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文檔簡介
§7.1心臟起搏器簡介§7.2固定型和R波抑制型心臟起搏器§7.3心臟起搏器的能源和電極§7.4心臟除顫器的一般(yībān)介紹§7.5典型的心臟除顫器第七章心臟起搏器與除顫器第一頁,共五十八頁。精選ppt心臟起搏器CardiacPacemaker第七章心臟起搏器與除顫器第二頁,共五十八頁。精選ppt心臟起搏器CardiacPacemaker
人工心臟起搏——用外加脈沖代替心臟起搏點(diǎn)的電興奮,刺激心臟搏動(dòng)的一種治療方法。是心律失常非藥物治療的一種有效治療方法。
人工心臟起搏器——能產(chǎn)生一定形式電脈沖,并將脈沖傳至心臟,使心臟按一定頻率有效收縮的脈沖發(fā)生器。能替代或補(bǔ)充正常激勵(lì)和控制心臟收縮的生理(shēnglǐ)電子系統(tǒng)。人工心臟起搏技術(shù)是實(shí)現(xiàn)生物機(jī)能控制的典型范例。第七章心臟起搏器與除顫器第三頁,共五十八頁。精選ppt7.1.1心臟起搏技術(shù)的發(fā)展簡史
1761~1846一種由于嚴(yán)重心律失常以致循環(huán)障礙、腦供血不足引起的危險(xiǎn)急癥,稱為阿-斯綜合征,或“心源性腦缺氧綜合征”。是發(fā)展人工心臟起搏技術(shù)的重要背景。1791觀察到肌肉對電刺激有收縮反應(yīng)。
1819用直流電刺激死刑者停止搏動(dòng)(bódòng)的心臟,使之復(fù)跳。
1858、1862動(dòng)物實(shí)驗(yàn),用電刺激使心臟跳動(dòng)。
1930Hyman創(chuàng)制發(fā)條脈沖發(fā)生器心臟起搏器,重7.2kg,用針穿刺心房通電起搏搶救心臟停搏患者,命名為心臟起搏器臨床43例,救活14例,但受不公正輿論指責(zé)?!?.1心臟起搏器簡介(jiǎnjiè)第四頁,共五十八頁。精選ppt§7.1心臟起搏器簡介(jiǎnjiè)7.1.1心臟起搏技術(shù)的發(fā)展簡史
1947~1958刺激竇房結(jié)復(fù)跳;胸壁刺激(75~150V,2ms脈沖)成功,但痛苦大;心外膜電極起搏;心內(nèi)膜電極起搏。1958Elmqvist(瑞典)工程師、Senning醫(yī)師第一臺埋藏式固定頻率起搏器。術(shù)后,20多次排除故障,患者存活20余年(yúnián)。
1960晶體管電路、鋅-汞電池起搏器,盛行十余年。1971以后,鋰電池逐漸代替汞電池。
1963~P波同步型心室起搏;按需起搏;房室順序起搏;房室全能起搏;頻率自適應(yīng)起搏;抗心動(dòng)過速起搏;埋藏式自動(dòng)復(fù)律-除顫器。
全世界每年約有30萬個(gè)起搏器安裝與更換。第五頁,共五十八頁。精選ppt§7.1心臟起搏器簡介(jiǎnjiè)7.1.2人工心臟起搏的作用主要用以治療緩慢型心律失常(xīnlǜshīchánɡ)心律失常是多種病因引起心肌電生理特性改變的一種疾病。某些嚴(yán)重心律失常的藥物療效差,如,高度或完全性房室傳導(dǎo)阻滯、重度病態(tài)竇房結(jié)綜合癥。安裝起搏器則效果顯著。用于某些疾病的診斷例如,心房調(diào)搏輔助診斷可疑冠心病,心房超速起搏法診斷竇房結(jié)功能不全,預(yù)測完全性房室傳導(dǎo)阻滯患者是否有發(fā)生心腦綜合癥的危險(xiǎn)等。用于實(shí)驗(yàn)研究心血管生理、病理生理、藥理和臨床應(yīng)用第六頁,共五十八頁。