Abstract of medical phd thesis: Study on electrophysiological properties and the efficacy of catheter – based radio frequency ablation of paroxysmal atrial fibrillation

MINISTRY

MINISTRY 

OF EDUCATION AND TRANING

OF NATIONAL DEFENCE

MILITARY MEDICAL UNIVERSITY

PHAM TRAN LINH 

STUDY ON ELECTROPHYSIOLOGICAL 
PROPERTIES AND THE EFFICACY OF 
CATHETER – BASED RADIO FREQUENCY 
ABLATION OF PAROXYSMAL ATRIAL 
FIBRILLATION 
Speciality: Medical Cardiology
Code: 62720141

ABSTRACT OF MEDICAL PHD THESIS


HA NOI – 2016


Training institution: 
MILITARY MEDICAL UNIVERSITY

Instructors: 

1. NGUYEN LAN VIET, MD.PHD.Prof.
2. PHAM QUOC KHANH, MD.PHD.

The 1st opponent: Doan Van De, MD.PHD.Prof.
The 2nd opponent: Do Doan Loi, MD.PHD.Prof. 
The 3rd opponent: Tran Van Riep, MD.PHD.Prof.

This thesis will be presented at the commission for theses of Military 
Medical University
At     hours     of day     month     year 

This thesis may be found at:
1. The National Library
2. The Library of Military Medical University


3. The Library of Bach mai General Hospital 

LIST OF PUBLISHED SCIENTIFIC WORKS 
RELATED TO THE THESIS
1.  Pham Tran Linh, Pham Quoc Khanh, Nguyen Lan Viet (2015), 
"Initial evaluation of the effectiveness of catheter – based radio 
frequency ablation of paroxysmal atrial fibrillation",  journal of  
Vietnamese Medical, 429 (2), pp. 144 ­ 150.
2.  Pham Tran Linh, Pham Quoc Khanh, Nguyen Lan Viet (2015), 
"Clinical   manifestations   and   electrophysiologic   features   in 
patients   with   paroxysmal   atrial   fibrillation",  journal   of  
Vietnamese Medical, 430 (1), pp. 159 ­ 165.

1
INTRODUCTION 
Atrial   fibrillation   (AF)   is   one   of   the   most   common   types   of 
arrhythmia. AF is associated with a wide range of complications in 
clinical practice and may contribute to 5% of stroke cases a year. 
Mortality may increase to 34% in patients with heart failure if AF is 
concomitant. It is known that AF increases in the prevalence with 
advancing age. The incidence of AF is approximately 0.1% in the 
patients under 40 years of age while it approaches 1.5 – 2% in the 
group over 60 years of age. 
It was the first time in 1994 when Haissaguerre utilized the radio 
frequency (RF) energy as a therapy for AF patients. Nevertheless, 
this method had limitations such as low successful rate of 33 – 60%, 
high rate  of   complications,  long procedure  time   (5  – 6  hours).   In 
1996,   Pappone   used   a   three   dimensional   mapping   system   named 
CARTO   to   facilitate  the   therapy  of   AF   with   RF   energy.   CARTO 
system   has   brought   higher   efficacy   in   the   treatment   of   AF   as   it 
guarantees   high   successful   rate   and   low   complication   rate.   The 
system has been upgrading so far to vast the utility in RF ablation of 
AF as the most advanced curing method for the disease. 
Back to 1998 when RF energy was first settled in Vietnam Heart 
Institute – Bach Mai Hospital, then was widespreaded to other heart 
centers   up   and   down   the   country,   launching   the   initiation   for   the 
interventional   rhythmology   in   Vietnam.   However,   paroxysmal   AF 
has   not   been   treated   with   RF   energy   as   a   routine   procedure   in 
Vietnam. Some questions have been raised to require the answers. 
What are the electrophysiological properties of the paroxysmal AF in 
Vietnamese patients ? What are the posibilities to utilize the therapy 

and its limitations ? What are the optimal indications for Vietnamese 
patients ? What are the early outcomes and the follow­up results ?


