一种基于单电极实现CRT治疗的心脏起搏器及心脏起搏系统的制作方法

本发明属于医疗技术领域，具体涉及一种基于单电极实现crt治疗的心脏起搏器及心脏起搏系统。

背景技术：

目前，临床常规crt技术在临床应用中，大都采用植入三根电极导管，分别植入右室心尖部，右房心耳，左室。其中左室电极导管通过冠状窦后，进入靠近左室侧壁后的静脉，实现心外膜起搏。具体来说，就是在左心室的静脉，右心室心尖，右心房放置共三根电极，以实现右心房(ra)和左右双心室起搏模式。通过设置起搏脉冲发生器的个体化房室间期(a-v间期)、室内传导间期(lv-rv/rv-lv间期)、感知性能、起搏性能、频率应答、感知响应、起搏/感知极性等参数，力争实现心电图qrs波最窄，房室顺序最佳，超声心动图心室同步性指标(e-a、vti、mr、lvedd、lvef、ivmd及spwmd等)最优，患者症状最轻及并发症最少，从而达到改善chf患者症状与预后的治疗目的。尽管crt对失同步化的chf患者的治疗取得了令人瞩目的成绩，但部分chf患者对crt低反应，甚至无反应仍然困扰着患者和临床医生。

目前临床研究显示，适应证患者术前的qrs波越宽、植入crt后qrs波时限越窄，患者对crt的反应率越高；而适应证选择不当(如植入时机过晚)、lv电极定位不佳或脱位、crt参数未动态优化、药物治疗和心理干预不当、并伴有其他合并症等因素，则可能导致近三分之一的chf患者，对crt治疗无反应，其中排在第一位的影响因素就是不恰当的a-v间期。为了获得100％的双心室起搏，往往需要设置较短的a-v间期，但过短的a-v间期可缩短心室舒张期时间，导致心室提前收缩、二/三尖瓣提前关闭，不仅减少心输出量，还削弱了心房“辅助泵”的功能。单独lv起搏可延长右心室充盈时间，增加肺动脉血流，减少静脉系统淤血，间接增加了患者血氧含量及左心回血，减少房室瓣返流，延缓甚至逆转心室扩大。由于绝大多数chf患者为窦性心律，房室结功能无明显异常，且远期发生房室传导阻滞的风险较低，故单纯lv起搏，而非双心室起搏，是否可能恢复心室同步性，引起了学界的兴趣。

eater-earth注册研究及一些样本量略小的非劣性临床研究发现，以crt起搏对lvef(左室射血分数)≤35％、合并完全性左束支传导阻滞，即lbbb(qrs宽度≥130ms)的患者，经过为期6～12个月的随访观察，发现单纯lv起搏的crt治疗，对患者临床状况、运动耐量、lv内径及功能等指标的改善程度，与左右双心室起搏的crt治疗效果相近。荟萃分析也进一步肯定了单纯lv起搏的crt治疗，在心室机械运动失同步的心功能不全患者的地位。

基于以上针对crt基本工作原理的分析和目前crt技术发展的现状，针对房室结(av)以1：1正常下传，且没有严重缓慢性心律失常的lbbb患者，若经临床诊断适宜执行crt起搏治疗，则对右房的起搏可以不予考虑，从而省去一根电极导管。可是放弃右房电极,对crt治疗技术而言，将意味着无法获取右心房(ra)信息，更关键的是无法通过硬件和软件获取as-vs/vp间期，以致于无法执行crt治疗所必须的as-vp自动搜索扫描程序，无法寻求到crt治疗所必须的通过扫描搜索过程寻找发生最窄vp，当然也不可能发现crt治疗所必须的最窄vp(qrs)对应的as-vp间期。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于单电极实现crt治疗的脉冲发生器，通过单一电极，使脉冲发生器获得静息状态下的as-vs信息，并以as-vs间期为基础，寻找发生最窄v波相对应的as-vp间期。

本发明的技术方案为：一种基于单电极实现crt治疗的脉冲发生器，包括外壳以及位于外壳内的脉冲发生系统，所述外壳包括金属上壳体、金属下壳体以及位于金属上壳体和金属下壳体之间的绝缘隔离层。

本发明根据人体心电容积导电和区间心电电位的原理，以及临床放置埋藏式心脏起搏器的人体解剖位置，直接将置入人体的crt脉冲发生器的金属外壳，与植入左室的起搏电极之间构建的心电容积电场引发的电位，实施放大和采集。正因为常规临床放置埋藏式心脏起搏器的位置在人体右锁骨或左锁骨下，其解剖部位距右房或左房相对较近，无论临床安置crt脉冲发生器是植入人体右锁骨下，还是左锁骨下部位，均可由于人体心电容积导电诱发的心房电活动存在，尽管此电位相对很小(微伏级)。值得庆幸的是，crt脉冲发生器放置的囊袋位置是在皮下，而非皮上。注意，crt脉冲发生器的金属外壳置于皮下的阻抗，相比置于皮上，两者的阻抗差比是1:100以上。此外，植入左室的起搏电极直接贴附在左室心外膜，其电位会更大。说明通过置入人体的crt脉冲发生器金属外壳与植入左心室起搏电极之间的房室心电电位差，可通过单路双极对称式心电生物放大器，获取到av信号，并确保crt治疗技术所必需的a-v间期的硬件设计是可行的。不能突视的问题是，传统置入人体的埋藏式心脏起搏器，也包括现今的crt脉冲发生器，常规外壳设计均为起搏器非常重要、且不可缺少的零电位电极，被整体置于人体皮下。可现在我们将其作为接收av信号的正极使用，那么埋藏式心脏起搏器，也即crt脉冲发生器的零电位电极该如何存在？为了实现单路双极对称式心电生物放大器(正极、负极、零电极)对av信号采集，也为了crt双极起搏左室(需要地电极，即与前置生物放大器共零电极)脉冲发放，零电极(地电极)亦必须存在。