精選ppt§7.1心臟起搏器簡介(jiǎnjiè)7.1.3心臟起搏的適應(yīng)癥長期起搏的適應(yīng)癥房室傳導(dǎo)阻滯三束支阻滯伴有心腦綜合癥者病態(tài)竇房結(jié)綜合癥;心動(dòng)過緩為主伴有有心腦綜合癥者臨時(shí)性起搏適應(yīng)癥心臟病變可望恢復(fù)(huīfù),緊急情況下保護(hù)性應(yīng)用、診斷應(yīng)用。短時(shí)間使用心臟起搏器,幾小時(shí)、幾天至幾星期。(適應(yīng)癥例,見教科書)第七頁,共五十八頁。精選ppt§7.1心臟起搏器簡介(jiǎnjiè)7.1.4心臟起搏器的分類按照起搏器與病員的關(guān)系分類按照起搏器與患者(huànzhě)P波與R波的關(guān)系分類按照起搏器電極分類
感應(yīng)式經(jīng)皮式(體外攜帶式)埋藏式非同步(固定(gùdìng))型同步型單極型雙極型第八頁,共五十八頁。精選ppt§7.1心臟起搏器簡介(jiǎnjiè)7.1.4心臟起搏的分類感應(yīng)式——脈沖發(fā)生器在體外,起搏電極與接受器植體內(nèi)。體內(nèi)無電源但易受干擾。
經(jīng)皮式——起搏器在體外,按需起搏(頻率、幅度、脈寬、感知靈敏度均可調(diào)),攜帶不便,易感染,僅用于臨時(shí)搶救。
埋藏式——起搏器埋植與胸部或腹部皮下,得到廣泛(guǎngfàn)使用,關(guān)鍵是電池壽命問題。
非同步(固定)型——發(fā)出的起搏脈沖與P波或R波無關(guān)。
同步型——分為P波同步起搏器和R波同步起搏器。單極型——陰極置于右心室(或右心房),陽極置于胸部(起搏器外殼)或腹部皮下(體外攜帶式)
雙極型——起搏器的陰極與陽極均與心臟直接接觸。第九頁,共五十八頁。精選ppt§7.1心臟起搏器簡介(jiǎnjiè)7.1.4心臟起搏的分類北美起搏和電生理學(xué)會(huì)與英國(yīnɡɡuó)起搏和電生理組NBG起搏器編碼(1987年)ⅠⅡⅢⅣⅤ起搏心腔感知心腔感知的反應(yīng)程控功能,頻率自適應(yīng)抗快速性心率失常功能V=心室V=心室T=觸發(fā)P=程控頻率和/或輸出P=抗快速性心率失常A=心房A=心房I=抑制M=多項(xiàng)參數(shù)程控S=電擊D=雙腔D=雙腔D=T+IC=遙測D=P+SO=無O=無R=頻率自適應(yīng)O=無O=無注:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ用于抗過緩心率失常的起搏廠家常用S表示單腔(心房(xīnfáng)或心室)第十頁,共五十八頁。精選ppt§7.1心臟起搏器簡介(jiǎnjiè)7.1.4心臟起搏的分類使用NBG起搏器編碼的例:
VVI——心室起搏,心室感知的按需型起搏器DDDR——心房、心室都具有起搏和感知功能,響應(yīng)方式可以(kěyǐ)是觸發(fā)式,也可以(kěyǐ)是按需抑制型,具有頻率自適應(yīng)功能第十一頁,共五十八頁。精選ppt§7.1心臟起搏器簡介(jiǎnjiè)7.1.4心臟(xīnzàng)起搏的分類1.固定型起搏器
以固定頻率(非同步)發(fā)放起搏脈沖刺激心室(VOO)或心房(AOO),只發(fā)出固定頻率、幅度的脈沖(約70次/分),不受自主心率支配,一旦心臟自主心律超過起搏頻率,便可發(fā)生競爭心律(電脈沖落于易激期),有可能誘發(fā)心室纖顫或室性心動(dòng)過速而危及病人安全,目前(mùqián)僅臨時(shí)用于測試磁鐵頻率或用于競爭起搏終止某些心動(dòng)過速。
