CN113144424B - 动物心力衰竭合并心房颤动模型的生成方法、系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于医学动物实验领域，具体涉及一种动物心力衰竭合并心房颤动模型的生成方法和系统。该方法包括：模型生成系统与实验大动物体内的三腔起搏器建立无线通信连接，所述三腔起搏器为从临床起搏器植入病人回收后再次利用的三腔起搏器；模型生成系统接收所述三腔起搏器发送的心房电活动和心室电活动的监测信号；模型生成系统采用预设的信号对应关系从所述监测信号中提取房颤持续时间数据、房颤负荷率数据和胸腔内阻抗数据，生成动物心力衰竭合并心房颤动模型。该方法可简便、经济地构建稳定、可靠的大动物心力衰竭合并心房颤动模型，适用于医学研究中的动物建模实验。
Description
技术领域
本发明属于医学动物实验领域，具体涉及一种动物心力衰竭合并心房颤动模型的生成方法、系统。
背景技术
慢性心力衰竭(心衰)和心房颤动(房颤)是最常见的心律失常疾病之一，由于二者具有相似的危险因素和病理生理过程，常互为因果、互相影响。研究显示，超过50％的心衰患者后期会出现房颤，而超过30％的房颤患者会发生心衰。实际上，两类疾病在临床上合并存在的情况十分常见，且预后显著劣于单个疾病。犬、猪、羊这类大动物心脏的结构和功能特点与人类心脏十分相似，通过构建实验大动物模型是医学研究领域研究疾病发生、发展、转归和治疗的一种常用且有效工具。
现有的超速起搏方法为经典传统方法，通过购买市面上常见的超速起搏特制起搏器，通过微创介入方式植入心室起搏导线，通过发放快速起搏脉冲持续起搏心室3-7周导致动物发生心衰，心衰后进行电生理检查来诱发房颤。该方法存在局限性：市面上销售的特制起搏器十分昂贵，单个2-5万价格不等；尽管有报道利用临床回收废弃双腔起搏器可以解决费用问题，但是这种方法下的房颤状态通常同样需要进行电生理检查来诱发，且持续时间多较短，如房颤自行终止，需要再次电生理检查诱发。
因此，如何简便、经济地构建稳定、可靠的心衰合并房颤的大动物模型成为亟待解决的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种动物心力衰竭合并心房颤动模型的生成方法、系统。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供一种动物心力衰竭合并心房颤动模型的生成方法，该方法包括：
S10、模型生成系统与实验大动物体内的三腔起搏器建立无线通信连接，所述三腔起搏器为从临床起搏器植入病人回收后再次利用的三腔起搏器；
S20、所述模型生成系统接收所述三腔起搏器发送的心房电活动和心室电活动的监测信号；
S30、所述模型生成系统采用预设的信号对应关系从所述监测信号中提取房颤持续时间数据、房颤负荷率数据和胸腔内阻抗数据，生成动物心力衰竭合并心房颤动模型。
可选地，在步骤S10之前还包括：
程控仪与实验大动物体内的三腔起搏器建立无线遥控连接，以程控刺激信号参数；
通过所述程控仪生成第一控制信号，以控制所述三腔起搏器产生心室事件的第一刺激信号，所述心室事件为右心室持续超速起搏，所述第一刺激信号为起搏脉冲信号；
通过所述程控仪生成第二控制信号，以控制所述三腔起搏器产生心房事件的第二刺激信号，所述心房事件为持续房颤，所述第二控制信号为短阵快速脉冲刺激信号。
可选地，所述三腔起搏器包括固定于右心耳处的第一起搏导线，固定于右心室间隔处的第二起搏导线，固定于右心室心尖处的第三起搏导线；
所述三腔起搏器通过第二起搏导线和第三起搏导线输出所述起搏脉冲信号对所述实验大动物的右心室进行持续超速起搏，得到所述实验大动物的扩张型心肌病心衰模型和适合诱发持续性房颤的心房基质；
