第四章常规治疗设备-上海交通大学医学院精品课程

114常规治疗设备4.1除颤器心脏是推动全身血液循环的器官。由于心脏的有节律的搏动，推动了血液从静脉，经过心房和心室，流入动脉，维持血液循环。完成心脏泵血功能的必要条件是心肌纤维的同步收缩。当心肌因种种原因不能同步收缩而代之以蠕动样颤动时，心脏的泵血功能就完全丧失，心房肌肉的颤动称为房颤，心室肌肉的颤动为室颤。房颤时，心室的功能仍然正常，受到房颤的影响，心室的收缩频率增加而心律不规则。由于大部分血液是在心房收缩以前就被抽入到心室内，所以血液循环仍能继续，然而心室做功的效率大大降低，容易导致心肌衰竭。室颤发生后心室不能泵血，血液循环停止，如不立即采取措施，病人在几分钟内就会死亡。而且室颤一旦发生，就不易自动消失。通常使用的除颤方法是电击除颤。电击除颤是利用足够大的电流流过心脏来刺激心肌，使所有的心肌细胞同时去极化，然后同时进入不应期，从而促使颤动的心肌恢复同步收缩状态，使心肌恢复正常。只有一定幅度和一定的持续时间的电流才能起到除颤作用。电击除颤由除颤器完成，它产生足够大的电能量，通过除颤电极引入到病人的心脏，从而达到除颤目的。最初的除颤器〔1956〕可产生出60Hz的交流电流流过心脏，电流可大到15A，持续150ms。用这样的交流电流去电击心脏，图4.1除颤器22使心脏重新同步，如不能恢复，则再次重复让这样的交流脉冲流过心脏，直到恢复心跳为止。交流除颤器可以消除室颤，但无法消除房颤。此外，在它的最大输出时，除颤器变压器的输入端电流会高达90A，这会干扰连在同一电源线上的其它仪器的工作。交流除颤器现在已不再使用。1962年末，BernardLown发明了直流除颤器并成功地用于临床，而且这种直流除颤方法一直沿用到现在。这种方法是先用直流电流对电容充电，达到较高的电压后再通过电极在病人的胸部快速放电，直流除颤器不仅能比交流除颤器更有效地去除室颤，而且也能用于消除房颤和其它类型的心律失常。对病人来说，其危害也比较小。直流除颤器自七十年代开始己在医院广泛普及。除颤器是手术室和急救科的必备设备。现代直流除颤器可分为常规的和自动的，自动除颤器又可分为体外的和植入体内的。4.1.1除颤器电路原理直流除颤器的典型电路如图4.2所示。图中T为升压变压器，W为能量表，H为调压电位器，调节滑动臂的位置可改变电容器C的充电电压V，即改变电容器上充电的能量E。当开关K2在位置1时，电源通过变压器和二极管D对电容器充电，电容器上储存的能量为E=CV2/2。在大电流的情况下，人体的阻抗R可以认为是50Ω，所以当开关K2置于位置2时，组成了一个RLC二阶放电回路，电流通过手柄上的电极P1和P2向病人放电。根据H上滑动臂的位置，电容放电的能量可以是100至400W·S(J)，放电的有效部分在5-10毫秒左右，放电的能量为：RdttiE)(02（4.1）图4.2基本除颤器电路原理33电感器的主要作用是为了防止在放电的起始阶段释放的电流过大或电压过高，从而降低峰值电压，但是尽管如此，直流除颤器在放电时的电压峰值仍可达到3kV以上。电路中R’的作用是机内放电，在实际除颤器中是必不可少的，因为有时对电容充电后可能不需要对病人放电，这时需要在机器内部将储存在电容器中的高压电能放掉以避免危险。由于R’R，所以在对病人放电时R’不会产生影响。一般认为，对于单相除颤波形，大于400J的能量会造成心肌损伤，但实际上造成心肌损伤的是过高的电压或电流峰值，所以现代除颤器的设计者着力在保持足够能量的情况下，尽可能的降低峰值电压（电流）。根据不同的设计，除颤器的输出波形可以有多种。图4.3中的曲线1是没有电感器的电容电阻放电波形，初始电压等于电容的充电电压，非常高；曲线2所示是经典的单峰波形输出（放电电路如图4.2所示），由于电感器的作用，输出电压峰值大大降低，根据元件参数不同输出波形可以是单相的或双相的。曲线3所示的是双峰波形，此放电电路中电感器有中心抽头，并有二个电容器，形成二套相互感应的L-C网络，起到了延迟作用，从波形上可以看出，放电主峰的时间延长了，但大大降低了峰值电压。