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1、 7.1 心臟起搏器簡(jiǎn)介 7.2 固定型和R波抑制型心臟起搏器 7.3 心臟起搏器的能源和電極 7.4 心臟除顫器的一般介紹 7.5 典型的心臟除顫器,第七章 心臟起搏器與除顫器,心臟起搏器Cardiac Pacemaker,第七章 心臟起搏器與除顫器,心臟起搏器Cardiac Pacemaker 人工心臟起搏用外加脈沖代替心臟起搏點(diǎn)的電興奮，刺激心臟搏動(dòng)的一種治療方法。 是心律失常非藥物治療的一種有效治療方法。 人工心臟起搏器能產(chǎn)生一定形式電脈沖，并將脈沖傳至心臟，使心臟按一定頻率有效收縮的脈沖發(fā)生器。 能替代或補(bǔ)充正常激勵(lì)和控制心臟收縮的生理電子系統(tǒng)。 人工心臟起搏技術(shù)是實(shí)現(xiàn)生物機(jī)能控制的

2、典型范例。,第七章 心臟起搏器與除顫器,7.1.1 心臟起搏技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)史 17611846 一種由于嚴(yán)重心律失常以致循環(huán)障礙、腦供血 不足引起的危險(xiǎn)急癥，稱為阿斯綜合征，或“心源性腦 缺氧綜合征”。是發(fā)展人工心臟起搏技術(shù)的重要背景。 1791 觀察到肌肉對(duì)電刺激有收縮反應(yīng)。 1819 用直流電刺激死刑者停止搏動(dòng)的心臟，使之復(fù)跳。 1858、1862 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，用電刺激使心臟跳動(dòng)。 1930 Hyman 創(chuàng)制發(fā)條脈沖發(fā)生器心臟起搏器，重7.2kg， 用針穿刺心房通電起搏搶救心臟停搏患者，命名為心臟 起搏器臨床43例，救活14例，但受不公正輿論指責(zé)。, 7.1 心臟起搏器簡(jiǎn)介, 7.1 心臟起搏

3、器簡(jiǎn)介,7.1.1 心臟起搏技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)史 19471958 刺激竇房結(jié)復(fù)跳；胸壁刺激(75150V，2ms 脈沖) 成功，但痛苦大；心外膜電極起搏；心內(nèi)膜電極起搏。 1958 Elmqvist(瑞典)工程師、Senning醫(yī)師 第一臺(tái)埋藏式固定 頻率起搏器。術(shù)后，20多次排除故障，患者存活20余年。 1960 晶體管電路、鋅汞電池起搏器，盛行十余年。1971以 后，鋰電池逐漸代替汞電池。 1963 P波同步型心室起搏；按需起搏；房室順序起搏；房 室全能起搏；頻率自適應(yīng)起搏；抗心動(dòng)過(guò)速起搏；埋藏式 自動(dòng)復(fù)律除顫器。 全世界每年約有30萬(wàn)個(gè)起搏器安裝與更換。, 7.1 心臟起搏器簡(jiǎn)介,7.1.2

4、 人工心臟起搏的作用主要用以治療緩慢型心律失常 心律失常是多種病因引起心肌電生理特性改變的一種疾病。 某些嚴(yán)重心律失常的藥物療效差，如，高度或完全性房室傳導(dǎo)阻滯、重度病態(tài)竇房結(jié)綜合癥。安裝起搏器則效果顯著。用于某些疾病的診斷 例如，心房調(diào)搏輔助診斷可疑冠心病，心房超速起搏法診斷竇房結(jié)功能不全，預(yù)測(cè)完全性房室傳導(dǎo)阻滯患者是否有發(fā)生心腦綜合癥的危險(xiǎn)等。用于實(shí)驗(yàn)研究心血管生理、病理生理、藥理和臨床應(yīng)用, 7.1 心臟起搏器簡(jiǎn)介,7.1.3 心臟起搏的適應(yīng)癥長(zhǎng)期起搏的適應(yīng)癥 房室傳導(dǎo)阻滯 三束支阻滯伴有心腦綜合癥者 病態(tài)竇房結(jié)綜合癥；心動(dòng)過(guò)緩為主伴有有心腦綜合癥者臨時(shí)性起搏適應(yīng)癥 心臟病變可望恢復(fù)，緊