因此，依据人体为阻容抗体的原理，我们将传统埋藏式心脏起搏器(包括crt脉冲发生器)的金属整体外壳，以其厚侧位一分为三，即为金属上壳体、金属下壳体以及位于金属上壳体和金属下壳体之间的绝缘隔离层，金属上壳体构成脉冲发生器零电极；金属下壳体构成脉冲发生器av信号采集的正极；中央部分(绝缘隔离层)为高绝缘聚氨酯隔离层，将上述2电极上下分开。即以置入左锁骨下囊袋的crt脉冲发生器外壳下部(金属下壳体)作为av采集的正极、外壳上层(金属上壳体)作为零电极，植入左室心外膜起搏电极(例如若起搏导管为四极时，其中两个电极导通)，作为av采集的负极，通过外接的程控仪和多导心电生理记录仪，可以记录到实验性av信号，使脉冲发生器获得静息状态下的as-vs信息，并以as-vs间期为基础，寻找发生最窄v波相对应的as-vp间期。

其中，脉冲发生器在完成其安置后的所有工作状态下，同样可以，而且也是必须通过脉冲发生器外壳电极与置入左室的电极，独立记录到单路as-vs/vp双极对称式心电生物放大信号，以实现crt患者在离开医院的状态下，crt-gy2脉冲发生器可以根据医生对crt基本参数设置，自动进行as-vp扫描搜索，寻找发生最窄vp所对应的as-vp间期，并开始执行定时性crt起搏治疗程序。

本发明中绝缘隔离层的材料可以采用多种现有绝缘材料，作为优选，所述绝缘隔离层为聚氨酯材料制成。

作为优选，所述金属上壳体的高度为6～8mm，所述金属下壳体的高度为6～8mm，所述绝缘隔离层的高度为3～5mm。

作为进一步优选，所述金属上壳体的高度为7mm，所述金属下壳体的高度为7mm，所述绝缘隔离层的高度为4mm。

现有的crt起搏技术，通过ra电极发放起搏脉冲并接收ra信号；通过rv电极发放起搏脉冲并接收rv信号。同时将采集到的ra和rv独体心电信号，通过计算机软件合成，构建as/ap-vs/vp间期。造成其结构上2路心电放大器并存、双路a/d采集等硬件和软件的繁琐，设计者只得将crt技术必须的大量工作和众多的功能模块，转移至crt相关的程控仪去完成；而crt脉冲发生器本身根本不具备独立智能化处理a波、v波和as-vs的信号的功能，也更无从执行as/ap-vs/vp间期自动扫描搜索程序。它只能由医院专职医生和医学工程人员，通过其相关的程控仪，执行as/ap-vs/vp间期自动扫描搜索，以寻找发生最窄v波所对应的as/ap-vs/vp间期，并将此间期，作为crt执行参数，通过程控仪发送给crt脉冲发生器，再重新命令crt脉冲发生器以此as/ap-vs/vp间期，进行持续不变的固定as-vp方式的crt起搏治疗，直至下次crt患者到医院，再行改变crt脉冲发生器工作参数。这就是现在crt患者必须随时定期到医院随访的主要缘由。因此，现今国外的crt起搏技术系统，仅就目前crt脉冲发生器本身所具备的功能、结构设计、智能化程度、临床实际应用、以及临床上crt患者因病理生理参数发生改变的crt技术适应性等诸多方面而言，尚存在许多疑问，也为继续深入研究和开发crt技术，提供了可再发展的潜力空间。

作为优选，所述脉冲发生系统包括：

心电信号前置放大电路，采集crt患者的a-v信号并将a-v信号放大；

a/d转换模块，用于将所述心电信号前置放大电路放大后的a-v信号转换为数字信号；

mcu控制器，用于接收a/d转换模块输送的数字信号，并根据接收的数字信号计算得出起搏参数；

起搏脉冲发生器，受控于mcu控制器，根据mcu控制器发出的控制信号发生脉冲信号；

起搏脉冲控制器，用于接收mcu控制器发出的起搏参数，并根据接收的起搏参数控制脉冲发生器输出的脉冲信号参数；

电源，用于为脉冲发生器提供电能。

本发明中脉冲发生器工作的初始参数由其配套的程控仪控制，在心电信号前置放大电路采集到的弱a-v信号，并经心电信号前置放大电路放大处理后，进入a/d转换模块处理成数字信号，按mcu控制器内系列程序逻辑算法，对该信号再进行数字信号幅值处理、高通和低通数字滤波、50/60hz数字陷波、相位计算、x轴a-v波形拐点斜率离散分析等处理，以提供执行crt起搏功能所需要的as-vs/vp间期和vs/vp时限的数据。

由脉冲发生器的mcu控制器指定端口，按程序发出正向ttl脉冲，激励刺激脉冲放大电路向脉冲发生器的电极端口，输出crt治疗刺激脉冲。本发明的刺激脉冲形态可具有正向/负向/双向可选，默认形态负向。脉冲宽度0.1～1.0ms，步进±0.1ms，10档可选。刺激脉冲电压范围1～10v，步进±1.0v，10档可选。基础刺激脉冲ts1s1＝2000～400ms(30～150ppm)之间选择设置。

对ra和lv心腔内电图识别和测量的可靠性，是关系到整个crt治疗是否成功的最大影响因素之一。传统心电生理系统对心腔内心电信号的处理方法，均是基于心腔内信号频谱的主要成分,即频率相对较高的、无序的高次谐波。因此普通心电生理设备对心腔内电信号的涉取，主要是放大其高端频率信号源，摒弃其低端频率信号源；获取的图形通常是提供临床心电生理定性分析和手动测量时间使用。传统埋藏式心脏起搏器对心腔内心房或心室信号的采集，也不涉及对信号源的时间轴测量和计算，大都是将采集到的心腔内信号经过比较级电路，转化为ttl电平传给cpu控制中心，作为计算心率和感知使用。

本发明的脉冲发生器是在ddd/dddr起搏脉冲发生器平台上设计的，其起搏工作流程由程序软件提供aai/aair、vvi/vvir、vvt、vat及ddd/dddr模式完成。本发明最核心的特点之一是：脉冲发生器对心腔内(置于lv的信号电极)和心腔外(crt埋藏式起搏器外壳电极)联合构建的a-v心电信号的“模糊”处理，即由单路a-v信号心电放大模块，采集到crt患者a-v单一信号，再经过crt-gz2内部的软硬件和mcu控制器智能处理，实现对crt技术所必须的时限和vs/vp时限信息的获取。最终由crt-gz2脉冲发生器的mcu控制器，确定在起搏扫描搜索程序结束后，将发生在此过程中的最窄vs/vp时限所对应的as-vs/vp间期,作为crt治疗技术固定的起搏参数，执行定时性crt起搏。