而释放的能量与放电波形所包围的面积成正比，即释放相同的能量，双峰比单峰除颤器的除颤峰值电压要降低许多，但持续时间较长。根据同样理由，梯形波（方波，见图中的曲线4）在同样的能量释放时，它的峰值电压可以更低。用时间控制电路控制可控硅的通断，可以通过改变放电的持续时间来改变释放能量的大小，而放电波形的高度基本不变。需要注意的是，由于释放能量的大小是可以通过放电波形的截断时间来图4.3除颤器的输出波形44改变的，同样能量不同机型的电压峰值可以是不同的。曲线4的波形也称为单向指数截断波（MTE）。曲线5所示的是双向方波（双向指数截断波，BTE），最初用于心内除颤，现也常见于体外除颤，由于电容器、电池、高压开关可以微型化，使得整体体积大为缩小，而且在实践中发现，在除颤成功率相同的情况下，所需的能量水平明显低于单相波形。除颤放电的剂量是以能量来计量的，由于个体对电流的灵敏度不同，对于单相波的能量释放方案是第一次200J，第二次200-300J，第三次360J或最大值。而对于双相波常采用150-150-150J三次相同的能量，尽管某些病人仍需要200J的能量进行除颤。对于儿童，则是根据体重来决定剂量，如单相波的儿科剂量指南是2-4J/kg。4.1.2除颤电极除颤器电极通常是一个带有手柄的金属圆盘，其大小和形状根据除颤方式的不同而有所不同。除颤方式可分为体外除颤和体内除颤，体外除颤的方式又可分为胸一胸除颤和胸背除颤。胸一胸除颤是一种比较常用的方式（图4.4（a）），其二个电极都置于胸前部，胸一背除颤时，一个电极放在前胸，另一个垫在背上的电极是扁平的、直径稍大（图4.4（b））。用于体内除颤的电极的直径比较小，电极手柄比较长，便于在手术中将除颤电极直接放在心肌上（图4.4（c））。(a)(b)(c)图4.4除颤电极(a)成人胸部除颤电极和小儿电极(b)胸-背电极(c)体内除颤电极电极和皮肤要接触良好，由于除颤器释放的是大电流，根据焦耳定律可知产生的能量为I2R，只有减少电极和皮肤接触面的阻抗，才能减少能量作用于皮肤而使皮肤烧伤。另外，当接触不好而导致阻抗增加时，能量的消耗增加而实际作用于心肌的能量减少，会因心肌得到的能量不够而造成除颤失败。为了55保证电极和皮肤的接触良好，通常要求电极的表面积要足够大，一般直径在7.5cm以上，通常使用直径8cm的电极。一般除颤器都配有成人用的电极和儿童用的小直径的电极，也有些公司采用装卸式的儿童／成人二用电极。一个成人电极套在儿童电极之外，根据临床需要选用（图4.4（a））。如把成人电极用于儿童，则由于电极较大，使用时电极靠得太近，易造成电击，降低能量并烧伤皮肤。如把儿童电极用于成人，则成人所用的能量大而使电流密度过大，烧伤皮肤。使用导电膏降低阻抗(如用于ECG记录的导电膏)时，要注意不要涂得太多而产生电极之间的旁路，使心肌得到的实际能量减少。在除颤时，电极上要加上足够的压力(约25斤)使皮肤扁平，接触良好。有些除颤器电极内安装有压力感受器及开关，只有加上足够的压力以后，开关才接通。除颤时，要做好皮肤清洁工件，涂上导电膏，并加上适当压力，使阻抗达到50Ω左右，从而达到最佳的除颤效果。有些除颤器还提供两电极之间的阻抗值，以供参考。由于电极要通过高电压、大电流，因此它的安全性非常重要。对病人来讲，良好的接触和有效的除颤为病人提供了安全，但也不希望出现在对病人除颤时，使医生也受到了电击。电极的手柄和电缆线应核绝缘良好，此外在手柄上要有护圈，以防操作人员不小心使手与电极板相接触，或导电膏被涂到手柄上。除颤触发按钮应仅安装在电极手柄上，仪器的其它部位没有另外的除颤触发按钮，这样既可方便医生操作，又可防止在操作医生不知道的情况下，由其它人员不小心而启动放电。现代除颤器的两个电极上都装有除颤按钮，并且是串联的（图4.5），只有当两个按钮（S1、S2）同时按下时，高压继电器的回路才导通，才能使K接通而放电。