基于体内成像评估单极电极相关视野范围

《JACC: Clinical Electrophysiology》：Assessment of the Relevant Field of View of Unipolar Electrodes Using In Vivo Imaging

　　

背景：电压标测是室性心动过速（VT）消融中评估基质（substrate）的核心环节；然而，某一记录到的心内电图信号究竟由多大空间范围内的心肌共同决定，至今仍缺乏明确定义。近期临床前数据利用心脏磁共振（cardiac magnetic resonance, CMR）评估了3.5 mm与0.167 mm²电极的相关视野范围（field of view, FOV），通过量化存活心肌（viable myocardium, VM）范围，分别得到10 mm和8 mm的FOV。然而，这一问题尚未在临床数据中得到验证。

目的：本研究旨在临床条件下评估1-mm与460-μm电极的FOV，并评价心脏磁共振（CMR）及心脏计算机断层扫描（cardiac computed tomography, CCT）对电压幅值的预测能力。

方法：接受VT消融的患者于术前进行晚期钆增强心脏磁共振（late gadolinium–enhanced cardiac magnetic resonance, LGE-CMR）及带细胞外容积分数（extracellular volume, ECV）估算的CCT检查。研究人员采用标准LGE-CMR阈值识别VM，依据CCT计算ECV图谱，并于消融过程中记录单极电压。随后分析各电极记录点周围不同尺寸球形区域内的VM体积及体积加权ECV与局部电压幅值之间的相关性。

结果：共纳入16例患者；其中15例完成基于影像的LGE-CMR/CCT-ECV分析，13例接受左心室心内膜电压标测以进行FOV评估。两种电极尺寸的FOV均被确定为13 mm。在所评估的影像学指标中，LGE衍生的VM体积与电压的相关性最强（1-mm电极：r = 0.53；P < 0.001；460-μm电极：r = 0.49；P < 0.001）。体积加权ECV显示较弱相关性（r = ?0.34和?0.24；P < 0.001）。

结论：对1-mm与460-μm电极的临床评估提示，其FOV较既往临床前研究更大。该结果量化了消融过程中单极心内电图信号可受心肌存活性影响的更大空间尺度，并提示更小电极虽可提高空间采样密度，但未必能够提供显著更局部化的组织电生理特性表征。LGE-CMR对单极电压的预测效果最佳，而CCT-ECV表现较差。整体相关性低于预期，提示除综合影像学评估外，仍需结合电生理学评估。

这篇发表于《JACC: Clinical Electrophysiology》的研究聚焦于室性心动过速（ventricular tachycardia, VT）消融中一个长期存在但未被充分量化的基础问题，即单极电极记录到的局部电压信号，究竟反映多大空间范围内心肌组织的综合电学信息。VT多由折返性环路（re-entrant circuits）驱动，其形成依赖于致密纤维化邻近区域内传导减慢的心肌组织。临床上，导管消融是药物难治性VT的重要治疗手段，但1年内复发率仍可达20%至50%。造成复发的重要原因之一，是致心律失常基质识别不完全。因此，如何更精准地界定瘢痕与存活心肌的分布、如何理解术前影像学特征与术中电压标测之间的关系，成为提升消融疗效的关键问题。

既往术前影像学，尤其是晚期钆增强心脏磁共振（LGE-CMR），已广泛用于评估心肌纤维化与瘢痕范围；同时，基于心脏计算机断层扫描（CCT）的细胞外容积分数（ECV）也被认为可反映组织重构与弥漫性纤维化。然而，影像所示结构异常与术中单极电压幅值之间的对应关系并不清楚。特别是，电极“看到”的并非单一点组织，而是一定空间范围内组织共同贡献的结果，这一“相关视野范围”（FOV）此前主要在离体高分辨率临床前模型中研究，尚缺乏人体体内证据。基于这一临床和方法学空白，研究人员系统评估了临床常用1-mm与460-μm单极电极在VT消融中的FOV，并比较LGE-CMR与CCT-ECV对单极电压的预测能力。

研究纳入2024年4月至2025年11月期间于St Thomas’ Hospital接受临床指征VT消融且完成术前影像检查的患者。全部患者接受LGE-CMR与包含延迟碘增强成像的CCT检查，部分患者进一步完成左心室（left ventricle, LV）心内膜电压标测。研究人员将LGE-CMR图像经ADAS 3D处理，按标准阈值识别瘢痕与VM，并构建左心室有限元网格；同时利用CTA分割构建双心室网格，并计算通用心室坐标（universal ventricular coordinates, UVC），实现多模态影像配准。术中，采用DECANAV导管的1-mm电极及OPTRELL导管的460-μm电极记录LV心内膜单极电压。随后，以每个记录点为中心构建不同半径球形区域，统计该范围内VM体积、组织总体积及体积加权ECV，并与局部单极电压进行相关分析；相关系数达到平台期的半径被定义为该电极的相关FOV。样本队列来源于单中心回顾性临床病例，统计上采用下采样与自助法（bootstrapping）降低患者间样本量不均衡带来的偏倚。

研究结果部分首先给出了总体人群与数据质量情况。全研究共纳入16例患者，其中8例为缺血性心肌病，6例为非缺血性心肌病，2例为混合型心肌病；在进行FOV分析的亚组中，10例提供1-mm电极记录，9例提供460-μm电极记录。研究人员在去除伪性高电压点和异常CCT-ECV测量值后，获得了较高密度的单极标测点，并将其投射到CT构建的左心室心内膜模型上，为后续跨模态分析奠定基础。

