起搏器特殊功能—自动阈值测定

作者:许原[1] 郭继鸿[1] 
单位:北京大学人民医院[1]
  自动阈值测定是现代起搏器的主要自动化功能之一,目前自动阈值测定的方式有2种,其分别为Medtronic公司的Kappa 700型和Pacesetter公司生产的Affinity系列的起搏器。
  起搏阈值是指起搏器能够持续夺获,引起心肌除极的最低的起搏器输出功率。自动阈值测定功能是在起搏器内编排了自动进行阈值测定的程序。该功能首先能够识别起搏器所输出的功率是否能有效夺获,并按照规定的时间进行阈值检测。如果未到阈值检测的时间,而起搏器检测到有失夺获的情况,起搏器首先自动提高输出功率,立即自动测定起搏阈值,并在新测定的阈值的基础上,按照起搏器的规定自动设定新的输出功率。
一.设置自动阈值测定功能的目的
  在确保患者安全的基础上,以最低的起搏功率工作,以达到安全、节能的目的。
二.自动阈值管理(Capture Management)
  自动阈值管理是Medtronic公司Kappa 700型起搏器最重要是自动化功能之一。
  1.起搏电极导线的选择
  在低和高极化起搏电极中,由于夺获与失夺获两者的刺激除极波均不同(图1),Kappa 700的自动阈值管理功能中,由于改进了放大电路的敏感性,能够根据起搏信号后波形或斜率的变化判定是否有效夺获心室。因此,Kappa 700型起搏器应用的心室起搏电极导线为普通电极导线,不需要对心内膜电极导线和电极的极性加以限制,目前国际13个厂家生产的电极导线都可使用。

图1 低极化和高极化电极夺获失夺获时不同的电曲线
  箭头所指的波为失夺获形成的曲线
  2.自动阈值管理功能
  Kappa 700的自动阈值管理功能中,主要表现为自动测定起搏阈值、自动确定并随时调整起搏器输出电压及自动保护性起搏。
  3.自动阈值管理的工作方式
  ⑴ 起搏阈值搜索(Pacing Threshold Search PTS):起搏阈值搜索有3个步骤:①首先确定“支持事件”:所谓“支持事件”指测试时所程控的连续3个起博或自主节律;②测试脉冲:以当时程控的电压和脉宽为起点,测试脉冲的起搏频率为支持事件时的最快频率+15 ppm;③后备脉冲:每个测试脉冲后110ms发放后备脉冲,后备脉冲的强度是脉宽为1.0ms的程控电压,用于失夺获时的紧急起搏(图2)。

图2  起搏阈值搜索示意图
  起搏阈值搜索由可以分为非跟踪模式下的PTS和跟踪模式下的PTS 2种方式。非跟踪模式中“
  支持事件”的起博频率就是测试时的程控心率,“测试脉冲”的起博频率也是“支持事件”时的最快频率+15 ppm。而跟踪模式下的PTS,则将
  PAV/SAV间期缩短到“状态检查”中测量到的最短的AV间期,以便能够有效夺获心室(图3)。

图3 自动阈值测定过程
  ⑵ 测定时间-强度曲线(图4):通过自动测定起搏器的强度-时间曲线,以检测起搏器的输出功率阈值和阈脉宽,以便能够有效夺获心室,测定过程中
  共有3个步骤:①测定起搏电压的基本强度(基强度),是指在以1.0ms脉宽时,检测出的最小起搏电压的数值。②测定时值,时值是在2倍基强度的输出电压时所测定出的最窄脉宽;例如:如果测定的基强度为0.5V,测定时值的电压暂时固定为1.0V,并以1.0ms的脉宽为起点,逐渐缩窄脉宽,直到不能夺获为止,能够引起心肌除极的最窄的脉宽即为实际测定的时值。③在实际测定的基强度和时值的基础上,起搏器自动确定强度-时间曲线,此后,可以分别将基强度和时值×1.5~5倍,即为最后实际应用的起搏功率和脉宽(图5)。

