起搏基本概念

,起搏的基本概念Pacing Concepts,可植入脉冲发生器 (IPG)Implantable pulse generator,电极线 Lead wire,可植入的起搏器系统 包含下面几个组成部分：,脉冲发生器：电源或电池电极或电线阴极（负电极 cathode）人体组织阳极（正电极 anode）,脉冲发生器,电极导线,阳极,阴极,起搏器各组成部分与人体组织结合形成一个完整的电路,装有电池，为给心脏发送电脉冲提供能源装有控制起搏器工作的电路,电路,电池,脉冲发生器：,将电脉冲从脉冲发生器传到心脏感知心脏除极,电极,导线是绝缘的电线，它们：,心内导线或经静脉导线 (transvenous leads)心肌导线/心外膜导线 (epicardial leads),导线的类型,经静脉导线有不同的固定装置,被动固定 passive fixation叉齿 (tines)卡在心脏的肌小梁间（纤维网 trabeculae）,经静脉导线,主动固定 active fixation螺旋（或螺丝钉 screw-in）延伸到心内膜组织可使导线放置于心腔内的任何位置,心肌导线和心外膜导线,导线可直接用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),阴极(cathode),与心脏组织接触的电极当电流流过时带负电荷,阴极,阳极,阳极 anode,心脏组织除极后接收电脉冲的电极当电流流过时带正电荷,阳极,传导路径,人体组织和体液都是阳极和阴极之间传导路径的组成部分,组织,阴极,阳极,V,IPG,R-电极，导线和组织阻抗,Lead 导线,体液 (回路),开始于脉冲发生器通过导线和阴极 (-) 流动刺激心脏返回到阳极 (+),起搏时，脉冲：,脉冲开始,*,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,阳极,-,+,单极起搏系统有一根只有一个电极的导线位于心脏内，在这个系统中，脉冲：,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 system) 有一根有两个电极的导线位于心脏内，在这个系统中，脉冲：,阴极,导线阻抗值随下面的因素而变化：,绝缘破裂 insulation breakdown = resistance decreases电线断裂 broken lead = 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,降低电阻,金属丝在绝缘护套内断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起搏电流通不过而不起搏阻抗值可能超过 3,000 W,导线金属丝断裂,电阻增加,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， 但可能影响起博功能，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博系统阻抗值在 300 至 1,000 W 之间高阻抗导线的阻抗值大于 1,000 欧姆,单极导线和双极导线,单极导线 unipolar lead,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号较大,Five wires per bundle for redundancy,双极导线,双极导线不易过度感知非心脏信号（肌电位和电磁干扰）起搏器的某些特殊功能起作用的需要(DAO, 抗房颤功能),同轴导线设计,导线绝缘可以是硅树脂或聚亚安酯,聚乙安酯 polyurethane 绝缘导线的优点,生物相容 bio-compatible抗撕强度大 anti-tear摩擦系数小 low coefficient of friction导线直径较小 smaller diameter,起搏器简史,单腔和双腔起搏系统,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,识别起搏节律,AAI / 60,识别起搏节律,VVI / 60,缺点,优点,单腔起搏系统的优点和缺点,植入一根导线,单心室 (ventricle) 导线不提供房室 (atrium)同步如果房室传导功能有障碍，单心房导线不提供心室支持,在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 / 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,绝大多数起搏器具有四个功能：,刺激 Stimulation,刺激过程,2 相,1 相,3 相,4 相,跨膜电位（毫伏）,0 相,阈值,刺激阈值 (stimulation threshold),在心脏不应期(refractory period)之外连续夺获 (captured)心脏所需的最小的电刺激,VVI / 60,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：,振幅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,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播到周围的组织,5 V,0.5 ms,0.25 ms,1.0 ms,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,时间脉宽 (ms),刺激阈值（伏）,0.5,1.0,1.5,夺获,强度 - 时间曲线图的临床用途,必须留出适当的安全范围，因为：起搏系统有急性期和慢性期阈值的每日波动,夺获,0.5,1.0,1.5,时间脉宽 (ms),.50,1.0,1.5,2.0,.25,刺激阈值（伏）,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,最佳化电池寿命,起搏所耗能量： E = PW x V2 / RPW = 脉宽V = 输出电压R = 阻抗因为 V对所耗能量影响最大， 要避免高电压-短脉宽，而尽可能程控输出电压至 2.5 V常规使用二倍电压阈值作安全范围,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)起搏器诊断功能所需电量消耗,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”,在本例中,如果：起搏电流 = 8 mA 成熟以后的阻抗从 300 W 增加一倍 起搏电压增加多少 ？V = I R新植入时的电压阈值 = 8 mA x 300 W = 2.4V成熟期后所需电压 = 8mA x 600 W = 4.8V电极成熟后,需要双倍的电压以夺获心脏,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,导线成熟过程,类固醇对刺激阈值的影响,脉宽 = 0.5 msec,0,3,6,感知 Sensing,感知 (sensing),感知是起搏器“看见了” 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,精确的感知 .,保证不会发生感知不良的情况 - 起搏器不会错过应该能够感知的 P 波或 R 波保证不会发生过感知的情况 - 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 - 适当感知的事件会重设起搏器的计时间期顺序,心腔内电图(intracardiac electrogram)是记录从心脏里面获取的波形,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,时间,倾斜,斜率,电压的变化,电压变化的持续时间,起搏器必须能够感知心脏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,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,未感知出自身搏动,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 自身活动,虽然没有自身活动存在,灵敏度 - 数值越大 ( =灵敏度过低)，起搏器对心脏内事件的感知越不灵敏,III,Too sensitive,Not sensitive enough,灵敏度,振幅 (mV),时间,5.0,2.5,1.25,灵敏度过低 (low sensitivity),振幅 (mV),时间,5.0,2.5,1.25,灵敏度过高 (sensitivity too high),振幅 (mV),时间,5.0,2.5,1.25,III,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号通常感知的不需要的信号绝大多数是：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,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家里或办公室很少有电磁干扰但医院有,电磁干扰会产生下面的问题：,过感知 (over sensing)短暂的模式变化（噪音反转 Noise reversion） 重置（电源重置或 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 波时频率将加快（对 P 波跟随）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“噪音”,本应起搏,噪音反转,VP,VP,SR,SR,SR,SR,感知的噪音,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,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,电烙术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（如果电池电压低的话）,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