心臟起搏器和除顫器的學習

1、第七章 心臟起搏器和除顫器,,心臟起搏定義,人工心臟起搏（artificial cardiac pacing)是通過人工心臟起搏器或程序刺激器發(fā)放人造的脈沖電流刺激心臟，以帶動心臟搏動的治療方法。主要用于治療緩慢心律失常，也用于快速的心律失常和治療。,什么是心臟起搏器？,心臟起搏器由脈沖發(fā)生器、導線和電極組成。脈沖發(fā)生器呈扁圓形，體積非常小，大約有40?50?6毫米，重量約30克。它實際上是一個微型計算機，由高性能電池提供能量。起搏

2、器通常埋植在上胸部的皮下，它的導線通過靜脈到達心臟，導線頂端的電極固定在心臟的內(nèi)側面心肌上。起搏器工作時，脈沖發(fā)生器發(fā)出的電脈沖，經(jīng)導線、電極傳到心肌，心肌感受到電脈沖刺激產(chǎn)生收縮。同時，起搏器電極也將心臟的電活動收集起來存入脈沖發(fā)生器內(nèi)的芯片內(nèi)，以便進行分析。,人工心臟起搏器工作原理：監(jiān)測心電、電激心臟,臨床上廣泛應用的人工心臟起搏：就是用低能量電脈沖暫時或長期地刺激心臟，使之發(fā)生激動，以治療嚴重心動過緩，心臟起搏也可用以終止或控

3、制室上性和室性快速心律失常,稱為抗心動過速起搏。,心臟起博器的功能,能替代或補充正常激發(fā)和控制心臟收縮的生理電子系統(tǒng)。它通過周期性發(fā)放的電脈沖刺激心臟，引起心搏，并實現(xiàn)生物機能控制。,如果心臟原有的起搏點喪失其作用而使沖動形成受擾，或者心臟固有的傳導系統(tǒng)不能正常工作(如竇性停止、竇房阻滯、竇性心動過緩或某心房、心室出現(xiàn)異使節(jié)律，以及心動過速等)，起搏器能幫助心臟恢復、接近正常功能。特別是對那些藥物療效不佳，甚至于治療無效的心臟病患者，人

4、工心臟起搏器在臨床上獲得了成功。,絕大多數(shù)起搏器具有四個功能,刺激心臟使它除極感知心臟自身電活動 對增加的新陳代謝需求作出反應， 提供頻率適應性起搏提供由起搏器存儲起來的心電診斷信息,心臟起搏器的臨床應用,長期起搏 房室傳導阻滯 三束支阻滯伴心腦綜合癥 病態(tài)竇房結綜合癥臨時性起搏 指心臟病變可望恢復，緊急情況下保護性應用和診斷應用的短時間使用心臟起搏,,診斷：還可用于某些疾病的診斷。例如心房調(diào)搏輔助診斷可

5、疑的冠心病、心房超速起搏法診斷竇房結功能不全，預測完全性房室傳導阻滯患者是否有發(fā)生心腦綜合癥的危險等。,,藥理及實驗研究：人工心臟起搏技術在心血管的生理和病理生理以及藥理和臨床應用的實驗研究工作中，也取得了發(fā)展。例如在心律失常方面，將逐步揭示一些我們還不能解釋的電生理現(xiàn)象，對心律失常的診斷和治療會起到更積極的作用。,兒童和青少年的起搏,肥厚性、或擴張性心肌病及心臟移植后的起搏,起搏預防和終止快速心律失常,與急性心肌梗塞有關的房

6、室傳導阻滯的起搏,成人獲得性房室傳導阻滯的起搏,頸動脈竇過敏和迷走血管性暈厥綜合征的起搏,竇房結功能障礙的起搏,慢性雙束支和三束支傳導阻滯的起搏,2002ACC/AHA 永久起搏的適應證,歷史,1819年,A1dini應用直流電刺激斷頭尸體停跳的心臟，結果出現(xiàn)跳動,1929年,澳大利亞醫(yī)生Lidwell和物理學家Booth合作設計出一種起搏裝置，當電流通過針刺心室電極時將一死嬰救活，這是人工心臟起搏史上臨床應用的首次成功。,

7、美國胸外科醫(yī)生Hyman研制成一種重達7.2公斤的心臟起搏裝置，能使停跳的心臟復跳，并把這種裝置稱之謂人工心臟起搏器。,1932年,歷史,1952年,美國哈佛大學醫(yī)學院醫(yī)生Zoll首先采用體外經(jīng)皮式起搏器（2ms,100V）成功地搶救了2例完全性房室傳導阻滯并阿—斯綜合征的瀕死患者，從而引起了醫(yī)學界與工程技術界的重視。Zoll被稱為“心臟起搏之父”。,l958年10月l5日,在瑞典斯德哥爾摩，由Senning安裝了世界上第一只埋藏式心

8、臟起搏器，設計者是Elmgvist，它僅是由2只晶體管構成的固定頻率刺激器。,1959年,Greatbatch和Chardack也相繼將起搏器系統(tǒng)(VOO)全部埋入人體內(nèi)并取得成功，此系統(tǒng)致力于恢復心室節(jié)律，以治療病理及手術所致三度房室傳導阻滯。,歷史,1962年Nathan和Centher報道埋藏式VAT起搏器應用于臨床，這是最初型的生理起搏器。1965年，Lemberg、Castellanos和Berkovit5將VAT的感知功能