5、急情況下保護(hù)性應(yīng)用、診斷應(yīng)用。 短時(shí)間使用心臟起搏器，幾小時(shí)、幾天至幾星期。 （適應(yīng)癥例，見(jiàn)教科書(shū)）, 7.1 心臟起搏器簡(jiǎn)介,7.1.4 心臟起搏器的分類 按照起搏器與 病員的關(guān)系分類 按照起搏器與 患者P波與R波 的關(guān)系分類 按照起搏器 電極分類,感應(yīng)式經(jīng)皮式(體外攜帶式)埋藏式非同步(固定)型同步型單極型雙極型, 7.1 心臟起搏器簡(jiǎn)介,7.1.4 心臟起搏的分類 感應(yīng)式 脈沖發(fā)生器在體外，起搏電極與接受器植體內(nèi)。體內(nèi)無(wú)電源但易受干擾。 經(jīng)皮式 起搏器在體外，按需起搏（頻率、幅度、脈寬、感知靈敏度均可調(diào)），攜帶不便，易感染，僅用于臨時(shí)搶救。 埋藏式 起搏器埋植與胸部或腹部皮下，得到廣泛使

6、用，關(guān)鍵是電池壽命問(wèn)題。 非同步(固定)型發(fā)出的起搏脈沖與P波或R波無(wú)關(guān)。 同步型 分為P波同步起搏器和R波同步起搏器。 單極型 陰極置于右心室（或右心房），陽(yáng)極置于胸部（起搏器外殼）或腹部皮下（體外攜帶式） 雙極型 起搏器的陰極與陽(yáng)極均與心臟直接接觸。, 7.1 心臟起搏器簡(jiǎn)介,7.1.4 心臟起搏的分類 北美起搏和電生理學(xué)會(huì)與英國(guó)起搏和電生理組NBG起搏器編碼（1987年）,注： 、 、用于抗過(guò)緩心率失常的起搏 廠家常用S表示單腔（心房或心室）, 7.1 心臟起搏器簡(jiǎn)介,7.1.4 心臟起搏的分類使用NBG起搏器編碼的例： VVI 心室起搏，心室感知的按需型起搏器 DDDR 心房、心室都具

7、有起搏和感知功能，響應(yīng)方式可以是觸發(fā)式，也可以是按需抑制型，具有頻率自適應(yīng)功能, 7.1 心臟起搏器簡(jiǎn)介,7.1.4 心臟起搏的分類 1 固定型起搏器,以固定頻率(非同步)發(fā)放起搏脈沖刺激心室(VOO)或心房(AOO)， 只發(fā)出固定頻率、幅度的脈沖(約70次/分)，不受自主心率支配，一旦心臟自主心律超過(guò)起搏頻率，便可發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)心律（電脈沖落于易激期），有可能誘發(fā)心室纖顫或室性心動(dòng)過(guò)速而危及病人安全，目前僅臨時(shí)用于測(cè)試磁鐵頻率或用于競(jìng)爭(zhēng)起搏終止某些心動(dòng)過(guò)速。, 7.1 心臟起搏器簡(jiǎn)介,7.1.4 心臟起搏的分類 2 R 波同步型起搏器（起搏器發(fā)放脈沖受R波控制） (1) R波抑制型(按需型，VVI

8、型) 單極電極置于心室，兼有起搏與感知功能，常稱為心室按需型起搏器。適應(yīng)證廣泛。 平時(shí)以固有頻率發(fā)放脈沖，當(dāng)心臟自搏心率超過(guò)起搏器脈沖頻率，將自動(dòng)感知并抑制起搏器脈沖發(fā)放。一旦自搏心率低于起搏器的固有頻率，即心室電極感知不到自搏心率產(chǎn)生的R波，起搏器將等待預(yù)定的一段時(shí)間(逸搏間期)后，立即又按固有起搏頻率發(fā)放脈沖。這種按病人需要而工作的起搏器應(yīng)用最廣泛。 (2) R波觸發(fā)型(備用型，VVT型) 當(dāng)自身心搏R波出現(xiàn)時(shí)，立即觸發(fā)起搏器發(fā)出一個(gè)脈沖，是落在不應(yīng)期內(nèi)的無(wú)效脈沖。若自身心搏未發(fā)生，則起搏器脈沖起作用(備用型)。 有無(wú)效脈沖產(chǎn)生，功耗較大，應(yīng)用少。, 7.1 心臟起搏器簡(jiǎn)介,7.1.4 心

