CN113521537A - 多储能电容型除颤器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种多储能电容型除颤器，包括充电电源，用于为系统提供能量，并将除颤器供电电源中的能量存储到储能电容器；开关电路，用于在充放电时，接通或断开充电电源与所述储能电容器的连接；其中，所述储能电容器由多于2个的电容器构成；除颤电极，通过所述开关电路将储能电容器储存的能量提供给人体，完成除颤治疗。本发明采用多只低压储能电容器。利用电子开关将这些电容器并联充电，串联放电。因此，设备中只有在输出脉冲的瞬间存在高压。通过控制参与放电电容器的个数，来控制除颤波形，提高了除颤器的安全性。

Description

多储能电容型除颤器

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种多储能电容型除颤器。

背景技术

心室颤动是指心室发生无序的激动，致使心室规律有序的激动和舒缩功能消失，其均为功能性心脏骤停(SCA)。这意味着人的心脏已经停止泵血，是致死性心律失常。心室颤动是心脏电活动极度混乱的表现，一般很难自行终止。电击除颤是目前临床可以终止室颤的唯一有效方法。它通过一定能量的电脉冲使所有心肌细胞同时除极，然后同时复极，使心脏恢复窦性节律。

除颤器是通过电极将电脉冲施加在患者的皮肤(体外电极)或暴露的心脏(体内电极)，从而实现对心脏进行除颤的设备。

除颤器由脉冲发生器和除颤能量存储和能量释放三个部分构成。为了达到所需的除颤电流和能量，传统除颤器先用直流电流对高压储能电容充电，达到较高的电压后直接通过电极在病人的胸部快速放电。由于电容器中存储数百焦耳的能量，电压在1500V以上、除颤电流高达40A，这种高电压大电流输出的设备对人体具有潜在危险，而且是用于支持、维持生命的设备；所以在《医疗器械分类目录》中被列为第三类医疗器械进行管理。

根据《IEC-60601》，当患者或操作者可能暴露在超过25VRMS或60VDC的电压下时，就可能存在触电风险。必须在正常和单一故障条件下确保患者和操作者的安全。在医用电气设备安全标准中，将大于1500V的电压定义为高压，将60V以下的电压称作安全特低压。在高能量的情况下，电压越高风险越大。高压存在的时间越长风险越大。

此外除颤电流波形是决定除颤成功率，减少患者心肌损伤的重要因素。

为了提高除颤器的安全性，本文采用多只低压储能电容器。利用电子开关将这些电容器并联充电，串联放电。因此，设备中只有在输出脉冲的瞬间存在高压。通过控制参与放电电容器的个数，来控制除颤波形。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种多储能电容型除颤器，用于提高除颤器的安全性。

本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种多储能电容型除颤器，包括

充电电源，用于为系统提供能量，并将除颤器供电电源中的能量存储到储能电容器；

开关电路，用于在充放电时，接通或断开充电电源与所述储能电容器的连接；

其中，所述储能电容器由多于2个的电容器构成；及

除颤电极，通过所述开关电路将储能电容器储存的能量提供给人体，完成除颤治疗。

更进一步的，所述开关电路包括场效管放电开关、场效管寄生二极管、源极电流取样电阻、保护三极管和场效应管驱动器。

更进一步的，所述开关电路工作时，所述场效应管驱动器的发光二极管点亮，光电二极管有电压输出，所述场效管放电开关开通，所述场效应管驱动器的发光二极管熄灭时，光电二极管无电压输出，所述场效管放电开关关断。

更进一步的，所述除颤器设有放电过流保护电路，所述放电过流保护电路电阻获得与放电电流成比例的电压，当此电压高于三极管的开启电压时，三极管导通将放电开关关闭，电容器退出放电，使放电电流降低，实现过流保护。

更进一步的，所述除颤器设有电流回流保护结构，其在开关管漏极上串联逆止二极管，放电时，开关的漏极电压高于源极电压，形成回流电流，让电流按照期望的方向流动。

更进一步的，所述除颤器设有充电短路保护结构，其在各电容间设置限流电阻；并用开关控制所述限流电阻的接入状态，控制充电时接入，放电时断开。

更进一步的，所述除颤器设有电容过度放电保护结构，其在每个电容器上均并联旁路二极管，当该电容上的电荷耗尽时，所述旁路二极管导通使得电压不继续下降，为其他电容继续放电提供回路。

更进一步的，充电时，所述开关电路接通所述充电电源与所述储能电容器，将各储能电容器并联，同时断开所述储能电容器与所述除颤电极；放电时，所述开关电路断开所述充电电源与所述储能电容器，接通所述储能电容器与所述除颤电极；并将各储能电容器串联。

