植入式人工心臟起搏器的應用與未來發展

2008年11月25日15:36:17 電子工程世界我要評論(2)字號：T | T | T

1．引言

正常情況下，人體心臟右心房的竇房結能自動地、有節律地發出電脈沖，通過心肌神經傳導系統向心臟各部位發出指令，使心肌收縮，心臟跳動，向全身泵送血液。若心肌神經傳導系統發生障礙或者竇房結、房竇結不能有規律地發出電脈沖、下傳電脈沖，心臟就會出現心律失常，甚至停跳，危及患者生命。人工心臟起搏器可以對患病的心臟根據需要根據需要給予直接電刺激，人為地使心跳正常起來。人工心臟起搏器在形式上可分為體外臨時起搏型和植入式（或稱永久性或埋藏式）兩種，前者供急救性臨時起搏，后者供長期性起搏治療。本文主要討論的是植入式人工心臟起搏器，即一般意義上的心臟起搏器。

　　2．人工心臟起搏器的原理和構造

　　人工心臟起搏器是一種很精巧的、可靠程度很高的電脈沖刺激器，是應用一定型式的起搏脈沖發生器，與特制的導線（即：起搏導管電極）連接，和起搏電極發送電脈沖刺激心臟，使激動不能或傳導不好的心臟應激而起搏的醫療電子儀器。

　　人工心臟起搏器主要由以下兩個部分組成：

　　（1）起搏導管電極：它一方面將起搏器的輸出信號引向心肌進行起搏，另一方面將感知到心臟自身搏動的信號（腔內心電圖ICG）反饋給起搏器以控制起搏脈沖的發放。它是心內膜電極，目前已由早期的單極發展到雙極，甚至多極。作為長期起搏的導管電極必須是用生物相容性好、韌性好、抗老化、耐腐蝕的材料制成。電極導線通常采用愛爾近合金（Elgiloy）或用鎳―鉻―鈷―鉬合金絲繞成螺旋管。導線的外層絕緣材料都選用高純硅橡膠或醫用聚氨酯[3]。電極頭的材料以表面活化各向同性低溫熱解碳或鉑為優。

（2）起搏脈沖發生器：它由起搏電路、電池和金屬外殼組成。起搏器的能源需是體積小、容量大、緩慢釋放能量、密封性能好及性能可靠的電池，目前國內外植入式起搏器普遍使用鋰―碘電池，使起搏器的連續使用壽命達到了10年以上。由于金屬鈦生物相容性好，毫無銹蝕，故目前起搏器外殼都采用鈦材料拉伸成型，體型各部以較大的圓弧連接，采用激光焊接進行封裝[1]。從20世紀80年代起起搏電路開始普遍采用集成電路來制造起搏器的主體電路；并將CMOS ASIC起搏芯片與電阻、電容、干簧管等電子元件一起安裝在陶瓷基片上構成混合型（Hybrid）厚膜集成電路作為起搏電路的標準部件[3]。

　　
　　3．人工心臟起搏器的適應癥

　　（1）高度或完全性房室傳導阻滯伴有阿－斯綜合征或暈厥發作者。無癥狀、心率＜50次/分或QRS寬大畸形且心室停搏＞2秒為相對適應癥。
　　（2）完全性或不完全性三束支和雙束支阻滯伴有間歇或陣發性完全性房室傳導阻滯，或心室率＜4O次/分者；雙束支阻滯伴有阿－斯綜合征或暈厥發作者；交替出現的完全性左右束支阻滯，希氏束圖證實H－V延長者。

　　（3）二度Ⅱ型房室傳導阻滯伴阿一斯綜合征或暈厥發作者。持續二度Ⅱ型房室傳導阻滯、心室率＜5O次/分而無癥狀為相對適應癥。
　　（4）病態竇房結綜合征有如下表現者：嚴重竇性心動過緩，心室率＜45次/分，嚴重影響器官供血，出現心衰、心絞痛、頭暈、黑；心動過緩、竇性靜止或竇房阻滯，R－R間期＞2秒伴有暈厥或阿－斯綜合征發作；心動過緩－心動過速綜合征伴有暈厥或阿－斯綜合征發作。
　　（5）用抗心動過速起搏器或自動復律除顫器、異位快速心律失常藥物治療無效者。

　　（6）反復發作的頸動脈竇性昏厥和心室停跳者。

　　4．人工心臟起搏器的發展歷史和現狀

　　人工心臟起搏器在臨床上的廣泛應用，使過去藥物治療無效的嚴重心律失常患者得到救治，大大降低了心血管疾病的死亡率，是近代生物醫學工程對人類的一項重大貢獻。

　　1932年美國的胸外科醫生Hyman發明了第一臺由發條驅動的電脈沖發生器，借助兩支導針穿刺心房可使停跳的心臟復跳，他命名為人工心臟起搏器（Artificial Pacemaker），從而開創了用人工心臟起搏器治療心律失常的偉大時代。

