DE2352631A1

DE2352631A1 - Defibrillator

Info

Publication number: DE2352631A1
Application number: DE19732352631
Authority: DE
Inventors: David Bell
Original assignee: HEALTH Tech LABS Inc
Current assignee: HEALTH Tech LABS Inc
Priority date: 1972-01-20
Filing date: 1973-10-19
Publication date: 1975-04-30
Also published as: US3782389A

Description

Health Technology Labs^ Ine
Omaha, Nebraska / V.St.A.

Defibrillator

Die Erfindung betrifft einen Defibrillator mit einem Energiewähler zur Einstellung der vom Speicherkondensator auf die am Patienten anliegenden Elektroden zu liefernde Energiemenge ο ■

Die Verwendung von Gleichstromdefibrillatoren für Wiederbelebungszwecke ist häufig geboten. Nur das hohe Gewicht dieser Geräte hat bisher ihren Einsatz in größerem Umfang verhindert. Die meisten klinischen Defibrillatoren beruhen auf der Energiespeicherung und -entladung über eine stabile RLC-Kombination_s erfordern also genau festgelegte Werte von Kapazität _s Induktivität und .Widerstand, Das Prinzip des Defibrillator besteht darin., daßeein kräftiger elektrischer Impuls über zwei am Brustkorb des Patienten angelegte Elektroden auf den Patienten gegeben wird_s um so kurz-

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zeitig das Herz zum Stillstand zu bringen. Dadurch soll .das Herzflimmern unterbrochen werden. Da das Herzflimmern so schnell wie möglich beendet werden muß, ist es außerordentlich wichtig, daß bereits beim ersten Versuch ein genügend starker Impuls auf den Patienten gegeben wird. Bei den meisten bekannten Defibrillatoren ist es möglich, die dem Patienten zugeführte Impulsenergie zu wählen. Es wurde jedoch festgestellt, daß diese Vorrichtungen im allgemeinen eine kleinere Energiemenge an den Patienten abgeben, als eingestellt wurde. Außerdem schwanken die Widerstandswerte der Patienten sehr stark. Wenn aber der Impuls nicht ausreicht, um das Herz kurzzeitig zum Stillstand zu bringen, kann der Patient sterben.

Der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Defibrillator mit Energiewähler derart auszubilden, daß die am Energiewähler eingestellte Energie unabhängig vom elektrischen Widerstand des Patienten und den sonstigen Parametern des Lastkreises tatsächlich dem Patienten zugeführt wird.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß mit dem Energiewähler und einem im·Lastkreis liegenden Energiemesser ein Computer verbunden ist, der den Lastkreis unterbricht, sobald der aus den Angaben des Energiemessers errechnete

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Energiefluß zum Patienten, der am Energiewähler eingestellten "Energiemenge gleichkommt.

Zur Energiemessung können in bekannter Weise- Strom- und Spannungsmessungen herangezogen werden, die im Computer zu einem Meßwert für die Energie verarbeitet und aufsummiert werden, bis die gelieferte Energfe den Sollwert erreicht hat. Die Gesamtenergie des den Patienten erreichenden Impulses ist also völlig unabhängig von irgendwelchen Schwankungen der Schaltungsparameter, wozu auch der Eigenwiderstand des Patienten gehört.

Der Computer läßt sich in einfacher Weise aufbauen und benötigt wenig Platz und Gewicht, so daß der Defibrillator als leichtes, tragbares Gerät ausgebildet werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. Hierin sind:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Defibrillators,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der elektrischen Schaltung desselben,

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Pig. 3 ein Blockschaltbild des Energiecomputers und zugeordneter Teile, und

Fig. 4-6 schematische Darstellungen von Schaltungseinzelheiten des Defibrillators.

Der in Fig. 1 dargestellte Defibrillator 10 besitzt ein tragbares Gehäuse 12, an das zwei Elektroden 14 und 16 angeschlossen sind. Die Elektroden können, wie gesagt, am Brustkorb eines Patienten angesetzt werden.

