心脏起搏器体外充电技术的开发应用及意义.doc

心脏起搏器体外充电技术的开发应用及意义心脏起搏器体外充电技术的开发应用及意义院 系： 专 业： 学生姓名： 学 号： 二一 年 月 日4摘 要人工心脏起搏器主要用于治疗缓慢型心率失常，需要长期植入人体，因此，其使用寿命至关重要。开发“利用某种无创、无害的介质，将体外的能量隔离传输给植入体内的起搏系统进行能量补充”的技术，可解决其使用寿命问题，并减少因电池耗竭而进行的起搏系统更换和二次手术。关键词：心脏起搏器；电池；体外充电技术目录引言11植入式人工心脏起搏器的应用现状11.1植入式人工心脏起搏器简介11.2植入式人工心脏起搏器存在的问题22心脏起搏器体外充电技术的设计与前景22.1心脏起搏器体外充电技术的设计研究22.2心脏起搏器体外充电技术的前景展望3结语3参考文献4引言植入式人工心脏起搏器，简称心脏起搏器，主要用于治疗缓慢型心率失常，需要长期植入人体；目前，在世界上至少有500万人依靠心脏起搏器来维持生命，而且在国内心脏起搏器的实际植入量也有1.22万，并且这个数据每年都在以约15%的速度递增；临床上普遍使用的心脏起搏器能源为一次性的锂碘电池（无充电功能），预期寿命为510年，当其能量消耗到85%时，起搏器的正常工作就会受到影响；此外，研究表明心脏起搏器系统更换的原因有电池提前耗竭、起搏器系统感染、召回及提前升级等，但其主要原因是电池耗竭及质保到期；因此，心脏起搏器的使用寿命可谓是生死攸关，而开发一种安全无损、可持续的起搏器能源补充技术则是解决问题的关键。目前，已有利用某种无创、无害的介质（主要是射频电磁波、无线电以及超声波），将体外的能量隔离传输给植入体内的起搏系统进行能量补充的实验研究，并且该研究进展顺利、前景乐观，可望通过该技术方法来解决心脏起搏器的使用寿命问题，减少因电池耗竭而进行的起搏器系统更换和二次手术伤害。1 植入式人工心脏起搏器的应用现状1.1 植入式人工心脏起搏器简介植入式人工心脏起搏器，简称心脏起搏器，就是一个人为的“心脏司令部”；它能够替代心脏的起搏点，并模拟正常心脏的冲动形成和传导，定时地发放一定频率的脉冲电流，使心脏有节律地跳动起来；主要用于治疗缓慢型心率失常。正常的心脏节律是维持人体功能活动的最基本因素，如果心率过缓，将会导致以大脑缺血为首发症状的各主要脏器供血不足的临床综合征，如，出现疲乏、体力活动耐量降低、充血性心力衰竭等，随时危及患者的生命。心脏起搏器通过不同的起搏方式纠正心率和心律的异常，以及左右心室的协调收缩，从而达到治疗缓慢型心率失常的目的，提高患者的生存质量，减少患病死亡率。1.2 植入式人工心脏起搏器存在的问题目前，临床上普遍使用的心脏起搏器能源为一次性锂碘电池（没有无创伤充电循环再利用的功能途径），其预期寿命只有510年，另外，具有某些附加功能的心脏起搏器，在启动相应功能后电池能量将急剧下降，导致其使用寿命进一步缩短；此外，当其电池消耗到85%时，供电电压将会下降，而输出脉冲电流的幅值也会随之下降，进而影响到其正常的工作；此时，就必须通过二次手术的途径来更换原植入的心脏起搏器。2 心脏起搏器体外充电技术的设计与前景为了克服电池能量对心脏起搏器使用寿命的限制，并更好地满足各种具有特殊功能的起搏器的需要，使心脏起搏器真正地实现“一次植入，终身受用”，相关人员进行了心脏起搏器体外无创充电技术的研究和设计。2.1 心脏起搏器体外充电技术的设计研究在物理学层面上，实现无线充电主要可通过以下三种方式：电磁感应、无线电波以及共振作用。此三种方式均能在保证其无线充电过程对人体安全无损的大前提，故此三种方式均被相关的专家学者作为心脏起搏器体外无损充电技术研究设计的原理基础。电磁感应的无线充电原理简单可靠，即通过初级和次级线圈感应产生电流，从而将能量从输入端传输到接收端；此外，采用电磁感应方式作为技术的核心有成本低、结构简单、安全无损等优点。基于以上各点，郑晓晨，汪木兰采取了线圈产生电磁感应作为无线电力传输方法为心脏起搏器供电，设计了无线发射端为振荡电路、放大电路和主线圈，接收端为充电电路、整流电路和副线圈的，可自行操作的充电装置1。K. Murakawa等提出了一种通过无线电的供电技术，并且成功地通过小鼠皮肤将近红外线传送至硒电池使心脏起搏器正常工作；K. Goto等认为通过近红外给起搏器供能较射频电磁波供能安全，因为它不会影响那些受磁电感应干扰的医疗仪器的工作。谢育梅、曾国洪等采用超声波作为能量载体，通过压电陶瓷、耦合匹配、后级整理等电路进行能量的无线发送与接收，并加入磁耦合等补偿电路，提高超声波的能量传输效率，实现对起搏器电池进行体外无创充电的功能2。温志浩，陈海军等则试制了可充电人工心脏起搏器实验样机，同时以超声波为能量传输载体进行了隔离无创充电试验3。2.2 心脏起搏器体外充电技术的前景展望目前，在世界上至少有500万人依靠心脏起搏器来维持生命，而且在国内心脏起搏器的实际植入量也有1.22万，并且这个数据每年都在以约15%的速度递增，未来全世界对心脏起搏器的数量需求和性能要求将会越来越高；然而心脏起搏器的供电系统已成为了一个限制其发展的重要因素：临床上普遍使用的心脏起搏器能源为一次性的锂碘电池（无充电功能），预期寿命为510年，当其能量消耗到85%时，供电电压将会下降，而输出脉冲电流的幅值也会随之下降，起搏器的正常工作就会受到影响；对于植入式人工心脏起搏器的电源无线化是一个必然趋势，但如何在可充性识别、充电效能、能量传输及转换、抗干扰和抗损伤以及体外无线充电后对起搏器工作参数的影响和调整等方面实现技术的创新和飞跃，还有待不断实验和深入的探索与研究。随着科学技术的不断进步，起搏器的无线供电技术的研发和实际应用都将取得巨大的进步。结语希望不久的将来，会有一种更安全、高效、无损、可持续的充电方式甚至电源的研发产生：或许它能直接利用生物体内部的能量（生物质能），又或许能间接得通过一种新的安全、高效的介质来获取能量；我坚信随着人类社会科学技术的飞速发展和进步，植入式医疗设备的能源供给问题将得到完美的解决4！参考文献1郑晓晨，汪木兰.心脏起搏器用无线充电系统设计.机电产品开发与创新，2009，22（5）：37-392谢育梅，曾国洪.超声波体外充电的实验研究.临床医学工程，2010，17（4）：123-1263温志浩，陈海军.体外充电植入式人工心脏起搏器的设计.中国组织工程研究与临床康复，2011，15（22）：4107-41104穆志勇，周红峰.无线电源在植入式医学设备中的应用和前景.中国民族民间医药，2009，7：49-505孙瑞龙.起搏器临床应用进展（1）.中国循环杂志，2000，15（3）：135-1366蒋逸风,心脏起搏器系统更换的原因及方法.J Cl