第章心脏起搏器ppt课件.ppt

第二章心脏起搏器 Pacemaker 基础知识 1 发展过程 2 3 BiomedicalMeasurementandInstrumentation LTG 4 BiomedicalMeasurementandInstrumentation LTG 1991 1995 1985 5 6 7 8 9 BiomedicalMeasurementandInstrumentation LTG 10 11 第二章心脏起搏器 2 1心脏起搏器简介人工心脏起搏过程 脉冲电流 心脏 功能障碍 传导障碍 频率收缩心脏起搏器功能 产生电脉冲 一定强度 宽度 导线 电极 心肌 心脏起搏器结构 起博器 脉冲发生器 控制电路 导线 电极 电源 12 2 1 1人工心脏起搏器的作用 1 用于治疗 病症 心律失常 高度或完全性房室传导阻滞 重度病态窦房结综合症等 效果 显著 死亡率 大部分可从事工作 用者 1976年始 全世界新装约 20 30万人 年 目前依靠起搏器维持生命的 500万人 2 用于诊断 心房调搏辅助诊断 冠心病 心房超速起搏法诊断 窦房结功能不全 预测完全性房室传导阻滞 是否将发生心脑综合症 3 用于研究 心血管生理 病理 药理 临床应用的实验研究 13 2 1 2心脏起搏器临床应用的适应症 一 长期起搏的适应症1 房室传导阻滞 度 度 莫氏 度 房室传导阻滞 使 心动过缓引起脑综合症 阿 斯综合症 心律失常症之一心力衰竭2 三束支阻滞伴有心脑综合症者 3 病态窦房结综合症 病窦综合症 心动过缓及过速交替出现并以心动过缓为主 伴有心脑综合症者 二 临时性起搏适应症心脏病变可恢复 紧急时保护性 或诊断性应用 使用时间 几小时 几天到几星期 心源性因素而产生的急性脑缺血发作晕厥 抽搐 呼吸困难和无力 14 2 1 2心脏起搏器临床应用的适应症 二 临时性起搏适应症1 急性前壁或下壁心肌梗塞 伴有 度或高度房室传导阻滞 经药物治疗无效者 2 急性心肌炎或心肌病 伴有心脑综合症者 3 药物中毒伴有心脑综合症发作者 4 心脏手术后出现 度房室传导阻滞者 5 电解质紊乱 如高血钾引起高度房室传导阻滞者 6 超速驱动起搏应用于诊断上 以及用于治疗其他治疗方法已经无效的室性或室上性心动过速者 7 在必要时可应用于安置长期心外膜或心肌起搏电极之前 冠状动脉造影 电击复律手术 重大的外科手术及其他手术科室的手术中或手术后作为保护性措施者 8 其他紧急抢救的垂危病人 15 2 1 3心脏起搏器的分类 一 心脏起搏器的分类1 按照起搏器与病员的关系分类 置入方式 p210测 1 感应式 体外起搏脉冲载波发射 体内接受器 感应线圈 解调 检波 起搏脉冲 电极 心脏 优点 体内无电源 无电池使用寿命之忧 缺点 接受效果不佳 易受高频磁场干扰 仅构成固定型起搏 应用 已趋于淘汰 2 经皮式 体外携带式 体外 按需或固定 起搏器 电极经皮肤 静脉 心脏 优点 起搏频率 输出幅度 脉冲宽度 感知灵敏度等均可调 缺点 导线经过皮肤 易感染 携带不便 应用 仅用于临时抢救 不宜永久佩带 16 2 1 3心脏起搏器的分类 3 埋藏式 埋植于皮下 胸部或腹部 电极 静脉 心内膜或心肌表面 适合 永久起搏 目前使用大多属此类 缺点 电源使用寿命短等 17 2 1 3心脏起搏器的分类 2 按照与心脏活动的P波和R波的关系分类 横坐标 时间 0 04s 格 纵坐标 电位差 心电激动 体表 1mV 10格 含P Q R S T波等 据振幅 时间 形状可诊断心脏病 1 非同步型 固定型 起搏脉冲与P波 R波无关 2 同步型起搏器 分为P波同步 R波同步等 120 18 2 1 3心脏起搏器的分类 3 按起搏电极分类 1 单极型 阴极 起搏导管 或导线 静脉或开胸 右心室 或右心房 阳极 无关电极 腹部皮下 体外起搏器 或置于胸部 埋藏式起搏器 外壳即阳极 2 双极型 阴极 阳极均与心脏接触 固定在心肌上 或阴极 心内膜 阳极 心腔内 19 20 21 2 1 4临床应用的起搏器简介 一 各类起搏器简介1 固定型起搏器固定 电脉冲频率 幅度 或经调节改变 与心电非同步 缺点 当f心 f脉时 电脉冲成多余 与心电竞争 当落于易激期 