亡细胞，将V设定为接近非纤维化组织静息电位的-81mV，再将电导率设定为0 mS/cm，在模型上模拟AF的消融。
所述原始的MRI图像共有112张图片。构造模型时手动分割出左心房和右心房的心外膜壁，侵蚀法得到心内膜壁，双壁厚度约为2.5-3mm。在使用改进的人类心房模型来代表非纤维化组织时，内向整流K+电流的最大电导为0.27nS/pF，动作电位持续时间减少到210ms。对于纤维化组织，改变内向整流钾离子流[IK1]、L型钙离子流[ICaL]和钠离子流。所述消融装置包括夹闭部件、针头部件和管路部件；所述消融装置和人类心房解剖模型配合进行消融模拟过程。还包括心电标测部件，通过所述心电标测部件检测目标消融组织附近的心电信号和/或外加电刺激信号的传导情况。
附图说明
图1为根据本发明实施例的人类心房模型的创建和单细胞建模方法。（A）原始的人心房MRI图像；（B）左右心房组织（绿色）和纤维化组织（橙色）的分割；（C）和（D）是最终的心房解剖模型，（C）为前视图，（D）为后视图；（E）是1Hz时纤维化和非纤维化组织的动作电位。
图2为根据本发明实施例的模拟中诱发的折返。图（A）所示为一次大的折返；(B)-(D)所示为位于LA和RA的不同位置的三个微小的折返。白色箭头代表诱发折返的波前传导方向。
图3为根据本发明实施例的模拟中的消融线。图（A）所示为LA上的四条消融线；图（B）所示为RA底部的一条消融线。蓝线代表消融线。
图4为根据本发明实施例的“2C3L”消融和分步消融后的折返的激活标测图。(A)-(B)所示为在“2C3L”消融后的两次折返；(C)-(D)所示为基于分步消融法的消融线；（E）是分步法消融后新出现的折返的激活标测图。
具体实施方式
参阅图1-图4，为根据本发明实施例的用于治疗心房颤动的消融装置及系统。包括消融装置和模型系统，所述消融装置包括夹闭部件、针头部件和管路部件；所述消融装置和人类心房解剖模型配合进行消融模拟过程。
所述消融系统包括如下步骤：
三维的人类心房解剖模型
使用MRI图像来重建人类心房解剖模型。原始的MRI图像的分辨率为512×400像素，共有112张图片，空间分辨率为0.625×0.625×0.9 mm（图1A）。将原始图像线性插值从而使其具有0.35×0.35×0.35mm的各向同性空间分辨率。
用于构建人类心脏模型的图像处理程序
使用商业软件ScanIP（美国加利福尼亚洛杉矶Simple ware）分割和重建人类心脏的解剖结构，并进行一些人工干预以达到最大精度。由于心房薄壁和图像质量，手动分割出左心房和右心房的心外膜壁，然后使用侵蚀法得到心内膜壁（图1B）。最终的双壁厚度约为2.5-3mm（图1C、D）。为了表现出AF中的疾病基质，随机选择左右心房中的一些组织来代表AF中的纤维化组织（图1C、D中的橙色部分）。
电生理细胞模型
根据Courtemanche等开发的模型，在模拟研究中使用了一种改进的人类心房模型来代表非纤维化组织。内向整流K+电流的最大电导为0.27nS/pF，而不是Courtemanche模型中的原始值0.09nS/pF。通过这种修改，动作电位持续时间减少到210 ms。对于纤维化组织，改变了内向整流钾离子流[IK1]、L型钙离子流[ICaL]和钠离子流。最终的细胞模型如图1E所示。
兴奋传导模型的数值分析
使用单域方程来模拟兴奋传导，如下式]所示：
其中Sv是细胞的表面积与体积之比（μm-1），Cm是比电容（pF），Gi是细胞内电导率（ms/cm），Vm是跨膜电位（mV），Iapplied是胯膜电流密度，Iion是所有跨膜离子电流的总和（pA/pF）。在模拟中，非纤维化组织的电导率为0.06 ms/cm，纤维化组织的电导率为0.02 ms/cm。
使用异位病灶起搏方案来启动AF。在窦房结给予10 mV的电压刺激1ms。400 ms后，以20 mV持续1ms的电压刺激向分布在左心房和右心房的3个所选位点传递一连串异位病灶（≤10）。经过足够的时间后，平面波被分解成小波，如果折返可以持续5秒以上，则将这次折返将视为AF。
