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编号:10288258
移动电话与起搏器干扰
http://www.100md.com 《中国心脏起搏与心电生理杂志》 2000年第3期
     作者:陈文 汪康平

    单位:苏州大学附属第一医院心内科 江苏苏州 215006

    关键词:

    中国心脏起搏与心电生理杂志000319中图分类号 R318.11 文献标识码 A

    文章编号 1007—2659(2000)03—0201—03

    移动电话或手提电话(handtelephone,cellular phone)出现于1983年。目前全球移动电话用户已超过5 000万,到2000年还将翻一番[1],我国也已逾1 000万,单上海就超过70万[2]。尽管现代起搏器已用钛壳把内部电路包裹起来,并在钛壳内部配有高频过滤器,以防止电磁干扰(EMI),然而某些电磁场源仍能对起搏器功能产生不利影响[3~6]。移动电话工作时发射射频信号,产生电磁场,而且使用普遍,是EMI的重要来源之一。Barbaro等[7]于1994年进行的离体研究表明,移动电话工作时产生的电磁场能改变起搏器功能,但并不损坏起搏器,也不改变原程控的参数。Hayes等[8]在1995年对30例起搏器病人进行了移动电话的干扰检测,用ECG监测,无一例有异常发现。而Hayes等[9]在1997年对980例起搏器病人进行了5 533次检测,最高干扰率达55.8%。移动电话对起搏器到底有多大影响呢?为此,作以下综述。
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    1 移动电话的种类、工作原理及常用系统

    1.1 移动电话的种类 目前常用的移动电话分模拟式(analogue)和数字式(digital)两大类。模拟技术的每单元频率对(freqency pair per cell site)只能为一部电话提供双向联系(移动电话与基地站之间),而数字技术的每单位频率对则可同时支持3~4个或更多用户,扩大了移动电话的容量,是未来的发展方向。

    1.2 移动电话的工作原理 两种移动电话的工作频率大致相同,从800 MHz到1.92 GHz,发射功率为0.6~8 W,工作状态分为关机和开机状态,开机状态又分为呼入(响铃)、呼出(拔号)和持机通话三种状态[2,9,10]

    模拟式手机(简称模拟机)传递信息的载波是一种等幅连续无线电波(频率调制),模拟机在开机工作的三个状态均发射等幅超高频信号,仅在每个阶段之间有1~2 s的停顿[2]。而数字式手机(简称数字机)发射的是间断的脉冲信号,其脉冲频率(repetition rate)大约在2.2~217 Hz之间,脉宽一般为0.57 ms,振幅大于模拟机的等幅连续波。数字机传输信息采用多路脉冲频率调制,而全球通移动电话(global system mobiles,GSM)还采用多路脉冲振幅调制,数字机在整个通讯过程中都发射不规则的脉冲信号,更易产生干扰。
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    1.3 数字式移动电话系统 目前最常用的数字技术是时间分割多道技术(time division multiple access,TDMA),它把传输信号片断化,每位用户的信号只持续一小段时间(6.6 ms),并与其他用户的信号前后相序。该系统的脉冲频率是50 Hz,其中掌式手机的功率一般为0.6 W。

    此外还有摩托罗拉集成无线系统(Motorola integrated radio systems,MIRS),脉冲频率为11 Hz,其中掌式手机的功率一般较大(2 W左右);码分多路技术(code division multiple access,CDMA),脉冲频率是50 Hz或更高;最新的个人联络系统(personal communication systems,PCS),其工作频率为1.9 GHz。国内最常用的数字技术是组团式移动电话(group system mobiles),脉冲频率为11 Hz,其中掌式手机的功率一般为2 W。

    由于不同数字技术的手机工作频率、脉冲频率及功率各不相同,EMI能力也就各不相同,其中采用多路脉冲振幅调制的GSM干扰性最大[5,7]
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    2 移动电话干扰起搏器的环节及不良后果

    2.1 干扰的环节 现代起搏器因为其内部电路用钛壳保护起来而免受EMI,未加屏蔽的起搏器连接器(connector)就成为EMI的入口。Barbaro等[10]报告EMI不从电极顶端进入起搏器,而是通过连接器进入起搏器的内部电路[2,11]

