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1、起搏的基本概念起搏的基本概念Pacing Concepts国家心血管病中心国家心血管病中心阜外医院阜外医院 心律失常中心心律失常中心 刘志敏刘志敏电学概念电学概念z电压电压 (voltage - V)z电流电流 (current - I)z阻抗阻抗 (resistance - R)每种电路都每种电路都具有下列特征：具有下列特征：VRIe-电压和电流电压和电流 龙头（电压）变大龙头（电压）变大 （高流量）（高流量）龙头（电压）变小龙头（电压）变小 （低流量）（低流量）全开半开电阻和电流电阻和电流正常电阻正常电阻低的电阻低的电阻高的电阻高的电阻低电流低电流高电流高电流欧姆定律欧姆定律 (Ohms
2、Law) 是起搏的基本是起搏的基本原理，它：原理，它：V = I X RI I 和和和和R R 成反比例成反比例成反比例成反比例- - 如果如果如果如果V V不变，不变，不变，不变， R R 增大，增大，增大，增大， 电流电流电流电流 减少。减少。减少。减少。- - 如果如果如果如果V V不变，想电流不变，想电流不变，想电流不变，想电流增加，增加，增加，增加，R R要减少，。要减少，。要减少，。要减少，。z描述了电压、电流和电阻三者之间的关系描述了电压、电流和电阻三者之间的关系VIRx起搏系统起搏系统可植入脉冲发生器可植入脉冲发生器 (IPG)Implantable pulse generat
3、or电极线电极线 Lead wire可植入的起搏器系统可植入的起搏器系统 包含下面几个组成部分：包含下面几个组成部分：z脉冲发生器：电源或电脉冲发生器：电源或电池池z电极或电线电极或电线z阴极（负电极阴极（负电极 cathode）z人体组织人体组织z阳极（正电极阳极（正电极 anode）脉冲发生器脉冲发生器电极电极导线导线阳极阳极阴极阴极起搏器各组成部分与人体起搏器各组成部分与人体组织结合形成一个完整的电路组织结合形成一个完整的电路z装有电池，为给心脏装有电池，为给心脏发送电脉冲提供能源发送电脉冲提供能源z装有控制起搏器工作装有控制起搏器工作的电路的电路电路电路电池电池脉冲发生器：脉冲发生器：
4、z将电脉冲从脉冲发生将电脉冲从脉冲发生器传到心脏器传到心脏z感知心脏除极感知心脏除极电极电极导线是绝缘的电线，它们：导线是绝缘的电线，它们：z心内导线或经静脉导线心内导线或经静脉导线 (transvenous leads)z心肌导线心肌导线/心外膜导线心外膜导线 (epicardial leads)导线的类型导线的类型经静脉导线有经静脉导线有不同的固定装置不同的固定装置z被动固定被动固定 passive fixation叉齿叉齿 (tines)卡在心卡在心脏的肌小梁间（纤脏的肌小梁间（纤维网维网 trabeculae）经静脉导线经静脉导线z主动固定主动固定 active fixation螺旋（
5、或螺丝钉螺旋（或螺丝钉 screw-in）延伸到心）延伸到心内膜组织内膜组织可使导线放置于心可使导线放置于心腔内的任何位置腔内的任何位置心肌导线和心外膜导线心肌导线和心外膜导线z导线可直接用于心脏导线可直接用于心脏固定装置包括：固定装置包括：y刺入心外膜方式刺入心外膜方式 (“stab-in” or fish hook)y拧入心肌方式拧入心肌方式 (screw-in)y缝合方式缝合方式 (sutured)阴极阴极(cathode)z与心脏组织接触的电与心脏组织接触的电极极z当电流流过时带负电当电流流过时带负电荷荷阴极阴极阳极阳极阳极阳极 anodez心脏组织除极后接收心脏组织除极后接收电脉冲的
