CC BY
23
Visnyk N'l'UU KP1 Servia Radiolekhnika tiadioaparatobuduummia, "2017, Iss. 68, pp. 59—63
УДК 004.891.3
Прогнозування ефективност! катетерно1 радючастотно1 аоляци аритмогенних зон серця за оцшкою контакту м\ж електродом та тканиною мюкарда
Сичик М. М.1'2, Ковшевацька В. В2, Максименко В. Б.1'2, Тарасова Л. Д.1'2
1 Державна установа "Нацшнальний ¡нститут серцево-судинно! xipypri'i ¡м. М.М. Амосова АМН Укра'ши", м. Кшв, Укра'ша
2 Нацшнальний техшчний ушверситет Укра'ши "Кшвський нсиптехшчний ¡нститут ¡м. Ггоря Сжорського", м. Кшв, Укра'ша
E-mail: marina_ bmSl&maiLru
Метою роботи стала розробка методу шлыаспо! оцшки контакту електроду з тканиною мюкарда при катетершй радючастотпш абляцп. якнй дозволятнме внкопуватн прогнозування ефективпост! деструкцш шляхом в1зуал!зацп i'x па трпвпшртй впутр!шшй поверхш серця в кольоровому спектр!. Запропоповапо оригшалышй автоматнзовапнй комплекс па основ! програмпого середовнща MATLAB. якпй може працювати при застосувапш вс!х тншв катетер!в та цнфровпх да1шх карт тдшмдуалыю! апатомп серця та точок деструкцп. що отримуються з системи електро-апатом1чпого картуваппя Ensit.e Velosit.y NavX (St. Jude medical, США). Запропоповапий комплекс шдтвердив свою точшсть та ефектившсть шд час апробацп в клйпчшй ирактиць
Клюноог слова: радючастотпа абляц!я: контакт електроду з мюкардом: ефектившсть: автоматнзовапнй комплекс
1 Розгляд проблеми
Вщновлення активносп миокарда в зош дестру-кщ1 е. головною причиною рецидиву apiiTMii' шсля радючастотно! абляцИ (РЧА). Регулювання глиби-ни деструкцИ, як правило, зд1йсшоб:ться шляхом вибору тииорозм1ру електроду для аблящ!. оптимально! потужноста струму. тривалосп ашпкацй' та досягнення нообх1дно1 температури в дшянщ взае-модИ. Важливим фактором ефективного доставления до тканини мюкарда радючастотно! eneprii та утворення надШнси деструкцИ е. хороший i стабшь-иий контакт олоктроду з поворхною сорця [1].
До нодавнього часу iciiy-вали тшьки непрям! по-казники для оцшки дотику олоктроду з тканиною мюкарда, сород яких рух кшчика катотора разом 3i CTillKOIO сорця в рОЖИХП pOIITrOIIOCKOni'i, шдйом сегмента ST на монополярнш електрограьп та змша 1мпедансу тканини шд час наносоння радючасто-ТН01 абляцИ [2]. Щ мотоди залишаються найбшын широко-використовуваними в клпичнш практищ за рахунок своя простоти i универсальность но потребу ють додаткового спощатзованого обладнаиня, ироте но с достатньо точними.
3 розвитком комп'юторних технологш, наукосм-них алгоритхйв управлшня бкхрзичними процоса-ми в медицин!, зростае iiiTepoc i нообхщшсть ство-рення нових шженерно-техшчних та програмних
pimeiib для кшыйснсм оцшки контакту олоктроду з тканиною мюкарда, в1зуатзацй' анатомп' дшян-ки сорця в TpiiBiiMipiiOMy npocTopi та ввдображоння на iiifi точок РЧА з ефективним та недостатшм дострукцшним впливом [3].
На сьогодшшнш день iciiyc дв1 технологп' для кшьшснсм оцшки i в1зуатзацй' сили контакту м1ж кшчиком олоктроду i тканиною мюкарда, що нада-ються pÍ3iiiiMii компашями: засноваш на доформацп' иружини (Bioseriso Webster, США) та змии опору (St. Judo Medical Inc., США).