    移动电话的工作频率越高波长越短,进入人体的深度越浅,从而进入起搏器的EMI成分也就越少[5]。起搏器的内部电路配有过滤高频射频成分的电路,因而移动电话工作频率范围内的无线电波可被大多数起搏器滤过。另一方面,起搏器内部的去颤保护二极管起了检波作用[2],将射频信号的脉冲性变化检出并送入感知放大器。对模拟机而言,这种脉冲性变化表现为工作状态转换时等幅连续波的中断,换言之,其脉冲频率极低,已不在大多数起搏器的感知范围内。而数字机其脉冲频率为2.2~217 Hz,脉宽为0.57 ms的脉冲波,正是这种低频脉冲成分经连接器进入起搏器内部电路并被感知,从而干扰了起搏器功能,因为这种低频成分处于大多数起搏器的感知范围内[11]。Pacesetter公司的新一代起搏器和Medtronic公司的7960系列起搏器具有一种带滤波器的引线端子(filtered feedthru),可用来连接起搏器内部电路与外部附件,从而可以配置相对独立的抗EMI电容器。这种抗EMI电容器位于连接器的头端,它产生的高频局部电流回到钛壳,起到了屏蔽脉冲发生器的作用,防止超高频信号进入起搏器。Hayes等[9]对980例起搏器病人的测试结果为:具有该环路者,干扰率为0.4%~0.8%,反之,可高达28.9%~55.8%(P=0.01)。
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    2.2 干扰的不良后果

    2.2.1 离体研究发现,模拟机仅在每次发射开始或终止时干扰起搏,在通话过程中则不会产生[2];临床检测未发现模拟机造成干扰[8]

    2.2.2 数字机在通话的整个过程中时刻存在干扰,其中最易在响铃阶段产生干扰,而在持机通话阶段干扰较小[2,10]。它对起搏器造成的常见干扰有:P波跟踪导致以上限频率起搏、非同步起搏、心室抑制。Hayes等[9,10,12]报告其发生率分别为14.2%、7.3%和6.3%。少见的干扰有:心房抑制、心室安全起搏、低感知和致频率适应性起搏,发生率分别为:2.3%、1.8%、0.9%和0.3%。此外起搏器受干扰时还可能转换成磁频模式,或以上几种效应兼而有之。对于不同厂家的起搏器及同一厂家的不同型号,上述干扰的发生率也不尽相同[11]。Hayes等[9]根据临床表现把起搏器受干扰的程度分为三级:一级有明确的临床意义,如心室抑制超过3 s;二级可能有临床意义,如间歇心房抑制2~3 s;三级可能没有临床意义。三级的发生率分别为1.7%、4.9%和13.4%,其中一、二级好发于对起搏器依赖的病人。
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    2.2.3 手机还可能在对起搏器的遥控讯问及程控过程中发生干扰。如果起搏器设计有对传输过程进行监测的装置,此时可导致信号传输过程中断或缓慢;如果没有该装置,则会产生错误的传输信息。因而在此过程中应尽量移开手机。

    2.2.4 手机对临时起搏器也能产生干扰,而且佩戴临时起搏器的病人大多病情危急,因此这类病人想打手机时必须用ECG监护,以防可能的干扰。

    3 移动电话干扰起搏器的影响因素

    3.1 来自手机的影响因素 ①手机干扰性最强的部位是天线根部,测试证实该处电磁辐射最强[2]。②手机功率越大干扰性越强[10,11]。Naegeli等[11]报告手机输出功率为8 W时干扰率为7.1%,2 W时为2.8%(P=0.017);并且,有的手机在工作过程中,输出功率的大小并不恒定,而是根据通讯情况自动调整,实现对信道的最佳利用,把干扰降至最小,耗能降至最低[13]。③数字机的脉冲频率大小不同,干扰的后果也不同,起搏器感知到9 Hz以上低频脉冲时,可转换成固定频率起搏;当脉冲频率在2~9 Hz之间时,根据抗EMI电路及程控参数的不同,起搏可被抑制、触发或转换成固定频率起搏[5]
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    3.2 来自起搏器的影响因素 ①灵敏度。起搏器灵敏度设置愈高愈易受到手机干扰。Naegeli等[11]报告一般灵敏度时干扰率为1.8%(6/336),最大时为6%(20/336)(P=0.009)。②单腔与双腔起搏。双腔起搏时心房灵敏度总是设置得较高,因而更易受到手机干扰。Hayes等[9]报告对双腔起搏器3 784次的测试结果,干扰率达25.3%,而对单腔1 631次测试的干扰率为6.8%(P<0.001)。③感知电极极性。双极感知电极抗手机干扰能力较单极强。Naegeli等[11]报告使用双极感知电极时仅在心房水平发生干扰,包括过感知及不恰当的频率跟踪。单、双极感知电极总的干扰率分别为5.0%(21/424)和2.0(5/428)(P=0.089),对于具有可程控极性的起搏器,自身对照结果,双极为0(0/112),单极为12.5%(14/112),P=0.0003。而Hayes等[9]则认为手机产生的EMI主要从起搏器的连接器进入内部电路,而不依赖于感知电路的阴、阳极之间距离的大小,心房感知电极为单、双极时干扰率分别为28.9%和25.0%(P=0.02),在心室则为20.4%和19.5%(P=0.85)。
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    3.3 手机及其天线与起搏器的空间关系 只有当手机距脉冲发生器10 cm以内时,才可能对起搏器造成干扰,如果距离再远些,或把手机完全移开,则其对起搏器的干扰立刻消失[2,10,11]。因此手机天线根部与植入起搏器部位皮肤接触时干扰最大。手机天线方向与起搏器连接器内电极导线的角度不同,射频信号传递到起搏器的多少也不同,平行时最多,垂直时最小。此外天线的方向性亦随机种而异,手机前后、左右场强可相差10倍以上[2]