2
In   contributing   to   bring   this   method   into   routine   practice   in 
Vietnam,   we   conduct   a   research   named  “Electrophysiological  
properties   and   the   efficacy   of   catheter   –   based   radio   frequency  
ablation of paroxysmal atrial fibrillation”.
Objectives of our research are:

1. Cardiac   electrophysiological   properties   of   paroxysmal 
atrial fibrillation patients. 
2. Evaluation   of   short­term   outcomes   of   radio   frequency 
ablation of paroxysmal atrial fibrillation. 
* Contributions of the research: 

­ Paroxysmal atrial fibrillation often originates from the four 
pulmonary veins with 83.3% were from left pulmonary veins 
and rarely comes from right atrium. 

­ In episodes of atrial fibrillation, the average A­A intervals 
were 196.8 ms and V­V intervals were 574.4 ms. 

­ Radio frequency ablation of paroxysmal atrial fibrillation has 
a high successful rate. Sinus maintenance rate was reached at 
88.1% just after procedures and 74.3% after 12 months of 
follow­up. Recurrence rate was 11.4% and complication rate 
was 4.7% with no death. 
*   Structure   of   the   thesis:  The   thesis   consists   of   136   pages   (not 

including appendix and list of references), 50 tables, 10 graphs and 
33   figures.   There   are   132   reference   documents,   including   12   in 
Vietnamese and 120 in English. There are 3 pages for the part of 
Introduction,   36   pages   for   Overview,   21   pages   for   Object   and 
Methodology, 33 pages for Research Result, 39 pages for Discussion, 
3 pages for Conclusion, 1 page for Suggestion. 


3
CHAPTER 1
OVERVIEW
1.1.   ELECTROPHYSIOLOGICAL   PROPERTIES   OF   THE   LEFT 
ATRIUM ANATOMY AND CARDIAC CONDUCTION SYSTEM

1.1.1.   Left   atrium   anatomy:  left   atrium   is   bordered   by   the 
pulmonary   veno­atrial   junctions,   atrio­ventricular   junction   at   the 
mitral orifice, the left appendage and the septal part. 
­   Left   atrium’s   walls   and   atrial   septum:  left   atrium’s   walls 
include anterior wall, superior wall, free wall (lateral wall), posterior 
wall and septal wall.
­  Atrial   muscle:  the   left   atrium   consists   of   three   layers: 
epicardium, atrial muscle and endocardium. The atrial musculature is 
constructed   by   circumferential   and   longitudinal   muscular   bundles. 
Those bundles contribute to the formation of pectinate muscles of the 
atrium. 
­ Pulmonary veins and ostia: all four pulmonary veins enter the 
left atrium at the posterior wall. In most of cases, those pulmonary 
veins are separated. 
1.1.2. Conduction system:
Sinus   node,   internodal   pathways,   atrioventricular   node,   His 

bundle and branches, Purkinje fibers. 
1.2. ELECTROPHYSIOLOGICAL PROPERTIES AND CONDUCTION 
SYSTEM

Including   activation   potential,   excitability,   automaticity, 
conductivity and refractoriness. 
1.3.  PATHO­PHYSIOLOGY IN ATRIAL FIBRILLATION

1.3.1. Electrophysiological mechanisms: 3 mechanisms for AF has 
been explained:
­ Single micro re­entrant stable circuits.
­ Frequently macro re­entrant unstable circuits. 
­ Single automatic focus firing short interval impulses.  


4
1.3.2.   Hemodynamic   Consequences:  hemodynamic   consequences 
of  AF   result  from   multi   factors   such  as  loss   of  atrial   contraction, 
irregular   ventricular   response,   rapid   ventricular   rate,   coronary 
hypoperfusion. 
1.3.3. Mechanisms of thrombosis in AF: 
Patho­physiology   of   thrombosis   in   patients   with   AF   is 
complicated.   Virchow’s   triad   contributes   3   factors   in   leading   to 
thrombosis: blood stasis, alteration of vessels’ intimal function and 
blood hypercoagulability.  
1.4. DIAGNOSIS OF ATRIAL FIBRILLATION

1.4.1. Classification of AF based on clinical settings: 
­   Paroxysmal   AF:  AF   that   terminates   spontaneously   or   with 
intervention within 7 days of onset, commonly within 48 hours. 