第十二頁,共五十八頁。精選ppt§7.1心臟起搏器簡介(jiǎnjiè)7.1.4心臟起搏的分類2.R波同步型起搏器(起搏器發(fā)放脈沖受R波控制)(1)R波抑制型(按需型,VVI型)單極電極置于心室,兼有起搏與感知功能,常稱為心室按需型起搏器。適應(yīng)證廣泛。平時(shí)以固有頻率發(fā)放脈沖,當(dāng)心臟自搏心率超過起搏器脈沖頻率,將自動(dòng)感知并抑制起搏器脈沖發(fā)放。一旦自搏心率低于起搏器的固有頻率,即心室電極感知不到自搏心率產(chǎn)生的R波,起搏器將等待預(yù)定(yùdìng)的一段時(shí)間(逸搏間期)后,立即又按固有起搏頻率發(fā)放脈沖。這種按病人需要而工作的起搏器應(yīng)用最廣泛。
(2)R波觸發(fā)型(備用型,VVT型)當(dāng)自身心搏R波出現(xiàn)時(shí),立即觸發(fā)起搏器發(fā)出一個(gè)脈沖,是落在不應(yīng)期內(nèi)的無效脈沖。若自身心搏未發(fā)生,則起搏器脈沖起作用(備用型)。有無效脈沖產(chǎn)生,功耗較大,應(yīng)用少。第十三頁,共五十八頁。精選ppt§7.1心臟起搏器簡介(jiǎnjiè)7.1.4心臟起搏的分類3.P波同步型起搏器(起搏器發(fā)放脈沖受P波控制)心房、心室(xīnshì)都放置電極心房電極感知P波(心房激動(dòng))→送起搏器放大并延遲約120ms→觸發(fā)起搏器發(fā)生脈沖→刺激心室(心室電極)對有房室傳導(dǎo)阻滯患者,相當(dāng)于一條人造房室傳導(dǎo)通路。不能用于竇房結(jié)綜合癥患者。電路復(fù)雜,使用不方便?!頟波抑制型(AAI型)單極電極置于心房,兼有起搏與感知功能,常稱為心房按需型起搏器??杀3址渴翼樞蚴湛s。僅適用于房室傳導(dǎo)功能正常的病竇患者。第十四頁,共五十八頁。精選ppt§7.1心臟起搏器簡介(jiǎnjiè)7.1.4心臟起搏的分類4.房室順序型起搏器心房、心室各放置一個(gè)電極每次先發(fā)放一個(gè)心房起搏脈沖→經(jīng)適當(dāng)(shìdàng)延遲→再發(fā)放一個(gè)心室起搏脈沖(保持房室激動(dòng)生理順序)如有自身心臟活動(dòng),其QRS波將抑制后一脈沖發(fā)放5.雙灶按需型起搏器兩個(gè)相關(guān)脈沖發(fā)生器,按一定時(shí)序發(fā)放起搏脈沖,使心房和心室的起搏都是按需方式工作。第十五頁,共五十八頁。精選ppt§7.1心臟起搏器簡介(jiǎnjiè)7.1.4心臟起搏的分類6.程序控制型起搏器能夠與體外控制裝置通訊的起搏器。按照患者病理生理需要,由醫(yī)生或患者任意改變起搏參數(shù)和起搏器工作方式?!铍p腔(DDD)起搏器心房和心室都放置電極。不同的心率反應(yīng)為不同的起搏方式,總能保持心房和心室得到同步、順序、協(xié)調(diào)的收縮。自身心率慢于起搏器低限頻率→房室(fánɡshì)順序起搏(DVI)自身心房(P)頻率超過起搏器低限頻率(房室傳導(dǎo)功能障礙)
→感知P波觸發(fā)心室起搏(VDD)自身心房(P)頻率過緩(房室傳導(dǎo)功能是好的)
→起搏心房,并下傳心室(AAI)第十六頁,共五十八頁。精選ppt§7.1心臟起搏器簡介(jiǎnjiè)7.1.4心臟起搏的分類☆頻率自適應(yīng)(R)起搏器起搏器頻率能自動(dòng)適應(yīng)肌體對心排血量(需氧量)的要求。研究使用的代謝感受器有10余種,體動(dòng)型、每分鐘通氣量型兩種得到應(yīng)用(yìngyòng)。例:VVIR型(心室按需自適應(yīng)型)AAIR型(心房按需自適應(yīng)型)DDDR型(雙腔自適應(yīng)型)第十七頁,共五十八頁。精選ppt§7.1心臟起搏器簡介(jiǎnjiè)7.1.5心臟起搏的幾個(gè)(jǐɡè)參數(shù)1.起搏頻率60~90次/min能維持心輸出量最大時(shí)的心率。2.