心脏起搏历史及发展

1、心脏起搏历史及发展,起搏技术发展史,里程碑,心脏和肌肉组织电刺激试验(Luigi Galvani) 1827/46 阿-斯综合征(Robert Adams, William Stokes) 1882 第一次体外起搏 (Von Ziemssen) 1932 制造出第一台 “pacemaker“ (Hyman) 1952 胸壁起搏治疗阿-斯综合征的病人(Paul Zoll) 1958 第一台植入式起搏器(Rune Elmquist, Ake Senning) 1958 第一例可经静脉植入的心内膜起搏导线+体外起搏器(Furman, Robinson) VAT 起搏器+心外膜导线(Nathan, C

2、enter) 植入式起搏器+心内膜导线(Lagergren, Johansson) 1963 第一台可调节频率的起搏器,里程碑,1964 VVI 起搏器(Sykosch, Zacouto) 1967 核能（钚电池）起搏器 1970 DVI 起搏器(Berkovits) 1972 锂-碘电池起搏器 1975 压电晶体传感器的频率适应性起搏器试验(Funke, Hakan Elmqvist) 1975 基于血液PH值的频率适应性起搏器试验(Gamilli) 多程控起搏器 1979 双向遥测多程控起搏器(Brownlee, Tyers) 1980 DDD起搏器(Tarjan, Lesnick, Cu

3、tolo) 1980 第一台ICD植入,里程碑,1983 第一台频率适应性起搏器上市(Newman, Klein) 1991 闭环刺激原理的频率适应性起搏器(BIOTRONIK) 1996 双腔 ICD 1999 多部位起搏 2000 全自动起搏器,世界上第一台起搏器 “pacemaker,Cardiac standstill,Stimulation 120 ppm,Albert Hyman (1932,Clockwork generator with manual power - Transthoracic stimulation needle - Handle turn to provid

4、e induction stimulus,经静脉植入心内膜起搏导线+体外起搏器,Furman and Robinson (1958,世界上第一台完全植入式起搏器的发明人,1958,Rune Elmquist Engineer at Siemens-Elema,Ake Senning Cardiac Surgeon, Karolinska Hospital, Stockholm Sweden,第一台植入式起搏器的植入医生,世界上第一台完全植入式起搏器,2 Transistors Pulse 2 V / 1.5 ms Rechargeable battery Rate 80 ppm This un

5、it lasted only for 8 hours The second unit functioned for about 7 weeks,55 mm , 16 mm thick,October 8,1958 Sweden,第一台完全植入式起搏器病人,Arne Larsson,1986,第一台完全植入式起搏器的病人,1958 年 10 月 8 日 VOO III 度房室传导阻滞，Karolinska Hospital, Stockholm, Sweden 极大改善症状 1974 年 1 月 22 日VVI 1989 年 1 月 20 日VVIR 1996 年 11 月 7 日最后一个 VV

6、IR 总计更换 20 台起搏器 2001 年 12 月 28 日死于与起搏器无关的恶性肿瘤,第一台完全植入式起搏器的病人,1915 2001 1958 年 43岁 2001 年 86岁,第一台电池驱动的起搏器,Chardack, Greatbatch (1960,10 个锌-汞电池,第一台可调节的起搏器,Chardack, Greatbatch (1963,with a screwdriver,核能起搏器,钚电池起搏器 (1967,起搏器体积的演变,1963,2003,心脏起搏系统构成,起搏系统构成,起搏器（脉冲发生器） 起搏导线（起搏电极） 起搏导线与心内膜界面,脉冲发生器（起搏器）的分类,

7、脉冲发生器,临时起搏器,单腔,双腔,脉冲发生器的内部结构,连接部分,混合电路,钛金属外壳,锂碘电池,Size: 51 x 42 x 6 mm,Weight: 26 g,脉冲发生器组成元件,电池 电路（输出电路、感知电路、遥测电路、微处理器、存储器） 外壳 起搏器头部（与起搏导线连接部分） 传感器,脉冲发生器的电池,最初采用锌-汞电池 电池电压为1.35V，需4-5块电池串联。电池耗竭时电池电压无任何警告 而骤然下降；产生H2，须以可渗气的环氧树脂绝缘 镍-镉电池。 要经常充电，有记忆效应，影响电池寿命 核能电池 存在辐射及安全隐患，限制使用,脉冲发生器的电池,锂-碘电池 体积小，容量大，自放电

