1、医用治疗仪器,医用治疗仪器,医用治疗仪器是指利用物理方法进行治病的仪器。这类仪器利用热、光（辐射）、电、磁、机械能等物理量作用于人体，达到治疗疾病和缓解病痛的目的。,医疗器械分类目录： 6821 医用电子仪器设备,医疗器械分类目录： 6826 物理治疗及康复设备,医疗器械分类目录： 6826 物理治疗及康复设备,6823医用超声仪器及有关设备,6825医用高频仪器设备,6824医用激光器设备,6858医用冷疗、低温、冷藏设备及器具,6832医用高能射线设备,6830医用X射线设备,主要内容,心血管系统治疗与修复装置 心脏起搏器：原理、分类、组成等 心脏除颤器 冲击波碎石 体外冲击波碎石机 体内
2、冲击波碎石机,心血管系统治疗与修复装置,生物学和生物物理学研究表明： 使用刺激技术可兴奋细胞与组织（如神经细胞、肌肉组织）的机能。 另一方面，可通过细胞和组织对电刺激的反应来判断器官是否存在疾病的病理变化。心脏起搏器除颤器电刺激器,6.1 电刺激控制和替代生物机能,伽伐尼（Luigi Galvani,17371798） 1780年的一天，伽伐尼的妻子根据丈夫的嘱咐用蛙腿做菜肴，她把剥去皮的青蛙随手放在起电机旁的金属板上。并取了一把解剖刀，解剖力很偶然地触及到了青蛙的腿神经，这时起电机刚好飞过一个火花，青蛙腿猛地抽搐了一下 。,伽伐尼的蛙腿实验,1786年，伽伐尼在一间密闭的房间内做了这样的实验
3、：用铜钩勾住蛙腿，平放在玻璃板上，再用一根细长的弯铁杆，一端去接触铜钩，另一端去碰蛙腿，蛙腿会痉挛，同时出现电火花。 经过反复实验，他认为痉挛起因于动物体上本来就存在的电，他还把这种电叫做“动物电”,伏打与伽伐尼,伏打（Volta）亲自实验后，发现伽伐尼的解释不对，他指出，伽伐尼电在本质上是两种不同金属和湿的动物体连在一起引起的，不是动物电而是金属电。 伏打的异议，促使伽伐尼进行更加严密的实验，很快修正了自己的解释，并从实验中获得了动物体内确实存在动物电的新证据，从而为一门全新的学科电生理学的建立奠定了基础。,6.1 电刺激控制和替代生物机能,20世纪50年代，电刺激装置实现了小型化和低功耗，
4、可靠性提高，研制出植入人体内的材料和长寿命的电池等，这些生物医学工程技术发展使得电刺激技术在临床中获得应用。 临床中应用电刺激兴奋所产生的生物反应来达到治疗疾病或替代生物机能的目的。,电刺激方法,心脏起搏器 除颤装置 控制麻痹肢体 消除慢性疼痛 使大脑皮层产生视觉 刺激耳蜗，补偿听觉 促进骨骼生长和愈合 刺激大脑皮层，使动物产生愉悦，控制动物行为,电刺激与电兴奋的关系,电刺激的基本参数：刺激脉冲宽度、脉冲幅度、重复次数。 通常刺激脉冲波形为矩形脉冲，通过改变矩形波刺激电流的脉冲宽度来测量引起兴奋的最小脉冲幅度（阈值），可得：,说明：电刺激与电压和电流有关，还与刺激作用的时间有关。通常电刺激的脉
5、冲宽度总取在时值的附近。,电刺激与电兴奋的关系,强度阈值和时间阈值 当刺激强度减弱到低于强度阈值以下时，无论刺激时间怎样延长，也不能引起组织兴奋。 当刺激作用时间小到时间阈值以下时，即便增加刺激强度，也同样不能引起组织兴奋。,电刺激与电兴奋的关系,刺激强度的变化速率和刺激重复次数（或刺激频率）也对刺激效果产生影响。 对于强度缓慢增加的电刺激，即使超过矩形脉冲强度的几倍也不一定引起组织的兴奋“适应” 刺激频率取决于兴奋的不应期，一般为100Hz。 如果频率过大，不能有效引起组织兴奋，产生热效应，使组织产生理疗的作用。,电刺激有关技术,1.刺激电极：生物体的兴奋组织与刺激电路之间的转换器。 用小能