9、應用于心室起搏，為心室抑制型按需起搏器(VVI)的開始。70年代程序控制器問世。1972年11月世界上第一個用鋰碘電池的起搏器植入人體獲得成功。l979年Sutton和Citron報道了VDD起搏器(心房同步心室按需起搏器)的埋藏起搏療法。80年代雙腔起搏器及抗心動過速起搏器研制成功，這種房室順序收縮雙腔觸發(fā)抑制型起搏器(DDD)是當代最先進的起搏器，它不僅能無創(chuàng)性程控調(diào)節(jié)，而且實現(xiàn)了房室均可被感知和雙腔起搏。90年代以后，性能

10、更高的頻率自適應起搏器、雙心室/雙心房同步三腔起搏器，以及具有除顫功能的起搏器。,1930, Hyman,7.2Kg，6min西門子公司二戰(zhàn)被毀,簡單,復雜,壽命短,長,大、重,小、輕,,,,心臟起搏器植入,心臟起搏器的分類,按照起搏器與病員的關系分類按起搏器與患者心臟活動發(fā)出的P波與R波的關系分類按起搏電極分類,按照起搏器與病員的關系分類,1）感應式起搏脈沖在體外通過載波發(fā)射給體內(nèi)的接收器，再經(jīng)解調(diào)為原形起搏脈沖，通過電

11、極刺激心臟。無需電源，接收效果差，易受干擾2）經(jīng)皮式（體外攜帶式） 起搏器在病員體外，起搏脈沖經(jīng)皮膚和靜脈送入心臟。按需起搏，易受感染，攜帶不便3）埋藏式 起搏器全部埋植于患者皮下，電極經(jīng)靜脈固定在心內(nèi)膜或心肌表面。永久起搏，電源壽命問題,永久性與臨時性心臟起搏器,埋藏于體內(nèi)的起搏器為埋藏式起搏器, 作為永久性心臟起搏, 用于慢性或間歇發(fā)作的嚴重緩慢性心律失常如心臟傳導阻滯、病態(tài)竇房結綜合征等;放在體外的起搏器為體外起

12、搏器,用于臨時性起搏, 如永久性起搏器植入的過渡或心臟驟停的搶救等等。,臨時起搏的適應征,1.急性前壁心肌梗塞伴有Ⅲ度或高度房室傳導阻滯,或下壁梗塞伴有Ⅲ度或高度房室傳導阻滯經(jīng)藥物治療無效者。 2.急性心肌炎或心肌病伴有阿斯綜合征者 3.藥物中毒引起的心動過緩,并發(fā)阿斯綜合征者. 4.心臟手術后發(fā)生的Ⅲ度房室傳導阻滯者,5.電解質(zhì)紊亂,如高血鉀引起的Ⅲ度房室傳導阻滯者。6.超速起搏用以診斷及治療其他方法所不能解決的室上速或室性

13、心動過速。7.保護性應用于更換永久起搏導管前,冠脈造影,電擊復律,外科手術等。,按起搏器與患者心臟活動發(fā)出的P波與R波的關系分類,非同步型（固定型）起搏器發(fā)出的起搏脈沖與患者的P波或R波無關同步型P波同步起搏器R波同步起搏器,絕對不應期（absolute refractory period）：對任何刺激均不起反應，相當于心電圖QRS波群開始至T波波峰前的一段時間。,相對不應期（relative refractory perio

14、d）:對較強的刺激引起稍低于正常時的興奮反應，為有效不應期之末到復極完畢前的一小段時間，相當于T波終末。,易激期（vulnerable period）在T波波峰前后，有一短暫的興奮性增強階段，在此期間被刺激易激發(fā)心動過速、撲動或顫動。,,,,,按起搏電極分類,1）單極型： 陰極→起搏導管(或?qū)Ь€)→靜脈或開胸→右心室(或右心 房)， 陽極(無關電極)→腹部皮下(體外起搏器)或置于胸部(埋藏式起搏器，外殼即陽極)。2）雙極

15、型： 陰極、陽極均與心臟接觸(固定在心肌上) ； 或陰極→心內(nèi)膜，陽極→心腔內(nèi)。,心臟起搏器的幾個參數(shù),1）起搏頻率 起搏器發(fā)放脈沖的頻率，一般60－90次/min較為合適。2）起搏脈沖幅度和寬度幅度指起搏發(fā)放脈沖的電壓強度。寬度指起搏器發(fā)放單個脈沖的持續(xù)時間。脈沖幅度和寬度決定對心肌的刺激能量的強弱。一般選擇5v、0.5－1ms為宜。改進與起搏能量有關的電極形狀、面積、材料和導管阻抗等，可減少電源的損耗。,3

16、）感知靈敏度指起搏器被抑制或被觸發(fā)所需最小的R波和P波的幅值。 一般：R波同步型：1.5－2.5mv；P波同步型：0.8－1mv感知靈敏度選擇不合適，將造成起搏器工作不正常。選低了，將不感知（起博器不被抑制或觸發(fā)）或感知不全（不能正常同步工作）；如果選取過高，可能導致誤感知（即不該抑制時而被抑制，或不該觸發(fā)時而被誤觸發(fā)）以及干擾敏感等，造成同步起搏器工作異常。4）反拗期同步型起搏器中對外界信號不敏感的時間，相當于心臟心動周期