8、率小，电池电压下降呈渐近性，到达ERI 后还可维持36个月 电池的电量用安时(Ah)表示，通常为1.01.5Ah 开路电压为2.8V，通过倍压器，可输出5V以上的电压 BOSERIEOS: 2.8V2.5V2.2V 电池内阻升高，导致电压降低，因此电池内阻是电池消耗程度 的指征。从BOS至EOS，电池内阻由100升至10K,脉冲发生器的电池,锌-汞电池,锂-碘电池,Time,Time,电池的放电情况,BOS = Beginning of service ERI = Elective replacement indicator RRT = Recommended replacement time

9、 EOS = End of service,BIOTRONIK公司的电池是由德国LITRONIK公司提供的，这是一家专门为BIOTRONIK起搏器和ICD提供电池研发和制造的机构,脉冲发生器的电池,电池的冷热效应 起搏器的保存温度为555C 起搏器暴露于低温环境会导致锂-碘电池的理化性能下降，内阻增加， 电压降低，触发ERI 起搏器置于过热环境，可导致电池爆炸。因此建议在火化前应将起搏 器取出,脉冲发生器的混合电路,双腔起搏器电路,起搏器电路体积的演变,脉冲发生器的混合电路,集成电路 (integrated circuit, IC) 互补金属氧化物半导体技术 (complementary me

10、tal-oxide semiconductor, CMOS) 超大规模集成电路 (very large-scale integrated, VLSI) 分立单元：较大电容器、二极管、传感器、传输线圈 分立单元与集成电路合并在一起，构成混合电路 功能分区：逻辑和控制、存储、计时、感知、输出、数据传输及程控,混合电路,晶体 振荡器,天线,外壳,环状电极,头端电极,混合电路模块图Philos DR/D,心房,心室,由微处理器或逻辑电路控制的电容器和开关组成。电荷泵通过一系列 小电容器的充放电将电荷转存于另一较大电容器中，然后输出经起搏 导线传输給心脏，因此可输出高于电池电压的电压,脉冲发生器的混合电

11、路输出电路,脉冲发生器的混合电路遥测及通讯,遥测天线,起搏器的遥测及通讯,功能： 询问起搏器：将起搏器的型号、序号、程控参数、存储数据等信息调出 程控及程控确认：更改起搏参数并传输給起搏器，同时接收起搏器的反 馈信息 模拟遥测：测量导线阻抗、电池状态、脉冲电压、脉冲振幅、脉冲电流 、脉宽等数据 起搏测试：测量起搏阈值、P/R波振幅、室房逆传等 实时传送心内电图（IEGM） 无创电生理检查：通过起搏器释放程序刺激，达到电生理的诊断和治疗 目的,脉冲发生器的混合电路遥测及通讯电路,起搏器的混合电路感知电路,感知电路：用来对心内信号进行放大和滤波。为了防止起搏器感知非心 内信号，感知电路要判断信号的

12、振幅和频率是否符合要求,programmed sensitivity,Amplifier and Filter,Signal processing,Signal recording,信号的滤波,VES,R-wave,T-wave,Amplitude,Frequency (Hz,P-wave,Myopotentials,mV,Filtering of Intracardiac Signals,感知电路的抗电磁干扰性,起搏器的感知特性已设计成最适宜感知心内信号的特性，但绝对 的抗干扰是不可能的。 内源信号：肌电位、远场感知 外源信号：移动电话、大型电器设备、强电磁场、某些医学检查 和治疗 干扰能量

13、的衰减与距离的平方成正比 低感知灵敏度和双极感知可降低受干扰的几率 EMI模式：固定频率，无感知功能直到干扰消失,频率适应性起搏器：起搏器可根据病人的活动状况，调节起搏频率。适用于 变时功能不全的病人 传感器的作用：感知与运动相关的参数，并将其转换为电信号，经起搏器处 理后转换为起搏频率,起搏器的混合电路传感器,体动传感器,压电晶体传感器 加速度计传感器,每分通气量传感器 Q-T间期传感器 PH值传感器 血液温度传感器 血样饱和度传感器 闭环刺激传感器(CLS,体动传感器,压电晶体传感器工作原理： 压电晶体放置于起搏器的外壳内，通过感知肌肉作用于起搏器外壳上 的压力，并将压力转化为电信号，从而

14、调节起搏频率 加速度计传感器工作原理： 利用微机械技术，感知病人运动时的加速度，经快速傅立叶转换成电 信号来调节起搏频率。直接加压和叩击外壳不会引起频率变化 优点：结构简单，耐用，无须电源，无须特殊起搏导线，反应速度高 缺点：非生理性，身体振动与代谢需求无直接关系，故特异性差，易受 身体振动影响,起搏器的混合电路传感器,磁球传感器,Pacesetter 公司,磁球传感器,每分通气量传感器,工作原理：根据病人的每分通气量（潮气量和呼吸频率），调节起 搏频率。每分通气量与胸廓阻抗呈相关性，吸气时阻抗 增加，呼气时阻抗减小，故通过测量胸廓阻抗来获知病 人的每分通气量 测量方法：起搏器经起搏导线释放一