6、电极电脉冲的电极z当电流流过时带正电当电流流过时带正电荷荷阳极阳极传导路径传导路径z人体组织和体液都是人体组织和体液都是阳极和阴极之间传导阳极和阴极之间传导路径的组成部分路径的组成部分组织组织阴极阴极阳极阳极VIPGR-电极，导线导线和组织阻抗阻抗Lead 导线导线体液体液 (回路回路)z开始于脉冲发生器开始于脉冲发生器z通过导线和阴极通过导线和阴极 (-) 流动流动z刺激心脏刺激心脏z返回到阳极返回到阳极 (+)起搏时，脉冲：起搏时，脉冲：脉冲开始脉冲开始*z从顶端电极（阴极）流从顶端电极（阴极）流动动z刺激心脏刺激心脏z通过体液和组织返回到通过体液和组织返回到脉冲发生器（阳极）脉冲发生器（
7、阳极）单极起搏系统单极起搏系统单极起搏系统单极起搏系统Unipolar Lead SystemUnipolar Lead System阴极阴极阳极阳极-+单极起搏系统有一根只有一个电极的导线位于心脏内，在这个系统单极起搏系统有一根只有一个电极的导线位于心脏内，在这个系统单极起搏系统有一根只有一个电极的导线位于心脏内，在这个系统单极起搏系统有一根只有一个电极的导线位于心脏内，在这个系统中，脉冲：中，脉冲：中，脉冲：中，脉冲：阳极阳极z通过导线末端的顶通过导线末端的顶端电极流动端电极流动z刺激心脏刺激心脏z返回导线顶端近侧返回导线顶端近侧的环形电极的环形电极双极起搏系统双极起搏系统双极起搏系统双极
8、起搏系统(bipolar system) (bipolar system) 有一根有两个电极的导线有一根有两个电极的导线有一根有两个电极的导线有一根有两个电极的导线位于心脏内，在这个系统中，脉冲：位于心脏内，在这个系统中，脉冲：位于心脏内，在这个系统中，脉冲：位于心脏内，在这个系统中，脉冲：阴极阴极导线阻抗值随下面的因素而变化：导线阻抗值随下面的因素而变化：z绝缘破裂绝缘破裂 insulation breakdown = resistance decreasesz电线断裂电线断裂 broken lead = no conduction导线金属丝周围的绝缘导线金属丝周围的绝缘破裂会引起阻抗值下降
9、破裂会引起阻抗值下降z绝缘破裂会使电线暴露于体液绝缘破裂会使电线暴露于体液中，而体液的电阻低，会引中，而体液的电阻低，会引起阻抗值下降起阻抗值下降z电流会通过绝缘破裂口流向体电流会通过绝缘破裂口流向体内这样将使电池耗竭内这样将使电池耗竭z绝缘破裂会引起阻抗值降到绝缘破裂会引起阻抗值降到 300 W W 以下以下绝缘破裂绝缘破裂降低电阻降低电阻低的电阻低的电阻金属丝在绝缘护套内断裂金属丝在绝缘护套内断裂金属丝在绝缘护套内断裂金属丝在绝缘护套内断裂会引起阻抗值上升会引起阻抗值上升会引起阻抗值上升会引起阻抗值上升z跨越金属丝断裂所形跨越金属丝断裂所形成的阻抗值会增加成的阻抗值会增加z电流可能会太小而
10、不电流可能会太小而不起搏起搏z电流通不过而不起搏电流通不过而不起搏z阻抗值可能超过阻抗值可能超过 3,000 W W导线金属丝断裂导线金属丝断裂电阻增加电阻增加阻抗变化影响起搏器的阻抗变化影响起搏器的功能和电池的寿命功能和电池的寿命z高阻抗减少电池的电力消耗并延长电池的寿命，高阻抗减少电池的电力消耗并延长电池的寿命， 但可能影响起博功能，甚至无夺获但可能影响起博功能，甚至无夺获z低阻抗增加电池的电力消耗并缩短电池的寿命低阻抗增加电池的电力消耗并缩短电池的寿命z起博系统阻抗值在起博系统阻抗值在 300 至至 1,000 W W 之间之间高阻抗导线的阻抗值大于高阻抗导线的阻抗值大于 1,000 欧