17、中不應期。反拗期防止誤觸發(fā)。R波同步型反拗期300±50ms；P波同步型反拗期300－500ms。,人工心臟起搏器的標識碼,心臟起搏器的種類和特性,固定頻率型起搏器（AOO，VOO） 按需型心臟起搏器（SSI，AAI，VVI)DDD起搏器（全自動型心臟起搏器）房室順序起搏器（DVI）DDI起搏器VAT起搏器心房同步心室按需型起搏器（VDD起搏器）三腔起搏器,頻率應答式起搏器,1）固定型起搏器,起搏器發(fā)出固定頻率

18、、幅度的電脈沖，不受自主心率的支配。一旦心臟自主心率超過電脈沖頻率，心臟將自身搏動，而這個電脈沖的刺激對心臟來說則是多余的，自主心率和起搏脈沖將發(fā)生競爭心率。如果電脈沖落于易激期可能誘發(fā)室顫等，危及安全。僅適用于完全性房室傳導阻滯和永久性竇性過緩。電路簡單可靠，價格便宜，有時被臨床使用。連續(xù)工作，電池壽命短。,幾種類型的心臟起搏器,固定型起搏器組成,電源：提供整個電路電源供電。多諧振蕩器：產(chǎn)生一定速率的脈沖信號，一般為50－1

19、50次/min。單穩(wěn)態(tài)電路：決定起搏脈沖的寬度，一般為1.5－2ms。脈沖輸出電路：將單穩(wěn)態(tài)的輸出進行電流放大，同時降低整機電路的輸出電阻。提供給電極輸出信號。,,,,,多諧振蕩器,單穩(wěn)態(tài)電路,脈沖輸出電路,多諧振蕩器波形,單穩(wěn)態(tài)電路波形,脈沖輸出電路,2）R波同步型起搏器,1）R波抑制型（按需型） 不但能對心臟發(fā)放刺激脈沖，而且能接受來自心臟R波的控制：a）當自主心率超過起搏器速率時，起搏器被抑制，停止發(fā)放脈沖，避開易激期

20、，克服了固定式起搏器與心臟自搏發(fā)生競爭心律的缺點b）當自主心率低于起搏器速率時，起搏器輸出脈沖刺激心臟起搏。應用量大，約占總量90％左右,2）R波觸發(fā)型（備用型） a）能發(fā)出一定速率的起搏脈沖，當自主心率R波出現(xiàn)時，起搏器立即被觸發(fā)，發(fā)出一個脈沖，且落在絕對不應期，不影響正常心臟活動。 b）當自主心率下降到預置速率時，起搏器自動以預置速率同步工作。優(yōu)點：脈沖總是存在，便于監(jiān)測。缺點:功耗較大,應用較少。,起搏器發(fā)放脈沖受R波

21、控制，達到一定同步作用。分兩類：,R波抑制型心臟起搏器,感知放大器： 有選擇地放大心電R波，推動下級按需功能控制器工作，并抑制T波和其它干擾波的放大，辨認心臟自身搏動。按需功能控制器： 為起搏器提供穩(wěn)定的反拗期。當感知R波后，控制器在反拗期內(nèi)抑制脈沖發(fā)放；當心率低到一定程度，反拗期后不出現(xiàn)自身R波，起搏器發(fā)放脈沖，使心室起搏。脈沖發(fā)生器： 它在按需控制電路作用下產(chǎn)生心臟生理要求的脈沖信號。,VT6、 R12、RP

22、2、R13、RP3、R14、C7組成鋸齒波電路,QDX-2型按需體外起搏器電路圖,輸入波及微分后波形,R波經(jīng)過微分電路微分以后，得到正、負尖脈沖信號，只有正信號能被放大器放大,條件：τ<< T,,電路的輸出近似為輸入信號的微分,,,,6.4.1 微分電路,t >T,+,,,,,,,,,,,,,-,,自主心率低于起搏頻率,2．按需功能的實現(xiàn) ⑴當f心＜f脈時 (a) 患者固有心律，周期t1 (b)

23、 起搏器輸出。周期t2 (c) 單穩(wěn)輸出波（t3即反拗期） (d) C7充放電波形，充電期t4 t2＝t3＋t4 (f) 心臟被起搏器起搏后心律,自主心率低于起搏頻率,患者的心律低于起搏頻率，即自身心動周期t1大于起搏周期t2；在單穩(wěn)態(tài)暫態(tài)時間t3(即反拗期)里，控制VT6一直飽和導通，C7上電壓為低電壓(約0V)，脈沖發(fā)生器不工作，即起搏器處于抑制狀態(tài)；反拗期t3過后，t4恢復為截止狀態(tài)，R8

24、上壓降恢復為低電平(0V)， VT6截止，鋸齒波電路開始工作，電源通過R12、RP2、R13、RP3、R14對C7充電；當C7上的電壓上升到使VT7導通時，由于病員自搏周期t1大于起搏周期t2(= t3 + t4)，病員還沒有自搏，當起搏器發(fā)放第二個起搏脈沖，心臟被第二次起搏。,自主心率有時高于起搏頻率,自主心律不齊,患者自身的第一心動周期t1低于起搏周期t2，而患者自身的第二心動周期t1`大于起搏周期t2 ；由于t1 t2時，經(jīng)

25、過時間t2后，鋸齒波上升到VT7導通的電平U，起搏器發(fā)放起搏脈沖，心臟被起搏。,自主心率完全高于起搏頻率,患者的心動周期t1 、 t1`等均低于起搏器固有周期t2 ；患者自身心臟搏動，自搏的R波經(jīng)感知放大器整形、放大后觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路，抑制第一起搏脈沖發(fā)放；經(jīng)反拗期t3后，C7上電位上升，經(jīng)過一段時間，C7上電位還未上升到使VT7導通的電平U時，患者自身的第一心動周期結束，發(fā)生第二次自搏，單穩(wěn)態(tài)第二次觸發(fā)，使VT6飽和導通， C7上的

