第七章心臟治療儀器與高頻電刀(修改版)課件

現(xiàn)代醫(yī)學電子儀器原理與設(shè)計B6-134第七章心臟治療儀器與高頻電刀現(xiàn)代醫(yī)學電子儀器原理與設(shè)計第七章心臟治療儀器與高頻電刀17.1電刺激治療類儀器設(shè)計原理7.2心臟起搏器簡介7.3固定型和R波抑制型心臟起搏器7.4心臟起搏器的能源和電極7.5心臟除顫器7.6典型心臟除顫器7.7高頻電刀目錄目錄2醫(yī)學診斷---感知各種生理參數(shù)信號，完成信號的處理最后顯示和記錄，供臨床和醫(yī)學研究使用。治療---在治療類設(shè)備中，電刺激器是醫(yī)學電子儀器中非常重要的代表。第七章心臟治療儀器與高頻電刀(修改版)課件3心臟起搏器---為心臟提供間隔的電刺激以替代心臟傳導障礙造成興奮的中斷。除顫器---治療心律失常最有效的方法之一，特別是在挽救心臟驟停病人生命方面發(fā)揮越來越重要的作用。第七章心臟治療儀器與高頻電刀(修改版)課件4高頻電刀

利用高密度的高頻電流對局部生物組織的集中熱效應(yīng)，使組織或組織成分汽化或爆裂，從而達到凝固或切割等醫(yī)療手術(shù)的目的。

取代手術(shù)刀進行各種外科手術(shù)

明顯地減少出血，甚至不出血

殺菌作用高頻電刀57.1電刺激治療類儀器設(shè)計原理刺激方式與效應(yīng)電刺激的類型電刺激與電興奮的基本因素電刺激引起組織興奮的原理電刺激的其他效應(yīng)電刺激常見波形植入式電刺激器的基本要求封裝要求導聯(lián)和電極設(shè)計安全設(shè)計7.1電刺激治療類儀器設(shè)計原理刺激方式與效應(yīng)6頻率小于1kHz時的電流對人體細胞組織的作用主要是以刺激效應(yīng)為主。如圖所示為頻率小于1kHz時電流大小對人體的不同效應(yīng)，在這個頻段，人體能耐受的電流很小。低頻電刺激是一種不安全的因素，應(yīng)予以高度重視。另一方面，低頻電刺激用于疾病的治療時有其特殊效果，如各類植入式刺激治療儀。頻率小于1kHz時的電流對人體細胞組織的作用主要是以刺激效應(yīng)7當刺激頻率大于1MHz后，幾乎沒有任何刺激作用了。這時人體承受電流的能力隨頻率逐步增大，其產(chǎn)生的效應(yīng)主要是熱效應(yīng)，如微波熱療儀、高頻電刀的應(yīng)用等。大多數(shù)哺乳動物動物神經(jīng)肌肉組織產(chǎn)生刺激興奮的最佳頻率都是在100Hz左右。當刺激頻率大于1MHz后，幾乎沒有任何刺激作用了。這時人體承8刺激方式與效應(yīng)㈠電刺激的類型電刺激系統(tǒng)通常由三部分組成1.脈沖發(fā)生器2.導聯(lián)線3.電極按電刺激部位，刺激類型可劃分如下表面刺激經(jīng)皮刺激植入式刺激

