心臟起搏歷史及發(fā)展

心臟起搏歷史及發(fā)展

起搏技術(shù)發(fā)展史

里程碑

1791心臟和肌肉組織電刺激試驗(LuigiGalvani)

1827/46阿-斯綜合征(Robert,William)

1882第一次體外起搏(VonZiemssen)

1932制造出第一臺“pacemaker"(Hyman)

1952胸壁起搏治療阿-斯綜合征的病人(PaulZoll)

1958第一臺植入式起搏器(Rune日mquist,AkeSenning)

1958第一例可經(jīng)靜脈植入的心內(nèi)膜起搏導(dǎo)線+體外起搏器(Furman,Robinson)

1962VAT起搏器+心外膜導(dǎo)線(Nathan,Center)

1963植入式起搏器+心內(nèi)膜導(dǎo)線(Lagergren,Johansson)

1963第一臺可調(diào)節(jié)頻率的起搏器

里程碑

1964VVI起搏器(Sykosch,Zacouto)

1967核能(缽電池)起搏器

1970DVI起搏器(Berkovits)

1972鋰-碘電池起搏器

1975壓電晶體傳感器的頻率適應(yīng)性起搏器試驗(Funke,HakanElmqvist)

1975基于血液PH值的頻率適應(yīng)性起搏器試驗(Gamilli)

1978多程控起搏器

1979雙向遙測多程控起搏器(Brownlee,Tyers)

1980DDD起搏器(Tarjan,Lesnick,Cutolo)

1980第一臺ICD植入

里程碑

1983第一臺頻率適應(yīng)性起搏器上市(Newman,Klein)

1991閉環(huán)刺激原理的頻率適應(yīng)性起搏器(BIOTRONIK)

1996雙腔ICD

1999多部位起搏

2000全自動起搏器

世界上第一臺起搏器"pacemaker

AlbertHyman(1932)

-Clockworkgeneratorwithmanualpower

-Transthoracicstimulationneedle

-Handleturntoprovideinductionstimulus

曹BIOTRONIK

經(jīng)靜脈植入心內(nèi)膜起搏導(dǎo)線+體外起搏器

FurmanandRobinson(1958)

世界上第一臺完全植入式起搏器的發(fā)明人

(1958)

RuneElmquist

EngineeratSiemens-Elema

第一臺植入式起搏器的植入醫(yī)生

AkeSenning

CardiacSurgeon,KarolinskaHospital,StockholmSweden

曹BIOTRONIK

世界上第一臺完全植入式起搏器

October8,1958Sweden

?2Transistors

?Pulse2V/1.5ms

?Rechargeablebattery

?Rate80ppm

?Thisunitlastedonlyfor8hours

?Thesecondunitfunctionedforabout

7weeks

55mm0,16mmthick

曹BIOTRONIK

第一臺完全植入式起搏器病人

ArneLarsson

1986

第一臺完全植入式起搏器的病人

?1958年10月8日VOO

III度房室傳導(dǎo)阻滯，KarolinskaHospital,Stockholm,Sweden

?極大改善癥狀....

?1974年1月22日WI.......

?1989年1月20日WIR.......

?1996年11月7日最后一個VVIR

總計更換20臺起搏器

?2001年12月28日死于與起搏器無關(guān)的惡性腫瘤

第一臺完全植入式起搏器的病人

1915~2001

1958年43歲

2001年86歲

曹BIOTRONIK

第一臺電池驅(qū)動的起搏器

Chardack,Greatbatch(I960)

10個鋅-汞電池

曹BIOTRONIK

第一臺可調(diào)節(jié)的起搏器

Chardack,Greatbatch(1963)