起搏脈沖幅度和寬度脈沖幅度:5V脈沖寬度:0.5~1ms起搏能量與電極形狀、面積、材料及導(dǎo)管阻抗損耗等有關(guān)。3.感知靈敏度R波同步型:1.5~2.5mVP波同步型:0.8~1mV4.反拗期同步型起搏器具有的對外界信號不敏感的時(shí)間(不應(yīng)期)。R波同步型:300±50ms,防止T波或起搏脈沖后電位。P波同步型:300~500ms,防止竇性過速或干擾誤觸發(fā)。第十八頁,共五十八頁。精選ppt起搏系統(tǒng)的構(gòu)成(起搏電路、電池、金屬外殼與起搏導(dǎo)管電極)
一.脈沖發(fā)生器(起搏電路)
將CMOSASIC起搏芯片與電阻、電容等元件一起安裝在陶瓷基片上構(gòu)成混合型(Hybrid)厚膜集成電路作為起搏器主體電路。感知心電活動(dòng)或其他生理反應(yīng),按需自動(dòng)調(diào)整起搏功能,形成和發(fā)放脈沖。體現(xiàn)了小型化,程控化和多功能化。
二.電池
需體積小、容量大、緩慢釋放能量、密封性能好及性能可靠的電池,目前普遍使用鋰碘電池,起搏器使用壽命達(dá)10年以上。決定起搏器的功能壽命的因素(yīnsù):①電池容量;②電池自放電;③輸出阻抗;④電路功效;⑤工作的百分率:起搏電路的消耗比感知電路大得多;⑧輸出程控;⑦持續(xù)的電池消耗?!?.2固定(gùdìng)型和R波抑制型心臟起搏器第十九頁,共五十八頁。精選ppt起搏系統(tǒng)的構(gòu)成(起搏電路、電池、金屬外殼與起搏導(dǎo)管電極)
三.電極導(dǎo)線電極接觸心臟經(jīng)導(dǎo)線與起搏器連接。用生物相容性好、韌性好、抗老化、耐腐蝕的材料制成。電極通常采用愛爾近合金(Elgiloy)或用鎳—鉻—鈷—鉬合金制成,且含多孔,其優(yōu)點(diǎn)是:①纖維組織長入電極空隙可增加固定性。②電極感知的有效面積較大。有的電極頂端有激素緩釋放裝置,電極頭的材料以表面活化各向同性低溫?zé)峤馓蓟蜚K為優(yōu)。導(dǎo)線的金屬材料要求電阻率小,強(qiáng)度高,一般用抗折強(qiáng)度較高的不銹鋼。導(dǎo)線絕緣層有高純硅橡膠和醫(yī)用聚氨酯兩種,兩者生物相容性均好,但前者較粗且脆弱,后者較細(xì)而堅(jiān)固(jiāngù),但易老化。四.起搏器外殼
金屬鈦生物相容性好,毫無銹蝕。采用鈦材料拉伸成型,各部以較大圓弧連接,采用激光焊接封裝。
§7.2固定(gùdìng)型和R波抑制型心臟起搏器第二十頁,共五十八頁。精選pptASIC設(shè)計(jì)(shèjì)ApplicationSpecificIntegratedCircuits全定制ASIC芯片(掩膜ASIC)定義芯片上所有晶體管的幾何圖形和工藝規(guī)則,將設(shè)計(jì)結(jié)果交由IC廠家掩膜制造完成。優(yōu)點(diǎn):芯片可獲得最優(yōu)性能,即面積利用率高、速度快、功耗低。缺點(diǎn)是:開發(fā)周期長,費(fèi)用高,只適合大批量產(chǎn)品開發(fā)。半定制ASIC芯片約束性設(shè)計(jì)方法:門陣列設(shè)計(jì)法和標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)法,主要目的是簡化設(shè)計(jì),以犧牲芯片性能為代價(jià)來縮短開發(fā)時(shí)間。可編程ASIC芯片(可編程邏輯器件)自七十年代以來,經(jīng)歷(jīnglì)了PAL、GAL、CPLD、FPGA幾個(gè)發(fā)展階段,高密度CPLD/FPGA已達(dá)200萬門/片,集成度高、應(yīng)用產(chǎn)方便,特別適合于樣品研制或小批量產(chǎn)品開發(fā),可以很容易轉(zhuǎn)由掩膜ASIC實(shí)現(xiàn),開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)低。