心脏起搏器与除颤器

§7.1心脏起搏器简介§7.2固定型和R波抑制型心脏起搏器§7.3心脏起搏器的能源和电极§7.4心脏除颤器的一般介绍§7.5典型的心脏除颤器《医学电子仪器原理与设计》第七章心脏起搏器与除颤器心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第1页!心脏起搏器CardiacPacemaker

第七章心脏起搏器与除颤器心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第2页!心脏起搏器CardiacPacemaker

人工心脏起搏——用外加脉冲代替心脏起搏点的电兴奋，刺激心脏搏动的一种治疗方法。是心律失常非药物治疗的一种有效治疗方法。

人工心脏起搏器——能产生一定形式电脉冲，并将脉冲传至心脏，使心脏按一定频率有效收缩的脉冲发生器。能替代或补充正常激励和控制心脏收缩的生理电子系统。人工心脏起搏技术是实现生物机能控制的典型范例。第七章心脏起搏器与除颤器心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第3页!7.1.1心脏起搏技术的发展简史

1761～1846一种由于严重心律失常以致循环障碍、脑供血不足引起的危险急症，称为阿－斯综合征，或“心源性脑缺氧综合征”。是发展人工心脏起搏技术的重要背景。1791观察到肌肉对电刺激有收缩反应。

1819用直流电刺激死刑者停止搏动的心脏，使之复跳。

1858、1862动物实验，用电刺激使心脏跳动。

1930Hyman创制发条脉冲发生器心脏起搏器，重7.2kg，用针穿刺心房通电起搏抢救心脏停搏患者，命名为心脏起搏器临床43例，救活14例，但受不公正舆论指责。§7.1心脏起搏器简介心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第4页!§7.1心脏起搏器简介7.1.2人工心脏起搏的作用主要用以治疗缓慢型心律失常心律失常是多种病因引起心肌电生理特性改变的一种疾病。某些严重心律失常的药物疗效差，如，高度或完全性房室传导阻滞、重度病态窦房结综合症。安装起搏器则效果显著。用于某些疾病的诊断例如，心房调搏辅助诊断可疑冠心病，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患者是否有发生心脑综合症的危险等。用于实验研究心血管生理、病理生理、药理和临床应用心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第5页!§7.1心脏起搏器简介7.1.4心脏起搏器的分类

按照起搏器与病员的关系分类按照起搏器与患者P波与R波的关系分类按照起搏器电极分类

感应式经皮式(体外携带式)埋藏式非同步(固定)型同步型单极型双极型心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第6页!§7.1心脏起搏器简介7.1.4心脏起搏的分类北美起搏和电生理学会与英国起搏和电生理组NBG起搏器编码（1987年）ⅠⅡⅢⅣⅤ起搏心腔感知心腔感知的反应程控功能，频率自适应抗快速性心率失常功能V=心室V＝心室T＝触发P=程控频率和/或输出P＝抗快速性心率失常A＝心房A＝心房I＝抑制M＝多项参数程控S＝电击D＝双腔D＝双腔D＝T+IC＝遥测D＝P+SO＝无O＝无R＝频率自适应O=无O＝无注：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ用于抗过缓心率失常的起搏厂家常用S表示单腔（心房或心室）心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第7页!§7.1心脏起搏器简介7.1.4心脏起搏的分类1．固定型起搏器

以固定频率(非同步)发放起搏脉冲刺激心室(VOO)或心房(AOO)，只发出固定频率、幅度的脉冲(约70次/分)，不受自主心率支配，一旦心脏自主心律超过起搏频率，便可发生竞争心律（电脉冲落于易激期），有可能诱发心室纤颤或室性心动过速而危及病人安全，目前仅临时用于测试磁铁频率或用于竞争起搏终止某些心动过速。

心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第8页!§7.1心脏起搏器简介7.1.4心脏起搏的分类3．P波同步型起搏器（起搏器发放脉冲受P波控制）心房、心室都放置电极心房电极感知P波(心房激动)→送起搏器放大并延迟约120ms→触发起搏器发生脉冲→刺激心室(心室电极)对有房室传导阻滞患者，相当于一条人造房室传导通路。不能用于窦房结综合症患者。电路复杂，使用不方便。☆P波抑制型（AAI型）