所述三腔起搏器通过第一起搏导线输出短阵快速脉冲刺激信号，诱发所述实验大动物持续房颤，得到心力衰竭合并心房颤动的大动物模型。
可选地，所述实验大动物包括犬、猪、羊。
可选地，当所述实验大动物为犬时，所述第一刺激信号为起搏频率为125次/分，起搏房室间期为250ms，起搏时长为6周的起搏脉冲信号。
可选地，当所述实验大动物为犬时，所述第二刺激信号为发放短阵快速刺激3-5阵，每次刺激10s，刺激脉冲振幅为2.5V，脉冲宽度为0.5ms的短阵快速脉冲刺激信号。
可选地，在步骤S20之后、步骤S30之前还包括：
所述模型生成系统对所述监测信号进行滤波，获取属于心率频段的频率信号分量同时消除心率频段外的噪声信号。
可选地，所述三腔起搏器为心脏再同步化治疗除颤器，所述心脏再同步化治疗除颤器包括右室起搏感知接口、心房起搏感知接口、左室起搏接口、右室除颤接口和上腔线圈接口。
第二方面，本发明实施例提供一种模型生成系统，该系统包括：
无线通信模块，用于所述模型生成系统与实验大动物体内的三腔起搏器建立无线通信连接；
监测信号接收模块，用于接收所述三腔起搏器发送的心房电活动和心室电活动的监测信号；
模型生成模块，用于采用预设的信号对应关系从所述监测信号中提取房颤持续时间数据、房颤负荷率数据和胸腔内阻抗数据，生成动物心力衰竭合并心房颤动模型。
可选地，该系统还包括：
滤波模块，用于对所述监测信号进行滤波，获取属于心率频段的频率信号分量，同时消除心率频段外的噪声信号。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明提出了一种动物心力衰竭合并心房颤动模型的生成方法和系统，通过利用回收的临床废弃三腔起搏器获得心房电活动和心室电活动的监测信号；采用预设的信号对应关系从所述监测信号中提取房颤持续时间数据、房颤负荷率数据和胸腔内阻抗数据，生成动物心力衰竭合并心房颤动模型。通过本发明的方法可简便、经济地构建稳定、可靠的大动物心力衰竭合并心房颤动模型。
附图说明
本申请借助于以下附图进行描述：
图1为本申请一个实施例中的动物心力衰竭合并心房颤动模型的生成方法流程示意图；
图2为本申请一个实施例中的实验大动物起搏导线植入及连接起搏脉冲发生器示意图；
图3为本申请一个实施例中的程控仪控制三腔起搏器发放刺激信号示意图；
图4为本申请另一个实施例中的模型生成系统结构示意图。
附图标记：
1-静脉近心端，2-第一起搏导线，3-第二起搏导线，4-第三起搏导线，5-右室起搏感知接口，6-心房起搏感知接口，7-左室起搏接口，8-DF-1堵塞插头,9-体外起搏器程控仪，10-程控仪探头，11-心脏再同步化治疗除颤器，12-右心耳，13-右心室间隔部、14-右心室心尖部。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
图1为本申请一个实施例中的动物心力衰竭合并心房颤动模型的生成方法流程示意图。如图1所示，该方法包括：
S10、模型生成系统与实验大动物体内的三腔起搏器建立无线通信连接，三腔起搏器为从临床起搏器植入病人回收后再次利用的三腔起搏器；
S20、模型生成系统接收三腔起搏器发送的心房电活动和心室电活动的监测信号；
S30、模型生成系统采用预设的信号对应关系从监测信号中提取房颤持续时间数据、房颤负荷率数据和胸腔内阻抗数据，生成动物心力衰竭合并心房颤动模型。
本发明方法通过利用回收的临床废弃三腔起搏器获得心房电活动和心室电活动的监测信号，从而可简便、经济地构建稳定、可靠的大动物心力衰竭合并心房颤动模型。
为了更清晰地对本发明进行说明，下面结合图1对该实施例中各步骤进行展开详述。