    3.4 其他 人体作为导体,能较好地屏蔽电磁场透入,起搏器埋植越深干扰信号衰减越大,其衰减率为17.4%[2,5]。此外房室延迟间期,不应期,上、下限频率等参数程控得不恰当,对干扰的表现也有或多或少的影响[10]

    由于影响干扰的因素众多,且手机的关闭与起搏的状态无关,因此干扰的出现将是随机的,单纯比较各组的干扰率没有实际意义[5]
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    4 预防和处理干扰的措施

    4.1 要防止手机对起搏器的EMI,起搏器须有进一步的技术改进作为支持。Pacesetter公司和Medtronic公司的带滤波器的引线端子实现了这种突破,即使手机天线靠近起搏器也不会干扰达到《EN50061》标准的起搏器。该起搏器抗干扰能力更强,并且已在离体和临床实验中得到初步验证[9],但其长期效果尚需进一步的临床观察。

    4.2 起搏病人应首选模拟机,因为它从理论上和实践上都是安全的[2,8]。即使选用数字机,也要避免使用干扰性最强的GSM[10]

    4.3 起搏病人,尤其起搏器依赖性病人,在使用手机前一定要检测,模拟可能发生的最大干扰,即把手机天线根部直接接触起搏器植入部位皮肤,检测干扰的程度及表现[2,9]。使用手机时一般把手机靠近耳朵,据报道该姿势时不会造成干扰[2,9]。不要把手机靠近起搏器植入部位,相距至少要10 cm,避免把手机放在靠近起搏器部位的上衣口袋内。一旦发生干扰,立即把手机移开,起搏器功能自动恢复,否则干扰持续存在,极个别病例干扰历时3 s[9,10]。但对于起搏器依赖病人,必须对由干扰所导致的后果有清醒认识,及时移开手机,避免更长时间的抑制产生严重后果。
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    4.4 考虑到手机对起搏器的干扰,在植入时须对起搏系统有所选择,如单、双腔和极性等,尤其对于起搏器依赖病人;在随访过程中对灵敏度,上、下限频率等参数及时适当地调整,适当地降低灵敏度和设置双极感知可以部分消除干扰。

    人们自1994年起才开始重视移动电话对起搏器的干扰并进行了大量研究[13~15],由于手机的普遍使用,起搏器病人的增加,干扰问题日显重要。即使起搏病人自己不用手机,也可能在他人使用时受到干扰,比如在拥挤的地铁或公交车上。但目前对许多问题尚无结论性报道,例如手机工作时电磁场场强及其与起搏器空间角度关系的定量研究[11]。而且随着起搏器新设计的出现,移动电话新技术新系统的发展,必将出现新的干扰问题。而能否及时正确地识别与解决这些问题,可能关系到起搏器能否正常工作,进而影响病人生活质量。要解决这些问题,需要起搏器厂家和移动电话厂家联手攻关,病人要明了移动电话干扰的可能后果,医生则须对该问题引起足够的重视。

, 百拇医药     作者简介:陈文(1968— ),男(汉族),湖北枣阳人,医学硕士,目前主要从事心律失常和冠心病的诊治。

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    (2000-03-21收稿), 百拇医药