因此，对a-v心电图的特殊识别和测量技术成为本发明的重要部分。本发明首先提出：用crt-gz2脉冲发生器对心腔内(置于lv的信号电极)和心腔外(crt埋藏式起搏器外壳电极)联合构建的单路a-v，将其信号成分实施分解和整和，以获取as、ap、vs或vp的采集。其间的重点之一，是将采集到的信号，主要保留其中低端频率范围，即1-150hz带宽内，目的是易于对as、ap、vs或vp激动的起始点和终末点实施更精确的模拟化和数字化处理。通过硬件电路和软件编程，滤除心腔内电信号多重无序的高次谐波，保留住as、ap、vs或vp起始点和终末点相对清晰的低中端频率成分，以便于逻辑算法容易通过波形的拐点斜率变化，进行计算、分析和判断，更精确测量出x轴时间向量的as/ap初始点和vs/vp初始点和终结点。当心腔内模拟信号输入计算机a/d后，软件将双极模拟心电信号快速转化为数字信号，并对该信号进行批量智能化处理，包括数字带通滤波、50/60hz数字陷滤波、心电信号自动放大/缩小增益控制、实时波型初始/终末斜率变化计算和定点计时、自动基线校正；信号显示预处理与相关程控仪通信处理等等。因此，双极混合式心外与心腔内信号的识别和时间相位处理，选择性双极心电信号起始与终止识别、时间测量处理，是本发明逻辑算法的重要基础。

作为优选，所述心电信号前置放大电路包括依次信号连接的增益定格在50～300倍的生物放大器、50/60hz陷波电路以及4级巴赫曼带通滤波器，所述4级巴赫曼带通滤波器的频率带宽为1～150hz。

作为优选，所述mcu控制器包括mcu数据库信息模块、mcu信息处理模块以及mcu控制模块。

作为优选，所述电源包括电源模块、电池、电池保护系统以及隔离电源。

作为优选，所述电源模块与所述起搏脉冲发生器之间设有用于将电源模块输出的电压升高的脉冲电源升压模块。

本发明还提供了一种基于单电极实现crt治疗的心脏起搏器，包括脉冲发生器以及一根起搏导管，所述脉冲发生器为上述的脉冲发生器。

在对crt患者实施左室心外膜起搏(4极)电极正常安置、双极起搏电极位置确定、初始起搏阈值电压测试结束、程控仪预试crt治疗程序成功、脉冲发生器再与程控仪通讯、并由程控仪向脉冲发生器传送crt治疗的系列基本参数、再将脉冲发生器植入患者体内，并将已植入crt患者体内的左室心外膜起搏电极尾端与脉冲发生器对应接口可靠衔接，在上述工作完成之后，脉冲发生器正式进入其crt治疗的实质性工作阶段。

首先，脉冲发生器在启动其正式工作之前，先自动进入自检程序，再次确定其运行所需的基本的工作参数，包括：

①crt起搏脉冲宽度；

②crt起搏脉冲形态；

crt起搏脉冲电压；

③crt双极起搏脉冲选择的左室心外膜起搏电极位置(1-2、1-3、1-4、2-3、2-4)；

④av模拟信号采集的负极，即在已用于crt双极起搏脉冲的左室心外膜电极剩余的两电极之一所确定的位置；

⑤扫描搜索程序正扫描或负扫描状态；

⑥扫描搜索程序执行步进(默认10ms)；

⑦扫描搜索程序执行的最大(300ms)或最小(70ms)as-vp时间；

⑧crt起搏治疗定时时间。

crt-gy2脉冲发生器在自检过程结束后，延时5秒；开始10秒自适应状态，其主要工作是开始检测静息下的心房(a)，心室(v)和av间期。脉冲发生器的前置心电生物模拟放大器开始直接采集由crt-gy2脉冲发生器外壳下层作为av采集的正极、外壳上层作为零电极、植入左室心外膜起搏电极作为av采集的负极，所构成的回路组合，记录到av模拟信号，并将此模拟av心电信号，直接通过脉冲发生器内的a/d数模转换器，变为数字信号，进入计算机数字信号处理模块，尔后进入计算机波形逻辑算法分析程序，解析出a波起始拐点、v波起始和终末拐点，并根据a波和v波起始拐点计算出av间期。

脉冲发生器按接受的初始参数，以前述计算出的av间期，开始执行起搏扫描搜索程序。例如，脉冲发生器已计算出的av间期是280ms,起搏扫描搜索程序初始设置为负扫状态，且负扫步进-10ms，则扫描搜索程序首先在感知到a波后以as-vp＝280ms第一次起搏，此次起搏过程所产生的a波，v波(实际是患者自身的qrs波与左室起搏引发的心室激动所产生的心室融合波)及av信息，均通过脉冲发生器外壳下层作为av采集的正极、外壳上层作为零电极、植入左室心外膜起搏电极作为av采集的负极，所构成的回路记录了下来，并送入脉冲发生器的计算机系统，通过系列波形逻辑算法分析模块，计算出as-vp＝280ms起搏扫描搜索状态的v波时限，并将其储存与相关扫描搜索v波数据库。紧接下一次起搏扫描，as-vp＝270ms，同理又脉冲发生器计算机系统又获得as-vp＝270ms起搏扫描搜索状态的v波时限，又将其储存与相关扫描搜索v波数据库。直至起搏扫描执行到as-vp＝70ms时，本次起搏扫描搜索程序结束。

进一步地：脉冲发生器计算机系统，在发现此次起搏扫描搜索程序结束后，立即将储存在相关扫描搜索v波数据库中的系列v波宽度数据阵列(例如，以负扫描方式从280至70ms，步进-10ms,总计获取的21项v波宽度数据)进行由小至大排序。最终确定最小的v波(时限最窄qrs波)数据所对应的as-vp间期，即是本次起搏扫描搜索程序的结果。

进一步地：脉冲发生器的计算机系统立即以起搏扫描搜索程序获取的最窄v波宽度所对应的as-vp间期，作为crt治疗起搏的固定时间，并查询crt治疗定时时间参数(例如为48小时)，crt起搏脉冲宽度(例如为0.5ms)；crt起搏脉冲形态(例如为负向)；crt起搏脉冲电压(例如为1v)；crt双极起搏脉冲选择的左室心外膜起搏电极位置(例如为1-2极)，准备开始对患者进行crt起搏治疗。