S10、模型生成系统与实验大动物体内的三腔起搏器建立无线通信连接，三腔起搏器为从临床起搏器植入病人回收后再次利用的三腔起搏器。
本实施例中，三腔起搏器可以是心脏再同步化治疗除颤器(CRT-D)，CRT-D全称是心脏再同步化治疗除颤器，它结合了CRT(心脏再同步化治疗起搏器)和ICD(埋藏式心脏自动除颤器)的双重功能。
具体地，本实施例中心脏再同步化治疗除颤器为DF-1接口型号的美敦力公司生产的型号为DTBA2D1/DTBB2D1的心脏再同步化治疗除颤器。该心脏再同步化治疗除颤器包括右室起搏感知接口(RV/IS-1)、心房起搏感知接口(A)、左室起搏接口(LV)、右室除颤接口(RV/DF-1)和上腔线圈接口(RV/SVC)。
应当理解的是，型号为DTBA2D1/DTBB2D1的心脏再同步化治疗除颤器仅作为三腔起搏器的示意性说明，并不构成对三腔起搏器在型号上的限制。例如，三腔起搏器也可以是其他厂家生产的带有无线遥测功能、DF-1接口的三腔起搏器。
通过利用回收临床废弃的一种常用起搏器——心脏再同步化治疗除颤器(CRT-D)代替价格昂贵的超速起搏器用于构建心衰合并房颤动物模型，其手术操作简单，植入安全可靠，无需进行电生理检查诱发，仅通过无线遥测技术可以动态实时发放起搏脉冲刺激诱发稳定可靠的持续房颤状态，同时避免了传统起搏器程控下实验人员长时间与大动物接触导致误伤的风险，还可实时监测心衰肺淤血和房颤负荷情况等优点。
本实施例中，实验大动物包括犬、猪、羊等大动物。
当实验大动物为犬时，实验大动物体内的三腔起搏器的植入方法包括：
实验大动物术前禁食12小时，禁水4小时，对颈部及上肢内侧进行清洗备皮处理。实验当天静脉应用丙泊酚(6.6mg/kg)进行全麻并气管插管行机械通气后，仰卧于操作台上，连接心电监测、氧饱和度和有创动脉血压。暴露动物左侧颈内静脉周围皮肤，常规消毒、铺巾，无菌操作下沿左颈内静脉处分离皮下组织，暴露出左颈内静脉。
图2为本申请一个实施例中的实验大动物起搏导线植入及连接起搏脉冲发生器示意图，如图2所示，行颈内静脉切开，结扎静脉远心端，静脉近心端1插入主动固定电极导线三根，分别是第一起搏导线2、第二起搏导线3和第三起搏导线4；在X线透视下利用弯钢丝技术将第一起搏导线2固定于右心耳处，将第二起搏导线3固定于右心室间隔处，将第三起搏导线4固定于右心室心尖处。
导线植入后，与回收消毒后的CRT-D的起搏脉冲发生器连接，具体包括：将固定于右心耳处的第一起搏导线2与右室起搏感知接口5连接，将固定于右心室间隔处的第二起搏导线3与心房起搏感知接口6连接，将固定于右心室心尖处的第三起搏导线4与左室起搏接口7连接；余右室除颤接口和上腔线圈接口处用DF-1堵塞插头8进行填堵。
于手术切口外下方制做起搏器囊袋，充分止血后将CRT-D埋藏于颈前外侧的所述起搏器囊袋内；缝合囊袋、固定导线后进行缝皮，采取连续锁边缝合方式缝合两遍，无菌纱布包扎切口，绷带缠绕颈部2-3圈。
术中于囊袋内注入青霉素160万单位预防感染。术后高蛋白饮食喂养，前3天每日肌注160万单位青霉素预防感染，前7天每日换药1次。术后1周时如伤口愈合良好，无红肿及流液，予以拆线，密切观察动物的症状及体征。
请参阅图3，图3为本申请一个实施例中的程控仪控制三腔起搏器发放刺激信号示意图，图3中(a)为三腔起搏器与程控仪建立无线遥控连接示意图，图3中(b)为通过三腔起搏器对心脏发放刺激信号示意图。
本实施例中，在步骤S10之前还包括：
S01、程控仪与实验大动物体内的三腔起搏器建立无线遥控连接，以程控刺激信号参数。
通过食物转移动物注意力，将程控仪探头10快速靠近大动物起搏器囊袋处，一旦激活无线遥测功能后取回程控仪探头10，从而心脏再同步化治疗除颤器11与体外起搏器程控仪9建立无线遥控连接，如图3中(a)所示。