Smart Touch Catheter (Bioseriso Webster, США) являе собою технологпо мошторингу сили контакту, штегровану в KÍH4HK зрошувального катетера Thermocool SmartTouch i систему електро-анатом1чного картування САЕТО 3. Значения сили контакту в1зуал1зуються р1зними методами в систе-mí САЕТО 3, у вигляд1 граф1шв в реальному naci значения, напрямку i сили контакту. Наирямок сили вщображаеться у вигляд1 mrwiipiioro кодуванням стршки вектора на зображення кшчика катетера [4].
EnSite Contact Therapy (St. Judo Medical, США) представляв шформацпо про силу контакту, отриману ввд втирювання 1мпедаису мЬк кшчиком катетера i ткаиииами мкжарда. Локалып активиий i реактивиий опори, що мошторуються в реальному naci, штегруються матоматнчно в одно значения, яке називаеться шдоксом олектричниого зв'яз-
60
Сичик М. М., Ковшовацька В. В., Максимоико В. В., Тарасова Л. Д.
ку. Ьщокс електричного зв'язку ввдображаеться в ciictomí електро-анатом1чного картування EnSite NavX трьома способами: у форм1 прокрутки сигналу: числового значения: i у вигляд1 кольорового кодування активного олоктроду катетера [5].
Недолшами цих систем оцшки сили контакту електрода з тканиною серця с неможлившть i'x ви-користання без спсщал1зованого катетера.
2 Постановка задач1
Задачею дослщження стала розробка незалежного автоматизованого комплексу для кшьшсно1 оцшки контакту олоктроду з тканиною мюкарда при катотершй радючастотшй абляцй'. який при застосуванш bcíx тишв катотер1в та цифрових да-них карт шдив1дуалыю1 анатомй' сорця та точок деструкцп'. отриманих з наявних систем елоктро-анатохйчного карту вання. дозволятиме викоиувати прогиозуваиия ефективносп РЧ ашпкацш шляхом ввдображоння ix на noBopxni сорця pÍ3iniM кольором.
3 Матер1али та методи
За прототип для розробки було використано спо-ci6 побудови олектро-аиатом1чно1 модат сорця та иаиосеиия на iio'í точок РЧ деструкцп' в нав1гацш-iii ciictomí Ensite Velosity NavX (St. Judo medical. США). В iiiíi aiiaTOMiniia модель камери сорця представлена сукупшстю точок в TpiiBiiMipiiOMy npocTopi з коордииамами (х. у. z). сполученими шмпгональ-ною cítkoio в об'емну структуру. Точки РЧ деструкцп' також ввдображаються в ciictomí координат у двох BapiaiiTax иозицп' олоктроду в момент абляцй' (xl. yl. zl) та проекцй' ашпкацп' на иоворхшо модат серця (х2. у2. z2).
Заиропоновано оригшалышй шдхвд експортува-ння даних побудовансм шдив1дуалыго1 анатомп' камери серця у цифровому вигляд1 точок з координатами (х. у. z) з системи Ensite Velosity NavX (St. Judo medical. США) в ирограмне соредовищо MATLAB.
За допомогою функцп' «reshape» вщбуваеться реоргашзащя даних у матрицю i ''surface" в1д-твороння TpiiBiiMipiioi' модат внутршшьем noBopxiii серця методом кшцевих елеменпв (рис. 1).
Функщяо "plot3" виконуеться нанесения на модель точок радючастотно! деструкцп' в кольоровому споктрь що ввдиоввдас pÍ3iiifi ввдеташ електрода до тканини мкжарда шд час абляцй'. Бона визначае-ться по формул! розрахунку вщеташ (L. мм) mdk двома точками в npocTopi:
L = л/(х1 - хя)2 + (У1 - У2)2 + (¿1 - Z2)2 .
Точки РЧА розбиваються на чотири групп, в залежносп ввд того на якШ вщеташ олектрод зна-ходиться в1д мкжарда. Ввд 0 до 2 мм (червош то-
чки) хороша сила контакту: в1д 3 до 5 мм (зелеш точки) середшй контакт: в1д 6 до 8 мм (сиш точки) слабкий контакт: ввд 9 до 12 мм (фюлетов1 точки) контакт вщеутнш.