6、量刺激 对生物体的兴奋组织不造成机械损伤和化学损伤 电极本身在机械上坚固、在化学上稳定 只对所需的兴奋部位施加有选择的刺激,电刺激有关技术,2.刺激电极的种类 金属电极：目前电刺激所使用的刺激电极几乎都是金属制成的。为了不致因化学反应造成电极本身的溶解和腐蚀，需要采用化学性质稳定的铂、铂铱合金或不锈钢。 电容性电极：在金属电极表面覆盖一层电介质薄膜电容，可防止金属电极产生化学反应。,电刺激有关技术,3.电源问题：电源要求寿命长、安全、使用方便、体积小、质量轻、电量大等。 4.电路封装方法和植入人体的材料 电路封装的目的：将电路的导电部分与生物组织绝缘；防止生物体组织液浸入电路造成故障；保持电路
7、的机械强度；减少由于植入而引起的生物体排异反应。 植入材料要求在机械、电学和化学方面性能稳定，减少生物体的不良反应。,6.2 心脏起搏器,如果因心脏疾病和先天缺陷（如窦房结、房室结、希氏束及左右束支阻滞）而使心率紊乱或心脏传导受阻，导致心脏泵血功能被破坏，就会很快丧命。 人工心脏起搏器：用一定形式如脉冲电流刺激心脏，使人工产生的兴奋脉冲有规律或按需要，以一定幅度和频率释放给心脏的装置。,心脏起搏器的发展历史,1932年Hyman创制一台用针刺入心脏起搏的重达7.2kg的仪器，命名为人工心脏起搏器。 1952年，Zoll创造用脉冲电流经胸壁刺激起搏的方法。 1958年，Furmam开创心内膜电极
8、起搏技术。同年由西门子公司安装了世界上第一个埋藏式起搏器。 20世纪70年代以来出现心房心室顺序起搏的心脏起搏器。 80年代后期起搏技术有了突飞猛进的发展。,心脏起搏器的发展,随着起搏器功能的增加，起搏治疗的适应症也在增加。 起搏器的电池寿命有了很大改善，可达15年以上。 体积越做越小，最小的起搏器质量只有12.8g，体积5.9cm3，如同一枚一元硬币。 我国从1976年开始研制起搏器，至今已可以生产以锂电池作能源、钛钢全密封、厚膜电路按需型埋藏式心脏起搏器。,心脏起搏器的基本结构,心脏起搏器能产生一定强度和宽度的电脉冲，通过导线和电极将电脉冲释放给心脏，刺激心肌有节律的活动。 基本构成单元：
9、,电源,振荡器,脉冲 输出电路,刺激电极,导线,心脏起搏器临床适应症,1.长期起搏器适应症 房室传导阻滞 三束阻滞伴有心脑综合征 病态窦房结综合征 2.临时性起搏器适应症 指心脏病可望恢复，紧急情况下保护性短时使用的心脏起搏。 一般适用于仅使用几小时、几天到几个星期的紧急抢救的垂危病人。,心脏起搏器分类（1.置入方式）,1.置入方式 感应式；脉冲发生器在体外，体内无电源，但接收效果不佳，易受高频磁场干扰且仅构成固定性起搏，已趋于淘汰。 经皮式（体外携带式）：起搏器参数可外部调节，但导线经过患者皮肤容易感染，且携带不便，仅适用于临时抢救。 埋藏式：全部埋植于皮下，适合于永久性起搏。目前大多数临床