11、姆欧姆单极导线和双极导线单极导线和双极导线单极导线单极导线 unipolar leadz单极导线比双极导线单极导线比双极导线的直径小的直径小 (measured in French)z单极导线在心电图上单极导线在心电图上的脉冲信号较大的脉冲信号较大Five wires per bundle for redundancy双极导线双极导线z双极导线不易过度感双极导线不易过度感知非心脏信号（肌电知非心脏信号（肌电位和电磁干扰）位和电磁干扰）z起搏器的某些特殊功起搏器的某些特殊功能起作用的需要能起作用的需要(DAO, 抗房颤功能抗房颤功能)同轴导线设计同轴导线设计单极与双极单极与双极单极电极双极电极起
12、搏器简史起搏器简史单腔和双腔单腔和双腔起搏系统起搏系统单腔系统单腔系统 Single Chamber z起搏导线植入心房起搏导线植入心房或或心室，根据需要起搏心室，根据需要起搏或感知的心腔而定或感知的心腔而定识别起搏节律识别起搏节律AAI / 60识别起搏节律识别起搏节律 VVI / 60缺点缺点缺点缺点优点优点优点优点单腔起搏系统的优点和缺点单腔起搏系统的优点和缺点z植入一根导线植入一根导线z单心室单心室 (ventricle) 导线导线不提供房室不提供房室 (atrium)同同步步z如果房室传导功能有障如果房室传导功能有障碍，单心房导线不提供碍，单心房导线不提供心室支持心室支持z在心房和心
13、室都植在心房和心室都植入导线入导线双腔系统有两根导线：双腔系统有两根导线：识别起搏节律识别起搏节律DDD / 60 / 120识别起搏节律识别起搏节律DDD / 60 / 120识别起搏节律识别起搏节律DDD / 60 / 120识别起搏节律识别起搏节律DDD / 60 / 120z刺激心脏使它除极刺激心脏使它除极(depolarize)z感知心脏自身活动感知心脏自身活动 (intrinsic activities)z对增加的新陈代谢需求作出反应，提供频率适对增加的新陈代谢需求作出反应，提供频率适应性起搏应性起搏(rate responsive)z提供由起搏器存储起来的诊断信息提供由起搏器存储
14、起来的诊断信息绝大多数起搏器具有四个功能：绝大多数起搏器具有四个功能：刺激刺激 Stimulation刺激阈值刺激阈值 (stimulation threshold)z在心脏不应期在心脏不应期(refractory period)之外连续夺获之外连续夺获 (captured)心心脏所需的最小的电刺激脏所需的最小的电刺激VVI / 60夺获夺获无夺获无夺获脉冲脉冲:z振幅振幅 Amplitude z脉宽脉宽 Pulse Width两个用来保证夺获的设置：两个用来保证夺获的设置：振幅是由起搏器振幅是由起搏器发送到心脏的电压总量发送到心脏的电压总量z振幅反映脉冲的强度或高度振幅反映脉冲的强度或高度
15、：脉冲的振幅必须足够大使心肌除极（即：夺脉冲的振幅必须足够大使心肌除极（即：夺获心脏）获心脏）脉冲的振幅必须足够大以提供适当的起搏安脉冲的振幅必须足够大以提供适当的起搏安全范围全范围脉宽脉宽 (pulse width) 是起搏脉冲是起搏脉冲的时间（持续时间）的时间（持续时间）z脉宽以毫秒脉宽以毫秒 (ms) 为单位为单位z脉宽必须足够长使除极扩播到周围的组织脉宽必须足够长使除极扩播到周围的组织5 V0.5 ms0.25 ms1.0 ms强度强度 - 时间曲线图时间曲线图 (strength duration curve)z强度强度 - 时间曲线图画出了时间曲线图画出了振幅和脉宽的关系振幅和脉宽