刺激方式與效應(yīng)㈠電刺激的類型9㈡電刺激與電興奮的基本因素在功能性電刺激中，典型的刺激波形是方波序列，使用這種波形的原因是它的效率和易于產(chǎn)生。刺激序列的三個參數(shù)，即頻率、幅度、脈寬，全部對肌肉收縮有影響。一般來說，刺激頻率應(yīng)盡可能小，以防止肌肉疲勞并節(jié)約刺激能量。㈡電刺激與電興奮的基本因素10決定刺激頻率的主要因素是肌肉的融合頻率，即可以獲得平滑肌響應(yīng)的頻率。這個頻率是變化的，可以小到12Hz（通常為12～14Hz），大到50Hz。對于表面電極，調(diào)節(jié)肌肉力量的常規(guī)方法是保持刺激脈沖的頻率和脈寬不變，改變刺激脈沖的幅度。腓神經(jīng)刺激幅度：小到25V/200μs臀大肌刺激幅度：120V/300μs決定刺激頻率的主要因素是肌肉的融合頻率，即可以獲得平滑肌響應(yīng)11若電壓降一定，則刺激能量由IΔt來確定。這表明，電刺激引起的組織興奮不僅與I有關(guān)，而且還與刺激的作用時間有關(guān)。實驗表明，活的系統(tǒng)在一定條件下引起組織興奮與電刺激能量有關(guān)。若刺激的波形如圖所示，則引起的組織興奮的能量激為：若電壓降一定，則刺激能量由IΔt來確定。這表明，電刺激引起的121.強度閾若電刺激的作用時間一定，則刺激強度必須達到某一最低值，才能引起組織興奮，此值稱為刺激強度的閾值（簡稱強度閾）。2.時間閾若刺激強度一定，能引起組織興奮的最短刺激時間（脈沖寬度），即稱為組織興奮的時間閾值。3.強度-時間曲線1.強度閾13強度閾與時間閾之間存在一定的關(guān)系，這種關(guān)系用強度-時間曲線來表示，如圖所示。曲線上的每一點代表一個閾刺激。閾刺激：刺激時間一定時，引起組織興奮所必需的最低刺激強度；或者刺激強度一定時，引起組織興奮所必須的刺激電流的最短持續(xù)時間。強度閾與時間閾之間存在一定的關(guān)系，這種關(guān)系用強度-時間曲14基強度：刺激期間無論多長，必須有一個最低的基本強度閾值，稱為基強度IR。利用時：以基強度作為刺激強度引起組織興奮所需要的最短刺激期間稱為利用時。時值：用“時值”來表明興奮性高低，其定義是用基強度IR的2倍作為刺激強度，所引起組織興奮所需要的最短刺激時間（即脈沖寬度）稱為時值（τ）。設(shè)電刺激強度-時間曲線的等效方程為(近似雙曲線關(guān)系)：式中，IR、τ為兩個常數(shù)。當時間t→∞時，I=IR，τ與曲線上升部分的斜率有關(guān)?；鶑姸龋捍碳て陂g無論多長，必須有一個最低的基本強度閾值，稱為15實際中不能完全確定時值τ是衡量組織興奮性的絕對數(shù)值在實際應(yīng)用時，為得到有效刺激，通常采用電流為I=2IR，脈沖寬度略大于時值τ，此時產(chǎn)生興奮所需的能量最小。當刺激強度減弱到低于基強度時，無論刺激時間怎樣延長，也不能引起組織興奮；而當刺激作用時間減小到遠離時值以下時，即便大大增加刺激強度，也同樣不能引起組織興奮。因此，興奮性組織的刺激強度-時間曲線的形狀大致相同，但各自的基強度和時值不同。實際中不能完全確定時值τ是衡量組織興奮性的絕對數(shù)值當刺激16㈢電刺激引起組織興奮的原理在直流電作用下，在陰極附近部分膜外正離子被中和，使膜極化減弱，組織興奮性升高。陽極則相反。極興奮法則：在直流電刺激條件下，組織興奮性或反應(yīng)的產(chǎn)生和大小與通電強度、極性有關(guān)，即通電時興奮產(chǎn)生在陰極，而斷電時興奮發(fā)生在陽極。電刺激引起組織興奮的原理分析，可用下圖所示的模型來說明。圖中R和C分別代表膜電阻和膜電容。神經(jīng)纖維在靜息時處于極化狀態(tài)，即靜息電位的極化膜外為正，膜內(nèi)為負。㈢電刺激引起組織興奮的原理在直流電作用下，在陰極附近部分膜17㈣電刺激的其他效應(yīng)刺激的電化學效應(yīng)電極腐蝕組織損傷㈣電刺激的其他效應(yīng)18㈤電刺激常見波形各種刺激波形引起組織損傷、電極腐蝕和興奮閾值的優(yōu)劣比較㈤電刺激常見波形各種刺激波形引起組織損傷、電極腐蝕和興奮閾19植入式電刺激器的基本要求㈠植入式電子儀器的封裝1.電子電路必須在人體的環(huán)境下受到保護。植入電路的封裝使用不同的材料，包括聚合物、金屬、陶瓷和玻璃。封裝方法在某種程度上取決于電路工藝。2.環(huán)氧封裝是植入神經(jīng)肌肉刺激設(shè)計者的最初選擇，環(huán)氧體覆蓋硅膠可以改善封裝的生物相容性。聚合體不能提供密封的保護，因此不能用于高密度、高阻抗的電路的封裝，一旦進入濕氣，最終會影響電子元件，表面離子導致短路、漏電、電路靈敏度降低和其他功能失效。植入式電刺激器的基本要求㈠植入式電子儀器的封裝203.金屬封裝通常使用鈦，它是用金屬塊加工或金屬片拉長而成的。電信號經(jīng)過焊接在封裝壁上的連通器進出封裝。連通器裝配利用陶瓷或玻璃絕緣使一根或多根導線出入封裝壁而不與封裝壁接觸。在裝配過程中，電路放在封裝內(nèi)部與連通器連接，然后，焊接關(guān)閉封裝。鎢惰性氣體、電子束或激光焊接設(shè)備用于最終的封裝。金屬封裝要求接收線圈放在封裝外以避免射頻信號或能量的明顯損失。因此，在體內(nèi)需要額外的空間容納全部的植入裝備。通常，密封封裝和接收天線共同嵌入在環(huán)氧中，環(huán)氧封裝為金屬天線提供絕緣，并使整個植入裝備結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。