进一步地：脉冲发生器开始按crt治疗定时时间参数，以vat(心房感知，心室刺激，触发型)为主体起搏模式，对患者进行定时性crt起搏治疗。crt治疗定时时间结束，本次crt起搏治疗即告完成。此时，脉冲发生器的计算机系统立即对储存在相关扫描搜索v波数据库中的系列v波数据阵列清零，同时清除在执行上次crt治疗中所产生的全部实时数据。

进一步地：脉冲发生器重新返回其初始自检，开始10秒自适应状态，拟准备下一次的起搏扫描搜索程序和crt起搏治疗过程。如此重复循环。

作为优选，所述起搏导管为2～4极起搏导管。

作为优选，所述起搏导管为4极起搏导管，所述4极起搏导管上的电极按远端到近端依次分别为第一电极、第二电极、第三电极以及第四电极，所述第一电极和第四电极导通，组成接收as-vs/vp心电生理信号的负极，并与所述脉冲发生器构成as-vs/vp心电生理信号正极，所述第二电极为起搏脉冲负极，所述第三电极为起搏脉冲正极。

使用一根左室4极起搏导管的设计标准，为了实现双极左室起搏和双极性as-vs心电生理信号接收，结合上述脉冲发生器。对置入左室的4极电极起搏导管，其电极端置入患者左室心外膜，其尾端(连接端)在首次crt埋藏式起搏器安装前，先与脉冲发生器配套的程控仪对应接口连接；同时将已放入患者囊袋的脉冲发生器外壳两电极对应的接口，通过特制的连接导线，与程控仪进行可靠连接。

其后，开始由脉冲发生器配套的程控仪自动执行对已置入左室的4极电极，进行起搏阈值测定，以及对应起搏电极位置优化选择性筛选的系列逻辑判断。参数内容包括电极间阻抗检测(范围200～2000欧姆)、电极间起搏电压变化预测程控发放(范围0.5～4.0v，步进+0.5v。以起搏电压从低到高，直至发生持续三个心室夺获停止该电极组合起搏电压测试)；双极左室起搏电极测试选择顺序按电极标号1-2(第一电极至第二电极)、1-3(第一电极至第三电极)、1-4(第一电极至第四电极)、2-3(第二电极至第三电极)、2-4(第二电极至第四电极)、3-4(第三电极至第四电极)自动进行。全部检测资料数据和相关图形，均由脉冲发生器配套的程控仪内的数据库储存和处理，并能够以表格形式显示和调用。

在左室双极起搏确定最佳电极组合后，相关程控仪显示面板的电极号码信息栏的相应电极号码自动闪烁(橙色)。配例：如果电极2-3组合被选，则2和3号灯位置闪烁，持续3秒钟2和3号灯位置变为恆定橙色点亮状态。同时，余下的1和4电极号码灯随之开始呈绿色并闪烁，亦持续3秒钟，当1和4号灯位置变为恆定绿色点亮状态，表明1和4电极已在相关程控仪内部构成导通状态。继续配例，最终置入患者左室的导管，其4个电极(由远端至近端分别定义为第一电极、第二电极、第三电极、第四电极)的功能分配为：第二电极为起搏脉冲负极；第三电极为起搏脉冲正极；第一电极和第四电极导通，共同组成接收as-vs/vp心电生理信号的负极，并与虚拟脉冲发生器外壳下部构成的as-vs/vp心电生理信号正极，形成弱生理信号电回路，输入至相关程控仪内部心电前置放大器，以采集as-vs信号。此时，在相关程控仪ced屏上显示出时实as-vs的信息，操作程控仪面板，以获取有关心电前置放大器的工作参数并保存之。

已置入患者心腔内的左室起搏导管，其第一电极、第二电极、第三电极、第四电极的组合、导通和切断状态，是由相关程控仪内部的四个四选一开关电路及两个二选一开关电路，以及相关的逻辑控制电路构成。每个四选一开关和二选一开关电路的导通和切断，均由程控仪内部计算机通过其i/o端口发出的指令控制。i/o端口指令的时序是在初始状态(这里的初始状态是指左室导管已置入患者心腔内、左室电极尾端已和脉冲发生器可靠衔接、脉冲发生器和相关程控仪通讯)完成的情况下，程控仪主控制器首先通过i/o端口和两个开关模块，优先进行左室导管组合电极阻抗值检测，再开始对组合电极执行起搏阈值测定。其后，程控仪主控制器根据获取的数据，经自动综合分析处理，确定最佳起搏电极组合位置。在此前提下，i/o端口通过另外另个开关模块下达指令，执行对左室起搏导管剩余的两个电极执行导通动作，以实现接收as-vs心电信号的负极端口。

上述任务完成后，相关程控仪将其获得的系列参数，由无线通讯传给crt-gy2脉冲发生器，参数包括起搏左室电极位置编码、起搏电压、2极导通接收as-vs信号的电极位置编码、as-vs/vp心电生理信号放大器工作带宽频率、放大倍数等等。为crt-gy2脉冲发生器独立工作建立基础的参数准备。

本发明还提供了一种基于单电极实现crt治疗的心脏起搏系统，包括心脏起搏器以及用于控制心脏起搏器的程控仪，所述心脏起搏器为上述的心脏起搏器。

本发明以一根目前临床传统应用的crt标准起搏导管，导管数为2～4极，例如为4极时，其中2极，采用双极导联模式，用于采集心房和心室模拟信号；另外2极，采用单/双极起搏刺激模式，用于左室(lv)起搏。更为关键的是，根据本发明建立的临床方法学，以及本发明的起搏脉冲发生器主体结构，可实现由起搏脉冲发生器独立采集，自动分析和识别心房电图起始斜率变换拐点、心室电图起始和终末起始斜率变换拐点，并以此计算p-r间期(as-vs/as-vp)和qrs时限(vs/vp)。可实现由起搏脉冲发生器自动执行as-vp起搏扫描搜索程序，并根据as-vp起搏扫描搜索数据，自动分析、寻找扫描搜索过程中发生最窄qrs(vp)时限对应的as-vp间期；最终以扫描搜索过程中发生最窄qrs(vp)时限的p-r间期，即as-vp间期，执行定时性crt起搏治疗。

