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1、起搏的基本概念Pacing Concepts 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第一节 起搏系统的组成与功能正常的心脏传导系统正常的心脏传导系统束支束支房室结房室结窦房结窦房结心室心室心房心房房室结传导冲动使心室收缩窦房结发放脉冲使心房收缩; 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
2、器不适于长期治疗不适宜药物治疗人工心脏起搏系统的组成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导线人体组织导线脉冲发生器起搏系统 脉冲发生器 电极导线 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路电池电池1、脉冲发生器2、 电极导线 功能 分类 固定方式电极电极2.1起搏电极导线的功能导线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2.3 导线固定方式 被动固定 passive fixation 叉齿 (tines)卡在心脏
3、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)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 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阴极阴极阳极阳极-+阳极阳极 通过导线末端的顶端电极流动 刺
4、激心脏 返回导线顶端近侧的环形电极双极起搏系统(bipolar system)阴极阴极单极导线 unipolar lead单极导线比双极导线的直径小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单极导线在心电图上的脉冲信号较大号较大z 不易发生过感知不易发生过感知(交叉感知交叉感知)z 可程控为单极可程控为单极z 不易产生肌肉和神经刺激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
5、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脉宽 = 0.5 msec036植入时间（周）植入时间（周）织物金属电极织物金属电极平滑金属电极平滑金属电极12345类固醇淘析电极类固醇淘析电极01245789101112伏特单腔系统 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识别起搏节律 VVI / 60 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识别起搏节律DDD / 60 / 120识别起搏节律DDD / 60 / 120识别起搏节律DDD
6、 / 60 / 120 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： 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第二节 电学概念 电压 (voltage - V) 电流 (curr
7、ent - I) 阻抗 (resistance - R)每种电路都具有下列特征：VRIe-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)VRI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VRI阻抗 对电流的阻力 在起搏系统中，阻抗： 以欧姆 ohm为单位 (W ) 以字母 R 表示（W 表示数值） 对电流全部阻力的计量VRI电压、电
8、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)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 (Ohms Law) 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，
9、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：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/RI = 5 V 500 W = 0.010 安培(mA)0.010 x 1000 = 10 毫安 (mA)V= 5 VR = 500I在本例中，电压降为一半如果：电压 = 2.5 V阻抗 = 500 W电流 = ?I = V/RI = 2.5 V 500 W = 0.005 安培0.005 x 1000 = 5 毫安在本例中，阻抗降为一半如果：电压 = 5 V阻抗 = 250 W电流 =
10、 ?I = V/RI = 5 V 250 W = 0.020 安培0.020 x 1000 = 20 毫安例子如果：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要加倍才能保证夺获心脏。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
11、 高阻抗导线的阻抗值大于 1,000 欧姆起搏系统阻抗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 conduction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
12、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导线金属丝断裂导线金属丝断裂电阻增加电阻增加 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第三节 刺激 Stimulation刺激过程时间（毫秒）时间（毫秒）1002003004005002 相相1 相相3 相相4 相相跨膜电位跨膜电位（毫伏）（毫伏）-50
13、050-1000 相相阈值阈值刺激阈值 (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夺获夺获无夺获无夺获脉冲: 振幅 Amplitude 脉宽 Pulse Width两个用来保证夺获的设置：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
14、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 ms3 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夺获夺获基强度基强度时值时值强度 - 时间曲线图的临床用途程控必须留出适当的安全范围程控必须留出适当的安全范围 起搏系统有急性期和慢性期起搏系统有急性期和慢性期 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.