第二十一頁,共五十八頁。精選ppt7.2.1一種固定型心臟起搏器電路(diànlù)分析多諧振蕩器+單穩(wěn)態(tài)電路+輸出(shūchū)電路R2、C1決定頻率/R3決定脈寬/復(fù)合管射隨輸出功率放大、Ri高Ro低§7.2固定(gùdìng)型和R波抑制型心臟起搏器第二十二頁,共五十八頁。精選ppt§7.2固定(gùdìng)型和R波抑制型心臟起搏器7.2.2R波抑制型心臟起搏器的一般結(jié)構(gòu)原理1.感知放大器選擇性放大R波,辨認(rèn)心臟自身搏動(dòng),推動(dòng)按需功能控制器要求:雙向感知、放大800~1000倍、頻寬10~50Hz、工作電流<3mA、穩(wěn)定、可靠、抗干擾能力強(qiáng)2.按需功能控制器為起搏器提供穩(wěn)定的反拗期,還可克服“競爭心律”的危險(xiǎn)感知R波后,控制器在反拗期內(nèi)抑制脈沖發(fā)放3.脈沖發(fā)生器(受控于按需控制電路)要求:頻率(pínlǜ)30~120Hz、脈寬1.1~1.5ms可調(diào)、幅度可調(diào)、易起振、穩(wěn)定、可靠第二十三頁,共五十八頁。精選ppt§7.2固定(gùdìng)型和R波抑制型心臟起搏器7.2.3QDX-2型體外心臟起搏器的電路分析R波按需抑制型(VVI)1.各單元電路分析感知放大器按需功能控制電路脈沖發(fā)生器2.按需功能的實(shí)現(xiàn)患者的自主(zìzhǔ)心率低于起搏頻率時(shí)的情況自主心率不齊自主心率完全高于起搏頻率的情況第二十四頁,共五十八頁。精選ppt感知放大器按需功能(gōngnéng)控制電路脈沖發(fā)生器R波輸入(shūrù)微分作用放大正脈沖限制T波、P波互補(bǔ)(hùbǔ)型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器形成反拗期VT6開關(guān)控制脈沖發(fā)生互補(bǔ)式張弛振蕩器鋸齒波電路產(chǎn)生起搏脈沖第二十五頁,共五十八頁。精選ppt第二十六頁,共五十八頁。精選ppt自主(zìzhǔ)心率t1>
t2
起搏器固有輸出單穩(wěn)輸出t3—反拗期C7鋸齒波發(fā)放起搏脈沖起搏后心律QRS波前均有起搏脈沖自主心率(xīnlǜ)低于起搏頻率第二十七頁,共五十八頁。精選ppt自主心率不齊
t1<t2(抑制(yìzhì))t1>
t2(發(fā)放)自主(zìzhǔ)心率不齊第二十八頁,共五十八頁。精選pptt1<t2(全抑制(yìzhì))自主心率完全(wánquán)高于起搏頻率第二十九頁,共五十八頁。精選ppt§7.2固定(gùdìng)型和R波抑制型心臟起搏器感知(gǎnzhī)放大器按需功能控制器脈沖發(fā)生器去顫保護(hù)抗干擾轉(zhuǎn)換能量補(bǔ)償頻率限制性能較完善電路可靠性高整機(jī)功耗極微7.2.4AMQ-4型按需起搏器的電路(diànlù)分析R波抑制型+保護(hù)電路優(yōu)點(diǎn)AMQ-4型第三十頁,共五十八頁。精選ppt§7.2固定(gùdìng)型和R波抑制型心臟起搏器7.2.4AMQ-4型按需起搏器的電路分析1.感知放大器和抗干擾轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)
干擾頻率>50Hz,按需功能控制器不工作,起搏器為固定式2.按需功能控制器
3.脈沖發(fā)生器和輸出脈沖倍壓電路