T波波峰前附近 可能诱发室颤或室性心动过速 危险 适用 完全性房室传导阻滞 永久性窦性过缓 优点 电路简单 可靠性高 价格便宜 2 P波同步起搏器心房P波 放大 延迟120ms 脉冲 心室 人造房室传导 电极 心房1个 心室2个适用 房室传导阻滞缺点 电路复杂 使用不方便 22 2 1 4临床应用的起搏器简介 3 R波同步型起搏器电脉冲受R波控制 分两类 1 R波抑制型 又称为按需型 脉冲受R波控制 当f心 f脉时 电脉冲停止当f心 f脉时 电脉冲输出适应症 高度或完全房室传导阻滞 病态窦房综合症 应用量大 约占总量90 左右 2 R波触发型 又称为备用型 R波出现时 脉冲落在绝对不应期内 无效 如图2 1所示 R波没有时 脉冲起搏 备用 优点 脉冲总是存在 便于监测 缺点 功耗较大 应用较少 23 4 房室顺序型起搏器脉冲 心房 延迟 可被QRS波抑制 心室 缺点 性能尚不够完善 房 室各一个电极 5 双灶按需型起搏器脉冲发生器 心房 按需 脉冲发生器 心室 按需 6 程序控制型起搏器体内部分 埋藏式起搏器 记忆 保持体外部分 控制装置 电磁铁 可改变起搏参数 方式 新型起搏器 应用广泛 24 结论 纤颤 25 BiomedicalMeasurementandInstrumentation LTG 26 27 2 1 5心脏起搏器的命名 起搏器命名的五字母编码法 国际心脏病学会制定 如表2 1 28 2 1 6心脏起搏器的几个参数 1 起搏频率最大心输出的心率 约60 90次 min 小儿快些 可调节 2 起搏脉冲幅度和宽度幅度 电压幅度 宽度 脉冲持续时间 幅度 宽度 能量 心搏所需能量 微焦级 5V 0 5 1 ms还与电极形状 面积 材料及导管阻抗等有关 影响电池寿命 3 感知灵敏度同步型起搏器感知的最小R波或P波的幅值R波同步型 1 5 2 5mV R波 5 15mV 路径损失剩下2 3mV P波同步型 0 8 1mV P波 3 5mV 路径损失后更小 合理选取 过低 不感知 感知不全 过高 误感知 干扰敏感4 反拗期反拗期 ni 同步型起搏器对外信号不敏感时间 不应期 R波型 反拗期 300 50ms 防止T波或起搏脉冲后电位的误触发 P波型 反拗期 300 500ms 防止窦性过速 外界干扰的误触发 29 2 2固定型和R波抑制型心脏起搏器 2 2 1一种固定型心脏起搏器电路分析 多谐振荡器 单稳态 射极输出 30 2 2 1一种固定型心脏起搏器电路分析 1 多谐振荡器组成 CMOS与非门F1 F2 F3 RC电路 环形多谐振荡器波形 图2 3中VA调节 T R2 C1 可变R2 2 单稳态电路组成 与非门F5 F6 积分型单稳态输入 VB 输出 VC 作用 决定脉冲宽度 调节 TU R3 C2 可变R3 3 输出电路组成 VTl VT2 复合管 射极输出电路 作用 电流 输出电阻 C 隔直 DW 稳压管 限幅 输出 一定幅度 DW决定 的负脉冲 VD 31 多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器 也称矩形波发生器 它可以由分立元件构成 也可以由集成电路构成 多谐 指矩形波中除了基波成分外 还含有丰富的高次谐波成分 多谐振荡器没有稳态 只有两个暂稳态 在工作时 电路的状态在这两个暂稳态之间自动地周期性地交替变换 由此产生矩形波脉冲信号 常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号 多谐振荡器 利用深度正反馈 通过阻容耦合使两个电子器件交替导通与截止 从而自激产生方波输出的振荡器 常用作方波发生器 v脉冲是突然变化的 间断的电压或电流 1 脉冲发生器 32 v怎样产生方波 若使非门周期性地开通和关闭 便 可在它的输出端得到矩形波 v怎样控制非门的开通和关闭 电路中引入1个反馈环节 实现对门状态的控制 v反馈环节必须满足两个条件 产生延迟 保证高低电平都有一定的停留时间 以得到矩形波 反馈信号Uf和原输入信号Ui的相位必须相反 D 33 带RC回路的环形多谐振荡器原理 1 2 3 R ARS uo1 uo uo2C 34 uo1RC 1 2uo2 ui A 2 