图4 时间强度曲线

图5  测定起搏阈值与阈脉宽
  右侧第一个黑点表示脉宽1.0V时测定的阈值,左侧的黑点表示2倍阈值时测定的阈脉宽。
  经函数计算得出的抛物线表示在不同脉宽时的阈值,竖线区为阈下值。田字符号表示为脉宽
  0.4ms时的最适起搏电压。
  ⑶ 起搏阈值测定时间间期:有2种:①
  植入后30分钟;②测试间期可自行设定为1、7、14、28及42天。随访时,能通过程控仪将所有数据打印,可以及时了解患者的动态阈值变化(图6)。

图6 起搏器植入急性期阈值的变化
  起搏器植入1周内记录到的阈值变化曲线,横线表示自动测定的阈值,
  黑点表示起搏器自动确认及实际输出的起搏电压。
三.自动夺获功能(Auto Capture)
  自动夺获功能是Pacesetter公司生产的Affinity系列起搏器的重要自动化功能之一。Affinity系列起搏器有3种类型:5330(DDDR)、5230(DDD)和5130(VVIR)。自动夺获功能主要应用于心室起搏。
  自动夺获功能是在起搏器原有通过磁铁测定阈值(Vario)功能的基础上,增设的起搏器自身自动程控输出阈值的自动化功能。
  1.起搏器自动夺获功能
  ⑴ 起搏夺获的自动确认:起搏器刺激信号发出后,自动判定信号后是否跟随心脏的除极反应。为此,起搏器设置了2套感知系统,一套为ER感知系统,即对起搏器刺激后引起的心脏除极波(Evoked Response ER)加以感知。另一套是原有的心脏自发除极波感知检测系统。当起搏器发放刺激时,2套感知系统同时自动关闭,15ms后,ER感知系统立即开放,并持续47.5ms,其目的是检测起搏信号后有否心脏除极波(图7),如果没有检测到心脏除极波,则自动发放脉宽0.49ms,电压4.5V的备用脉冲。而心脏自发除极波感知检测系统则在有效不应期过后,才再次开放。

图7  ER感知系统检测心脏除极波
  A 起搏器发出脉冲后,ER感知系统感知了ER信号。
  B ER感知系统在62.5ms内未感知ER信号,立即发放保护性起搏。
  ⑵ 自动保护性起搏:凡是在起搏器信号后62.5ms内,ER感知检测系统未能检出心脏除极波时,起搏器即确认为失夺获,立即发放高能有效的脉冲(脉宽0.49ms,电压4.5V)夺获心脏,以确保起搏器应用的安全性(图8)。

图8 Holter记录到失夺获后起搏器发放备用脉冲
  图中箭头指第一个刺激信号是原起搏信号,紧跟其后的信号为备用脉冲
  ⑶ 自动测定起搏阈值:自动测定起搏阈值的间期有2种,①
  每隔8h自动测定一次;②当原有的起搏电压2次失夺获时,起搏器则立即检测起搏阈值,并重新确认新的起搏电压。
  ⑷ 起搏电压的自动确认:自动测定起搏阈值后,在起搏阈值的基础上自动增加0.25V作为新的起搏电压。 
  自动夺获型起搏器可以将每次测定结果应用坐标图显示,使得随访医生能够及时了解患者起搏阈值变化的情况(图9)。

图9  起搏器记录的起搏电压变化曲线
  起搏器自动测定阈值后,在阈值的基础上增加0.25V,即为起搏电压
  2.起搏电极导线的选择
  由于自动夺获型起搏器检测起搏阈值、有效降低起搏电压并确保安全的因素是刺激信号15ms后没有过高的局部极化电位影响。局部极化电位的形成是电极发放刺激后,阴离子远离电极形成1次放电,此后,阴离子返回电极周围,形成了反向电流,其引起的电位差称为2次放电,又称作局部极化电位(Lead Polarization)。普通电极(高极化电极)的局部极化电位很高起搏器不能鉴别心脏除极波与局部极化电位,因此,自动夺获型起搏器必须使用低极化电极,以确保起搏器安全起搏。
四.自动阈值测定功能的临床意义
  两种方式的自动阈值测定功能有各自的独到之处,可以通过下表得到较全面的了解。无论如何,自动阈值测定功能的问世是起搏工程学中的一场革命,也是人工心脏起搏器走向自动化的一个里程碑。其临床意义可以总结为6个字:安全、节能、省时。
  2种方式的自动阈值测定功能的比较

    2015/12/17 21:31:02     访问数:2094
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