26、電位很快被強行放電，抑制了第二次脈沖發(fā)放。,AMQ-4型按需埋藏式起搏器,,,感知放大器由VT1~VT4等組成；抗干擾轉換網(wǎng)絡由VT4 的輸出電阻以及C4、R9、R8、C5等組成；按需功能控制器由CMOS與非門F1、F2組成的微分型單穩(wěn)態(tài)電路。,強干擾信號對起搏器的影響,當患者處于較強的50Hz市電或高頻強電磁場干擾的環(huán)境中時，如果這些干擾信號很強，頻率遠高于起搏頻率，這些干擾信號和感知的R波一樣，能使按需功能控制器的單穩(wěn)態(tài)電

27、路提前觸發(fā)；脈沖發(fā)生器在干擾信號存在的時間內(nèi)一直處于抑制狀態(tài)，致使起搏器停止發(fā)放起搏脈沖，從而使患者失去人工心臟起搏。,解決方法？,解決方法,保持在強干擾存在的條件下，把強干擾信號衰減，使之不能觸發(fā)按需功能控制器，失去對脈沖發(fā)生器的抑制作用，脈沖發(fā)生器按自己固有頻率發(fā)放起搏脈沖，起博器轉換為固定式工作，其起搏頻率稍快于按需型（這是扣除按需型的反拗期的結果）。強干擾一旦消失，起搏器又能自動恢復到按需工作狀態(tài)。,具體如何實現(xiàn)？,抗干擾轉

28、換網(wǎng)絡,隨著干擾信號角頻率w的增加，U將被衰減下降,合理選取抗干擾網(wǎng)絡參數(shù)和單穩(wěn)態(tài)電路的觸發(fā)電平，使干擾頻率大于50Hz時，U值將減少到不觸發(fā)下一級單穩(wěn)態(tài)翻轉，從而可是按需功能控制器不工作，使在強干擾存在的時間內(nèi)起博器轉換為固定式工作，以保證不間斷地發(fā)出起搏脈沖。,R0為VT4的輸出電阻；U0為經(jīng)放大后的干擾源電動勢；R為R8、R9和與非門F1的輸入電阻的并聯(lián)等效電阻；U為送給單穩(wěn)態(tài)電路的輸入觸發(fā)信號,幾處關鍵點波形,患者心電波形微分

29、電路微分波形干擾轉換電路衰減的波形按需功能控制器波形,脈沖發(fā)生器和輸出脈沖倍壓電路,脈沖發(fā)生器由VT5~VT9組成，VT5為控制門，控制C8的充放電；C8與R14~R16組成積分電路，形成鋸齒波；VT6、VT7組成互補性張弛振蕩電路，為正反饋閉合電路輸出脈沖倍壓電路由C10、C11、VT10及VT11等組成 最高起搏頻率限制電路由CMOS與非門F3、F4等組成的微分型單穩(wěn)態(tài)電路和脈沖發(fā)生器(VT5~VT9)及C13聯(lián)合

30、組成,脈沖倍壓電路,當在C10后加上倍壓電路后：VT9截止時，電源E通過R24、VD2對C10充電至(E-UVD2)，VT10發(fā)射極電位為UVD2，不能使VT10導通；電源E通過VT11、VD3對C11充電到(E-Uce11-UVD3)；VT9導通飽和時，UC9為低電位，由于C10電壓不能突變，而使VT10發(fā)射極電位下降到-(E-UVD2),VD2截止，VT10導通飽和；A點電位近似等于C11上電壓、VT10飽和壓降和C10

31、上電壓之和，為-6V左右,如果不加C10后的倍壓電路，則VT9飽和時，VT9集電極電位UC9為飽和壓降（0.3V）； VT9截止時，集電極電位為3.6V,最高起搏頻率限制電路,患者安裝起搏器后的心率多數(shù)是依賴起搏器的工作頻率，如果起搏器因電源、元器件變質(zhì)或損壞而造成起搏頻率低于40次/min或高于150次/min，后果極其危險；為了避免起搏心動過速，設置最高起搏頻率限制電路，以保證在部分元件出現(xiàn)異常情況下起搏頻率不超過150次/min

32、。,最高起搏頻率限制電路,由與非門F3、F4等組成的微分型單穩(wěn)態(tài)電路和脈沖發(fā)生器(VT5~VT9)和C13聯(lián)合組成。其微分型單穩(wěn)態(tài)電路的輸出有兩路：一路為按需功能控制器的輸出；另一路為VT9集電極輸出經(jīng)C13耦合輸出。單穩(wěn)態(tài)電路的暫態(tài)tu即為本機的反拗期，起博脈沖的周期為反拗期和積分電路鋸齒波發(fā)生器對電容C充電的時間之和。充電時間常數(shù)主要由C8和R14~R16決定，假如C8和R14~R16數(shù)值下降到極限，則其起搏周期最短也有t

33、u那么長，即最高頻率被限制在1/ tu內(nèi)。,tu=400ms f=150次/min,能量補償電路,當起搏器電池電壓下降后，起博器輸出的起搏脈沖幅度也隨之減小，當幅度減小到一定程度以后，將出現(xiàn)不起搏或者起搏不完全的情況。起搏脈沖的電能與脈沖幅度和寬度有關，如果當脈沖幅度減少到一定范圍的同時，脈沖寬度也相應的自動增寬，在電池電壓下降到一定數(shù)值但未耗竭時，仍能輸出足量的起搏能量，以維持心臟起搏的正常進行。,電路實現(xiàn)：主要由二極管VD1