withascrewdriver曹BIOTRONIK

核能起搏器

缽電池起搏器（1967）

BIOTRONIK

起搏器體積的演變

曹BIOTRONIK

心臟起搏系統(tǒng)構(gòu)成

起搏系統(tǒng)構(gòu)成

?起搏器（脈沖發(fā)生器）

?起搏導(dǎo)線（起搏電極）

?起搏導(dǎo)線與心內(nèi)膜界面

船BIOTRONIK

@BIOTRONIK

脈沖發(fā)生器

ProtosDR/CLS

咻。加峰〃

?卜口口口口己口

ProtosVR/CLS

■?bOQODQg

StratosLV

DDORV

unipolar/bipolar

2S7DD0QD

@BKnRONIK

MadeinGermany

?BIOTRONIK

臨時起搏器

單腔雙腔

曾BIOTRONIK

脈沖發(fā)生器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

連接部分

鈦金屬外殼

混合電路

鋰碘電池

Size:51x42x6mmWeight:26g

脈沖發(fā)生器組成元件

?電池

?電路（輸出電路、感知電路、遙測電路、微處理器、存儲器）

?外殼

?起搏器頭部（與起搏導(dǎo)線連接部分）

?傳感器

脈沖發(fā)生器的電池

?最初采用鋅-汞電池

電池電壓為1.35V,需4-5塊電池串聯(lián)。電池耗竭時電池電壓無任何警告

而驟然下降；產(chǎn)生H2,須以可滲氣的環(huán)氧樹脂絕緣

?鎮(zhèn)-鎘電池。

要經(jīng)常充電，有記憶效應(yīng)，影響電池壽命

?核能電池

存在輻射及安全隱患，限制使用

脈沖發(fā)生器的電池

鋰-碘電池

?體積小，容量大，自放電率小，電池電壓下降呈漸近性，到達ERI

后還可維持3~6個月

?電池的電量用（Ah）表示，通常為LO~L5Ah

?開路電壓為2.8V,通過倍壓器，可輸出5V以上的電壓

?BOS-ERI-EOS：2.8V-2.5V-2.2V

?電池內(nèi)阻升高，導(dǎo)致電壓降低，因此

o從BOS至EOS,電池內(nèi)阻由100。升至10KQ

脈沖發(fā)生器的電池

鋅-汞電池鋰-碘電池

電池的放電情況

[V]

BIOTRONIK公司

Voltage的電池是由德國

UTRONIK公司提

供的，這是一家專

門為BIOTRONIK

起搏器和ICD提供

電池研發(fā)和制造的

機構(gòu)

Time

BOS=Beginningofservice

ERI=Electivereplacementindicator

RRT=Recommendedreplacementtime

EOS=Endofservice

曹BIOTRONIK

脈沖發(fā)生器的電池

電池的冷熱效應(yīng)

?起搏器的保存溫度為5~55co

?起搏器暴露于低溫環(huán)境會導(dǎo)致鋰-碘電池的理化性能下降，內(nèi)阻增加，

電壓降低，觸發(fā)ERI

?起搏器置于過熱環(huán)境，可導(dǎo)致電池爆炸。因此建議在火化前應(yīng)將起搏

器取出

。BIOTRONIK

脈沖發(fā)生器的混合電路

起搏器電路

體積的演變

雙腔起搏

器電路

曹BIOTRONIK

脈沖發(fā)生器的混合電路

?集成電路(integratedcircuit,IC)

?互補金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù)

(complementarymetal-oxidesemiconductor,CMOS)

?超大規(guī)模集成電路(verylarge-scaleintegrated,VLSI)

?分立單元：較大電容器、二極管、傳感器、傳輸線圈

?分立單元與集成電路合并在一起，構(gòu)成

?功能分區(qū)：邏輯和控制、存儲、計時、感知、輸出、數(shù)據(jù)傳輸及程控

@BIOTRONIK

@BIOTRONIK

脈沖發(fā)生器的混合電路一輸出電路

由微處理器或邏輯電路控制的電容器和開關(guān)組成。電荷泵通過一系列

小電容器的充放電將電荷轉(zhuǎn)存于另一較大電容器中，然后輸出經(jīng)起搏

導(dǎo)線傳輸幺合心臟，因此可輸出高于電池電壓的電壓

脈沖發(fā)生器的混合電路一遙測及通訊

起搏器的遙測及通訊

脈沖發(fā)生器的混合電路一遙測及通訊電路

功能：

詢問起搏器：將起搏器的型號、序號、程控參數(shù)、存儲數(shù)據(jù)等信息調(diào)出

程控及程控確認：更改起搏參數(shù)并傳輸給起搏器，同時接收起搏器的反

饋信息

模擬遙測：測量導(dǎo)線阻抗、電池狀態(tài)、脈沖電壓、脈沖振幅、脈沖電流

、脈寬等數(shù)據(jù)

起搏測試：測量起搏閾值、P/R波振幅、室房逆?zhèn)鞯?/p>

實時傳送心內(nèi)電圖（IEGM）

無創(chuàng)電生理檢查：通過起搏器釋放程序刺激，達到電生理的診斷和治療

目的

曹BIOTRONIK

起搏器的混合電路一感知電路

感知電路：用來對心內(nèi)信號進行放大和濾波。為了防止起搏器感知非心

內(nèi)信號，感知電路要判斷信號的振幅和頻率是否符合要求

曹BIOTRONIK

信號的濾波

FilteringofIntracardiacSignals

Amplitude

25

20

15

10

5

0

1351030501003001000

Frequency(Hz)