作为优选，还包括crt虚拟电极，可固定放置在与临床拟将要放置所述脉冲发生器位置的人体组织内，crt虚拟电极的尾端与所述程控仪信号连接。

将crt测试夹具(crt虚拟电极)的测试板，放置在与临床拟将要放置crt-gy2脉冲发生器位置(囊袋)的人体组织内，并固定，其尾端与配套程控仪对应插孔连接。以crt测试夹具的位置为av信号正极，植入患者左室心外膜起搏电极剩余的电极为av信号负极，二者构成的电回路，以采集av心电信号，并实时显示在程控仪led屏上。若起搏电极为4极，由于左室心外膜4极起搏电极中的两个电极已被左室起搏功能占用，因此，参予av信号采集回路的左室心外膜起搏电极就只能是其剩余的两个电极，以此剩余的两个电极作为av信息采集的负极使用。程控仪开始av模拟信号采集后，通过对av心电信号进行模拟信号放大，并实施二阶压控电压源巴特沃斯低通和高通滤波，50/60hz陷波，电平调整；其后对av模拟信号执行模/数(a/v)转换。再由计算机对av数字信号执行数字滤波、小波离散处理和数字自动增益处理，并由cpu的逻辑运算模块，获取a波初始，v波初始和终末最大斜率变化的时间基点，以寻求患者静止状态下a-v(as-vs)间期和v波的时限。

程控仪通过上述程序获得的资料，最终自动或手动生成系列crt运行参数值，并进入程控仪初始crt工作参数库保存。其基本要素包括：可人工干预的crt起搏电压、起搏脉冲型态(正向、负向或双向)、起搏脉冲宽度、crt治疗定时时间、起搏扫描搜索负/正扫方式、以及扫描搜索步进等参数。

从患者脉冲发生器预置位(囊袋)拆出crt虚拟电极，将已经置入患者左室的4极起搏电极尾端，从程控仪相应的端口拔出，再可靠插入脉冲发生器的左室插口，并锁紧。将crt-gy2脉冲发生器置入囊袋，并与配套的程控仪进行通讯，两者握手成功。程控仪将执行crt起搏治疗的全部参数发送给脉冲发生器，后者开始按程控仪发出的系列重要参数，准备独立运行crt工作程序。

在脉冲发生器按临床常规置入患者皮下，并将已经置入左室心外膜的crt起搏电极尾端，与对应端口可靠衔接后，由程控仪向脉冲发生器发出开始自检指令，脉冲发生器自检结束后，执行检测患者av心电信号，在其后大约20-30秒钟，脉冲发生器正式启动。此时，可以通过与患者连接的心电图仪或多导心电生理记录仪，监测置入患者体内脉冲发生器的具体工作状态。

至此，以单根4极电极实现crt治疗的临床安置过程、植入患者左室心外膜4极起搏电极，与脉冲发生器构建对crt患者av信号的双极采集模式、自动心外膜双极起搏电极最佳组合起搏阈值选择、对脉冲发生器输入系列工作参数的系列流程基本完成。其后，脉冲发生器按已设置的crt工作参数，独立执行crt扫描搜索程序，并在扫描搜索程序结束之后，自动寻找扫描过程发生最窄vp时限的as-vp间期,并以此as-vp间期，开始定时crt起搏治疗。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

(1)本发明丢弃传统crt通过多根电极单独接收右房、右室和左室信号的分离处理现状，实现脉冲发生器外壳与左室心外膜电极构建双极对称式av信号单通路采集，实现a波、v波和av整合性处理，以提供全部crt技术所必须的心电参数。第一次从的硬件角度，实现单电极crt起搏治疗的全新概念。首次对crt脉冲发生器内结构实施全新设计。脉冲发生器首创独立整合crt技术的全部过程，设计其内部以单导心电放大同时采集av信号，并进入波形逻辑算法分析程序和存储数库，解析a波起始拐点、v波起始和终末拐点，计算av间期。依靠脉冲发生自身，独立运行crt扫描搜索程序，自动搜索出现最窄qrs时限的as-vp间期，并以此as-vp间期执行定时性crt治疗，最大限度利用自身房室传导在室性融合波形成中的参与。因此，具有智能化程度高、低功耗、用途广泛、操作简便、使用成本低等特点。

(2)本发明中脉冲发生器自行建立一种全新的crt工作方式，以其独立自动搜索最窄qrs时限的as-vp间期，独立实施定时crt治疗，并在短时间再独立地自动进行新的crt扫描搜索程序，使患者随时可以在产生最窄qrs时限的最佳as-vp间期，获得最理想的病理生理crt治疗效果。改变了传统crt患者必须定期到医院随访，由心内科医生通过程控仪执行crt扫描搜索程序，重新寻找出现最窄qrs时限的as-vp间期，并以此as-vp间期固定不变地执行crt治疗，直至下次随访。因此，脉冲发生器无论从其特殊单电极简洁的结构设计，还是其crt治疗理论和实际的临床疗效，更有患者随访间隔(一般平均为60天)期间可能产生的病理生理改变所致的非科学性crt起搏治疗等角度来审视，均寓意着脉冲发生器作为一种新的crt工作模式，不仅更加完善现有crt设计的理念和技术，更为crt设备的整体功能和结构更新，以及crt临床治疗效果，开辟了整体创新的先河。相对于现有技术来说，本发明临床操作更为简便，生产成本和价格更为低廉，智能化程度更高。

附图说明

图1为通过冠状窦植入用于左室起搏并记录的四极导管至左室心外膜的示意图。

图2为本发明中四极起搏导管(仅绘制四极电极，其他结构未绘出)的结构示意图。

图3为通过本发明中程控仪记录到体表心电图(1ch)，左室电极起搏标志(2ch)和crt起搏电极与脉冲发生器外壳构建的双极电图(3ch)。

图4为本发明中双极模式记录as-vp信号处理图形点定位和时限数据示意图。

图5为本发明中crt-gy2脉冲发生器外形结构及电极排列图。

图6为本发明中程控仪对左室四极电极用途分配的控制设计图。

图7为本发明中脉冲发生器硬件结构框图。

图8为本发明中脉冲发生器处理模拟信号的模块结构。

图9为本发明中脉冲发生器mcu执行crt起搏工作流程图。

具体实施方式

1.crt-gy2脉冲发生器系统基础构架和设计目标

从现有的crt起搏技术，不难看出心房(a)和心室(v)信号对crt技术而言，是不可缺如的生理参数，由a波和v波两者构建的as-vs间期，是crt起搏技术执行治疗运作的基础。然而，现有的crt技术系统，是在与crt脉冲发生器建立通讯的状态下，加上连接的体表心电电极，由配套的程控仪，在人工的操作下，执行扫描as/ap-vs/vp间期搜索程序，寻找发生最窄v波相对应的as/ap-vs/vp间期，并以此间期执行crt起搏治疗。

