БЕЛОРУССКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙУНИВЕРСИТЕТИНФФОРМАТИКИИ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кафедра ЭТТ
РЕФЕРАТ
На тему:
«БифокальныйЭКС (с предсердно-желудочковойпоследовательностьюимпульсов)»
МИНСК, 2008
Прибор этоготипа содержитдва устройстватипа — запрещающегоЭКС, управляемыхимпульсамиэлектрическойактивностижелудочков.Одно устройствостимулируетпредсердия, другое — желудочки.Интервал запиранияпредсердногоустройствакороче интервалазапиранияжелудочковогона физиологическуюатриовентрикулярнуюзадержку. Еслиспонтанныйинтервал KR длиннее, чем каждый изинтерваловзапирания, тосначала стимулируютсяпредсердия, а по истеченииопределенноговремени задержки- желудочки.Если спонтанныйинтервал RR имеетпромежуточнуюдлину междудвумя интерваламизапиранияприбора, тостимулируютсялишь предсердия.Если спонтанныйинтервал RR короче, чем интервалзапиранияпредсердногоустройства, то ни одно изустройств невырабатываетстимулирующихимпульсов. Если«атриовентрикулярныйинтервал»прибора больше, чем действительнаязадержкаатриовентрикулярногопроведенияу пациента, тоне генерируетсяимпульс стимуляциижелудочков.
ОрторитмическийЭКС
ЭКС беретна себя управлениежелудочковымисокращениями, навязываетжелудочкамсвою частоту, а затем начинаетпостепенноснижать этучастоту, приближаяее к нормальной.Если эта последовательностьдействий завершаетсяуспешно, то ЭКСможет перейтина R-запрещающийрежим. Если жев процессеснижения частотывозникаетсобственноесокращениежелудочков, предшествующеестимулированному, то ЭКС сноваповышает частотугенерируемыхимпульсов, покак нему опятьне перейдетуправлениеритмом, и попыткаснизить частотуповторяется.Управляемаятаким способомстимуляцияжелудочковможет подавитьимпульсы возбуждения, исходящие изэктопическогоочага в мышечноймассе желудочков, и тем самымустранитьжелудочковуютахикардию.Серьезнойпроблемой, скоторой встречаютсяпациенты симплантированнымэлектрокардиостимулятором, является влияниена работу стимулятораразличногорода источниковпомех.
Нормальноефункционированиестимуляторовможет бытьнарушено из-запомех, создаваемыхрядом расположеннымибытовыми приборамис коллекторнымиэлектродвигателями(электрическаябритва, кофемолкаи др.), терморегуляторами(электрическиеодеяла, грелкии др.), устройствамис истопникомвысокого напряжения(системы зажиганияавтомобилей, генераторыразверткителевизорови др.). Помехимогут создаватьтакже высокочастотныегенераторы, в частностифизиотерапевтическиеаппараты, радарныеустановки.Чувствительностьэлектрокардиостимуляторак внешним помехамв значительнойстепени зависитот его конструкциии схемы. Биоуправляемыестимуляторыотличаютсязначительнобольшей чувствительностьюк внешним помехам, чем асинхронные.Это объясняетсяналичием у нихусилителя, рассчитанногона сигналыпорядка несколькихмилливольт.Действие помехина асинхронныйстимуляторможет привестик некоторомуувеличениючастоты следованияимпульсов. Вслучае жеR-запрещающегостимуляторасигнал помехиможет бытьвоспринят каксобственнаяэлектрическаяактивностьсердца, в результатечего прекратитсяподача импульсов, и пациент окажетсябез какой-либовнешней стимуляции.
В современныхэлектрокардиостимуляторахпринимаютсяразличные мерыпо повышениюих помехоустойчивости.Большое значениеимеет экранировкаэлектрическойчасти стимуляторас помощьюметаллическогокорпуса. Широкоиспользуютсяфильтры, защищающиестимуляторот высокочастотныхполей, применяютсяустройства, переводящиебиоуправляемыестимуляторыпри наличииинтенсивнойпомехи нафиксированныйритм, и другиесредства защиты.
