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1、3Bakken Education Center,Atlanta人工心脏起搏器的基本概念阜外心血管病医院阜外心血管病医院华华 伟伟3Bakken Education Center,Atlanta心脏起搏的历史1804 年Aldini(Italy)电刺激死者停跳的心脏，引起跳动；1929 年Conld 电脉冲刺激心脏，可 使心脏随频率跳动；1932 年Hyman/Hyman Machine Artificial pacemaker,7.2 Kg由于一次大战，未用于临床1950 年Zoll 将经胸壁起搏应用于临床 体外试验及应用阶段体外试验及应用阶段Hyman MachineHyman Machi
2、ne3Bakken Education Center,Atlanta永久植入型起搏试验及应用阶段1958 年全球第一例永久植入型心脏起搏器手术心脏起搏的历史1967 年年 VVI/VVT按需型起搏器问世按需型起搏器问世1972 年年 VDD1977 年年 DDD 标志着进入生理性起搏时代标志着进入生理性起搏时代1980 年年 第一台植入型心脏复律除颤器第一台植入型心脏复律除颤器1982年年 频率适应性技术应用于临床频率适应性技术应用于临床1997年年 自动化技术应用于临床自动化技术应用于临床1998年年 三腔技术应用于临床三腔技术应用于临床(CRT)2003年年 起搏器全数字化技术开发成功起搏
3、器全数字化技术开发成功3Bakken Education Center,Atlanta第一台植入人体的起搏器1958年，瑞典，卡罗林卡医院，胸外科年，瑞典，卡罗林卡医院，胸外科3Bakken Education Center,Atlanta第一位设计起搏器 的工程师Rune Elmqvist(1906-1996)3Bakken Education Center,Atlanta第一位做起搏器植入的医生Ake Senning(1915-2000)3Bakken Education Center,Atlanta第一位植入起搏器的患者Arne Larsson(1915-2001)3Bakken Edu
4、cation Center,Atlanta-1958年10月8日，IIIAVB karolinska Stockholm，Sweden，VOO-1974年1月22日 VVI-1989年1月20日 VVIR-1996年11月7日 最后一个VVIR总计更换20台起搏器-2001年12月28日 卒于与起搏器无关的恶性肿瘤值得信赖的心脏起搏技术值得信赖的心脏起搏技术3Bakken Education Center,Atlanta1986年年 Monaco Cardiostim 会议上三人共同受奖会议上三人共同受奖 值得我们尊敬和缅怀的先驱3Bakken Education Center,Atlanta
5、第一节 起搏系统的组成与功能3Bakken Education Center,Atlanta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;3Bakken Education Center,Atlanta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传导阻滞.异常心脏传导组织可能出现3Bakken Education Center,Atlanta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疗3Bakken Education Center,Atlanta人工心脏起搏系统的组
6、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脉冲发生器导线导线人体组织起搏器，电极导线与人体组织结合形成一个起搏器，电极导线与人体组织结合形成一个完整完整完整完整的回路的回路3Bakken Education Center,Atlanta起搏系统 脉冲发生器 电极导线3Bakken Education Center,Atlanta组成：电池、电路、外壳、连接装置、传感器、微处理器功能：产生并发放电刺激电路电路电池电池1、脉冲发生器3Bakken Education Center,Atlanta混合电路板正反面观锂碘电池3Bakken Education Center,Atlanta3
7、Bakken Education Center,Atlanta2、电极导线功能分类固定方式3Bakken Education Center,Atlanta电极电极2.1起搏电极导线的功能导线导线心脏起搏起搏感知感知起搏器3Bakken Education Center,Atlanta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3Bakken Education Center,Atlanta2.3 导线固定方式被动固定 passive fixation叉齿(tines)卡在心脏的肌小梁间（纤维网 tr
8、abeculae）主动固定 active fixation螺旋（或螺丝钉 screw-in）延伸到心内膜组织3Bakken Education Center,Atlanta2.3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)3Bakken Education Center,Atlanta3.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3Bakken Education Center,Atlanta从顶端电极（阴极）流动刺激心脏通过体液和组
9、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-+单极起搏系统有一根只有一个单极起搏系统有一根只有一个单极起搏系统有一根只有一个单极起搏系统有一根只有一个电极的导线位于心脏内，在这电极的导线位于心脏内，在这电极的导线位于心脏内，在这电极的导线位于心脏内，在这个系统中，脉冲：个系统中，脉冲：个系统中，脉冲：个系统中，脉冲：3Bakken Education Center,Atlanta3Bakken Education Center,Atlanta阳极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 sy
10、stem)阴极阴极有一根有两个电极的导线有一根有两个电极的导线有一根有两个电极的导线有一根有两个电极的导线位于心脏内，在这个系统中，位于心脏内，在这个系统中，位于心脏内，在这个系统中，位于心脏内，在这个系统中，脉冲：脉冲：脉冲：脉冲：3Bakken Education Center,Atlanta3Bakken Education Center,Atlanta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)(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
11、不易发生过感知不易发生过感知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 lead3Bakken Education Center,Atlanta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3Bakken Education Center,Atlanta识别起搏节律AAI/603Bakken Education Center,Atlanta识别起搏节律 VVI/603Bakken Education Center,Atlanta心房和心室都植入导线双腔系统有两根
12、导线：3Bakken Education Center,Atlanta识别起搏节律DDD/60/1203Bakken Education Center,Atlanta识别起搏节律DDD/60/1203Bakken Education Center,Atlanta识别起搏节律DDD/60/1203Bakken Education Center,Atlanta识别起搏节律DDD/60/1203Bakken Education Center,Atlanta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
13、搏(rate responsive)提供由起搏器存储起来的诊断信息（Diagnostic）绝大多数起搏器具有四个功能：3Bakken Education Center,Atlanta第二节 电学概念3Bakken Education Center,Atlanta电压(voltage-V)电流(current-I)阻抗(resistance-R)每种电路都具有下列特征：VRIe-3Bakken Education Center,Atlanta欧姆定律(Ohms Law)I I 和和和和R R 成反比例成反比例成反比例成反比例-如果如果如果如果V V不变，不变，不变，不变，R R 增大，电增大，电