3.金屬封裝通常使用鈦，它是用金屬塊加工或金屬片拉長而成的。21㈡導聯(lián)和電極設(shè)計---導聯(lián)線連接脈沖發(fā)生器和電極，要穿過連接處，必須足夠堅固。導聯(lián)必須可伸展，以允許與身體運動相關(guān)的脈沖發(fā)生器和電極之間的距離變化。把導線卷成螺旋狀，并插入小直徑的硅管中，可以獲得彎曲和伸展的能力。---電極把電荷傳向刺激組織，電極由耐腐蝕材料制成，如貴金屬（鉑和銥）及其合金。例如，由于10%銥和90%鉑組成的鉑-銥合金通常用作電極材料，一種肌外電極用φ4mmPt90Ir10圓盤放置于滌綸加強的硅背上。而肌肉電極使用末端不絕緣的導聯(lián)線作為電極頭部，上面有一個小的傘狀錨鉤，這樣安排使得電極頭部與導聯(lián)線直徑相差不大，可以用類似套針管的工具把電極放入肌肉深部。㈡導聯(lián)和電極設(shè)計22㈢植入式刺激器的安全設(shè)計神經(jīng)肌肉植入刺激器設(shè)計的目標壽命是使用者的壽命，至少以10年計。⑴生物相容性：它們與活組織共存而不干擾組織功能、產(chǎn)生有損組織反應(yīng)或由于組織環(huán)境改變而改變其屬性。⑵電磁干擾(EMI)和靜電放電(ESD)的敏感性EMI的發(fā)射可能來自外部源靜電放電電擊并非少見。這些電擊電壓可能高達15kV或更高。如果沒有防護設(shè)計措施，敏感元件可能很容易被損壞。植入刺激器的電子電路通常用金屬外殼防護。然而，電路可能被通過連通器進入的干擾信號損壞。如果使用長導聯(lián)線，即使在植入后也可能發(fā)生損害。㈢植入式刺激器的安全設(shè)計23⑶生產(chǎn)和測試植入電路及其封裝，在許多情況下不符合監(jiān)控產(chǎn)品和集成電路的封裝標準而失敗。為了減小失敗的可能，植入電子裝置應(yīng)在受控的潔凈環(huán)境中用高品質(zhì)元件和嚴格制定的生產(chǎn)流程進行生產(chǎn)，最終產(chǎn)品在植入前應(yīng)進行嚴格測試。⑶生產(chǎn)和測試247.2心臟起搏器簡介人工心臟起搏器是一個以電池為動力的、體積小而能植入體內(nèi)、可產(chǎn)生連續(xù)穩(wěn)定的電脈沖的裝置。心臟起搏系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)由心臟起搏器（低頻脈沖發(fā)生器及其控制電路）、導線、刺激電極、電源等組成。7.2心臟起搏器簡介人工心臟起搏器是一個以電池為動力的、25人工心臟起搏器的作用1、治療：人工心臟電起搏器能治療一些嚴重的心律失常。心律失常是由多種病因引起的心肌電生理特性改變的一種疾病，某些嚴重的心律失常如高度或完全性房室傳導阻滯、重度病態(tài)竇房結(jié)綜合癥等人工心臟起搏器的作用1、治療：人工心臟電起搏器能治療一些嚴重262、診斷：還可用于某些疾病的診斷。例如心房調(diào)搏輔助診斷可疑的冠心病、心房超速起搏法診斷竇房結(jié)功能不全，預測完全性房室傳導阻滯患者是否有發(fā)生心腦綜合癥的危險等。2、診斷：還可用于某些疾病的診斷。例如心房調(diào)搏輔助診斷可疑的273、藥理及實驗研究：人工心臟起搏技術(shù)在心血管的生理和病理生理以及藥理和臨床應(yīng)用的實驗研究工作中，也取得了發(fā)展。例如在心律失常方面，將逐步揭示一些我們還不能解釋的電生理現(xiàn)象，對心律失常的診斷和治療會起到更積極的作用。3、藥理及實驗研究：人工心臟起搏技術(shù)在心血管的生理和病理生理28心臟起搏器的臨床應(yīng)用的適應(yīng)癥1、長期起搏適應(yīng)癥房室傳導阻滯、三束支阻滯、病態(tài)竇房結(jié)綜合癥2、臨時性起搏適應(yīng)癥臨時性起搏指心臟病變可望恢復，緊急情況下保護性應(yīng)用或診斷應(yīng)用的短時間使用起搏器，一般使用幾個小時、幾天或幾個星期.心臟起搏器的臨床應(yīng)用的適應(yīng)癥1、長期起搏適應(yīng)癥29心臟起搏器類型第1代為固律型起搏器（VOO），僅有起搏功能第2代為按需起搏器（VVI），具有起搏+感知功能第3代為生理性起搏器（DDD），具有起搏+感知+生理性起搏功能第4代為自動化起搏器，其功能及工作參數(shù)可自動調(diào)整對運動的頻率反應(yīng)性頻率滯后睡眠頻率頻率穩(wěn)定性心臟起搏器類型第1代為固律型起搏器（VOO），僅有起搏功能對30心臟起搏器的分類（一）按起搏器與病員的關(guān)系1、感應(yīng)式：起搏器的脈沖發(fā)生器在體外，通過載波發(fā)射給被埋植在體內(nèi)的接受器（感應(yīng)線圈）接收，再經(jīng)解調(diào)（檢波）為原形起搏脈沖，通過起搏電極刺激心臟心臟起搏器的分類（一）按起搏器與病員的關(guān)系312、經(jīng)皮式（體外攜帶式）：起搏器在病員體外，起搏脈沖經(jīng)皮膚和靜脈送人心臟。3、埋藏式：起搏器全部埋植于患者的皮下（胸部或腹部），電極經(jīng)靜脈固定在心內(nèi)膜或心肌表面2、經(jīng)皮式（體外攜帶式）：起搏器在病員體外，起搏脈沖經(jīng)皮膚和32（二）按照起搏器與患者心臟活動發(fā)出的P波與R波的關(guān)系分類：非同步型（固定型）：起搏器發(fā)出的起搏脈沖與患者的P波或R波無關(guān)同步型起搏器：分P波同步起搏器和R彼同步起搏器

