（优质医学）起搏器组成 和基础知识介绍.ppt

1、起搏的基本概念 Pacing Concepts,1,认识起搏系统的组成部分及它们相应的功能 规定基本电学术语的定义 描述时间 - 强度曲线图中振幅和脉宽之间的关系 解释感知的重要性 讨论电磁干扰源及与这些干扰源相关的病人/临床医生应掌握的指导方针 理解在频率适应性起搏中使用传感器的必要性及其类型,课程内容,2,第一节 起搏系统的组成与功能,3,正常的心脏传导系统,房室结传导冲动使心室收缩,窦房结发放脉冲使心房收缩;,4,窦房结不产生冲动 窦房结产生间歇的，不规则的冲动 窦房结频率适应失调 房室结阻滞 .,异常心脏传导组织可能出现,心动过缓治疗方法,药物治疗 起搏器,不适于长期治疗,不适宜药物治

2、疗,6,人工心脏起搏系统的组成,脉冲发生器,电极导线,阳极,阴极,起搏器，电极导线与人体组织结合形成一个完整的回路,起搏系统,脉冲发生器 电极导线,8,组成：电池、电路、外壳、连接装置、传感器 功能：产生并发放电刺激,电路,电池,1、脉冲发生器,2、 电极导线,功能 分类 固定方式,10,电极,2.1起搏电极导线的功能,导线,起搏器,心脏,起搏,起搏,感知,感知,植入方式 心内导线或经静脉导线 (transvenous leads) 心肌导线/心外膜导线 (epicardial leads),2.2 导线的类型,12,2.3 导线固定方式,被动固定 passive fixation 叉齿 (t

3、ines)卡在心脏的肌小梁间（纤维网 trabeculae）,主动固定 active fixation 螺旋（或螺丝钉 screw-in）延伸到心内膜组织,2.3导线固定方式,心肌导线和心外膜导线可直接固定于心脏 固定装置包括： 刺入心外膜方式 (“stab-in” or fish hook) 拧入心肌方式 (screw-in) 缝合方式 (sutured),14,3.起搏系统分类,传导路径： 起搏心腔:,单极系统，双极系统,单腔系统，双腔系统,15,从顶端电极（阴极）流动 刺激心脏 通过体液和组织返回到脉冲发生器（阳极）,单极起搏系统Unipolar Lead System,阴极,阳极,-,

4、+,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：,阳极,通过导线末端的顶端电极流动 刺激心脏 返回导线顶端近侧的环形电极,双极起搏系统(bipolar system),阴极,有一根有两个电极的导线 位于心脏内，在这个系统中，脉冲：,单极导线 unipolar lead,单极导线比双极导线的直径小 (measured in French) 单极导线在心电图上的脉冲信号较大,不易发生过感知(交叉感知) 可程控为单极 不易产生肌肉和神经刺激,双极导线 bipolar lead,激素缓释电极,激素缓释(steroid eluting) 电极减轻了炎症反应，急性期阈值不升高，慢性

5、期阈值较低,多孔，镀铂的顶端 用于类固醇淘析,含类固醇的硅 树脂橡胶插头,叉齿用于固定,导线成熟过程,类固醇对刺激阈值的影响,脉宽 = 0.5 msec,0,3,6,20,单腔系统 Single Chamber,起搏导线植入心房或心室，根据需要起搏或感知的心腔而定 植入一根导线 单心腔的起搏和感知,识别起搏节律,AAI / 60,22,识别起搏节律,VVI / 60,23,心房和心室都植入导线,双腔系统有两根导线：,识别起搏节律,DDD / 60 / 120,25,识别起搏节律,DDD / 60 / 120,26,识别起搏节律,DDD / 60 / 120,27,识别起搏节律,DDD / 60

6、 / 120,28,刺激心脏使它除极(depolarize) 感知心脏自身活动 (intrinsic activities) 对增加的新陈代谢需求作出反应，提供频率适应性起搏(rate responsive) 提供由起搏器存储起来的诊断信息,小结：绝大多数起搏器具有四个功能：,29,认识起搏系统的组成部分及它们相应的功能 规定基本电学术语的定义 描述时间 - 强度曲线图中振幅和脉宽之间的关系 解释感知的重要性 讨论电磁干扰源及与这些干扰源相关的病人/临床医生应掌握的指导方针 理解在频率适应性起搏中使用传感器的必要性及其类型,课程内容,30,第二节 电学概念,31,电压 (voltage - V

7、) 电流 (current - I) 阻抗 (resistance - R),每种电路都 具有下列特征：,V,R,I,e-,32,电压,电压是使电子沿电路前进的推动力 在起搏系统中，电压： 以伏特 volts为单位 以字母 V 表示 由起搏器电池提供 常称作振幅 (amplitude),V,R,I,33,电流,电子在闭合电路 (close/complete circuit) 中的流动 在起搏系统中，电流： 以 mA（毫安 milli-amperes）为单位 以字母 I 表示 由通过电路的电子的总量决定,V,R,I,34,阻抗,对电流的阻力 在起搏系统中，阻抗： 以欧姆 ohm为单位 (W )