Рис. 1. Мотодолопя побудови тривтпрнси noBopxiii камери серця в MATLAB
Диференцшне розможуваиия числових значень ввдеташ по стуиошо контакту було визначене в ход1 експоримеиталышх дослщжень на видаленому серщ CBiiiii та в ход1 клпичних сиостерожень при застосуванш iiiHiiix KpiiTopi'ÍB оцшки сили контакту та po3MÍpÍB деструкцп' (падшня амшптуди на ендогра-mí аблящйного олоктроду вдвкп. зм1на 1мподансу ткапипн в ход1 РЧА. припииеиия тахшардп') [6].
4 Результата та обговорення
4.1 Cnoci6 використання запропоно-вано!" методики оцшки контакту електроду з тканиною мюкарда при радючастотшй абляцй
3 навкацпию! систоми Ensite Velosity NavX (St. Judo medical. США), яка використовуеться для побудови aiiaTOMÍ4HOÍ' карти камери серця. локал1за-Щ1 катетера i точок РЧА. даш операцп' у цифровому вигляд1 точок з координатами оксиортуються в программ соредовищо MATLAB.
Виконуеться побудова TpiiBiraipiioi модол1 камери серця (рис. 2). яка с математичиим вщтворенням побудовансм aiiaTOMÍ4HOÍ' карти в ciictomí Ensite Velosity NavX (рис. 3).
На отриману модель серця наноситься точки РЧА в кольоровому спектрь який характеризуй ввд-стань олоктроду до тканини мкжарда i дае оцшку контакту точок з ефективним та недостатшм де-струкцшним впливом (рис. 4).
Прошозуваиия офоктшшосп катоторшн радючастотшй абляцй' аритмогошшх зон сорця
61
Рис. 2. 3D модель „швого передсердя пацкнта Н. в програмному середовшщ MATLAB
Рис. 3. AnaTOMÍ4iia карта „швого передсердя пацк ента Н. в ciictomí Ensite Velosity NavX (St. Judo medical. США)
4.2 Клш!чна апробащя запропонова-hoi" методики оцшки контакту електроду з тканиною мюкарда
Пацкнт Н.. 54 р.. був прийнятий в Державну устаиову «Нащоналышй iiiCTiiTyT сорцово-судиннсм xipypri'í ím. М.М. Амосова НАМН Укра'ши» з приводу рецидиву (рбриляцп' перодсердь через 1 р. 3 míc. теля ycninnio'í РЧ 1золяцп' легоиевих вой ввд передсердя. що було шдтверджено в операщйшй вщеутшетю проведения мЬк ними в ход1 елоктро-ф1зюлогкшого достджоння стимуляцшним карту-ванням Í3 застосування навкацпиго! систоми Ensite Velosity NavX (St. Judo medical. США).
Радючастотна аблящя була виконана з насту-пними параметрами елоктричиого впливу: елоктрод довжиною 3.5 мм з íiitoiiciibiiíctio активного охо-лодження 17 мл/хв ф1зюлогкишм розчнном NaCl ( t = 22+1,0oС), на який иодавалася стала поту-
жшеть 30 Вт. тривалкть одшя ашпкацп' 20 сок. i
o
Оскшьки вщбувся рецидив аритмй'. то но bcí точки деструкцп' були офективш. Для перов1рки ввд-новлоння провцщосп мЬк легоневнмн венами та пе-родсердям. при noBTopuifi операцИ в ciictomí Ensite Velosity NavX було виконане електро-анатомкше карту вання. побудована потенщальна карта „швого передсердя (рис. 5). яка показала в кольор1 наяв-nicTb (фюлетовий. червоний) та вщеутшеть (cipnfi Kcuiip) aKTiiBiiocTi в тканинах мкжарда. Вщновлення провщноста вщбулося в дшянках нижньси право! та «швеи ворхиьо! легоиевих вей.
