現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理與設(shè)計(jì).ppt

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2020年2月29日星期六 1 第七章心臟治療儀器與高頻電刀 電刺激治療類(lèi)儀器設(shè)計(jì)原理 心臟起搏器 除顫器 高頻電刀 2 簡(jiǎn)介 電刺激器是醫(yī)學(xué)電子儀器中非常重要的治療類(lèi)設(shè)備 心臟起搏器為心臟提供間隔的電刺激以替代心臟傳導(dǎo)障礙造成興奮的中斷 除顫器是治療心律失常最有效的方法之一 特別是在挽救心臟驟停病人生命方面發(fā)揮越來(lái)越重要的作用 高頻電刀是利用高密度的高頻電流對(duì)局部生物組織的集中熱效應(yīng) 使組織或組織成分汽化或爆裂 從而達(dá)到凝固或切割等醫(yī)療手術(shù)的目的 3 第一節(jié)電刺激治療類(lèi)儀器設(shè)計(jì)原理 頻率小于1kHz時(shí)的電流對(duì)人體細(xì)胞組織的作用主要是以刺激效應(yīng)為主 低頻電刺激是一種不安全的因素 應(yīng)予以高度重視 決定組織興奮后能否接受下一個(gè)刺激而產(chǎn)生興奮的關(guān)鍵是組織絕對(duì)不應(yīng)期的長(zhǎng)短 4 第一節(jié)電刺激治療類(lèi)儀器設(shè)計(jì)原理 當(dāng)刺激頻率大于1MHz后 幾乎沒(méi)有任何刺激作用了 這時(shí)人體承受電流的能力隨頻率逐步增大 其產(chǎn)生的效應(yīng)主要是熱效應(yīng) 大多數(shù)哺乳動(dòng)物動(dòng)物神經(jīng)肌肉組織產(chǎn)生刺激興奮的最佳頻率都是在100Hz左右 5 刺激方式與效應(yīng) 電刺激的類(lèi)型 電刺激與電興奮的基本因素 電刺激引起組織興奮的原理 電刺激的其他效應(yīng) 電刺激的常見(jiàn)波形 6 電刺激的類(lèi)型 電刺激系統(tǒng) 脈沖發(fā)生器 產(chǎn)生使神經(jīng)去極化的脈沖序列 導(dǎo)聯(lián)線 把脈沖傳輸?shù)酱碳げ课?電極 把脈沖安全 有效地傳輸?shù)娇膳d奮組織 7 電刺激的類(lèi)型 按電刺激部位分為三類(lèi) 表面刺激 經(jīng)皮刺激 植入式刺激 表面刺激 特點(diǎn) 電刺激系統(tǒng)三部分都在體外 電極放在皮膚上或要刺激的肌肉的運(yùn)動(dòng)點(diǎn)附近 也可放在特定的穴位上 應(yīng)用 神經(jīng)與肌肉的醫(yī)療康復(fù) 局限性 不能可靠的刺激皮膚下面的組織 也不能刺激深層肌肉 8 電刺激的類(lèi)型 經(jīng)皮刺激 特點(diǎn) 電極置于體內(nèi) 并靠近要刺激的部位 導(dǎo)聯(lián)線穿過(guò)皮膚連接外部脈沖發(fā)生器 應(yīng)用 短期或長(zhǎng)期的刺激需要 但不是永久性的 植入式刺激 特點(diǎn) 刺激器的三部分通過(guò)外科手術(shù)永久植入人體 植入完成后皮膚完全縫合 植入部分和體外部分的聯(lián)系是通過(guò)非接觸進(jìn)行的 9 電刺激與電興奮的基本因素 刺激波形 方波序列 刺激序列參數(shù) 頻率 幅度和脈寬 刺激頻率盡可能小以防止肌肉疲勞并節(jié)約刺激能量 決定刺激頻率的主要因素是肌肉的融合頻率 即可以獲得平滑肌響應(yīng)的頻率 12Hz 50Hz 對(duì)于表面電極 調(diào)節(jié)肌肉力量的常規(guī)方法是保持刺激脈沖的頻率和脈寬不變 改變刺激脈沖的幅度 10 電刺激與電興奮的基本因素 實(shí)驗(yàn)表明 活的系統(tǒng)在一定條件下引起組織興奮與電刺激能量有關(guān) 若刺激的波形如圖7 3所示 則引起的組織興奮的能量為 11 電刺激與電興奮的基本因素 1 強(qiáng)度閾 若電刺激的作用時(shí)間一定 則刺激強(qiáng)度必須達(dá)到某一最低值 才能引起組織興奮 此值稱(chēng)為刺激強(qiáng)度的閾值 簡(jiǎn)稱(chēng)強(qiáng)度閾 2 時(shí)間閾 若刺激強(qiáng)度一定 能引起組織興奮的最短刺激時(shí)間 脈沖寬度 即稱(chēng)為組織興奮的時(shí)間閾值 12 電刺激與電興奮的基本因素 3 強(qiáng)度 時(shí)間曲線 強(qiáng)度閾與時(shí)間閾之間存在一定的關(guān)系 這種關(guān)系用強(qiáng)度 時(shí)間曲線來(lái)表示 如圖7 4所示 1 典線上的每一點(diǎn)代表一個(gè)閾刺激 2 基強(qiáng)度 刺激時(shí)間無(wú)論多長(zhǎng) 必須有一個(gè)最低的強(qiáng)度閾值 即基強(qiáng)度 利用時(shí) 以基強(qiáng)度作為刺激強(qiáng)度引起組織興奮所需要的最短刺激時(shí)間 13 電刺激與電興奮的基本因素 3 時(shí)值 用基強(qiáng)度的2倍作為刺激強(qiáng)度 所引起組織興奮所需要的最短刺激時(shí)間 設(shè)電刺激強(qiáng)度 時(shí)間曲線的等效方程為 近似雙曲線關(guān)系 式中 IR 為兩個(gè)常數(shù) 當(dāng)時(shí)間t 時(shí) I IR 即時(shí)值 與曲線上升部分的斜率有關(guān) 14 電刺激與電興奮的基本因素 結(jié)論 1 為得到有效刺激 通常采用電流I 2IR 脈寬略大于時(shí)值的信號(hào) 此時(shí)產(chǎn)生興奮所需能量最小 2 不同組織的強(qiáng)度 時(shí)間曲線形狀相同 但各自的基強(qiáng)度和時(shí)值不相同 15 電刺激引起組織興奮的原理 靜息狀態(tài) 興奮狀態(tài) 16 電刺激引起組織興奮的原理 電刺激引起組織興奮的實(shí)驗(yàn)研究證明 在直流電刺激條件下 組織興奮性或反應(yīng)的產(chǎn)生和大小與通電強(qiáng)度 極性有關(guān) 即通電時(shí)興奮產(chǎn)生在陰極 而斷電時(shí)興奮發(fā)生在陽(yáng)極 此結(jié)論稱(chēng)為極興奮法則 17 電刺激引起組織興奮的原理 18 電刺激引起組織興奮的原理 19 電刺激的其他效應(yīng) 1 刺激的電化學(xué)效應(yīng) 電解液 或水 加電 氧化 還原反應(yīng) 包括可逆和不可逆機(jī)制 