曾BIOTRONIK

感知電路的抗電磁干擾性

?起搏器的感知特性已設(shè)計成最適宜感知心內(nèi)信號的特性，但絕對

的抗干擾是不可能的。

?內(nèi)源信號：肌電位、遠場感知

?外源信號：移動電話、大型電器設(shè)備、強電磁場、某些醫(yī)學(xué)檢查

和治療…

?干擾能量的衰減與距離的平方成正比

?低感知靈敏度和雙極感知可降低受干擾的幾率

?EMI模式：固定頻率，無感知功能直到干擾消失

曹BIOTRONIK

起搏器的混合電路一傳感器

頻率適應(yīng)性起搏器：起搏器可根據(jù)病人的活動狀況，調(diào)節(jié)起搏頻率。適用于

變時功能不全的病人

傳感器的作用：感知與運動相關(guān)的參數(shù)，并將其轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)起搏器處

理后轉(zhuǎn)換為起搏頻率

體動傳感器｛壓電晶體傳感器

I加速度計傳感器

每分通氣量傳感器

Q-T間期傳感器

PH值傳感器

血液溫度傳感器

血樣飽和度傳感器

閉環(huán)刺激傳感器(CLS)

曹BIOTRONIK

體動傳感器

?壓電晶體傳感器工作原理：

壓電晶體放置于起搏器的外殼內(nèi)，通過感知肌肉作用于起搏器外殼上

的壓力，并將壓力轉(zhuǎn)化為電信號，從而調(diào)節(jié)起搏頻率

?加速度計傳感器工作原理：

利用微機械技術(shù)，感知病人運動時的加速度，經(jīng)快速傅立葉轉(zhuǎn)換成電

信號來調(diào)節(jié)起搏頻率。直接加壓和叩擊外殼不會引起頻率變化

優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，耐用，無須電源，無須特殊起搏導(dǎo)線，反應(yīng)速度高

缺點：非生理性，身體振動與代謝需求無直接關(guān)系，故特異性差，易受

身體振動影響

起搏器的混合電路一傳感器

SensorPhysicalCharacteristics

ActivityCrystalAccelerometer

SkinSkin

Circuits>■麒黑常麟搬株談咨皴

1.HydrostaticPressure

(AP8acceleration)

2.Motionoftissuemass

3.MuscularContraction

Muscle

曹BIOTRONIK

磁球傳感器

Pacesetter公司

曹BIOTRONIK

磁球傳感器

曹BIOTRONIK

每分通氣量傳感器

工作原理：根據(jù)病人的每分通氣量（潮氣量和呼吸頻率），調(diào)節(jié)起

搏頻率。每分通氣量與胸廓阻抗呈相關(guān)性，吸氣時阻抗

增加，呼氣時阻抗減小，故通過測量胸廓阻抗來獲知病

人的每分通氣量

測量方法：起搏器經(jīng)起搏導(dǎo)線釋放一系列微小電脈沖，測量脈沖發(fā)

生器與雙極導(dǎo)線之間的阻抗值，從而獲得胸廓阻抗的變

化

每分通氣量=潮氣量X呼吸次數(shù)

優(yōu)點：生理性，每分通氣量與運動量呈線性相關(guān)

缺點：反應(yīng)慢，需雙極起搏導(dǎo)線，易受通氣因素影響，需與其

他傳感器混合使用

每分通氣量傳感器

Abblldung3-2.DieSpannung(V)wirdzwtschenderElektrodenspltzeanderElektrodeund

derneutralenEtektrodeamSchrittm0chergeh肯usegemessen.

船BIOTRONIK

Q?T間期傳感器

工作原理：運動時血中兒茶酚胺濃度增加，兒茶酚胺濃度上升，導(dǎo)致

Q-T間期縮短，安靜時Q-T間期延長。通過測量病人的Q-T

間期來調(diào)節(jié)起搏頻率

測量方法：通過心室起搏導(dǎo)線測量起搏脈沖發(fā)放后至T波感知的時間

優(yōu)點:生理性，無需特殊起搏導(dǎo)線，測量簡單

缺點:只感知心室起搏的T波，故需心室起搏，反應(yīng)延遲，需與其

他傳感器混合使用，易受藥物影響，T波感知問題

閉環(huán)刺激(CLS)傳感器

工作原理：心臟負荷增加時心肌收縮力會增加，起搏器根據(jù)心肌收

縮力的變化調(diào)節(jié)起搏頻率。心肌收縮力又與心肌阻抗呈

線性相關(guān)，故測量心肌阻抗就可獲知心肌收縮力的狀況

測量方法：在心室激動后，通過心室起搏導(dǎo)線釋放數(shù)個微小脈沖，

獲得心肌阻抗曲線，將當(dāng)前的阻抗曲線與靜態(tài)時的阻抗

曲線進行對比，根據(jù)差異調(diào)節(jié)起搏頻率

優(yōu)點：直接采集心臟固有的生理參數(shù)，第一類生理性傳感器，

對腦力和體力活動均可產(chǎn)生頻率反應(yīng)

