医用除颤器的现状及发展

缪佳 秦黎 傅红平 欧星

1 江苏省医疗器械检验所 （南京 210012）

2 飞利浦金科威实业(深圳)有限公司 （深圳 518000）

医用除颤器是一种应用电击来抢救和治疗心律失常的医疗电子设备，具有疗效高、作用快、操作简便以及与药物相比较更为安全等优点，是广泛使用的急救设备。其治疗原理是在短时间内，令高电压、一定强度的大电流通过心脏，使心肌各部在瞬间同时除极，消除心肌细胞活动的散乱状态，使异位心律暂时消除，让窦房结恢复主导控制心搏的功能，达到救治病患的目的。

除颤器的工作过程，是按照选定的除颤能量，由充电电路对除颤电容完成充电，得到高达数千伏的高电压，然后根据指令放电，通过除颤电极将电流注入病患体内。除颤的过程中，须进行心电分析并测量经胸阻抗，以确定除颤的能量、放电时机和放电波形。

1.除颤器功能模式及类型

除颤器根据其使用场合，大体分为两类：自 动体外除颤器（Automated External Defibrillator，缩写：AED）和除颤监护仪。AED 是便携式设备，不仅可用于医院内的急救，还可用于医院外的各种公共场合进行心源性猝死、心脏骤停等疾病的急救，无须医护人员方可使用，受过专业训练的人员即可操作。除颤监护仪应用于医院，能用于更多疾病，如房颤房扑一类心律失常的治疗及监护。从这个角度看，AED 属于除颤监护仪的其中一个功能模式，两者的治疗原理相同。

除颤器的基本功能模式一般有：AED，手动除颤，同步心脏复律。其中AED 模式是在除颤电击时，采用固定的能量序列来治疗心脏骤停。手动除颤模式下，需由医生手动控制除颤过程，并评估心电图来确认除颤或心脏复律的指征，从而选择合适的能量，实现最佳的治疗。同步心脏复律主要应用在房颤的治疗上，它在检测到心电波形中的R 波之后，立即向病人发送除颤脉冲。

除颤器根据除颤电极放置位置的不同，可分为体外除颤和体内除颤两类。体外除颤是将两个除颤电极，分别放置在胸壁的心尖和胸骨位置，构成除颤电流的放电回路。体内除颤又可分两类，一种是开胸手术对心肌进行电击，另一种是埋藏式体内除颤器（ICD）。埋藏式的最大特点是分层次治疗，有起搏，心律转复，除颤功能，并可体外遥控输出除颤能量大小等参数[1]。

2.除颤有效性的要素

除颤的临床机理是让足够的电流流经心脏，达到给心肌细胞除极的目的。为了实现有效的除颤，可以选用极高的除颤能量，从而得到足够大的经心电流。但这会给病人带来痛苦和危害，严重的甚至可能导致心肌的永久性损伤。而实际上在体外除颤时，除颤器发出能量中的绝大部分，都被无效地消耗掉，只有约5%的电流真正流经心脏。因此除颤的效率至关重要。为了提高除颤的效率，目前的除颤产品普遍采用双相波除颤，并采取阻抗补偿的方式来提高除颤成功率。

双相波是指在除颤放电过程中的某个时间点，翻转放电电流在病患身上的流向。一般放电电流的正向是由胸骨流向心尖，负向则反之。临床上已验证了这种放电方式的显著有效性。阻抗补偿只针对体外除颤而言，是指除颤前测量病患的经胸阻抗。该阻抗的典型值为50 欧姆，一般在20到200 欧姆之间。阻抗越大的病患，所需要的除颤能量越大。重复除颤能减少经胸阻抗，因此,一般第一次除颤不成功，会进行第二第三次除颤，这三次除颤的能量序列有固定式，也有递增式，不同的除颤器采取的能量序列方式不同。除颤器根据阻抗值自动调节除颤电容的充电电压和除颤放电波形，以达到最佳的治疗效果[2]。

3.除颤放电能量与副作用

除颤器对病患除颤的能量储存于除颤电容，储存的能量可高达360J。由于高能量始终与心功能损伤相关联，所以实际除颤能量的大小随着除颤放电波形的特点而变化。缘于电容放电的规律，除颤时对人体的放电峰值电流出现于刚开始除颤的瞬间，该峰值电流可高达30 多安培，对心肌伤害最大。放电电路一般使用电感来抑制电流峰值，以减少对病患心肌的伤害。