2 電極腐蝕 3 組織損傷 腐蝕只發(fā)生在刺激的陽(yáng)極相 使用單相陰極波形可以避免腐蝕 1 工作在不可逆區(qū)域的電極會(huì)產(chǎn)生明顯的組織損傷 2 不可恢復(fù)電荷的波形最可能引起組織損傷 3 高頻度的神經(jīng)興奮會(huì)引起組織損傷 20 電刺激的常見(jiàn)波形 21 植入式電刺激器的基本要求 植入式電子儀器的封裝設(shè)計(jì) 導(dǎo)聯(lián)和電極設(shè)計(jì) 植入式刺激器的安全設(shè)計(jì) 22 植入式電子儀器的封裝設(shè)計(jì) 植入電路的封裝使用不同的材料 包括聚合物 金屬 陶瓷和玻璃 封裝方法在某種程度上取決于電路工藝 環(huán)氧封裝是植入神經(jīng)肌肉刺激設(shè)計(jì)者的最初選擇 環(huán)氧體覆蓋硅膠可以改善封裝的生物相容性 密封封裝為植入電子電路提供針對(duì)體液滲透的長(zhǎng)期防護(hù) 提供密封防護(hù)的材料有金屬 陶瓷和玻璃 金屬封裝通常使用鈦 它是用金屬塊加工或金屬片拉長(zhǎng)而成的 23 導(dǎo)聯(lián)和電極設(shè)計(jì) 導(dǎo)聯(lián)必須可伸展 以允許與身體運(yùn)動(dòng)相關(guān)的脈沖發(fā)生器和電極之間的距離變化 導(dǎo)線使用材料有不銹鋼 貴金屬及其合金 電極把電荷傳向刺激組織 電極由耐腐蝕材料制成 如貴金屬 鉑和銥 及其合金 24 植入式刺激器的安全設(shè)計(jì) 神經(jīng)肌肉植入刺激器設(shè)計(jì)的目標(biāo)壽命是使用者的壽命 至少以10年計(jì) 生物相容性 它們與活組織共存而不干擾組織功能 產(chǎn)生有損組織反應(yīng)或由于組織環(huán)境改變而改變其屬性 電磁干擾 EMI 和靜電放電 ESD 的敏感性 生產(chǎn)和測(cè)試 25 第二節(jié)心臟起搏器簡(jiǎn)介 人工心臟起搏過(guò)程 脈沖電流 心臟 起搏功能障礙 房室傳導(dǎo)障礙 按一定頻率應(yīng)激收縮 心臟起搏器功能 產(chǎn)生電脈沖 一定強(qiáng)度 寬度 導(dǎo)線 電極 心臟 心肌 心臟起搏系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 心臟起博器 低頻脈沖發(fā)生器及其控制電路 導(dǎo)線 刺激電極 電源 26 一 人工心臟起搏器的作用 1 用于治療 病癥 心律失常 高度或完全性房室傳導(dǎo)阻滯 重度病態(tài)竇房結(jié)綜合癥等 效果 顯著 死亡率 大部分可從事工作 用者 1976年始 全世界新裝約 20 30萬(wàn)人 年 目前依靠起搏器維持生命的 500萬(wàn)人 27 一 人工心臟電起搏器的作用 2 用于診斷 心房調(diào)搏輔助診斷 冠心病 心房超速起搏法診斷 竇房結(jié)功能不全 預(yù)測(cè)完全性房室傳導(dǎo)阻滯 是否將發(fā)生心腦綜合癥 3 用于研究 心血管生理和病理以及藥理和臨床應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)研究 28 二 心臟起搏器臨床應(yīng)用的適應(yīng)癥 1 長(zhǎng)期起搏的適應(yīng)癥 2 三束支阻滯伴有心腦綜合癥者 3 病態(tài)竇房結(jié)綜合癥 病竇綜合癥 心動(dòng)過(guò)緩及過(guò)速交替出現(xiàn)并以心動(dòng)過(guò)緩為主 伴有心腦綜合癥者 1 房室傳導(dǎo)阻滯 度或 度 莫氏 度 房室傳導(dǎo)阻滯 無(wú)論是由于心動(dòng)過(guò)緩或是由于嚴(yán)重心律失常而引起腦綜合癥 阿 斯綜合癥 或者伴有心力衰竭者 29 二 心臟起搏器臨床應(yīng)用的適應(yīng)癥 2 臨時(shí)性起搏適應(yīng)癥 心臟病變可恢復(fù) 緊急時(shí)保護(hù)性 或診斷性應(yīng)用 使用時(shí)間 幾小時(shí) 幾天到幾星期 1 急性前壁或下壁心肌梗塞 伴有 度或高度房室傳導(dǎo)阻滯 經(jīng)藥物治療無(wú)效者 2 急性心肌炎或心肌病 伴有心腦綜合癥者 3 藥物中毒伴有心腦綜合癥發(fā)作者 主要適應(yīng)癥有 30 二 心臟起搏器臨床應(yīng)用的適應(yīng)癥 4 心臟手術(shù)后出現(xiàn) 度房室傳導(dǎo)阻滯者 5 電解質(zhì)紊亂 如高血鉀引起高度房室傳導(dǎo)阻滯者 6 超速驅(qū)動(dòng)起搏應(yīng)用于診斷上 以及用于治療其他治療方法已經(jīng)無(wú)效的室性或室上性心動(dòng)過(guò)速者 7 在必要時(shí)可應(yīng)用于安置長(zhǎng)期心外膜或心肌起搏電極之前 冠狀動(dòng)脈造影 電擊復(fù)律手術(shù) 重大的外科手術(shù)及其他手術(shù)科室的手術(shù)中或手術(shù)后作為保護(hù)性措施者 8 其他緊急搶救的垂危病人 31 三 心臟起搏器的分類(lèi)及臨床應(yīng)用的起搏器簡(jiǎn)介 一 心臟起搏器的分類(lèi) 1 按照起搏器與病人的關(guān)系分類(lèi) 1 感應(yīng)式 原理 體外起搏脈沖載波發(fā)射 體內(nèi)接受器 感應(yīng)線圈 解調(diào) 檢波 起搏脈沖 電極 心臟 優(yōu)點(diǎn) 體內(nèi)無(wú)電源 無(wú)電池使用壽命之憂(yōu) 缺點(diǎn) 接受效果不佳 易受高頻磁場(chǎng)干擾 僅構(gòu)成固定型起搏 應(yīng)用 已趨于淘汰 32 三 心臟起搏器的分類(lèi)及臨床應(yīng)用的起搏器簡(jiǎn)介 2 經(jīng)皮式 體外攜帶式 原理 體外 按需或固定 起搏器 電極經(jīng)皮膚 靜脈 心臟 優(yōu)點(diǎn) 起搏頻率 輸出幅度 脈沖寬度 感知靈敏度等均可調(diào) 缺點(diǎn) 導(dǎo)線經(jīng)過(guò)皮膚 易感染 攜帶不便 應(yīng)用 僅用于臨時(shí)搶救 不宜永久佩帶 33 三 心臟起搏器的分類(lèi)及臨床應(yīng)用的起搏器簡(jiǎn)介 原理 埋植于皮下 胸部或腹部 電極 靜脈 心內(nèi)膜或心肌表面 適合 永久起搏 目前使用大多屬此類(lèi) 缺點(diǎn) 電源使用壽命短等 3 埋藏式 2 按照與心臟活動(dòng)的P波和R波的關(guān)系分類(lèi) 興奮性即心肌受到刺激后引起反應(yīng)的性能 