起搏动态｜折剑青：无导线心脏再同步化治疗的在体证据
传统的心脏起搏器目前虽然广泛使用，但存在其局限性。电极移位、囊袋感染、血肿仍不可避免。超过10%的患者植入后2个月内出现早期并发症。几年前提出的无导线起搏器可避免这些并发症。它们具有很高的的植入成功率，并发症少。然而，由于目前只有单腔的无导线起搏器，仅适用于一小部分患者。根据目前指南，双腔装置和心脏再同步化治疗(CRT)比单腔系统应用更广泛，因此，以上器械的无导线应用存在广泛的临床前景。但为了实现无导线治疗，无线传输需要很高能耗，起搏器设备本身的大小限制了电池承载量。作为一种替代方案，在体表的传导通讯设备被提出。但由于心内膜内环境的挑战，传输设备不能影响到心脏本身的电传导。因此，本研究探讨了优化的心内传导通讯的使用(CIC) -一种新型的超低功耗心内设备-设备再同步治疗方法。我们提供对其使用的功耗、安全性和可靠性的证据。此外,我们提供了世界上首个体内无导线心脏再同步化治疗的临床证据。
研究方法
本研究分为两部分。首先，对猪心脏进行体内测量获得心脏最佳传导心内通讯(CIC)参数。其次，建立了一种专用的无导线心脏再同步化治疗起搏器(CRT-P)，由三个完全自主的无导线起搏器组成。三者作为心脏再同步化的单元，通过心内通讯实现同步起搏。通过在体植入该系统探索期安全性及可靠性。本在体研究试验由瑞士伯尔尼州兽医局批准按照《实验动物护理及使用指引》的规定进行。
心内通讯参数优化：
无导线通讯，包括手机、笔记本电脑等，已经有超过25年历史。虽然电磁装置在人体广泛使用，然而由于心内通讯需要电量高，难以持续性使用。通过两个电极在组织和血液中实现交流电可以降低电量。在本研究心内通讯中，心内血流及心肌组织作为电传导介质，使电流在心内蔓延，传导信号在远处逐渐减弱（图1）。
图1：A:心脏电传导；B:无导线起搏器植入位置
无导线CRTP：
无导线CRT-P系统由三个相同的起搏器组成，它们通过心内通讯实现同步。这三种起搏器都是自动的，电池供电，并且可以实现单腔起搏。通过发送和接收通信信号，它们的活动可以在三个方向同步，使起搏器一起作为一个再同步系统。三个起搏器均由一个起搏器和一个通信模块组成(图2)，使用微控制和门阵列板(STM32F103RB, ST Microelectronics, swiss / Artix-7 35T，Digilent.USA)。起搏器设置(起搏频率、起搏幅度、AV-delay、VV-delay、可通过用户界面(液晶显示、推送)编程。有不同的起搏模式可供选择(SOO, DOO, DOOV, OOO)。起搏器的刺激电极为不锈钢电极，也可作为心内通信接口。
每一次心脏起搏由心内通讯信号激发。同步化消息通过脉冲位置调整，其中有短脉冲传输，数据编码为脉冲间的时移(图2)。这个设备允许每次传输几个单元的数据，因此是高能源效率。一个同步消息的大小为12字节(96位)，对应于传输的26个字节。当信息通过心脏时，接收到的信号就会受到噪音的影响衰减。因此，需要对其进行放大和滤波，得到重建信号(图2).在原型设计中，不包括起搏器感知功能，设备没有最小化，并在心外膜植入。
图2：单腔无导线起搏器电传导示意图
设备植入和在体验证：
对5头60公斤的家猪进行了动物实验。在实验过程中，猪平卧，吸入麻醉(氧中异氟醚)(1.6%)和芬太尼(5 - 10µg /公斤,小时))。在实验开始时，使用5000u的肝素和150毫克胺碘酮静脉注射。进行胸骨切开术将3个起搏模块缝合在心室和心房上(图1B)。感知、阻抗和起搏阈值使用CareLink测量起。测试不同通信频率(500khz, 1mhz, 2.5 MHz)评价设备间通信的可靠性和安全性。从左心房起搏器同时发送100条同步化信息到两个心室起搏器，后者会显示接收到的信息数量。这个过程重复了20次，每次程控产生2000条消息，基于发射器的电流和电压计算传输电量。对于无导线心脏再同步化治疗，使用所有起搏模式监测CRT-P样机。采用房室超速起搏，并且通过内源PQ时长缩短AV延迟，避免显性固有传导，确保心室起搏。通过心电图(ECG)评估成功的CRT-P起搏和安全性。
数据分析：
通信可靠性报告为四分位数范围(IQR)的中位数百分比。各组之间的比较使用Friedman’s test。随后,使用Wilcoxon’s进行两两比较，并使用Bonferroni-Holm进行多重测试校正。P≤0.05被认为存在显著差异。使用R3.4.3进行数据分析。
研究结果
传输频率评估：
由于单个起搏器之间的距离较远，所以通信信号显著减弱。图3A总结了不同交流电极位点(RA-RV, LA-RV, LA-LV, RV-LV)的信号衰减。虽然绝对衰减有所变化，但无论电极植入位置如何，更高的频率(大约1 MHz)的信号传输效果较好。通信速度快，在发送完整的同步化信息需要0.9 ms，通讯频率2.5 （MHz）, 2.3 ms （1 MHz）, 4.6 ms（500kHz）。
无导线CRT-P安全性可靠性：
所有动物实验(n=5)，在8小时中，无论是衰减测量还是同步化信息交换中，均未诱发心律失常。通信可靠性的结果如图3B所示，且在使用的通信频率中存在显著差异 (p<0.001)。1 MHz通信再次获得了最佳的结果(可靠性98% (IQR 97-99%)，明显优于500 kHz (p=0.004)或2.5 MHz (p<0.001)通信）。
图3A：传导频率与衰减；心内传导的可靠性
无导线CRT-P能耗：
使用500 kHz 0.7 µJ，1 MHz 0.3 µJ，及2.5 MHz 0.2 µJ。假设心率每分钟60次，对应平均发射功率0.7µW 0.3µW,0.2µW。
使用心内传输再同步化进行CRTP治疗：
用过心内传导优化，使用最终的CRT-P再同步化治疗，在两个实验动物中成功实现心脏起搏，双腔及双心室起搏波形见图4。
图4：无导线心脏再同步化治疗的体表心电图
结论
本研究首次提出无导线心脏在同步化起搏治疗，通过心内传导优化降低能耗。本研究填补了无导线起搏只能用于单腔起搏的局限性。
局限性
该研究有一定的局限性，没有在人体中进一步验证，仍有待在心功能不全心脏扩大患者中进行验证，并且需要长期数据进行临床应用指导。
摘译自：Leadless cardiac resynchronization therapy: An in vivo proof-of-concept study of wireless pacemaker synchronization. Heart Rhythm. 2019 Jan 11.doi: 10.1016/j.hrthm.2019.01.010.
