前言

PFA导管形态设计五花八门，以肺静脉隔离为例，主流的设计包括花瓣状、球囊状、环状等，不同的导管设计安全有效性表现如何？Andres Belalcazar等在Heart Rhythm上发表的文章通过实验模型对比了不同形态导管的安全有效性，结果值得学习。

（五花八门的导管设计）

研究背景、目的

脉冲场消融（PFA）是一种基于电穿孔的有前途的技术。尚不清楚不同的导管设计是否意味着有效性和安全性差异。

选择3种代表性的PFA导管设计，改变其几何结构、血液暴露和能量输送方法，然后比较病变透壁性、安全性和栓塞风险。

研究方法

使用计算机断层扫描衍生的心脏及毗邻结构模型。将球囊、花瓣和环形导管放置在左肺静脉附近。测试了四种能量传输方法：多单极、顺序单极、交错和宽交错（后文有介绍）。有效性定义为 600 V/cm 的目标百分比。安全方面包括主动脉/食管电穿孔损伤和气泡生成，透壁性要求为 90%。

如图1所示。所有系统的直径都是22毫米，与已上市的射频或PFA导管规格类似。球囊有3.6*3.6毫米电极(面积13平方毫米)与组织贴壁，但不接近血液。电极间的间距为2.4毫米。

第一类球囊导管是用一种不导电的填充液(如5%的葡萄糖)模拟的，这种填充液经过初步测试，可以减少可能使薄膜破裂的高电场。

第二类设计为花瓣/网篮状导管，有柔性电路样条，每个4毫米宽，0.5毫米厚，与心房血液绝缘，因为电极安装在聚合物上。电极的尺寸和间距与上面的球囊导管相同。绝缘不如球囊导管，因为电流有可能流过样条之间的空间。

第三种设计是使用环形导管，每个电极长3mm，直径1.6mm；电极间距为3.7mm。

所有导管的电极均放置在相同的精确位置，仅切向接触壁组织，以控制位置，方便作变量分析。为了减少不均匀接触组织的混杂效应，采用了电流控制方案，因此不管电极-组织阻抗如何，都输送相同的电流。

研究的第二个变量是能量给予的模拟方式，即给电极通电的方式。下图显示了4种放电的模式。这些模式是基于一些厂商对PFA装置的报道。通过双相脉冲能量传输，分离相邻的相反极性电极，可避免短路，从而减少电弧。

如上图示四种给电极供电的方法。前两种是单极方法，正极为导管电极，负极为患者背部的负极板（类似射频消融）。在多单极输送方法中（第一种），所有电极都被正向通电，同时电流从所有电极流向背面电极。在顺序单极方法中（第二种），每个电极依次通电，其他电极则浮动。对于交错双极方法（后三种），患者背部没有电极，电流产生在电极的正负极之间。标准交错方法具有交替极性的电极，即相邻单极一正一负（第三种）。宽交错法在交替极性的电极之间具有不通电的浮动电极，即正负极之间有多余不通电的电极（第四第五种）；

心脏三维及毗邻解剖通过计算机模型建立，以评估消融安全性，下图所示为计算机断层扫描衍生的建模解剖结构的部分视图。左图：后视图，包括降主动脉段（红色）、部分食道（黄色）、气道和左肺（蓝色）、左心房（棕色）和肺干（洋红色）。腔静脉、右心房和冠状窦显示为紫色。右图：相同的俯视图，但切除了更多器官。左心房壁（灰色）厚 2.5 毫米。左肺静脉窦处的 6 毫米宽目标在主动脉和食管前方可见（参见文字和图 4）。

研究结果

对于多电极输送方法，靠近主动脉的后壁电极在6A的电流下，球囊导管、花瓣导管和环形导管的阻抗分别为856、821和630欧姆。电压分别为5135、4929和3777伏。阻抗值是每个电极的，而不是系统的，当考虑所有电极时，系统的阻抗值会更低。例如，对于环形导管，多极法的系统阻抗约为63 欧姆，平均电压3803V / (10个电极*6A)。具有更多电极但被球囊更好绝缘的球囊导管产生了略高的系统阻抗，约为68 欧姆 ，平均电压为5299 V / (13个电极*6A)。

当单独通电(顺序单极输送法)为6A时，球囊导管、花瓣导管和环形导管的阻抗分别为184、153和120欧姆。电压分别为1103、919和718伏。脂肪区域附近的阻抗稍高，例如，球囊系统中的房顶电极的阻抗为199欧姆。对于交错输送方法，后部电极在6A时的阻抗分别为257、214和105欧姆，分别为球囊导管、花瓣导管和环形导管。电压分别为1539、1284和631伏。需要注意的是，圆形导管有一个标准的交错输送方法，而球囊和花瓣系统有一个顺序-宽度-交错输送方法，所以它们的阻抗不能严格比较。

有效性：

下图比较了导管设计和通电方法的有效性与电流关系。有效性是以超过600 V/cm治疗的靶体积的百分比，100%代表完全透壁病变。一般而言，可以看出球囊和花瓣导管具有最佳功效，而环形导管需要更高的电流来实现类似的透壁损伤。

安全性——临近组织：

下图示主动脉和食管的安全性与电流对导管设计和能量化方法的比较。曲线显示主动脉和食管的体积超过600 V/cm (即电穿孔)。电穿孔体积越小越安全。采用交错能量法的圆形导管是最安全的。

安全性——气泡相关栓塞安全性

在实现了90%的透壁损伤的前提下。更小的电流密度意味着更低的气泡产生率和更高的安全性。与球囊型或花瓣型导管相比，环形导管具有约4-5倍的气泡生成，正如预期的那样，主要是因为环形电极更多的暴露在血液中。

研究结论

计算机模型显示，有效性方面，球囊导管或花瓣导管比环形导管的有效性高约 4 倍。与双极交错方法相比，多单极能量输送方法电穿孔主动脉和食管组织的风险更高。安全性方面，考虑到栓塞风险，圆形导管产生气泡的可能性最高。具有宽交错输送方法的球囊或花瓣导管系统显示出有效性和安全性的最佳平衡。