心肌的興奮性?（二）按照起搏器與患者心臟活動發(fā)出的P波與R波的關(guān)系分類：心33絕對不應(yīng)期（absoluterefractoryperiod）：對任何刺激均不起反應(yīng)，相當于心電圖QRS波群開始至T波波峰前的一段時間。相對不應(yīng)期（relativerefractoryperiod）:對較強的刺激引起稍低于正常時的興奮反應(yīng)，為有效不應(yīng)期之末到復極完畢前的一小段時間，相當于T波終末。易激期（vulnerableperiod）在T波波峰前后，有一短暫的興奮性增強階段，在此期間被刺激易激發(fā)心動過速、撲動或顫動。絕對不應(yīng)期（absoluterefractoryperi34（三）按起搏電極分類有兩種：1、單極型：陰極由起搏導管（或?qū)Ь€）經(jīng)靜脈或開胸送至右心室（或右心房）；陽極（無關(guān)電極）置于腹部皮下（當起搏器為體外攜帶式時）或置于胸部（當應(yīng)用埋藏式起搏器時其外殼即是陽極）。（三）按起搏電極分類有兩種：352、雙極型：起搏器的陰極與陽極均與心臟直接接觸（固定在心肌上，或陰極與心內(nèi)膜接觸而陽極在心腔內(nèi)）。2、雙極型：起搏器的陰極與陽極均與心臟直接接觸（固定在心肌上36各類起搏器簡介固定型起搏器：這類起搏器無論心臟自搏心率快慢與否，起搏器只發(fā)出固定（或經(jīng)調(diào)節(jié)改變）頻率、幅度的電脈沖，不受自主心率的支配,一旦心臟自主心率超過電脈沖頻率，心臟將自身搏動，而這個電脈沖的刺激對心臟來說則是多余的。各類起搏器簡介固定型起搏器：這類起搏器無論心臟自搏心率快慢與37適應(yīng)癥：完全性房室傳導阻滯和永久性竇性過緩缺點：如果電脈沖落在易激期，則患者自己發(fā)出的心室激動與起搏器節(jié)律發(fā)生競爭心律，誘發(fā)心室纖顫或室性心動過速適應(yīng)癥：完全性房室傳導阻滯和永久性竇性過緩38R波同步型起博器（1）R波抑制型，又稱為按需型，它不但能對心臟發(fā)放刺激脈沖，又能接受來自心臟的R波的控制；當心臟自搏心率超過起搏器的速率時，起搏器被抑制而停止發(fā)放刺激脈沖，避開易激期，克服了固定式起搏器與心臟自搏發(fā)生競爭心律的缺點；當心臟自搏心率低于起搏速率時，起搏器輸出脈沖刺激心臟起搏。它是按病人需要而工作,所以稱為按需型起搏器。R波同步型起博器（1）R波抑制型，又稱為按需型，它不但能對39優(yōu)點:不發(fā)生無用刺激,從心臟生理和電能消耗看均比較合理.臨床應(yīng)用最廣,占90%。優(yōu)點:不發(fā)生無用刺激,從心臟生理和電能消耗看均比較合理.40（2）R波觸發(fā)型，又稱為備用型，它能發(fā)出有一定節(jié)率的起搏脈沖。當心臟自身心搏R波出現(xiàn)時，起搏器立即被觸發(fā)，發(fā)出一個脈沖，它將落在心動周期的絕對不應(yīng)期內(nèi)，而對心臟活動是無效的，下一個起搏脈沖將以R波出現(xiàn)前的時刻為起點重新安排，在規(guī)定的時間內(nèi)，如無自身心搏發(fā)生，起搏器發(fā)放脈沖刺激心臟起搏（所以又稱為備用型），以后如自身心博R波出現(xiàn)，起搏器又被觸發(fā)，重復上述過程。（2）R波觸發(fā)型，又稱為備用型，它能發(fā)出有一定節(jié)率的起搏脈沖41起搏器受P波控制，達到一定同步作用。其原理是將心房活動時產(chǎn)生的P波，經(jīng)心房電極送給起搏器進行放大、并延遲約120ms時間，再觸發(fā)起搏器的脈沖發(fā)生器，最后通過電極向心室發(fā)放刺激脈沖，心室活動受到心房電激的控制，對有房室傳導阻滯的患者，相當于一條人工造成的房室傳導通路，使房室傳導得以通暢。P波同步起搏器起搏器受P波控制，達到一定同步作用。其原理是將心房活動時產(chǎn)生42房室順序型其原理是每次刺激先發(fā)放一個脈沖，刺激心房起搏，經(jīng)過延遲適當一段時間后再發(fā)放一個脈沖刺激心室起搏，以此保持房室激動的生理順序。如有自身心臟活動，則QRS波將抑制后一脈沖的發(fā)放。這種起搏器的缺點是性能尚不夠完善，且心房、心室各要裝一個電極。房室順序型其原理是每次刺激先發(fā)放一個脈沖，刺激心房起搏，經(jīng)過43DDD模式雙腔起搏，雙腔感知，雙腔觸發(fā)抑制型起博器：又稱為房室順序收縮雙腔觸發(fā)抑制型起搏器即全自動起搏器。DDD起搏器能模擬人類竇房結(jié)和房室結(jié)的生理功能，按順序起搏心房和心室，又能感知心房和心室自身的電活動。感知之后的反應(yīng)方式有觸發(fā)型和抑制型兩種，根據(jù)電生理情況而自動選擇。DDD模式雙腔起搏，雙腔感知，雙腔觸發(fā)抑制型起博器：又稱為44DDD起搏器的多種功能它能根據(jù)心臟的電生理情況而自動選擇和更換發(fā)放脈沖的方式。如病人有自身的心房和心室搏動，則起搏器全部被抑制，停止起搏脈沖的發(fā)放。如無自身的心房搏動，或心房率過緩，起搏器便發(fā)放脈沖起搏心房。起搏心房的脈沖發(fā)出之后，經(jīng)過一段預定的A-V延遲性間期(約0.12—0.20s)，如心室無自身搏動出現(xiàn)，則起搏器發(fā)出脈沖，激動心室；如心室有自身搏動出現(xiàn)，則心室的電極感知之后，起博器不再發(fā)出刺激心室的脈沖。DDD起搏器的多種功能它能根據(jù)心臟的電生理情況而自動選擇和更45術(shù)后心電圖單腔起搏器心室感知心室起搏單腔起搏器心房感知心房起搏雙腔起搏器房室感知房室起搏術(shù)后心電圖單腔起搏器單腔起搏器雙腔起搏器46雙灶按需型其核心部分是兩個相關(guān)脈沖發(fā)生器，它們先后按一定時序發(fā)放起搏脈沖，使心房和心室的起搏都在按需方式下進行，其房室激動保持生理順序。雙灶按需型47新型心臟起搏器程序控制型心臟起搏器無線心臟起搏器新型心臟起搏器程序控制型心臟起搏器48程序控制型這種起搏器由兩部分構(gòu)成:體內(nèi)部分是在一般埋藏式起搏器的基礎(chǔ)上增加了數(shù)字電路，它還具有記憶、保持等功能；體外部分主要由控制裝置和電磁鐵組成，控制部分可以按照患者病理生理的需要由醫(yī)生或患者任意改變起搏參數(shù)和起搏器的工作方式（即類型），并發(fā)出編碼的磁脈沖，通過電磁鐵產(chǎn)生的磁場傳給體內(nèi)部分程序控制型這種起搏器由兩部分構(gòu)成:體內(nèi)部分是在一般埋藏式起搏49程控起搏器起搏器及起搏電極程控儀程控起搏器起搏器及起搏電極程控儀50位置第一字母第二字母第三字母第四字母第五字母分類起搏心腔感知心腔響應(yīng)方式程控頻率應(yīng)答遙測功能抗心動過速及除顫功能字母V=心室A=心房D=雙腔S=單腔V=心室A=心房O=無D=雙腔S=單腔I=抑制T=觸發(fā)O=無D＝雙腔P=簡單編程M=多功能程控C=遙測R＝頻率應(yīng)答O＝無P＝抗心動過速起搏S＝電轉(zhuǎn)復D＝P+S人工心臟起搏器的標識碼位置第一字母第二字母第三字母第四字母第五字母分類起搏心腔感知51心臟起搏器的幾個參數(shù)1．起搏頻率