34、完成,原理：,脈沖寬度主要取決于C8放電的時間常數(shù)，其大小與C8、R19`(R19`為R19和VD1的正向電阻并聯(lián)值再與VT7、VT6飽和電阻相串聯(lián)的總等效電阻)有關，若R19`大，則脈寬增加；反之，脈寬則減少；加在二極管上的電壓減少。二極管的正向電阻將增大；當起搏器電池電壓下降，加在二極管兩端的正向壓降也下降，二極管的正向電阻增加，因而使R19`也相應增加，導致脈沖寬度自動增加。,意義：,合理選取二極管和R19`獲取較滿意的能量補

35、償；當發(fā)現(xiàn)起搏脈沖寬度增加較多時，即提示起搏器電池電壓下降較多，可及時提醒患者更換起搏器，從而可避免因電池的耗竭造成突發(fā)事故。,3）P波同步型起搏器,起搏器受P波控制，達到一定同步作用。將心房產(chǎn)生的P波經(jīng)心房電極送給起搏器進行放大并延遲120ms，再觸發(fā)起搏器發(fā)出脈沖信號，最后通過電極向心室發(fā)放刺激脈沖。適用于房室傳導阻滯患者，不適合于竇房節(jié)綜合癥患者。,4）其他類型起搏器,房室順序型起搏器 其原理是每次刺激先發(fā)放一個脈沖，

36、刺激心房起搏，經(jīng)過延遲一段時間后再發(fā)放一個脈沖刺激心室起搏，以此保持房室激動生理順序。雙灶按需型起搏器 有兩個相關脈沖發(fā)生器，先后按一定時序發(fā)放脈沖，使心房和心室都在按需方式下進行。程序控制型起搏器 分兩部分：體內(nèi)部分在一般埋藏式起搏器基礎上增加了數(shù)字電路，具有記憶、保持功能；體外部分由控制裝置和電磁鐵組成，可以控制起搏參數(shù)和起搏器工作方式。,起博器的結構,,起博器的結構,起搏脈沖發(fā)生器的電子電路由控制單元、感知單元和脈

37、沖輸出單元組成。,脈沖發(fā)生器Pacemaker Generators,,電極及其導線Pacemaker Leads,Pacemaker leads are the conduits from the generator to the myocardium. Most leads are implanted transvenously,,起搏器的電極,起搏電極按安放方式位置的不同，可分為單電極、雙電極、心內(nèi)膜電極、心外膜電極、心肌電極和心

38、房電極。,,起搏電極,電極和導線直接和心臟連接，同時和起搏器相連，是重要部分。電極形狀、材料、面積等都可以改變起搏閾值。要求電極形狀合理、電極材料良好、面積適當，來降低起搏閾值，減少能源消耗，提高使用壽命。,,電極的結構及形狀,為了防止導線長期使用時折斷和電極腐蝕，導線電極大多用硅橡膠作外套，用愛爾近合金或鎳合金等優(yōu)質(zhì)材料作導體，用愛爾近合金或鉑銥合金等優(yōu)質(zhì)材料作電極頭電極的形狀有勾頭、盤狀、環(huán)狀、螺旋狀、傘狀等不同類型,a）柱狀

39、型電極；b）錨型心內(nèi)膜電極；c）螺旋型心肌電極,1.導線：由導體和絕緣體構成。導體將起搏、感知電極和電極終端相連。 通常為鉑銥合金和Elgilog (鈷、鐵、鉻、鉬等金屬合金) ，多設計為空心螺旋多股環(huán)繞。絕緣層最常用的材料為硅橡膠或聚氨基甲酸乙酯。,電極導線的要求,起搏導線兼有起搏刺激和感知的功能，要求有良好的電性能。起搏導線與體液和組織緊密接觸，導線材料要求耐生物老化，抗腐蝕，與血液、組織相容性好。早期的電極

40、都是合金制成的結構緊密的螺圈狀, 呈圓柱實心狀。新型電極為鉑銥、Elgiloy合金和活化碳材料制成的多孔表面電極。鉑銥合金與Elgiloy合金具有長期的穩(wěn)定性與耐用性, 已成功臨床應用20余年, 且仍在臨床應用, 其優(yōu)點為電極表面積小, 極化反應低, 較低的起搏電壓和電流閾值。電極導管的絕緣層也有較大的發(fā)展。最早的絕緣外層是聚乙烯, 有較好的可用性和使用壽命, 但長時間與三尖瓣磨擦會造成絕緣層破損, 現(xiàn)已廢棄不用。后來應用硅膠材料制作

41、電極導管, 這種材料能長時間耐受軟組織磨損, 但少數(shù)硅膠電極導管可引起局部靜脈鈣化, 并可累及導管自身。第三種材料是聚氨酯, 自上世紀70年代末用于起搏導管以來已被普遍采用。其優(yōu)點是柔軟而耐磨, 韌性好且抗拉力強。該材料制作導管直徑細而且光滑, 磨擦系數(shù)小, 兩條導管間不相互粘附, 具有很好的滑動性, 易于與心內(nèi)膜接觸, 閾值低且穩(wěn)定。,2.電極： 陰極主要材料為鉑銥合金和Elgilog，而陽極主要材料為鉑銥合金和鈦。,Bipolar,