而本发明的设计思维是：首先，仅针对房室(av)结能以1：1正常下传，且没有严重缓慢性心律失常的lbbb患者执行crt治疗，其右房(ra)起搏可不予考虑，即可省去心房电极；其次，因为crt治疗是建立在患者自身房室传导1：1下传的心脏再同步化治疗的工作模式，所以右室(rv)起搏也不予考虑，从而省去rv电极。余下仅有左室(lv)起搏电极，由其发放的刺激脉冲所产生的lv激动，与crt患者自身通过房室结传导下传的心室激动，共同构成心室融合波。而crt起搏治疗技术要求两者所构建的心室融合波时限尽可能短(即v波最窄)，因此，在对患者执行crt起搏治疗之前，必须先进行crt相关的程控起搏，即通过扫描as/ap-vs/vp间期搜索，以寻找发生最窄v波所对应的as/ap-vs/vp间期。

正因为本发明的crt治疗，是基于患者自身房室传导1:1下传心脏再同步化治疗基础上的工作模式。因此，其扫描搜索程序仅限于寻找发生最窄v波相对应的as-vp间期。那么，如何通过单一电极，使脉冲发生器获得静息状态下的as-vs信息；如何以as-vs间期为基础，设置程控as-vp间期扫描搜索程序，寻找发生最窄v波相对应的as-vp间期；如何以此as-vp间期实施基于自身房室传导心脏再同步化定时性crt治疗；如何在时段性crt治疗结束后，再由脉冲发生器独立自动进行新的crt扫描搜索程序，使患者在可控的时空范围内，最大概率以最窄qrs时限的最佳as-vp间期执行crt起搏，以达到最理想的生理性crt疗效；最终建立一套基于患者1：1自身房室传导心脏再同步化治疗的单电极crt起搏系统，是本发明的基础目标。

2.crt-gy2脉冲发生器外形结构的实施

现有的crt起搏技术，通过ra电极发放起搏脉冲并接收ra信号；通过rv电极发放起搏脉冲并接收rv信号。同时将采集到的ra和rv独体心电信号，通过计算机软件合成，构建as/ap-vs/vp间期。造成其结构上2路心电放大器并存、双路a/d采集等硬件和软件的繁琐，设计者只得将crt技术必须的大量工作和众多的功能模块，转移至crt相关的程控仪去完成；而crt脉冲发生器本身根本不具备独立智能化处理a波、v波和as-vs的信号的功能，也更无从执行as/ap-vs/vp间期自动扫描搜索程序。它只能由医院专职医生和医学工程人员，通过其相关的程控仪，执行as/ap-vs/vp间期自动扫描搜索，以寻找发生最窄v波所对应的as/ap-vs/vp间期，并将此间期，作为crt执行参数，通过程控仪发送给crt脉冲发生器，再重新命令crt脉冲发生器以此as/ap-vs/vp间期，进行持续不变的固定as-vp方式的crt起搏治疗，直至下次crt患者到医院，再行改变crt脉冲发生器工作参数。这就是现在crt患者必须随时定期到医院随访的主要缘由。因此，现今国外的crt起搏技术系统，仅就目前crt脉冲发生器本身所具备的功能、结构设计、智能化程度、临床实际应用、以及临床上crt患者因病理生理参数发生改变的crt技术适应性等诸多方面而言，尚存在许多疑问，也为继续深入研究和开发crt技术，提供了可再发展的潜力空间。

本发明的crt技术，在ra和rv电极缺入的状态下，为了a波、v波和as-vp的信号采集，首先考虑从改变传统crt脉冲发生器的外部结构入手。由于埋藏式脉冲发生器临床安置的部位一般均位于患者左或右锁骨下，其解剖位置相对心房信号源较为贴近，如果该部位与临床已置入lv的起搏电极之间搭建电位信号放大采集，可实现通过单通道心电放大，同时获取到既有a波信号、又有v波信号、还有a-v间期。因此，用埋藏式心脏起搏器的金属外壳作为采集av信号的正极，成为我们设计的首选。但不能突视的问题是：置入人体的埋藏式心脏起搏器，其常规外壳为起搏器正常工作所必须的零电位电极，被整体置于人体皮下。可是将其作为接收av信号的正极使用，那么埋藏式心脏起搏器的零电位电极该如何处理？

为实现单路双极对称式心电生物放大器(正极、负极、零电极)对av信号采集，也为了crt双极起搏左室(需要地电极，即与前置生物放大器共零电极)脉冲发放，零电极(地电极)亦必须存在，依据人体为阻容抗体的原理，我们将埋藏式心脏起搏器的金属一体外壳，从其侧位均等分割为两部分，即金属上壳体1a、金属下壳体2a以及位于金属上壳体1a和金属下壳体2a之间的绝缘隔离层3a，构建为两个电极(见图5)，金属上壳体1a构成crt-gy2脉冲发生器零电极，金属下壳体2a构成crt-gy2脉冲发生器av信号采集的正极，用5.0mm厚度高绝缘聚氨酯类材料隔离层，将此两电极分开，另外金属上壳体1a的高度为7mm，金属下壳体2a的高度为7mm。

3.crt-gy2系统左室4极电极连接分配的建立和控制技术

基于本实施例中的crt-gy2脉冲发生器限于使用一根左室4极电极的设计标准，为了实现双极左室起搏和双极性as-vs心电生理信号接收，我们对crt-gy2脉冲发生器配套程控仪采的心电采集前端，用图6的设计。