又稱(chēng)應(yīng)激性 34 絕對(duì)不應(yīng)期 absoluterefractoryperiod 對(duì)任何刺激均不起反應(yīng) 相當(dāng)于心電圖QRS波群開(kāi)始至T波波峰前的一段時(shí)間 相對(duì)不應(yīng)期 relativerefractoryperiod 對(duì)較強(qiáng)的刺激引起稍低于正常時(shí)的興奮反應(yīng) 為有效不應(yīng)期之末到復(fù)極完畢前的一小段時(shí)間 相當(dāng)于T波終末 易激期 vulnerableperiod 在T波波峰前后 有一短暫的興奮性增強(qiáng)階段 在此期間被刺激易激發(fā)心動(dòng)過(guò)速 撲動(dòng)或顫動(dòng) 35 三 心臟起搏器的分類(lèi)及臨床應(yīng)用的起搏器簡(jiǎn)介 1 非同步型 固定型 起搏脈沖與P波 R波無(wú)關(guān) 2 同步型起搏器 分為P波同步 R波同步 按照起搏器與患者心臟活動(dòng)發(fā)出的P波與R波的關(guān)系分類(lèi)有兩種 3 按起搏電極分類(lèi) 1 單極型 陰極 起搏導(dǎo)管 或?qū)Ь€ 靜脈或開(kāi)胸 右心室 或右心房 陽(yáng)極 無(wú)關(guān)電極 腹部皮下 體外起搏器 或置于胸部 埋藏式起搏器 外殼即陽(yáng)極 36 三 心臟起搏器的分類(lèi)及臨床應(yīng)用的起搏器簡(jiǎn)介 2 雙極型 陰極 陽(yáng)極均與心臟接觸 固定在心肌上 或陰極 心內(nèi)膜 陽(yáng)極 心腔內(nèi) 二 各類(lèi)起搏器簡(jiǎn)介 1 固定型起搏器固定 電脈沖頻率 幅度 或經(jīng)調(diào)節(jié)改變 與心電非同步 缺點(diǎn) 當(dāng)f心 f脈時(shí) 電脈沖成多余 與心電競(jìng)爭(zhēng) 當(dāng)落于易激期 T波波峰前附近 可能誘發(fā)室顫或室性心動(dòng)過(guò)速 危險(xiǎn) 適用 完全性房室傳導(dǎo)阻滯 永久性竇性過(guò)緩 優(yōu)點(diǎn) 電路簡(jiǎn)單 可靠性高 價(jià)格便宜 37 三 心臟起搏器的分類(lèi)及臨床應(yīng)用的起搏器簡(jiǎn)介 2 R波同步型起搏器電脈沖受R波控制 分兩類(lèi) 1 R波抑制型 又稱(chēng)為按需型 脈沖受R波控制 當(dāng)f心 f脈時(shí) 電脈沖停止當(dāng)f心 f脈時(shí) 電脈沖輸出適應(yīng)癥 高度或完全房室傳導(dǎo)阻滯 病態(tài)竇房綜合癥 應(yīng)用量大 約占總量90 左右 38 三 心臟起搏器的分類(lèi)及臨床應(yīng)用的起搏器簡(jiǎn)介 2 R波觸發(fā)型 又稱(chēng)為備用型 R波出現(xiàn)時(shí) 脈沖落在絕對(duì)不應(yīng)期內(nèi) 無(wú)效 R波沒(méi)有時(shí) 脈沖起搏 備用 優(yōu)點(diǎn) 脈沖總是存在 便于監(jiān)測(cè) 缺點(diǎn) 功耗較大 應(yīng)用較少 39 三 心臟起搏器的分類(lèi)及臨床應(yīng)用的起搏器簡(jiǎn)介 3 P波同步起搏器心房P波 放大 延遲120ms 脈沖 心室 人造房室傳導(dǎo) 電極 心房1個(gè) 心室2個(gè)適用 房室傳導(dǎo)阻滯缺點(diǎn) 電路復(fù)雜 使用不方便 4 房室順序型起搏器脈沖 心房 延遲 可被QRS波抑制 心室 缺點(diǎn) 性能尚不夠完善 房 室各一個(gè)電極 40 三 心臟起搏器的分類(lèi)及臨床應(yīng)用的起搏器簡(jiǎn)介 5 雙灶按需型起搏器脈沖發(fā)生器 心房 按需 脈沖發(fā)生器 心室 按需 6 程序控制型起搏器體內(nèi)部分 埋藏式起搏器 記憶 保持體外部分 控制裝置 電磁鐵 可改變起搏參數(shù) 方式 新型起搏器 應(yīng)用廣泛 41 三 心臟起搏器的分類(lèi)及臨床應(yīng)用的起搏器簡(jiǎn)介 起搏器命名的五字母編碼法 國(guó)際心臟病學(xué)會(huì)制定 42 四 心臟起搏器的幾個(gè)參數(shù) 1 起搏頻率 即起搏器發(fā)放脈沖的頻率 一般認(rèn)為 能維持心輸出量最大時(shí)的心率為最適宜的心率 大部分患者60 90次 min較為合適 2 起搏脈沖幅度和寬度 幅度 電壓幅度 寬度 脈沖持續(xù)時(shí)間 幅度 寬度 能量 心搏所需能量 微焦級(jí) 5V 0 5 1 ms 還與電極形狀 面積 材料及導(dǎo)管阻抗等有關(guān) 影響電池壽命 43 四 心臟起搏器的幾個(gè)參數(shù) 3 感知靈敏度 感知靈敏度是指起搏器被抑制或被觸發(fā)所需最小的R波或P波的幅值 R波同步型 1 5 2 5mV R波 5 15mV 路徑損失剩下2 3mV P波同步型 0 8 1mV P波 3 5mV 路徑損失后更小 合理選取 過(guò)低 不感知 感知不全 過(guò)高 誤感知 干擾敏感 44 四 心臟起搏器的幾個(gè)參數(shù) 4 反拗期 反拗期 ni 同步型起搏器對(duì)外信號(hào)不敏感時(shí)間 不應(yīng)期 R波型 反拗期 300 50ms 防止T波或起搏脈沖后電位的誤觸發(fā) P波型 反拗期 300 500ms 防止竇性過(guò)速 外界干擾的誤觸發(fā) 45 第三節(jié)固定型和R波抑制型心臟起搏器 多諧振蕩器 單穩(wěn)態(tài) 射頻輸出 46 一 一種固定型心臟起搏器電路分析 1 多諧振蕩器組成 CMOS與非門(mén)F1 F2 F3 RC電路 環(huán)形多諧振蕩器波形 圖7 9中VA調(diào)節(jié) T R2 C1 可變R2 工作狀態(tài)分析 初始狀態(tài)A點(diǎn)為低 F1輸出為高 F2輸出為低 此時(shí)C1兩端電壓不能突變 R1 C1 R2對(duì)C1充電至F3輸入端為低 A點(diǎn)電平翻轉(zhuǎn) 反向過(guò)程同理 波形如圖7 9中的VA VB所示 47 一 一種固定型心臟起搏器電路分析 2 單穩(wěn)態(tài)電路組成 與非門(mén)F5 F6 積分型單穩(wěn)態(tài)輸入 VB 輸出 VC 作用 決定脈沖寬度 調(diào)節(jié) TU R3 C2 可變R3 工作狀態(tài)分析 B點(diǎn)為低時(shí) F5輸出為高 R3 C2充電 F6與非門(mén)輸入端B為低 