即起搏器發(fā)放脈沖的頻率，心臟起搏頻率以多少為好，要視具體情況選擇，一般認為，能維持心輸出量最大時的心率為最適宜的心率，大部分患者60～90次／分較為合適，小兒和少年快些。2.起搏脈沖幅度和寬度

脈沖幅度是指起博器發(fā)放脈沖的電壓強度；起搏脈沖寬度是指起搏器發(fā)放單個脈沖的持續(xù)時間。

脈沖的幅度越大，寬度越寬，對心臟刺激作用就越大，反之脈沖的幅度越小，寬度越窄，對心肌的刺激作用就小。

從能量的觀點上看，起搏脈沖所具有的電能轉(zhuǎn)換為心肌舒張，收縮所需要的機械能。一般脈沖幅度為5V,寬度為0.5-1ms；降低起搏脈沖的幅度和寬度，會降低了起搏能量，但可以減少電源的消耗，延長電池的使用壽命。

心臟起搏器的幾個參數(shù)1．起搏頻率523.感知靈敏度

指起搏器被抑制或被觸發(fā)所需最小的R波或P波的幅值。

同步型起搏器接受R波或P波的控制，使起搏器被抑制或被觸發(fā)。感知靈敏度要合理選取，選低了將不感知（起博器不被抑制或觸發(fā)）或感知不全（不能正常同步工作）；如果選取過高，可能導致誤感知（即不該抑制時而被抑制，或不該觸發(fā)時而被誤觸發(fā)）以及干擾敏感等，造成同步起搏器工作異常。4.反拗期

各種同步型起搏器都應(yīng)具有一段對外界信號不敏感的時間，這個時間相當于心臟心動周期中的不應(yīng)期。3.感知靈敏度537.3固定型和R波抑制型心臟起搏器一、一種固定心臟起搏器電路分析多諧振蕩器電路單穩(wěn)態(tài)電路輸出電路7.3固定型和R波抑制型心臟起搏器一、一種固定心臟起搏器電54二、R波抑制型心臟起搏器的一般結(jié)構(gòu)原理1.感知放大器

起搏器輸入端的R波信號一般僅有2-3mV。感知放大器的作用是有選擇地放大來自心臟的R波，以推動下一級按需功能控制器工作，并限制T波和其他干擾波的放大，以辨認心臟的搏動。感知放大器要求：雙向感知，放大倍數(shù)800-1000倍，頻寬為10-50Hz（3db帶寬），工作電流小于3mA（微功耗）；電路穩(wěn)定、可靠，具有良好的抗干擾能力。二、R波抑制型心臟起搏器的一般結(jié)構(gòu)原理1.感知放大器級按需功552.按需功能控制器

主要作用是為起搏器提供穩(wěn)定的反拗期。當感知放大器感知R波后，控制器在反拗期內(nèi)抑制脈沖發(fā)生器發(fā)放刺激脈沖。2.按需功能控制器563.脈沖發(fā)生器

脈沖發(fā)生器產(chǎn)生合乎心臟要求的矩形電脈沖，它是在按需控制電路控制作用下工作的。要求：電路容易起振，可靠性高，頻率在30-120次/min、脈沖寬度在1.1-1.5ms范圍內(nèi)可調(diào)，幅度也能調(diào)節(jié)等。3.脈沖發(fā)生器要求：電路容易起振，可靠性高，頻率在30-12577.4心臟起搏器的能源和電極心臟起搏器的能源（電池）對埋藏式起搏器來說很重要，能源的壽命就是起搏器的壽命。能源壽命長，則可減少更換起搏器的次數(shù)。這是設(shè)計人員和臨床醫(yī)師十分關(guān)心的問題。下面簡略介紹幾種主要能源。一、心臟起搏器的能源7.4心臟起搏器的能源和電極心臟起搏器的能源（電池）對埋581.鋅汞電池

鋅汞電池以鋅作為負極、氧化泵作為正極，電解質(zhì)為氫氧化鉀水溶液。

優(yōu)點：內(nèi)阻低，放電性能平坦

缺點：漏堿、脹氣、自放電大、擱置壽命短，因貢的比重大，汞粒容易穿過極間隔膜造成短路。性能無法與鋰電池相比，在埋藏式起搏器中幾乎被淘汰。1.鋅汞電池592.鋰電池

（1）鋰碘電池

鋰碘電池的陰陽極及電解質(zhì)皆屬于固體介質(zhì)，無泄漏和脹氣等致命缺點，完全可以密封，電池不會突然損壞，并且自放電很低，10年不超過10%，因此可靠性高，壽命長，目前在國內(nèi)外大量使用。2.鋰電池60（2）鋰亞硫酰氯電池

屬于非水解電質(zhì)電池，放電性能平坦，重量和體積都很小，不會造成電池內(nèi)壓升高，保用期可長達10年。主要存在的問題是電壓滯后和高溫儲存后不會有大電流放電。目前國內(nèi)外大量使用。

（3）鋰鉻酸銀電池

陰極是鉻酸銀和石墨粉混合物，隔膜是三種聚丙烯氈，還有兩層阻擋層，用以阻擋銀離子的遷移。分兩段放電：前一段為3.2V，占放電容量的75%；后一段為2.5V，占放電容量的25%，這對埋藏起搏器的更換報警是有價值的。這種電池沒有氣體產(chǎn)生，自放電可忽略不計，具有很高的可靠性，在國外已普遍使用。（2）鋰亞硫酰氯電池61

（4）鋰碘化鉛電池

陽極是碘化鉛和鉛粉的混合物，電解質(zhì)是固態(tài)的碘化鋰和γ氧化鉛的混合物。每個電池由3組（每組由7個單體并聯(lián)組成）串聯(lián)組成。在放電過程中內(nèi)阻不斷增加，電池電壓緩慢下降，使用安全，可在溫度高達150℃時使用，目前在國外已有生產(chǎn)使用。

（4）鋰碘化鉛電池623.核素電池核素電池有Pu333熱電式和Pm147β電壓式兩種。核素電池是目前起搏器顯示能源中壽命最長的，預計壽命可達20年，被譽為終身能源，對于青年患者較適合。但由于價格昂貴，并且放射線需要嚴格防護，體積和重量較大，采用者不如化學能源多。

