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1、治疗仪器,利用物理因子进行治病的仪器,物理因子,物理因子是指：热、光（辐射）、电、磁、机械能等物理量。治疗仪器将上述物理因子作用于人体，达到治疗疾病和缓解病痛的目的。 各种治疗仪器不仅用到了各种不同的物理能量，更重要的是，在计算机和现代控制技术把帮助下，治疗能量能得到精确、有控地释放，治疗效果更加有效，副作用更小。,治疗仪器的种类,呼吸机 麻醉机 除颤器（普通、自动、植入） 起搏器 电外科设备（包括普通电刀、氩气电刀、射频消融仪等） 输液泵 激光治疗设备 超声乳化白内障手术仪 体外冲击波碎石机 各种放射治疗装置（包括直线加速器、刀、X刀） 前列腺治疗仪 微波高温治疗仪,Introduction
2、 to Microelectronic Medical Implants 可植入医疗器械,Ruiping Wang Dept. of BME, Beijing Jiaotong Univ. Oct. 2006,可植入医疗器械,器材全部或部分要植入人体或人体的自然孔洞 器材本身要替换皮肤表面或眼睛表面 此类器材须借着外科手术植入人体并停留在人体中至少30天， 且在移离人体时，仅能藉医疗或外科手术为之,artificial joints （人造关节） vascular grafts （人工血管） artificial valves （人工瓣膜） ,Implantable medical devic
3、es are Class III medical devices.,Passive implantable medical devices,implantable defibrillator （电击除颤器） implantable pacemaker （起博器） deep brain stimulator （深部脑刺激器） cochlear prosthesis （人工耳蜗） ,Active implantable medical devices (AIMD)主动植入式医疗器械,There are generally two categories of implantable medical
4、devices.,动脉瓣,二尖瓣,三尖瓣,肺动脉瓣瓣,主动脉瓣,二尖瓣,三尖瓣,主动脉瓣,正在植入球形人造心脏瓣膜,Approaches to Heart Disease Therapy,手术治疗,药物治疗,器械治疗,房性心率失常,窦性心动过缓,完全传导阻滞,Arrhythmias: SA Block,P,QRS T,窦房结受阻,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
5、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，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
6、滞。,Implantable Pacemaker: World FIRST implantable medical device,The first implantable pacemaker was developed through collaboration by cardiac surgeon Dr. Ake Senning and Dr. Rune Elmqvist in Sweden. Wilson Greatbatch, in the late 1950s, invented the first fully implantable medical cardiac pacemake
7、r.,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
8、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。,Since the pacing systems were first implanted in the late 1950s, more than 2 million people have benefited from this remarkable invention.,Significant technical improvements have been made on pacemakers along the years, making them smaller,
9、 lighter and more powerful/effective.,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。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。,Types of Pacemaker,按起搏的心腔数量可分为三种 单腔起搏器：只提供一个心腔起搏。可
10、分为心房起搏器（AAI）,心室起搏器（VVI）。 双腔起搏器：可提供两个心腔起搏右心房和右心室（如DDD 或DDDR）。能够提供房室同步，使心脏射血量最大化，远期继发房颤，静脉血栓的机会少。适用于除慢性房颤以外的所有适应症，如病窦综合征、房室传导阻滞等。三腔起搏器：（双心室起搏）它是心脏再同步化治疗在心衰病人中的应用。标准的右房和右室电极用于起搏右心系统。一根特制的经静脉电极通过冠状静脉窦送入心脏静脉的远端以起搏左心系统。,按照起搏器安放位置分 心房起搏器 Atrial Pacemaker 心室起搏器 Ventricular Pacemaker 房室顺序起搏器 AV Sequential Pa
11、cemaker 按照起搏电极导线分 单极起搏器 双极起搏器 按照起搏频率的同步性来分 固律起搏器 同步起搏器(按需起搏器) 按照起搏脉冲的形式分 恒压起搏器 恒流起搏器,起搏异常 房室传导正常,房室传导异常 起搏正常,房室顺序按需型起搏器,起搏异常 房室传导阻滞,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,起博器
12、的结构,起搏脉冲发生器的电子电路由控制单元、感知单元和脉冲输出单元组成。,同步起搏器,Modem Pacemakers,Asynchronous cardiac pacemaker (VOO),脉冲发生器,非同步起搏器,起博器的电极,起搏导线兼有起搏刺激和感知的功能，要求有良好的电性能。 起搏导线与体液和组织紧密接触，导线材料要求耐生物老化，抗腐蚀，与血液、组织相容性好。,Electrodes,Unipolar electrode,Bipolar electrode,Electrodes,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
13、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。,感知单元,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，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。,Timin
14、g and Output Circuits,Asynchronous: runs at a fixed pacing rate, set by technician (70-90 BPM): these are no longer used since if a stimulus is applied during the T-wave of a normal beat, can get v. fibrillation. 固定型起博器 Synchronous: uses feedback from ECG and/or other sources to determine pacing rat
15、e (60-150 BPM). 同步型起博器output circuit: constant current pulses: 8-10mA, 1-1.2 ms duration constant voltage pulses: 5-5.5V, 500-600ms duration,Modem Pacemakers,Asynchronous cardiac pacemaker (VOO),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。,适用于各种类型的心室率缓慢的心律失常,房室传导功能正常的窦率过缓,同步型心
16、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。,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。,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。
17、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,Demand Synchronous Pacing 按需起搏器,after each stimulus, timing circuit resets, and waits a certain time interval, T (1 sec). if amplifier detects naturally occurring R-wave during this interval, timing circuit reset again. timing circuit keeps resetting with each naturally occurring beat as long as it occurs within T seconds of previous beat. if no naturally occurring beat occurs after T seconds, output circuit stimulates.,
