心房颤动对患者的死亡率和发病率有显著影响。特别是，中风是与心房颤动相关的常见并发症。近年来，已开发出多种治疗方案，这些方案基于消除非典型电活性心房区域。本稿件介绍了AtriCure公司推出的一款新型冷冻消融探针。除了描述该探针的特性外，我们还讨论了心房颤动及其外科治疗选择，以及冷冻手术的基本原理。cryoFORM® 冷冻消融探针是一款为心胸外科医生开发的消融系统，利用一氧化二氮（N₂O）产生连续的透壁损伤，以阻断心房激活的传导。该探针的主要特点包括：由于使用N₂O而具备出色的工作能力、高灵活性，以及与cryoICE® Box V6配合使用的主动除霜模式，可实现快速分离。
心房颤动（AF）是最常被诊断的心律失常。在四十多岁的人群中，其患病率为0.5%，而在八十多岁人群中则上升至10%。AF显著增加死亡率、发病率、中风发生率以及心力衰竭风险，同时降低生活质量[1, 2]。药物治疗可缓解症状并改善运动耐量，但迄今未能降低全因死亡率[3]。
除了AF本身特有的风险外，还需要进行抗凝治疗以预防血栓栓塞，这又带来了严重出血的风险。鉴于心房颤动（AF）相关风险以及药物治疗效果不佳，过去几十年已开发出多种介入性和外科治疗方法。无论是外科还是介入性迷宫手术，其基本目标都是将心房肌分隔成若干过小的节段，以无法支持颤动波前的传导，同时保持节段之间足够连接以参与收缩 [4, 10]。除了分隔之外，该手术的另一个重点是实现肺静脉口的电隔离，并结合建立至左心耳和二尖瓣峡部的附加消融线。与最初的切缝法不同，目前该手术通过在心房组织上应用各种能量形式来完成。采用单极或双极射频会导致组织温度升高，而冷冻消融则使用N₂O或氩气来冻结心房组织。这两种方法或多或少有效地导致瘢痕组织形成，旨在确保干扰电位的电绝缘。
为了对心房组织进行外科消融，需要使用探头或夹钳。组织与探头之间的接触越好，有效治疗的可能性就越高。为实现这些目标，探头必须满足各种要求，例如耐用性、灵活性、质地以及对接触区域的适应性。在本综述中，我们介绍cryoFORM®探头（AtriCure Inc., 美国俄亥俄州辛辛那提），描述其技术和临床参数，并将其与实际应用经验相关联。
许多需要接受心脏手术的患者也患有心房颤动。由于心房颤动本身存在固有风险，指南推荐在接受心脏手术的同时对心房颤动进行治疗[5]。除了这一建议外，专家共识认为，对于经过多次导管消融术仍无明显疗效的患者，应考虑进行独立外科消融治疗。多项研究表明，在阵发性和持续性心房颤动患者中，外科消融均可获得良好的长期效果[6, 7]。令人信服的研究结果以及新的、创伤更小的治疗方法（如完全内镜方法）使外科消融治疗重新受到关注。
选择对患者而言最佳的消融治疗类型需综合考虑心房大小、心房颤动持续时间以及共病情况。心脏外科医生、电生理学家和心脏病学家之间应密切合作，以评估所有治疗方案。这种心脏团队模式对于术后护理和长期预后尤为重要。在实施消融治疗前，必须确定是否仅需进行肺静脉的心外膜隔离，还是需要完成包括盒式隔离、左心耳、二尖瓣峡部、冠状窦以及右心房消融线组在内的完整消融线范围。对于阵发性心房颤动，隔离肺静脉触发灶是一种有效的治疗方法，可通过心外膜入路实施。通常该手术采用钳型器械，并以双极射频作为能量源。对于非阵发性心房颤动患者，单纯肺静脉隔离不足以获得满意疗效。这归因于阵发性和非阵发性心房颤动的不同病理机制。与阵发性心房颤动不同，非阵发性心房颤动依赖于自我维持的宏观折返环路，因此需要额外的消融线以恢复窦性心律和心房传输功能[8,9]。