42、Unipolar,導線可分為單極和雙極，后者不易引起感知故障。,被動：利用船錨原理將電極嵌入肌小梁中，通常為翼狀。主動：利用螺旋固定于心內(nèi)膜。適用于心室被動電極反復脫位、特殊部位起搏和一部分心房。,有被動和主動兩種固定方式,翼狀頭激素電極導線,螺旋頭電極導線,低閾值電極,,粗,細,閾值高,低,,,,,程控器 Pacemaker Programmer,The programming computer allows teleme

43、tric communication with the implanted pulse generator and acts as an interface to the healthcare provider.The pacemaker programmer is used to perform a multitude of functions, including assessing battery status, modify

44、ing pacemaker settings, and providing access to diagnostic information the pacemaker has stored (e.g., heart rate trends and tachyarrhythmia documentation,輸出單元,產(chǎn)生向心肌發(fā)出電壓脈沖的電路。適當強度的電脈沖可以刺激心肌產(chǎn)生可發(fā)布的動作電位，并最終心肌收縮和心臟搏動。能產(chǎn)生這樣的

45、電位波形的最小電能量稱為刺激閾。電能量的大小取決于脈沖幅度和脈沖持續(xù)時間。輸出單元通過對電容充電儲存電能，當控制電路決定發(fā)放脈沖時電容放電?，F(xiàn)代起搏器使用2.8V電池，通過對電容并聯(lián)充電，串聯(lián)放電可以使輸出脈沖的電壓幅度高于電池電位。,心臟起搏器的能源,起搏器電源與它裝在體外還是植入體內(nèi)方式有關。大多數(shù)外部脈沖發(fā)生器用干電池供電，具有安全、使用和攜帶方便等特點。植入式起搏器大多使用汞電池、鋰電池、核電池等。埋藏式起搏器電源的壽

46、命就是起搏器的壽命，應盡量延長使用壽命，減少故障，減少病人痛苦。起搏器電池要求：體積小、容量大、緩慢釋放能量、密封性能好、性能可靠。,鋰－碘電池,優(yōu)點：高能量密度、高內(nèi)阻、自身放電率低，不會內(nèi)部短路、不產(chǎn)生氣體和漏液，能被密封以保護起搏器電路元件。連續(xù)使用壽命10年以上。鋰是陽極，碘是陰極。當釋放電能時，電池的內(nèi)部阻抗緩慢升高，其值可通過遙測獲得。電池阻抗升高能引起電池電壓近似線性下降，表現(xiàn)為起搏頻率的逐漸下降，因而起搏頻率可反映電

47、池狀態(tài)。新電池輸出電壓是3.5伏（V），當電池電壓下降到2.2-2.4V時就需要更換。,起搏系統(tǒng)植入方法,永久起搏器的安裝方法簡介,一般均采用心內(nèi)膜起搏。電極導管經(jīng)靜脈插入至右室心尖部或/和右心耳，起搏器埋在胸大肌與皮下脂肪層之間。左利者優(yōu)先右側，右利者優(yōu)先左側。手術切口部位最常用的有2種：經(jīng)穿刺鎖骨下靜脈，插入導管，將前胸外上部切口分離一囊袋置入起搏器。在三角肌及胸大肌間溝內(nèi)切開皮膚暴露頭靜脈，從該靜脈插入導管至心臟右室內(nèi)，再

48、在此切口處皮下分離出一個可容下起搏器的囊袋，仍將導管尾部連接起搏器，并將起搏器放入囊袋，再關閉囊袋即結束手術。此法較佳，因只需一個切口，可減少病人痛苦，且操作起來也較簡便。,步驟：,（一）插送電極導管,頭靜脈途徑：有不引起血胸、氣胸和氣栓等優(yōu)點，仍較常用，但操作較麻煩，有10-15%的不成功率。鎖骨下靜脈穿刺途徑：操作簡便，成功率高，因而常用。操作不當可引起氣胸、血胸等，偶可誤穿鎖骨下動脈。,,,,,靜脈通道,頭靜脈,頸內(nèi)靜脈,,鎖骨

49、下靜脈,鎖骨下靜脈穿刺法,,,,,放置起搏導線,（二）電極定位,心室電極安置：電極導管→右心房→插入彎導引鋼絲→右心室→直導引鋼絲→右室心尖。心房電極安置：一般采用J型電極，置于右心房前上方的右心耳。,,,,,,,,,右心房,右心室,,,,,置入起搏器,（三）埋植起搏器,起搏器囊袋適中，過緊易壓迫皮膚造成壞死，過松可發(fā)生起搏器翻轉?？p合時注意封閉死腔。起搏閾值（起搏心房或心室的最低電壓或電流) 最初起搏閾值在1mA或1.5V以內(nèi)。

50、,（四）術后護理,(1) 平臥或左側臥位 (2) 心電監(jiān)護(3) 切口沙袋壓迫止血6小時(4) 應用抗生素預防感染(5) 避免接觸磁鐵和高頻電流,（五）并發(fā)癥,(1) 感染 (2) 血栓性靜脈炎，肺梗塞 (3) 電極移位 (4) 閾值升高 (5) 膈肌痙攣 (6) 心室穿孔 (7) 脈沖發(fā)生器故障,（六）隨訪,(1) 病人每晨醒后檢查自已的脈搏并隨時作記錄,及時發(fā)現(xiàn)心率改變。 (2) 定期復查:出院后