现在有些除颤器的电极上还有充电按钮，使得操作起来更为方便。除颤器的电极除了用作传导除颤能量外，由于在除颤时安放在胸壁上，所以也能用来提取心电信号，以便对心电作监护。图4.5除颤按钮安全电路664.1.3同步除颤直流除颤器除了能消除室颤外，还能纠正房颤、心动过速等心律失常，这种用法又称电击复律。这类病人的心室还是能收缩的，在心电图中可以看到QRS波和T波。如果在电极复率时除颤电击恰好落在T波的中部，由于此时正值心脏的易损期，外加的刺激很容易引起室颤。因此，对于这类病人的复律应避免电击发生在T波的中部，最佳的放电时间是在R波的下降期或下降期的中部（图4.6中箭头所指），这时整个心室肌纤维正处于绝对不应期，有利于心律的恢复、又可以避免电击不落在T波段。要做到这一点，就必须要使电击放电与QRS波同步。同步除颤时必须从病人身上取得心电信号，经检测出R波以后，再经过30ms延迟，然后才触发放电，由于正常人室壁激动时间小于30ms，所以这时除颤脉冲大约是在R波的下降期中部。具有同步除颤功能的除颤器在电路上至少可以分成三大部分（图4.7）：除颤器充放电电路、心电放大与显示电路和R波检测、延迟电路。心电信号可以来自心电图电极或除颤电极，由心电放大器中的导联选择器选择，心电波形可以在示波屏上显示。心电信号经滤波，检测出R波及整形后图4.6同步除颤时电击发生的时相图4.7同步除颤的原理框图77再经30ms延迟后产生一个信号电平。如此时操作人员已经按下放电按钮，则就可以通过触发电路使除颤器放电，同时，通过开关切断与心电放大器的连线，以防大电流进入心电放大器而使之受到损坏。在除颤脉冲过后，开关自动接通以显示心电波形。有些除颤器的记录器还能自己自动记录一段心电图，有些还能显示出每分心率。如果要选择非同步除颤时，则可以通过外部按钮选择。因为室颤比房颤更危险，为病人的安全起见，一般要求除颤器在刚接通电源时，自动置非同步状态，以便抢救时使用。4.1.4自动除颤自动除颤器可分为自动体外除颤器和植入式除颤器。自动体外除颤器(AutomatedExternalDefibrillator,AED)具有心律分析能力，可分为全自动和半自动两类。全自动型只需操作者把除颤电极置于病人身上，并启动仪器，通过对经除颤电极得到心电信号作心律分析，决定是否需要施行除颤，一旦确定，仪器就自动充电与放电，并自动设置除颤能量和决定是否需要重复除颤。半自动型能分析病人的心电图，在必要除颤时提示操作者，然后由操作者实施除颤放电。这类除颤器主要是供那些未经完整的高级心脏救援训练的初级救护人员使用。通常是在到达医院前对心脏病人的突发事件抢救中使用。这类仪器的除颤电极常采用有吸力的电极，操作者不必手持电极，可避免在电击时与病人接触，由于不允许操作者施加压力，必须仔细使用以确保与病人皮肤接触良好。对于非常严重的，经常室速或室颤发作甚至从死亡线上救回的而且无法用药物控制的病人，为了防止忽然发作死亡，可使用自动植入式心律转复/除颤器（AICD）。有报道认为该设备可以使这种高危病人的猝死率减低2%，这种仪器能检测室速或室颤，并能自动连续释放25至30焦耳的电脉冲。AICD由脉冲发生器和二对电极组成，脉冲发生器内包含有锂电池和电子元件，大约能进行三年的检测和大约100次放电，其重290克，可以植入在病人的腹部皮下。AICD有二对电极，其中一对电极既用于心脏转复除颤也用于探测心电波密度。阳极通常是弹簧形的管形电极，一半安放在上腔静脉右心房结上面，一半安放在下面，阴极是软性的导线织成的正方形片状电极，安放在左心室的心尖部。而有些装置则是用第二个软性片状电极安放在右心房或右心室，以代替弹簧形的电极。另外一对电极用于检测心率及用于保证放电与R波同步，这个电极可以是一根双电极的心内导管，象起搏器电极一样。也可用二个电极相隔88一厘米固定在左心室之心外膜上。电极通过导联线经皮下与埋藏在腹壁的脉冲发生器相连。该装置能自动分析所获得的心电波形。并决定是否需要进行除颤，除颤脉冲可连