16、的关系曲线或曲线以上的值曲线或曲线以上的值将导致夺获将导致夺获时间时间脉宽脉宽 (ms).501.01.52.0.25刺激阈值（伏）刺激阈值（伏）0.51.01.5夺获夺获强度强度 - 时间曲线图的临床用途时间曲线图的临床用途z必须留出适当的安全必须留出适当的安全范围，因为：范围，因为：起搏系统有急性起搏系统有急性期和慢性期期和慢性期阈值的每日波动阈值的每日波动夺获夺获0.51.01.5时间时间脉宽脉宽 (ms).501.01.52.0.25刺激阈值（伏）刺激阈值（伏）病人安全是首要的，第二个病人安全是首要的，第二个病人安全是首要的，第二个病人安全是首要的，第二个重要目标是延长电池的寿命重要目
17、标是延长电池的寿命重要目标是延长电池的寿命重要目标是延长电池的寿命z延长电池使用寿命的最佳方法是在保证适当安延长电池使用寿命的最佳方法是在保证适当安全范围的同时降低电压全范围的同时降低电压最佳化电池寿命最佳化电池寿命z起搏所耗能量：起搏所耗能量： E = PW x VE = PW x V2 2 / R/ RPW = PW = 脉宽脉宽脉宽脉宽V = V = 输出电压输出电压输出电压输出电压R = R = 阻抗阻抗阻抗阻抗z因为因为 V对对所耗能量影响最大，所耗能量影响最大， 要避免高电压要避免高电压- -短脉宽，短脉宽，而尽可能程控输出电压至而尽可能程控输出电压至 2.5 Vz常规使用二倍电压
18、常规使用二倍电压阈值阈值作安全范围作安全范围z导线阻抗导线阻抗 (lead resistance)z振幅和脉宽设置振幅和脉宽设置 (amplitude and pulse width)z起搏事件与自身事件的百分比起搏事件与自身事件的百分比 (pacing and intrinsic events ratio)z频率适应模式设为频率适应模式设为 ON (shorten life)z起搏器诊断功能所需电量消耗起搏器诊断功能所需电量消耗影响电池使用寿命的因素包括：影响电池使用寿命的因素包括：感知感知 Sensing感知感知 (sensing)z感知是起搏器感知是起搏器“看见了看见了” 心脏自身的除极
19、活动心脏自身的除极活动起搏器通过测量阳极和阴极之间的心肌细胞起搏器通过测量阳极和阴极之间的心肌细胞的电位变化来感知心脏除极活动的电位变化来感知心脏除极活动感知不良感知不良 (under sensing or low sensitivity).(under sensing or low sensitivity). z起搏器不能起搏器不能“看见看见”自身搏动，因而不能正确自身搏动，因而不能正确反应反应未感知出未感知出自身搏动自身搏动预定的起搏发出预定的起搏发出VVI / 60过感知过感知(over-sensing or too sensitive)(over-sensing or too sens
20、itive)z探测到探测到 P 波或波或 R 波以外的电信号波以外的电信号标记道显示标记道显示 自身活动自身活动 虽然没有虽然没有自身活动存在自身活动存在 IIIIII灵敏度灵敏度灵敏度灵敏度 - - 数值越大数值越大数值越大数值越大 ( =( =灵敏度过低灵敏度过低灵敏度过低灵敏度过低) )，起搏器对心脏内事件的感知越不灵敏起搏器对心脏内事件的感知越不灵敏起搏器对心脏内事件的感知越不灵敏起搏器对心脏内事件的感知越不灵敏IIIToo sensitiveNot sensitive enough灵敏度灵敏度振幅振幅 (mV)时间时间5.02.51.25灵敏度过低灵敏度过低 (low sensiti
21、vity)振幅振幅 (mV)时间时间5.02.51.25灵敏度过高灵敏度过高 (sensitivity too high)振幅振幅 (mV)时间时间5.02.51.25III精确的感知要求将误感知的信号过滤掉精确的感知要求将误感知的信号过滤掉z感知放大器感知放大器(amplifier) 使用滤波器使用滤波器 (filter)，能，能够正确地感知够正确地感知 P 波和波和 R 波并拒绝不正确的信号波并拒绝不正确的信号z通常感知的不需要的信号绝大多数是：通常感知的不需要的信号绝大多数是：T 波波远场事件（由心房通道感知的远场事件（由心房通道感知的 R 波）波）骨骼肌电位（例如，胸肌电位）骨骼肌电位
