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1、人工心脏起搏器,artificial cardiac pacemaker,2018/9/21,2,历史,1819年,A1dini应用直流电刺激断头尸体停跳的心脏，结果出现跳动,1929年,澳大利亚医生Lidwell和物理学家Booth合作设计出一种起搏装置，当电流通过针刺心室电极时将一死婴救活，这是人工心脏起搏史上临床应用的首次成功。,美国胸外科医生Hyman研制成一种重达7.2公斤的心脏起搏装置，能使停跳的心脏复跳，并把这种装置称之谓人工心脏起搏器。,1932年,历史,1952年,美国哈佛大学医学院医生Zoll首先采用体外经皮式起搏器成功地抢救了2例完全性房室传导阻滞并阿斯综合征的濒死患者，
2、从而引起了医学界与工程技术界的重视。,l958年 10月l5日,在瑞典斯德哥尔摩，由Senning安装了世界上第一只埋藏式心脏起搏器，设计者是Elmgvist，它仅是由2只晶体管构成的固定频率刺激器。,1959年,Greatbatch和Chardack也相继将起搏器系统(VOO)全部埋入人体内并取得成功，此系统致力于恢复心室节律，以治疗病理及手术所致三度房室传导阻滞。,2018/9/21,4,历史,1962年Nathan和Centher报道埋藏式VAT起搏器应用于临床，这是最初型的生理起搏器。 1965年，Lemberg、Castellanos和Berkovit5将VAT的感知功能应用于心室起
3、搏，为心室抑制型按需起搏器(VVI)的开始。70年代程序控制器问世。 1972年11月世界上第一个用锂碘电池的起搏器植入人体获得成功。 l979年Sutton和Citron报道了VDD起搏器(心房同步心室按需起搏器)的埋藏起搏疗法。 80年代双腔起搏器及抗心动过速起搏器研制成功，这种房室顺序收缩双腔触发抑制型起搏器(DDD)是当代最先进的起搏器，它不仅能无创性程控调节，而且实现了房室均可被感知和双腔起搏。 90年代以后，性能更高的频率自适应起搏器、双心室/双心房同步三腔起搏器，以及具有除颤功能的起搏器。,2018/9/21,5,心脏起博器的功能,能替代或补充正常激发和控制心脏收缩的生理电子系统
4、。它通过周期性发放的电脉冲刺激心脏，引起心搏，并实现生物机能控制。,如果心脏原有的起搏点丧失其作用而使冲动形成受扰，或者心脏固有的传导系统不能正常工作(如窦性停止、窦房阻滞、窦性心动过缓或某心房、心室出现异使节律，以及心动过速等)，起搏器能帮助心脏恢复、接近正常功能。特别是对那些药物疗效不佳，甚至于治疗无效的心脏病患者，人工心脏起搏器在临床上获得了成功。,2018/9/21,6,原理和构成,人工心脏起搏器是一个以电池为动力的、体积小而能植入体内、可产生连续稳定的电脉冲的装置。人工心脏起搏发出的一定形式的微弱脉冲电流，能刺激心脏的起搏功能或诱导功能有障碍但尚有兴奋、收缩及心肌纤维间传动功能的心脏
5、起搏，即以代替正常的起搏点刺激心肌，使之有效地收缩。 人工心脏起搏系统由脉冲发生器、电极导线和程控器三部分组成,2018/9/21,7,单极方式采用单端放大器，电极直接与心肌接触，起搏器的外壳作为电路的接地。 双极方式采用的是差分放大器，由点状电极和环状电极采集差分信号作为放大器的输入，外壳同样是接地的。这样，单极方式的两个电极的距离较远（5-10cm），容易受到骨骼肌肌电的干扰，而双极方式的两个电极距离为2cm，采用差模输入，可能有助于消除干扰。 很多新型起搏器能够通过程控器选择使用单极还是双极方式。,2018/9/21,8,同步与非同步,按照临床上的不同需要，脉冲发生器电路的结构也不一样，
