心臟節律器 Cardiac Pacemaker

心臟節律器
Cardiac Pacemaker

        心臟節律器是利用連續的脈波電流或電壓施加到體表或心臟表面(epicardial)或心臟肌肉內

(endocardial)以控制因心跳頻率不規則(arrythmia)或太慢(bradycardia)而導致的心律不整現象。


     根據North American Society of Pacing andElectrophysiology (NASPE)和British Pacing and

Electrophysiology Group (BPEG)的推薦,目前被廣為使用於辨認節律器工作模式的 NBG(NASPE /

 BPEG Generic Pacemaker Code)辨識碼,其第一碼代表被電擊的心臟位置,第二碼代表感測電擊

的位置,第三碼對感測訊號的反應模式,第四碼代表可程式及速率調變的情形,第五碼代表對

抗心搏過速(tachycardia)的功能。如下表所示:

       模仿正常心臟因應生理活動需求而反應的節律器,可以感測身體位置的改變、心室的血液

溫度、pH值、氧氣濃度及呼吸的頻率等生理參數以調整脈衝輸出。這些參數的量測可分別藉由

壓電晶體、加速度計、熱敏電阻或阻抗來達成。結合體位感測及其他生理參數的混合式節律器

是目前的發展方向。

遙控可程式主機

       遙控傳輸以無線電脈波為主,傳送編碼後的指令,以改變脈衝產生器的參數及回傳診斷訊息

與資料。目前市場以PC相容產品為主,著眼於臨床患者資料追踪管理、可程式性之維護與升級難

易及避免其他干擾源的錯誤電磁訊號。


遙傳電路

       大多以300Hz中心頻率的無線電脈波作為雙向傳輸的方法。即時遙傳則大致包括有脈波振幅、

寬度、電極導線阻抗、電池阻抗、電流、電荷及能量等資料。

 

時序電路

       大多以kHz範圍的石英振盪器除頻後,控制數位時序及邏輯控制電路為主,可調整參數包括有

刺激週期長度、不反應和阻斷期間、脈衝寬度及心房、心室訊息之間矩。通常為防止可能發生的

異常狀況,一頻率限定(rate-limiting)電路會以180-200ppm的上限頻率來預防。
 

輸出電路

       輸出脈衝的振幅(約0.8-5V)與寬度(約0.05-l.5msec)可以透過遙傳程式的改變,以節省能量的消耗

。目前的節律器大多採用定電壓輸出,而定電壓的產生大多以電壓倍增電路來完成,流通之電流則

取決於阻抗的大小。脈波的產生由時序電路控制。而其輸出則可由感測電路來抑制。
 

電極與導線

       電極部分主要以特殊合金(Pt-Ir,、Elgiloy、carbon coating Ti等)製作,在尖端裸露而形成,有單

極式(unipolar)與雙極式(bipolar)兩種。其大小1.5-8mm)會影響等效阻抗,進而影響輪出的能量(3-6uJ

相對於早期的675uJ)。為求增加接觸面積與生物相容性,有利用多孔性表面以利肌肉組織附著,並

內含類固醇(steroid),以減低急、慢性的發炎反應。電極可藉助主動或被動式機構固定於適當位置

的肌肉組織內。除了可以施加電壓外亦可同時當作電壓感測用。導線部分主要以鎳合金(MP35N)被

覆絕緣物質(矽膠與PU)而成,為求彈性與堅固,大多以螺旋或多股而形成,以防止反覆曲折所造成

的材料疲乏或斷裂。接頭的規格目前已有國際標準(ISO IS-1)可供參考。
 

感測電路

       利用單極式(陰極為電極尖端、陽極為節律器本身)或雙極式(陰極為電極尖端、陽極為一環形電

極距離的2公分)兩種的效果大致相當,但是單極式因二極之間距較遠,所以相對較易受到雜訊干擾

。心肌活動訊號主要以頻率範圍(R波l0-30Hz、T波小於5Hz)及振幅大小(R波5-25mV、P波2-6mV)作為

濾波器與比較器(相對於一可調參考值)的設計考慮。另外亦可以訊號的斜率變化來決定取捨的範圍

(0.75-2.50V/sec)。在心臟跳動週期中有些時期會對雜訊特別敏感,可以用空白或不反應期間的設定

來達成保護的目的。
 

電池電源

       電池技術的改進大幅延長了節律器的使用壽命,目前所使用的Lithium-iodide電池在適當的脈衝

振幅大小、寬度、刺激頻率,以及使用者依賴節律器的程度、電極導線的設計和感測所耗用的電流

等條件配合下,可使用將近15年。電池之容量一般為0.8-3.0amp-hour,定電壓輸出為2.8V,其輸出電

壓之下降可以電池之內阻來判斷。通常當輸出電壓降低到約2.0-2.4V時,節律器會改變一些輸出特性

以警告臨床人員,在經過3-4個月後,輸出電壓持績降低到約1.8V時,節律器就無法正常使用,甚至

會完全停止工作。

 

參考文獻:醫療儀器總覽8─醫療儀器(國科會精密儀器發展中心出版)

                心臟節律器p94~96─林啟萬

Harold編制

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