8、以字母 R 表示（W 表示数值） 对电流全部阻力的计量,V,R,I,35,电压、电流和 阻抗是相互依存的,三个组成部分的相互关系可以比作水从水管中流过 电压代表力，用此力 . . . 使电流（水）流动通过 . . . 水管或导线，其中每个组成部分加起来形成总的阻抗： 管口，代表电极 (lead electrodes) 管子，代表导线的金属丝(conductors),36,电压和电流,龙头（电压）变大 （高流量）,龙头（电压）变小 （低流量）,全开,半开,37,电阻和电流,正常电阻,低的电阻,高的电阻,低电流,高电流,欧姆定律 (Ohms Law),I 和R 成反比例 - 如果V不变，R 增大，

9、电 流减少。 - 如果V不变，想电流增加，R要减少，。,是起搏的基本原理，它描述了电压、电流和电阻三者之间的关系,如果您将电压减半，电流也跟着减半 如果您将电阻减半，电流则加倍 如果阻抗增大，电流会变小,当运用欧姆定律时， 您会发现：,40,欧姆定律可用来求出通过 起搏器电路的电流总量,如果： 电压 = 5 V 阻抗 = 500 W 电流等于多少？ I = V/R I = 5 V 500 W = 0.010 安培(mA) 0.010 x 1000 = 10 毫安 (mA),V= 5 V,R = 500,I,41,在本例中，电压降为一半,如果： 电压 = 2.5 V 阻抗 = 500 W 电流

10、= ? I = V/R I = 2.5 V 500 W = 0.005 安培 0.005 x 1000 = 5 毫安,42,在本例中，阻抗降为一半,如果： 电压 = 5 V 阻抗 = 250 W 电流 = ? I = V/R I = 5 V 250 W = 0.020 安培 0.020 x 1000 = 20 毫安,43,例子,如果： 起搏电流 = 8 mA 成熟过程中的阻抗从 300 W 增加一倍 起搏电压要增加多少 ？ V = I R 植入时的阈值电压 = 8 mA x 300 W = 2.4V 电极成熟期需要的电压= 8mA x 600 W = 4.8V 因此在本例中，电极成熟期起搏电压

11、要加倍才能保证夺获心脏。,44,阻抗变化影响起搏器的 功能和电池的寿命,高阻抗减少电池的电力消耗并延长电池的寿命， 但可能影响起搏功能，甚至无夺获 低阻抗增加电池的电力消耗并缩短电池的寿命 起搏系统阻抗值在 300 至 1,000 W 之间 高阻抗导线的阻抗值大于 1,000 欧姆,45,起搏系统阻抗,1、导线阻抗： 连接器，导线，传导体 2、身体组织阻抗： 电极头与组织的接触界面和周围纤维化 3、极化阻抗： 与多种因素相关：导线面积，极性，材 料，电流幅度及脉宽等,46,导线阻抗值随下面的因素而变化：,绝缘破裂 = resistance decreases 电线断裂 = no conduct

12、ion,47,导线金属丝周围的绝缘 破裂会引起阻抗值下降,绝缘破裂会使电线暴露于体液中，而体液的电阻低，会引起阻抗值下降 电流会通过绝缘破裂口流向体内这样将使电池耗竭 绝缘破裂会引起阻抗值降到 300 W 以下,绝缘破裂,降低电阻,金属丝在绝缘护套内断裂 会引起阻抗值上升,跨越金属丝断裂所形成的阻抗值会增加 电流可能会太小而不能起搏 电流通不过而不能起搏 阻抗值可能超过 3,000 W,导线金属丝断裂,电阻增加,认识起搏系统的组成部分及它们相应的功能 规定基本电学术语的定义 描述时间 - 强度曲线图中振幅和脉宽之间的关系 解释感知的重要性 讨论电磁干扰源及与这些干扰源相关的病人/临床医生应掌握

13、的指导方针 理解在频率适应性起搏中使用传感器的必要性及其类型,课程内容,50,第三节 刺激 Stimulation,51,刺激过程,2 相,1 相,3 相,4 相,跨膜电位 （毫伏）,0 相,阈值,刺激阈值 (stimulation threshold),心脏不应期(refractory period)之外连续夺获 (captured)心脏所需的最小的能量,VVI / 60,夺获,无夺获,53,脉冲: 振幅 Amplitude 脉宽 Pulse Width,两个用来保证夺获的设置：,54,1 振幅(Amplitude)- 是由起搏器 发送到心脏的电压总量,振幅反映脉冲的强度或高度 ： 脉冲的振