4.最高起搏頻率限制電路
5.能量補(bǔ)償(bǔcháng)電路和去顫保護(hù)電路
第三十一頁,共五十八頁。精選ppt感知(gǎnzhī)放大器單穩(wěn)(按需控制)去顫保護(hù)抗干擾轉(zhuǎn)換(zhuǎnhuàn)網(wǎng)絡(luò)第三十二頁,共五十八頁。精選ppt單穩(wěn)tu脈沖發(fā)生器脈沖倍壓電路
控制門、鋸齒波、振蕩器能量(néngliàng)補(bǔ)償電路最高起搏頻率限制(xiànzhì)輸出脈沖第三十三頁,共五十八頁。精選ppt第三十四頁,共五十八頁。精選ppt感知R波微分,成為雙向波只放大正極性脈沖經(jīng)抗干擾轉(zhuǎn)換后單穩(wěn)(按需功能控制)最高起搏頻率(pínlǜ)限制第三十五頁,共五十八頁。精選ppt第三十六頁,共五十八頁。精選ppt7.3.1心臟起搏器的能源1.鋅汞電池
2.鋰電池鋰碘電池(主要使用(shǐyòng))鋰亞硫酰氯電池鋰鉻酸銀電池鋰碘化鉛電池3.核素電池
4.“生物燃料”電池
§7.3心臟起搏器的能源(néngyuán)和電極第三十七頁,共五十八頁。精選ppt§7.3心臟起搏器的能源(néngyuán)和電極7.3.2心臟起搏器的電極1.導(dǎo)線(起搏導(dǎo)管)和電極的作用(zuòyòng)
2.電極類型按安置和用途分:心內(nèi)膜電極心外膜電極心肌電極按心內(nèi)膜使用的電極分:單極心內(nèi)膜電極雙極心內(nèi)膜電極3.電極的結(jié)構(gòu)及現(xiàn)狀
第三十八頁,共五十八頁。精選ppt7.4.1心臟除顫器的作用電擊除顫(電復(fù)律術(shù))——用較強(qiáng)的脈沖電流消除心律失常,使之恢復(fù)竇性心律的方法。除顫器Defibrillator——用于心臟電擊除顫的設(shè)備。電擊復(fù)律作用于心臟的是一次瞬時(shí)高能脈沖:持續(xù)時(shí)間:4~10ms電能:40~400W·s(J)嚴(yán)重快速心律失常(心房撲動(dòng)、心房纖顫、室性心動(dòng)過速),造成血液動(dòng)力障礙。采用除顫器消除心律紊亂、恢復(fù)心律正常,使患者得到搶救和治療(zhìliáo)。電擊復(fù)律時(shí)間短暫、安全性高、療效確切、隨時(shí)可采用§7.4心臟除顫器的一般(yībān)介紹第三十九頁,共五十八頁。精選ppt7.4.2心臟除顫器的一般(yībān)原理一般方法:RLC阻尼放電
心臟急救設(shè)備:心臟起搏器、心臟除顫器監(jiān)視器、記錄儀7.4.3心臟除顫器的類型按是否與R波同步分:非同步型除顫器同步型除顫器
按電極放置位置分:體內(nèi)除顫器體外除顫器§7.4心臟(xīnzàng)除顫器的一般介紹第四十頁,共五十八頁。精選ppt§7.4心臟(xīnzàng)除顫器的一般介紹7.4.4心臟除顫器的主要性能指標(biāo)1.最大儲能值除顫器電擊前,儲能電容儲能值≤400W·s2.釋放電能量實(shí)際向病人釋放的電能量,以等效患者電阻=50Ω計(jì)3.釋放效率釋放電能與儲存電能之比。50%~80%4.最大儲能時(shí)間儲能電容充電到最大儲能值所需時(shí)間。10~15s5.最大釋放電壓(diànyā)以最大儲能值釋放能量時(shí),負(fù)荷上的最高電壓。安全要求:100Ω電阻負(fù)荷上最高電壓≤5000V第四十一頁,共五十八頁。精選ppt第四十二頁,共五十八頁。精選ppt第四十三頁,共五十八頁。精選ppt7.5.1一種電路比較簡單的心臟除顫器的電路分析1.充放電電路
2.同步(tóngbù)電路
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