­ Persistent AF: AF that sustains over 7 days from onset and be 
terminated by pharmacological or direct­current cardioversion. 
­   Permanent   AF:  is   persistent   AF   that   can   not   terminate   by 
pharmacological or direct­current cardioversion. 
1.4.2.   Etiology:  valvular   heart   diseases   (mitral   stenosis   or   mitral 
regurgitation), coronary artery diseases, left ventricular dysfunction, 
hypertension, left ventricular hypertrophy, congenital heart diseases 
including   atrial   septal   defect,   transposition   of   great   vessels   …; 
hyperthyroidism, idiopathic AF …
1.4.3. Diagnosis: diagnosis of AF bases on routine electrocardiograms. 
Some investigations  can be doned to diagnose the etiology of  AF 
including   thyroid   hormones,   echocardiography,   chest   X­ray,   stress 
test, 24 hour ECG monitoring, event recorder, electrophysiological 
study.
1.4.4.   Principles   of   treatment:  rhythm   control   and   thrombosis 
prevention.   Based   on   the   classification   of   AF,   medications, 
interventional procedures or other methods can be chosen.  


5
1.5. CATHETER – BASED RADIO FREQUENCY ABLATION.

1.5.1. Published international researches: 
It was the first time in 1994 when Haissaguerre utilized the radio 
frequency (RF) energy as a therapy for AF patients. Nevertheless, 
this method had limitations such as low successful rate of 33 – 60%, 
high rate  of   complications,  long procedure  time   (5  – 6  hours).   In 
1996,   Pappone   used   a   three   dimensional   mapping   system   named 
CARTO to facilitate the therapy of AF with RF energy. 
1.5.2. Research in the issue in Vietnam: 

It was not until 2009 when the first AF case was ablated using 
catheter­based radio frequency.
1.5.3. Patient selection: 
Following   the   2010   ACC/AHA/ESC   Guidelines   for 
Management of patients with Atrial Fibrillation.
1.5.4. Result of the intervention: 
Analysis   from   the   data   of   4000   thousand   cases   in   Cleveland 
Clinic shows that the successful rate is 80%. 
1.5.5. Complications: 
Some   complications   have   been   reported   including   vascular 
access   complications,   cardiac   perforation,   cardiac   tamponade, 
valvular injury, stroke or TIA, systemic thrombosis, atrial­esophagus 
fistula, pulmonary vein stenosis ... 
CHAPTER 2
OBJECTS AND METHODOLOGY
 
2.1. OBJECTS

Our   research   includes   42   patients   who   were   diagnosed 
paroxysmal atrial fibrillation and hospitalized from October of 2009 
to March of 2014.
2.1.1. Selection Criteria
Following   the  guidelines   of   American   College   of   Cardiology, 
American   Heart   Association,   European   Society   of   Cardiology 
(ACC/AHA/ESC) 2010.


6
Patients   were   diagnosed   symptomatic   paroxysmal   atrial 
fibrillation,   with   EHRA   symptom   score  ≥   2,   refractory   to 

pharmacological   agents   including   rate   control   and   rhythm   control 
(Indication Class IIa, Level of evidence A).  
2.1.2. Exclusion Criteria
Severe heart failure (NYHA IV), valvular AF cases that have the 
indication   for   open   heart   surgery,   acute   infections,   coagulation 
disorders, heart chamber thrombus, persistent AF and permanent AF.
2.2. METHODOLOGY