本发明的有益效果为：

本发明采用储能电容器并联充电、串联放电输出的方法，提高设备的安全降低了对储能电容器及放电开关的耐压要求。

本发明采用电子开关电路，改变储能电容器的串联方式，实现输出脉冲的极性转换，可输出多相波形。

本发明通过控制参与放电电容的个数来调整除颤电流，峰值电流和电流的变化率电流峰值小能够达到期望值。

本发明充电电源的组数不限，便于设计生产。多种保护措施，确保设备的安全性。

本发明储能电容器和放电开关及附属电路分别安装在同一块线路的两侧，减少了相互间的干扰，提高设备的可靠性，同时，也缩小了设备的体积。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例之低压储能型除颤器电路的结构图；

图2是本发明实施例之低压储能型除颤器的连接关系图；

图3是本发明实施例之放电开关电路原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参照图1所示，本实施例公开了低压储能型除颤器电路的结构，包括：充电电源、开关电路、储能电容器和除颤电极。

本实施例充电电源为系统提供能量。由于除颤器供电电源不能够输出足够的功率。充电电源将除颤器供电电源中的能量存储到电容器。充电电源的数量不限。可用一组电源同时给所有储能电容充电，也可用多组电源，给各储能电容单独充电。

本实施例开关电路改变各部分的连接关系。充电时，开关电路接通充电电源与储能电容器，将各储能电容器并联，同时断开储能电容器与除颤电极。放电时，开关电路断开充电电源与储能电容器，接通储能电容器与除颤电极；并将储能电容器串联。开关电路根据除颤电极上的实际需要，改变参与放电的储能电容器的个数。

本实施例储能电容器由多只电容器构成。电容器有容量和耐压两个指标，N个相同的电容并联时，总容量提高N倍，串联时耐压提高N倍；总储存能量与连接方式无关。

本实施例除颤电极通过开关电路将储能电容器储存的能量提供给人体，完成除颤治疗。

本实施例中，进行除颤前充电时，开关电路将储能电容器与除颤电极断开，保证患者漏电流满足《国家标准》要求。开关电路将各储能电容器并联连接，并将储能电容器与充电电源连接，每个电容器都具有充电电源的电压，存储一定的能量。由于充电电源电压较低，此时除颤器内部不存在高压。

本实施例中，进行除颤放电时，开关电路将储能电容器与充电电源断开，同时将储能电容器与除颤电极接通。开关电路根据实际需要控制参与电容器数量与时间。

作为本实施例一种优选的实施，在放电开始时，由于各电容均是满电，参与放电的电容较少，也许是有1只，当不能满足实际需求时，第2只参与放电，接着第3只、第4只……第n只。放电电压等于各参与放电电容器的电压之和，与参与的先后顺序无关。改变参与放电电容的个数即可改变放电电压，根据欧姆定律，即可改变除颤电流，维持在期望值。以此可将除颤电流维持在期望值。

本实施例中，进行除颤结束时，除颤放电完结束后，开关电路将储能电容器与除颤电极断开，将各个储能电容器并联连接；根据实际情况，继续充电或内部放电。

实施例2

参阅图2所示，本实施例公开低压储能型除颤器的连接，其中，+V1、-V1分别是充电电源的正负极。C1、C2、C3……Cn为储能电容器。K11、K12、K13、K14为极性选择开关。K21、K22、K23、K24，……Kn1、Kn2、Kn3、Kn4为充放电开关。

本实施例各开关的工作状态分为：分为充电、放电输出正脉冲、放电输出负脉冲三种。

作为本实施例一种优选的实施，极性选择开关K11、K12、K13、K14用于除颤脉冲的极性选择。

本实施中，充电时，K11、K12、K13、K14全部断开，将除颤储能电容器与除颤电极断开。使电极与储能电容处于高阻抗状态，保证设备的患者漏电流小于《医用电气设备国家标准》的要求。放电时，输出正脉冲：K11断开、K12接通，将电极的负极与电容器C1的负极接通。K13接通、K14断开，将电极的正极与电容器Cn的正极接通。放电时，输出负脉冲：K11接通、K12断开，将电极的负极与电容器C1的正极接通。K13断开、K14接通，将电极的正极与电容器Cn的负极接通。

作为本实施例一种优选的实施，充放电开关K21、K22、K23、K24，K31、K32、K33、K34……Kn1、Kn2、Kn3、Kn4用于改变相应电容C2、C3……Cn与前一个电容的连接关系。

本实施中，充电时，K21、K31……Kn1断开、K22、K32……Kn2接通、K23、K33……Kn3接通，K24、K34……K24断开，将后一电容Cn与前一电容Cn-1并联；放电时，K12打开，K13打开，输出正脉冲：K21、K31……Kn1接通、K22、K32……Kn2断开、K23、K33……Kn3断开，K24、K34……Kn4断开，将后一电容Cn的负极与前一电容Cn-1的正极串联连接；在电极上输出正脉冲。

