前言導讀
心臟起搏器是一種植入于體內的電子治療儀器，通過脈沖發生器發放由電池提供能量的電脈沖，通過導線電極的傳導，刺激電極所接觸的心肌，使心臟激動和收縮，從而達到治療由于某些心律失常所致的心臟功能障礙的目的。1958年第一臺心臟起搏器植入人體以來，起搏器制造技術和工藝快速發展，功能日趨完善。在應用起搏器成功地治療緩慢性心律失常、挽救了成千上萬患者生命的同時，起搏器也開始應用到快速性心律失常及非心電性疾病，如預防陣發性房性快速心律失常、頸動脈竇暈厥、雙室同步治療藥物難治性充血性心力衰竭等。
心臟起搏器概覽
脈沖發生器定時發放一定頻率的脈沖電流，通過導線和電極傳輸到電極所接觸的心肌（心房或心室），使局部心肌細胞受到外來電刺激而產生興奮，并通過細胞間的縫隙連接或閏盤連接向周圍心肌傳導，導致整個心房或心室興奮并進而產生收縮活動。需要強調的是，心肌必須具備有興奮、傳導和收縮功能，心臟起搏方能發揮其作用。
心臟起搏器工作原理示意
植入起搏器的發展
1791年Galvani用實驗證明了生物電的存在，并發現肌肉對電刺激有收縮反應。1882年Ziemssen發現電刺激可引起心臟收縮活動。早期的實驗研究和臨床觀察對后來心臟起搏技術的發明和應用具有重要的意義。
1929年9月Lidwill在澳大利亞悉尼舉行的學術會議上首次報告了應用他發明的手提式起搏裝置成功救活了1個心臟停跳的嬰兒。這是人工心臟起搏技術首次用于臨床。
1932年Hyman設計制作了一臺由發條驅動的電脈沖發生器，該裝置凈重達7.2公斤，脈沖頻率可調節為30、60、120次/分，Hyman將之稱為人工心臟起搏器“artificial cardiac pacemaker”，這臺發條式脈沖發生器成為人類第一臺人工心臟起搏器。
1952年1月，美國哈佛大學醫學院Paul M. Zoll醫生首次在人體胸壁的表面施行脈寬2ms，強度為75~150V的電脈沖刺激心臟，成功地為1例心臟停搏患者進行心臟復蘇，挽救了這位瀕死病人的生命。
由于電極縫在胸壁，使電刺激起搏心臟的同時也刺激胸部肌肉，引起局部肌肉的抽動和疼痛，但這一創舉立即受到醫學界和工程技術界人士的廣泛重視，迎來了心臟病學的又一個變革時期，臨時性心臟起搏器術逐漸被醫學界廣泛接受，成為一種常規的緩慢性心律失常的治療方法。Paul M. Zoll被尊稱為“心臟起搏之父”。
1952年，瑞典的Senning醫生和Elmqvist工程師研制出第1臺可植入人體的心臟起搏器。1958年10月8日，Senning首次將起搏器植入到一位病毒性心肌炎合并完全性房室阻滯患者的體內。此人成為世界上第一例被植入起搏器的患者。
心臟起搏器技術的發展
早先的起搏器由于存在諸多問題，限制其臨床廣泛應用，例如需開胸植入起搏導線電極，起搏閾值很快升高，導線容易折斷、移位，電池壽命較短和穩定性差。為解決上述問題，不少學者和工程師做了不懈的研究。
心臟起搏器發展史
1962年，經靜脈導線應用于臨床，植入心臟起搏器無需開胸手術。
1964年，出現了R波抑制型（VVI）起搏器，避免了固定頻率起搏器不同步性可能引起的嚴重室性心律失常。
1978年植入了第一臺雙腔起搏器。
上世紀70年代應用抗心動過速起搏器治療室上性心動過速，這個技術目前仍應用于植入型心律轉復除顫器（ICD）中。
上世紀80年代以后，由于電子技術和傳感器技術的快速發展及微處理器的廣泛應用，起搏器的功能愈趨完善。
1995年Bakker等證實了雙心室起搏的血流動力學益處，對嚴重心力衰竭合并室內阻滯，特別是左束支阻滯，雙心室起搏可使心室收縮再同步化，心功能改善，活動耐量增加，生活質量提高。目前，這種心臟再同步化治療（CRT）已獲美國FDA批準。
在出現頻率適應性起搏、起搏參數的體外提取和程控、起搏器對心律失常事件和起搏器工作狀態的監測和記錄等功能之后，并可根據病人的不同狀況在一定范圍內自動調整起搏參數使起搏器能更好地適用于復雜的臨床情況和不同的病人。
一般情況下，心臟起搏系統主要包括兩部分：脈沖發生器和電極導線（包含無線方式）。脈沖發生器，由集成電路和電池組成。它的外表呈扁圓形，體積小巧，就像一塊扁平的懷表，重量約20克左右。脈沖發生器內部有復雜的線路，控制著起搏器工作。起搏電極導線一端連接在起搏器上，另一端通過靜脈到達心臟，并通過特殊結構固定在心肌壁上。心臟起搏器有多種型號和類型，按起搏器類型可以劃分為單腔起搏器、雙腔起搏器以及三腔起搏器。下表列出了各類型起搏器的主要特點：
來源：美敦力官網 思宇智庫
目前，心臟起搏器正朝著無導線技術（leadless cardiac pacemaker system, LCPs）方向發展，雖然起搏器技術挽救了病人的生命，但同時也具有相應的并發癥。尤其需要經過靜脈系統植入的導線，可能會產生：靜脈栓塞，重度三尖瓣反流，電極損傷，感染等。所謂無導線起搏器，顧名思義就是沒有導線的起搏器。起搏導線和脈沖發生器兩者合二為一，且體積非常小，可以直接植入到心臟內，因此在體表沒有傳統起搏器植入部位的皮膚隆起和疤痕，也避免了起搏器囊袋的破潰和感染，起搏導線磨損和斷裂的風險，且使用壽命長很長和兼容磁共振。無導線起搏器是心臟起搏器領域的飛躍性創新，已經是心臟起搏器領域的發展趨勢。