2.2.1. Research design
Cohort study. 
2.2.2. Object selection
Objects were selected based on the timeline.
2.2.3. Clinical examination and investigations
All   the  patients   were  examined,   recorded  12  –  lead  ECG, 
monitored 24 hour ECG recordings. Other investigations were done 
before   procedures   such   as   blood   tests,   chest   X­ray,   transthoracic 
echocardiography,   transesophagus   echocardiography,   multi­sliced 
CT scanner of left atrium and pulmonary veins.  
2.2.4. Electrophysiological study
+ Place of procedures: Laboratory of Catheterization, Vietnam Heart 
Institute, Bach Mai Hospital. 
+ Equipments:angiography system, stimulator, electrophysiological 
recording   system,   ablation   generator,   three   dimensional   mapping 
system  (CARTO  system)  and  varieties  of  diagnostic  catheters  and 
ablation catheters. 
+Pre­procedure  preparation:  patients   were   explained   about   the 
purpose,   techniques,   possible   outcomes   and   complications   of   the 
procedures. 
+ Procedure protocol
­ Placement of catheters

.   Diagnostic   catheters   were   placed   at   the   coronary   sinus,   right 


7
atrium, right ventricle, His bundle.  
. Mapping catheters and ablation catheters were inserted through 
right femoral vein and transseptally to the left atrium. 
­ Electrophysiological protocols
       . Electrophysiological properties in sinus rhythm: we measured 
PA, AH, HH, HV intevals, QRS duration, QT duration, basic sinus 
cycle length. 
            . Programmed stimulation protocols:  rapid atrial pacing, extra 
stimulus   atrial   pacing,   rapid   ventricular   pacing,   extra   stimulus 
ventricular pacing. 
­ Electrophysiological characteristics of Atrial Fibrillation
            . Localization of prematured atrial complexes triggering atrial 
fibrillation:  action   potentials   were   recorded   in   different   regions 
within the atrium. Prematured atrial complexes that trigger episodes 
of AF were normally recorded earlier than in other regions. 
           .  Measurements  of  intervals during AF:  A­A intervals, V­V 
intervals.
2.2.5. Radio frequency catheter ablation protocol of AF
+  Septal   puncture:diagnostic   catheters   and   ablation   catheter   were 
inserted from the right side to the left atrium.
+  A   multi   electrode   catheter   (Lasso   catheter)   were   put   to   record 
action potentials inside the ostia of four pulmonary veins. 
+ A three dimensional image of the left atrium was created. 
+ Pulmonary veins were isolated and other triggering foci of AF in 
the left and right atrium were also ablated.  
+ Criteria of success:

­  Cardioversion of sinus rhythm. 
­   No   electrical   connections   were   found   between   left   atrial 
chamber and the pulmonary veins. 
­   No   episodes   of   AF   were   inducible   during   programmed 
electrical stimulation. 


8
2.2.6. Follow­up after radio frequency catheter ablation
+ All the patients were monitored at the Cardiac Intensive Care Unit 
after   the   procedures.   Parameters   such   as   hemodynamics, 
echocardiography, electrocardiograms were obtained. 
+ Patients with successful ablations were received antiarrhythmic 3 
months after procedures.
+ Follow­up was carried out with 24 – hour ECG monitoring after 1 
month, 3 months, 6 months, 12 months from the procedures. 
+   Anti­coagulant   therapy   was   also   given   in   3   months   with   VKA 
targeting INR from 2 to 3, or NOAC.  

Study’s protocol
2.3. STATISTICAL ANALYSIS 
  Statistical analysis was facilitated by software package SPSS 
version 17.2 (2007).