51、2周作第1次隨訪,以后每2周隨訪1次,2月后每3－6個月隨訪1次。在起搏器達預定壽命到達前半年,增加隨訪次數(shù)至3月或1月一次。發(fā)現(xiàn)電池有耗竭傾向時,宜每周隨訪1次,直至更換起搏器,,隨訪內(nèi)容,① 心電圖:通過記錄心電圖,可觀察起搏器的按需功能和起搏功能。② 起搏脈沖圖:以通用示波器作類似心電圖標準導聯(lián)的連接,觀察脈沖的波形,頻率和寬度,并與原來的指標對照。③ 胸部X線攝片:正,側位拍片,觀察電極位置是否良好,有無電極移位或斷裂。,

52、如何預測起搏器電池即將耗盡?,心臟起搏器是靠一定強度的電壓來進行正常工作的，一旦電池耗盡，起搏器也就停止工作，病人隨時都可出現(xiàn)險情，因而如何預測起搏器電池即將耗盡，以便及時更換起搏器就顯得非常重要，不論是醫(yī)生或病人都應掌握這一手段?？蓮囊韵卤憩F(xiàn)進行預測：起搏頻率降低至大于或等于原起搏頻率的10%時。脈沖寬度較置入時增加30%時。脈沖振幅較置入時降低30%時。出現(xiàn)以上情況，即為電池將要耗盡，應立即更換心臟起搏器。,起搏器技術成熟、

53、安全嗎？,經(jīng)半個世紀不斷完善；手術死亡率幾乎為0；全球共有三百多萬患者行心臟起搏治療；每年約有三十多萬患者新置入起搏器。,國內(nèi)僅2～3％有適應證的患者得到起搏治療,,,,每年全國起搏器置入約1?2萬例,,未置入,置入,中國內(nèi)地10香港140臺灣110韓國30印度1英國340,美國750加拿大500歐洲500日本400拉丁美州95,2000年每百萬人口植入多少臺起搏器？,

54、從單腔、雙腔起搏發(fā)展為三腔、四腔起搏 （非生理性 – 生理性）進入功能自適應時代從治療心電衰竭發(fā)展到治療心電紊亂（房顫、室顫…）和非心電性心臟疾患（心衰、暈厥、心肌病… ）,--適應癥的擴展,人工心臟起搏器的未來展望,以低功耗的微處理芯片為核心部件的起搏電路，將使起搏電路的性能由軟件來修改，將改變目前采用全定制（ASIC）設計，每次改進都花費很多人力物力和時間的狀況，將大大減少新型起搏電路的開發(fā)周期和成本。隨著計算機技術、遙測技術

55、等新技術的發(fā)展，將來可能出現(xiàn)完全自動化的起搏器。這種自動化的脈沖發(fā)生器能夠根據(jù)患者電生理學的基本情況自動適應，借助于時間周期的分析、傳感器的輸入和自動解釋所存儲的資料以確定最適宜的起搏方式。起搏器能夠自動地測定心房、心室的起搏和感知閾值，并根據(jù)傳感器資料自動地程控基礎頻率。,第二部分 心臟除顫器,除顫器(defibrillator),用較強的脈沖電流通過心臟來消除心律失常，使之恢復竇性心律的方法，稱為電擊除顫或電復律術。 用于心臟電擊

56、除顫的設備稱為除顫器，它能完成電擊復律，即除顫。 在短時間內(nèi)以足夠大的電流同時刺激全部心肌，使所有纖顫心肌同時發(fā)生除極化，而進入同步,心臟纖維顫動及除顫生理學,心室顫動——最危險的心律失?！纯讨滤?。,現(xiàn)象：,心室?。翰灰?guī)則、不協(xié)調(diào)的收縮——顫動。 心電波：無規(guī)律、非同步。全身血循環(huán)：血循環(huán)立即停止。3～5分鐘后→ 死亡。,美國心科自動體外除顫儀,,,環(huán)行學說,正常時： 心電→浦肯野氏纖維→心內(nèi)膜下心室

57、肌→心外膜 面心肌心室肌興奮后，310ms不會再起反應—— 稱不應期。,正常心臟： 單個興奮灶，各向傳播，對面匯合，由于不應性， 沖動消滅。,心臟纖維顫動生理學,損傷的心臟： 損傷組織不應期較長。損傷區(qū)邊緣興奮灶，興奮單向 阻滯。沖動繞心室壁順時針方向運行。當運行時間大

58、 于不應期（如速度50cm／s，周徑16cm(直徑5cm)，運 行時間320ms），最初被興奮的心肌重新興奮。使沖動 沿著心肌不斷環(huán)行。,衰竭的心臟： 既損傷又擴大，周徑較長，增加了發(fā)生環(huán)狀興奮的可 能性。,房顫VS室顫,心臟是推動全身體血液循環(huán)的器官，由于心臟的有節(jié)律的搏動，推動了血液從靜脈，經(jīng)過心房和心室，進入到動脈，從而

59、維持血液循環(huán)。完成心臟泵血功能的首要條件，是心肌纖維的同步收縮。當心肌因種種原因不能同步收縮而代之以蠕動樣顫動時，心臟的泵血功能就完全喪失，心房肌肉的顫動稱為房顫，心室肌肉的顫動為室顫。,在房顫時，心室的功能仍然正常，但受到房顫的影響，心室的收縮頻率變快而心律絕對的不規(guī)則。由于大部分血液是在心房收縮以前就被抽入到心室內(nèi)，所以血液循環(huán)仍能繼續(xù)，只是心室做功的效率大大降低，而且容易導致心肌衰竭。 室顫是很危險的。由于心室不能泵血，血液循環(huán)

