起搏器組成 和基礎(chǔ)知識介紹

1、.,起搏的基本概念 Pacing Concepts,.,認識起搏系統(tǒng)的組成部分及它們相應(yīng)的功能 規(guī)定基本電學(xué)術(shù)語的定義 描述時間 - 強度曲線圖中振幅和脈寬之間的關(guān)系 解釋感知的重要性 討論電磁干擾源及與這些干擾源相關(guān)的病人/臨床醫(yī)生應(yīng)掌握的指導(dǎo)方針 理解在頻率適應(yīng)性起搏中使用傳感器的必要性及其類型,課程內(nèi)容,.,第一節(jié) 起搏系統(tǒng)的組成與功能,.,正常的心臟傳導(dǎo)系統(tǒng),房室結(jié)傳導(dǎo)沖動使心室收縮,竇房結(jié)發(fā)放脈沖使心房收縮;,.,竇房結(jié)不產(chǎn)生沖動 竇房結(jié)產(chǎn)生間歇的，不規(guī)則的沖動 竇房結(jié)頻率適應(yīng)失調(diào) 房室結(jié)阻滯 .,異常心臟傳導(dǎo)組織可能出現(xiàn),.,心動過緩治療方法,藥物治療 起搏器,不適于長期治療,不適

2、宜藥物治療,.,人工心臟起搏系統(tǒng)的組成,脈沖發(fā)生器,電極導(dǎo)線,陽極,陰極,起搏器，電極導(dǎo)線與人體組織結(jié)合形成一個完整的回路,.,起搏系統(tǒng),脈沖發(fā)生器 電極導(dǎo)線,.,組成：電池、電路、外殼、連接裝置、傳感器 功能：產(chǎn)生并發(fā)放電刺激,電路,電池,1、脈沖發(fā)生器,.,2、 電極導(dǎo)線,功能 分類 固定方式,.,電極,2.1起搏電極導(dǎo)線的功能,導(dǎo)線,起搏器,心臟,起搏,起搏,感知,感知,.,植入方式 心內(nèi)導(dǎo)線或經(jīng)靜脈導(dǎo)線 (transvenous leads) 心肌導(dǎo)線/心外膜導(dǎo)線 (epicardial leads),2.2 導(dǎo)線的類型,.,2.3 導(dǎo)線固定方式,被動固定 passive fixati

3、on 叉齒 (tines)卡在心臟的肌小梁間（纖維網(wǎng) trabeculae）,主動固定 active fixation 螺旋（或螺絲釘 screw-in）延伸到心內(nèi)膜組織,.,2.3導(dǎo)線固定方式,心肌導(dǎo)線和心外膜導(dǎo)線可直接固定于心臟 固定裝置包括： 刺入心外膜方式 (“stab-in” or fish hook) 擰入心肌方式 (screw-in) 縫合方式 (sutured),.,3.起搏系統(tǒng)分類,傳導(dǎo)路徑： 起搏心腔:,單極系統(tǒng)，雙極系統(tǒng),單腔系統(tǒng)，雙腔系統(tǒng),.,從頂端電極（陰極）流動 刺激心臟 通過體液和組織返回到脈沖發(fā)生器（陽極）,單極起搏系統(tǒng)Unipolar Lead System,

4、陰極,陽極,-,+,單極起搏系統(tǒng)有一根只有一個電極的導(dǎo)線位于心臟內(nèi)，在這個系統(tǒng)中，脈沖：,.,陽極,通過導(dǎo)線末端的頂端電極流動 刺激心臟 返回導(dǎo)線頂端近側(cè)的環(huán)形電極,雙極起搏系統(tǒng)(bipolar system),陰極,有一根有兩個電極的導(dǎo)線 位于心臟內(nèi)，在這個系統(tǒng)中，脈沖：,.,單極導(dǎo)線 unipolar lead,單極導(dǎo)線比雙極導(dǎo)線的直徑小 (measured in French) 單極導(dǎo)線在心電圖上的脈沖信號較大,不易發(fā)生過感知(交叉感知) 可程控為單極 不易產(chǎn)生肌肉和神經(jīng)刺激,雙極導(dǎo)線 bipolar lead,.,激素緩釋電極,激素緩釋(steroid eluting) 電極減輕了炎癥