22、（例如，胸肌电位）精确的感知取决于精确的感知取决于 .z心肌的电生理学属性心肌的电生理学属性z电极的特征及其在心脏内的位置电极的特征及其在心脏内的位置z起搏器的感知放大器起搏器的感知放大器可影响感知的因素有：可影响感知的因素有：z导线的极性（单极或双极）导线的极性（单极或双极）z导线的完整性导线的完整性绝缘破裂绝缘破裂金属丝断裂金属丝断裂z电磁干扰电磁干扰单极感知单极感知z能产生大的电位差，能产生大的电位差，因为：因为： 阴极和阳极之间的阴极和阳极之间的距离比双极系统的距离比双极系统的大大_双极感知双极感知z产生较小的电位差因为极产生较小的电位差因为极间的距离短间的距离短心脏以外的电信号如肌心
23、脏以外的电信号如肌电位被感知的可能性很电位被感知的可能性很小小金属丝断裂金属丝断裂金属丝断裂金属丝断裂, ,绝缘破裂可引起感知不良或过感知绝缘破裂可引起感知不良或过感知绝缘破裂可引起感知不良或过感知绝缘破裂可引起感知不良或过感知z当内外导体连续接触时会发生感知不良当内外导体连续接触时会发生感知不良自身搏动的信号在感知放大器处被减弱并且自身搏动的信号在感知放大器处被减弱并且振幅不再符合设定的感知值振幅不再符合设定的感知值z当内外导体间歇接触时会发生过感知当内外导体间歇接触时会发生过感知信号被误认为信号被误认为 P 波或波或 R 波波电磁干扰电磁干扰 Electromagnetic Interfe
24、rence (EMI)Electromagnetic Interference (EMI)电磁干扰电磁干扰 (EMI)z干扰可能由体外干扰源的电磁能量引起干扰可能由体外干扰源的电磁能量引起z影响起搏器的电磁场是射频波影响起搏器的电磁场是射频波50-60 Hz 是与起搏器干扰关系最密切的波是与起搏器干扰关系最密切的波z家里或办公室很少有电磁干扰但医院有家里或办公室很少有电磁干扰但医院有电磁干扰会产生下面的问题：电磁干扰会产生下面的问题：z过感知过感知 (over sensing)z短暂的模式变化（噪音反转短暂的模式变化（噪音反转 Noise reversion） z重置（电源重置或重置（电源重置
25、或 Power Off Reset POR）当电磁干扰信号被误认为当电磁干扰信号被误认为当电磁干扰信号被误认为当电磁干扰信号被误认为 P P 波或波或波或波或 R R 波时会发生过感知波时会发生过感知波时会发生过感知波时会发生过感知z起搏频率会由于电磁干扰而改变：起搏频率会由于电磁干扰而改变：如果在双腔系统中被感知为如果在双腔系统中被感知为 P 波时频率将加波时频率将加快（对快（对 P 波跟随）波跟随）如果在单腔系统感知或被双腔系统心室导线如果在单腔系统感知或被双腔系统心室导线感知，频率就降低或受到感知，频率就降低或受到抑制抑制电磁干扰电磁干扰起搏器感知的起搏器感知的“噪音噪音”本应起搏本应起
26、搏噪音反转噪音反转VPVPSRSRSRSR感知的噪音低限频率间期VVI/60z连续在噪音取样期感知将引起以低限频率或传感器驱连续在噪音取样期感知将引起以低限频率或传感器驱动的频率起搏动的频率起搏 电磁干扰会导致电磁干扰会导致起搏参数的意外重新设定起搏参数的意外重新设定z起搏器将返回到电源重置（起搏器将返回到电源重置（POR或或“支持支持”模式）模式） 电源重置会表现为模式和频率改变，与择期更换电源重置会表现为模式和频率改变，与择期更换指征指征(ERI elective replacement indicator) 的现的现象一样象一样在某些情况下，重新设定的参数可能是永久的在某些情况下，重新设
