NavXTM 3차원 매핑 시스템

International Journal of Arrhythmia 2013;14(1): 8-13.

MAIN TOPIC REVIEWS

NavX^TM 3차원 매핑 시스템
	최 종 일 김 영 훈
고려대학교 의과대학 내과학교실 최 종 일 / 김 영 훈 Jong-Il Choi, MD, PhD, Young-Hoon Kim, MD, PhD Division of Cardiology, Department of Internal Medicine, Korea University Medical Center, Seoul, Korea

서론

3차원 매핑 시스템(3D mapping system)은 심장의 전기-해부학적(electro-anatomical) 정보를 영상 구조로 실시간 구현이 가능하여 부정맥 질환의 기전 이해 및 진단뿐 아니라 전극도자절제술 치료 시 중요한 도구로 사용되고 있다. 또한 기존 2차원 방사선 영상(fluoroscopy)에 비해 방사선 조사와 시술 시간을 감소시켜 환자와 의료인의 안전성을 증대시킴과 동시에 보다 정확한 부위에 대한 시술을 통해 치료 성적의 획기적 향상을 가져왔다. 현재 CARTO^® (Biosense Webster, Diamond Bar, CA, USA)와 Ensite NavX^TM (St. Jude Medical, Inc., St. Paul, MN, USA)가 임상적으로 가장 많이 사용되고 있다. 1999년 경흉부 저출력 전류를 이용한 심장 내 전극의 위치 확인이 가능한 것이 보고 되면서,¹ 부정맥 매핑을 위한 St. Jude Medical사의 Ensite Array^TM가 시장에 소개되고 2003년 접촉성 매핑 시스템인 NavX^TM가 개발되면서 그 임상적 이용이 본격화되었다. Ensite 시스템을 이용한 심장 매핑은 multielectrode array를 이용한 비 접촉성 매핑인 EnSite Array^TM와 경흉부 전기장을 유발하는 체표의 패치를 통해 카테터의 위치를 3차원으로 실시간 구현해내는 Ensite NavX^TM가 있으며,² 최근에는 one-step mapping과 high-density mapping이 가능한 Ensite Velocity^TM의 최신 버전도 출시되었다. 이 장에서는 Ensite NavX^TM을 중심으로 3차원 매핑 시스템의 기본 개념 및 그 임상적 유용성 등과 더불어 최근의 새로운 기술적 적용 등에 대해 정리해보고자 한다.

기본 원리와 기술적 변화

심방세동을 포함한 심장 부정맥 질환의 치료를 위해 최근 10여 년 전부터 3차원 영상 기법이 전극도자절제술에 도입되어 광범위하게 시행되고 있다. 3차원 영상 매핑 기법은 fluoroscopy를 이용한 2차원 영상에 비해 보다 정확한 해부학적 원인 부위의 확인뿐 아니라 심장의 전기적 기질(substrate) 특성의 이해도 가능하게 하였다. CARTO 매핑시스템(CARTO-3)은 magnet 기반 시스템을 이용하여 절제 카테터 위치를 확인하고 impedance 기반 시스템을 통해 electrode와 카테터의 tip과 curve를 동시에 가시화시킨다. Ensite NavX^TM는 환자의 체표에 있는 전후, 좌우, 상하에서 3쌍 총 6개의 electrode에서 약 8 KHz 전류 신호가 방출되면 경흉부 전기장이 형성되어 각 축을 따라 심장 내 조직을 통해 전압 경사(voltage gradient)가 만들어지고, 이 전압이 심장 내 electrode에 측정되어 위치가 확인되는 impedance에 기반한 매핑 시스템이다(Figure 1). Impedance 기반 실시간 3차원 매핑 시스템“( LocaLisa”)에 대한 정확성과 재현성 여부가 확인된 이후 Ensite NavX^TM 시스템에 대한 feasibility 연구 등 여러 validation 연구가 진행되어 왔다.^1,3

시술자가 카테터의 말단 부위를 심장 내 윤곽을 따라 접촉하게 조작하면 동시에 최대 20개의 diagnostic landmarking과 5,000개의 point 정보가 수집 및 생성되고 전기해부학적 3차원 매핑 구조를 쉽고 빠르게 얻을 수 있게 되는데(Figure 2), 해부학적인 구조 이외에도 activation/entrainment 및 voltage 매핑과 같은 전기생리학적 정보의 수집이 가능하다. 국소 부위의 activation/entrainment 정보가 color-coded되어 3차원 심장 구조에 표시되어 inducible, sustained, hemodynamically tolerated arrhythmias의 치료에 주로 적용되며, 국소 전기도에서 amplitude의 정보를 이용해 심근 내 질병 부위나 scar를 확인시켜주는 voltage 매핑을 통해 noninducible, nonsustained, hemodynamically unstable arrhythmia 에서 linear ablation도 가능하다(Figure 3). 최근 출시된 EnSite Velocity^TM 최신 버전의 경우 OneModel 기법을 통해 false space를 없애고 editing time을 감소시킴으로써 더 빠르고 정확한 해부학적 매핑이 가능하게 되었다. 그러나 기술적 문제로 발생하는 전기장의 변형으로 인해 3차원 영상의 정확도가 감소되는 것은 NavX^TM 시스템의 태생적인 단점이라 할 수 있으며, registration 과정에서의 시술자의 경험은 이런 오류를 줄이기 위한 중요한 인자이다.