F6輸出為高 穩(wěn)態(tài) B點(diǎn)為高時(shí) F5輸出為低 R3 C2放電 F6與非門(mén)輸入端B為高 電容C2端電壓瞬間為高 F6輸出為低 C2放電至F6反轉(zhuǎn)電平時(shí) F6輸出反轉(zhuǎn)變高 非穩(wěn)態(tài) 48 一 一種固定型心臟起搏器電路分析 3 輸出電路組成 Vl V2 復(fù)合管 射極輸出電路 作用 電流 輸出電阻 C 隔直 DW 穩(wěn)壓管 限幅 輸出 一定幅度 DW決定 的負(fù)脈沖 VD 注意 V2 c e反 對(duì)調(diào) C點(diǎn)電平高時(shí) V1 V2截止 C3通過(guò)R4充電 C點(diǎn)電平低時(shí) V1 V2導(dǎo)通 C3放電 放電脈沖幅度取決于DW穩(wěn)壓管電壓 49 二 R波抑制型心臟起搏器的一般結(jié)構(gòu)原理 圖7 10R波抑制型心臟起搏器的結(jié)構(gòu)方框圖 R波抑制型心臟起搏器的一般結(jié)構(gòu)框圖如圖7 10所示 主體部分包括感知放大器 按需功能控制器 脈沖發(fā)生器三大部分 50 二 R波抑制型心臟起搏器的一般結(jié)構(gòu)原理 1 感知放大器作用 選擇R波放大 限制T波及干擾波 辨認(rèn)心臟自身搏動(dòng) 目的 用以辨認(rèn)心臟自身搏動(dòng) 要求 正 負(fù)感知 雙向感知 放大倍數(shù) 800 1000 頻寬 10 50Hz 3dB帶寬 電流 3mA 微功耗 電路穩(wěn)定 可靠 抗干擾強(qiáng) 51 二 R波抑制型心臟起搏器的一般結(jié)構(gòu)原理 2 按需功能控制器作用 提供穩(wěn)定的反拗期 抑制脈沖 克服 競(jìng)爭(zhēng)心律 反拗期后無(wú)R波 R R間期過(guò)長(zhǎng) 時(shí) 發(fā)出起搏脈沖 3 脈沖發(fā)生器作用 產(chǎn)生矩形電脈沖要求 頻率 30 120次 min 脈寬 1 1 1 5ms 易起振 穩(wěn)定 可靠 可調(diào) 頻率 脈寬 幅度 52 第四節(jié)心臟起搏器的能源和電極 一 心臟起搏器的能源 埋藏式 起搏器能源 電池 的壽命 起搏器的壽命 1 鋅汞電池結(jié)構(gòu) 鋅 氧化汞 電解質(zhì) 氫氧化鉀溶液優(yōu)點(diǎn) 內(nèi)阻低 放電性能平坦 缺點(diǎn) 漏堿 漲氣 自放電大 擱置壽命短 現(xiàn)狀 新結(jié)構(gòu)壽命達(dá)5年 不如鋰電池 埋藏式中已淘汰 53 一 心臟起搏器的能源 2 鋰電池鋰電池類(lèi)型有多種 1 鋰碘電池結(jié)構(gòu) 金屬鋰 聚二乙烯基吡啶碘 電解質(zhì) 碘化鋰 特點(diǎn) 固體介質(zhì) 故無(wú)泄漏 漲氣等致命缺點(diǎn) 自放電很低 10年不超過(guò)10 可靠性高 壽命長(zhǎng) 應(yīng)用 目前國(guó)內(nèi)外大量使用 54 一 心臟起搏器的能源 2 鋰亞硫酰氯電池特點(diǎn) 非水電解質(zhì) 亞硫酰氯 直接在電極上還原反應(yīng) 特性 放電平坦 質(zhì)量 體積小 無(wú)內(nèi)壓升高 保用期10年 缺點(diǎn) 電壓滯后 高溫儲(chǔ)存后不會(huì)有大電流放電 應(yīng)用 目前國(guó)內(nèi)外已大量生產(chǎn)使用 55 一 心臟起搏器的能源 3 鋰鉻酸銀電池結(jié)構(gòu) 鋰鉻酸銀和石墨粉混合物 隔膜三種聚丙烯氈 特性 前一段3 2V 占容量70 后一段2 5V 占容量25 沒(méi)有氣體產(chǎn)生 自放電可忽略不計(jì) 可靠性很高 應(yīng)用 國(guó)外已普遍使用 56 一 心臟起搏器的能源 4 鋰碘化鉛電池結(jié)構(gòu) 碘化鉛和鉛粉混合物 電解質(zhì) 固態(tài)碘化鋰和二氧化鉛混合物 由三組 每組7個(gè)單體并聯(lián) 串聯(lián)組成 特性 使用中電壓緩慢下降 安全 可在溫度150 時(shí)使用 應(yīng)用 目前在國(guó)外生產(chǎn)使用 57 一 心臟起搏器的能源 3 核素電池種類(lèi) 钚233熱電式 鉅147 電壓式 特點(diǎn) 壽命最長(zhǎng) 達(dá)20年 被譽(yù)為終身能源 適合青年患者 缺點(diǎn) 價(jià)格昂貴 放射線要嚴(yán)格防護(hù) 體積 重量大 應(yīng)用 采用者較少 4 生物燃料 電池 生物能源 血液中 氧 葡萄糖 催化 葡萄糖氧化 化學(xué)能 電能特點(diǎn) 體積微小 可作終身電源 58 一 心臟起搏器的能源 缺點(diǎn) 易感染 反應(yīng)物影響血液成分 電特性不均勻等 應(yīng)用 目前仍在試驗(yàn)階段 生理活動(dòng)機(jī)械能 心包搏動(dòng)等 電磁能轉(zhuǎn)換器 壓電晶片 電能缺點(diǎn) 電壓輸出低 性能不穩(wěn)定 應(yīng)用 還不能臨床使用 只處于實(shí)驗(yàn)研究階段 59 二 心臟起搏器的電極 一 導(dǎo)線 又稱(chēng)為起搏導(dǎo)管 和電極的作用 作用 起搏脈沖 心臟 R波 P波 起搏器 要求 形狀 材料好 電極面積小 使起搏閾值低 減少能耗 二 電極類(lèi)型1 依其安置及用途的不同分類(lèi) 心內(nèi)膜電極形式 心導(dǎo)管形式 也稱(chēng)心內(nèi)膜導(dǎo)管電極 簡(jiǎn)稱(chēng)導(dǎo)管電極 置入 切開(kāi)并經(jīng)體表周?chē)o脈置入心腔內(nèi)膜 與心內(nèi)膜接觸 60 二 心臟起搏器的電極 優(yōu)點(diǎn) 不必開(kāi)胸 手術(shù)損傷小 缺點(diǎn) 對(duì)靜脈畸形 心腔過(guò)大者 電極不易固定 不宜采用 應(yīng)用 臨床上應(yīng)用最多 約占90 心外膜電極置入 需要手術(shù)開(kāi)胸 縫扎于心外膜表面 接觸心外膜 缺點(diǎn) 與心外膜間極易纖維增生 短期內(nèi)導(dǎo)致起搏閾值增高 應(yīng)用 目前多為心肌電極代替 61 二 心臟起搏器的電極 心肌電極置入 手術(shù)開(kāi)胸植入心肌內(nèi) 電極頭刺入心壁心肌 優(yōu)點(diǎn) 可減少起搏閾值增高的并發(fā)癥 缺點(diǎn) 需開(kāi)胸 手術(shù)較大 應(yīng)用 除年輕患者 活動(dòng)量大 或靜脈畸形 心腔過(guò)大 心內(nèi)膜電極不宜者外 