15、25刺激阈值（伏）刺激阈值（伏）电压：电压：2：1脉宽：脉宽：3：1 为什么程控时选择为什么程控时选择 固定脉宽，改变电压值？固定脉宽，改变电压值？- 为什么为什么MDT设置脉宽出厂值为设置脉宽出厂值为0.4ms？强度 - 时间曲线图的完整理解E= VIT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 导线阻抗 (lead resistance) 振幅和脉宽设置 (amplitude and pulse width) 起搏事件与自身事件的百分比 (pacin
16、g 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：电极设计也可能影响刺激阈值 导线成熟过程导线成熟过程 在导线植入后，电极的周围形成纤维“包裹” 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第四节 感知 Sensing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
17、阴极之间的心肌细胞的电位变化来感知心脏除极活动心腔内电图(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电压时间时间倾斜倾斜斜率斜率电压的变化电压的变化电压变化电压变化的持续时间的持续时间起搏器必须能够感知心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
18、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感知灵敏度振幅振幅 (mV)时间时间5.02.51.255 mV2 mV1mVAmplitude (mV)Time5.02.51.25感知灵敏度过低，数值过高5 mV2 mV1mVAmplitude (mV)Time5.02.51.25感知灵敏度过高，数值过低5 mV2 mV1mVAmplitude (mV)Time5.02.51.25感知灵敏度正常，数值合时精确的感知 . 保证不会发生 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
19、- 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(over-sensing or too sensitive) 探测到 P 波或 R 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 虽然没有虽然没有活动存在活动存在 VVI / 60精确的感知要求将误感知的信号过滤掉 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
20、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）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
21、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 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第五节 电磁干扰 Electromagnetic Interference (EMI)电磁干扰 (EMI) 干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电磁干扰会产生下面的问
22、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）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”本应起搏本应起搏噪音反转VPVPSRSRSRSR感知的噪音低限频率间期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 电磁干扰会导致起搏参数的意外重新设定 起搏器将返
23、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公分以上电磁干扰源在医院的环境中最常见 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
24、 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 使用双极电烙镊子经胸除颤 后果 不适当地重新设置脉冲发生器 (POR) 损坏起
25、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
26、的并要求更换起搏器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起搏器防止干扰的措施 输入输入带通带通 滤波器滤波器绝对绝对数值数值反转反转电路电路电平电平检测器检测器灵敏度灵敏度 调节器调节器 起搏器起搏器逻辑电路逻辑电路 起搏器感知电路放大，滤波处理或拒绝进入的信号 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
27、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第六节 频率适应性起搏 Rate Responsive Pacing频率自适应 频率适应性（也称频率调节 rate adaptive）起搏器当窦房结不能提供适当的频率时，给病人提供改变心率的能力。 频率适应性起搏适用于： 患变时性功能不良的病人（在活动时心率不能达到适当的水平或满足其他新陈代谢的要求） 患慢性心房颤动并且心室率缓慢的病人频率适应性起搏 心输出量 (cardiac output CO) 由心脏跳动量 (stroke volume SV) 和心率 (heart rate HR) 联合决定 SV x HR = CO 心输出
28、量的变化取决于 HR 和 SV 对新陈代谢要求作出反应的能力频率适应性起搏 心脏每搏排血量的储备可使心输出量增加达 50% 心率储量能适应新陈代谢的要求将总的心输出量增加到三倍频率适应性起搏 当氧合血液需求增加时，起搏器保证心率加快以提供更多的心输出量调节心率以适应活动调节心率以适应活动正常心率正常心率频率适应性起搏频率适应性起搏固定频率起搏固定频率起搏每日活动每日活动有许多频率适应传感器 市场上最受欢迎的传感器有： 体动传感器 (body motion)，检测身体活动并根据活动的程度增加频率 每分钟通气量传感器 (minute ventilation)，通过经胸阻抗读数测量呼吸频率和潮气量的
29、变化 加速计 (accelerometer)频率适应性起搏 体动传感器用一个压电晶体 (piezoelectric) 检测运动引起的机械信号 晶体将机械信号变成电信号，电信号又接着加快起搏器的频率压电压电晶体晶体频率适应性起搏 每分钟通气量 (MV) 是单位时间内进入肺的空气量 MV 有两个组成部分： 潮气量(tidal volume) - 一个呼吸周期内吸入肺的空气量 呼吸频率 (respiratory rate)- 每分钟呼吸的次数频率适应性起搏 每分钟通气量可以通过测量经胸腔的电阻抗的变化来计算一段时间内肺容量的变化来测量 起搏系统组成与功能 电学的概念 刺激阈值 感知 电磁干扰 (EMI) 频率适应性起搏起搏基本概念模块总结休息休息！休息！休息！