9、臟起搏的分類 3 P 波同步型起搏器（起搏器發(fā)放脈沖受P波控制） 心房、心室都放置電極 心房電極感知P波(心房激動(dòng)) 送起搏器放大并延遲約120ms 觸發(fā)起搏器發(fā)生脈沖 刺激心室(心室電極) 對(duì)有房室傳導(dǎo)阻滯患者，相當(dāng)于一條人造房室傳導(dǎo)通路。不能用于竇房結(jié)綜合癥患者。電路復(fù)雜，使用不方便。 P波抑制型（AAI型） 單極電極置于心房，兼有起搏與感知功能，常稱為心房按需型起搏器?？杀３址渴翼樞蚴湛s。僅適用于房室傳導(dǎo)功能正常的病竇患者。, 7.1 心臟起搏器簡(jiǎn)介,7.1.4 心臟起搏的分類 4 房室順序型起搏器 心房、心室各放置一個(gè)電極 每次先發(fā)放一個(gè)心房起搏脈沖 經(jīng)適當(dāng)延遲 再發(fā)放一個(gè)心室起搏脈沖

10、(保持房室激動(dòng)生理順序) 如有自身心臟活動(dòng)，其QRS波將抑制后一脈沖發(fā)放 5 雙灶按需型起搏器 兩個(gè)相關(guān)脈沖發(fā)生器，按一定時(shí)序發(fā)放起搏脈沖，使心房和心室的起搏都是按需方式工作。, 7.1 心臟起搏器簡(jiǎn)介,7.1.4 心臟起搏的分類 6 程序控制型起搏器 能夠與體外控制裝置通訊的起搏器。 按照患者病理生理需要，由醫(yī)生或患者任意改變起搏參數(shù)和起搏器工作方式。 雙腔(DDD)起搏器 心房和心室都放置電極。不同的心率反應(yīng)為不同的起搏方式，總能保持心房和心室得到同步、順序、協(xié)調(diào)的收縮。 自身心率慢于起搏器低限頻率房室順序起搏(DVI) 自身心房(P)頻率超過(guò)起搏器低限頻率（房室傳導(dǎo)功能障礙） 感知P波觸

11、發(fā)心室起搏(VDD) 自身心房(P)頻率過(guò)緩（房室傳導(dǎo)功能是好的） 起搏心房，并下傳心室 (AAI), 7.1 心臟起搏器簡(jiǎn)介,7.1.4 心臟起搏的分類 頻率自適應(yīng)(R)起搏器 起搏器頻率能自動(dòng)適應(yīng)肌體對(duì)心排血量(需氧量)的要求。研究使用的代謝感受器有10余種，體動(dòng)型、每分鐘通氣量型兩種得到應(yīng)用。 例： VVIR型（心室按需自適應(yīng)型） AAIR型（心房按需自適應(yīng)型） DDDR型（雙腔自適應(yīng)型）, 7.1 心臟起搏器簡(jiǎn)介,7.1.5 心臟起搏的幾個(gè)參數(shù)1 起搏頻率 6090次/min 能維持心輸出量最大時(shí)的心率。2 起搏脈沖幅度和寬度 脈沖幅度：5V 脈沖寬度：0.51ms 起搏能量與電極形狀

12、、面積、材料及導(dǎo)管阻抗損耗等有關(guān)。3 感知靈敏度 R波同步型：1.52.5mV P波同步型： 0.81mV4 反拗期 同步型起搏器具有的對(duì)外界信號(hào)不敏感的時(shí)間(不應(yīng)期)。 R波同步型：30050ms，防止T波或起搏脈沖后電位。 P波同步型：300500ms，防止竇性過(guò)速或干擾誤觸發(fā)。,起搏系統(tǒng)的構(gòu)成（起搏電路、電池、金屬外殼與起搏導(dǎo)管電極） 一脈沖發(fā)生器（起搏電路） 將CMOS ASIC起搏芯片與電阻、電容等元件一起安裝在陶瓷基片上構(gòu)成混合型（Hybrid）厚膜集成電路作為起搏器主體電路。感知心電活動(dòng)或其他生理反應(yīng)，按需自動(dòng)調(diào)整起搏功能，形成和發(fā)放脈沖。體現(xiàn)了小型化，程控化和多功能化。 二電池