其他較少用 62 二 心臟起搏器的電極 2 按心內(nèi)膜使用的電極分類(lèi) 單極心內(nèi)膜電極形式 一個(gè)電極接觸心臟 另一個(gè)電極 無(wú)關(guān)電極 可放在皮膚下任何部位 埋藏式起搏器金屬外殼 無(wú)關(guān)電極 雙極心內(nèi)膜電極形式 兩個(gè)電極 或均固定在心肌上 或陰極接觸心內(nèi)膜 陽(yáng)極在心肌內(nèi) 特殊電極如 經(jīng)胸外壁起搏電極 食道心房電極 縱隔心房電極等 63 二 心臟起搏器的電極 三 電極的結(jié)構(gòu)及形狀狀況 浸于體液 隨心臟跳動(dòng) 每分鐘70次 每年3680萬(wàn)次 要求 強(qiáng)度 光潔柔軟 耐腐蝕 電極頭電阻小 導(dǎo)線絕緣好 材料 導(dǎo)線外套 多用硅橡膠 導(dǎo)體 用愛(ài)爾近合金 Elgiloy 或鎳合金等材料 電極頭 用愛(ài)爾近合金或鉑銥合金等 形狀 有勾頭 盤(pán)狀 柱狀 環(huán)狀 螺旋狀 傘狀等不同類(lèi)型 64 二 心臟起搏器的電極 圖2 15幾種電極頭 壽命 埋藏式起搏器壽命已達(dá)8 12年 更換時(shí)常不希望同時(shí)更換導(dǎo)管電極 故要求其壽命最好為2 3倍 20 30年 圖2 15 a 柱狀電極 b 錨型心內(nèi)膜單電極 c 螺旋形心肌電極 65 第五節(jié)心臟除顫器 心臟除顫器又名電復(fù)律機(jī) 它是一種應(yīng)用電擊來(lái)?yè)尵群椭委熜穆墒С５囊环N醫(yī)療電子設(shè)備 一 心臟除顫器的作用 二 心臟除顫器的一般設(shè)計(jì)原理 三 心臟除顫器的類(lèi)型 四 心臟除顫器的主要性能指標(biāo) 66 一 心臟除顫器的作用 電擊除顫 又叫電復(fù)律術(shù) 用較強(qiáng)的脈沖電流通過(guò)心臟來(lái)消除心律失常 使之恢復(fù)竇性心律的方法 用于心臟電擊除顫的設(shè)備稱(chēng)為除顫器 它能完成電擊復(fù)律 即除顫 起搏和除顫都是利用外源性的電流來(lái)治療心律失常的 都是近代治療心律失常的方法 67 一 心臟除顫器的作用 臨床上通常用藥物和電擊除顫兩種方法來(lái)治療心律失常 一 顫動(dòng)機(jī)制 含義 源于心肌的無(wú)序電興奮 導(dǎo)致心臟正常跳動(dòng)中協(xié)調(diào)的機(jī)械收縮特性喪失 這些節(jié)律不齊普遍認(rèn)為是心臟內(nèi)存在興奮折返通路所致 原因 心臟興奮的傳導(dǎo)區(qū)與心肌細(xì)胞膜的快速重復(fù)去極化 使通過(guò)心臟的單個(gè)興奮波或多個(gè)興奮波快速重復(fù)傳遞 68 一 心臟除顫器的作用 二 除顫?rùn)C(jī)制 措施 是用強(qiáng)電擊來(lái)使絕大多數(shù)心肌細(xì)胞同時(shí)去極化 壓制快速興奮波的產(chǎn)生 這樣細(xì)胞可以重新極化 回到各自的相位 強(qiáng)度 持續(xù)時(shí)間關(guān)系用圖7 12的曲線來(lái)說(shuō)明 注意 1 持續(xù)時(shí)間短的大電流會(huì)損傷心肌 2 過(guò)強(qiáng)和過(guò)長(zhǎng)的電擊可能導(dǎo)致迅速重新顫動(dòng) 使得恢復(fù)心臟功能失敗 電擊強(qiáng)度的依賴(lài)因素 1 病人的自身特點(diǎn) 2 電極采用的技術(shù) 3 是否正在進(jìn)行特別的節(jié)律失調(diào)治療 69 一 心臟除顫器的作用 70 二 心臟除顫器的一般設(shè)計(jì)原理 一 心臟除顫器的基本原理 除顫 K動(dòng)作 切斷充電 LC人體串聯(lián) RLC衰減振蕩 通過(guò)心臟 放電時(shí)間 一般4 10ms 選取L C值實(shí)現(xiàn) 充電 直流低壓 電壓變換器 脈沖高壓 高壓整流 C充電儲(chǔ)能 71 二 心臟除顫器的一般設(shè)計(jì)原理 二 除顫波形 美國(guó)心臟協(xié)會(huì) AHA 發(fā)布的 2000年心肺復(fù)蘇和心血管急救國(guó)際指南 除顫的關(guān)鍵因素是電流 而選擇的能量只是產(chǎn)生電流的手段 另一方面 電流也是造成心肌損傷的主要因素 因此開(kāi)發(fā)和研制低能量 高成功率和低心肌損傷特性的除顫器一直是除顫技術(shù)的研究重點(diǎn) 1 單相衰減正弦波 72 二 心臟除顫器的一般設(shè)計(jì)原理 單相衰減正弦波是最經(jīng)典的 最常見(jiàn)的單相除顫術(shù) 其除顫脈沖波形如圖所示 缺點(diǎn) 1 電流峰值較大 心肌功能損傷比較嚴(yán)重 2 對(duì)經(jīng)胸阻抗的變化沒(méi)有自動(dòng)調(diào)整功能 對(duì)高阻抗病人的除顫效果不理想 3 對(duì)房顫的轉(zhuǎn)復(fù)能力較差 73 二 心臟除顫器的一般設(shè)計(jì)原理 2 低能量雙相切角指數(shù)波 與單相除顫技術(shù)比較 特點(diǎn)如下 2 由于電流峰值的減少 降低了心肌功能損害的程度 3 能感應(yīng)經(jīng)胸阻抗的變化 通過(guò)時(shí)間代償或電壓補(bǔ)償?shù)姆绞?使高阻抗病人除顫成功率得到改善 1 低能量雙相切角指數(shù)波可增加電流的均值 提高了除顫的成功率 74 二 心臟除顫器的一般設(shè)計(jì)原理 3 低能量雙相方波 工作原理 數(shù)碼電阻橋自動(dòng)測(cè)量人體阻抗 快速調(diào)節(jié)機(jī)內(nèi)數(shù)控電阻值 特點(diǎn) 是以人體的經(jīng)胸阻抗為基準(zhǔn) 以最低的能量產(chǎn)生最合適的除顫 電流 達(dá)到最佳的除顫效果和最小的心肌損傷 75 二 心臟除顫器的一般設(shè)計(jì)原理 三 電極 體外除顫電極是金屬的 表面積在70 100cm2之間 必須用一種導(dǎo)電材料和皮膚耦合以便達(dá)到電極 皮膚間的低阻抗 分類(lèi) 手持式 粘貼式 體內(nèi) 見(jiàn)圖7 18a 體外 見(jiàn)圖7 18b 76 二 心臟除顫器的一般設(shè)計(jì)原理 粘貼式電極 導(dǎo)電材料已附著于電極上 該電極是一次性的 在電擊之前就固定在胸部 手持式電極 可以重復(fù)使用 但每次需用導(dǎo)電液體或?qū)щ姽腆w膠 在電擊過(guò)程中操作者還可用該電極擠壓胸部 