AF消融程序的模拟
将消融线上的心房细胞设为死亡细胞，将V设定为接近非纤维化组织静息电位的-81mV，再将电导率设定为0 mS/cm，这样就可以模拟AF的手术消融。如果AF在5秒内消失，则认为AF的终止是成功的。
在模型中诱发了四个不同的折返，如图2所示。一个大折返在右上肺静脉周围传播（图2A），其余三个是在纤维化组织中蜿蜒的微小折返。其中两个位于左心房（图2B、C），第三个位于右心房（图2D）。图2B显示了位于左心耳下方的一个折返；这个折返的传播轨迹是狭长的，其波前方向是逆时针的。图2C所示的折返位于左心房的后壁和左下肺静脉的右侧；这折返在一大片纤维化组织周围传播，其波前方向是顺时针的。图2D中的折返位于右心房游离壁的中间部分，其波前是逆时针的。
图3所示为应用于模型的第一消融线，其包含五条不同的消融线：一条线围绕右肺静脉循环，另一条围绕左肺静脉循环，第三条连接第一条线和第二条线并且在左心房的顶壁，第四个在左下肺静脉下方，连接第一条线和二尖瓣，第五个在右心房峡部，连接三尖瓣和下腔静脉。
图4A和B所示为应用五条消融线后的模拟结果。消融后存在两个折返：一个与图2D中的折返非常相似，位于右心房游离壁的中间部分（图4A），另一个是新的折返，位于左心房侧壁和左肺静脉下方（图4B）。
图4C和D为应用于图4A和B中所示的折返的消融病灶，而图4E为应用了图4C和D中所示的病灶的模拟结果，其中在左心房后壁上出现的新的折返和在左肺静脉出现的折返非常接近。
唯以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以之限定本申请实施之范围；即大凡依本申请专利范围所作之均等变化与修饰，皆应仍属本申请专利涵盖之范围内。

Claims (6)

1.一种用于治疗心房颤动的消融装置及系统，包括消融装置和模型系统，所述模型系统包括利用MRI图像来重建人类心房解剖模型，原始的MRI图像的分辨率为512×400像素，空间分辨率为0.625×0.625×0.9 mm，将原始图像线性插值从而使其具有0.35×0.35×0.35mm的各向同性空间分辨率；对解剖模型进行分割和重建人类心脏的解剖结构；使用改进的人类心房模型来代表非纤维化组织或纤维组织；兴奋传导模型的数值分析，使用单域方程来模拟兴奋传导，如下式所示：
其中Sv是细胞的表面积与体积之比（μm-1），Cm是比电容（pF），Gi是细胞内电导率（ms/cm），Vm是跨膜电位（mV），Iapplied是胯膜电流密度，Iion是所有跨膜离子电流的总和（pA/pF），其中，非纤维化组织的电导率为0.06 ms/cm，纤维化组织的电导率为0.02 ms/cm；
将模型上消融线上的心房细胞设为死亡细胞，将V设定为接近非纤维化组织静息电位的-81mV，再将电导率设定为0 mS/cm，在模型上模拟AF的消融。
2.根据权利要求1所述的一种用于治疗心房颤动的消融装置及系统，其特征在于，所述原始的MRI图像共有112张图片。
3.根据权利要求1所述的一种用于治疗心房颤动的消融装置及系统，其特征在于，构造模型时手动分割出左心房和右心房的心外膜壁，侵蚀法得到心内膜壁，双壁厚度约为2.5-3mm。
4.根据权利要求1所述的一种用于治疗心房颤动的消融装置及系统，其特征在于，在使用改进的人类心房模型来代表非纤维化组织时，内向整流K+电流的最大电导为0.27nS/pF，动作电位持续时间减少到210 ms；对于纤维化组织，改变内向整流钾离子流[IK1]、L型钙离子流[ICaL]和钠离子流。
5.根据权利要求1所述的一种用于治疗心房颤动的消融装置及系统，其特征在于，所述消融装置包括夹闭部件、针头部件和管路部件；所述消融装置和人类心房解剖模型配合进行消融模拟过程。
6.根据权利要求5所述的化学消融装置及系统，其特征在于：还包括心电标测部件，通过所述心电标测部件检测目标消融组织附近的心电信号和/或外加电刺激信号的传导情况。
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