9
CHAPTER 3
RESULT
3.1. GENERAL CHARACTERISTICS OF PATIENTS

From October of 2009 to March of 2014, 42 patients with AF 
that   unresponsive   to   pharmacological   agents   were   indicated   to 
undergo radio frequency catheter ablation.  
3.1.1. Age and gender 
There   were   36   male   patients   (85.7%)   and   6   female   patients 
(14.3%). 
Table 3.1. Age and gender
Male (n=36)

Age group

Female (n=6)

Total (n=42)

Number

%

Number

%

Number

%

≤ 50

12

33.
3

2

28.
5

14

32.6

51 ­ 60

9

25.
0

2

28.
5

11

25.6

≥ 61

15

41.
7

2

42.
9

17

41.9

3.1.2. Clinical parameters
Table 3.2. Clinical parameters (n=42)
Parameters 

Mean 

 

Weight (kg) 

64.2 ± 8.8

46 – 80

Height (m)

1.63 ± 0.06

1.50 – 1.74

BMI (kg/m )

24.0 ± 2.2

18.4 – 28.7

Heart rate (bpm) 

76.0 ± 13.5

54 – 120

2


10
Systolic pressure (mmHg) 

124.6 ± 15.3

100 – 180

Diastolic pressure (mmHg) 

78.0 ± 10.2

60 – 100

Table 3.3. Characteristics of AF (n=42)
Index 

Number (n=42)

Years from onset 

5.0 ± 3.5

Episodes / month

6.9 ± 9.4

EHRA symptom score

%

3.19 ± 0.45 

Termination:
Spontaneously

39

90.7

Pharmacological cardioversion

29

67.4

Direct current Cardioversion

4

9.3

Amiodarone 

38

88.4

Group IA

8

18.6

Group IC

15

34.9

Group II

11

25.6

Medications:

3.1.5. Twenty four ­ hour ECG monitoring characteristics
Table 3.4. Characteristics of 24­hour ECG recordings (n=42) 
Index  
Average heart rate (bpm)
Total time of bradycardia (< 60 bpm)
Number of episodes of AF
Average duration of AF episodes
Number of PACs

Mean 

Range  

82.6 ± 13.5

64 – 115 

185.2 ± 217.5

0 – 827 

9.3 ± 20.9

1 – 107 

461.4 ± 590.6
1195.5 ± 
1861.6

1 – 1.444 
0 – 8.019


11
Couplet PACs

203.1 ± 684.4

0 – 3.850 

Triplet PACs

32.7 ± 64.7

0 – 288 

Atrial Tachycardia

10.4 ± 399.3

0 – 258 

3.2.   ELECTROPHYSIOLOGICAL   CHARACTERISTICS   IN 

PATENTS WITH PAROXYSMAL AF

3.2.1. At baseline with sinus rhythm
3.2.1.1. Basic intervals
Table 3.5. Basic intervals 
≤ 60 y

> 60 y

(n=25)

(n=17)

Basic cycle 
length (ms) 

760.2±188.
8

PA intervals 
(ms) 

 Index 

P

Overall

886.7±113.
5

0.021

810.8 ± 172.9

21.0 ± 5.1

23.9 ± 5.2

0.124

26.7 ± 8.6

AH intervals 
(ms)

91.7 ± 18.3

88.1 ± 12.3

0.092

90.5 ± 15.9

His duration 
(ms) 

19.0 ± 6.9

18.1 ± 2.9

0.488

18.7 ± 5.6

HV intervals 
(ms) 

47.4 ± 5.7

48.1 ± 3.9

0.618

47.7 ± 5.0

91.3 ± 11.9

91.2 ± 13.4

0.975

91.3 ± 12.4

389.3 ± 
42.2

391.4±29.3

0.834

390.2 ± 30.7

QRS duration 
(ms)

QT intervals 
(ms) 

42 patients were divided into 2 groups based on age. A group 
consisted  patients  ≤ 60 years of age and the other one consisting 


12
patients > 60 years of age. The basic cycle length of patients  ≤ 60 
years of age were significantly shorter than those of  > 60 years of 
age.   There   was   no   significant   difference   between   the 
measurements of other intervals.   
3.2.1.2. Electrophysiological study of sinus node function
Table 3.6. Sinus node recovery time (SNRT)and corrected sinus  
node recovery time (cSNRT) based on age and gender
Index 
Male 
(n=36)
Gender
Female 
(n=6)
≤ 60 
(n=25)
Age