60、停止，如不立即采取措施，病人在幾分鐘內(nèi)就會死亡，而且室顫一旦發(fā)生，就不易自動消失。通常使用的除顫方法是電擊除顫。,1. 心房顫動的后果: 心房作用：心臟增壓。 心房顫動→心室充盈↓→ 血液輸出量↓→但仍可幾乎　 正常地生活,2. 心室顫動的后果 心室作用：主要排血腔。 心室顫動→心臟不排血→ 血壓↓＝0→全身器官灌血

61、 停止→缺氧→（3～5min） 大腦受損→（幾分鐘）死亡,除顫——消除顫動，心室肌重新同步化。,Kouwenhoven等發(fā)現(xiàn)：（三十年代） 交流電電擊同一心臟： 低強度→心室顫動；較高強度→心室除顫。,電擊除顫法： Beck等：交流電，直接對心臟。 Zoll等：交流電，經(jīng)胸途經(jīng)對心臟。 另些人：高強度短暫直流電，經(jīng)胸途經(jīng)對

62、 心臟， 且可用于心房電轉復律。,一．除顫的機理 電除顫：電擊所有能被興奮的組織，阻滯環(huán)行運動。 心肌同處不應期，心室興奮同步，顫動終止。 心臟起搏與除顫比較： 除顫較起搏：電極面積大1,000倍，電流強1,000倍； 但心肌電流密度相

63、近，危險性相同。 經(jīng)胸除顫，需要幾千V電壓，幾十A電流。,電擊除顫,所謂電擊除顫就是利用足夠大的電流流過心臟來刺激心肌，使所有的心肌細胞同時去極化，然后同時進入不應期，從而促使顫動的心肌恢復同步收縮狀態(tài)，使心肌恢復正常。然而只有一定幅度和一定的持續(xù)時間的電流才能起到除顫作用。,心臟除顫器,又名心電復律機，是用電擊的方法來搶救和治療心律失常的一種醫(yī)療電子設備。起搏和除顫都是利用外源性的電流來治療心律失常，區(qū)別在于：后者電

64、擊復律時，作用于心臟的是一次瞬時高能脈沖（一般持續(xù)時間是4-10ms，電能在40-400J(W·S)瓦·秒（焦耳）內(nèi)）。,除顫器的臨床應用,快速糾正室顫,及時挽救患者的生命。在用藥無效時，及時用除顫器糾正室性心動過速。在持續(xù)發(fā)作室上性快速心律失常時，嚴重影響心臟功能，用藥無效時，宜予電擊復律。,心臟除顫器的基本原理,交流除顫直流除顫,交流除顫,最初的除顫器（1956)可產(chǎn)生出60Hz的交流電流流過心臟，電流

65、可大到15A，持續(xù)150ms。用這樣的交流電流去電擊心臟，使心臟重新同步，如不能恢復，則再次重復讓這樣的交流脈沖流過心臟，直到恢復心跳為止。交流除顫器可以成功地消除室顫，但無法消除房顫，而且在試圖消除房顫時，反而會引起室顫，還有一個缺點是，在它的最大輸出時，此除顫器的變壓器的輸入端電流會高達90A，這會干擾連在同一電源線上的其它儀器的工作，所以現(xiàn)在交流除顫器已不再使用。,直流除顫,1962年末，Bernard Lown發(fā)明了直流除顫器

66、并成功地用于臨床，而且這種直流除顫方法一直沿用到現(xiàn)在。這種方法是先用直流電流對電容充電，達到較高的電壓后再通過電極在病人的胸部快速放電，直流除顫器不僅能比交流除顫器更有效地去除室顫，而且也能用于消除房顫和其它類型的心律失常。由于不要多次重復地對病人加以大電流，所以對病人來說，其危害也比較小。直流除顫器自七十年代開始己在醫(yī)院廣泛普及。除顫器己是手術室和急救科的必備設備。此外，現(xiàn)代直流除顫器可分為常規(guī)的和自動的，自動除顫器又可分為體外的和

67、植入體內(nèi)的。,直流除顫（RLC阻尼放電）,電壓變換器: 將直流低壓變換成脈沖高壓。高壓整流電路：脈沖高壓經(jīng)整流后向儲能電容C充電。除顫治療時，繼電器K動作，使充電電路被切斷，由儲能電容C、電感L向人體放電。瓦秒表可記錄儲能元件所儲存的能量。電感器的主要作用是為了防止在放電的起始階段釋放的電流過大或電壓過高，從而降低峰值電壓，但是盡管如此，直流除顫器在放電時的電壓峰值仍可達到3kV以上。,RLC阻尼放電,除顫治療時，控制高壓繼電器

68、K動作，使充電電路被切斷，由儲能電容C、電感L及人體串聯(lián)接通，使之構成RLC（R為人體電阻、導線電阻、人體與電極的接觸電阻三者之和）串聯(lián)諧振衰減振蕩電路，即為阻尼振蕩放電電路。,阻尼放電,雙向尖峰電流除顫效果好,對人體組織損傷小。放電時間一般為4～10ms，可以適當選取C、L值來實現(xiàn)。,通過人體心臟的電流波形,L的作用：波形整形。 ①不設L，放電呈指數(shù)波形 (圖3.11a)。波幅高，能量集 中，對心