14、增大，电增大，电 流减少。流减少。流减少。流减少。-如果如果如果如果V V不变，想电流增加，不变，想电流增加，不变，想电流增加，不变，想电流增加，R R要减少，。要减少，。要减少，。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VIRx3Bakken Education Center,Atlanta第三节 刺激 Stimulation3Bakken Education Center,Atlanta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）-50050-1000 相相阈值阈值3Bakken E
15、ducation Center,Atlanta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3Bakken Education Center,Atlanta脉冲:振幅 Amplitude 脉宽 Pulse Width两个用来保证夺获的设置：3Bakken Education Center,Atlanta1 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
16、提供适当的起搏安全范围3Bakken Education Center,Atlanta2 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步到周围的组织5 V0.5 ms0.25 ms1.0 ms3Bakken Education Center,Atlanta3 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刺激电压（伏）刺激电压（伏）0.51.01.5夺获夺获基强度基强度时值时值3Bakken E
17、ducation Center,Atlanta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期阈值的每日波动夺获夺获0.51.01.5时间时间脉宽脉宽(ms).501.01.52.0.25刺激阈值刺激阈值（伏）伏）电压：电压：2：1脉宽：脉宽：3：13Bakken Education Center,Atlanta 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3Bakken Education Center,Atlanta病人安全是首要的，第二个
18、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3Bakken Education Center,Atlanta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(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：3Bakken Education Center,Atlanta电极设计也可能影响刺激阈值导线成
19、熟过程3Bakken Education Center,Atlanta导线成熟过程在导线植入后，电极的周围形成纤维“包裹”3Bakken Education Center,Atlanta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胶插头叉齿用于固定3Bakken Education Center,Atlanta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
20、极01245789101112伏特3Bakken Education Center,Atlanta第四节 感知 Sensing3Bakken Education Center,Atlanta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3Bakken Education Center,Atlanta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)3Bakken Edu
21、cation Center,Atlanta3Bakken Education Center,Atlanta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3Bakken Education Center,Atlanta感知灵敏度振幅振幅(mV)时间时间5.02.51.253Bakken Education Center,Atlanta5 mV2 mV1mVAmplitude(mV)Time5.02.51.25感知灵敏度过低，数值过高3Bakken Education Center,Atlanta5
22、 mV2 mV1mVAmplitude(mV)Time5.02.51.25感知灵敏度过高，数值过低3Bakken Education Center,Atlanta5 mV2 mV1mVAmplitude(mV)Time5.02.51.25感知灵敏度正常，数值合适3Bakken Education Center,Atlanta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3Bakken Education Center,Atlanta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_3Bakken Education Center,Atlan
23、ta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3Bakken Education Center,Atlanta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3Bakken Education Center,Atlanta第六节 频率适应性起搏 Rate Responsive Pacing3Bakken Education Center,Atlanta频率自适应频率适应性（也称频率调节 rate adap
24、tive）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3Bakken Education Center,Atlanta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3Bakken Education Center,Atlanta有许多频率适应传感器市场上常见的单传感器有：体动传感器(body mo
25、tion)，检测身体活动并根据活动的程度增加频率，如压电晶体，加速度计（accelerometer）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变化QT间期传感器双传感器：体动传感器与分钟通气量传感器3Bakken Education Center,Atlanta1958年第一台永久型起搏器置入人体1967 年VVI 按需型起搏器问世1972 年VDD1977 年DDD 标志着进入生理性起搏时代1978 年cmos 电路调整程控 1981 年 全球第一台采用Microprocessor 技术的起搏器 1982 年全球第一台频率应答起搏器 19
26、97 1997 1997 1997 年年年年自动化技术应用于临床2003 2003 2003 2003 年年年年全球第一台全数字式起搏器全球第一台全数字式起搏器全球第一台全数字式起搏器全球第一台全数字式起搏器2006 2006 2006 2006 年年年年 全自动化起搏器全自动化起搏器全自动化起搏器全自动化起搏器心脏起搏不断进步3Bakken Education Center,Atlanta控制：磁铁-程控仪-电话-因特网起搏治疗领域大大扩展双心室起搏治疗心衰起搏预防治疗快速性心律失常ICD技术预防心脏性猝死防治室上速起搏其它部位治疗其它疾病帕金森、尿失禁、疼痛起搏器向多方面发展起搏器向多方面发展3Bakken Education Center,Atlanta3Bakken Education Center,AtlantaICD-除颤、心律转复除颤、心律转复单线圈电极双线圈电极3Bakken Education Center,Atlanta三腔起搏心脏再同步治疗心力衰竭 右房+双室 使双室电活动重新同步3Bakken Education Center,Atlanta