置入式心律转复除颤器电池

置入式心律转复除颤器电池置入式心律转复除颤器（ImplantableCardioverter-Defibrillator，ICD）也称体内埋藏式心脏自动转复除颤器，是一种有多种程控模式的电子装置，可以针对室性快速性心律失常进行治疗。其功能包含了高能量除颤电击、低能量（转复）电击或抗心动过速起搏等形式，对于缓慢性心律失常也可进行常规起搏治疗。ICD由Mieczyslaw（Michel）Mirowski发明。1980年2月第一台ICD植入人体。1985年，FDA最终批准ICD在美国投放市场。ICD的设计构想萌发于1966年，当时起搏器作为一种较新的技术手段逐渐在临床中应用推广，一些起搏器的技术和理念也被借鉴用于ICD。例如，将ICD的电池和电子元件都密封在钛壳中，盒顶采用透明的环氧树脂制成顶盖，顶盖通过金属导线连接内部的电池和整个集成电路系统。顶盖上有供电极导线尾端连接的连接孔，由螺钉将导线和连接器紧密相连并固定。脉冲发生器释放的电能通过电极导线传递给远端的金属电极到达心脏（图1）。图1置入式心律转复除颤器结构示意图脉冲发生器所有的部件都安装在一个钛壳中，钛是一种轻而具有极高强度和生物相容性的金属。ICD的电子元件集中在一块混合电路板上，上面有多种晶体管、电阻器和芯片以及其他一些控制脉冲发生器的计时周期的元件，与电容器和电池一起严格密封在钛壳中。在ICD的透明环氧树脂制成的顶盖上设有1~3个终端插孔。右室电极一般同时具有起搏、感知和除颤3个功能。ICD接近一台小型计算机，可以感知患者自身心率和节律，随时调整其功能，根据预先设定的程序发放电脉冲，兼具起搏和复律除颤电击功能（图2），同时还有记忆功能，可存储感知到的信息以及治疗情况，并经程控仪下载。为完成上述这些功能，ICD需要自带电池电源。图2ICD功能及回路示意图制造ICD的最大技术难题之一就是如何设计出足够大的电池。起搏器一般输出1～3V的电刺激脉冲，锂碘电池在输出2.4V左右时工作良好。电压放大器可以把起搏器发放的电脉冲升高到7V（某些起搏器可达到10V），但起搏很少需要到这样高的电压，大部分只需电压放大器轻度升高的起搏电压。除颤所需要的电压远远高于这个数字。ICD一次治疗发放的电压往往是500～700V，甚至更高。起搏器电池仅需要发放较小的电流，而ICD电池必需发放较大的电流脉冲以进行除颤。ICD电池需要达到以下要求：=1\*GB3①在较小的容积内充载较高的电荷（即有较高的电荷密度）；=2\*GB3②需要的最大额定电流大（可达3A）；=3\*GB3③保存期限长（不允许有充电损失和内部泄漏导致的自放电）；=4\*GB3④必须可靠性和安全性高。1985年，锂-氧化钒银（Li-SVO）成为ICD电池材料的首选，2008年，波科公司生产了配有锂-二氧化锰（Li-MnO2）电池的ICD。锂-氧钒化银电池的阴极由氧化钒银（Ag2V4O11）构成，阳极由金属锂构成。锂阳极失去电子（被氧化）而阴极吸收电子（被还原）（图3）。锂不仅轻，而且有很高的标准电位，其能量密度极高。由于锂遇到水会发生剧烈反应，锂电池必须密封。图3锂-氧化钒银电池在回路中电流方向与电子流动方向为了保证电流容量大，ICD电池的电极需要较大的表面积，因此采用折叠式结构或扁平线圈式结构并且电极的两侧都具有活性（图4）。图4ICD电池结构示意图锂-氧化钒银电池放电（即银和钒的还原）分多步发生。Li-SVO电池的放电曲线明显分为两个电压相对稳定的区，其电压分别是3.2V和2.6V，这两个区通过一个电压斜行下降区连接起来，而2.6V平台期结束后电压也斜行向下（图5）。银还原为其金属态增加了在电池耗竭过程中阴极的电传导性。因此，通常而言电压的下降不是由于电池内部的阻抗增加所致，而在放电过程电池保持着电流释放能力。从使用寿命开始直到使用中期电池的内部阻抗最初是下降的，在使用寿命接近结束时阻抗增加。图5锂氧化钒银电池电压变化曲线BOL，使用寿命开始；ERI，择期更换指示；EOL，使用寿命结束电池放电过程中，在阴极的钒分阶段还原，形成3.2V和2.6V两个分离的无负载电压平台期。在第二阶段（钒从四价还原为三价时）过程中如果超过3个月，电池不向高压电容器充电，阴极将发生化学物质累积。阴极的化学物质累积增加电池的内部阻抗并引起电压降低（大于通常随内部阻抗所产生的电压下降）。由于化学物质累积，加载后电压显著低于正常，高压电容器的充电时间会延长很多而电击的释放则被延迟。幸运的是，当电池释放较大电流持续一段时间时，阴极的化学物质累积消失。当高压电容器充电完成时，充电开始时较大的电压下降恢复正常，后续的放电周期不显示电压延迟（voltagedelay）（图6）。为避免电压延迟当电池到达第二个电压平台时高压电容器的重整频率需要增加（从初期每3个月一次到中期每1个月一次）。图6ICD电池的电压延迟示意图锂-二氧化锰电池的阴极材