Gemäß dem Blockschaltbild in Fig. 2 ist ein Netzteil 18 mit zugehörigem Hauptschalter 20 mit den Speisekondensatoren 22 verbunden, welche die vom Netzteil 18 gelieferte Energie speichern. Eine Schaltvorrichtung 24 ist mit den Speicherkondensatoren 22 verbunden. Sie ist einerseits mit den Elektroden 14 und 16 und andererseits mit einem Spannungsmesser 26 und einem Strommesser 28 verbunden. Ein Energiecomputer 34 läßt sich mittels der Schalter 30 und 32 von Hand einschalten und zurückstellen. Ferner sind mit dem Computer 34 ein Energiewähler 36 und ein Energieanzeiger 38 für die abgegebene Energie verbunden. Der Energiewähler 36 besteht beispielsweise aui einem Drehknopf oder dergleichen und dient zur Einstellung der dem Patienten zuzuführenden Energie.

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Der Energiecomputer 34 ist schematisch in Fig. 3 dargestellt. Der Strommesser 28 und der Spannungsmesser 26 sind mit einem Multiplikationsglied 40 verbunden, das, seinerseits auf einen Integrator 42 arbeitet. Der Integrator 42 ist mit einem Analogspeicher 44 verbunden, der das Anzeigegerät 38 speist. Die Strom- und Spannungsmesser 28. und 26 sind ferner mit einer Zeitvergleichsstufe 46 verbunden, die. zu einem ODER-Glied 48 führt. Der Energfewähler 36 ist mit der Zeitvergleichsstufe 46, einer -Integralyergleichsstufe 50 und einer Spannungsvergleichsstufe 52 verbunden. Die Integralvergleichsstufe 50 ist mit dem ODER-Glied 4.8 und dem . Integrator 42 verbunden. Die Spannungsvergleichsstufe 52 ist an ein Spannungsnprmal 54 und einen Ladeschalter. .56 angeschlossen. Die Multiplikationsstufe 40 ist ferner mit der Spannungsvergleichsstufe 52 verbunden.

Der Rückstellschalter 32 ist elektrisch mit dem Analogspeicher 44 und dem Ladungsschalter 56 verbunden, während der Handschalter 3P zu einem VerzögerungsglSad 58 für den Start und dem Ladeschalter 56 führt. .

In Betrieb des Defibrillators wird zunächst mittels des Rückstellschalters 32 die vorherige Einstellung gelöscht, in-.dem das Anzeigegerät 38 auf Null gestellt wird. Dann wird der, Netzteil l8 auf eine Ausgangsspannung gebracht, die von der

Stellung des Energiewählers 36 abhängt. Wenn z.B. ein Impuls mit der Energie 200 Joule auf den Patienten gegeben werden soll, stellt man den Energiewähler 36 auf 200 Joule ein. Die vom Netzteil 18 gelieferte Energie wird in den Speicherkondensatoren 22 gespeichert. Der Energiewähler 36 liefert auch ein seiner Einstellung entsprechendes Signal auf den Computer 34. Nun werden die Elektroden·" 14 und 16 an den Patienten angelegt und der Handschalter 30» der an einer oder beiden Elektroden 14 und 16 angebrächt ist, betätigt.

Durch diese Betätigung wird die gespeicherte Energie unter Kontrolle des Computers 34 in den Patienten eingeleitet. Der Strommesser 28 und der Spannungsmesser 26 geben Momentansignale auf den Computer 34, der daraus mittels einer stetigen Integration die Energie berechnet. Wenn die berechnete Energie der eingestellten Energie gleichkommt, bewirkt der Computer 34 die Abtrennung der Energiequelle vom Patienten. Die dem Patienten .zugeführte Gesamtenergie wird stetig auf dem Anzeigegerät angegeben.

Fig. 4 zeigt das Schaltbild des Netzteils. Der Transformator TP3 speist einen Gleichrichter in Brückenschaltung, der eine positive und eine negative Gleichspannung abgibt. Diese wird mitteis Transistoren und Zenerdioden auf - 15 V geregelt. Über zwei Dioden werden die beiden Relais K^ und K₂ gespeist.