Рис. 4. 3D модель „швого передсердя пацкнта Н. в програмному середовшщ MATLAB з воображениям оцшки контакту олоктроду з тканиною мюкарду позначеними р1зними кольорами точками РЧА: чер-bohí хороша сила контакту: зелеш середшй контакт: cinii слабкий контакт: фюлетов1 контакт ввдеутнш
IlpiicyTiii точки РЧА синього та фюлетового ко-льору евщчать про те. що сила контакту в цих мкцях слабка i вщеутня. а отже. дострукщя в них с но ефективна i i"í рокомендусться иовторити.
Рис. 5. Електро-анатомкша карта „швого передсердя пацкнта Н. в ciictomí Ensite Velosity NavX (St. Judo medical. США) з рецидивом аритмй' теля ра-дючастотно! абляцй'
При BiiKOiiainii другем операцп' РЧА. за стандар-тизованим протоколом. дшянки мюкарда. в яких росструвався пробой для проходжеиня патолоично-го збуджоння. повторно шддавалися деструкцп' ело-ктрнчннм струмом. Тахшард1я зупинилася i зиикли патолоичш потенщали на внутршньо-серцевш он-дограм1 (рис. 6). у раз1 нанесоння РЧА в дшянщ. показашй точками червоного кольору на модат лк вого передсердя в Ensite Velosity NavX (рис. 7).
62
Сичик M. M., Ковшевацька В. В., Максименко В. В., Тарасова JL Д.
.....™........¿................»........™........57........^........L........
АЫ 1-2 -————
r
Lasso 9-10 Lasso 13-14
i
I
Lasso 19-20 CS 7-8 CS 9-10 i L
Ik L и k. и L V <4-
i ^Т^ТД^ТТ^^ГЛ ............ / ^ ................
Рис. 6. Реестращя поверхнево!' кардюграми та внутр1шньо-серцево'1 ендограми пащента Н. в момент ефектпвно!' радючастотно!' абляцп
Щ *: О - ■
Л
Рис. 7. Електро-анатом1чна карта л1вого передсер-дя пащента Н. в систем! Ensite Velosity NavX (St. Jude medical, США) з ефективними точками радючастотно!' абляцп
При ощнщ ефектпвност! дотику електрода з стшкою поверхш серця nepnioï операцп' пащента Н. в розробленому автоматизованому комплекс! в MATLAB, саме щ дшянки впзначеш chhímh та фюле-товими точками (рис. 4), як з недостатшм контактом електрода з тканиною мюкарда.
4.3 Використання розробленого методу для прогнозування ефектив-hoctí радючастотноТ абляцп ари-тмогенних зон серця
На сьогодшшнш день розроблений метод оцшки контакту електроду з тканиною мюкарда при процедурах катетерно!' РЧА використовують в ДУ «HICCX ím. М. Амосова НАМН Укра'ши» для прогнозування ефектпвност! деструкцп тканин л1вого передсердя навколо легеневих вен та перешийюв М1ж венами та клапанами для блокування пошире-ння потенщал1в, що приводять до ф1бриляцп та Tpi-потшня передсердь. Застосування рекомендованого методу проводять у двох напрямках: для оцшки ефектпвност! радючастотно!' абляцп штраоперацш-но для впзначення дшянок серця з недостатшм контактом електроду з тканиною мюкарда, в яких
рекомендуеться повторно нанести РЧ аплжацп; та при повторних процедурах РЧА з приводу рециди-bíb аритмш для в1зуал1защ1 дшянок серця з недостатшм деструкщйним впливом nepnio'í операцп' для планування наступного втручання.
Висновки
1. Розроблена оригшальна методика оцшки контакту електроду з тканиною мюкарда забез-печуе прогнозування ефектпвност! радючасто-tho'í катетерно!' абляцп' аритмогенних зон серця та пщвищуе д1агностичну цшшсть спещаль зовано!' спстемп електро-анатом1чного карту-вання Ensite Velosity NavX (St. Jude medical, США)
2. КлШчна апробащя запропонованого методу при повторних процедурах РЧА з приводу рецидив1в аритмш пщтвердила локал1за-щю дшянок серця з недостатшм деструкщйним впливом nepnio'í операцп', що перев1ряло-ся за допомогою стандартизованих електрофь зюлопчнпх критерй'в вщновлення провщност1 патолопчних джерел збудження та електро-анатом1чного картування внутр1шньо1 поверх-hí серця i зон рубщв, де виконувалися радю-частотш аплжацп.