電極放置通常是兩個(gè)都放在前胸或分別放在前胸和后胸的位置 77 二 心臟除顫器的一般設(shè)計(jì)原理 四 同步 危險(xiǎn)性 在ECG的T波期間施加電擊常常會(huì)產(chǎn)生心室顫動(dòng) 功能 旨在確保在ECG的QRS波期間施加電擊 78 二 心臟除顫器的一般設(shè)計(jì)原理 操作者只需選擇除顫器操作的同步模式 除顫器便會(huì)自動(dòng)檢測(cè)QRS波并在QRS波期間施加電擊 而且在ECG顯示器上電擊與QRS同步顯示 見(jiàn)圖7 19 同步除顫監(jiān)測(cè)中的時(shí)間標(biāo)記M表示在此處施加了電擊 同步顯示可以使操作者確信電擊未發(fā)生在T波期間 79 二 心臟除顫器的一般設(shè)計(jì)原理 五 自動(dòng)體外除顫 自動(dòng)體外除顫器 AED 通常是指在緊急情況下使用 可以自動(dòng)或半自動(dòng)識(shí)別和快速治療心律不齊 操作者使用AED 可以監(jiān)視ECG 通過(guò)內(nèi)置信號(hào)處理器決定是否與何時(shí)給予病人電擊 在全自動(dòng)模式下 AED可以完全靠自控 而在半自動(dòng)模式下 操作者必須確認(rèn)來(lái)自AED的電擊請(qǐng)求再提供電擊 AED對(duì)于提高心臟停跳患者的生還機(jī)會(huì)有潛在的價(jià)值 因?yàn)樗梢允沟镁o急情況的處理個(gè)人化 在醫(yī)務(wù)人員到來(lái)之前就可對(duì)病人實(shí)施除顫電擊 80 二 心臟除顫器的一般設(shè)計(jì)原理 六 除顫器的安全問(wèn)題 不安全因素 1 非同步電擊的危險(xiǎn)在前面已經(jīng)作了介紹 需要有同步設(shè)計(jì)來(lái)防止在T波期間施加電擊 2 不正確的操作可能導(dǎo)致操作者或者和放電通路連接的附近其他人員的意外電擊 3 過(guò)強(qiáng)和過(guò)多的電擊對(duì)病人造成的損害 4 除顫器不能正常工作也可視為安全問(wèn)題 因?yàn)楫?dāng)除顫器不能進(jìn)行電擊而又沒(méi)有替代物時(shí)就意味著病人復(fù)蘇的機(jī)會(huì)的喪失 81 三 心臟除顫器的類(lèi)型 1 按是否與R波同步來(lái)分 非同步型除顫器 同步型除顫器 除顫器在除顫時(shí)與患者自身的R波不同步 可用在心室顫動(dòng)和撲動(dòng) 因?yàn)檫@時(shí)沒(méi)有振幅足夠高 斜率足夠大的R波 除顫器在除顫時(shí)與患者自身的R波同步 利用電子控制電路 用R波控制電流脈沖的發(fā)放 使電擊脈沖剛好落在R波的下降支 這樣使電擊脈沖不會(huì)落在易激期 從而避免心室纖顫 82 三 心臟除顫器的類(lèi)型 2 按電極板放置的位置來(lái)分 1 體內(nèi)除顫器 2 體外除顫器 是將電極放置在胸內(nèi)直接接觸心肌進(jìn)行除顫的 是將電極放在胸外 間接接觸除顫 目前臨床使用的除顫器大都屬于這一類(lèi)型 早期 主要用于開(kāi)胸心臟手術(shù)時(shí)直接心肌電擊 現(xiàn)代 體內(nèi)除顫器是埋藏式的 它除了能夠自動(dòng)除顫以外 還能自動(dòng)進(jìn)行監(jiān)護(hù) 判斷心律失常 選擇療法進(jìn)行治療 還處于實(shí)驗(yàn)研制階段 僅有少數(shù)應(yīng)用于臨床 83 四 心臟除顫器的主要性能指標(biāo) 最大儲(chǔ)能值 在除顫器電擊前 必須先向除顫器內(nèi)的電容器儲(chǔ)存電能 用充電方法實(shí)現(xiàn) 衡量電能大小的單位是J 即瓦 秒 焦耳 除顫器的最大儲(chǔ)能值為400瓦 秒 電容C與其上面的電壓U和儲(chǔ)能W有如下關(guān)系 W 1 2 CU2 84 四 心臟除顫器的主要性能指標(biāo) 2 釋放電能量 是指除顫器實(shí)際向病人釋放電能的多少 直接關(guān)系到除顫實(shí)際劑量 是一項(xiàng)十分重要的性能指標(biāo) 釋放電能量的大小必須以一定的負(fù)荷值為前提 通常以負(fù)荷50 作為等效患者的電阻值 3 釋放效率 是指釋放能量和儲(chǔ)存電能之比 大多數(shù)除顫器釋放效率在50 80 之間 85 四 心臟除顫器的主要性能指標(biāo) 4 最大儲(chǔ)能時(shí)間 5 最大釋放電壓 是指電容充電到最大儲(chǔ)能值時(shí)所需要的時(shí)間 這個(gè)時(shí)間越短越好 但因受電源內(nèi)阻的限制 不可能無(wú)限度地縮短這個(gè)時(shí)間 目前 最大儲(chǔ)能時(shí)間多在10 15s范圍內(nèi) 是指除顫器以最大儲(chǔ)能值向一定負(fù)荷釋放能量時(shí)在負(fù)荷上的最高電壓值 國(guó)際電工委員會(huì)暫作這樣的規(guī)定 除顫器以最大儲(chǔ)能值向100 電阻負(fù)荷釋放時(shí) 在負(fù)荷上的最高電壓值不應(yīng)該超過(guò)5000V 86 第六節(jié)典型心臟除顫器 一 一種電路比較簡(jiǎn)單的同步心臟除顫器電路分析 1 充放電電路 如圖7 20 充電 DC DC變換 原理 低壓直流 高頻振蕩 升壓 倍壓 整流 濾波 高壓直流 具體過(guò)程 按下SB VT1 VT2高頻振蕩 T升壓 次級(jí)L2交變高壓 倍壓整流 濾波 高壓直流 正半周 a b 時(shí) VD1導(dǎo)通 C2充電負(fù)半周 a b 時(shí) VD2導(dǎo)通 C3充電 87 充電壓 U UC2 UC2 UC3 充電能 A CU2 2 其中 C C4 C3C2 C3 C2 SA1 體內(nèi) 體外除顫選擇開(kāi)關(guān) 雙刀兩位體外除顫 SA1 1 SA1 2 1 位 L1 L2電壓升高 U 體內(nèi)除顫 SA1 1 SA1 2 2 位 L1 L2電壓降低 U 一 一種電路比較簡(jiǎn)單的同步心臟除顫器電路分析 88 一 一種電路比較簡(jiǎn)單的同步心臟除顫器電路分析 圖7 20充放電電路原理圖 89 一 一種電路比較簡(jiǎn)單的同步心臟除顫器電路分析 圖7 21同步電路 2 同步電路 如圖7 21 90 波形 圖7 22Uab 輸入a b兩端 差動(dòng)心電信號(hào) Uc 心電信號(hào)差動(dòng)放大輸出 倒相 VT1 VT2 Ud R波微分信號(hào) C1 R9 Ue 對(duì)正尖脈沖放大 整形 輸出脈沖 VT3 VT4 VT5 一 