单极电极置于心房，兼有起搏与感知功能，常称为心房按需型起搏器。可保持房室顺序收缩。仅适用于房室传导功能正常的病窦患者。心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第9页!§7.1心脏起搏器简介7.1.4心脏起搏的分类6．程序控制型起搏器能够与体外控制装置通讯的起搏器。按照患者病理生理需要，由医生或患者任意改变起搏参数和起搏器工作方式。☆双腔(DDD)起搏器心房和心室都放置电极。不同的心率反应为不同的起搏方式，总能保持心房和心室得到同步、顺序、协调的收缩。自身心率慢于起搏器低限频率→房室顺序起搏(DVI)自身心房(P)频率超过起搏器低限频率（房室传导功能障碍）

→感知P波触发心室起搏(VDD)自身心房(P)频率过缓（房室传导功能是好的）

→起搏心房，并下传心室(AAI)心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第10页!§7.1心脏起搏器简介7.1.5心脏起搏的几个参数1．起搏频率60～90次/min能维持心输出量最大时的心率。2．起搏脉冲幅度和宽度脉冲幅度：5V脉冲宽度：0.5～1ms起搏能量与电极形状、面积、材料及导管阻抗损耗等有关。3．感知灵敏度R波同步型：1.5～2.5mVP波同步型：0.8～1mV4．反拗期同步型起搏器具有的对外界信号不敏感的时间(不应期)。R波同步型：300±50ms，防止T波或起搏脉冲后电位。P波同步型：300～500ms，防止窦性过速或干扰误触发。心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第11页!起搏系统的构成（起搏电路、电池、金属外壳与起搏导管电极）

三．电极导线电极接触心脏经导线与起搏器连接。用生物相容性好、韧性好、抗老化、耐腐蚀的材料制成。电极通常采用爱尔近合金(Elgiloy)或用镍—铬—钴—钼合金制成，且含多孔，其优点是：①纤维组织长入电极空隙可增加固定性。②电极感知的有效面积较大。有的电极顶端有激素缓释放装置，电极头的材料以表面活化各向同性低温热解碳或铂为优。导线的金属材料要求电阻率小，强度高，一般用抗折强度较高的不锈钢。导线绝缘层有高纯硅橡胶和医用聚氨酯两种，两者生物相容性均好，但前者较粗且脆弱，后者较细而坚固，但易老化。四．起搏器外壳

金属钛生物相容性好，毫无锈蚀。采用钛材料拉伸成型，各部以较大圆弧连接，采用激光焊接封装。

§7.2固定型和R波抑制型心脏起搏器心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第12页!7.2.1一种固定型心脏起搏器电路分析多谐振荡器＋单稳态电路＋输出电路R2、C1决定频率／R3决定脉宽／复合管射随输出功率放大、Ri高Ro低§7.2固定型和R波抑制型心脏起搏器心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第13页!§7.2固定型和R波抑制型心脏起搏器7.2.3QDX－2型体外心脏起搏器的电路分析R波按需抑制型（VVI）1．各单元电路分析感知放大器按需功能控制电路脉冲发生器2．按需功能的实现患者的自主心率低于起搏频率时的情况自主心率不齐自主心率完全高于起搏频率的情况心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第14页!心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第15页!自主心率不齐

t1<t2(抑制)t1>

t2(发放)自主心率不齐心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第16页!§7.2固定型和R波抑制型心脏起搏器感知放大器按需功能控制器脉冲发生器去颤保护抗干扰转换能量补偿频率限制性能较完善电路可靠性高整机功耗极微

7.2.4AMQ－4型按需起搏器的电路分析R波抑制型＋保护电路优点

AMQ－4型心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第17页!感知放大器单稳(按需控制)去颤保护抗干扰转换网络心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第18页!心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第19页!心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第20页!§7.3心脏起搏器的能源和电极7.3.2心脏起搏器的电极1．导线（起搏导管）和电极的作用

2．电极类型按安置和用途分：心内膜电极心外膜电极心肌电极按心内膜使用的电极分：单极心内膜电极双极心内膜电极3．电极的结构及现状

心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第21页!7.4.2心脏除颤器的一般原理

一般方法：RLC阻尼放电

心脏急救设备：心脏起搏器、心脏除颤器监视器、记录仪7.4.3心脏除颤器的类型

按是否与R波同步分：非同步型除颤器同步型除颤器

按电极放置位置分：体内除颤器体外除颤器§7.4心脏除颤器的一般介绍心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第22页!心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第23页!7.5.1一种电路比较简单的心脏除颤器的电路分析1．充放电电路

