北京安贞医院龙德勇教授团队荣获2022年国家自然科学基金-指南引导类原创探索计划项目

基于不可逆电穿孔(IRE)原理的心房颤动消融平台及消融电极的研究

国自然-指南引导类原创探索计划项目

作为心律失常的主要治疗方式，射频能量为温度、时间依赖性，穿透力有限。不可逆电穿孔（Irreversible Electroporation, IRE）是一种新兴心肌消融能量，其损伤效应的基础是高压电场所形成的膜内外电压差，局部不产热；放电过程短暂仅毫秒级，效率高；一定电场强度下IRE具有组织选择性，对组织的穿透性取决于介电性。

IRE能量研究始于4年前。课题组前期研究中，采用细胞转染仪来探索IRE消融的可行性。经过适配改造，使常用细胞转染仪与现有三标测系统兼容，互联互通，研究了IRE消融能量的有效性及组织选择能力，并获2020年国家自然科学基金面上项目支持（图1）。

图1 矩阵切换装置证实IRE的适配能力

但细胞转染仪并非专门IRE消融平台，难以提供超过500V以上的瞬间电压。同时，IRE消融时，电场以电极为中心呈距离衰减；电场呈圆周形分布不具备方向性。前一特性导致当电极与组织贴靠不紧密时，消融能效大为降低；后一特性可形成面向心腔的电场，导致血液水成分电解、血细胞破坏。不仅造成能量损失，降低消融效率，而且有血栓栓塞风险。针对上述局限性，所在团队探索研究具备方向性的IRE消融能量平台及解剖自适应性消融电极。

通过多次数理模拟及在体动物实验（图2），课题组首次提出了亚高压双向脉冲的发放方法，这种平台具有开源适配、心电同步、电磁兼容、高度可调的特点。同时首次研究了两种解剖自适性电极。有望在改善安全性的同时进一步提高消融效果（图3）。

图2 数理模拟电极物理特性与电场分布的关系

图3 基于IRE原理的解剖自适应性电极

课题在动物实验的基础上，建立拟合模型。选择影响IRE消融效果的因素如电压、脉冲个数、脉冲宽度以及脉冲间隔做为关键变量，分别对每一参数变量进行实验。采用CART回归树方法对获得的所有数据进行分区，得到多个内部一致性高的子集以进一步构建损伤模型，针对宽度与深度两个维度分别将对应数据进行拟合（图4），目的是研究IRE损伤的关键影响因素，实现损伤效果的智能化控制。

图4 基于CART回归树研究损伤效应的关键因素

其中N为脉冲个数，V为输出电压，F为频率，D为脉宽，a~d为常数。

图 5 损伤效应的积分效应

研究者擅长各类快速心律失常（心房颤动、复杂房速、室速及室上速）的导管消融治疗，累计完成心律失常导管消融近2万例（2008.12-2021.6），疑难复杂病例居国内前列。创新、改良了多项心律失常导管消融技术：创立了房颤导管消融的WiFo术式；首创导丝指引下的无造影剂干性心包穿刺，引领我国心外膜室速及病理性室速导管消融治疗；国际上率先报道了4种房室旁路亚型，建立了电生理诊断标准；率先于国内采用三维心腔内超声指导复杂心律失常的导管消融，建立的操作流程被广泛采用。曾应邀赴国内20多个省市、100多家医学中心手术演示及教学，为我国心律失常导管消融的全面发展及技术普及做出了巨大贡献。应邀为亚太及欧美多个国家医生手术演示及现场教学，与世界分享中国经验。

研究者作为国家科技部创新人才推进计划重点领域创新团队和首都医科大学附属北京安贞医院、国家心血管疾病临床医学研究中心，心律失常团队主要成员，聚焦复杂心律失常电生理机制及临床治疗研究。发表SCI论文100篇，以第一或通讯作者在本领域顶级期刊 Circulation: AE、Europace、Heart Rhythm、中华心律失常学杂志发表论文20篇。参与或者承担的国家级科研课题20余项。新近获国家专利10项，部分专利实现了创新转化。医学工程及器械研发作为主要研究方向之一，力求推进原创心血管诊疗技术的普及、创新性心血管诊疗器械的研发以及重要新型心血管医疗产品的国产化。