随放电波形变化改变能量大小和削减峰值电流，都不可避免地减少了除颤能量的传输。对经胸阻抗高的病人，往往达不到除颤的效果，而高能量作用到低阻抗的病人，则造成很大伤害。提高除颤的效果与避免心肌受到伤害本身是个矛盾。

4.除颤器主要厂商及其产品特点

为了提升除颤效率，降低患者损害，各大除颤器厂商采取改善除颤效果的技术各有特点，也即采用不同的放电波形。不同的放电波形，对应有效除颤所需的能量大小不同，并对应不同除颤产品开发技术的特点。选择低能量还是高能量，就产生了除颤器的两大分支。目前市场上除颤器的主流厂商中，比较典型的有飞利浦，ZOLL 和美敦力-菲康。飞利浦和ZOLL 走的是低能量路线，美敦力-菲康走的是高能量路线。这些厂家都在一定程度上获得成功，居于除颤器行业的第一流地位，并取得了相关专利。

图1. 飞利浦智能双相波

图2.美敦力-菲康的适应性双相波

图3. ZOLL 的M 型调整双相波

图1 所示的是飞利浦的智能双相波在固定低能量150J 时的放电波形。图中纵坐标是除颤电流值，越来越多的证据表明，除颤实际效果是看经心电流的大小，而非电压值的高低。从放电波形可以看出，除颤器根据病患阻抗自动调节放电能量和两个相位的放电时间。这种双相波是采用150-150-150J 不递增能量的双相波技术，针对高阻抗的病患，重复除颤能降低病患的阻抗，从而保证低能量也能获得有效的除颤成功率。该智能双相波的放电方式已被证实对各种病患的治疗效果，并获得AHA（American Heart Association）的IIa 级推荐。

图2 所示的是美敦力-菲康的200J 适应性双相波，这种双相波主要是通过高能量而非波形的变化来提高除颤的有效率。针对高阻抗的病患，通过稍微延长电流的持续时间来增加除颤的成功率。

图3 所示的是ZOLL 的M 型调整双相波，其特点是针对不同阻抗的病患，通过调整除颤电容的充电电压和动态补偿除颤器内部放电电路的阻抗，来提供相对恒定的方波电流。但这种补偿方式需要给除颤电容更大的充电能量，且损耗在补偿电阻上的能量是无意义的浪费。优点是它可采用100-120-150J 低能量递增的除颤方式，在降低了峰值电流的同时，提供更高的平均电流。

5.除颤器发展趋势

随着最新医疗科技和工程技术在医疗仪器领域的应用，除颤器也出现了新的发展趋势。除颤器的发展方向之一就是达到同样除颤效果的同时，能够实现除颤电击能量的降低，以及在自动识别各类心律失常方面的改进。因此更加安全、智能化和微型化除颤器的应用会越来越广。而植入式复律除颤器（ICD）的出现改变了医生关于心脏医护的看法。它能提供逐日的数据，使医生在心脏医护中发挥更积极的作用，甚至在许多情况下，医生不须见到患者本人。

植入式复律除颤器还有助于将重点转移至预防医护上，植入式复律除颤器可用来防止与心律缓慢或心律不齐有关的死亡。以往只有对心博停止或冠状动脉疾病的病患才植入体内除颤器，如今由于这种仪器能显著提高心脏医护质量，对非缺血性病人做早期预防，因此安装量大大增加。与有些起搏器一样，有些ICD 还可以记录心电图，供医生随后观察。目前最高水平的ICD 已将除颤、复律、起搏器等功能融合在一起。

6.结论

总之，医用除颤器的发展大大提高了其作为挽救患者生命的急救设备的重要作用。在保持甚至提高除颤有效率的基础上，逐步降低除颤所需要的电击能量是除颤技术发展的必然趋势，低能量能降低除颤对病患的损伤，这也是双相波除颤技术发展的原动力[3]。

[1] 王国宏，郑富强. 心脏除颤器的概况与技术进展[J].医疗设备信息，2006,21(5)：37-38.

[2] 李永雪，贾建革. 心脏电除颤技术及发展趋势[J].医疗卫生设备，2001(5)：36-37.

[3] Yamanouchi Y, Brewer JE, Mowrey KA, et al. Optimal small-capacitor biphasic waveform for external defibrillation [J].the American heart association，1998,98:2487-2493.