起搏基本概念

1、起搏基本概念第1页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三可植入脉冲发生器 (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：第2页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三脉冲发生器：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第3页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三装有电池，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：第

2、4页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三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：第5页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三心内导线或经静脉导线 (transvenous leads)心肌导线/心外膜导线 (epicardial leads)导线的类型第6页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三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）第7页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三经静脉导线主动固定

3、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第8页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三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)第9页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三阴极(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第10页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三阳极 anode心脏组织除极后接收电脉冲的电极当电流流

4、过时带正电荷阳极第11页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三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VIPGR-电极，导线和组织阻抗Lead 导线体液 (回路)第12页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三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*第13页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三从顶端电极（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

5、位于心脏内，在这个系统中，脉冲：第14页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三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：阴极第15页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三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第16页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三导线金属丝周围的绝

6、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低的电阻第17页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三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第18页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三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

7、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 欧姆第19页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三单极导线和双极导线第20页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三单极导线 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第21页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三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

8、）起搏器的某些特殊功能起作用的需要(DAO, 抗房颤功能)同轴导线设计第22页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三导线绝缘可以是硅树脂或聚亚安酯第23页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三聚乙安酯 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第24页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三起搏器简史第25页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三单腔

9、和双腔起搏系统第26页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三单腔系统 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第27页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三识别起搏节律AAI / 60第28页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三识别起搏节律 VVI / 60第29页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三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第30页，共88页，

10、2022年，5月20日，17点10分，星期三在心房和心室都植入导线双腔系统有两根导线：第31页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三识别起搏节律DDD / 60 / 120第32页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三识别起搏节律DDD / 60 / 120第33页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三识别起搏节律DDD / 60 / 120第34页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三识别起搏节律DDD / 60 / 120第35页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三刺激心脏使它除极(depolari

11、ze)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：第36页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三刺激 Stimulation第37页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三刺激过程时间（毫秒）1002003004005002 相1 相3 相4 相跨膜电位（毫伏）-50050-1000 相阈值第38页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三刺激阈值 (stimulation threshol

12、d)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夺获无夺获第39页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三脉冲:振幅 Amplitude 脉宽 Pulse Width两个用来保证夺获的设置：第40页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三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第41页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三脉宽 (pulse width) 是

13、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 V0.5 ms0.25 ms1.0 ms第42页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三强度 - 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).501.01.52.0.25刺激阈值（伏）0.51.01.5夺获第43页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三强度 - 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0.51.

14、01.5时间脉宽 (ms).501.01.52.0.25刺激阈值（伏）第44页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三病人安全是首要的，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第45页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三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第46页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三导线阻抗 (

15、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：第47页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三电极设计也可能影响刺激阈值导线成熟过程第48页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三导线成熟过程在导线植入后，电极的周围形成纤维“包裹”第49页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三在本例中如果

16、：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第50页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三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第51页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三导线成熟过程类固醇对刺激阈值的影响脉宽 =

17、 0.5 msec036植入时间（周）织物金属电极平滑金属电极12345激素电极01245789101112伏特第52页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三感知 Sensing第53页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三感知 (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第54页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三精确的感知 .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

18、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第55页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三心腔内电图(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)第56页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三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

19、化的持续时间第57页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三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第58页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三感知不良 (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第59页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三过感知(over-sensing or too sensitive)探测到 P 波

20、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 第60页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三IIIIII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IIIToo sensitiveNot sensitive enough第61页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三灵敏度振幅 (mV)时间5.02.51.25第62页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三灵敏度过低 (low sensitivity)振幅 (mV)时间5.02.51.25第63页，共88页，2022年，5月20日，17点10分

21、，星期三灵敏度过高 (sensitivity too high)振幅 (mV)时间5.02.51.25III第64页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三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）第65页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三精确的感知取决于 .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第66页，共88页，2022

22、年，5月20日，17点10分，星期三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第67页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三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_第68页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三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第69页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三金属丝断裂,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

23、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 波第70页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三电磁干扰 Electromagnetic Interference (EMI)第71页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三电磁干扰 (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第72页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三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 reve

24、rsion） 重置（电源重置或 Power Off Reset POR）第73页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三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第74页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三电磁干扰起搏器感知的“噪音”本应起搏第75页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三噪音反转VPVPSRSRSRSR感知的噪音低限频率间期VVI/60连续在噪音取样期感知将引

25、起以低限频率或传感器驱动的频率起搏 第76页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三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第77页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三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第78页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三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第79页，共88页，2022年，5月20日，17点10分，星期三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