임상적 유용성과 적용

임상적으로 가장 중요한 장점 중의 하나는 시술 시간 및 방사선 조사량을 크게 감소시킬 수 있다는 것으로 상심실성 빈맥의 시술의 경우“near-zero”의 방사선 조사량도 가능할 수 있다.^4,5 수년 전부터는 컴퓨터단층촬영(CT) 또는 자기공명영상(MRI)에 의한 3D 영상이나 intracardiac ultrasound 에 의한 영상과 통합되어 매핑의 해부학적 정확도를 향상시킬 수 있게 되었다.^6,7 심장의 CT/MRI reconstruction 영상에서 해부학적 landmark 지점을 정의한 후 카테터로 구현한 해부학적 매핑과 merge시키는 것이 영상 통합 과정이다. 시술의 안전성과 결과를 향상시킨다는 여러 연구들이 보고되어 왔으나 그렇지 않은 연구 결과들도 있다. 심방세동의 경우 balloon 절제술을 제외한 다른 절제술에서는 통상적으로 3차원 전기해부학적 매핑(electro-anatomic mapping,EAM)을 사용해야 한다는 데 대다수의 전문가들이 동의하고 있다.⁸ 심실빈맥의 경우 scar와 관련된 심실빈맥과 특발성 심실빈맥 모두에서 EAM이 유용하나, 특발성 심실빈맥 치료 시에는 통상적인 다전극카테터에 의한 2차원 매핑만으로 충분하여 EAM이 굳이 필요하지 않은 경우도 적지 않다.
3차원 해부학적 매핑과 합쳐진 voltage 매핑은 구조적 심장질환이 있는 환자에서의 기질(substrate) 이상 유무와 그 위치를 판단하는“substrate mapping”에 있어 중요한 기술적 혁신이었으며, 심실빈맥의 치료 시 매우 중요한 정보들을 제공해 준다.⁹Activation 또는 voltage 매핑 이외에도 심장 내 전기적 특성들을 3D 영상에서 가시화하여 치료에 이용하는 것 중 하나가 심방세동에서의 complex fractionated atrial electrograms (CFAEs) 매핑이다. 심방세동 시 지속적이며 짧은 cycle length를 보이고 spatiotemporal stability를 가지는 CFAEs가 심방세동 유지에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있으며,^10,11 atrial electrical activity의 cycle length 정도에 따라 3차원 매핑 영상에서 color-coded되어 나타내어지고, 이 CFAEs 부위를 타겟으로 한 심방세동의 고주파절제술이 시행되고 있다.

그러나 EAM은 실제 시술 시 심장의 움직임과 호흡으로 인해 해부학적 정확도가 감소할 수 있는데, 기준점(reference source)이나 국소 신호에 대한 환자의 움직임으로 인해 전신마취보다는 진정 상태에서 시술할 경우 더욱 그러할 수 있다. 또한 CT/MRI 영상은 실시간 영상이 아니므로 융합시키는 기술적 수준에 따라 통합 영상의 정확도가 좌우될 수 있고 여러 electrode에서 동시다발적이 아닌 순차적으로만 매핑이 가능하다는 제한점들 때문에 심방세동과 같은 불안정한 부정맥에서는 activation 매핑 등이 불가능하다.
최근 V3.0 소프트웨어 프로그램이 출시된 Ensite Velocity^TM은 앞에서 언급한 Ensite NavX^TM의 단점들을 극복하기 위해 여러 새로운 기술 등을 적용한 업그레이드 버전이라 하겠다. 새로운 noise 필터 시스템을 통해 심장 내 전기도의 기록되는 질이 크게 향상되었을 뿐 아니라, 심장 매핑 정보 수집과 geometry 구축이 동시에 가능하며(OneMap^TM tool), 화면상에서 기록된 정보와 실시간 정보의 동시 분석도 가능하고(RealReview^TM function), OneModel^TM을 통해 해부학적 정확도도 향상시켰다.²

결론

3차원 매핑 시스템은 전기해부학적 정보의 수집을 통해 부정맥의 기전 이해와 고주파절제술 등의 부정맥 치료에 광범위하게 이용되고 있다. Impedance 기반 매핑 시스템인 Ensite NavX^TM는 시술 시간과 방사선 조사량을 감소시키고 activation과 voltage 매핑을 통해 심방세동 및 scar와 연관된 심실빈맥에 대한 고주파절제술의 시술 결과도 향상시켰다. 또한 CT/MRI 등 영상과의 fusion을 통해 해부학적 정확도가 향상되었고, 심방세동에서 CFAEs 같은 전기적 신호정보를 3차원 영상으로 구현해낼 수도 있게 되었다. 심장의 움직임이나 기준점 변동 등으로 해부학적 정확도가 좌우될 수 있다는 단점들도 아직 남아있지만, 향후 여러 기술적 발전을 통해 더 업그레이드된 매핑 시스템이 개발되어 더 많은 임상 영역에 적용될 것으로 기대된다.

References

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