缺點：融合波

閉環(huán)刺激(CLS)傳感器

90%

J:?——;

31,25ps31,25ms

(32kHz)(32Hz)

x(cm)

4880112144176208240272

曹BIOTRONIK

靜脈血氧飽和度傳感器

工作原理：活動時，耗氧增加，血氧飽和度下降，血液顏色變暗

測量方法：起搏導(dǎo)線頭部裝置有氧傳感器，發(fā)射紅光和紅外線，經(jīng)

光檢測器測定反射率

優(yōu)點：生理性

缺點：反應(yīng)慢，技術(shù)還不十分成熟

船BIOTRONIK

@BIOTRONIK

起搏導(dǎo)線

被動固定導(dǎo)線主動固定導(dǎo)線

被動固定型起搏導(dǎo)線

Polyrox(PX)

單極Unipolar雙極Bipolar

曾BIOTRONIK

主動固定型起搏導(dǎo)線

_

-

=

=

=

h一-

_--

_h-

_二■-

_一.

三-

_.-

_M?

_-;

N一

_--

_-1

_二

_二-

_W

_.

_L

_r-

_.J

J―

.―

—

一

—

至

一W

Elox(EX)Retrox(RX)

能BIOTRONIK

冠狀竇起搏導(dǎo)線

COROX系列導(dǎo)線

LV-SLV-P

新外膜起搏導(dǎo)線

ELCM叩ox

能BIOTRONIK

起搏導(dǎo)線

遠端電極叉齒起搏導(dǎo)線體

近端電極

（頭端電極）

（環(huán)狀電極）

曾BIOTRONIK

起搏導(dǎo)線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

雙極-并行纏繞

曹BIOTRONIK

導(dǎo)線內(nèi)金屬導(dǎo)絲材料

不銹鋼，粕

銘

19%chrome

銀

37%nickel

目前采用MP35N鋁

鉆10,5%molybdenum

其33%cobalt

他

0.5%(Mn,Si,Ti)

曹BIOTRONIK

起搏導(dǎo)線頭端理化特性

?頭端面積越大，感知到的幅度高，起搏閾值高，阻抗低

?頭端面積越小，感知到的幅度低，起搏閾值低，阻抗高

?起搏導(dǎo)線的發(fā)展：電極減小，微孔，高阻抗，低極化

BIOTRONIK

Polyrox:3.5mm2

Merox/Synox:1.3mm2

起搏導(dǎo)線頭端設(shè)計

鉞碎片涂覆技術(shù)

曹BIOTRONIK

起搏導(dǎo)線頭端設(shè)計

?電極頭材料：柏，鉗-鉞合金，鈦，氧化鈦，氮化鈦，鈦合金

。BIOTRONIK

起搏導(dǎo)線頭端纖維化組織的形成

激素起搏導(dǎo)線

AcuteChronic

作用：降低急性期電極-組織界面的炎性反

應(yīng)，抑制纖維化形成

優(yōu)點：低起搏閾值，低感知阻抗

曾BIOTRONIK

導(dǎo)線的絕緣材料

聚胺酯

硅橡膠polyurethane

siliconePellethanePellethane

2363-80A2363-55D

抗拉性高

生物相容性好

優(yōu)點摩擦系數(shù)低

不易老化

低致血栓性

易被刀、縫線損壞

易老化

缺點抗拉性低易老化

比80A硬,易穿孔

摩擦系數(shù)高

曾BIOTRC

起搏導(dǎo)線的接頭

接頭的規(guī)格：5mm；6mm；

VS-13.2mm小截面(voluntarystandard)：VS-1A；VS-1B；VS-1

國際標(biāo)準(zhǔn)接頭(Internationalstandard)：IS-1

Bipolar

IS-1Bl

Unipolar

IS-1UNI

Sealingrings

曹BIOTRONIK

插頭轉(zhuǎn)換器：A1-N

可將任何單極起搏導(dǎo)線轉(zhuǎn)換成IS-1的插頭

曹BIOTRONIK

單極起搏系統(tǒng)

?BIOTRONIK

雙極起搏系統(tǒng)

曹BIOTRONIK

單/雙極起搏導(dǎo)線的優(yōu)缺點

單極導(dǎo)線

優(yōu)點

?導(dǎo)線細，易于操控?抗干擾性低（如肌電位、交叉感知等）

?脈沖易于在ECG上識別?易引起神經(jīng)/肌肉刺激

?可修補

雙極導(dǎo)線

優(yōu)占

//Lx/II1

?抗干擾性高?導(dǎo)線粗，較單極導(dǎo)線硬

?不易發(fā)生遠場感知交叉感知?脈沖不易在ECG上識別

?不易引起神經(jīng)/肌肉刺激?易于出現(xiàn)絕緣問題

?不能修復(fù)