Учитываябольшие уровниполей, создаваемыевысокочастотнымифизиотерапевтическимии хирургическимиаппаратами, пациенты сэлектрокардиостимуляторамине должны находитьсяв физиотерапевтическихкабинетах, атакже не должныподвергатьсяэлектрохирургическимвоздействиям.
ТехническоеисполнениеимплантируемыхЭКС
Прибор, имплантированныйв тело человека, работает вагрессивнойсреде (жидкоститела), имеетограниченныеэнергетическиересурсы и долженобладать оченьвысокой надежностьюс учетом того, что ремонт егоневозможен.Таким образом, при конструированииэлектронныхцепей имеетсямного ограничивающихтребованийнаряду с требованиемправильногофункционированияприбора.
Главнымтребованиемявляется минимальноеколичествопотребляемойэнергии. Ограниченностьразмеров ЭКСи требованиевысокой надежноститакже обусловливаютнеобходимостьминимизациичисла составныхчастей прибора, поскольку онсостоит издискретныхэлементов.Однако прииспользованиигибридных илимонокристаллическихинтегральныхсхем сложностьэлектронныхцепей не оказываетрешающеговлияния наразмеры ЭКС.Электрокардиостимуляторсостоит изнесколькихфункциональныхблоков. Наиболеепростой поконструкцииасинхронныйприбор состоитиз генератораимпульсов ивыходной цепи.УправляемыйЭКС кроме генератораимпульсов ивыходной цеписодержит ещеусилительбиопотенциалови цепи управления.Обычная схемавыходной цепиЭКС показанана рис. 3.26. ПослеотпираниятранзистораVT заряженныйконденсаторС разряжаетсячерез полноесопротивлениеткани Z. В промежуткемежду импульсамиконденсаторзаряжаетсяот источникаE черезсопротивлениеR. Полное сопротивлениеткани Z содержиткак активную, так и емкостнуюсоставляющуюи имеет нелинейныйхарактер. Уэлектродовс площадьюоколо 30 мм2активная составляющаяобычно находитсяв. пределах от300 до 500 Ом, а у малоразмерныхэлектродов(с площадьюоколо 10 мм2) — в пределах от500 до 600 Ом прииспользованииимпульсов самплитудой6,5 В. При меньшихамплитудахактивная составляющаяу малоразмерныхэлектродовдостигает 900Ом при пороговыхамплитудахоколо 1 В. Тканевоеполное сопротивлениеможно приблизительнопредставитьв виде различныхRС-цепочек.Типичнаяэквивалентнаясхема, в которойнелинейныеэлементы замененыпостояннымирезисторамии конденсаторамипоказано нарис. 1. Переключающийтранзисторможет такжеработать вкачестве элемента, ограничивающеговыходной ток, если выбратьток базы.
/>
Рисунок 1 –Выходной каскадна основе разрядаемкости
/>
Рисунок 2 –Выходной каскадна основе зарядаемкости
/>
Рисунок 3 –Эквивалентнаясхема нагрузкиЭКС (R = 600 Ом; С = 25 мкФ)
Таким образом, чтобы при заданномвыходном токетранзисторбыл вблизисостояниянасыщения. Принизком сопротивлениинагрузки выходЭКС обладаетсвойствамиисточникапостоянноготока. К выводамподсоединенстабилитронVD (диод Зенера), который предохраняетЭКС от поврежденияпри разрядедефибриллятора(см. рис. 2). Этоограничиваетнапряжениена выводахприбора в техслучаях, когдаприходитсяподвергатьдефибрилляциипациента симплантированнымЭКС.
Схему можномодифицироватьтаким образом, чтобы в периодгенерацииимпульса конденсаторзаряжался отисточника, ав промежуточноминтервалепостепенноразряжался(рис. 3). При этомисточник будетиметь импульснуюнагрузку ибудет сказыватьсяслияние еговнутреннегосопротивления, однако приповреждениивыходногоконденсатора(увеличениитока утечки)будет сохранятьсяфункция стимуляциии возрастатьлишь постояннаясоставляющаявыходногосигнала.