5、反應(yīng)，急性期閾值不升高，慢性期閾值較低,多孔，鍍鉑的頂端 用于類固醇淘析,含類固醇的硅 樹脂橡膠插頭,叉齒用于固定,.,導(dǎo)線成熟過程,類固醇對刺激閾值的影響,脈寬 = 0.5 msec,0,3,6,.,單腔系統(tǒng) Single Chamber,起搏導(dǎo)線植入心房或心室，根據(jù)需要起搏或感知的心腔而定 植入一根導(dǎo)線 單心腔的起搏和感知,.,識別起搏節(jié)律,AAI / 60,.,識別起搏節(jié)律,VVI / 60,.,心房和心室都植入導(dǎo)線,雙腔系統(tǒng)有兩根導(dǎo)線：,.,識別起搏節(jié)律,DDD / 60 / 120,.,識別起搏節(jié)律,DDD / 60 / 120,.,識別起搏節(jié)律,DDD / 60 / 120,.,識

6、別起搏節(jié)律,DDD / 60 / 120,.,刺激心臟使它除極(depolarize) 感知心臟自身活動 (intrinsic activities) 對增加的新陳代謝需求作出反應(yīng)，提供頻率適應(yīng)性起搏(rate responsive) 提供由起搏器存儲起來的診斷信息,小結(jié)：絕大多數(shù)起搏器具有四個功能：,.,認識起搏系統(tǒng)的組成部分及它們相應(yīng)的功能 規(guī)定基本電學(xué)術(shù)語的定義 描述時間 - 強度曲線圖中振幅和脈寬之間的關(guān)系 解釋感知的重要性 討論電磁干擾源及與這些干擾源相關(guān)的病人/臨床醫(yī)生應(yīng)掌握的指導(dǎo)方針 理解在頻率適應(yīng)性起搏中使用傳感器的必要性及其類型,課程內(nèi)容,.,第二節(jié) 電學(xué)概念,.,電壓 (v

7、oltage - V) 電流 (current - I) 阻抗 (resistance - R),每種電路都 具有下列特征：,V,R,I,e-,.,電壓,電壓是使電子沿電路前進的推動力 在起搏系統(tǒng)中，電壓： 以伏特 volts為單位 以字母 V 表示 由起搏器電池提供 常稱作振幅 (amplitude),V,R,I,.,電流,電子在閉合電路 (close/complete circuit) 中的流動 在起搏系統(tǒng)中，電流： 以 mA（毫安 milli-amperes）為單位 以字母 I 表示 由通過電路的電子的總量決定,V,R,I,.,阻抗,對電流的阻力 在起搏系統(tǒng)中，阻抗： 以歐姆 ohm為單

8、位 (W ) 以字母 R 表示（W 表示數(shù)值） 對電流全部阻力的計量,V,R,I,.,電壓、電流和 阻抗是相互依存的,三個組成部分的相互關(guān)系可以比作水從水管中流過 電壓代表力，用此力 . . . 使電流（水）流動通過 . . . 水管或?qū)Ь€，其中每個組成部分加起來形成總的阻抗： 管口，代表電極 (lead electrodes) 管子，代表導(dǎo)線的金屬絲(conductors),.,電壓和電流,龍頭（電壓）變大 （高流量）,龍頭（電壓）變小 （低流量）,全開,半開,.,電阻和電流,正常電阻,低的電阻,高的電阻,低電流,高電流,.,歐姆定律 (Ohms Law),I 和R 成反比例 - 如果V不變

9、，R 增大，電 流減少。 - 如果V不變，想電流增加，R要減少，。,是起搏的基本原理，它描述了電壓、電流和電阻三者之間的關(guān)系,.,如果您將電壓減半，電流也跟著減半 如果您將電阻減半，電流則加倍 如果阻抗增大，電流會變小,當(dāng)運用歐姆定律時， 您會發(fā)現(xiàn)：,.,歐姆定律可用來求出通過 起搏器電路的電流總量,如果： 電壓 = 5 V 阻抗 = 500 W 電流等于多少？ 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,.,在本例中，電壓降為一半,如果： 電壓 = 2.5 V 阻抗 = 500