积分型单稳态电路原理 起搏脉冲宽度 35 2 2 2R波抑制型心脏起搏器的一般结构原理 1 感知放大器作用 选择R波放大 限制T波及干扰波 辨认心脏自身搏动 要求 正 负感知 双向感知 放大倍数 800 1000 频宽 10 50Hz 3dB带宽 电流 3mA 微功耗 电路稳定 可靠 抗干扰强 2 按需功能控制器作用 提供稳定的反拗期 抑制脉冲 克服 竞争心律 反拗期后无R波 R R间期过长 时 发出起搏脉冲 3 脉冲发生器作用 产生矩形电脉冲 要求 频率 30 120次 min 脉宽 1 1 1 5ms 易起振 稳定 可靠 可调 频率 脉宽 幅度 36 2 2 3QDX 2型体外按需起搏器的电路分析 37 2 2 3QDX 2型体外按需起搏器的电路分析 属于R波抑制型 电路结构如图2 5 1 各单元电路分析 1 感知放大器组成 VTl VT2放大 VT3射极输出器 输入 心导管电极来的心电或输出反馈 目的 检测R波 或 或输出脉冲 元件 C10 耦合 VD2 C5放电管 R1 RPl 衰减 可调感知灵敏度 C1 R2 R4 微分 C1还限制T P波 VD1 抑制负向输出 C4 R7 微分 特性 放大并输出正向信号 为减功耗 VTl VT3工作点近截止区 高频截止fT 50Hz 波形 如图2 6所示 图2 6输入波及微分后波形 38 39 RC微分电路 vRC微分电路是脉冲技术 中常用电路之一 v微分电路的特点是能够突出反映输入信号的跳变部分 可把信号中的跳变部分转变为尖脉冲加以利用 40 2 2 3QDX 2型体外按需起搏器的电路分析 2 按需功能控制电路组成 VT4 VT5 互补型单稳态触发器过程 稳态 VT4 VT5截止 VT4e 0 VT6截止暂态 正脉冲到 VT4 VT5饱和 VT4e VT6饱和 C5充电 电流 定时 反拗期 VT4 VT5截止 VT4e VT6截止 C5放电 通过VD2 Rl0 注 VT4 VT5 C5构成正反馈 41 2 2 3QDX 2型体外按需起搏器的电路分析 3 脉冲发生器组成 VT7 VT8 VT9等VT7 VT8 构成正反馈回路 互补式张弛振荡器过程 当VT6截止 E对C7充电 经R12 R13等 VT7 VT8饱和 VT8e 输出高C7放电 经R13 VT7 VT8 VT7 VT8截止 VT8e 输出低 经VT6 VT6饱和 VT4e VT4 VT5饱和 VT3e VT1 VT2放大 C5充电 电流 定时 反拗期 VT6截止 VT4e VT4 VT5截止 42 2 2 3QDX 2型体外按需起搏器的电路分析 可见 C7充电慢 放电快 形成锯齿波 起搏脉冲 周期 反拗期 锯齿波充电期宽度 R13 C7幅度 由RP3微调 VT4与VT5 及VT7与VT8 同时通断 且短通长断 故功耗很小 43 v2 按需功能的实现 当f心 f脉时 如图2 7 a 患者固有心律 周期t1 b 起搏器输出 周期t2 c 单稳输出波 t3即反拗期 d C7充放电波形 充电期t4t2 t3 t4 f 心脏被起搏器起搏后心律 由 a b 可见 f心 f脉 t1 t2 图2 7自主心率低于起搏频率 t1t4 t3 t2t2 t2 44 v当第一个起搏脉冲 刺激心肌 心脏被起搏时 患者心脏将在被起搏后按自主固有心律在t1时间发出自搏 由于t2 t3 t4 t1 起搏器先于心脏发 出起搏脉冲 心脏被提前起搏 自主固有心律被抑制 v以后每次均如此 患者的心率按起搏器的频率 v心电图中QRS波群前均有起搏脉冲图形 如图 f 所示 45 v 2 自主心律不齐 图2 8所示 假定 如图 a b 患者第一心动周期 t1 t2 患者第二心动周期 t1 t2 起搏器第一个脉冲 使心脏起搏 并抑制自主心率 周期开始 因第一心动周期t1 t2 t1后 患者自搏 自搏R波经感知放大触发单稳电路 形成反拗期 使VT6导通 C7放电 从而抑制起搏器的第二个脉冲 若不抑制 将易造成竞争心律 由于第二心动周期t1 t2 起搏器发出脉冲 心脏再次被起搏 t1 t2t2 t1t2t1t1t2 46 v 3 当f心 f脉时 即t1 t2某次搏动 自搏或第一次起搏 后 由于t1 t2 t1时间后 患者自搏 自搏R波经感知放大后 