一種電路比較簡(jiǎn)單的同步心臟除顫器電路分析 圖7 22同步電路波形示意圖 91 作用 除顫時(shí)與患者自主的R波同步 避開(kāi)易激期 組成 VT1 VT2 雙端輸入單端輸出 差動(dòng)放大電路 C1 R9 微分電路 VT3 單向放大 VT4 整形 VT5 射極輸出 3CT 可控硅 K1 K2 繼電器 一 一種電路比較簡(jiǎn)單的同步心臟除顫器電路分析 92 工作過(guò)程 按下SB按鈕 3CT導(dǎo)通 K1動(dòng)作 C放電 與R波同步 R波 Ue脈沖K2動(dòng)作 示波器掃線增輝 檢查 注意 除顫前 須反復(fù)預(yù)試R波同步性能 順利 安全必不可少 室顫除外 一 一種電路比較簡(jiǎn)單的同步心臟除顫器電路分析 作用 使電擊除顫的時(shí)刻是從R波下降沿開(kāi)始的 從而避開(kāi)心動(dòng)周期的易激期 以保證患者的安全 93 除顫監(jiān)護(hù)儀全自動(dòng)心臟監(jiān)護(hù)除顫儀是集監(jiān)護(hù)與治療于一體的智能化設(shè)備 能持續(xù)監(jiān)測(cè)ECG信號(hào) 精確及時(shí)地檢測(cè)到室速 VT 室顫 VF 的出現(xiàn) 鑒別分析需電擊或不需電擊心律 對(duì)威脅生命的心臟突發(fā)狀況可立即給予治療性電擊 該機(jī)過(guò)程全部自動(dòng)完成 無(wú)須人為干預(yù) 從而有效贏得搶救時(shí)機(jī) 顯著提高存活率 概述除顫監(jiān)護(hù)儀的工作原理如圖7 23所示 二 除顫監(jiān)護(hù)儀 94 系統(tǒng)通過(guò)心電電極 或除顫極板 采集病人心電信號(hào) 經(jīng)放大和A D轉(zhuǎn)換后送到系統(tǒng)控制部分利用專(zhuān)用算法進(jìn)行分析 如果出現(xiàn)室速或室顫 對(duì)儲(chǔ)能電容進(jìn)行充電 然后將儲(chǔ)能電容中的能量通過(guò)除顫極板向病人釋放 糾正心律失常 同時(shí)顯示能量水平 二 除顫監(jiān)護(hù)儀 圖7 23除顫監(jiān)護(hù)儀工作原理框圖 95 除顫監(jiān)護(hù)儀的分類(lèi)除顫監(jiān)護(hù)儀分為全自動(dòng)與半自動(dòng)兩類(lèi) 全自動(dòng)除顫監(jiān)護(hù)儀全自動(dòng)除顫監(jiān)護(hù)儀自動(dòng)對(duì)患者心律進(jìn)行分析 并決定是否需要除顫 如果檢測(cè)出可除顫心律 儀器就自動(dòng)充電與放電 全自動(dòng)除顫監(jiān)護(hù)儀工作過(guò)程自動(dòng)完成 半自動(dòng)除顫監(jiān)護(hù)儀半自動(dòng)除顫監(jiān)護(hù)儀自動(dòng)對(duì)患者心律進(jìn)行分析 如果檢測(cè)出需除顫心律 則發(fā)出聲光報(bào)警并對(duì)電容充電 由操作者進(jìn)行手動(dòng)除顫 二 除顫監(jiān)護(hù)儀 96 第七節(jié)高頻電刀 臨床醫(yī)學(xué)俗稱(chēng)的 高頻電刀 是一種取代機(jī)械手術(shù)刀進(jìn)行組織切割的電外科器械 它通過(guò)電極尖端的高頻 通常為200kHz 3MHz 高壓電流與機(jī)體接觸時(shí)對(duì)組織進(jìn)行加熱 實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)體組織的分離和凝固 從而達(dá)到切割和止血的目的 高頻電刀自1920年應(yīng)用于臨床至今 已有80多年的歷史了 其間經(jīng)歷了火花塞放電 大功率電子管 大功率晶體管 大功率MOS管四代的變革 97 一 高頻電刀的功能 高頻電刀具有電切 純切 混切 電灼 電凝 單極電凝 雙極電凝 等功能 1 切割 在一個(gè)適宜的功率水平下 當(dāng)電極端產(chǎn)生連續(xù)的正弦波電流與組織接近時(shí) 細(xì)胞漿內(nèi)部迅速產(chǎn)生熱量 使細(xì)胞漿變成蒸氣 最重要的是使細(xì)胞體積擴(kuò)大約5倍 引起細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞 于是產(chǎn)生了臨床的切割效果 并在切割分離組織的邊緣產(chǎn)生一點(diǎn)止血效果或不產(chǎn)生止血效果 98 一 高頻電刀的功能 2 凝血 如果還沒(méi)有破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)就產(chǎn)生蒸發(fā)效果 則會(huì)引起分離組織干燥或者凝固的臨床效果 混切 通過(guò)改變電流脈沖通過(guò)電極的時(shí)間 可能會(huì)產(chǎn)生干燥 凝血 和切割共同的臨床效果 即混切 99 二 高頻電刀的設(shè)計(jì)原理 圖7 24高頻電刀系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 射頻振蕩器 調(diào)制器 功率放大 輸出電路 電極 函數(shù)發(fā)生器 模式選擇 控制電路 手開(kāi)關(guān)腳開(kāi)關(guān) 電源 100 二 高頻電刀的設(shè)計(jì)原理 電極 雙極 一般用于局部電凝和功率較小的場(chǎng)合 單極 配以返回電極 又稱(chēng)為分離電極 可提供手術(shù)切割所需要的高功率輸出 高頻電刀輸出的典型波形有三種 101 二 高頻電刀的設(shè)計(jì)原理 102 在使用頻率 電壓和輸出功率等方面 電切普遍高于電凝 有關(guān)參數(shù)說(shuō)明如下 電凝射頻頻率 250kHz 2 0MHz 調(diào)制 波簇 120 s左右 輸出電壓 開(kāi)路 300 2000V 輸出功率 500 負(fù)載 80 200W 電切射頻頻率 500kHz 2 5MHz 調(diào)制 直接輸出或經(jīng)調(diào)幅處理 輸出電壓 開(kāi)路 9000V左右 輸出功率 500 負(fù)載 100 750W 二 高頻電刀的設(shè)計(jì)原理 103 二 高頻電刀的設(shè)計(jì)原理 104 三 高頻電刀主要的工作模式 高頻電刀有兩種主要的工作模式 單極和雙極 1 單極模式 在單極模式中 用一完整的電路來(lái)切割和凝固組織 該電路由高頻電刀內(nèi)的高頻發(fā)生器 病人極板 