医学-第七章-心脏治疗仪器与高频电刀(修改版)

高频电刀
利用高密度的高频电流对局部生物组织的集中热 效应，使组织或组织成分汽化或爆裂，从而达到凝 固或切割等医疗手术的目的。
• 取代手术刀进行各种外科手术 • 明显地减少出血，甚至不出血 • 杀菌作用
7.1电刺激治疗类仪器设计原理
刺激方式与效应
电刺激的类型 电刺激与电兴奋的基本因素 电刺激引起组织兴奋的原理 电刺激的其他效应 电刺激常见波形
• 实验表明，活的系统在一定条件下引起组织兴奋与电刺激 能量有关。若刺激的波形如图所示，则引起的组织兴奋的 能量激为：
t2
W t1 IURdt IUR (t2 t1) IURt
若电压降一定，则刺激能量由IΔt来确定。这表明，电刺激 引起的组织兴奋不仅与I有关，而且还与刺激的作用时间有
曲线上的每一点代表一个阈刺激。 阈刺激：刺激时间一定时，引起组织兴奋所必需的 最低刺激强度；或者刺激强度一定时，引起组织兴 奋所必须的刺激电流的最短持续时间。
• 基强度：刺激期间无论多长，必须有一个最低的基本强度阈 值，称为基强度IR。
• 利用时：以基强度作为刺激强度引起组织兴奋所需要的最短 刺激期间称为利用时。
关。
1.强度阈 若电刺激的作用时间一定，则刺激强度必须达到某一最
低值，才能引起组织兴奋，此值称为刺激强度的阈值（简 称强度阈）。
2.时间阈 若刺激强度一定，能引起组织兴奋的最短刺激时间（脉 冲宽度），即称为组织兴奋的时间阈值。
3.强度-时间曲线
强度阈与时间阈之间存在一定 的关系，这种关系用强度-时间 曲线来表示，如图所示。
• 实际中不能完全确定时值τ 是衡量组织兴奋性 的绝对数值
• 在实际应用时，为得到有效刺激，通常采用电
流为I=2IR，脉冲宽度略大于时值τ ，此时产生
兴奋所需的能量最小。
当刺激强度减弱到低于基强度时，无论刺激时间 怎样延长，也不能引起组织兴奋；而当刺激作用 时间减小到远离时值以下时，即便大大增加刺激 强度，也同样不能引起组织兴奋。因此，兴奋性 组织的刺激强度-时间曲线的形状大致相同，但各 自的基强度和时值不同。
㈣ 电刺激的其他效应
1. 刺激的电化学效应 2. 电极腐蚀 3. 组织损伤
㈤ 电刺激常见波形
各种刺激波形引起组织损伤、电极腐蚀和兴奋阈值的优劣比较
植入式电刺激器的基本要求
㈠ 植入式电子仪器的封装 • 1.电子电路必须在人体的环境下受到保护。植入电路的封装
使用不同的材料，包括聚合物、金属、陶瓷和玻璃。封装方 法在某种程度上取决于电路工艺。 • 2.环氧封装是植入神经肌肉刺激设计者的最初选择，环氧体 覆盖硅胶可以改善封装的生物相容性。聚合体不能提供密封 的保护，因此不能用于高密度、高阻抗的电路的封装，一旦 进入湿气，最终会影响电子元件，表面离子导致短路、漏电、 电路灵敏度降低和其他功能失效。
现代医学电子仪器原理与设计
第七章 心脏治疗仪器与高频电刀
杨荣骞 华南理工大学生物医学工程系B6-134
目录
7.1 电刺激治疗类仪器设计原理 7.2 心脏起搏器简介 7.3 固定型和R波抑制型心脏起搏器 7.4 心脏起搏器的能源和电极 7.5 心脏除颤器 7.6 典型心脏除颤器 7.7 高频电刀
• 时值：用“时值”来表明兴奋性高低，其定义是用基强度IR 的2倍作为刺激强度，所引起组织兴奋所需要的最短刺激时间 （即脉冲宽度）称为时值（τ ）。
• 设电刺激强度-时间曲线的等效方程为(近似双曲线关系)：
I IR (1 / t)
式中，IR、τ 为两个常数。当时间t→∞时， I=IR，τ 与曲线上升部分的斜率有关。
1.脉冲发生器 2.导联线 3.电极
• 按电刺激部位，刺激类型可划分如下 表面刺激 经皮刺激 植入式刺激
㈡ 电刺激与电兴奋的基本因素 • 在功能性电刺激中，典型的刺激波形是方波序
列，使用这种波形的原因是它的效率和易于产 生。
• 刺激序列的三个参数，即频率、幅度、脉宽， 全部对肌肉收缩有影响。一般来说，刺激频率 应尽可能小，以防止肌肉疲劳并节约刺激能量。
• 医学诊断 ---感知各种生理参数信号，完成信号的处理
最后显示和记录，供临床和医学研究使用。
• 治疗 ---在治疗类设备中，电刺激器是医学电子仪
器中非常重要的代表。
• 心脏起搏器 ---为心脏提供间隔的电刺激以替代心
脏传导障碍造成兴奋的中断。
• 除颤器 ---治疗心律失常最有效的方法之一，
特别是在挽救心脏骤停病人生命方面发挥 越来越重要的作用。
植入式电刺激器的基本要求
封装要求 导联和电极设计 安全设计
• 频率小于1kHz时的电流对人 体细胞组织的作用主要是以 刺激效应为主。如图所示为 频率小于1kHz时电流大小对 人体的不同效应，在这个频 段，人体能耐受的电流很小。
• 低频电刺激是一种不安全的 因素，应予以高度重视。
• 另一方面，低频电刺激用于 疾病的治疗时有其特殊效果， 如各类植入式刺激治疗仪。
㈢ 电刺激引起组织兴奋的原理
• 在直流电作用下，在阴极附近部分膜外正离子被中和，使膜极化减弱， 组织兴奋性升高。阳极则相反。
• 极兴奋法则：在直流电刺激条件下，组织兴奋性或反应的产生和大小与 通电强度、极性有关，即通电时兴奋产生在阴极，而断电时兴奋发生在 阳极。
• 电刺激引起组织兴奋的原理分析，可用下图所示的模型来说明。图中R 和C分别代表膜电阻和膜电容。神经纤维在静息时处于极化状态，即静 息电位的极化膜外为正，膜内为负。
• 决定刺激频率的主要因素是肌肉的融合频率，即可以获 得平滑肌响应的频率。这个频率是变化的，可以小到 12Hz（通常为12～14Hz），大到50Hz。
• 对于表面电极，调节肌肉力量的常规方法是保持刺激脉 冲的频率和脉宽不变，改变刺激脉冲的幅度。
• 腓神经刺激幅度：小到25V/200μs 臀大肌刺激幅度：120V/300μs
• 当刺激频率大于1MHz后，几 乎没有任何刺激作用了。这时 人体承受电流的能力随频率逐 步增大，其产生的效应主要是 热效应，如微波热疗仪、高频 电刀的应用等。
• 大多数哺乳动物动物神经肌肉 组织产生刺激兴奋的最佳频率 都是在100Hz左右刺激系统通常由三部分组成