/>
Рисунок 4 –Выходной каскадс удвоениемнапряженияс одним конденсатором
В тех случаях, когда необходимообеспечитьболее высокоевыходное напряжениеимпульса, чемнапряжениебатареи, можноприменитьудвоительнапряжения.Примеры подходящихдля этого схемпоказаны нарис. 4 и 5. В схемена рис. 4 дваодинаковыхконденсатораС,1 и С2 заряжаютсяпараллельнонапряжениембатареи в промежуткахмежду импульсами.При отпиранииобоих транзисторовконденсаторысоединяютсяв последовательнуюцепь. Схемаудвоителянапряжения, изображеннаяна рис. 4, содержитлишь одинконденсатор.
/>
Рисунок 5 –Выходной каскадс удвоениемнапряженияс двумя конденсаторами
Генераторимпульсов.Генераторимпульсовдолжен вырабатыватьимпульсы сбольшой скважностьюи низкой частотойповторения.Пример схемыгенератораимпульсовприведен нарис. 6.
Цепи запирания.Частота повторениягенератораимпульсовопределяетсяпродолжительностьюпериодов зарядаили разрядаконденсатора.Изменениенапряженияна конденсаторепри зарядечерез резисторимеет экспоненциальныйхарактер, а призаряде токомпостояннойвеличины —линейный. Одиниз возможныхпринциповзапиранияиллюстрируетсяна рис. 7.
/>
/>
/>
Рисунок 6 –Схема генератораимпульсов
/>
Рисунок 7 –Иллюстрацияпринципа работыцепи запирания:1— напряжениена конденсаторе;2 — выходныеимпульсы; 3 —уровень срабатывания
Напряжениена конденсаторевозрастает, пока не достигнетуровня срабатывания, и цепь генерируетимпульс. Однакопри появлениикаждого комплексаQRS напряжениена конденсаторевозвращаетсяна исходныйуровень, и начинаетсяследующийинтервал ожидания(запирания).Если на протяжениивсего интервалаожидания непроизойдетеще одно запирание, то в конце этогоинтервалагенерируетсяимпульс. Примервозможной схемыреализацииэтого принципаприведен нарис. 8. КонденсаторС заряжаетсячерез резисторR2. При достиженииопределенногонапряжения(задаваемогоделителем R2,R3) генерируетсяимпульс ЕслиотопретсятранзисторVT, то разрядконденсатораС происходитраньше, и снованачинаетсязаряд, причемимпульс негенерируется.
/>
Рисунок 8 –Пример схемыгенераторастимулирующихимпульсов ицепи запирания; один конденсаторС определяетдлительностьимпульса ичастоту повторения
Имплантируемыйасинхронныйэлектрокардиостимулятор.Стимуляторпредназначендля лечениястойкой атриовентрикулярнойблокады сердца.Пригоден дляработы как сэндокардиальными, так и с миокардиальнымиэлектродами.Основные техническиеданные: амплитудапрямоугольногоимпульса 4,5±0,5В (при сопротивлениинагрузки 510 Ом); длительностьимпульса 1,2±0,2мс при длительностяхфронта не более0,1 мс и среза — неболее 0,2 мс; относительнаянеравномерностьвершины импульсане более 40%; частотаповторенияимпульсов 60-75имп/мин; габаритныеразмеры стимулятора50х51х21 мм; массане более 155 г.
Чреспищеводныйкардиостимулятордля неотложнойтерапии
Чреспищеводнаястимуляциясердца (ЧПЭС)заняла прочноеместо срединеинвазивныхметодов диагностикисложных заболеванийсердца. Достоинства– простота ибыстрота введениястимулирующегоэлектрода впищевод, неинвазивностьпроцедуры, отсутствиенеобходимостив хирургическойстерильностии в рентгеноскопическомконтроле, отсутствиеосложнений, относительнонизкая стоимостьпроцедуры иаппарата. Всеэто позволяетэффективноиспользоватьв условияхскорой помощии экстремальноймедицины, воперационных, отделенияхреанимациии интенсивнойтерапии приэкстреннойкардиостимуляциив случаяхвозникновения.