　　起搏器真正用于臨床是在1952年。美國醫生Zoll用體外起搏器，經過胸腔刺激心臟進行人工起搏，搶救了兩名瀕臨死亡的心臟傳導阻滯病人，從而推動了起搏器在臨床的應用和發展。1958年瑞典Elmgrist，1960年美國Greatbatch分別發明和臨床應用了植入式心臟起搏器。從此起搏器進入了植入式人工心臟起搏器的時代，朝著長壽命、高可靠性、輕量化、小型化和功能完善的方向發展。

　　早期的起搏器是固有頻率型（或非同步型），只能搶救和治療永久性房室傳導阻滯、病態竇房結綜合征等病癥，對間歇性心動過緩不適用，不能與患者自身心律同步，會發生競爭心律而導致更嚴重的心律失常。為此，20世紀60年代中期先后出現了同步型起搏器，其中房同步觸發型（VAT型）起搏器是專門用于房室傳導阻滯，而心室按需型（VVI）是目前國內外較常用的心臟起搏器。為了使心臟起搏器與心臟自身的起搏功能相接近[1][3]，70年代又相繼出現了更符合房室順序起搏的雙腔起搏器（DVI），和能治療各種心動過緩的全能型起搏器（DDD）。至此，起搏器的基本治療功能已開發完全。

　　到了20世紀80年代，起搏器除了輕量化、小型化的改進外，還出現了程控和遙測的功能，利用體外程控器（Programmer）可對植入體內的起搏器進行起搏模式、頻率、幅度、脈寬、感知靈敏度、不應期、A―V延遲等參數的程控調節；還可對起搏器的工作狀態進行監測，將工作參數、電池消耗、心肌阻抗、病人資料乃至心腔內心電圖，由起搏器發送至體外程控器中的遙測接收器進行顯示[3]。90年代，起搏器又在抗心動過速和發展更適應人體活動生理變化方面取得了進展，出現了抗心動過速起搏和頻率自適應起搏器（DDDR），使人工心臟起搏器成為對付致命性心律失常的有效武器。隨著科學技術的發展，目前已出現了性能更高的雙心室/雙心房同步三腔起搏器，以及具有除顫功能的起搏器。

　　5．人工心臟起搏器標識碼

　　北美起搏和電生理學會（NASPE）與英國起搏和電生理組織（BPEG）以表1為識別編碼。

　　一般情況下使用前三個識別碼識別起搏器的起搏腔、感知腔和對感知（P或R波，或兩者）的響應模式。供選擇的第四個位置代表兩種不同功能之一：程控能力或頻率自適應起搏。P代表一或兩種簡單的程控功能；M代表多種功能程控，它包括模式、不應期、感知靈敏度和脈寬。C表明信息傳遞或通過一個或多個生理學變量的測量進行自適應起搏頻率控制。第五位表示特殊的抗快速性心律失常特點：P代表抗快速性心律失常起搏，S表示心律復轉或除顫電休克，D表示雙重功能（起搏和休克）。在所有位置里，O指明類屬或功能都沒有提供。

表1：NASPE/ BPEG（NBG）起搏器標識碼[2]

位	第一字母	第二字母	第三字母	第四字母	第五字母
分類	起搏腔室	感知腔室	響應方式	程控頻率應答遙測功能	抗心動過速及除顫功能
字母	V=心室 A=心房 D=雙腔 S=單腔	V=心室 A=心房 O=無 D=雙腔 S=單腔	I=抑制 T=觸發 O=無 D＝雙	P=簡單編程 M=多功能程控 C=遙測 R＝頻率應答	O＝無 P＝抗心動過速起搏 S＝電轉復 D＝P+S

　　6．人工心臟起搏器的未來展望

　　經過幾十年的發展，植入式心臟起搏器已不僅應用于治療心臟傳導阻滯、慢―快綜合征等嚴重心律失常，同時還顯示了它的許多新的治療作用。這些新的適應癥包括：直立性低血壓、惡性神經心源性暈厥（迷走神經性）、先天性Q―T間期延長綜合征和單純性PR間期延長。它們將是起搏器未來的應用方向之一。

　　而以低功耗的微處理芯片為核心部件的起搏電路，將使起搏電路的性能由軟件來修改，將改變目前采用全定制（ASIC）設計，每次改進都花費很多人力物力和時間的狀況，將大大減少新型起搏電路的開發周期和成本。

隨著計算機技術、遙測技術等新技術的發展，將來可能出現完全自動化的起搏器。這種自動化的脈沖發生器能夠根據患者電生理學的基本情況自動適應，借助于時間周期的分析、傳感器的輸入和自動解釋所存儲的資料以確定較適宜的起搏方式。起搏器能夠自動地測定心房、心室的起搏和感知閾值，并根據傳感器資料自動地程控基礎頻率[4]。

【參考文獻】

[1] 劉國亮，顧九皋. 實用人工心臟起搏技術學. 南京出版社. 1991.5

[2] 黃體鋼等. 實用心臟起搏術. 天津科學技術出版社. 1993.12

[3] 方祖祥. 心臟起搏器的技術進展. 世界醫療器械. 1998.4

[4] 郭繼鴻，張海澄. 心臟起搏器的較新進展. 北京醫科大學出版社. 2000.9

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