触发单稳态电路 抑制起搏脉冲发放 又过t1 时间后 患者再次自搏 再次抑制起搏脉冲发放 起搏脉冲均被抑制 全为自搏 如 f 所示 心电图均无起搏脉冲 可见 任何一次搏动后 自身心率快于起搏节律 则自搏 抑制起搏脉冲 自身心率慢于起搏节律 则起搏 抑制自身 波 t2 t1 t1 47 2 3心脏起搏器的能源和电极 2 3 1心脏起搏器的能源 埋藏式 起搏器能源 电池 的寿命 起搏器的寿命1 锌汞电池结构 锌 氧化汞 电解质 氢氧化钾溶液优点 内阻低 放电性能平坦 缺点 漏碱 涨气 自放电大 搁置寿命短 现状 新结构寿命达5年 不如锂电池 埋藏式中已淘汰 2 锂电池锂电池类型有多种 1 锂碘电池结构 金属锂 聚二乙烯基吡啶碘 电解质 碘化锂 特点 固体介质 故无泄漏 涨气等致命缺点 自放电很低 10年不超过10 可靠性高 寿命长 应用 目前国内外大量使用 48 2 3 1心脏起搏器的能源 2 锂亚硫酰氯电池特点 非水电解质 亚硫酰氯 直接在电极上还原反应 特性 放电平坦 质量 体积小 无内压升高 保用期10年 缺点 电压滞后 高温储存后不会有大电流放电 应用 目前国内外已大量生产使用 3 锂铬酸银电池结构 锂铬酸银和石墨粉混合物 隔膜三种聚丙烯毡 特性 前一段3 2V 占容量70 后一段2 5V 占容量25 没有气体产生 自放电可忽略不计 可靠性很高 应用 国外已普遍使用 4 锂碘化铅电池结构 碘化铅和铅粉混合物 电解质 固态碘化锂和二氧化铅混合物 由三组 每组7个单体并联 串联组成 特性 使用中电压缓慢下降 安全 可在温度150 时使用 应用 目前在国外生产使用 49 2 3 1心脏起搏器的能源 3 核素电池种类 钚233热电式 钜147 电压式 特点 寿命最长 达20年 被誉为终身能源 适合青年患者 缺点 价格昂贵 放射线要严格防护 体积 重量大 应用 采用者较少 4 生物燃料 电池 生物能源 血液中 氧 葡萄糖 催化 葡萄糖氧化 化学能 电能特点 体积微小 可作终身电源 缺点 易感染 反应物影响血液成分 电特性不均匀等 应用 目前仍在试验阶段 生理活动机械能 心包搏动等 电磁能转换器 压电晶片 电能缺点 电压输出低 性能不稳定 应用 还不能临床使用 只处于实验研究阶段 50 2 3 2心脏起搏器的电极 一 导线 又称为起搏导管 和电极的作用作用 起搏脉冲 心脏 R波 P波 起搏器 要求 形状 材料好 电极面积小 使起搏阈值低 减少能耗 二 电极类型1 依其安置及用途的不同分类 心内膜电极形式 心导管形式 也称心内膜导管电极 简称导管电极 置入 切开并经体表周围静脉置入心腔内膜 与心内膜接触 优点 不必开胸 手术损伤小 缺点 对静脉畸形 心腔过大者 电极不易固定 不宜采用 应用 临床上应用最多 约占90 心外膜电极置入 需要手术开胸 缝扎于心外膜表面 接触心外膜 缺点 与心外膜间极易纤维增生 短期内导致起搏阈值增高 应用 目前多为心肌电极代替 51 2 3 2心脏起搏器的电极 心肌电极置入 手术开胸植入心肌内 电极头刺入心壁心肌 优点 可减少起搏阈值增高的并发症 缺点 需开胸 手术较大 应用 除年轻患者 活动量大 或静脉畸形 心腔过大 心内膜电极不宜者外 其他较少用 2 按心内膜使用的电极分类 单极心内膜电极形式 一个电极接触心脏 另一个电极 无关电极 可放在皮肤下任何部位 埋藏式起搏器金属外壳 无关电极 双极心内膜电极形式 两个电极 或均固定在心肌上 或阴极接触心内膜 阳极在心肌内 特殊电极如 经胸外壁起搏电极 食道心房电极 纵隔心房电极等 52 2 3 2心脏起搏器的电极 3 电极的结构及形状状况 浸于体液 随心脏跳动 每分钟70次 每年3680万次 要求 强度 光洁柔软 耐腐蚀 电极头电阻小 导线绝缘好 材料 导线外套 多用硅橡胶 导体 用爱尔近合金 Elgiloy 或镍合金等材料 电极头 用爱尔近合金或铂铱合金等 形状 有勾头 盘状 柱状 环状 螺旋状 伞状等不同类型 图2 15 a 柱状电极 b 锚型心内膜单电极 c 螺旋形心肌电极 寿命 埋藏式起搏器寿命已达8 12年 更换时常不希望同时更换导管电极 故要求其寿命最好为2 3倍 20 30年 图2 15几种电极头 53 2 4起搏器的评价 植入 随访