14、幅必须足够大使心肌除极（即：夺获心脏） 脉冲的振幅必须足够大以提供适当的起搏安全范围,55,2 脉宽 (pulse width) -是起搏脉冲 的时间（持续时间）,脉宽以毫秒 (ms) 为单位 脉宽必须足够长使除极扩播到周围的组织,5 V,0.5 ms,0.25 ms,1.0 ms,3 强度 - 时间曲线图 (strength duration curve),强度 - 时间曲线图画出了振幅和脉宽的关系 曲线或曲线以上的值将导致夺获,时间 脉宽 (ms),刺激阈值（伏）,0.5,1.0,1.5,夺获,基强度,时值,强度 - 时间曲线图的临床用途,程控必须留出适当的安全范围 起搏系统有急性期和慢性

15、期 阈值的每日波动,夺获,0.5,1.0,1.5,时间 脉宽 (ms),.50,1.0,1.5,2.0,.25,刺激阈值（伏）,电压：2：1,脉宽：3：1,为什么程控时选择 固定脉宽，改变电压值？ - 为什么MDT设置脉宽出厂值为0.4ms？,强度 - 时间曲线图的完整理解,E= VIT,59,病人安全是首要的，第二个 重要目标是延长电池的寿命,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 振幅值比起搏器电池的容量大时需要一个电压增倍器，从而缩短了电池的使用寿命,60,导线阻抗 (lead resistance) 振幅和脉宽设置 (amplitude and pulse wid

16、th) 起搏事件与自身事件的百分比 (pacing and intrinsic events ratio) 频率适应模式设为 ON (shorten life),影响电池使用寿命的因素包括：,61,电极设计也可能影响刺激阈值,导线成熟过程,62,导线成熟过程,在导线植入后，电极的周围形成纤维“包裹”,63,认识起搏系统的组成部分及它们相应的功能 规定基本电学术语的定义 描述时间 - 强度曲线图中振幅和脉宽之间的关系 解释感知的重要性 讨论电磁干扰源及与这些干扰源相关的病人/临床医生应掌握的指导方针 理解在频率适应性起搏中使用传感器的必要性及其类型,课程内容,64,第四节 感知 Sensing,

17、65,感知 (sensing),感知是起搏器感知到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的电位变化来感知心脏除极活动,66,心腔内电图(intracardiac electrogram)记录 从心内膜里面获取的波形,当除极波直接从电极下通过时在心腔内电图上会发生本位曲折 心腔内电图的两个特征是： 信号振幅 斜率 (Slew rate),心腔内电图信号反映电压 的变化与时间变化的关系,信号从波峰移到另一个波峰的时间越长： 斜率越小 信号越平坦 斜率越大（mV 数）说明感知越好 以每秒的伏特数度量,电压,时间,倾斜,斜率,电压的变化,电压变化 的持续时间,起搏器必须能够感知 心

18、脏自身节律并对其作出反应,精确的感知能够使起搏器判断心脏自身是否搏动 起搏器通常设置为只有在心脏不能产生自身搏动时才以起搏脉冲刺激,69,感知灵敏度,振幅 (mV),时间,5.0,2.5,1.25,70,5 mV,2 mV,1mV,Amplitude (mV),Time,5.0,2.5,1.25,感知灵敏度过低，数值过高,71,5 mV,2 mV,1mV,Amplitude (mV),Time,5.0,2.5,1.25,感知灵敏度过高，数值过低,72,5 mV,2 mV,1mV,Amplitude (mV),Time,5.0,2.5,1.25,感知灵敏度正常，数值合时,73,精确的感知 .,保

19、证不会发生 的情况 - 起搏器不会错过应该能够感知的 P 波或 R 波 保证不会发生 的情况 - 起搏器不会将心脏以外的活动误认为自身心脏事件 提供适当的起搏脉冲时间 - 适当感知的事件会重设起搏器的时间间期顺序,感知不良,过感知,74,感知不良 (under sensing or low sensitivity),起搏器不能“看见”自身搏动，因而不能正确反应,未感知出 自身搏动,预定的起搏发出,VVI / 60,75,过感知(over-sensing or too sensitive),探测到 P 波或 R 波以外的电信号,标记道显示 自身活动,虽然没有 活动存在,精确的感知要求将误感知的信

20、号过滤掉,感知放大器(amplifier) 使用滤波器(filter)，能够正确地感知 P 波和 R 波并拒绝不正确的信号 通常不需要感知的信号绝大多数是： T 波 远场事件（由心房通道感知的 R 波） 骨骼肌电位（例如，胸肌电位）,77,精确的感知取决于 .,心肌的电生理学属性 电极的特征及其在心脏内的位置 起搏器的感知放大器,78,可影响感知的因素有：,导线的极性（单极或双极） 导线的完整性 绝缘破裂 金属丝断裂 电磁干扰,79,单极感知,能产生大的电位差，因为： 阴极和阳极之间的距离比双极系统的大,_,双极感知,产生较小的电位差因为极间的距离短 心脏以外的电信号如肌电位被感知的可能性很小