10、 W 電流 = ? I = V/R I = 2.5 V 500 W = 0.005 安培 0.005 x 1000 = 5 毫安,.,在本例中，阻抗降為一半,如果： 電壓 = 5 V 阻抗 = 250 W 電流 = ? I = V/R I = 5 V 250 W = 0.020 安培 0.020 x 1000 = 20 毫安,.,例子,如果： 起搏電流 = 8 mA 成熟過程中的阻抗從 300 W 增加一倍 起搏電壓要增加多少 ？ V = I R 植入時的閾值電壓 = 8 mA x 300 W = 2.4V 電極成熟期需要的電壓= 8mA x 600 W = 4.8V 因此在本例中，電極成熟期

11、起搏電壓要加倍才能保證奪獲心臟。,.,阻抗變化影響起搏器的 功能和電池的壽命,高阻抗減少電池的電力消耗并延長電池的壽命， 但可能影響起搏功能，甚至無奪獲 低阻抗增加電池的電力消耗并縮短電池的壽命 起搏系統(tǒng)阻抗值在 300 至 1,000 W 之間 高阻抗導(dǎo)線的阻抗值大于 1,000 歐姆,.,起搏系統(tǒng)阻抗,1、導(dǎo)線阻抗： 連接器，導(dǎo)線，傳導(dǎo)體 2、身體組織阻抗： 電極頭與組織的接觸界面和周圍纖維化 3、極化阻抗： 與多種因素相關(guān)：導(dǎo)線面積，極性，材 料，電流幅度及脈寬等,.,導(dǎo)線阻抗值隨下面的因素而變化：,絕緣破裂 = resistance decreases 電線斷裂 = no conduc

12、tion,.,導(dǎo)線金屬絲周圍的絕緣 破裂會引起阻抗值下降,絕緣破裂會使電線暴露于體液中，而體液的電阻低，會引起阻抗值下降 電流會通過絕緣破裂口流向體內(nèi)這樣將使電池耗竭 絕緣破裂會引起阻抗值降到 300 W 以下,絕緣破裂,降低電阻,.,金屬絲在絕緣護套內(nèi)斷裂 會引起阻抗值上升,跨越金屬絲斷裂所形成的阻抗值會增加 電流可能會太小而不能起搏 電流通不過而不能起搏 阻抗值可能超過 3,000 W,導(dǎo)線金屬絲斷裂,電阻增加,.,認識起搏系統(tǒng)的組成部分及它們相應(yīng)的功能 規(guī)定基本電學(xué)術(shù)語的定義 描述時間 - 強度曲線圖中振幅和脈寬之間的關(guān)系 解釋感知的重要性 討論電磁干擾源及與這些干擾源相關(guān)的病人/臨床醫(yī)

13、生應(yīng)掌握的指導(dǎo)方針 理解在頻率適應(yīng)性起搏中使用傳感器的必要性及其類型,課程內(nèi)容,.,第三節(jié) 刺激 Stimulation,.,刺激過程,2 相,1 相,3 相,4 相,跨膜電位 （毫伏）,0 相,閾值,.,刺激閾值 (stimulation threshold),心臟不應(yīng)期(refractory period)之外連續(xù)奪獲 (captured)心臟所需的最小的能量,VVI / 60,奪獲,無奪獲,.,脈沖: 振幅 Amplitude 脈寬 Pulse Width,兩個用來保證奪獲的設(shè)置：,.,1 振幅(Amplitude)- 是由起搏器 發(fā)送到心臟的電壓總量,振幅反映脈沖的強度或高度 ： 脈沖