迷宫手术于1987年由考克斯及其同事提出，将心房划分为条状组织，以防止心房大折返 [10]。该方法最初被称为切缝技术，随着对心房颤动认识的深入以及各类消融设备的发展，如今迷宫手术技术已不断演进，目前可通过使用消融探针实现完整的左侧和右侧损伤范围，而无需额外的心房切口。现今的MAZE IV手术包括肺静脉隔离、左右肺静脉之间的两条连线，以及冠状窦病变（图1）。在右心房，该手术包括一条从上腔静脉到下腔静脉的损伤线、一条从腔静脉间连线起始并延伸至三尖瓣环的T形损伤线，以及一条延伸至右心耳的附加损伤线 [4]。
cryoFORM® (CF) 消融探针（图2）已获准用于心外膜和心内膜冷冻消融。心外膜使用仅适用于少数类型的病例，对于室性心律失常患者尤其有帮助，特别是当病灶位于介入性方法无法到达的区域时，例如已植入心室辅助装置的患者。在对犬和猪心脏的实验中，瓦德哈等人和马苏尔等人证明了在跳动的心脏上可以形成透壁损伤[11,12]。然而，尽管有这些实验，仍必须认为持续血流和再加热使得安全的透壁损伤难以确保。
使用N₂O进行散热，在组织与探头的接触区域内外形成冰，导致受影响区域出现缺血和细胞凋亡。首先，细胞外溶质浓度升高，引起渗透性脱水，导致细胞膜和酶系统[13]失稳。由于快速冷却，细胞内冰晶的形成破坏了细胞器和膜结构。除了这些对细胞的直接作用外，还激活了免疫通路，导致组织发生细胞凋亡和坏死。[14]。另一个重要因素似乎是血管损伤以及冷冻组织内伴随的毛细血管止血。这种停滞状态可能在初始手术后持续长达24小时[15]。总之，由于充分的冷冻，这些过程导致了强烈的组织破坏，这是对冷冻过程的直接和间接反应的结果。
CF消融探针于2015年推出，属于AtriCure公司的cryoICE®系列。该系列产品均使用N₂O作为能量源。CF消融探针与cryoICE®盒结合使用的另一个关键要素是解冻机制。该功能可在完成消融手术后快速使探头从组织上分离。现在无需再用温盐水溶液冲洗来移除消融探针，从而避免了消融组织的快速再加热，并降低了细胞意外存活的可能性。缓慢且局部的解冻尤为重要，特别是在冻结与未冻结组织交界处，因为冷冻对细胞的直接破坏作用在这些区域较弱。快速复温会增加细胞存活率，而缓慢复温则会增加细胞损伤、坏死以及冰晶的最大生长[16,17]。可以认为，通过加热实现探头局部解冻，其对周围组织的升温影响小于使用温液体多次冲洗部位。当消融区域通过让组织自然解冻而无辅助复温时，心房组织的细胞凋亡和坏死更为明显[18,19]。
与之前使用的探头不同，该探头并非由铝制成，而是由不锈钢制成。其壁厚最小化，从而提高了灵活性（图3）和热传导性能。前代产品具有光滑的表面轮廓，而CF消融探针的轴现在为波纹状。目前尚无法评估这种改进的表面结构是否会影响组织与探头之间的接触，进而影响消融效果，但这一方面应进行研究。
在灵活性方面，新型CF消融探针明显优于之前较为刚性的cryoICE®探针。这一改进考虑到了近年来通过微创或内窥镜入路实施的日益扩展的应用范围。该探针具有可伸缩性。
进入手柄以减小或扩展探针与组织之间的有效接触面积。可弯曲的活性轴最大长度为10厘米，柔韧到足以弯成一个圆圈。根据我们使用该探针的实际经验，在完整的消融手术过程中未观察到任何材料疲劳现象。波纹表面的直径为3至4毫米。集成的热电偶可监测组织与探头接触区域附近的温度，并在此位置确保测量的准确性。
3.1. 其他组件