21、,金属丝断裂,绝缘破裂可引起感知不良 或过感知,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振幅不再符合设定的感知值 当内外导体间歇接触时会发生过感知 信号被误认为 P 波或 R 波,82,认识起搏系统的组成部分及它们相应的功能 规定基本电学术语的定义 描述时间 - 强度曲线图中振幅和脉宽之间的关系 解释感知的重要性 讨论电磁干扰源及与这些干扰源相关的病人/临床医生应掌握的指导方针 理解在频率适应性起搏中使用传感器的必要性及其类型,课程内容,83,第五节 电磁干扰 Electromagnetic Interference (EMI),84,电磁干扰 (EMI),干

22、扰可能由体外干扰源的电磁能量引起 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 医院里的电磁干扰，家里或办公室很少有电磁干扰,85,电磁干扰会产生下面的问题：,过感知 (over sensing) 短暂的模式变化（噪音反转 Noise reversion） 重置（电重置或 Power Off Reset， POR）,86,当电磁干扰信号被误认为 P 波或 R 波时会发生过感知,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 P 波时心室频率将加快 如果在单腔系统感知或被双腔系统心室导线感知，频率就降低或受到抑制,87,电磁干扰,起搏器感知的“噪音”,本应

23、起搏,88,噪音反转,VP,VP,SR,SR,SR,SR,感知的噪音,VVI/60,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,89,电磁干扰会导致 起搏参数的意外重新设定,起搏器将返回到电源重置（POR或“支持”模式） 电源重置会表现为模式和频率改变，与择期更换指征(ERI elective replacement indicator) 的现象一样 在某些情况下，重新设定的参数可能是永久的,90,新的技术也会造成新的、不希望的电磁干扰源： 蜂窝电话（数字） Digital Cellular Phones 移动电话要距离起搏器15公分以上,移动电话,91,电磁干扰源在 医院的环

24、境中最常见,干扰起搏器工作的电磁干扰源包括外科手术/治疗设备如： 电烙术 electrocautery 经胸除颤 external defibrillator 体外冲击波碎石extra corporeal lithotripsy 放射性治疗 radiation therapy 射频治疗 经皮电针刺激神经仪 核磁共振 MRI,92,不经常有电磁干扰源的地方：,家、办公室、购物场所 有高压电输出的工业场所 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 机场雷达 飞机发动机 电视和无线电发射站点,93,电刀是最常见的 起搏器医院电磁干扰源,后果 过感知抑制 感知不良（噪

25、音反转） 电源重置 永久失去起搏器输出,预防措施 将模式重设为 VOO/DOO， 或将磁铁放到起搏器上 策略地放置接地板 将电烙脉冲限制在每隔 10 秒有 1 秒的脉冲 使用双极电烙镊子,94,经胸除颤,后果 不适当地重新设置脉冲发生器 (POR) 损坏起搏器电路,预防措施 将除颤电极板放于心尖和后背部（前后位）并尽可能远离起搏器和导线,95,核磁共振 (MRI) 一般不 适用于带起搏器的病人,后果 极高的起搏频率 转变为到非同步起搏,预防措施 将起搏器的输出调低至形成持久的无夺获、ODO 或 OVO 模式,96,碎石冲击波也能影响起搏器系统,双腔模式的后果： 心室起搏被抑制 对频率适应性起搏

26、器的后果 高起搏频率 压电晶体损坏,预防措施: 将起搏器程控设为 VVI 或 VOO 模式 碎石器焦点离起搏器的距离应大于 6 英寸 在整个过程中仔细监视心脏的活动,97,射线能量会造成永久的损坏,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 损坏是永久性的并要求更换起搏器,98,治疗射线量会造成严重的损坏,后果： 起搏器电路损坏 无输出 频率奔放,预防措施: 将起搏器累积吸收的放射线控制在 500 拉德以下，要求屏蔽 在每次射线治疗后检查起搏器的功能是否有变化,99,起搏器防止干扰的措施,起搏器感知电路放大，滤波处理或拒绝进入的信号,100,认识起搏系统的组成部分及它们相应的功能 规定基本电学术语的定义 描述时间 - 强度曲线图中振幅和脉宽之间的关系 解释感知的重要性 讨论电磁干扰源及与这些干扰源相关的病人/临床医生应掌握的指导方针 理解在频率适应性起搏中使用传感器的必要性及其类型,课程内容,101,第六节 频率适应性起搏 Rate Responsive Pacing,1