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Relais K₂ zieht nur an, wenn Kontakt K, geschlossen ist. Das entsprechende Relais ist in Fig. 6 dargestellt. Relais K₂ betätigt den Kontakt in Fig.. 5. Die Relais K₂ und K^ steuern die Hauptentladung von dem Speisekreis zum Patienten.

Relais K₁ wird von der Spannungsvergleichsstufe 52 gesteuert. Das Relais K₁ und der Ladeschalter 56sorgen für die Zufuhr der Netzwechselspannung zu den Transformatoren T₁ und T₂ (Fig. 5). Dadurch werden die Speicherkondensatoren 22 in Fig. 5 auf 1400 V Gleichspannung aufgeladen.

Die 4 Gleichrichter zwischen ^₁ und T₂ und die 4 Kondensatoren 22 bilden zwei in Kaskade.geschalteteZweiweggleichrichter zur Erzeugung der Spannung von lAOO V, Nach Beendigung der Aufladung ist eine Energie von 500 .Joule in den Speisekondensatoren gespeichert. Diese haben je eine Kapazität von 2000 Mikroforad und an ihren Belegungen herrscht eine Spannung von 350 V.. Die Widerstände von je 150 kOhm in den Parallelzweigen zu den Thyristoren SCR dienen-zum.Abgleich der Sperrströme. Die den Thyristoren parallel geschalteten Zweige mit 0,05 Mikroforad und 50 Ohm dienen zur Unterdrückung von Schaltüberspannungen.

Die Klemmen 1, 2 und 3 liefern die Meßwerte für Spannung und Strom. Die Spannung zwischen den Klemmen 1 und 2 ist

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proportional der gespeicherten und der Last zugeführten Spannung. Die Spannung zwischen den Klemmen 1 und 3 ist proportional zum Laststrom. Der Widerstand in Höhe von 5 Ohm mit einer Belastbarkeit von 100 Watt zwischen diesen beiden Klemmen dient einerseits als Meßwiderstand für die Strommessung und andererseits als Kurzschlußsicherung.

Die übrige Schaltung läßt sich am einfachsten an Hand eines typischen Betriebsbeispiels erläutern. Anfangs sind die Speicherkondensatoran aufgeladen und alle Thyristoren gesperrt. Der Zyklus beginnt damit, daß am Starteingang eine positive Spannung von 15 V auftritt. Dadurch wird der Zeitgeber 58 gekippt, der als monostabiler Multivibrator ausgebildet ist und eine Zeitkonstante von 0,030 Sek. hat.

Gleichzeitig beginnt sich Relais Kp zu schließen. Der Zeitgeber hat die Aufgabe, die vollständige Schließung des Relais K„ zu ermöglichen. Wenn der Unipolartransistor im Zeitgeber 58 Strom zieht, wird ein kräftiger Stromimpuls auf die Auslösetransformatoren T. und T„ gegeben. Dieser Impuls öffnet die Thyristoren SCR. und SCR„, so daß diese den Stromfluß zur Last freigeben. Die Lichtemissionsdiode LED leuchtet durch die angelegte Spannung auf und öffnet den Phototransistor 62 in Fig. 6. Dieser Transistor startet das Vergleichsglied Z„ in der Zeitvergleichsstufe 46. Wenn das Vergleichsglied feststellt, daß die eingestellte

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Sollenergie geliefert ist, wird eine positive Spannung auf die Klemme STOP gegeben. Dadurch wird der kleine Thyristor 2N5062 (Fig. 5) geöffnet, so daß er einen kräftigen Stromimpuls in den Transformatoren T und T^ erzeugt. Dadurch werden die Thyristoren SCR und SCR^ geöffnet und bewirken die Ableitung der in den Speicherkondensatoren noch vorhandenen Energie.

Die Verstärker Z , Z und Z in Fig. 6 bilden zwei Differentialverstärker. Diese Verstärker wandeln die grundsätzlich freien Eingangsspannungen 1, 2 und 3 in auf Null-bezogene Signale um. An den Ausgängen von Z und Z treten die stetig veränderlichen Werte v(t) und i(t) auf. Diese Signale werden der Stufe HO zugeführt, die zusammen mit dem Verstärker Z^ einen Analogmultiplikator bildet. Am Ausgang von Zu tritt also der Wert v(t) » i(t) auf.