在“LGE vs ECV results”部分，研究人员比较了健康心肌与核心瘢痕区域的ECV差异。结果显示，依据修正后的CMR阈值定义的核心瘢痕区域，其平均ECV显著高于健康心肌区域。这一结果说明CCT-ECV在区域层面能够识别明显瘢痕相关的组织重构，但这种结构差异能否有效映射到局部电生理信号，还需进一步通过FOV分析验证。

在“LGE-CMR VM FOV analysis”部分，研究人员以LGE-CMR衍生的VM体积作为核心影像指标，系统评估不同半径球形区域内VM体积与单极电压的相关关系。结果显示，对于1-mm电极，随着半径增大，VM体积与单极电压的相关系数逐步升高，并在13 mm处达到平台期，最大相关系数为0.53（P < 0.001），因此将13 mm界定为其相关FOV。研究人员还比较了按距离1/r和距离平方1/r²加权后的VM指标，以模拟传播去极化波前或静态偶极子条件下电势随距离衰减的效应，但这些处理并未提升相关性，最大相关系数反而略低。

对于460-μm电极，研究人员排除了2例呈现非典型半径-相关曲线趋势的患者后进行分析。结果同样显示相关系数在13 mm处达到平台期，提示其相关FOV也为13 mm。距离加权或距离平方加权同样未显示优势；未加权VM体积与电压的最大相关系数为0.49（P < 0.001）。此外，仅以FOV内VM百分比作为指标时，相关性整体较弱，提示单纯组织成分比例不足以解释单极电压变化，组织总体积这一三维结构因素同样关键。

在“Volume of tissue vs voltage”部分，研究人员将分析对象从VM体积改为FOV内组织总体积，以检验壁厚或组织量本身对单极电压的解释能力。结果发现，两种电极下组织总体积与单极电压均呈正相关趋势，1-mm电极最大相关系数为0.45（P < 0.001），460-μm电极为0.38（P < 0.001）。尽管这一结果证实组织体积确实影响单极电压，但其相关强度低于VM体积，说明若仅考虑结构量而忽略组织性质，难以充分预测电生理表现。这进一步支持：心肌电压是“组织体积+组织特征”共同作用的结果。

在“CCT-ECV vs voltage”部分，研究人员评估了CCT衍生ECV与单极电压的关系。结果显示，若仅使用ECV值，其与单极电压的负相关较弱；在引入体积加权后，相关性有所改善。对于1-mm电极，体积加权ECV的最大相关系数为?0.34（P < 0.001），优于未加权ECV的?0.28；对于460-μm电极，体积加权ECV的最大相关系数为?0.24（P < 0.001），也略优于未加权ECV。然而，无论何种处理方式，CCT-ECV与电压之间的相关性均明显低于LGE-CMR衍生VM体积。距离加权与距离平方加权也未改善ECV的预测表现。该结果表明，CCT-ECV能够一定程度反映组织异常，但在预测局部单极电压方面，其组织表征能力仍逊于LGE-CMR。

讨论部分围绕几个核心问题展开。首先，就“相关FOV”而言，临床条件下1-mm和460-μm电极均表现为约13 mm的FOV，略大于既往离体CMR临床前研究报告的10 mm和8 mm。研究人员认为，这种差异可能与离体组织收缩状态、体内成像分辨率较低、噪声更高、心脏运动以及配准误差有关。其次，两种尺寸电极得到相同FOV这一结果具有重要实践含义：更小电极并不一定更能“局部化”反映底层基质，而主要优势可能体现在更高的空间采样密度，而非更小的信号整合范围。再次，研究证实将组织表征信息与组织体积信息结合，较单独采用任一指标更能解释单极电压；但即便采用目前较优的LGE-CMR衍生VM体积，相关性也仅为中等水平。这意味着静态影像学并不能完整捕捉复杂的致心律失常基质，影像替代电生理学进行“纯影像消融”仍存在明显局限。文章还指出，弥漫性或显微性纤维化在LGE-CMR中的显示有限，而这些异常可能仍显著影响单极电压，因此可解释部分“未被影像解释”的电压变异。

研究局限性方面，作者指出该研究为单中心回顾性分析，外推性有限；合成血细胞比容（synthetic hematocrit, synthetic Hct）采用外部已发表回归公式推算，可能影响CCT-ECV准确性；不同导管接触质量可能影响电压幅值，尽管研究已通过CARTO3系统设置、心腔内超声（intracardiac echocardiography, ICE）及Optrell的组织邻近指示功能尽量控制误差；此外，多模态影像配准本身也是不可忽视的误差来源。

研究结论部分可译为：在左心室电解剖电压标测（electroanatomic voltage mapping, EAVM）过程中，临床常用1-mm和460-μm单极电极的相关FOV约为13 mm。基于临床数据估计的FOV略大于既往采用离体CMR评估的临床前结果。LGE-CMR与CCT衍生ECV在体内均只能以中等相关程度预测单极电压。尽管影像参数与单极电压之间存在相关性，但目前体内影像学手段仍无法解释左心室单极电压中相当大比例的观测变异。

总体而言，这项研究的意义在于，首次在人体体内VT消融场景中，对临床常用单极电极的相关FOV进行了定量界定，并直接比较了两类术前影像参数对术中电压的解释能力。研究结果校正了对单极电压“局部性”的过度直观理解，提示单极信号实则整合了较大范围内心肌组织信息；同时也说明，尽管先进影像学能够提供重要结构线索，但对于复杂电生理基质的判读，当前仍不能脱离精细的术中电生理评估。这一认识对于优化VT消融策略、理解不同导管设计的实际价值，以及推动影像-电生理融合评估体系的发展，均具有重要临床与方法学价值。