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摘要：心室顫動引起心臟性猝死嚴重危害著人類健康，動物模型廣泛用于研究其機理等，本文設計制作了一種直流式動物實驗用誘顫裝置，通過本裝置可以提供恒定的直流電，方便根據實驗實際需求調節電流大小和刺激時間，提高動物模型造模成功率。

關鍵詞：心室顫動；直流式；誘顫儀

0前言

心臟驟停是心臟急癥中最嚴重的情況，導致有效心泵功能和血液循環突然中斷，引起全身組織細胞嚴重缺血、缺氧和代謝障礙，搶救不及時即可造成死亡[1]。隨著心肺復蘇技術的普及和急救體系的完善，越來越多的心臟驟?；颊叩玫皆缙诰戎危绾芜M一步提高腦復蘇成功率仍是醫學領域的研究重點，為研究心臟驟停后生理變化機制及進行儀器或藥物心肺復蘇，需要通過構建心室顫動模型[2,3]。采用電刺激誘發室顫操作方便，成功率高，能夠很好地模擬心臟驟停的病理生理過程[4]。目前主要的電刺激致顫法采用的交流電，然而不同的動物組織大小差異較大，心臟電阻值各不相同，所需電壓、電流、脈寬、持續電刺激時間各不相同，使得模型一致性得不到保證[5,6]。本作品的設計目的是提供一種直流式動物誘顫裝置，通過本裝置可以提供恒定的直流電，可根據實際需求方便調節電流大小和刺激時間，旨在提高建模的成功率與一致性。

1設計思路

通過對目標需求分析，提出了如圖1所示的功能模塊劃分，儀器采用220V民用交流電作為電能輸入來源，通過變壓器將電壓降至適當低電壓，整流模塊將交流電轉化為直流電用于產生誘顫電流及相關部件供電，再通過恒流模塊產生直流式誘顫刺激電流，定時模塊用于控制刺激電流的持續時間，電流顯示模塊便于操作人員觀察調節電流大小。

2電路原理

根據模塊圖分析結果，借助AltiumDesigner軟件設計了如圖2所示的電路原理圖，核心恒流模塊采用BJT鏡像電路實現輸出恒定直流電功能；切換電阻的阻值以達到檔位改變，實現輸出電流大小的調節；采用高精度電流表模塊實時監控電流的輸出情況；定時模塊用于自動控制誘顫裝置刺激信號的輸出時長[7]。

3實物介紹

依據模塊圖及電路圖的分析結果，采購相關電子元器件，包括電阻、電容、電流表頭、開關、定時器、變壓器、二極管、三極管、電路板等。經手工焊接組裝并調試，得到誘顫裝置原型樣機。原型樣機的面板如圖3所示，（1）白色開關K1，為裝置電源總開關；（2）電流表表頭顯示屏，顯示實時電流值；（3）電流檔位調節旋鈕，設0、1、2、3、4等檔位，為5mA倍數增加；（4）定時控制器，設置并顯示定時模式與定時時間；（5）綠色開關K2，為定時器電源按鈕，控制定時器的開關；（6）黑色開關K3，為普通模式與定時器模式的切換開關；（7）直流式誘顫電流的輸出端?，F分別以普通模式（人工控制電流刺激時間）和定時器模式（根據預先設定自動控制電流刺激時間）為例簡單介紹裝置使用方式。普通模式：（1）將誘顫電流輸出端連接動物實驗誘顫電極；（2）插入裝置電源插頭，打開開關K1，K2、K3保持關閉狀態，預熱裝置5分鐘；（3）將電流檔位調節旋鈕旋至所需電流檔位；（4）將模式切換開關K3打開，裝置將提供直流式誘顫電流；（5）可以根據實驗現場觀察結果實時控制電流時長及更換電流檔位。定時器模式：（1）將誘顫電流輸出端連接動物實驗誘顫電極；（2）將電流檔位調節旋鈕旋至0檔位；（3）插入裝置電源插頭，打開開關K1、K2，K3保持關閉狀態，預熱裝置5分鐘；（4）用定時器按鍵設置控制模式及刺激時間；（5）將電流檔位調節旋鈕旋至所需電流檔位；（6）連續按兩次定時器電源按鈕開關K2，裝置將提供設定時長的直流式誘顫電流。

4儀器性能

不同的動物組織大小有差異，心臟電阻值也不相同，所需要的刺激電流和刺激時間可能也不盡相同，這就要求所設計制作的直流式動物實驗用誘顫裝置不僅能靈活地調節電流大小和刺激時長，還需要能夠在不同情況向具有穩定一致的輸出性能。首先采用不同阻值的電阻進行模擬實驗，記錄運行10、60、120s三個時間節點的電流輸出值，考察直流式誘顫電流的輸出性能，結果如表1所示，可以看出該裝置在外接電阻阻值為~0.4至~1.2kΩ范圍內具有良好的穩流性能，低檔位時電流波動在0.2mA范圍內，隨著電流檔位增加，電流波動略有增加。在此基礎上，分別對鼠、兔、豬進行誘顫實驗，驗證該裝置對不同體型動物的實驗效果，結果顯示這三種動物在該裝置提供的刺激電流下都成功地引發了心室顫動。

5總結

本文設計制作了一種直流式動物實驗用誘顫裝置，通過本裝置可以提供恒定的直流電，方便根據實驗實際需求調節電流大小和刺激時間，可以用于心室顫動動物模型的造模，具有很好的成功率。

作者:余善成 柴振興 王輝 鄒曉偉 龔麗英 趙志剛 陳國兵 葉珊珊 單位:南京醫科大學生物醫學工程與信息學院