14、的振幅必須足夠大使心肌除極（即：奪獲心臟） 脈沖的振幅必須足夠大以提供適當(dāng)?shù)钠鸩踩秶?.,2 脈寬 (pulse width) -是起搏脈沖 的時間（持續(xù)時間）,脈寬以毫秒 (ms) 為單位 脈寬必須足夠長使除極擴播到周圍的組織,5 V,0.5 ms,0.25 ms,1.0 ms,.,3 強度 - 時間曲線圖 (strength duration curve),強度 - 時間曲線圖畫出了振幅和脈寬的關(guān)系 曲線或曲線以上的值將導(dǎo)致奪獲,時間 脈寬 (ms),刺激閾值（伏）,0.5,1.0,1.5,奪獲,基強度,時值,.,強度 - 時間曲線圖的臨床用途,程控必須留出適當(dāng)?shù)陌踩秶?起搏系統(tǒng)有急

15、性期和慢性期 閾值的每日波動,奪獲,0.5,1.0,1.5,時間 脈寬 (ms),.50,1.0,1.5,2.0,.25,刺激閾值（伏）,電壓：2：1,脈寬：3：1,.,為什么程控時選擇 固定脈寬，改變電壓值？ - 為什么MDT設(shè)置脈寬出廠值為0.4ms？,強度 - 時間曲線圖的完整理解,E= VIT,.,病人安全是首要的，第二個 重要目標(biāo)是延長電池的壽命,延長電池使用壽命的最佳方法是在保證適當(dāng)安全范圍的同時降低電壓 振幅值比起搏器電池的容量大時需要一個電壓增倍器，從而縮短了電池的使用壽命,.,導(dǎo)線阻抗 (lead resistance) 振幅和脈寬設(shè)置 (amplitude and puls

16、e width) 起搏事件與自身事件的百分比 (pacing and intrinsic events ratio) 頻率適應(yīng)模式設(shè)為 ON (shorten life),影響電池使用壽命的因素包括：,.,電極設(shè)計也可能影響刺激閾值,導(dǎo)線成熟過程,.,導(dǎo)線成熟過程,在導(dǎo)線植入后，電極的周圍形成纖維“包裹”,.,認識起搏系統(tǒng)的組成部分及它們相應(yīng)的功能 規(guī)定基本電學(xué)術(shù)語的定義 描述時間 - 強度曲線圖中振幅和脈寬之間的關(guān)系 解釋感知的重要性 討論電磁干擾源及與這些干擾源相關(guān)的病人/臨床醫(yī)生應(yīng)掌握的指導(dǎo)方針 理解在頻率適應(yīng)性起搏中使用傳感器的必要性及其類型,課程內(nèi)容,.,第四節(jié) 感知 Sensing

17、,.,感知 (sensing),感知是起搏器感知到心臟自身的除極活動 起搏器通過測量陽極和陰極之間的心肌細胞的電位變化來感知心臟除極活動,.,心腔內(nèi)電圖(intracardiac electrogram)記錄 從心內(nèi)膜里面獲取的波形,當(dāng)除極波直接從電極下通過時在心腔內(nèi)電圖上會發(fā)生本位曲折 心腔內(nèi)電圖的兩個特征是： 信號振幅 斜率 (Slew rate),.,心腔內(nèi)電圖信號反映電壓 的變化與時間變化的關(guān)系,信號從波峰移到另一個波峰的時間越長： 斜率越小 信號越平坦 斜率越大（mV 數(shù)）說明感知越好 以每秒的伏特數(shù)度量,電壓,時間,傾斜,斜率,電壓的變化,電壓變化 的持續(xù)時間,.,起搏器必須能夠感

18、知 心臟自身節(jié)律并對其作出反應(yīng),精確的感知能夠使起搏器判斷心臟自身是否搏動 起搏器通常設(shè)置為只有在心臟不能產(chǎn)生自身搏動時才以起搏脈沖刺激,.,感知靈敏度,振幅 (mV),時間,5.0,2.5,1.25,.,5 mV,2 mV,1mV,Amplitude (mV),Time,5.0,2.5,1.25,感知靈敏度過低，數(shù)值過高,.,5 mV,2 mV,1mV,Amplitude (mV),Time,5.0,2.5,1.25,感知靈敏度過高，數(shù)值過低,.,5 mV,2 mV,1mV,Amplitude (mV),Time,5.0,2.5,1.25,感知靈敏度正常，數(shù)值合時,.,精確的感知 .,保證不