無線起搏器示意圖
心臟起搏器市場概覽
全球心臟起搏器植入手術的數量
全球進行的?臟起搏器植入?術的數量預期將由2021年的1.3百萬臺增加至2030年的1.7百萬臺，復合年增長率為3.0%。于2021年，歐洲進行的?臟起搏器植入?術約為567,400臺，占全球所有區域市場中最多（44.8%）。預期中國的?臟起搏器植入?術增長率最高，2021年至2030年的估計復合年增長率為7.6%。下圖載列全球進行的?臟起搏器植入?術的數量。
來源：弗若斯特沙利文
全球心臟起搏器市場的規模
全球?臟起搏器市場預期將由2021年的3,597.4百萬美元增加至2030年的4,224.9百萬美元，復合年增長率為1.8%。于2021年，美國的規模為1,617.9百萬美元，為全球最大（45.0%）的?臟起搏器市場。中國預期將成為增長最快的?臟起搏器市場，2021年至2030年的估計復合年增長率為5.7%。下圖載列?臟起搏器的全球市場規模：
來源：弗若斯特沙利文
競爭格局
大部分的商業化?臟起搏器由五家跨國公司開發。下表載列該等公司于美國、歐盟及╱或中國獲批的最新主要起搏器的比較：
來源：弗若斯特沙利文
下表載列該等公司于美國、歐盟及╱或中國獲批的最新主要起搏導線（其連接?臟起搏器與?臟，并將電子信號輸送至?臟以供起搏）的比較：
來源：弗若斯特沙利文
心臟起搏器產品分析
筆者以雅培的Aveir DR雙腔無線心臟起搏器為例，對心臟起搏器產品進行簡要的解析。
Aveir DR雙腔無線起搏器
2023年7月5日，雅培發出正式公告，宣布其Aveir™ 單腔（VR）無導線起搏器通過了美國（FDA）的正式批準，該產品用于治療美國心律緩慢的患者。這標志著患者護理的重大進步，并為患者及其醫生帶來了前所未有的新功能。同時這也是繼美敦力的Micra系列之后，雅培成為第二家獲得批準上市的無導線起搏器企業。
技術簡介
Aveir DR是全球第一款雙腔無線起搏器，由Aveir VR和Aveir AR兩個部分組成，Aveir VR專用于右心室，Aveir AR專用于右心房。兩個部分均采用了Abbott的專有i2i通信技術。
i2i通信技術是Aveir DR的核心，這項技術使得Aveir VR和Aveir AR實現同步且協調的心臟起搏。該技術使用高頻脈沖，通過每個無電極導線起搏器之間的體內血液的自然導電特性傳遞信息。為了支持雙腔治療，兩個植入物都與配對的共植入裝置進行逐搏通信。雅培表示，傳導通信使用的電池電流遠低于感應，射頻或藍牙通信。
Aveir DR雙腔無導線起搏器示意圖
不僅如此，雅培還開發了專用的AVEIR輸送和取出導管，其為一種帶偏轉機構的可操縱輸送導管，獨特的三環圈套結構能夠和AVEIR進行裝配，如下圖所示：
創新優勢
1.無引線，雙腔治療支持
采用了雅培專有的i2i互聯技術。該技術使用高頻脈沖，通過每個無電極導線起搏器之間的體內血液的自然導電特性傳遞信息，使得兩個無導線起搏器互相連接。
2.輕薄、節能
據官方披露，Aveir DR的尺寸只有傳統起搏器的十分之一，相當于一個AAA電池，并且其使用的電池電流，比感應、射頻或藍牙通信、傳導通信使用的更低。更加節能，相比感應，射頻或藍牙通信，傳導通信使用的電池電流遠低。
3.減少并發癥風險
AVEIR™ DR系統擁有傳統雙腔起搏器的所有臨床優勢，但不會出現與起搏器導線和植入袋相關的并發癥，包括感染、導線脫位、絕緣問題、皮膚侵蝕、疤痕形成或者活動限制。
結 語
目前來看，雅培和美敦力實粒堪稱棋逢對手，二者的核心技術不同，據了解，美敦力Micra AV所采用的是內置的三軸加速度傳感器，以提供房室同步起搏功能，目前已經通過多項臨床印證其有效性；另一方面，據公開資料顯示，雅培AVEIR DR電量是Micra VR的2倍以上，盡管更耐用，但也一定程度上拉長了臨床反饋時間。
總的來說，眼下心臟起搏器賽道正處于技術爆炸的全新階段，市場格局變幻莫測。對于心臟起搏器設備而言，依然以美敦力、雅培、波科等國外企業為主，不過隨著國內重視程度不斷提高的情況下，中國公司蓄勢待發，在一片被普遍看好的市場中開始暗流涌動，雖然目前真正的國產心臟起搏器成品問世很少，但是隨著各個“卡脖子”技術不斷攻克，國產心臟起搏器一定會在近幾年實現重大突破和問世。
目前，國內各大心臟起搏器領域醫療廠商還會將美敦力、雅培、波科等重要競品作為標桿和對照，但是隨著各大國內廠商聯動產學研醫生多方力量，不斷創新，必將推動中國心臟起搏器業更智能化、精準化、便攜化的發展，也會逐步擺脫國外競品帶來的壓力和技術障礙。
參考資料：醫械知識產權、朱曉曉心電資訊、 微創心律招股書等。