接連導(dǎo)線和電極組成 105 三 高頻電刀主要的工作模式 2 雙極模式 它的作用只限于鑷子兩端之間 對(duì)機(jī)體組織的損傷程度和影響范圍遠(yuǎn)比單極方式小得多 適用于對(duì)小血管 直徑 4mm 和輸卵管的封閉 雙極電凝是通過(guò)雙極鑷子的兩個(gè)尖端向機(jī)體組織提供高頻電能 使雙極鑷子兩端之間的血管脫水而凝固 達(dá)到止血的目的 應(yīng)用范圍 腦外科 顯微外科 五官科 婦產(chǎn)科以及手外科等較為精細(xì)的手術(shù)中 106 四 高頻電刀的波形設(shè)計(jì) 高頻電刀輸出的波形由一連續(xù)的正弦波和一中斷的斷的正弦波組成 連續(xù)波 用于切割組織是最優(yōu)的 中斷的正弦波 通常近似于指數(shù)鉗位的正弦波 對(duì)組織凝固是最適宜的 凝固波形的本質(zhì)是獲得黑色凝固或獲得高溫下組織的碳化 切割時(shí)需要利用弧光來(lái)獲得足夠大的電流密度 以便在非常小的區(qū)域內(nèi)破壞組織的結(jié)構(gòu)而不會(huì)對(duì)鄰近的組織產(chǎn)生傷害 107 四 高頻電刀的波形設(shè)計(jì) 注意 白色凝固的產(chǎn)生 它僅由變性骨膠原 彈性硬蛋白和其他天然的組織蛋白組成而不包括組織切斷和部分切除 獨(dú)立于所使用的波形 各種不同波形的頻率在高頻電刀中研究中很重要的原因 指出了信號(hào)刺激可興奮組織的趨勢(shì) 提供了濾波器設(shè)計(jì)需要的頻率信息 108 五 高頻電刀的安全保障體系設(shè)計(jì) 高頻電刀的安全要求及必要的安全保障體系概括起來(lái)主要有以下幾項(xiàng) 1 輸出必須完全懸浮 即高頻電刀的高頻高壓輸出部分對(duì)機(jī)殼 大地 和電源 市電 應(yīng)嚴(yán)格隔離 各輸出端口 電極 對(duì)地和電源 不僅絕緣電阻要很大 100M 而且在接上應(yīng)用部分之后 對(duì)地分布電容要足夠小 100pF 還得經(jīng)受得起約6000V交流試驗(yàn)電壓的考驗(yàn) 高頻電刀輸出一旦懸浮不良 高 低頻漏電流將迅速增大 易于發(fā)生灼傷甚至危及生命 為此高頻電刀還應(yīng)具有防漏防潮性能 否則 一旦受潮必然影響電刀輸出的懸浮程度 109 電刀的金屬機(jī)殼應(yīng)可靠接地 即電源的地線應(yīng)真正接大地 且與機(jī)器接地點(diǎn)之間的連續(xù)電阻應(yīng)小于0 2 包括電源電纜在內(nèi) 以防機(jī)殼和保護(hù)接地點(diǎn)懸空而帶電 增加電擊危險(xiǎn)和機(jī)內(nèi)對(duì)外界的高頻輻射 電網(wǎng)電源與機(jī)殼 接地線 之間必須能承受1500V耐壓 機(jī)殼對(duì)地漏電流應(yīng)低于0 1mA 以保證市電 低頻 與機(jī)殼隔離良好 防止電擊 低頻電流十分有害 過(guò)大的低頻漏電流將對(duì)病人產(chǎn)生嚴(yán)重刺激甚至致命 五 高頻電刀的安全保障體系設(shè)計(jì) 110 高頻漏電流必須低于150mA 高頻漏電流是指電刀兩輸出電極對(duì)地的輻射電流 它對(duì)手術(shù)毫無(wú)作用但可造成病人的灼傷和環(huán)境污染 高頻電刀的主載波頻率 基波 應(yīng)在0 3 5MHz之間 不得過(guò)低也不得過(guò)高 全懸浮式電刀一般在0 4 0 8MHz之間 過(guò)低 會(huì)產(chǎn)生低頻刺激 過(guò)高 則高頻輻射嚴(yán)重 在任何情況下 高頻電刀的輸出功率均不得超過(guò)400W 過(guò)大的功率會(huì)對(duì)病人造成損傷 五 高頻電刀的安全保障體系設(shè)計(jì) 111 高頻電刀的輸出功率應(yīng)盡可能穩(wěn)定 在電源電壓波動(dòng)和負(fù)載變化時(shí) 輸出功率仍應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi) 否則 手術(shù)時(shí) 不是切 凝效果不佳 就是焦粘組織 甚至嚴(yán)重灼傷病人 高頻電刀的輸出波形一定要穩(wěn)定 其基波應(yīng)是相對(duì)純凈的正弦波 否則 易引起輸出功率不穩(wěn) 增大高頻漏電流或產(chǎn)生低頻工作電流 電刀的手柄及連接電纜外表對(duì)電極的耐壓應(yīng)能承受3000V 交流有效值 和2倍高頻電刀開(kāi)路輸出電壓試驗(yàn) 否則 有可能因漏電而灼傷操作者和 或 病人 五 高頻電刀的安全保障體系設(shè)計(jì) 112 極板面積應(yīng)足夠大 最好是粘貼式的 以保證從病人機(jī)體返回機(jī)器的電流在人體與極板接觸處的密度盡可能低 0 02A cm2 當(dāng)中性電極 極板 斷線或阻抗過(guò)大時(shí) 儀器應(yīng)具有聲光報(bào)警和切斷輸出的功能 防止斷點(diǎn)或大阻抗點(diǎn)產(chǎn)生功耗引起灼傷或著火 當(dāng)切 凝同時(shí)啟動(dòng)時(shí) 應(yīng)禁止功率輸出或者只輸出功率較小的模式 如凝 應(yīng)防止誤操作引起過(guò)大的功率加到患者身上 高頻電刀在心臟外科使用中 經(jīng)常會(huì)碰到使用除顫器的情況 CF型電刀應(yīng)用部分應(yīng)能承受2kV除顫電壓沖擊 五 高頻電刀的安全保障體系設(shè)計(jì) 113 高頻電刀在任何設(shè)定下均可長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)路啟動(dòng) 并可多次短路而不影響機(jī)器的性能和安全 電源復(fù)通或啟動(dòng)復(fù)通時(shí) 任何設(shè)定下的輸出不得增大20 以上 以防止過(guò)大功率突然回到患者身上 額定負(fù)載下的輸出應(yīng)與設(shè)定位置對(duì)應(yīng) 功率偏差不大于20 不同負(fù)載下的全功率和半功率曲線與規(guī)定偏差也不大于20 五 高頻電刀的安全保障體系設(shè)計(jì) 114 輸出回路應(yīng)串入不小于5000pF的高壓電容 輸出電極 對(duì) 直流阻抗應(yīng)遠(yuǎn)大于2M 以防低頻輸出 機(jī)器內(nèi)部應(yīng)進(jìn)行防潮處理 機(jī)殼應(yīng)能防止液體 翻倒時(shí) 侵入機(jī)內(nèi) 應(yīng)保證儀器的絕緣和隔離性 五 高頻電刀的安全保障體系設(shè)計(jì)