从图6可以看到，对置入左室的4极电极(第一电极1、第二电极2、第三电极3、第四电极4)，其电极端置入患者左室心外膜；其尾端(连接端)在首次crt埋藏式起搏器安装前，先与crt-gy2脉冲发生器配套的程控仪对应接口连接；同时将已放入患者囊袋的crt-gy2脉冲发生器外壳两电极对应的接口，通过特制的连接导线，与程控仪进行可靠连接。其后，开始由crt-gy2脉冲发生器配套的程控仪自动执行对已置入左室的4极电极，进行起搏阈值测定，以及对应起搏电极位置优化选择性筛选的系列逻辑判断。参数内容包括电极间阻抗检测(范围200-2000欧姆)、电极间起搏电压变化预测程控发放(范围0.5-4.0v，步进+0.5v。以起搏电压从低到高，直至发生持续三个心室夺获停止该电极组合起搏电压测试)；双极左室起搏电极测试选择顺序按电极标号1-2(第一电极至第二电极)、1-3(第一电极至第三电极)、1-4(第一电极至第四电极)、2-3(第二电极至第三电极)、2-4(第二电极至第四电极)、3-4(第三电极至第四电极)自动进行。全部检测资料数据和相关图形，均由crt-gy2脉冲发生器配套的程控仪内的数据库储存和处理，并能够以表格形式显示和调用。

在左室双极起搏确定最佳电极组合后，相关程控仪显示面板的电极号码信息栏的相应电极号码自动闪烁(橙色)。配例：如果电极2-3组合被选，则2和3号灯位置闪烁，持续3秒钟2和3号灯位置变为恆定橙色点亮状态。同时，余下的1和4电极号码灯随之开始呈绿色并闪烁，亦持续3秒钟，当1和4号灯位置变为恆定绿色点亮状态，表明1和4电极已在相关程控仪内部构成导通状态。继续配例，最终置入患者左室的导管，其4个电极(由远端至近端分别定义为1电极(第一电极)、2电极(第二电极)、3电极(第三电极)、4电极(第四电极))的功能分配为：2电极为起搏脉冲负极；3电极为起搏脉冲正极。1电极和4电极导通，共同组成接收as-vs/vp心电生理信号的负极，并与虚拟脉冲发生器外壳下部构成的as-vs/vp心电生理信号正极，形成弱生理信号电回路，输入至相关程控仪内部心电前置放大器，以采集as-vs信号。此时，在相关程控仪ced屏上显示出时实as-vs的信息，操作程控仪面板，以获取有关心电前置放大器的工作参数并保存之。

如图6所示，已置入患者心腔内的左室起搏导管，其第一电极1、第二电极2、第三电极3、第四电极4的组合、导通和切断状态，是由相关程控仪内部的四个四选一开关电路及两个二选一开关电路，以及相关的逻辑控制电路构成。每个四选一开关和二选一开关电路的导通和切断，均由程控仪内部计算机通过其i/o端口发出的指令控制。i/o端口指令的时序是在初始状态(这里的初始状态是指左室导管已置入患者心腔内、左室电极尾端已和脉冲发生器可靠衔接、脉冲发生器和相关程控仪通讯)完成的情况下，程控仪主控制器首先通过i/o端口和图6所示的c和d开关模块，优先进行左室导管组合电极阻抗值检测，再开始对组合电极执行起搏阈值测定。其后，程控仪主控制器根据获取的数据，经自动综合分析处理，确定最佳起搏电极组合位置。在此前提下，i/o端口通过对图6所示的a和b开关模块下达指令，执行对左室导管剩余的两个电极执行导通动作，以实现接收as-vs心电信号的负极端口。

上述任务完成后，相关程控仪将其获得的系列参数，由无线通讯传给crt-gy2脉冲发生器，参数包括起搏左室电极位置编码、起搏电压、2极导通接收as-vs信号的电极位置编码、as-vs/vp心电生理信号放大器工作带宽频率、放大倍数等等。为crt-gy2脉冲发生器独立工作建立基础的参数准备。

4.crt-gy2系统脉冲发生器功能模块设计

如图7所示，本发明中脉冲发生系统包括：

心电信号前置放大电路5，采集crt患者的a-v信号并将a-v信号放大；

a/d转换模块6，用于将所述心电信号前置放大电路放大后的a-v信号转换为数字信号；

mcu控制器7，用于接收a/d转换模块输送的数字信号，并根据接收的数字信号计算得出起搏参数；

起搏脉冲发生器8，受控于mcu控制器，根据mcu控制器发出的控制信号发生脉冲信号；

起搏脉冲控制器9，用于接收mcu控制器发出的起搏参数，并根据接收的起搏参数控制脉冲发生器输出的脉冲信号参数；

电源10，用于为脉冲发生器提供电能。

其中mcu控制器7包括mcu数据库信息模块71、mcu信息处理模块72以及mcu控制模块73。电源10包括电源模块101、电池102、电池保护系统103以及隔离电源104。电源模块104与起搏脉冲发生器8之间设有用于将电源模块101输出的电压升高的脉冲电源升压模块11。

内置(心电信号前置放大电路5)心电信号前置放大电路单路a-v信号心电放大模块(见图8)：置入crt患者的左室4极电极，在已确定完成其中2极用于双极lv起搏，而且余下的2极已构成导通后，即组成了接收as-vs/vp心电生理信号的负极；由crt-gy2脉冲发生器金属下壳体2a构成的as-vs/vp心电生理信号正极；由脉冲发生器金属上壳体1a构成零电位电极。三者构建的差分输入方式，将弱a-v信号，送至crt-gy2脉冲发生器内部a-v信号心电前置放大器，以采集as-vs信号，最终实现由crt-gy2脉冲发生器独立采集crt患者的a-v信号。其心电信号前置放大电路5包括：增益定格在50-300倍的生物放大器；50/60hz陷波电路；4级巴赫曼带通滤波器，频率带宽为1-150hz。值得注意的是，上述crt-gy2脉冲发生器工作的初始参数由其配套的程控仪控制。在硬件参数采集到的弱a-v信号，经心电信号前置放大电路5处理后，进入a/d转换模块6处理成数字信号，按mcu控制器7系列程序逻辑算法，对该信号再进行数字信号幅值处理、高通和低通数字滤波、50/60hz数字陷波、相位计算、x轴a-v波形拐点斜率离散分析等处理，以提供执行crt起搏功能所需要的as-vs/vp间期和vs/vp时限的数据。由crt-gy2脉冲发生器的cpu指定端口，按程序发出正向ttl脉冲，激励刺激脉冲放大电路向crt-gy2脉冲发生器的电极端口，输出crt治疗刺激脉冲。本发明的刺激脉冲形态具有正向/负向/双向可选，默认形态负向。脉冲宽度0.1-1.0ms，步进±0.1ms，10档可选。刺激脉冲电压范围1-10v，步进±1.0v，10档可选。基础刺激脉冲ts1s1＝2000-400ms(30-150ppm)之间选择设置。