除了CF消融探针外，正常运行还需要cryoICE® (CI) BOX V6。该控制单元与CI探针和CF探针均兼容，并提供用于设置、操作和故障排除的界面。控制盒可显示并调节消融序列持续时间、储罐阀门功能和消融状态等参数。可选配的脚踏开关使操作过程更加便捷。解冻循环在完成冷冻程序后自动启动，并由控制单元上的琥珀色灯指示。
CI系统的最后组成部分是CI推车（图4），该推车有多种配置可供选择。出于实际考虑，建议在推车上配备两个N₂O罐和一个控制单元。此外，其他控制单元（例如用于射频消融的控制单元）也可以放置在推车上。
3.2. 成本
由于消融设备价格不同以及报销和医疗融资系统存在差异，评估消融治疗的成本较为困难。Hunter及其同事[20]在2016年证明，在美国，基于冷冻的消融策略比使用射频作为能量源更昂贵。他们所研究的患者在共病严重程度方面并无差异，但消融手术的成本相差近3,000美元。
然而，必须考虑包括术前和术后治疗在内的整个冷冻消融手术的经济方面。除了一次性探针的成本外，还需计算推车和控制单元的一次性成本。运行成本来自N₂O以及所需的维护。除这些成本类型外，还必须考虑左和/或右心房入路、消融手术、额外的测量以及左右心房闭合所需的额外时间。我们估计，采用完整的左心房损伤范围进行消融手术平均需要约20分钟的额外手术时间。这也意味着20分钟的额外心脏缺血，对于射血分数降低的患者尤其可能成为问题。
除了直接来自手术的成本外，还包括术前和术后诊断性检查、特定药物治疗以及所需随访检查的支出。冷冻消融手术的报销因国家而异，应提前明确。
在莫伊提出多小波假说作为心房颤动的机制后几年，阿莱西[9, 21, 22], 考克斯及其同事引入了一种治疗心房颤动的外科技术[10, 23]。所谓的迷宫手术基于这一原理：通过分割心房组织可阻断异常折返小波的传播和维护，从而恢复窦性心律和收缩功能。自切缝技术引入以来，已报道了多种改良方法，包括改变损伤范围、改变对右心房或左心房的入路，以及使用不同的能量形式进行消融而非切割组织。若干研究表明，MAZE IV 病变组在无心房性快速心律失常方面的长期效果良好，成功率在 80% 至 90% 之间 [24, 25]。Weimar 等人的研究显示，对于包含 31% 阵发性、6% 持续性和 63% 长程持续性房颤的混合患者群体，术后 6 个月无房颤的成功率为 93%，12 和 24 个月时为 90%。完成盒状病变组的患者中，86% 在术后 1 年内无房颤且无需使用抗心律失常药物。而不完全病变组中，无房颤率（79%）和无需抗心律失常药物率（49%）较低。与以往的损伤范围相比，MAZE IV 手术在死亡、中风或严重出血等主要并发症发生率方面也显著降低 [26]。
目前，冷冻消融以及单极或双极射频系统在市场上已有销售，并已在临床常规中得到应用。使用这两种系统均可按照MAZE IV手术方式形成消融线。除了隔离肺静脉外，还需在左右肺静脉之间连接上下连线，以完成盒式隔离。左心房内的其他消融线应延伸至左心耳、二尖瓣峡部和冠状窦。在右心房，通向上腔静脉和下腔静脉、三尖瓣环以及右心耳的连线至关重要。由于左心耳在心房颤动患者中存在血栓栓塞风险，因此其闭合应作为外科消融手术的一部分。该闭合可通过缝合、结扎或夹闭实现。另一种方法是切除整个左心耳，然后通过缝合进行闭合。所有操作都必须确保闭合完全，且无残余渗漏。
现行指南推荐对所有伴有有症状的房颤的心脏手术患者进行同期消融治疗，无论其为阵发性或永久性（IIa 类‐C 级）[27]。对于单独手术，对于至少一次导管引导消融失败的患者，存在 IIb 类推荐，且必须确认该治疗可尽可能低的风险实施。