10、使用的起搏器属于此类，但电池使用寿命有限，约10年。,心脏起搏器分类（2.起搏方式）,固定型起搏器： 起搏器始终发出固定频率、幅度的电脉冲，不受自主心率支配。 缺点：患者自身的搏动与起搏器节律发生竞争，有可能诱发心室纤颤或室性心动过速而危及生命。仅适用于完全性房室传导阻滞和永久性窦性过缓。 优点：电路简单，可靠性高，价格便宜，有时被临床应用。,心脏起搏器分类（2.起搏方式）,R波抑制型（又称按需型） 不仅能对心脏发放刺激脉冲，而且能接受来自心脏R波的控制。 原理：当心脏自搏心率超过起搏器的速率时，起搏器被抑制而停止发放刺激脉冲；当心脏自搏心率低于起搏速率时，起搏器输出脉冲刺激心脏起搏。 它是按
11、病人需要而工作，所以称为按需型起搏器。,心脏起搏器分类（2.起搏方式）,R波抑制型的一般结构框图,感知 放大器,按需功能 控制器,脉冲 发生器,心室电极 （检测R波）,心脏起搏器分类（2.起搏方式）,R波抑制型（又称按需型） 优点：避开了易激期，克服了固定式起搏器与心脏自搏发生竞争心率的缺点。另外由于不发生无用的刺激，从心脏生理和电能消耗来看都比较合理。 适应症广泛，高度房室传导阻滞、病态窦房综合征、甚至某些具有心律紊乱的完全性房室传导阻滞的患者均可采用。在临床应用广泛，占90%左右。,心脏起搏器分类（2.起搏方式）,R波触发型（又称备用型） R波出现时，起搏器立即被触发出一个脉冲，落在绝对不
12、应期内为无效脉冲。在下一个起搏脉冲将以R波出现前的时刻为起点重新安排，如果规定时间内无自身心搏，则发放脉冲；以后如果出现自身心搏R波，则起搏器又被触发、重复上述过程。 优点：只要起搏器工作正常，脉冲总是存在。 缺点：有无效脉冲，功耗较大，临床应用较少。,心脏起搏器分类（2.起搏方式）,P波同步起搏器 其原理是心房活动时产生的P波经过心房电极送给起搏器进行放大，并延迟120ms，再触发起搏器，通过电极向心室发送刺激脉冲。心室活动受到心房电极的控制。 三个电极：心房安置一个，用以感知心房活动的心电；心室安装两个，用以传递电脉冲（左支、右支） 缺点：仅适用于房室传导阻滞患者，不能用于窦房结综合征患者
13、。,心脏起搏器分类（2.起搏方式）,房室顺序型起搏器 原理：每次刺激先发放一个脉冲刺激心房起搏，经过延时后在发放一个脉冲刺激心室起搏，以此方式保持激动的生理顺序。 心房和心室各安装一个刺激电极。 双腔按需型起搏器 两个相关脉冲发生器，按一定时序先后发放起搏脉冲，使心房和心室的起搏都在按需方式下进行工作。,心脏起搏器分类（2.起搏方式）,程序控制型起搏器 体内部分：在一般埋藏式起搏器的基础上增加数字电路，具有记忆、保持等功能。 体外部分：由控制装置和电磁铁组成。控制部分可以按照需要任意改变起搏参数和起搏器工作方式（即类型），并发出编码的磁脉冲，将磁信号传给体内的起搏器。 新型起搏器，应用范围十分
14、广泛。,心脏起搏器的电源,1）锌-汞电池 优点是内阻低、放电性能平坦；缺点是漏碱、胀气、自放电高、搁置寿命短、汞比重大等 在锂电池出现后已逐步被淘汰。 2）锂电池 放电特性平坦，质量和体积小，无泄漏和涨气等致命缺点，自放电很低。 是目前采用得最多的电池。,心脏起搏器的电源,3）核素电池 是目前电源中寿命最长的一种，预计可达20年。但价格昂贵，体积和质量大，放射线需要严格防护，临床使用还有待完善。 4）“生物燃料”电池 利用血液中的氧和葡萄糖的氧化反应产生电能。 体积微小，可作为终身电源。 但易于感染、反应物影响血液成分、电特性不均匀等，仍处于试验阶段。,心脏起搏器的电极,导线（起搏导管）和电极