如图9所示，对ra和lv心腔内电图识别和测量的可靠性，是关系到整个crt治疗是否成功的最大影响因素之一。传统心电生理系统对心腔内心电信号的处理方法，均是基于心腔内信号频谱的主要成分，即频率相对较高的、无序的高次谐波。因此普通心电生理设备对心腔内电信号的涉取，主要是放大其高端频率信号源，摒弃其低端频率信号源；获取的图形通常是提供临床心电生理定性分析和手动测量时间使用。传统埋藏式心脏起搏器对心腔内心房或心室信号的采集，也不涉及对信号源的时间轴测量和计算，大都是将采集到的心腔内信号经过比较级电路，转化为ttl电平传给cpu控制中心，作为计算心率和感知使用。

本发明的脉冲发生器crt-gz2是在ddd/dddr起搏脉冲发生器平台上设计的，其起搏工作流程由程序软件提供aai/aair、vvi/vvir、vvt、vat及ddd/dddr模式完成。本发明最核心的特点之一是：crt-gz2脉冲发生器对心腔内(置于lv的信号电极)和心腔外(crt埋藏式起搏器外壳电极)联合构建的a-v心电信号的“模糊”处理，即由单路a-v信号心电放大模块，采集到crt患者a-v单一信号，再经过crt-gz2内部的软硬件和cpu智能处理，实现对crt技术所必须的时限和vs/vp时限信息的获取。最终由crt-gz2脉冲发生器的cpu，确定在起搏扫描搜索程序结束后，将发生在此过程中的最窄vs/vp时限所对应的as-vs/vp间期，作为crt治疗技术固定的起搏参数，执行定时性crt起搏。

因此，对a-v心电图的特殊识别和测量技术成为本发明的重要部分。本发明首先提出：用crt-gz2脉冲发生器对心腔内(置于lv的信号电极)和心腔外(crt埋藏式起搏器外壳电极)联合构建的单路a-v，将其信号成分实施分解和整和，以获取as、ap、vs或vp的采集。其间的重点之一，是将采集到的信号，主要保留其中低端频率范围，即1-150hz带宽内，目的是易于对as、ap、vs或vp激动的起始点和终末点实施更精确的模拟化和数字化处理。通过硬件电路和软件编程，滤除心腔内电信号多重无序的高次谐波，保留住as、ap、vs或vp起始点和终末点相对清晰的低中端频率成分，以便于逻辑算法容易通过波形的拐点斜率变化，进行计算、分析和判断，更精确测量出x轴时间向量的as/ap初始点和vs/vp初始点和终结点。当心腔内模拟信号输入计算机a/d后，软件将双极模拟心电信号快速转化为数字信号，并对该信号进行批量智能化处理，包括数字带通滤波、50/60hz数字陷滤波、心电信号自动放大/缩小增益控制、实时波型初始/终末斜率变化计算和定点计时、自动基线校正；信号显示预处理与相关程控仪通信处理等等。因此，双极混合式心外与心腔内信号的识别和时间相位处理，选择性双极心电信号起始与终止识别、时间测量处理，是本发明逻辑算法的重要基础。

5.crt-gy2脉冲发生器对发生心律失常的处理

本发明的crt-gy2脉冲发生器，其临床使用主要针对房室结能以1：1正常下传，没有严重缓慢性心律失常的lbbb患者；且crt的工作模式是建立在患者自身房室传导心脏再同步化治疗基础上。但我们在crt-gy2脉冲发生器整体设计时，仍然以不明显增加脉冲发生器工作量、尤其是硬件、软件和整机功耗的前提下，首创设计crt-gy2脉冲发生器在crt治疗过程中，若患者可能发生明显缓慢及/或快速心律失常，crt-gy2脉冲发生器如何应对处理、又如何针对患者突发的心律失常，临时智能化改变crt-gy2脉冲发生器工作状态。

(1)crt-gy2脉冲发生器在执行crt治疗过程中，若a-v信号检测出现突发性a波间断或连续缺如。此时，定时crt起搏治疗以as-vp的工作流程将因此被干扰，vp起搏亦不可能实现。当crt-gy2脉冲发生器在2秒内感知到因a波间断或连续缺如，至使平均心室率≤40bpm，crt-gy2脉冲发生器将自动以60ppm的刺激频率，以vvi起搏模式，临时起搏左室。当crt-gy2脉冲发生器重新检测到a波、v波和av间期，则停止vvi起搏模式的左室起搏，crt-gy2脉冲发生器将继续重新执行被突发心律失常终止时的crt起搏治疗程序。

(2)crt-gy2脉冲发生器在执行crt治疗过程中，若a-v信号检测过程出现as波后的v(qrs波)波突发性无规则增宽及/或突发性持续性增宽，很有可能此crt患者发生i°/ii°/iii°房室传导阻滞(a-vb)。此时，lv电极仍将按crt-gy2脉冲发生器已经确定的固定as-vp间期，执行vat(心房感知、心室刺激、触发型)方式起搏治疗模式。当crt-gy2脉冲发生器重新检测到v波时限恢复至通过crt扫描as/ap-vs/vp间期搜索寻找到的最窄v波宽度，crt-gy2脉冲发生器将继续重新执行被终止的定时crt起搏治疗程序。

(3)crt-gy2脉冲发生器在执行crt治疗过程中，若a-v信号检测出现as频率(即心房激动频率)≥150bpm，有可能crt患者发生阵发性房性心动过速，或者阵发性室上性心动过速，若持续≥5秒，crt治疗立即终止运行。直至as频率＜150bpm，crt-gy2脉冲发生器又将立即继续重新执行被突发心律失常终止时的crt起搏治疗程序。

(4)crt-gy2脉冲发生器在执行crt起搏治疗过程中，若a-v信号检测出现as频率≥250bpm，有可能crt患者发生阵发性心房扑动(af)或阵发性快速心房颤动(af)，若持续≥5秒，crt治疗立即终止运行。直至as频率＜150bpm，crt-gy2脉冲发生器继续重新执行被终止的计时crt起搏治疗程序。