PFA技术发展、原理、影响因素、优劣势及应用前景分析

脉冲消融由来已久，有望成为突破性技术。

1.PFA脉冲电场消融 - 技术原理和影响因素

脉冲电场消融技术在非常短的时间内（ms、μs、ns）应用间歇性的高强度脉冲电场，造成细胞膜电穿孔的不可逆性损伤（IRE）。膜电 穿孔主要指生物细胞膜暴露于足够高的外部电场中可导致其电导率和渗透率快速大幅提升，达到不可逆电穿孔。

PFA具有细胞选择特异性，控制电场强度可以实现心肌细胞的定向消融。不同细胞电穿孔的阈值不同，大致在200-500mV之间，电穿孔效 果直接取决于电场强度和控制精确度。例如心肌细胞形成IRE的场强阈值为400V/cm，红细胞位1600V/cm，血管内皮细胞和平滑肌细胞为 1750V/cm，神经细胞为3800V/cm，心肌细胞阈值低可能与其表面有大量电压门控离子通道蛋白有关系。

然而，脉冲电场的场强受多重因素影响，如脉冲波的参数（输出电压、脉宽等）、消融导管设计（电极大小、数量、间距、组织贴靠要 求）等。因此不同系统需要持续不断迭代以确定最佳参数来提供最佳场强范围，以实现对心肌细胞的选择性、有效透壁损伤。

除场强外，脉冲幅度、持续时间、脉冲形状、脉冲数量和重复频率等也会影响整体效果。  例如，脉冲持续时间增加将对细胞产生更大的电穿孔效应，相较毫秒级、微秒级脉冲，纳秒级脉冲需要更强的电压以达到更好的电穿孔 效果；脉冲形状也会影响相关效果，如双极高频脉冲在高频下使用非常短的脉冲（低至不到1微秒）可以防止肌肉收缩，产生有效损伤的 同时还会带来最小的疼痛或者没有疼痛感；最初PFA使用单相波形，但由于其具有骨骼肌激活作用，已被双相波取代。  脉冲数量和重复频率也会有一定的影响，但不是完全线性的。目前尚不清楚需要施加的脉冲数量是否有一个临界阈值，但一些单细胞数 据提示，当施加超过16个脉冲时，通透性或50%细胞群的死亡没有显著差异。电穿孔依赖于脉冲重复率，但目前文献并没有取得一致的认 同关系。

2.PFA脉冲电场消融：技术原理决定了临床优势显著

基于PFA技术原理，PFA脉冲电场消融应用于房颤消融术优势显著：1）减少组织损伤：与主流的射频消融技术相比，PFA消融具有组织选择 性，能够选择性消融，减少周围组织（食道、膈神经等）损伤，精准度、安全性更高。2）更短的手术时间：PFA的速度极快，消融过程以 毫秒计，单次脉冲电场能量发放可在一次心动周期内完成，同时不需要热能传导，消融过程高效快捷，可以显著缩短消融时间。使用射频 消融技术完成一台手术时间需要2-3个小时，使用冷冻消融技术则需要1.5-2个小时，而使用PFA技术只需要0.5-1个小时。3）潜在更高的 安全性：PFA的机制为非热性消融，降低热能并发症风险和肺静脉周围组织的损伤风险。而环肺静脉的射频消融则容易导致瘢痕组织、内 膜增生、心肌坏死和肺静脉周围的弹性层增生。

4）同时，PFA消融的贴靠要求低、术者学习曲线短。射频/冷冻消融需要将导管与心肌组 织贴靠5克以上的压力，继而依靠热传导损伤组织。一旦接触不良，产生不完全透壁损伤，房颤消融后复发率就会大幅提高。而PFA消融利 用电场较好的能量穿透性损伤组织，在消融过程中只需要将导管贴靠组织即可，对压力无严格要求，即便是心耳内凹凸不平的梳状肌位置 仍能形成连续的透壁损伤。

同样基于PFA技术原理，PFA脉冲电场消融应用于房颤消融术也有部分劣势： 1）技术成熟度不够：作为一种较新的技术，PFA的长期疗效和安全性尚需更多的临床研究来证实。 2）设备要求：PFA需要特定的设备和导管，设备入院需要时间。 3）操作流程、最佳参数尚未确定：虽然PFA具有许多潜在优势，但操作者需要具备相应的技能和经验，以确保消融效果。目前PFA的最佳 操作参数（如输出电压、导管设计参数、脉冲数、脉冲持续时间等）尚未标准化，可能需要进一步的研究来不断优化。 4）对心脏植入物的影响：PFA对心脏植入物（如支架、起搏器及瓣膜等）的影响尚缺乏研究。 5）患者体验不佳：脉冲电压较高，具有一定的刺激性，患者骨骼肌肉收缩和疼痛感会更强烈，尤其是长时程的单相脉冲波消融时；而增 加脉冲波频率可以显著降低骨骼肌的收缩和扭矩。 6）麻醉要求更高：由于患者术中不适感较强，PFA手术对麻醉要求较高，海外多以全麻或深度镇静为主，目前主流房颤消融模式均为局麻 操作，麻醉的限制也会在一定程度上影响其推广。

3.PFA有望成为突破性技术，推动房颤治疗渗透率提升

尽管PFA在实际应用中仍有缺点，但其优势有望解决目前房颤电生理介入治疗推广的几大痛点，推动治疗渗透率的快速提升。

潜在患者数量庞大，现有治疗方式存在多个痛点。 目前国内房颤患者基数庞大，据《柳叶刀》子刊2022年研究数据，目前全国房颤人群估算已达2000万，治疗需求旺盛。房颤的药物治疗 有效性较差，导管消融治疗目前已成为指南一线推进疗法，而对于非器质性心脏病房颤患者，早期消融治疗的治愈率达到80%-90%，随着 患者病程推进尤其是进展为持续性房颤，治愈成功率持续降低。 而限制导管消融治疗渗透率提升的几大痛点：1）患者依从性较差；2）医师资源匮乏，传统射频等消融技术学习曲线长，理论和实践要 求非常高，房颤手术时长2-5小时不等；3）传统射频消融与冷冻消融均可能损伤周围组织，存在并发症风险，也存在消融不足导致房颤 复发的风险等。

为应对消融治疗领域长期面临的挑战，PFA应运而生。作为一种新兴的消融技术，PFA采用短时程、高电压的多个电脉冲释放消融能量， 以不可逆电穿孔机制消融心脏组织。由于脉冲电场具有独特的非热性和组织选择性，且消融效率高、时间短，因此，与传统消融技术相 比，PFA安全性更高、发挥作用更快，有望解决房颤介入治疗渗透痛点，带动手术量持续提升。 2023年以来多项PFA临床试验数据发布，证明脉冲场消融治疗在阵发性和持续性房颤患者中治疗有效、安全性更高，且治疗用时进一步缩 短。2023年12月美敦力PFA产品PulseSelect获批FDA上市，成为FDA首个获批的PFA技术产品，2024年1月波科的FARAPULSE系列获得FDA批 准上市，海外尤其是美国市场PFA开始了大范围商业化推广阶段。 波士顿科学最新的2024三季报显示，得益于Farapulse系统，公司电生理学业务的手术量增加，第三季度的销售额比一年前增长了177%。