27、定的参数可能是永久的新的技术也会造成新的、不希望的电磁干扰源：新的技术也会造成新的、不希望的电磁干扰源：z 蜂窝电话（数字）蜂窝电话（数字） Digital Cellular Phones电磁干扰源在电磁干扰源在医院的环境中最常见医院的环境中最常见z干扰起搏器工作的电磁干扰源包括外科手术干扰起搏器工作的电磁干扰源包括外科手术/治疗设备如：治疗设备如：电烙术电烙术 electrocautery 经胸除颤经胸除颤 external defibrillator体外冲击波碎石体外冲击波碎石extra corporeal lithotripsy放射性治疗放射性治疗 radiation therapy射频
28、治疗射频治疗 经皮电针刺激神经仪经皮电针刺激神经仪 核磁共振核磁共振 MRI电磁干扰源的地方：电磁干扰源的地方：z有高压电输出的工业场所有高压电输出的工业场所z有高电能暴露的或有大功率雷达或无线电发射的运输系统有高电能暴露的或有大功率雷达或无线电发射的运输系统发动机或地铁的制动系统发动机或地铁的制动系统机场雷达机场雷达飞机发动机飞机发动机z电视和无线电发射站点电视和无线电发射站点电烙术是最常见的电烙术是最常见的起搏器医院电磁干扰源起搏器医院电磁干扰源z后果后果过感知抑制过感知抑制感知不良（噪音反转）感知不良（噪音反转）电源重置电源重置永久失去起搏器输出（如永久失去起搏器输出（如果电池电压低的话
29、）果电池电压低的话）z预防措施预防措施将模式重设为将模式重设为 VOO/DOO， 或将磁铁放到起搏器上或将磁铁放到起搏器上 策略地放置接地板策略地放置接地板将电烙脉冲限制在每隔将电烙脉冲限制在每隔 10 秒有秒有 1 秒的脉冲秒的脉冲使用双极电烙镊子使用双极电烙镊子经胸除颤经胸除颤z后果后果不适当地重新设置脉冲不适当地重新设置脉冲发生器发生器 (POR)损坏起搏器电路损坏起搏器电路z预防措施预防措施将除颤电极板放于心尖将除颤电极板放于心尖和后背部（前后位）并和后背部（前后位）并尽可能远离起搏器和导尽可能远离起搏器和导线线核磁共振核磁共振 (MRI) 一般不一般不适用于带起搏器的病人适用于带起搏
30、器的病人z后果后果极高的起搏频率极高的起搏频率转变为到非同步起搏转变为到非同步起搏z预防措施预防措施将起搏器的输出调低将起搏器的输出调低至形成持久的无夺获、至形成持久的无夺获、ODO 或或 OVO 模式模式碎石冲击波也能影响起搏器系统碎石冲击波也能影响起搏器系统z双腔模式的后果：双腔模式的后果：心室起搏被抑制心室起搏被抑制z对频率适应性起搏器的对频率适应性起搏器的后果后果高起搏频率高起搏频率压电晶体损坏压电晶体损坏z预防措施预防措施:将起搏器程控设为将起搏器程控设为 DOO或或 VOO 模式模式碎石器焦点离起搏器的碎石器焦点离起搏器的距离应大于距离应大于 6 英寸英寸在整个过程中仔细监视在整个
31、过程中仔细监视心脏的活动心脏的活动射线能量会造成永久的损坏射线能量会造成永久的损坏z某些类型的射线可能对半导体电路造成损坏某些类型的射线可能对半导体电路造成损坏用于乳腺癌或肺癌治疗的电离射线用于乳腺癌或肺癌治疗的电离射线z损坏是永久性的并要求更换起搏器损坏是永久性的并要求更换起搏器治疗射线量会造成严重的损坏治疗射线量会造成严重的损坏z后果：后果：起搏器电路损坏起搏器电路损坏无输出无输出频率奔放频率奔放z预防措施预防措施:将起搏器累积吸收的放将起搏器累积吸收的放射线控制在射线控制在 500 拉德以拉德以下，要求屏蔽下，要求屏蔽在每次射线治疗后检查在每次射线治疗后检查起搏器的功能是否有变起搏器的功能是否有变化（可通过电话传输方化（可通过电话传输方式完成）式完成）