15、系列微小电脉冲，测量脉冲发 生器与双极导线之间的阻抗值，从而获得胸廓阻抗的变 化 每分通气量 = 潮气量呼吸次数 优点： 生理性，每分通气量与运动量呈线性相关 缺点： 反应慢，需双极起搏导线，易受通气因素影响 ，需与其 他传感器混合使用,每分通气量传感器,Q-T间期传感器,工作原理：运动时血中儿茶酚胺浓度增加，儿茶酚胺浓度上升，导致 Q-T间期缩短，安静时Q-T间期延长。通过测量病人的Q-T 间期来调节起搏频率 测量方法：通过心室起搏导线测量起搏脉冲发放后至T波感知的时间 优点： 生理性，无需特殊起搏导线，测量简单 缺点： 只感知心室起搏的T波，故需心室起搏，反应延迟，需与其 他传感器混合使用

16、，易受药物影响，T波感知问题,闭环刺激 (CLS) 传感器,工作原理：心脏负荷增加时心肌收缩力会增加，起搏器根据心肌收 缩力的变化调节起搏频率。心肌收缩力又与心肌阻抗呈 线性相关，故测量心肌阻抗就可获知心肌收缩力的状况 测量方法：在心室激动后，通过心室起搏导线释放数个微小脉冲， 获得心肌阻抗曲线，将当前的阻抗曲线与静态时的阻抗 曲线进行对比，根据差异调节起搏频率 优点： 直接采集心脏固有的生理参数，第一类生理性传感器， 对脑力和体力活动均可产生频率反应 缺点： 融合波,闭环刺激 (CLS) 传感器,静脉血氧饱和度传感器,工作原理：活动时，耗氧增加，血氧饱和度下降，血液颜色变暗 测量方法：起搏导

17、线头部装置有氧传感器，发射红光和红外线，经 光检测器测定反射率 优点： 生理性 缺点： 反应慢，技术还不十分成熟,起搏导线的分类,起搏导线,被动固定导线,主动固定导线,被动固定型起搏导线,单极 Unipolar,双极 Bipolar,Polyrox(PX,主动固定型起搏导线,Elox(EX,Retrox(RX,冠状窦起搏导线,CX LA,LV-S,LV-P,LV-H,COROX系列导线,新外膜起搏导线,ELC,Mapox,起搏导线,导线插头 IS-1 或 5mm,远端电极 (头端电极,近端电极 (环状电极,起搏导线体,固定套管,叉齿,起搏导线的内部结构,双极-同轴缠绕,单极-多股并行缠绕,双极

18、-并行缠绕,导线内金属导丝材料,不锈钢，铂 目前采用MP35N,起搏导线头端理化特性,头端面积越大，感知到的幅度高，起搏阈值高，阻抗低 头端面积越小，感知到的幅度低，起搏阈值低，阻抗高 起搏导线的发展：电极减小，微孔，高阻抗，低极化 BIOTRONIK Polyrox: 3.5mm2 Merox / Synox: 1.3mm2,起搏导线头端设计,铱碎片涂覆技术,电极头材料：铂，铂-铱合金，钛，氧化钛，氮化钛，钛合金 涂覆材料：铱 优点 可使电极表面积增大上千倍 低极化效应 高R波振幅、高斜率、低起搏阈值,起搏导线头端设计,起搏导线头端纤维化组织的形成,激素起搏导线, 1 mg的地塞米松磷酸钠,

19、作用：降低急性期电极-组织界面的炎性反 应，抑制纤维化形成 优点：低起搏阈值，低感知阻抗,导线的绝缘材料,起搏导线的接头,3,2 mm,Bipolar IS-1 BI,Unipolar IS-1 UNI,1,6 mm,5 mm,Sealing rings,5 mm,接头的规格：5 mm ；6 mm； VS-1 3.2 mm小截面(voluntary standard)： VS-1A； VS-1B；VS-1 国际标准接头(International standard)：IS-1,插头转换器：A1-N,可将任何单极起搏导线转换成 IS-1的插头,单极起搏系统,单极起搏系统,双极起搏系统,单/双极起搏导线的优缺点,单极导线,优点 导线细, 易于操控 脉冲易于在ECG上识别 可修补,缺点 抗干扰性低（如肌电位、交叉感知等） 易引起神经/肌肉刺激,双极导线,优点 抗干扰性高 不易发生远场感知交叉感知 不易引起神经/肌肉刺激,缺点 导