3.核素電池634.“生物燃料”電池

（1）利用人體血液中的氧和葡萄糖通過氧化機制使葡萄糖氧化，然后將氧化反應(yīng)中產(chǎn)生的化學能轉(zhuǎn)化為電能。這種電池體積微小，可作為終身能源。但還存在易感染、反應(yīng)物影響血液成分，電特性不均勻等問題，目前仍在試驗階段。

（2）用電磁能轉(zhuǎn)換器或者具有壓電效應(yīng)的晶片將正常生理活動的機械能（心包搏動等）轉(zhuǎn)換為電能的。但這種方法獲得的能源電壓輸出低，性能不穩(wěn)定，因此不能載臨床上使用，還處于實驗研究階段。4.“生物燃料”電池64二、心臟起搏器的電極（一）導線和電極的作用導線和電極是起搏系統(tǒng)中的無源部分，是人體心臟與起搏器聯(lián)系的重要環(huán)節(jié)。通過臨床應(yīng)用以及心臟電生理學得出結(jié)論，電極的形狀、材料、面積等可以改變起搏閾值（即心臟起搏所需的最低能量）。二、心臟起搏器的電極（一）導線和電極的作用65起搏導線兼有起搏刺激和感知的功能，要求有良好的電性能。起搏導線與體液和組織緊密接觸，導線材料要求耐生物老化，抗腐蝕，與血液、組織相容性好。起搏導線兼有起搏刺激和感知的功能，要求有良好的電性能。66（二）電極類型1.依其安置及用途的不同分

經(jīng)體表周圍靜脈植入心腔內(nèi)膜，與心內(nèi)膜接觸而刺激心機。安置是僅需切開導管周圍靜脈，手術(shù)損傷小，臨床上是使用約占90%心內(nèi)膜電極心肌電極心外膜電極需要手術(shù)開胸，縫扎于心外膜表面，由于與心外膜間極易長出纖維組織導致短期起搏閾值增高，目前多為心肌電極所代替

開胸植入心肌內(nèi)，使電極頭刺入心壁心肌，可以減少起搏閾值增高的并發(fā)癥，適用于年輕患者或心內(nèi)膜電極不易固定者（二）電極類型經(jīng)體表周圍靜脈植入心腔內(nèi)膜，與心內(nèi)膜接觸而刺67（二）電極類型2.按照心內(nèi)膜使用的電極分雙極型單極型陰極由起搏導管（或?qū)Ь€）經(jīng)靜脈或開胸送至右心室（或右心房）；陽極（無關(guān)電極）置于腹部皮下（當起搏器為體外攜帶式時）或置于胸部（當應(yīng)用埋藏式起搏器時其外殼即是陽極）。起搏器的陰極與陽極均與心臟直接接觸（固定在心肌上，或陰極與心內(nèi)膜接觸而陽極在心腔內(nèi)）。（二）電極類型雙極型單極型陰極由起搏導管（或?qū)Ь€）經(jīng)靜脈或開68（三）電極的結(jié)構(gòu)及形狀電極和導線不僅與體液緊密接觸，而且晝夜不停地隨心臟一起跳動。除這種機械運動之外，還受心房不同程度的同步運動以及呼吸運動的作用，結(jié)果使導線產(chǎn)生非常復雜的運動。為了防止導線長期使用而折斷和電極腐蝕，從而使心肌穿孔和絕緣破損，導線電極大多用硅膠做外套，用愛爾近合金或鎳合金等優(yōu)質(zhì)材料做導體，用愛爾近合金或鉑銥合金等優(yōu)質(zhì)材料做電極頭，這些結(jié)構(gòu)方式經(jīng)長期使用認為比較理想。（三）電極的結(jié)構(gòu)及形狀69（三）電極的結(jié)構(gòu)及形狀

電極的形狀有勾頭、盤狀、柱狀、螺旋狀等不同的類型。最后還需要說明的是，由于埋藏式起搏器的使用壽命已達8-12年，在更換起搏器時，一般都不希望同時更換導管電極，這就要求導線和電極的使用壽命要大大超過起搏器壽命（最好是2-3倍）。（三）電極的結(jié)構(gòu)及形狀70

心室顫動——最危險的心律失?！纯讨滤馈，F(xiàn)象：心室?。翰灰?guī)則、不協(xié)調(diào)的收縮——顫動。心電波：無規(guī)律、非同步。全身血：血循環(huán)立即停止。3～5分鐘后→死亡。

心室顫動的后果心室作用：主要排血腔。心室顫動→心臟不排血→血壓↓＝0→全身器官灌血停止→缺氧→（3～5min）大腦受損→（幾分鐘）死亡腦電圖腦電圖心電圖動脈壓時間5秒纖維顫動前期纖維顫動心室纖維顫動的生理變化7.5心臟除顫器

71電擊除顫（electric

defibrillation）:用較強的脈沖電流通過心臟來消除心律失常，使之恢復竇性心律的方法或電復律術(shù)

（cardioversion）。全稱為經(jīng)胸壁直流電電擊復律術(shù)，是用電能治療快速心律失常的方法.

心臟除顫器：Defibrillator又名電復律機，是一種對病人提供強電擊（通常稱為對抗電擊），把過快、無效的心律失常轉(zhuǎn)變?yōu)檩^慢的節(jié)律使得心臟泵出更多的血液的儀器。也就是應(yīng)用電擊來搶救和治療心律失常的一種醫(yī)療電子設(shè)備,用于心臟電擊除顫的設(shè)備。一、心臟除顫器的作用電擊除顫（electric

defibrillation）72用除顫器治療的最嚴重的心律不齊是心室顫動，如果不用除顫器及時治療，心室顫動可導致心功能的完全喪失，并在幾分鐘內(nèi)死亡。心房顫動、有規(guī)律的心室撲動和室性心動過速可以相對不及時治療，盡管它們不會導致立刻死亡，但收縮期間減少可以削弱心臟的充盈度，從而降低心排出量。用除顫器治療的最嚴重的心律不齊是心室顫動，如果不用除顫器及時73第七章心臟治療儀器與高頻電刀(修改版)課件74第七章心臟治療儀器與高頻電刀(修改版)課件75第七章心臟治療儀器與高頻電刀(修改版)課件761、顫動機制