> 60 
(n=17)
Overall (n=42)

SNRT (ms)
1181.8 ± 201.0
1120.7 ± 170.6
1140.6 ± 190.5
1222.0 ± 200.9
1173.9 ± 196.4

p
0.52
3

0.20
7

cSNRT (ms)

p

310.8 ± 143.2
0.169
403.7 ± 89.2
319.8 ± 114.1
0.881
326.8 ± 174.9
322.7 ± 140.1

There was no significant difference in the SNRT between the 
male   and   female   group   (p   >   0.05).   No   significant   difference   was 
found between the cSNRT of the patients > 60 years of age and the 
patients ≤ 60 years of age.
3.2.1.3.   Effective   refractory   periods   (ERP)   of   the   atrium   and  
ventricle
Table 3.7. ERP of the atrium and ventricle
Index

Atrial ERP 
(ms)

Ventricular 
ERP (ms) 

Atrio­
ventricular 
dissociation 
point (ms) 

≤ 60 y (n=25)1

198.7 ± 19.4

218.7 ± 58.7

395.3 ± 21.0


13

> 60 y (n=17)2

215.6 ± 15.9

222.5 ± 15.3

426.3 ± 73.5

Overall (n=42)

205.6 ± 19.7

220.3 ± 17.2

407.9 ± 66.1

P1,2

0.007

0.505

0.001

The atrial ERP and ventricular ERP were within the normal range. 
There was no significant difference between two groups of age.
The atrial ERP of the patients ≤ 60 years of age was significantly 
shorter than the group of > 60 years of age with p = 0.007.   
3.2.2. Electrophysiological characteristics in AF

Atrial   programmed   electrical   stimulations   were   performed   to 
induce   AF   and   then   action   potentials   were   recorded   at   different 
locations in the left atrium. 
3.2.2.1. Locations of PACs triggering episodes of AF
Table 3.8. Locations of PACs triggering AF (n=42)
Location 

Number 

%

Superior vena cava

2

4.8

Inferior vena cava

0

0

Right atrial isthmus

2

4.8

Left superior PV 

35

83.3

Left inferior PV

30

71.4

Right superior PV 

33

78.6

Right inferior PV 

31

73.8

Right atrium

Left atrium


14

Left appendage

7

16.7

Left atrial isthmus

2

4.8

Over 70% of PACs originated from pulmonary veins, whilst up 
to 83.3% of those were from left superior PA.
3.2.2.2. Interval recordings in AF
Table 3.9. Interval recordings based on group of age
Index 
Average AA 
intervals (ms)
Shortest AA 
intervals (ms)
Longest AA 
intervals (ms)
Average VV 
intervals (ms)
Shortest VV 
intervals (ms)
Longest VV 
intervals (ms) 

≤ 60 y
(n=25)

> 60 y
(n=17)

 P

Overall
(n=42)

201.1 ± 35.7

194.7 ± 41.7

0.629

196.8 ± 39.5

135.6 ± 39.4

123.1 ± 29.9

0.261

127.3 ± 33.4

263.1 ± 51.5

249.8 ± 38.1

0.346

254.2 ± 42.9

543.7±104.4

589.8 ±107.8

0.194

574.4 ±107.6

350.0 ± 88.6

415.3 ±102.2

0.049

393.5 ±101.7

813.8±191.5

827.6 ±205.0

0.834

823.0 ±198.4

The role of AV conduction is important in reducing the impulses 

travelling   from   atria   to   ventricles   to   maintain   tolerant   ventricular 
response.
3.3. RESULTS OF PAROXYSMAL ATRIAL FIBRILLATION ABLATION

3.3.1. Results of procedures
3.3.1.1. Procedure time
Table 3.10. Procedure time
Index 

Overall
 (n=42)

Procedure time 

288.8 ± 60.4

Other 
PV isolation 
ablation sites 
(n=28)
(n=14)
293.6 ± 58.9
265.0 ± 68.8

P
0.173