2013年，兰金及其同事对接受复杂瓣膜手术的5万名患者进行了回顾性研究 [28]。他们分析了在其他心脏手术期间进行同期消融治疗导致严重并发症的风险。调查结果显示，与未接受同期消融的患者相比，这些患者的并发症风险并未增加。此外，数据的统计分析显示，接受心律失常治疗的患者具有生存优势。阿德等人进行的另一项研究也表明，接受同期消融治疗的患者肾功能衰竭、中风或死亡率并无增加 [29]。对于二尖瓣手术中同期进行外科消融的情况也获得了类似结果 [30]。该研究还显示，消融组恢复窦性心律的比例显著更高（69% vs. 29%），并且在一年随访中死亡率略有降低（消融的风险比为0.76）。
盖奇等人在20世纪70年代末描述了冷冻消融过程中冷冻对组织的致病影响[31]。在冷冻过程中，细胞内外均会形成冰，导致细胞膜破裂并引发离子失衡。该区域的血流停止，从而引起缺血和细胞凋亡，并造成不可逆损伤。进一步的研究还表明，心房组织和心脏瓣膜的胶原结构保持不变。这与射频消融不同，后者会对组织和内皮造成热损伤。这种碳化组织可能成为血栓形成的潜在位点[32]。由于胶原基质得以保留，冷冻消融是一种安全可行的手术，可在心脏瓣膜附近进行。
多项研究探讨了氩气和N₂O对消融效率的影响。这两种气体在可达到的最低温度和工作能力方面表现出差异。使用氩气时，可实现显著更低的温度（探头温度；‐150 vs. ‐89摄氏度），但 N₂O的工作能力以及从组织中热量吸收似乎更高[33]。戈特等人的一项研究表明，在无房颤方面，N₂O相较于氩气具有优势（87% vs. 71%，p=0.04，随访时间20 ± 12个月）[34]。然而，这些结果不能直接推广到CF探针，因为该研究使用的是具有光滑表面的铝基探头与波纹状不锈钢探头相比，由于钢和铝的热导率不同，因此有必要进一步研究类似的不锈钢探头，以获得关于N₂O和氩气对冷冻过程及消融治疗效果影响的令人信服的数据。李等人另一项研究比较了使用基于氩气或N₂O的冷冻消融[35]进行Cox‐Maze IV手术的疗效。他们纳入了138 例患者，发现两组间心房颤动复发数量无差异（17.5% vs. 14.3%）。用于识别房颤危险因素的多变量逻辑回归模型显示，能量源与房颤复发无关。对于手术的成功而言，足够的消融时间和完整病损可能比所用气体类型更为重要，因为氩气和N₂O均能充分冻结组织。
由于消融治疗的适应症多样或不同能量源的联合使用，目前仅有少数研究对不同的消融系统进行了直接比较。在评估消融疗效时，存在诸多复杂因素，包括多种消融理念、不同的随访方式和药物治疗方式，以及术后期间对无房颤定义的差异。另一个阻碍比较的因素是术后房颤监测方式的不同：一些研究采用标准心电图进行心律评估，而另一些研究则使用动态心电图，记录时间从24小时到7天不等。植入式事件记录仪用于心电图监测的患者中可获得最准确的结果。
在比较能量源的研究中，仅有少数采用前瞻性随机设计，因此这些研究结果需谨慎解读。潘及其同事采用贝叶斯方法进行的一项荟萃分析[36]试图整合所有具有随机设计的研究。此类荟萃分析构建了直接与间接数据的网络，有助于对不同治疗方法进行排序和比较。他们共审查了 756篇相关文章，最终纳入16篇研究被保留用于进一步评估。主要发现表明，与仅接受心脏手术的患者相比，接受同期手术消融的患者窦性心律发生率显著更高，死亡率相当，永久起搏器植入率未增加，卒中发生率无差异。使用射频、切缝法和微波技术进行消融的患者在窦性心律发生率方面相似。在12个月随访期后，冷冻消融在窦性心律患病率方面排名低于上述方法。切缝法技术具有更高的死亡风险，而射频消融的永久起搏器植入患病率最高。由于中风风险，微波作为能量源与较差的预后相关。
