[发明专利]用窄脉冲实现低能量除颤的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于脉冲除颤技术领域，具体涉及一种能显著降低除颤能量的方法与装置。

背景技术

室颤是一种严重的心律失常，可由多种心脏病因(如心肌缺血、心肌病、心肌梗死、药物中毒等)及非心脏病因(如触电、溺水等)引起，剧烈运动造成的特发性室颤也并非罕见。室颤发作时，各心肌细胞处于非协调、不同步的颤动状态，整个心脏丧失了泵血功能，患者由于心、脑等重要脏器的缺血、缺氧而发生突发性死亡，谓之心源性猝死(SCD)。在室颤发作后的8～10分钟内如不能将其终止(除颤)，病人的存活几率几乎为零。

目前，临床上终止室颤的最有效方法是电击除颤。通常采用高压(1000伏以上)，大电流(数十安培)电击心脏，使心肌的所有电活动被瞬间抑制，继而恢复窦性(正常)心律。

从上世纪60年代Lown提出直流脉冲除颤方法以来，按此原理设计的体外除颤器(External Defibrillator)已广泛地应用于心脏急救。上世纪80年代，Mirowski发明的植入式心脏除颤器(Implantable Cardiac Defibrillator，ICD)亦已成功地用于恶性心律失常患者的长期治疗，以防发生猝死。目前世界上已有十数万人植入了ICD。

电击除颤固然有效，但过高的电击能量(体外除颤需360焦耳，植入式除颤需30焦耳)不仅造成电极贴靠部位皮肤的灼伤、水肿，更给患者的身心带来伤害(高能电击后，表征心肌缺血的S-T段会抬高，表征心肌收缩能力的EF值，动脉压AP会降低)。1990年，双相除颤法(Biphase Defibrillation)的提出，使体外除颤的能量大约降低了50％(200焦耳)，心肌损伤明显降低。ICD中亦已采用双相脉冲除颤。对ICD而言，除颤能量的降低还意味着延长ICD的使用寿命，减少手术更换次数及降低医疗费用的开销。

综上所述，在保证除颤成功率的前提下有效降低除颤能量是电除颤方法研究的核心问题，具有重要的临床价值。

发明内容

本发明出于减小电击除颤对人体特别是心脏的损伤，延长除颤器的使用寿命以及减小除颤器体积等目的，提出一种在保证电击除颤成功率的前提下，有效降低除颤能量的方法与装置。

自从上世纪60年代以来，无论体外和体内除颤都采用10-12ms脉宽的直流电击，然而，采用常规的除颤电击，室颤的终止往往发生在电击的初始时的2-5毫秒内，脉冲电击的持续时间过长，无助于除颤，反而有损于心脏。

本发明提出的用窄脉冲方法实现低能量除颤，具体来说，采用脉冲电击除颤，当放电波形为双相指数截尾波时，每次电击的脉冲总宽度为0.5mS～4mS，优选0.5mS～4mS。

本发明方法的提出基于以下依据：

依据1.室颤发生时，心肌各部位除极时刻不同，激动混乱、传导无序，变幻莫测，处于混沌状态。但是在任意时刻，总有部分心肌细胞脱离了不应期而能响应外来刺激并发生除极。而其余的心肌细胞处不应期(每次激动后的休整期，大约100～200mS)，两者无规则地进行交替以维持室颤。若能使整个心室的细胞都进入不应期，则室颤即可终止。

采用电击除颤就是在短时间内对心脏施加电流，使整个心室进入不应期。心肌杂乱无章的电活动被终止，达到治疗的目的。

对于心肌细胞，只要流入细胞的电流达到除极阈值，便可引起除极。细胞除极的阈值取决于流入细胞的电流是否能使其静息跨膜电位E_m从-90mv提升到-65mv左右。而ΔEm=ΔQCm,]]>其中C_m为膜电容，约为1μf/cm²；ΔQ进入细胞膜的净电量。可见，注入细胞内的电量(电流×脉宽)决定了除极阈值。这一关系也适合于起搏，而且已得到普遍的确认，并以有名的“起搏阈值的强度—持续期曲线”表达(图1)。

当然，脉冲电击除颤的成功与否还取决于下列因素：(1)、电击的强度，常用能量表示，(2)、电流在心肌中的分布，(3)、心脏本身的功能(健全性)。本发明只涉及因素(1)。

起搏电流阈值的强度—持续期曲线，可由下式表示：