Dieses Signal ist jederzeit proportional zu der gerade der Last zugeführten Leistung. Diese Leistung wird in dem Integrator Z zeitlich integriert, um die Energie zu ergeben. Die Wechselstromkopplung am Ausgang von Z₁. beseitigt die langsame Gleichspannungswanderung. Der Ausgangswert an dieser Stelle stellt angenähert eine Sägezahnspannung dar. Diese Sägezahnspannung wird im Komparator 50 mit der Einstellung des Energiewählpotentiometers 36 verglichen. Wenn beide Werte gleich sind, gibt das Vergleiehsglied das STOP-

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Signal ab. Der Scheitelwert der Sägezahnspannung wird von dem Kondensator mit der Kapazität 0,22 Mikroforad im Analogspeicher 44 gespeichert. Der mit 4 Transistoren bestückte "Verstärker dieses Speichers hat den Verstärkungsfaktor +1. Dadurch kann die gelieferte· Energie auf dem Anzeigegerät dargestellt werden.

Die Zeitvergleichsstufe 46 (Verstärker Z_q) kann ebenfalls ein STOP-Sjgnal liefern, vergleicht jedoch die Einstellung des Potentiometers 36 mit dem Zeitablauf. Auf diese Weise wird für jede Einstellung die Impulslänge auf einen Maximalwert begrenzt. Diese Stufe beeinflußt den Betrieb für Lastwiderstände von weniger als 150 Ohm nicht.

Die Vergleichsstufe Zg steuert die Aufladung der Speicherkondensatoren. Hierzu wird die Ausgangsspannung des Verstärkers Z_, die proportional zur Kondensatorspannung ist, mit einer Zenerdiode verglichen. Eine gewisse positive Rückkopplung dient als gesteuerte Na chwirkung, um Prellerscheinungen des Relais K. zu verhindern.

Die übrigen Transistoren dienen als Schalter, um gewisse Hilfsfunktionen auszuführen, wenn der Handschalter 30 geschlossen wird. Beispielsweise wird in diesem Falle das SpannungsvQgleichsglied Zg abgeschaltet und die Vergleichs-

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glieder 56 und 50, sowie der Analogspeicher 44 werden eingeschaltet.

Die beschriebene Schaltungsanordnung bewirkt, daß die eingestellte Energie unabhängig von. dem schwankenden Lastwiderstand des Patienten geliefert wird. Die Grenzen sind der Widerstand 0, wenn die Elektroden einander berühren, und ein Leerlaufwiderstand des Patienten von über 100 Ohm. Im Falle der unteren Grenze wird die gesamte in den Kondensatoren gespeicherte Energie innerhalb des Defibrillators vernichtet. Im Falle der oberen Grenze versucht der Defibrillator,die eingestellte Energie abzugeben, braucht aber zu lange, so daß die Zeitvergleichsstufe die Entladung beendet, bevor der eingestellte Wert erreicht ist. Das Anzeigegerät 38 läßt de'n Bedienungsinann erkennen, daß die eingestellte Energie nicht geliefert werden konnte und daß die Last anormal ist.

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Claims

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Health Technology Labs, Inc.
Dmaha, Nebraska / V.St..A.

Patentansprüche

.\Defibrillator mit einem Energiewähler zur Einstellung der vom Speicherkondensator des Gerätes auf die am Patienten anliegenden Elektroden zu liefernde Energiemenge, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Energiewähler (36) und einem im Lastkreis liegenden Energiemesser (26,28) ein Computer (3*0 verbunden ist, der einen den Lastkreis vom Speicherkondensator (22) zu den Elektroden (14) unterbrechenden Schalter (24) öffnet, sobald der aus den Angaben des Energiemessers errechnete Energiefluß zum Patienten der am Energiewähler (36) eingestellten Sollenergie gleichkommt.
2. Defibrillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiemesser einen Spannungsmesser (26) und

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einen Strommesser (28) aufweist, deren Angaben im Computer (3*0 zu einem Maß für die gelieferte Energie verarbeitet werden.
3. Defibrillator nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Anzeigegerät (38) für die jeweils auf den Patienten übertragene Energie.

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