在讨论中，Phan等人指出，由于适应症、患者特征、损伤范围以及小样本量方面的差异，必须谨慎解释这些结果[36]。然而，真正严重的问题在于缺乏具有明确定义的术前纳入标准、损伤范围、消融手术持续时间和术后治疗的随机前瞻性试验，因此有必要开展一项针对大规模研究人群的多中心、前瞻性、随机试验，以实现对方法和结果进行真正有意义的比较。为患者选择最佳的消融手术应基于经验、恰当的患者选择以及良好的围手术期管理。在我们看来，建立所有相关医学学科之间的紧密合作非常重要。
心脏手术和房颤同期消融存在一些风险。这些风险与外科切口、心肺机的使用以及左心房通路有关。严重并发症较为罕见，但可能包括中风、出血、纵隔炎、伤口愈合障碍和死亡。在开胸心脏瓣膜手术中，同期消融不会增加严重并发症的风险[29,30]，而在孤立性冠状动脉旁路移植术中，额外的心内膜消融可能是一个独立的风险因素[4]；然而，数据尚无定论，并且由于患者人群不同，结果并不总是具有可比性。
对于作为独立手术的微创消融，其风险较低。Je 及其同事的一项评估显示，不同微创独立消融手术的死亡风险低于1%，永久起搏器植入的风险介于1.5%至3.5%之间，显著出血的风险介于1.0%至2.2%之间[37]。
迄今为止，尚未有特定的器械相关并发症被报道。有少数病例报告描述了使用冷冻消融进行迷宫手术后出现的术后冠状动脉狭窄。一个研究组报告了一例在二尖瓣置换术及使用 Frigitronics系统附加消融后，发生回旋支次全狭窄，并继发心源性休克的病例[38]。除可能对冠状动脉造成直接损伤外，其他研究者怀疑在手术过程中可能发生痉挛事件，或在初始手术三个月后出现迟发性冠状动脉狭窄[39]。Mikat等人观察到冠状动脉直接冷冻后出现中膜和内膜改变[40]。这些变化导致血栓形成和动脉壁增厚。愈合过程似乎与动脉壁内平滑肌细胞增殖和增生有关，该过程持续数月，可能导致管腔狭窄[41]。
总体而言，使用N₂O或氩气作为外科消融能量源时，发生特定并发症的风险较低。其原因在于冰冻向周围心脏结构的扩散有限。这也是与射频（尤其是单极）使用相比的主要差异之一。为了实现较低的并发症发生率，良好的心脏结构暴露以及消融探针的安全稳定位置至关重要。应始终考虑冠状动脉的位置，且每条线的消融持续时间不应超过两分钟。对于高柔性探头，应确保与组织的充分接触，否则可能发生皱褶，导致消融不完全。二尖瓣峡部区域尤其容易形成皱褶。应避免与膈神经或心脏瓣膜瓣叶等周围结构接触。
AtriCure公司还提供CI探针。这种铝基探针的表面光滑，可能比波纹探针提供更好的组织接触。由于设计和材料略有不同，其灵活性相较于波纹状钢基CF探针有所降低。
美敦力（美敦力公司，明尼阿波利斯，明尼苏达州，美国）提供一系列用于外科冷冻消融的消融探针。Cardioblate Cryoflex® 系列器械包括多种长度的标准消融探头、一种更灵活的 Cryoflex 10‐S® 探头，以及一种冷冻消融钳子（Cardioblate Cryoflex钳夹®）。所有探头均由不锈钢制成，并使用氩气作为冷却气体。除了这些在消融手术中使用一次性探头的AtriCure和美敦力系统外，还可使用Frigitronics®（2007年以前为库珀医疗公司，特伦布尔，康涅狄格州，美国；现为AtriCure公司）的冷冻消融系统，该系统配备多个可重复使用的探头。N₂O也被用作冷却剂，据制造商称，探头可达到‐89摄氏度的温度。Frigitronics 系统最初是为肿瘤手术中的消融治疗而开发的；其是否可用于心脏消融取决于各个国家的法规。