6、由此可将起博器分为非同步型和同步型两大类。 非同步型起搏器实质上是一个具有固定频率的间歇振荡器或多谐波振荡器。 同步型起搏器是根据心脏的自搏情况，自动控制刺激脉冲的输出。它与自搏基本同步，可避免与自主心律发生竞争，避开容易引起心室纤颤的易损区。,2018/9/21,9,同步起搏器,P波同步(感知心房搏动) R波同步(感知心室搏动)。 感知自身心搏的电信号后，起搏器的响应方式有两种类型:触发型和抑制型。,2018/9/21,10,同步型心脏起搏器根据其同步方式不同，又可分为 R波触发心室同步型 R波抑制心室同步型 P波延迟心房同步型等 其中R波抑制心室同步型使用较为广泛。,2018/9/21,1
7、1,同步触发型,触发型是指起搏器感知自身心博的电信号后，立即发放一个刺激脉冲，但此脉冲恰好与自身的搏动同时发生，即心脏处于绝对不应期，所以不能应激，使这一脉冲成为无效刺激。在这次脉冲的规定时间内，如无自身心搏发生，则起搏器发放脉冲，刺激心脏起搏，故此型又称为触发型。,2018/9/21,12,同步抑制型,抑制型是指当有自身心搏出现时，起搏器对其感知并取消下一个预定脉冲的发放，而且，从自身心搏开始，重新安排起搏脉冲的发放周期。在自身心搏之后的规定时间内，如无自身心搏发生，则起搏器发放脉冲。也就是说，当病人自身心率超过起搏器频率时，起搏器即被抑制，不发放脉冲。当自身心率低至一定数值时，起搏器方才发
8、放脉冲、使心脏起搏。 此型又称为按需型。这样既可避免发生竞争心律，又可节省起搏器的能源,2018/9/21,13,输出单元,产生向心肌发出电压脉冲的电路。 适当强度的电脉冲可以刺激心肌产生可发布的动作电位，并最终心肌收缩和心脏搏动。能产生这样的电位波形的最小电能量称为刺激阈。 电能量的大小取决于脉冲幅度和脉冲持续时间 输出单元通过对电容充电储存电能，当控制电路决定发放脉冲时电容放电。现代起搏器使用2.8V电池，通过对电容并联充电，串联放电可以使输出脉冲的电压幅度高于电池电位。,2018/9/21,14,起搏器电池的要求,体积小 容量大 缓慢释放能量 密封性能好 性能可靠,2018/9/21,1
9、5,锂碘电池,优点：高能量密度、高内阻、自身放电率低，不会内部短路、不产生气体和漏液，能被密封以保护起搏器电路元件。连续使用寿命10年以上。 锂是阳极，碘是阴极。当释放电能时，电池的内部阻抗缓慢升高，其值可通过遥测获得。电池阻抗升高能引起电池电压近似线性下降，表现为起搏频率的逐渐下降，因而起搏频率可反映电池状态。 新电池输出电压是3.5伏（V），当电池电压下降到2.2-2.4V时就需要更换。,2018/9/21,16,人工心脏起搏器的输出参数,频率 脉宽 脉幅 电流 阻抗 感知灵敏度 反拗期,2018/9/21,17,人工心脏起搏器的标识码,2018/9/21,18,心室非同步起搏（VOO）,
10、固定频率起搏，产生与自身节律无关的刺激。VOO模式被称为“固定频率”的或者非同步的起搏，只有当竞争性刺激落在自身心搏后的心室绝对不应期之外时，才能夺获心室。VOO模式现在已经不用了，仅在起搏器上放置磁铁进行起搏器测试时用。,2018/9/21,19,心室抑制型起搏（VVI）,按需型起搏，它可感知心腔内的心室去极或腔内电图，后者时通过测量两个起搏导线（阳极和阴极）之间的电势差（电压）记录到的电活动。VVI 起搏器有一个内部时钟或下限频率定时周期，它由一个起搏心室事件（VP）或感知心室事件（VS）开始，定时周期的起始部分由心室不应期构成，期间起搏器不能感知任何信号。更明确地讲，在心室不应期内地任何
11、信号都不能启动一个新的下限频率间期。,2018/9/21,20,心室触发型起搏（VVT）,在感知自身心室激动后立即释放心室刺激。VVT方式即确保起搏器发放刺激而不是抑制。现在，触发模式很少用来作为首要的起搏模式。,2018/9/21,21,心房抑制型起搏器(AAI),与VVI方式一样，所不同的是起搏及感知都在心房内。由于心房电图小于心室电图，所以AAI起搏器需要更高的感知灵敏度（sensitivity）。,2018/9/21,22,DDD 模式,(双腔起搏，双腔感知，双腔触发抑制型起博器)：又称为房室顺序收缩双腔触发抑制型起搏器即全自动起搏器。DDD起搏器能模拟人类窦房结和房室结的生理功能，按