3. На сьогодшшнш день тривае впровадження розроблено!' методики в юпшчну практику для штраоперацшно!' оцшки ефектпвност! катетерно!' радючастотно!' абляцп' шляхом впзначення дшянок серця з недостатшм контактом електроду з тканиною мюкарда, в яких рекомендуеться повторити радючастотш аплжацп'.
Перелж посилань
1. Andrade J. G. Past, the Present, and the Future of Cardiac Arrhythmia Ablation / J.G. Andrade, L. Rivard, L. Made // Canadian Journal of Cardiology. — 2014. — Vol. 30, No. 12. - pp. 431-441.
2. Ikeda A. Relationship between catheter contact force and radiofrequency lesion size and incidence of steam pop in the beating canine heart: electrogram amplitude, impedance, and electrode temperature are poor predictors of electrode-tissue contact force and lesion size / A. Ikeda, H. Nakagawa, H. Lambert, D.C. Shah, E. Fonck, A. Yulzari, T. Sharma, J.V. Pitha, R. Lazzara, W.M. Jackman // Circulation: Arrhythmia and Electrophysi-ology. — 2014. — Vol. 7, No. 6. — pp. 1174-1180.
3. Shah D. C. Real-Time Contact Force Measurement. A Key Parameter for Controlling Lesion Creation With Radiofrequency Energy / Dipen C. Shah, Mehdi Namdar // Circulation: Arrhythmia and Electrophysiology. — 2015. - Vol. 8. - pp. 713-721.
4. Thermocool® SmartTouch™ Catheter for the treatment of symptomatic paroxysmal atrial fibrillation. — Режим доступу: http://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT01385202
Прошозувашш ефектшшосп катоторшн радшчастотшн абляцй' аритмогешшх зон серця
63
5. Atrial flutter ablation with Contact Therapy '' Cool Path '' Ablation System along with EnSite Velocity Contact System (Contact_AFL). Режим доступу : https://clinicaltrials.gov/cf2/show/NCT01401361
6. Kumar S. Catheter-tissue contact force determines atrial electrogram characteristics before and lesion efficacy after antral pulmonary vein isolation in humans / S. Kumar, M. Chan, .1. Lee, M.C. Wong, M. Yudi, .I.B. Morton, S..I. Spence, K. Halloran, P.M. Kistler, .I.M. Kalman // Journal of Cardiovascular Electrophysiology. "2014. Vol. 25. pp. 122-129.
7. Shah D.C. Area under the real-time contact force curve (force-time integral) predicts radiofrequency lesion size in an in vitro contractile model / D.C. Shah, H. Lambert, H. Nakagawa, A. Langenkamp, N. Aeby, C. Leo // Journal of Cardiovascular Electrophysiology. 2010. Vol. 21, No. 9. pp. 1038-1043.