其他消融方法包括射频，该方法也常用于房颤的外科治疗。对于双极应用，可选择Cobra Fusion®系统（原Estech公司，现AtriCure公司）、Cardioblate Gemini®（美敦力）和绝缘协同钳夹®（AtriCure公司）。此外，AtriCure公司还提供一种双极笔（Coolrail®），可用于实现更灵活的消融模式以及完全内镜方法。所有这些器械均可用于经胸骨切开术的开胸心脏手术，也可用于诸如内窥镜入路等微创入路。高强度聚焦超声波和微波已在多种系统中用于房颤的外科治疗，但尚未成为确立的方法。
CF冷冻消融探针适用于心律失常的外科治疗。该探针被美国食品药品监督管理局视为CI探针（FDA 510(k)许可）的演进，并已获得CE标志。
冷冻消融用于房颤的外科治疗是一种广为人知且成熟的手术方法。借助氩气或N₂O，可在心房壁上形成稳定且透壁的消融线，从而确保电学上独立的心房组织的隔离。CF设备采用基于不锈钢的波纹状探针，具有高度灵活性，且使用N₂O有助于实现消融线的透壁传导。该探针适用于通过完全或部分胸骨切开术，或通过微创内侧或外侧入路进行心房组织的独立使用或同期消融。CF探针已获得CE标志认证，并取得FDA批准。
冷冻消融是治疗心房颤动的一种成熟治疗选择，且优于药物治疗。外科消融治疗可在重大心脏手术中同期进行，也可作为独立手术进行，其在实现术后窦性心律方面的成功率且停药后的无事件率优于导管消融。通过冷冻消融探针的心内膜应用，可在外科消融过程中准确、安全地完成MAZE IV 病变模式的所有消融线。CF探针以不锈钢为基础，具有波纹表面，并使用N₂O作为冷冻剂。该探针的显著特点包括高度的灵活性和自动除霜模式。既往研究及维持窦性心律的成功率数据均基于前一代型号（CI），该型号由铝制成，表面光滑。对于这一新型系统，尚需收集更多数据以验证此前的结果。截至目前，尚未报道任何器械相关并发症。
该稿件重点介绍了用于房颤外科治疗的新型cryoFORM®消融探针。该新型探针由不锈钢制成，表面呈波纹状，与上一代cryoICE®探针相比具有更优越的灵活性。冷冻介质为N₂O，具备良好的冷冻特性以及高效的工作能力，可有效从组织中移除热量。该探头适用于外科消融手术，既可作为独立使用的微创方法，也可在开胸心脏手术中作为联合手术使用。若在靠近冠状动脉处进行冷冻，可能会引发并发症，因此应避免，以防因冷冻过程导致内膜增生和痉挛，从而引起冠状动脉管腔即刻或迟发性缩小的风险。
在接下来的几年中，微创和内镜消融手术的比例将增加。根据目前的认知，房颤外科消融作为独立使用或杂交手术似乎是对心房颤动患者的良好治疗选择。这些手术并发症风险较低，在维持窦性心律、改善运动耐量和NYHA分级方面已显示出相对良好的效果。在设备层面上，研发将侧重于更小、更灵活的系统，以充分利用微创理念的优势。
一项 recently initiated study，CEASE‐AF（内镜心外膜消融联合经皮治疗与重复血管内导管消融用于持续性和长期持续性心房颤动；以双极射频作为能量源），将比较混合方法（内镜心外膜消融结合经皮治疗）与重复血管内导管消融的结果；该试验的结果将有助于决策针对特定患者群体的最佳治疗方法。