12、顺序起搏心房和心室，又能感知心房和心室 自身的电活动。感知之后的反应方式有触发型和抑制型两种，根据电生理情况而自动选择。,2018/9/21,23,DDD起搏器的多种功能,它能根据心脏的电生理情况而自动选择和更换发放脉冲的方式。如病人有自身的心房和心室搏动，则起搏器全部被抑制，停止起搏脉冲的发放。如无自身的心房搏动，或心房率过缓，起搏器便发放脉冲起搏心房。起搏心房的脉冲发出之后，经过一段预定的A-V延迟性间期(约0.120.20s)。如心室无自身搏动出现。则起搏器发出脉冲，激动心室：如心室有自身搏动出现，则心室的电极感知之后，起博器不再发出刺激心室的脉冲。如病人有心房的自身搏动，DDD起搏器感
13、知之后可以有两种反应方式：以抑制型的方式工作，抑制刺激心房的电脉冲的发放，从而避免发生房性节律的竞争。心房的自身激动发生之后，如在规定的A-V延迟时间内无自身的心室激动发生，则起搏器以触发型的方式工作，被触发而释放刺激心室的电脉冲，使心室起搏。,2018/9/21,24,VDD 模式,除心房输出被关闭外，VDD模式的功能与DDD模式一样，保存了DDD模式的所有基本参数，只是少了心房输出，因而当缺乏心房激动时，VDD模式持续以VVI模式有效起搏，而这是VDD模式的主要缺陷，因为窦性心动过缓患者中，只以VVI模式起搏，患者可能耐受不良，还有可能会导致起搏器综合症。,2018/9/21,25,频率适
14、应性起搏器,任何一个起搏器的频率适应性系统有两个部分所组成。其一是传感器，用来直接或间接检测或感知与代谢需要相关的物理或生理变化。另一个部分则是用来将检测到的上述变化换算成合适的起搏频率的计算方法或算式，这种算式决定起搏器频率适应的特点 常用传感器：体动传感器 、每分钟通气量传感器 、Q-T 间期传感器,2018/9/21,26,心脏起搏方式,VVI -单腔心室起搏,2018/9/21,27,心脏起搏方式,适应症：伴有间歇性房室传导阻滞的慢性房颤优点：系统简单，单腔单极起搏，为大多数医务人员所熟悉缺点：起搏器综合征、房颤、充血性心力衰竭发生率高，死亡率高，无频率应答功能,VVI -单腔心室起搏
15、,2018/9/21,28,心脏起搏方式,AAI-单腔心房起搏,2018/9/21,29,心脏起搏方式,适应症：窦房结功能障碍但不伴有房室和室内传导阻滞，变频功能正常优点：系统简单，单腔单极起搏，保持房室同步和房室活动的正常顺序缺点：无频率适应功能，如病人在将来发生房室传导阻滞，不能提供必要的保护,AAI-单腔心房起搏,2018/9/21,30,心脏起搏方式,VVIR-频率适应型单腔心室起搏,2018/9/21,31,心脏起搏方式,适应症：伴有高度房室传导阻滞的房颤，可引起变频功能不全优点：系统简单，单腔单极起搏，运动时有频率适应功能缺点：起搏器综合征、房颤、充血性心力衰竭发生率高，死亡率高,
16、VVIR-频率适应型单腔心室起搏,2018/9/21,32,心脏起搏方式,AAIR-频率适应型单腔心房起搏,2018/9/21,33,心脏起搏方式,适应症：窦房结功能障碍，不伴有房室和室内传导阻滞，但变频功能不全。优点：系统简单，单腔单极起搏，保持房室同步和房室活动的正常顺序，矫正变频功能不全。缺点：静息时无房室传导阻滞，如传感器参数与自身状态不协调，则频率增加可能导致房室阻滞。,AAIR-频率适应型单腔心房起搏,2018/9/21,34,心脏起搏方式,DDI-双腔起搏、感知 无心房跟踪功能,2018/9/21,35,心脏起搏方式,适应症：窦房结功能障碍，具有潜在的房室传导阻滞，心动过缓-过速综合征。优点：保持房室同步，间歇性房室传导阻滞时为病人提供保护，不跟踪病理性室上速，不与心房自身活动产生竞争。缺点：无频率适应功能，房室传导阻滞时不能跟踪窦房活动。,DDI-双腔起搏、感知 无心房跟踪功能,2018/9/21,36,心脏起搏方式,DDD-双腔起搏、感知由心房跟踪实现频率适应,2018/9/21,37,心脏起搏方式,