S02、通过程控仪生成第一控制信号，以控制三腔起搏器产生心室事件的第一刺激信号，心室事件为右心室持续超速起搏，第一刺激信号为起搏脉冲信号；当实验大动物为犬时，第一刺激信号为起搏频率为125次/分，起搏房室间期为250ms，起搏时长为6周的起搏脉冲信号。
在程控仪界面上进行程控设置，设置参数如下：关闭右室起搏功能，对心房起搏感知接口导线和左室起搏接口导线输出的起搏脉冲信号进行参数设置，设置为125次/分起搏频率，起搏房室间期设置为250ms。起搏脉冲信号作用于右心室间隔部13、右心室心尖部14，如图3中(b)的左图所示。通过右心室超速起搏连续6周从而构建扩张型心肌病心衰犬模型。本实施例中，程控仪型号为美国美敦力公司生产的型号为2090的程控仪。
S03、通过程控仪生成第二控制信号，以控制三腔起搏器产生心房事件的第二刺激信号，心房事件为持续房颤，第二控制信号为短阵快速脉冲刺激信号；当实验大动物为犬时，第二刺激信号为发放短阵快速刺激3-5阵，每次刺激10s，刺激脉冲振幅为2.5V，脉冲宽度为0.5ms的短阵快速脉冲刺激信号。
6周后心房也出现扩大，心房肌纤维重构化并趋于稳定，提供适合诱发出持续性房颤的心房基质，再次行起搏器程控，通过刺激诱发房颤持续，以构建心衰合并房颤的大动物模型。
心脏再同步化治疗除颤器11与体外起搏器程控仪9再次建立无线遥控连接，如图3中(a)所示。
无线遥测进行起搏器程控，设置参数如下：设置单右室起搏，第一起搏导线输出短阵快速脉冲刺激信号，刺激脉冲振幅为2.5V，脉宽0.5ms，发放短阵快速脉冲(Burst)刺激3-5阵，每次刺激10s，连续刺激直至诱发出房颤。如动物房颤自行终止，则再次发放Burst进行心房高频刺激，直至再次诱发房颤并维持持续状态。短阵快速脉冲刺激信号作用于右心耳12处，如图3中(b)的右图所示。
S20、模型生成系统接收三腔起搏器发送的心房电活动和心室电活动的监测信号。
模型生成系统对监测信号进行滤波，获取属于心率频段的频率信号分量同时消除心率频段外的噪声信号。
S30、模型生成系统采用预设的信号对应关系从监测信号中提取房颤持续时间数据、房颤负荷率数据和胸腔内阻抗数据，生成动物心力衰竭合并心房颤动模型。
模型生成系统无线遥测程控脉冲发生器，读取每日记录的实验动物主要数据有如下：(1)房颤负荷比例：通过实时读取该数据，可反映实验动物房颤状态的持续时间，有助于评价实验动物接受房颤治疗(药物或手术)后的效果。每日房颤负荷比例下降幅度越多，说明治疗越有效；反之，则治疗效果欠佳；(2)胸腔内阻抗：通过实时读取实验动物胸腔内阻抗数据，可反映实验动物心衰状态下肺淤血情况，有助于评价实验动物接受心衰治疗(药物或手术)后的效果，胸腔内阻抗值下降幅度越多，说明治疗越有效；反之，则治疗效果欠佳；(3)各种心律失常事件及特点：通过读取分析实验动物发生的各种心律失常事件，如室性早搏、房性心动过速等，可反映实验动物的疾病状态和临床转归，有助于评价心衰合并房颤动物模型整个实验过程中心脏电活动的病理生理学特点。
本申请第二方面通过另一个实施例提供了一种模型生成系统100，图4为本申请另一个实施例中的模型生成系统结构示意图，如图4所示，该系统包括：
无线通信模块101，用于模型生成系统与实验大动物体内的三腔起搏器建立无线通信连接；
监测信号接收模块102，用于接收三腔起搏器发送的心房电活动和心室电活动的监测信号；
模型生成模块104，用于采用预设的信号对应关系从监测信号中提取房颤持续时间数据、房颤负荷率数据和胸腔内阻抗数据，生成动物心力衰竭合并心房颤动模型。
本实施例中，该系统还包括：
滤波模块103，用于对监测信号进行滤波，获取属于心率频段的频率信号分量，同时消除心率频段外的噪声信号。