13、 需體積小、容量大、緩慢釋放能量、密封性能好及性能可靠的電池，目前普遍使用鋰碘電池，起搏器使用壽命達(dá)10年以上。決定起搏器的功能壽命的因素：電池容量；電池自放電；輸出阻抗；電路功效；工作的百分率：起搏電路的消耗比感知電路大得多；輸出程控；持續(xù)的電池消耗。, 7.2 固定型和R波抑制型心臟起搏器,起搏系統(tǒng)的構(gòu)成（起搏電路、電池、金屬外殼與起搏導(dǎo)管電極） 三電極導(dǎo)線 電極接觸心臟經(jīng)導(dǎo)線與起搏器連接。用生物相容性好、韌性好、抗老化、耐腐蝕的材料制成。電極通常采用愛(ài)爾近合金(Elgiloy) 或用鎳鉻鈷鉬合金制成，且含多孔，其優(yōu)點(diǎn)是：纖維組織長(zhǎng)入電極空隙可增加固定性。電極感知的有效面積較大。有的電極頂

14、端有激素緩釋放裝置，電極頭的材料以表面活化各向同性低溫?zé)峤馓蓟蜚K為優(yōu)。 導(dǎo)線的金屬材料要求電阻率小，強(qiáng)度高，一般用抗折強(qiáng)度較高的不銹鋼。 導(dǎo)線絕緣層有高純硅橡膠和醫(yī)用聚氨酯兩種，兩者生物相容性均好，但前者較粗且脆弱，后者較細(xì)而堅(jiān)固，但易老化。 四起搏器外殼 金屬鈦生物相容性好，毫無(wú)銹蝕。采用鈦材料拉伸成型，各部以較大圓弧連接，采用激光焊接封裝。, 7.2 固定型和R波抑制型心臟起搏器,ASIC設(shè)計(jì),Application Specific Integrated Circuits全定制ASIC芯片（掩膜ASIC） 定義芯片上所有晶體管的幾何圖形和工藝規(guī)則，將設(shè)計(jì)結(jié)果交由IC廠家掩膜制造完成。優(yōu)點(diǎn)

15、：芯片可獲得最優(yōu)性能，即面積利用率高、速度快、功耗低。缺點(diǎn)是：開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，費(fèi)用高，只適合大批量產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。半定制ASIC芯片 約束性設(shè)計(jì)方法：門(mén)陣列設(shè)計(jì)法和標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)法，主要目的是簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，以犧牲芯片性能為代價(jià)來(lái)縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。可編程ASIC芯片（可編程邏輯器件） 自七十年代以來(lái)，經(jīng)歷了PAL、GAL、CPLD、FPGA幾個(gè)發(fā)展階段，高密度CPLD/FPGA已達(dá)200萬(wàn)門(mén)/片，集成度高、應(yīng)用產(chǎn)方便，特別適合于樣品研制或小批量產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，可以很容易轉(zhuǎn)由掩膜ASIC實(shí)現(xiàn)，開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)低。,7.2.1 一種固定型心臟起搏器電路分析,多諧振蕩器單穩(wěn)態(tài)電路輸出電路R2、C1決定頻率 R3決定脈寬 復(fù)合管射隨輸出

16、功率放大、Ri高 Ro低, 7.2 固定型和R波抑制型心臟起搏器, 7.2 固定型和R波抑制型心臟起搏器,7.2.2 R 波抑制型心臟起搏器的一般結(jié)構(gòu)原理1 感知放大器 選擇性放大R波，辨認(rèn)心臟自身搏動(dòng)，推動(dòng)按需功能控制器 要求：雙向感知、放大8001000倍、頻寬1050Hz、 工作電流3mA、穩(wěn)定、可靠、抗干擾能力強(qiáng)2 按需功能控制器 為起搏器提供穩(wěn)定的反拗期，還可克服“競(jìng)爭(zhēng)心律”的危險(xiǎn) 感知R波后，控制器在反拗期內(nèi)抑制脈沖發(fā)放3 脈沖發(fā)生器（受控于按需控制電路） 要求：頻率30120Hz、脈寬1.11.5ms可調(diào)、幅度可調(diào)、 易起振、穩(wěn)定、可靠, 7.2 固定型和R波抑制型心臟起搏器,7.2.3 QDX2型體外心臟起搏器的電路分析 R波按需抑制型（VVI） 1 各單元電路分析 感知放大器 按需功能控制電路 脈沖發(fā)生器 2 按需功能的實(shí)現(xiàn) 患者的自主心率低于起搏頻率時(shí)的情況 自主心率不齊 自主心率完全高于起搏頻率的情況,感知放大器 按需功能控制電路 脈沖發(fā)生器,R波輸入 微分作用放大正脈沖限制T波、P波,互補(bǔ)型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器形成反拗期VT6開(kāi)關(guān)控制脈沖發(fā)生,互補(bǔ)式張弛振蕩器鋸齒波電路