顫動源于心肌的無序電興奮，導致正常心臟跳動中協(xié)調(diào)的機械收縮特性喪失，這些節(jié)律不齊普遍認為是心臟內(nèi)存在興奮的折返通路所致。導致這種不正常的生理機制的原因是心臟興奮的傳導區(qū)與心肌細胞的快速重復去極化的結(jié)果，這導致心臟的單個興奮波或多個興奮波的快速重復傳遞。如果是多個波，節(jié)律變差使得心臟纖維收縮的同步性丟失；沒有同步的收縮，受影響的腔室將不會收縮，最致命的是心室顫動。節(jié)律無序的最普遍的原因是來自于動脈粥樣硬化的并發(fā)癥、心肌缺血或心肌梗死。其他方面如心功能紊亂、藥物毒性反應(yīng)，血液中的電解質(zhì)不平衡，體溫降低和電擊（特別是交流電）等。1、顫動機制顫動源于心肌的無序電興奮，導致正常心臟跳動中772、除顫機制正確的措施是用強電擊來使絕大多數(shù)心肌細胞同時去極，壓制快速興奮波的產(chǎn)生，這些細胞可以重新極化，回到各自的相位。2、除顫機制正確的措施是用強電擊來使絕大多數(shù)心肌細胞同時去極783、起搏和除顫的區(qū)別起搏是用一定形式的脈沖電流刺激心臟，使有起搏功能障礙或房室傳導功能障礙等疾病的心臟按一定頻率應(yīng)激收縮。除顫（電擊復律）時作用于心臟的是一次瞬時高能脈沖，一般持續(xù)時間是4～10ms，電能在40～400瓦·秒（焦耳）內(nèi)。3、起搏和除顫的區(qū)別起搏是用一定形式的脈沖電流刺激心臟，使有79二、心臟除顫器的一般設(shè)計原理1、心臟除顫器多數(shù)采用RLC阻尼放電的方法。電壓變換器是將直流低壓變換成脈沖高壓，經(jīng)高壓整流后向儲能電容C充電，使電容上獲得一定儲能。除顫治療時，控制高壓繼電器J動作，使充電電路被切斷，由儲能電容C、電感L及人體（負荷）串聯(lián)接通，使之構(gòu)成RLC（R為人體電阻、導線本身電阻、人體與電極的接觸電阻三者之和）串聯(lián)諧振衰減振蕩電路，即為阻尼振蕩放電電路，通過人體心臟的電流刺激心肌完成除顫功能。二、心臟除顫器的一般設(shè)計原理1、心臟除顫器多數(shù)采用RLC阻尼80除顫儀設(shè)計目標：低能量、高成功率和低心肌損傷單相衰減正弦波低能量雙向切角指數(shù)波低能量雙相方波2、除顫波形除顫儀設(shè)計目標：低能量、高成功率和低心肌損傷單相衰減正弦波低81

3、電極a.體內(nèi)電極，用于心臟經(jīng)手術(shù)暴露后，直接作用于心臟的勺狀除顫電極。b.體外電極，用于前胸的手持式除顫電極。手持式：分體內(nèi)和體外兩種電極?？梢灾貜褪褂?，但每次需用導電液體或?qū)щ姽腆w膠，在電擊過程中操作者還可用該電極擠壓胸部。粘貼式：導電材料已附著于電極上，該電極是一次性的，在電擊之前就固定在胸部。3、電極a.體內(nèi)電極，b.體外電極，手持式：分體內(nèi)和體外兩82

4、同步在胸部使用的大多數(shù)除顫器都有同步的功能，這是一種電子傳感和觸發(fā)電路，旨在確保在ECG的QRS波期間施加電擊。這種功能在治療心率不齊時比治療心室顫動時更為需要，因為若不小心在ECG的T波期間施加電擊常常會產(chǎn)生心室顫動。4、同步在胸部使用的大多數(shù)除顫器都有同步的功能，這是一種電83

5、自動體外除顫房顫是一種極其危險的急性發(fā)作心臟病。病人一旦在室外發(fā)生房顫又得不到及時治療可在短時間內(nèi)猝死。美國一公司去年推出一種可隨身攜帶的自動化袖珍體外除顫儀，其體積僅有普通香煙盒大小，可放進上衣口袋里。病人一旦突發(fā)房顫，該儀器能自動偵知到心率異常并立即發(fā)出電脈沖信號，使病人心臟重新恢復正常跳動。自動袖珍式體外除顫儀的發(fā)明使無數(shù)房顫病人可順利外出旅游或參加各種社交活動5、自動體外除顫房顫是一種極其危險的急性發(fā)作心臟病。病84

6、除顫器的安全問題除顫器因為其高電壓輸出特性，是一種有潛在危險的設(shè)備。為此國家制定了專門針對除顫器的安全標準。即使?jié)M足標準，還可能有其他危險，比如：非同步電擊的危險不正確的操作過強和過多的電擊對病人造成的傷害除顫器不能正確的工作等等6、除顫器的安全問題除顫器因為其高電壓輸出特性，是一種85三、心臟除顫器的類型非同步型同步型除顫時與患者自身的R波不同步除顫時與患者自身的R波同步。一般利用電子控制電路，用R波控制電流脈沖的發(fā)放，使電擊脈沖剛好落在R波的下降支，這樣使電脈沖不會落在易激期，從而避免心室纖顫。2.按電極板放置的位置：體內(nèi)除顫器體外除顫器1.按是否與R波同步：三、心臟除顫器的類型非同步型同步型除顫時與患者自身的R波不同86四、心臟除顫器主要性能指標1.最大儲能值：這是指在除顫器電擊前，必須先向除顫器內(nèi)的電容器儲存電能，衡量電能大小的單位是瓦·秒電擊的安全劑量以不超過400瓦·秒為宜，即除顫器的最大儲能值為400瓦·秒。電容C與其上面的電壓V和儲能W有如下關(guān)系