通过实施例提供的模型生成系统，可分析房颤负荷比例、胸腔内阻抗情况，还可以在心律失常事件中分析动物房颤的持续时间等情况。
本实施例方法具有以下优点：(1)成本低廉：市面上购买的动物超速起搏器需定制，价格昂贵。在临床实际工作中，保证病人安全等原因，通常在起搏器电池还剩3个月左右进行起搏器更换，更换后的起搏器大多按医疗废弃物处理，本技术发明通过对临床废弃的CRT-D进行回收消毒后再利用，大大降低了开展实验的耗材成本，而且同一起搏器还可以重复使用，进一步降低实验成本；(2)起搏方式和起搏频率可控，功能多样：市面上购买的起搏器发放固定起搏频率，仅提供起搏和感知功能，功能单一。利用临床回收的CRT-D可通过程控仪调整起搏参数，起搏频率和时间均可控，可灵活应对各种实验目的需要；同时兼具记录心律失常事件及房颤负荷比例、监测肺淤血下阻抗等功能，可客观准确评估房颤发作时间和负荷程度，评价实验动物接受手术或药物干预后的治疗效果等；(4)程控方便，保证实验人员安全：使用具有无线遥测功能的CRT-D，房颤无需进行电生理检查诱发，仅通过无线遥测动态实时发放burst刺激诱发稳定可靠的持续房颤状态，同时避免了实验人员长时间与大动物接触导致误伤的风险，保证实验过程安全。
应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。词语第一、第二、第三等的使用，仅是为了表述方便，而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。
此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。
Claims (4)
1.一种模型生成系统，其特征在于，该系统包括：
程控仪，用于与三腔起搏器建立无线遥控连接，以程控刺激信号参数；
三腔起搏器，用于在所述程控仪生成第一控制信号的控制下产生心室事件的第一刺激信号，所述第一刺激信号为起搏脉冲信号；所述第一刺激信号为起搏频率为125次/分，起搏房室间期为250ms，起搏时长为6周的起搏脉冲信号；还用于在所述程控仪生成第二控制信号的控制下产生心房事件的第二刺激信号，所述第二控制信号为短阵快速脉冲刺激信号；所述第二刺激信号为发放短阵快速刺激3-5阵，每次刺激10s，刺激脉冲振幅为2.5V，脉冲宽度为0.5ms的短阵快速脉冲刺激信号；
无线通信模块，用于所述模型生成系统与三腔起搏器建立无线通信连接；
监测信号接收模块，用于接收所述三腔起搏器发送的心房电活动和心室电活动的监测信号；
模型生成模块，用于采用预设的信号对应关系从所述监测信号中提取房颤持续时间数据、房颤负荷率数据和胸腔内阻抗数据，生成动物心力衰竭合并心房颤动模型。
2.根据权利要求1所述的模型生成系统，其特征在于，该系统还包括：
滤波模块，用于对所述监测信号进行滤波，获取属于心率频段的频率信号分量，同时消除心率频段外的噪声信号。
3.根据权利要求1所述的模型生成系统，其特征在于，所述三腔起搏器包括用于固定于右心耳处的第一起搏导线，用于固定于右心室间隔处的第二起搏导线，和用于固定于右心室心尖处的第三起搏导线；
所述三腔起搏器，还用于通过第二起搏导线和第三起搏导线输出所述起搏脉冲信号，以获取扩张型心肌病心衰模型和适合诱发持续性房颤的心房基质；
所述三腔起搏器，还用于通过第一起搏导线输出短阵快速脉冲刺激信号，以获取心力衰竭合并心房颤动模型。
4.根据权利要求1或3所述的模型生成系统，其特征在于，所述三腔起搏器为心脏再同步化治疗除颤器，所述心脏再同步化治疗除颤器包括右室起搏感知接口、心房起搏感知接口、左室起搏接口、右室除颤接口和上腔线圈接口。
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