一、感知
植入ICD后,ICD需要和普通起搏器一样对房室信号进行识别和计数,也需要识别室速事件进行除颤放电,这对ICD的感知提出了更高的要求。要达到这一目的,一方面是术中植入部位的选择,要确保良好的R波感知;另一方面ICD合理的感知算法可以帮助正确诊断,并有效减少ICD的不恰当治疗。
(一)ICD感知算法与普通起搏器感知算法的区别
普通起搏器为了滤过T波等不希望被“看”到的信号,通过设定一个固定的感知灵敏度,高于感知灵敏度值的信号被起搏器感知,低于该值的被滤过。而室颤或多形性室速时腔内振幅可能较T波更低,普通起搏器虽然可以有效滤过T波,但极易漏掉重要的室颤事件,贻误治疗。所以ICD采用特殊的感知算法,即感知灵敏度自动调整功能,在滤过T波的同时保证室颤的识别。
(二)感知方法
普通起搏器可以通过单极或双极感知,而ICD只采用双极感知的方式,通过两个感知电极观察到不同的自身心室信号振幅,然后将信号进行放大和过滤,去除信号极性的影响,成为ICD看到的信号。当ICD放大心室信号后,会通过机器自带的窄通道滤波器过滤信号,滤过低频率的T波信号和高频率的肌电干扰(EMI)信号。各厂家的窄通道滤波器的滤波范围不同,如波士顿科学公司的滤波范围为20~85Hz。与普通起搏器相同,ICD在每次感知到心腔信号或是发放起搏之后,都会开启一段空白期,防止出现单一信号的多重感知现象。在空白期结束之后开启一段不应期。空白期与不应期的概念和自身传导系统的绝对不应期和相对不应期相似。在空白期内,感知到信号不会影响ICD的计时间期,也不会被计数器计数;而在不应期内,感知到信号虽然不会影响ICD的计时间期,但是会被计数器计数。
ICD通过双极的感知回路形成感知通道,感知通道分为起搏/感知通道与除颤通道,起搏/感知通道识别间期与计数,除颤通道帮助进行形态学鉴别。根据设计的不同分为真双极感知与整合双极感知。真双极通过除颤线圈前端的两个环状电极组成感知回路,相较于整合双极感知回路更小;整合双极由除颤线圈与远端的环状电极组成感知回路,相较于真双极除颤线圈更加贴近心肌。两种设计方式各有特点,但根据真实世界>5 000次电击事件显示,由于噪声和过感知导致的不恰当电击的发生率,真双极导线和整合双极导线相当。
与普通起搏器相同,ICD通过调整感知灵敏度改变心房心室的感知范围使其变得灵敏或者不灵敏。不同的是,ICD既需要降低感知灵敏度的数值,从而正确识别频率较低的室颤事件。又需要提高感知灵敏度的数值,以便滤过T波等干扰信号,对心室信号进行正确的计数,避免不恰当电击。因此在ICD的感知算法中,感知灵敏度值是一个变动的值。在ICD的衰减算法中会将程控的感知灵敏度值作为基线进行算法的运作。如波士顿科学公司的AGC算法,在感知到振幅较高的心室信号时抬高感知灵敏度值,再逐渐衰减直至感知到新的心室信号。在感知到振幅较低的心室信号时感知灵敏度值也随之降低。不同制造商的设计理念基本相似,美敦力公司称为AAS算法,雅培公司称为Decay Delay算法。
(三)如何确保精确感知(AGC和空白期)
空白期和不应期对ICD的感知和起搏的影响十分重大。空白期和不应期的设定主要是为了避免发生心房或心室事件的多重计数,从而造成ICD的不恰当治疗。心房事件后的心室空白期和不应期与心室事件后的心房空白期和不应期称为交叉不应期,交叉不应期的作用是防止其他不同心腔内的信号互相影响发生过感知。
心室事件后心房空白期(PVAB)可以避免出现对心室起搏信号和远场R波的过感知。心室事件后心房不应期(PVARP)可以防止心室逆传心房而导致心房计时周期重整。
对于房性心律失常的患者,PVAB过长,会导致真正的心房事件被隐藏,从而无法准确计数心房事件;而PVAB过短,又容易导致远场的R波被感知,错误地计数心房事件。两者都有可能造成ICD的不恰当治疗。ICD的交叉空白期应根据患者的实际情况分析判断后合理调整,一般情况下设置较短。波士顿科学公司的Samrt交叉空白期算法可以在心事感知事件发生后,自动将心室后心房空白期缩短至15ms,提高了房性心律失常计数的准备性,但对于存在室房逆传的患者需要关闭此功能并拉长PVAB。
(四)ICD感知灵敏度
自动调整功能是ICD在发生心室感知事件后,ICD会逐搏检测R波的振幅相应的调整感知灵敏度。在心室后空白期将结束时,ICD的感知阈值会处于一个比较高的数值,而后根据相应的算法衰减至下限值。因此ICD的感知灵敏度自动调整算法可以及时、准确地识别R波振幅较低的室颤和多形性室速,同时也降低T波过感知的风险。不同制造商的自动感知灵敏度调整功能也有细微差别。如果发生心室起搏事件,所有的ICD也会自动进行灵敏度的动态调整,从起搏后空白期的终末段开始,提高感知灵敏度(降低数字),使之能准确识别。
