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1、人工心脏起搏器,功能、适应性、结构原理、组成、现状发展,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。,永久性与临时性心脏起搏器,埋藏于体内的起搏器为埋藏式起搏器, 作为永久性心脏起搏, 用于慢性或间歇发作的严重缓慢性心律失
2、常如心脏传导阻滞、病态窦房结综合征等; 放在体外的起搏器为体外起搏器,用于临时性起搏, 如永久性起搏器植入的过渡或心脏骤停的抢救等等。,什么是心脏起搏器？,形象地说，心脏起搏器就是一个发电机再加上电线。这个发电机叫做脉冲发生器，电线就是起搏器的导线和导线顶端的电极。脉冲发生器呈扁圆形，体积非常小，大约有40506毫米，重量约30克。它实际上是一个微型计算机，由高性能电池提供能量。 起搏器通常埋植在上胸部的皮下，它的导线通过静脉到达心脏，导线顶端的电极固定在心脏的内侧面心肌上。 起搏器工作时，脉冲发生器发出的电脉冲，经导线、电极传到心肌，心肌感受到电脉冲刺激产生收缩。同时，起搏器电极也将心脏的活
3、动收集起来存入脉冲发生器内的芯片内，以便进行分析。,心脏起搏器的工作原理：监测心电、电激心脏,临床上广泛应用的人工心脏起搏（artificial cardiac pacing) ：就是用低能量电脉冲暂时或长期地刺激心脏，使之发生激动，以治疗严重心动过缓，心脏起搏也可用以终止或控制室上性和室性快速心律失常,称为抗心动过速起搏。,绝大多数起搏器具有四个功能,刺激心脏使它除极 感知心脏自身电活动 对增加的新陈代谢需求作出反应， 提供频率适应性起搏 提供由起搏器存储起来的心电诊断信息,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
4、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，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,G
5、reatbatch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。,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
6、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。,简单,复杂,寿命短,长,大、重,小、轻,低阈值电极,粗,细,阈值高,低,心脏起搏器植入,人工心脏起搏器的组成,脉冲发生器 电极及其导线 程控器,起博器的结构,起博器的结构,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。,脉冲发生器Pacemaker Generators,起博器的电极,起搏电极按安放方式位置的不
7、同，可分为单电极、双电极、心内膜电极、心外膜电极、心肌电极和心房电极。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。,电极及其导线Pacemaker Leads,Pacemaker leads are the conduits from the generator to the myocardium. Most leads are implanted transvenously,电极导线的要求,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。 早期的电极都是合金制成的结构紧密的螺圈状, 呈圆柱实
8、心状。新型电极为铂铱、Elgiloy合金和活化碳材料制成的多孔表面电极。铂铱合金与Elgiloy合金具有长期的稳定性与耐用性, 已成功临床应用20余年, 且仍在临床应用, 其优点为电极表面积小, 极化反应低, 较低的起搏电压和电流阈值。 电极导管的绝缘层也有较大的发展。最早的绝缘外层是聚乙烯, 有较好的可用性和使用寿命, 但长时间与三尖瓣磨擦会造成绝缘层破损, 现已废弃不用。后来应用硅胶材料制作电极导管, 这种材料能长时间耐受软组织磨损, 但少数硅胶电极导管可引起局部静脉钙化, 并可累及导管自身。第三种材料是聚氨酯, 自上世纪70年代末用于起搏导管以来已被普遍采用。其优点是柔软而耐磨, 韧性好
9、且抗拉力强。该材料制作导管直径细而且光滑, 磨擦系数小, 两条导管间不相互粘附, 具有很好的滑动性, 易于与心内膜接触, 阈值低且稳定。,程控器 Pacemaker Programmer,The programming computer allows telemetric 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 fu
10、nctions, including assessing battery status, modifying pacemaker settings, and providing access to diagnostic information the pacemaker has stored (e.g., heart rate trends and tachyarrhythmia documentation,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。
11、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。,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。,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,锂碘电池,优点：高能量密度、
12、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。,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,人工心脏起搏器的标识码,心室非同步起搏（VOO）,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
13、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。,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信号都不能启动一个新的下限频率间期。,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
14、是抑制。现在，触发模式很少用来作为首要的起搏模式。,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）。,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。,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
15、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
16、搏。,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。,心脏起搏器安装 ?,1.出血与感染 2.电极脱位 3. 起搏器综合征： 表现为起搏器功能正常，但患者出现心悸、头晕、头胀、易疲劳、活动耐力下降、血管搏动等不适。 4.下肢静脉血栓 5.其他并发症,心脏起搏器植入术并发症,人工心脏起搏器的要求,1 .使用寿命长 2 . 高可靠性 3 .按需型功能控制
17、 4 .生理型及生物相容性 5 .多功能程控,起搏器植入适应症,心脏传导阻滞 完全性房室传导阻滞，第二度II型房室传导阻滞，双侧分支、和三分支传导阻滞，伴有心动过缓引起的症状尤其有阿-斯综合症发作和心力衰竭者。 病态窦房结综合征 心率极慢引起心力衰竭、意识模糊、或心绞疼等症状，或有心动过速-心动过缓综合征者。 反复发生的颈动脉窦性昏厥和心室停顿。 异位快速心律失常药物治疗无效者，用抗心动过速起搏器（治疗室性异位心律失常时宜慎重，因有引起心室颤动的可能）或自动复律除颤器。 外科手术前后的“保护性”应用（主要预防发生心率过缓） 心脏病的诊断 包括心电图负荷试验，窦房结恢复时间、窦房和房室传导功能测定，预激综合征的鉴别诊断，以及协助进行电生理检查。,