W＝（1／2）CU2

從上式可知當電容C確定后，W便由U確定

2.釋放電能量：這是指除顫器實際向病人釋放電能的多少。四、心臟除顫器主要性能指標1.最大儲能值：這是指在除顫器電擊873.釋放效率：這是指釋放能量和儲存電能之比。

4.最大儲能時間：這是指電容充電到最大儲能值時所需要的時間5.最大釋放電壓：這是指除顫器以最大儲能值向一定負荷釋放能量時在負荷上的最高電壓值。國際標準：以最大儲能值向100歐姆負荷釋放時，在負荷上的最高電壓不應(yīng)超過5000V3.釋放效率：這是指釋放能量和儲存電能之比。887.6典型心臟除顫器一、一種比較簡單的同步心臟除顫器電路分析1、充放電電路原理圖7.6典型心臟除顫器一、一種比較簡單的同步心臟除顫器電路分892、同步電路2、同步電路90二、除顫監(jiān)護儀1、除顫監(jiān)護儀工作原理圖充電心電電極除顫電極能量顯示系統(tǒng)控制心電監(jiān)護放電二、除顫監(jiān)護儀1、除顫監(jiān)護儀工作原理圖充電心電除顫能量系統(tǒng)912、除顫監(jiān)護儀的分類全自動除顫監(jiān)護儀半自動除顫監(jiān)護儀2、除顫監(jiān)護儀的分類全自動除顫監(jiān)護儀92

7.7高頻電刀高頻電刀（高頻手術(shù)器）是一種取代機械手術(shù)刀進行組織切割的電外科器械（electrosurgicalunit,ESU）。它通過有效電極尖端產(chǎn)生的高頻(通常200kHz至3MHz)高壓電流與肌體接觸時對組織進行加熱，實現(xiàn)對肌體組織的分離和凝固，從而起到切割和止血的目的。7.7高頻電刀高頻電刀（高頻手術(shù)器）是93高頻電刀具有電切（純切、混切）、電灼、電凝（單極電凝、雙極電凝）等功能。根據(jù)不同的手術(shù)需要，設(shè)定不同的輸出功率，適用于普通外科、心臟外科、泌尿外科、婦科等手術(shù)。一、高頻電刀的功能高頻電刀具有電切（純切、混切）、電灼、電凝（單極電凝、雙極電94切割：在一個適宜的功率水平下，當電極端產(chǎn)生連續(xù)的正弦波電流與組織接近時，細胞漿內(nèi)部迅速產(chǎn)生熱量，使細胞漿變成蒸氣。使細胞體積擴大約5倍，引起細胞結(jié)構(gòu)破壞，產(chǎn)生臨床的切割效果。凝血：如果還沒有破壞細胞結(jié)構(gòu)就產(chǎn)生蒸發(fā)效果，則會引起分離組織干燥或者凝固的臨床效果?；烨校和ㄟ^改變電流脈沖通過電極的時間，可能會產(chǎn)生干燥（凝血）和切割共同的臨床效果，即混切。

切割：在一個適宜的功率水平下，當電極端產(chǎn)生連續(xù)的正弦波電流與95二、高頻電刀的設(shè)計原理高頻電刀是由主機和電刀刀柄、病人極板、雙極鑷、腳踏開關(guān)等附件組成的?；驹恚阂粋€大功率的信號發(fā)生器。射頻振蕩器調(diào)制器功率放大輸出電路電極函數(shù)發(fā)生器模式選擇控制電路手動開關(guān)腳動開關(guān)電源二、高頻電刀的設(shè)計原理高頻電刀是由主機和電刀刀柄、病人極板、96第七章心臟治療儀器與高頻電刀(修改版)課件97電刀輸出的波形電刀輸出的典型波形有三種，對應(yīng)了電凝(coagulation)、電切(cutting)和混合(blended同時具有切割和凝結(jié)的功能)三種不同的功能和應(yīng)用。電刀輸出的波形電刀輸出的典型波形有三種，對應(yīng)了電凝98在使用頻率、電壓和輸出功率等方面，電切普遍高于電凝：有關(guān)設(shè)計參數(shù)范圍說明如下：1、電凝射頻頻率：250kHz～2.0MHz；調(diào)制（波簇）：120/s左右；輸出電壓（開路）：300～2000V；輸出功率（500Ω負載）：80～200W。2、電切

射頻頻率：500kHz～2.5MHz；調(diào)制：直接輸出或經(jīng)調(diào)幅處理；輸出電壓（開路）：9000V左右；輸出功率（500Ω負載）：100～750W。在使用頻率、電壓和輸出功率等方面，電切普遍高于電凝：991、單極模式如圖所示，在大多數(shù)的應(yīng)用中，電流通過導線和電極穿過病人，再由病人極板及其導線返回高頻電刀的發(fā)生器。三、高頻電刀主要的工作模式1、單極模式三、高頻電刀主要的工作模式1002、雙極模式

雙極電凝是通過雙極鑷子的兩個尖端向機體組織提供高頻電能，使雙極鑷子兩端之間的血管脫水而凝固，達到止血的目的。它的作用只限于鑷子兩端之間，對機體組織的損傷程度和影響范圍遠比單極方式小得多，適用于對小血管（直徑<4mm）和輸卵管的封閉。2、雙極模式101高頻電刀輸出的波形由一連續(xù)的正弦波和一中斷的斷的正弦波組成。連續(xù)波用于切割組織是最優(yōu)的中斷的正弦波通常近似于指數(shù)鉗位的正弦波，對組織凝固是最適宜的。凝固波形本質(zhì)是獲得黑色凝固或獲得高溫下組織的碳化；切割時需要利用弧光來獲得足夠大的電流密度，以便在非常小的區(qū)域內(nèi)破壞組織的結(jié)構(gòu)而不會對鄰近的組織產(chǎn)生傷害。四、高頻電刀的波形設(shè)計高頻電刀輸出的波形由一連續(xù)的正弦波和一中斷的斷的正弦波組成。102高頻電刀本身必須具有十分完善而可靠的安全保障體系，這是保證病人和醫(yī)護人員安全的最基本的條件。因此，高頻電刀在設(shè)計時必須遵循嚴格的安全規(guī)