References
[1] Andrade J.C., Rivard L. and Macle L. (2014) Past, the Present, and the Future of Cardiac Arrhythmia Ablation. Canadian .Journal of Cardiology, Vol. 30, Issue 12, pp. 431-441. DOl: 10.1016/j.cjca.2014.07.731
[2] Ikeda A., Nakagawa H., Lambert H., Shah D.C., Fonck E., Yulzari A., Sharma T., Pitha J.V., Lazzara R. and Jackman W.M. (2014) Relationship between catheter contact force and radiofrequency lesion size and incidence of steam pop in the beating canine heart: electrogram amplitude, impedance, and electrode temperature are poor predictors of electrode-tissue contact force and lesion size. Circulation: Arrhythmia and Electrophysiology, Vol. 7, Issue 6, pp. 1174-1180. DOl: 10.1161/C1RCEP.113.001094
[3] Shah D.C. and Namdar M. (2015) Real-Time Contact Force Measurement. A Key Parameter for Controlling Lesion Creation With Radiofrequency Energy. Circulation: Arrhythmia and Electrophysiology, Vol. 8, pp. 713-721. DOl: 10.1161 / C IRC E1 115.002779
[4] Thermocool® SmartTouch Catheter for the treatment of symptomatic paroxysmal atrial librillation. Available at: https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT01385202
[5] Atrial llutter ablation with Contact Therapy '' Cool Path '' Ablation System along with EnSite Velocity Contact System (Contact_AFL). Available at: https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT01401361
[6] Kumar S„ Chan M, Lee J., Wong M.C., Yudi M, Morton J.B., Spence S.J., Halloran K., Kistler P.M. and Kalman J.M. (2014) Catheter-tissue contact force determines atrial electrogram characteristics before and lesion efficacy after antral pulmonary vein isolation in humans. .Journal of Cardiovascular Electrophysiology, Vol. 25, pp. 122-129. DOl: 10.1111/jce.l2293
[7] Shah D.C., Lambert H., Nakagawa H., Langenkamp A., Aeby N. and Leo O. (2010) Area under the real-time contact force curve (force-time integral) predicts radiofrequency lesion size in an in vitro contractile model. ■Journal of Cardiovascular Electrophysiology, Vol. 21, Iss. 9, pp. 1038-1043. DOl: 10.1111/j.l540-8167.2010.01750.x
Прогнозирование эффективности каи и Г*
тетернои радиочастотной абляции аритмогенных зон сердца по оценке контакта электрода с тканью миокарда
Сычик М. М., Ковшевацкая В. В., Максимепко В. В., Тарасова Л. Д.
Целыо работы стала разработка метода количественной оценки контакта электрода с ткапыо миокарда при катетерпой радиочастотной абляции, который позволит выполнять прогнозирование эффективности деструкции путем визуализации их па трехмерной внутренней поверхности сердца в цветовом спектре. Предложен оригинальный автоматизированный комплекс, построенный в программной среде Mat.lab. который может работать с использованием всех типов катетеров и цифровых даппых карт индивидуальной анатомии сердца и точек деструкции, полученных из системы электро-апатомического картирования Ensit.e Velosit.y NavX (St. Jude medical, США), подтвердил свою точность и эффективность при апробации в клинической практике.
Ключевые слова: радиочастотная абляция: контакт электрода с миокардом: эффективность: автоматизированный комплекс
Predicting of effectiveness of radiofrequency catheter ablation of arrhythmogenic zones in the heart on assessment of electrodes contact with myocardial tissue
Sychyk M. M., Kovshevatska V. V., Maksymenko V.B., Tarasova L. D.
Purpose. This work is devoted to developing of methods for quantify assessment, of the electrodes contact with myocardial tissue during catheter radiofrequency ablation, which will allow to perform forecasting destruction efficiency by visualizing them in three-dimensional internal surface of the heart in the color spectrum.
Methodology. Original automated system is developed in the programming environment Mat.lab. which can work with application of all types of catheters and digital map data of individual anatomy of the heart, and destruction points derived from the electro-anatomical mapping system Ensit.e Velosit.y NavX (St.. Jude medical, USA). The construction of three-dimensional model of the heart, is performed and points of radiofrequency destruction are superimposed on it. in a color spectrum corresponding to different, distances electrode to myocardial tissue during ablation.
Results and practical value. Method of assessing of electrodes contact, with myocardial tissue during catheter radiofrequency ablation are confirmed its accuracy and efficiency in clinical practice. It. is introduced in State Institution "M.M. Amosov National Institute of Cardiovascular Surgery at. NAMS of Ukraine" for control and predicting of effectiveness of tissue destruction in the left, atrium around pulmonary veins and isthmus between the veins and valves to block the spread of potential that, lead to fibrillation and atrial flutter.
Key words: radiofrequency ablation: electrode contact, with myocardium: efficiency: automated system