15、的作用： 将起搏脉冲传到心脏 治疗电极 将R波或P波电信号传给感知放大器 测量电极 要求： 电极形状合理，材料良好，面积适当减少 物理、化学和机械强度都有很高的要求。导线和电极大多数用硅橡胶作外套，用爱尔近合金优质材料作导线和电极。,6.3 心脏除颤器,又称电复律机，是一种能将脉冲电流输入到心脏，以消除心脏颤动，使之恢复窦性心律的近代医疗电子仪器。 心室颤动的治疗除颤 其他心动过速的治疗复律 治疗对象：患者发生严重快速心律失常时，如心房扑动、心房纤颤、室上性或室性心动过速等，往往造成不同程度的血液动力障碍。,心脏除颤器的作用,起搏器和除颤器都是利用外源性的电流来治疗心律失常的装置。 不同之处：
16、除颤器用电击复律心脏整体功能，作用于心脏的是一次瞬时高能脉冲，持续410ms，电能为40400J(Ws)。其作用是用较强的脉冲电流通过心脏来消除心律失常，使之恢复窦性自主心律，尤其适合出现心室纤颤的患者。,心脏除颤器的一般原理,电压振荡变换器将直流低压变换成高压脉冲，经高压整流后向储能电容C充电。 除颤治疗时，控制K动作，切断充电电路，C、L及R（人体与电极的接触电阻）构成串联谐振衰减振荡回路。,心脏监护除颤器,6.4 电刺激器,电刺激器是一种能产生一定波形的电脉冲仪。其强度、频率、变化形式等参数均易于精确控制。 可结合中国传统的点穴疗法与西方的经皮神经电刺激原理，利用微量电流刺激特定穴位、神
17、经、肌肉和细胞来激发身体的自疗机制，实现人体功能的替代或补偿。,电刺激器的应用,1）生物学实验 2）功能性电刺激 FDA批准进入临床的植入式电刺激器： 脑神经电刺激：利用磁共振立体定向技术治疗帕金森病。将电极插入脑内核团，刺激器发出电频电脉冲刺激脑内核团，从而控制症状。 膀胱功能电刺激：产生生理所需的电刺激信号，通过适当方式传输给骶神经前根，以实现截瘫患者的生理排尿功能。,6.4 碎石机,结石主要发生在：胆道，泌尿系统的肾脏、输尿管、膀胱等系统。 传统治疗：开放式手术，痛苦 冲击波碎石术：减小或避免了较大的手术冲击波能量 结石 破碎 自然排出,冲击波碎石原理,利用冲击波在组织和结石两种声阻抗不
18、同的传播介质的界面产生压应力（结石前界面）和拉应力（结石后界面），使结石从表面逐渐剥脱破碎，将不能自行排出的大结石破碎成能够自行排出的碎块。,冲击波对软组织的影响,1）结石与周围组织的声阻抗率差别大，作用力较强人体软组织之间声阻抗率差别小，作用力较弱。 2）结石是脆性物质，抗张强度较低人体软组织的柔性，抗压、抗张强度都较高。因此，冲击波能够击碎软组织中的结石，而不损伤周围组织,体外冲击波碎石机的装置原理,.冲击波发生器：电源、充电电路、触发电路、计数器及放电电路 .聚能部分：采用半椭球反射体，把椭球一焦点处由高压放电产生的冲击波能量汇聚到第二焦点处，粉碎该处的结石 .定位系统：利用人体影像系统确定结石与焦点的位置关系，通过机械调整反射体与人体的相对位置，使体内结石准确地置于反射体的第二焦点处 .触发信号及患者心电监护：治疗过程中对患者进行监护，一旦出现异常，立即关机。,体内冲击波碎石装置原理,冲击波能量 内窥镜 结石部位，碎石、冲洗、吸出,本章小结,医用治疗仪器 心血管系统治疗与修复装置 心脏起搏器：原理、分类、组成等 心脏除颤器 冲击波碎石 体外冲击波碎石机 体内冲击波碎石机,