1.波士顿科学公司出厂感知灵敏度设定在1.0mV。在感知到心室事件后,将起始感知阈值设为感知R波幅度的75%,最大值可达平均峰值的1.5倍。在空白期+15ms结束以后灵敏度逐步递减,每次振幅降低至上一次振幅的7/8(图2-1)。第一次的持续时间为65ms,此后每一次的时间为35ms,大约经170ms,将灵敏度降低至R波峰值幅度的一半。最小值可达平均峰值的1/8。
图2-1 波士顿科学公司ICD的Auto Gain Control算法
2.美敦力公司出厂感知灵敏度为0.3mV左右。感知到心室事件后,重新设置感知阈值为初始灵敏度的8~10倍,最高可达感知R波振幅的75%左右。然后从感知空白期终末段开始,自动灵敏度调整程序使得灵敏度数值不断呈指数下降,经过一个时间常量(450ms),直至达到灵敏度设置的最大值。在出厂设定的感知灵敏度(0.3mV)上,大R波和小R波的灵敏度曲线没有差别。如果R波较大,整个自动灵敏度调整曲线将发生较大的改变,直至达到程控设置的最大灵敏度。
3.雅培公司感知灵敏度出厂值为0.3mV。在感知到R波可将感知灵敏度提高到所测量R波振幅的62.5%,即3~6mV。如果R波振幅超过上限6mV或低于下限3mV,则阈值启动程序将感知阈值数值设定为上限和下限的62.5%(即3.75mV和1.875mV)。这个感知阈值可保持一个时间常量(60ms),即延迟衰减期,然后阈值以3mV/s的斜率下降。感知灵敏度提高的百分比和延迟衰减时间均可程控,范围分别为50%~75%和0~220ms。
如果发生心室起搏事件,所有的ICD都会自动进行灵敏度的动态调整,从起搏后空白期的终末段开始,将感知阈值设置的更为敏感。
(五)ICD心房感知
为了准确鉴别室上速与室速/室颤,心房事件的准确计数尤为重要。在发生房性心律失常事件时,由于P波较低,固定的感知灵敏度算法很难正确计数心房事件。心房感知阈值低,心房空白期和远场R波感知都会造成心房事件计数错误,将室上速误鉴别为室速。波士顿科学公司和美敦力公司的ICD可以通过心房灵敏度的自动增益功能避免远场R波的感知,Smart交叉空白期功能,可以保证对心房快速事件的识别。两者配合使用可以将不恰当放电概率大大降低(图2-2)。所有的ICD都可程控心室感知事件后的心房空白期。
图2-2 心房的Smart 交叉空白期算法
AGC:自动增益调整;AS:心房感知;VS:心室感知。
(六)如何避免不适当感知
当感知的主要来源是T波过感知以及导线或者肌电相关的噪声干扰,T波过感知会导致机器将T波不恰当识别为独立的心室事件,使室速的计数错误的增加,导致机器错误的将其判断为室速事件而发放不正确的治疗。为了避免发生T波过感知,各公司通过不同的方面解决:
1.滤波器滤过T波,不同的波有着不同的频率,一般情况下的T波或远场感知的R波是低频波,当ICD的滤波器的带通滤波范围高于低频的T波的频率就可以将T波过感知降到最低。如波士顿科学的带通滤波器的滤波频率在20~85Hz。而美敦力公司的T波识别技术是一种在不影响感知室速/室颤灵敏度的前提下识别T波过感知的算法:临床上R波和T波的波形特征不同,通常R波相比T波具有更大的斜率(更高频),通过对右室腔内图进行信号处理放大R波与T波的这种差异(差分运算)来识别T波。
图2-3 波士顿科学公司滤波功能示意
2.提高ICD的感知灵敏度基线值,对于一些肥厚型心肌病的患者,T波可能出现异常增高的情况,此时可能出现T波误感知,程控合理的感知灵敏度基线值可以使ICD感知算法在衰减过程中略过T波,避免误感知。
3.调整空白期,起搏后发生的T波过感知可以通过拉长心室空白期进行纠正。
肌电干扰是指当ICD的感知灵敏度最大时捕获到了膈肌电位或是其他肌电位信号,并将其误识别为心室信号,抑制起搏并错误的进行计数,如果肌电干扰发生在心室,则有可能造成ICD的不恰当治疗,如果患者是起搏器依赖,则有可能造成晕厥的发生。降低心室感知灵敏度可以有效地避免肌电干扰的发生,但是在此之前需要对干扰进行评估,确定是否为外源性干扰,如果是导线相关的干扰,则需要重新对导线状态进行评估,必要时可选择重新植入导线。
针对外源性的干扰,高频的带通滤波器可以很好的消除肌电干扰的影响。一些ICD的功能也可帮助识别噪声并对感知灵敏度进行相应的调整。如动态噪声算法(DNA)可以根据噪声信号特殊的频率和能量确认是否为噪声信号,当噪声存在时,DNA将保持感知阈值高于噪声信号。