2．同步电路除颤放电与患者自主R波同步，避开易激期，保证安全电击除颤时刻从R波下降沿开始除颤前，须预试R波同步性§7.5典型的心脏除颤器心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第24页!双端差动输入单端输出放大正尖脉冲R波微分整形控制可控硅导通心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第25页!§7.5典型的心脏除颤器7.5.2QC－11除颤器的电路分析1．除颤充电及控制电路 直流变换器 高压储能电容器 高压储能指示 除颤充电控制电路 高压充电安全电路心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第26页!心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第27页!心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第28页!心脏起博器与心脏除颤器的区别：

起博和除颤都是利用外源性的电流治疗心律失常的方法

心脏起博器——通过产生一定频率、幅度和宽度的电脉冲剌激心脏，使有起博功能障碍或房室传导疾病的心脏按一定频率应激收缩。频率60～90次/分，脉冲幅度5V，脉冲宽度0.5～1ms，能量几微焦耳。心脏除颤器

——产生作用于心脏的一瞬间高能脉冲，消除心律失常，恢复窦性心律。持续时间4～10ms，电能40～400J心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第29页!心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第30页!§7.1心脏起搏器简介7.1.1心脏起搏技术的发展简史

1947～1958刺激窦房结复跳；胸壁刺激(75～150V，2ms脉冲)成功，但痛苦大；心外膜电极起搏；心内膜电极起搏。1958Elmqvist(瑞典)工程师、Senning医师台埋藏式固定频率起搏器。术后，20多次排除故障，患者存活20余年。

1960晶体管电路、锌－汞电池起搏器，盛行十余年。1971以后，锂电池逐渐代替汞电池。

1963～P波同步型心室起搏；按需起搏；房室顺序起搏；房室全能起搏；频率自适应起搏；抗心动过速起搏；埋藏式自动复律－除颤器。

全世界每年约有30万个起搏器安装与更换。心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第31页!§7.1心脏起搏器简介7.1.3心脏起搏的适应症长期起搏的适应症房室传导阻滞三束支阻滞伴有心脑综合症者病态窦房结综合症；心动过缓为主伴有有心脑综合症者临时性起搏适应症心脏病变可望恢复，紧急情况下保护性应用、诊断应用。短时间使用心脏起搏器，几小时、几天至几星期。（适应症例，见教科书）心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第32页!§7.1心脏起搏器简介7.1.4心脏起搏的分类感应式——脉冲发生器在体外，起搏电极与接受器植体内。体内无电源但易受干扰。

经皮式——起搏器在体外，按需起搏（频率、幅度、脉宽、感知灵敏度均可调），携带不便，易感染，仅用于临时抢救。

埋藏式——起搏器埋植与胸部或腹部皮下，得到广泛使用，关键是电池寿命问题。

非同步(固定)型——发出的起搏脉冲与P波或R波无关。

同步型——分为P波同步起搏器和R波同步起搏器。单极型——阴极置于右心室（或右心房），阳极置于胸部（起搏器外壳）或腹部皮下（体外携带式）

双极型——起搏器的阴极与阳极均与心脏直接接触。心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第33页!§7.1心脏起搏器简介7.1.4心脏起搏的分类使用NBG起搏器编码的例：

VVI——心室起搏，心室感知的按需型起搏器DDDR——心房、心室都具有起搏和感知功能，响应方式可以是触发式，也可以是按需抑制型，具有频率自适应功能心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第34页!§7.1心脏起搏器简介7.1.4心脏起搏的分类2．R波同步型起搏器（起搏器发放脉冲受R波控制）(1)R波抑制型(按需型，VVI型)单极电极置于心室，兼有起搏与感知功能，常称为心室按需型起搏器。适应证广泛。平时以固有频率发放脉冲，当心脏自搏心率超过起搏器脉冲频率，将自动感知并抑制起搏器脉冲发放。一旦自搏心率低于起搏器的固有频率，即心室电极感知不到自搏心率产生的R波，起搏器将等待预定的一段时间(逸搏间期)后，立即又按固有起搏频率发放脉冲。这种按病人需要而工作的起搏器应用最广泛。

(2)R波触发型(备用型，VVT型)当自身心搏R波出现时，立即触发起搏器发出一个脉冲，是落在不应期内的无效脉冲。若自身心搏未发生，则起搏器脉冲起作用(备用型)。有无效脉冲产生，功耗较大，应用少。心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第35页!§7.1心脏起搏器简介7.1.4心脏起搏的分类4．房室顺序型起搏器心房、心室各放置一个电极每次先发放一个心房起搏脉冲→经适当延迟→再发放一个心室起搏脉冲(保持房室激动生理顺序)如有自身心脏活动，其QRS波将抑制后一脉冲发放5．双灶按需型起搏器两个相关脉冲发生器，按一定时序发放起搏脉冲，使心房和心室的起搏都是按需方式工作。心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第36页!§7.1心脏起搏器简介7.1.4心脏起搏的分类☆频率自适应(R)起搏器起搏器频率能自动适应肌体对心排血量(需氧量)的要求。研究使用的代谢感受器有10余种，体动型、每分钟通气量型两种得到应用。例：VVIR型（心室按需自适应型）AAIR型（心房按需自适应型）DDDR型（双腔自适应型）心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第37页!起搏系统的构成（起搏电路、电池、金属外壳与起搏导管电极）