Чтобы в полнойстепени реализоватьтехнологическиедостоинстваЧПЭС в указанныхусловияхкардиостимулятор(КС) должен иметьмалые габаритыи массу, автономноепитание, бытьэкономичными простым вуправлении.
/>
Рисунок 9 –Структурнаясхема чреспищеводногокардиостимулятора
Высокаяэкономичностьдостигаетсяза счет примененияоригинальнойсхемы импульсногонакопителя, который в течениекороткогопромежуткавремени в пауземежду стимуляциейимпульсамипреобразуетпостоянноенапряжениеисточникапитания врегулируемоевыходное напряжение.Из накопителявыходное напряжениепоступает наформировательЭЗО, на выходекоторого формируетсяимпульсы длястимуляциисердца. Одновременнов формирователеЭНДО импульсынапряжениямасштабнопреобразуютсяв импульсы токаменьшей амплитудыи длительностидля эндокардиальнойстимуляциисердца. Частотаследованияи длительностьимпульсовзадаются генераторомимпульсовмостового типа(регулировки– на панели).
Наличиеимпульсов наобоих выходахконтролируетсяблоком светодиоднойиндикации.ФормировательЭЗО содержитсхему защитыот КЗ чреспищеводногоэлектрода, поэтому блокиндикациипозволяет такжефиксироватьКЗ или обрывчреспищеводныхэлектродов.
При падениинапряженияисточникапитания нижедопустимогоуровня блокконтроля питанияформируетзвуковой сигналв такт стимулирующимимпульсам, причем послепоявлениязвуковогосигнала стимуляторсохраняет своиметрологическиехарактеристикив течении резервноговремени, необходимогодля завершениястимуляциии замены источникапитания.
Наиболееважный блок– импульсныйнакопитель.ПреобразованиепостоянногонапряженияЕп в регулируемоенапряжениеUр осуществляетсяв 2 этапа: передачаэнергии в нагрузкув течениидлительностистимулирующегоимпульса Тии накоплениена конденсатореС энергии втечении временивосстановленияТвос послеокончания Ти.
На первомэтапе генераторимпульсовзамыкает ключК2, диод Д2 закрывается.
На второмэтапе схемауправлениякоммутируетключ К1 с частотой10-12 кГц. При замкнутомсостоянии ключаК1 энергия, отбираемаяот Еп, накапливаетсяв магнитопроводедросселя, апосле размыканияК1 передаетсяв конденсаторчерез открытыйдиод Д1 и Д2. Дроссельработает врежиме прерывистогомагнитногополя. При этомнапряжениеUс наконденсаторерастет до техпор, пока недостигнетзначения, задаваемогоблоком регулировкиамплитуды.Далее схемауправленияпрекращаеткоммутациюключа К1, оставляяего в разомкнутомсостоянии.
/>Такимобразом потреблениетока происходитлишь в теченииограниченногопромежуткавремени Твос, необходимогодля восстановленияэнергии вконденсатореС, а экономичностьстимуляторатем выше, чембольше паузамежду стимулирующимиимпульсами.
Рисунок 10– Схема чреспищеводногостимулятора
ЛИТЕРАТУРА
Системы комплексной электромагнитотерапии: Учебное пособие для вузов/ Под ред А.М. Беркутова, В.И.Жулева, Г.А. Кураева, Е.М. Прошина. – М.: Лаборатория Базовых знаний, 2000г. – 376с.
Электронная аппаратура для стимуляции органов и тканей /Под ред Р.И.Утямышева и М.Враны — М.: Энергоатомиздат, 2003.384с..
Ливенсон А.Р. Электромедицинская аппаратура. :[Учебн. пособие] — Мн.: Медицина, 2001. — 344с.
Катона З. Электроника в медицине: Пер. с венг. / Под ред. Н.К.Розмахина — Мн.: Медицина 2002. — 140с.