19、會發(fā)生 的情況 - 起搏器不會錯過應(yīng)該能夠感知的 P 波或 R 波 保證不會發(fā)生 的情況 - 起搏器不會將心臟以外的活動誤認為自身心臟事件 提供適當(dāng)?shù)钠鸩}沖時間 - 適當(dāng)感知的事件會重設(shè)起搏器的時間間期順序,感知不良,過感知,.,感知不良 (under sensing or low sensitivity),起搏器不能“看見”自身搏動，因而不能正確反應(yīng),未感知出 自身搏動,預(yù)定的起搏發(fā)出,VVI / 60,.,過感知(over-sensing or too sensitive),探測到 P 波或 R 波以外的電信號,標(biāo)記道顯示 自身活動,雖然沒有 活動存在,.,精確的感知要求將誤感知的信號過

20、濾掉,感知放大器(amplifier) 使用濾波器(filter)，能夠正確地感知 P 波和 R 波并拒絕不正確的信號 通常不需要感知的信號絕大多數(shù)是： T 波 遠場事件（由心房通道感知的 R 波） 骨骼肌電位（例如，胸肌電位）,.,精確的感知取決于 .,心肌的電生理學(xué)屬性 電極的特征及其在心臟內(nèi)的位置 起搏器的感知放大器,.,可影響感知的因素有：,導(dǎo)線的極性（單極或雙極） 導(dǎo)線的完整性 絕緣破裂 金屬絲斷裂 電磁干擾,.,單極感知,能產(chǎn)生大的電位差，因為： 陰極和陽極之間的距離比雙極系統(tǒng)的大,_,.,雙極感知,產(chǎn)生較小的電位差因為極間的距離短 心臟以外的電信號如肌電位被感知的可能性很小,.,

21、金屬絲斷裂,絕緣破裂可引起感知不良 或過感知,當(dāng)內(nèi)外導(dǎo)體連續(xù)接觸時會發(fā)生感知不良 自身搏動的信號在感知放大器處被減弱并且振幅不再符合設(shè)定的感知值 當(dāng)內(nèi)外導(dǎo)體間歇接觸時會發(fā)生過感知 信號被誤認為 P 波或 R 波,.,認識起搏系統(tǒng)的組成部分及它們相應(yīng)的功能 規(guī)定基本電學(xué)術(shù)語的定義 描述時間 - 強度曲線圖中振幅和脈寬之間的關(guān)系 解釋感知的重要性 討論電磁干擾源及與這些干擾源相關(guān)的病人/臨床醫(yī)生應(yīng)掌握的指導(dǎo)方針 理解在頻率適應(yīng)性起搏中使用傳感器的必要性及其類型,課程內(nèi)容,.,第五節(jié) 電磁干擾 Electromagnetic Interference (EMI),.,電磁干擾 (EMI),干擾可能由

22、體外干擾源的電磁能量引起 影響起搏器的電磁場是射頻波 50-60 Hz 是與起搏器干擾關(guān)系最密切的波 醫(yī)院里的電磁干擾，家里或辦公室很少有電磁干擾,.,電磁干擾會產(chǎn)生下面的問題：,過感知 (over sensing) 短暫的模式變化（噪音反轉(zhuǎn) Noise reversion） 重置（電重置或 Power Off Reset， POR）,.,當(dāng)電磁干擾信號被誤認為 P 波或 R 波時會發(fā)生過感知,起搏頻率會由于電磁干擾而改變： 如果在雙腔系統(tǒng)中被感知為 P 波時心室頻率將加快 如果在單腔系統(tǒng)感知或被雙腔系統(tǒng)心室導(dǎo)線感知，頻率就降低或受到抑制,.,電磁干擾,起搏器感知的“噪音”,本應(yīng)起搏,.,噪音