一．脉冲发生器（起搏电路）

将CMOSASIC起搏芯片与电阻、电容等元件一起安装在陶瓷基片上构成混合型（Hybrid）厚膜集成电路作为起搏器主体电路。感知心电活动或其他生理反应，按需自动调整起搏功能，形成和发放脉冲。体现了小型化，程控化和多功能化。

二．电池

需体积小、容量大、缓慢释放能量、密封性能好及性能可靠的电池，目前普遍使用锂碘电池，起搏器使用寿命达10年以上。决定起搏器的功能寿命的因素：①电池容量；②电池自放电；③输出阻抗；④电路功效；⑤工作的百分率：起搏电路的消耗比感知电路大得多；⑧输出程控；⑦持续的电池消耗。§7.2固定型和R波抑制型心脏起搏器心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第38页!ASIC设计ApplicationSpecificIntegratedCircuits全定制ASIC芯片（掩膜ASIC）定义芯片上所有晶体管的几何图形和工艺规则，将设计结果交由IC厂家掩膜制造完成。优点：芯片可获得最优性能，即面积利用率高、速度快、功耗低。缺点是：开发周期长，费用高，只适合大批量产品开发。半定制ASIC芯片约束性设计方法：门阵列设计法和标准单元设计法，主要目的是简化设计，以牺牲芯片性能为代价来缩短开发时间。可编程ASIC芯片（可编程逻辑器件）自七十年代以来，经历了PAL、GAL、CPLD、FPGA几个发展阶段，高密度CPLD/FPGA已达200万门/片，集成度高、应用产方便，特别适合于样品研制或小批量产品开发，可以很容易转由掩膜ASIC实现，开发风险低。心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第39页!§7.2固定型和R波抑制型心脏起搏器7.2.2R波抑制型心脏起搏器的一般结构原理1．感知放大器选择性放大R波，辨认心脏自身搏动，推动按需功能控制器

要求：双向感知、放大800～1000倍、频宽10～50Hz、工作电流＜3mA、稳定、可靠、抗干扰能力强2．按需功能控制器为起搏器提供稳定的反拗期，还可克服“竞争心律”的危险感知R波后，控制器在反拗期内抑制脉冲发放3．脉冲发生器（受控于按需控制电路）要求：频率30～120Hz、脉宽1.1～1.5ms可调、幅度可调、易起振、稳定、可靠心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第40页!感知放大器按需功能控制电路脉冲发生器R波输入微分作用放大正脉冲限制T波、P波互补型单稳态触发器形成反拗期VT6开关控制脉冲发生互补式张弛振荡器锯齿波电路产生起搏脉冲心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第41页!自主心率t1>

t2

起搏器固有输出单稳输出t3

—反拗期C7锯齿波发放起搏脉冲起搏后心律QRS波前均有起搏脉冲自主心率低于起搏频率心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第42页!t1<t2(全抑制)自主心率完全高于起搏频率心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第43页!§7.2固定型和R波抑制型心脏起搏器7.2.4AMQ－4型按需起搏器的电路分析1．感知放大器和抗干扰转换网络

干扰频率>50Hz，按需功能控制器不工作，起搏器为固定式2．按需功能控制器

3．脉冲发生器和输出脉冲倍压电路

4．最高起搏频率限制电路

5．能量补偿电路和去颤保护电路

心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第44页!单稳tu脉冲发生器脉冲倍压电路

控制门、锯齿波、振荡器能量补偿电路最高起搏频率限制输出脉冲心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第45页!感知R波微分，成为双向波只放大正极性脉冲经抗干扰转换后单稳（按需功能控制）最高起搏频率限制心脏起搏器与除颤器共57页，您现在浏览的是第46页!7.3.1心脏起搏器的能源1．锌汞电池

2．锂电池锂碘电池（主要使用）锂亚硫酰氯电池锂铬酸银电池锂碘化铅电池3．核素电池

4．“生物燃