摘要：心室颤动引起心脏性猝死严重危害着人类健康，动物模型广泛用于研究其机理等，本文设计制作了一种直流式动物实验用诱颤装置，通过本装置可以提供恒定的直流电，方便根据实验实际需求调节电流大小和刺激时间，提高动物模型造模成功率。
关键词：心室颤动；直流式；诱颤仪
0前言
心脏骤停是心脏急症中最严重的情况，导致有效心泵功能和血液循环突然中断，引起全身组织细胞严重缺血、缺氧和代谢障碍，抢救不及时即可造成死亡[1]。随着心肺复苏技术的普及和急救体系的完善，越来越多的心脏骤停患者得到早期救治，但如何进一步提高脑复苏成功率仍是医学领域的研究重点，为研究心脏骤停后生理变化机制及进行仪器或药物心肺复苏，需要通过构建心室颤动模型[2,3]。采用电刺激诱发室颤操作方便，成功率高，能够很好地模拟心脏骤停的病理生理过程[4]。目前主要的电刺激致颤法采用的交流电，然而不同的动物组织大小差异较大，心脏电阻值各不相同，所需电压、电流、脉宽、持续电刺激时间各不相同，使得模型一致性得不到保证[5,6]。本作品的设计目的是提供一种直流式动物诱颤装置，通过本装置可以提供恒定的直流电，可根据实际需求方便调节电流大小和刺激时间，旨在提高建模的成功率与一致性。
1设计思路
通过对目标需求分析，提出了如图1所示的功能模块划分，仪器采用220V民用交流电作为电能输入来源，通过变压器将电压降至适当低电压，整流模块将交流电转化为直流电用于产生诱颤电流及相关部件供电，再通过恒流模块产生直流式诱颤刺激电流，定时模块用于控制刺激电流的持续时间，电流显示模块便于操作人员观察调节电流大小。
2电路原理
根据模块图分析结果，借助AltiumDesigner软件设计了如图2所示的电路原理图，核心恒流模块采用BJT镜像电路实现输出恒定直流电功能；切换电阻的阻值以达到档位改变，实现输出电流大小的调节；采用高精度电流表模块实时监控电流的输出情况；定时模块用于自动控制诱颤装置刺激信号的输出时长[7]。
3实物介绍
依据模块图及电路图的分析结果，采购相关电子元器件，包括电阻、电容、电流表头、开关、定时器、变压器、二极管、三极管、电路板等。经手工焊接组装并调试，得到诱颤装置原型样机。原型样机的面板如图3所示，（1）白色开关K1，为装置电源总开关；（2）电流表表头显示屏，显示实时电流值；（3）电流档位调节旋钮，设0、1、2、3、4等档位，为5mA倍数增加；（4）定时控制器，设置并显示定时模式与定时时间；（5）绿色开关K2，为定时器电源按钮，控制定时器的开关；（6）黑色开关K3，为普通模式与定时器模式的切换开关；（7）直流式诱颤电流的输出端。现分别以普通模式（人工控制电流刺激时间）和定时器模式（根据预先设定自动控制电流刺激时间）为例简单介绍装置使用方式。普通模式：（1）将诱颤电流输出端连接动物实验诱颤电极；（2）插入装置电源插头，打开开关K1，K2、K3保持关闭状态，预热装置5分钟；（3）将电流档位调节旋钮旋至所需电流档位；（4）将模式切换开关K3打开，装置将提供直流式诱颤电流；（5）可以根据实验现场观察结果实时控制电流时长及更换电流档位。定时器模式：（1）将诱颤电流输出端连接动物实验诱颤电极；（2）将电流档位调节旋钮旋至0档位；（3）插入装置电源插头，打开开关K1、K2，K3保持关闭状态，预热装置5分钟；（4）用定时器按键设置控制模式及刺激时间；（5）将电流档位调节旋钮旋至所需电流档位；（6）连续按两次定时器电源按钮开关K2，装置将提供设定时长的直流式诱颤电流。
4仪器性能
不同的动物组织大小有差异，心脏电阻值也不相同，所需要的刺激电流和刺激时间可能也不尽相同，这就要求所设计制作的直流式动物实验用诱颤装置不仅能灵活地调节电流大小和刺激时长，还需要能够在不同情况向具有稳定一致的输出性能。首先采用不同阻值的电阻进行模拟实验，记录运行10、60、120s三个时间节点的电流输出值，考察直流式诱颤电流的输出性能，结果如表1所示，可以看出该装置在外接电阻阻值为~0.4至~1.2kΩ范围内具有良好的稳流性能，低档位时电流波动在0.2mA范围内，随着电流档位增加，电流波动略有增加。在此基础上，分别对鼠、兔、猪进行诱颤实验，验证该装置对不同体型动物的实验效果，结果显示这三种动物在该装置提供的刺激电流下都成功地引发了心室颤动。
5总结
本文设计制作了一种直流式动物实验用诱颤装置，通过本装置可以提供恒定的直流电，方便根据实验实际需求调节电流大小和刺激时间，可以用于心室颤动动物模型的造模，具有很好的成功率。
作者:余善成 柴振兴 王辉 邹晓伟 龚丽英 赵志刚 陈国兵 叶珊珊 单位:南京医科大学生物医学工程与信息学院
