心脏猝死(Sudden Cardiac Death SCD)是心血管疾病导致的死亡的一个主要表现。一般认为,心室纤颤(又称心室颤动,简称室颤Ventricular Fibrillation VF)导致的心脏骤停是大多数心脏猝死的直接原因。它是最严重的心律失常,是一种“狂暴无序的心脏电活动,其间记录的心电图波形不断改变形态幅度以及方向”,如果不迅速加以处理的话,病人很快就会死亡。目前治疗室颤唯一可靠的方法是电击除颤。虽然这一方法拯救了无数病人的生命,但是传统电击除颤所需能量巨大,给病人带来多方面的副作用,使病人遭受巨大痛苦。因此学者们很早就开始寻找降低除颤能量的途径。然而除直流电除颤代替交流电除颤、双相波除颤代替单相波除颤之外,其它优化除颤能量的方法获得的效果都很有限,这使得无痛除颤的目标一直无法实现。目前低能量除颤方法共有四种：1.使用更好的除颤波形；2.尽可能降低电击回路阻抗；3.使放电电场分布尽量均匀；4.使用起搏级电刺激分步除颤。其中,使用起搏级电刺激分步除颤被认为是最有前景的方法。但是目前已经报道的起搏式除颤徒有高的能量利用率,却无高的除颤成功率。本文针对起搏式除颤存在的问题,结合其它低能量除颤方法,提出了一种使用除颤效果更优的双相波作为刺激脉冲波形,通过在全心室表面均匀放置多路除颤电极,向心脏发放超速起搏刺激序列,在心室内形成均匀电场,分步实现终止室颤目的新方法,从而达到降低除颤能量的目的。为了提高研究效率,避免盲目地进动物实验,同时考虑到现有在体实验记录手段有限,本文提出使用生物电数值仿真的方法来验证上述低能量除颤方法；建立了基于ANSYS有限元仿真软件的心脏电场仿真环境,并通过与临床数据的对比,验证了仿真模型的可靠性和逼真性；在此基础上,进行了全心室外膜电极阵列放电产生的电场分布计算；仿真结果显示,使用均匀分布在全心室外膜上的电极阵列可以得到远优于传统植入式除颤设备的除颤效果,双脉冲顺次放电可比单脉冲达到更好的除颤效果；并结合除颤电场仿真求解结果,提出了推荐的电极配对方案,并基于此设计了明确的动物实验的方案,提高了研究的效率。本文还通过理论分析以及动物心肌细胞膜片钳实验初步论证了心肌细胞电量阈值的估算方法,表明低电压条件下只需要提供细胞足够电量,即可成功使细胞进入不应期,为起搏式除颤的分布性提供了细胞层面的验证,进而明确了设想验证实验中刺激脉冲参数范围。本文针对设想的实验的需求进行了64道电生理刺激仪的设计实现。系统由两个子系统组成：刺激分发系统与双相脉冲发生系统。系统很好地实现了实验所需要的功能：1.具有多路(64路)脉冲输出；2.脉冲输出空间范围可以任意组合控制；3.具有多个脉冲输出能力；4.具有双相波的输出能力；5.输出刺激脉宽可调；6.输出刺激的间隔周期可调。为了能记录除颤前后心脏电活动,分析除颤带来的变化从而总结成功经验和失败教训,本文进行了用于验证低能量除颤方法的标测/刺激系统的设计：在回顾已有的标测技术之后,简要介绍了标测/刺激系统现状,明确其在低能量除颤中的意义,分析了标测系统和刺激系统整合需要解决的问题。在此基础上,将已有的128道电生理标测仪与电生理刺激仪进行系统整合,使得实验过程中,标测与刺激分时进行,能记录除颤前后心脏的电活动以供后续分析,构建了完整的进行低能除颤尝试实验的硬件平台。本文针对现有起搏式除颤存在的问题,结合其它低能量除颤研究方法提出了基于全心室均匀分布电极的低能量除颤方案,具有一定的理论意义；通过基于心脏有限元的仿真和膜片钳实验,明确了验证设想的具体方案；针对实验要求设计并实现了程控多路电生理刺激仪,并与已有的标测系统整合成完整的实验平台,为顺利进行相关实验做好了准备。