23、反轉(zhuǎn),VP,VP,SR,SR,SR,SR,感知的噪音,VVI/60,連續(xù)在噪音取樣期感知將引起以低限頻率或傳感器驅(qū)動的頻率起搏,.,電磁干擾會導(dǎo)致 起搏參數(shù)的意外重新設(shè)定,起搏器將返回到電源重置（POR或“支持”模式） 電源重置會表現(xiàn)為模式和頻率改變，與擇期更換指征(ERI elective replacement indicator) 的現(xiàn)象一樣 在某些情況下，重新設(shè)定的參數(shù)可能是永久的,.,新的技術(shù)也會造成新的、不希望的電磁干擾源： 蜂窩電話（數(shù)字） Digital Cellular Phones 移動電話要距離起搏器15公分以上,移動電話,.,電磁干擾源在 醫(yī)院的環(huán)境中最常見,干擾起搏器

24、工作的電磁干擾源包括外科手術(shù)/治療設(shè)備如： 電烙術(shù) electrocautery 經(jīng)胸除顫 external defibrillator 體外沖擊波碎石extra corporeal lithotripsy 放射性治療 radiation therapy 射頻治療 經(jīng)皮電針刺激神經(jīng)儀 核磁共振 MRI,.,不經(jīng)常有電磁干擾源的地方：,家、辦公室、購物場所 有高壓電輸出的工業(yè)場所 有高電能暴露的或有大功率雷達或無線電發(fā)射的運輸系統(tǒng) 發(fā)動機或地鐵的制動系統(tǒng) 機場雷達 飛機發(fā)動機 電視和無線電發(fā)射站點,.,電刀是最常見的 起搏器醫(yī)院電磁干擾源,后果 過感知抑制 感知不良（噪音反轉(zhuǎn)） 電源重置 永久失

25、去起搏器輸出,預(yù)防措施 將模式重設(shè)為 VOO/DOO， 或?qū)⒋盆F放到起搏器上 策略地放置接地板 將電烙脈沖限制在每隔 10 秒有 1 秒的脈沖 使用雙極電烙鑷子,.,經(jīng)胸除顫,后果 不適當(dāng)?shù)刂匦略O(shè)置脈沖發(fā)生器 (POR) 損壞起搏器電路,預(yù)防措施 將除顫電極板放于心尖和后背部（前后位）并盡可能遠離起搏器和導(dǎo)線,.,核磁共振 (MRI) 一般不 適用于帶起搏器的病人,后果 極高的起搏頻率 轉(zhuǎn)變?yōu)榈椒峭狡鸩?預(yù)防措施 將起搏器的輸出調(diào)低至形成持久的無奪獲、ODO 或 OVO 模式,.,碎石沖擊波也能影響起搏器系統(tǒng),雙腔模式的后果： 心室起搏被抑制 對頻率適應(yīng)性起搏器的后果 高起搏頻率 壓電晶體損

26、壞,預(yù)防措施: 將起搏器程控設(shè)為 VVI 或 VOO 模式 碎石器焦點離起搏器的距離應(yīng)大于 6 英寸 在整個過程中仔細監(jiān)視心臟的活動,.,射線能量會造成永久的損壞,某些類型的射線可能對半導(dǎo)體電路造成損壞 用于乳腺癌或肺癌治療的電離射線 損壞是永久性的并要求更換起搏器,.,治療射線量會造成嚴重的損壞,后果： 起搏器電路損壞 無輸出 頻率奔放,預(yù)防措施: 將起搏器累積吸收的放射線控制在 500 拉德以下，要求屏蔽 在每次射線治療后檢查起搏器的功能是否有變化,.,起搏器防止干擾的措施,起搏器感知電路放大，濾波處理或拒絕進入的信號,.,認識起搏系統(tǒng)的組成部分及它們相應(yīng)的功能 規(guī)定基本電學(xué)術(shù)語的定義 描述時間 - 強度曲線圖中振幅和脈寬之間的關(guān)系 解釋感知的重要性 討論電磁干擾源及與這些干擾源相關(guān)的病人/臨床醫(yī)生應(yīng)掌握的指導(dǎo)方針 理解在頻率適應(yīng)性起搏中使用傳感器的必要性及其類型,課程內(nèi)容,.,第六節(jié) 頻率適應(yīng)性起搏 Rate Resp