如果此时电容Cn不参与放电，可将Kn1断开，从而断开电容Cn的负极，开关Kn3接通，为其他电容提供放电通路。

或者将电容Cn与电容Cn-1并联，这时两个电容都参与放电，但放电电压仅为单只电容的电压。

本实施中，放电时，K11打开，K14打开，输出负脉冲：K24、K34……Kn4接通、K21、K31……Kn1断开、K22、K23……Kn3断开，K23、K33……Kn3断开，将后一电容Cn的正极与前一电容Cn-1的负极串联连接；在电极上输出负脉冲。

如果此时电容Cn不参与放电，可将Kn4断开，从而断开电容Cn的负极，开关Kn2接通，为其他电容提供放电通路。或者将电容Cn与电容Cn-1并联。这时两个电容都参与放电，但放电电压仅是一个电容的电压。

因此，放电期间改变参与放电电容器的数量，即可调整输出电压，改变电容的连接关系，即可改变除颤脉冲的极性。

本实施除颤电流波形的相p表示放电过程中除颤脉冲极性改变的次数n；p＝n+1,改变0次叫单相波，改变1次叫双相波；改变2次叫三相波，波形图上是电流穿越时间轴的次数，双相波穿越一次，三相波穿越两次。

因此本实施例在放电期间可以多次改变输出脉冲的极性。不改变输出单相波，改变n次输出n+1相波。

实施例3

本实施例公如图3所示的放电开关电路，S是场效管放电开关，D为场效管寄生二极管，R为源极电流的取样电阻。Q为保护三极管，OP场效应管驱动器。

本实施例场效管驱动器采用威世生产的VOM1271T型光电二极管输出光电耦合器。它是独立的光学隔离MOSFET驱动器。与传统MOSFET驱动器不同、它不需要外部电源，使得电路设计更为简单，表面安装占用更小的空间，单通道、绝缘电压4.5k Vrms，短路电流47uA，内部带有关断加速电路。

本实施例工作时，OP的发光二极管点亮时，光电二极管有电压输出，场效管S开通，OP的发光二极管熄灭时，光电二极管无电压输出，场效管S关断。

实施例4

本实施例公开除颤器的保护，因为除颤器属于高压大电流设备，除了有效性外，安全性和可靠性也同样重要。为此，本实施例采用以下措施。

实施例增设放电过流保护，如图3所示，电阻R获得与放电电流成比例的电压，当此电压高于三极管Q的开启电压时，Q导通将放电开关S关闭，相应的电容器退出放电，使放电电流降低。实现过流保护。

实施例增设电流回流保护，由于二极管D的存在，放电时，某些开关的漏极电压高于源极电压，形成回流电流，为了让电流按照期望的方向流动，避免电流的回流，在相应的开关管漏极上串联一逆止二极管。

实施例增设充电短路保护，电路由放电转为充电时，由于各电容上的剩余电压不同，直接并联会现成短路放电；为此在各电容间加一个限流电阻；可用开关控制该电阻的接入状态，充电时接入放电时断开。

实施例增设电容过度放电保护，在放电器件，某些储能电容器参与放电的时间较长，其上面储存的电荷可能耗尽，对于无极性电容来说，可以继续参与放电，电容器上的电压由正变负。但对有极性电容器来说，电容器上的负极电压高于正极电压是允许的。

为了避免这种情况的发生；在每个电容器上并联一旁路二极管，当该电容上的电荷耗尽时，电压旁路二极管导通，该电容的电压不会继续下降，同时为其他电容继续放电提供回路。

实施例进行结构安装时，放电开关电路元件选用表面安装型器件，这些器件按照在储能电容器的引脚附近。储能电容和放电开关器件分别安装在同一块线路板的两侧，以减少干扰，提高设备的可靠性，同时，也缩小了设备的体积。

综上，本发明采用储能电容器并联充电、串联放电输出的方法，提高设备的安全降低了对储能电容器及放电开关的耐压要求。

本发明采用电子开关电路，改变储能电容器的串联方式，实现输出脉冲的极性转换，可输出多相波形。

本发明通过控制参与放电电容的个数来调整除颤电流，峰值电流和电流的变化率电流峰值小能够达到期望值。

本发明充电电源的组数不限，便于设计生产。多种保护措施，确保设备的安全性。

本发明储能电容器和放电开关及附属电路分别安装在同一块线路的两侧，减少了相互间的干扰，提高设备的可靠性，同时，也缩小了设备的体积。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种多储能电容型除颤器，其特征在于，包括

充电电源，用于为系统提供能量，并将除颤器供电电源中的能量存储到储能电容器；

开关电路，用于在充放电时，接通或断开充电电源与所述储能电容器的连接；

其中，所述储能电容器由多于2个的电容器构成；及

除颤电极，通过所述开关电路将储能电容器储存的能量提供给人体，完成除颤治疗。

2.根据权利要求1所述的多储能电容型除颤器，其特征在于，所述开关电路包括场效管放电开关、场效管寄生二极管、源极电流取样电阻、保护三极管和场效应管驱动器。

3.根据权利要求2所述的多储能电容型除颤器，其特征在于，所述开关电路工作时，所述场效应管驱动器的发光二极管点亮，光电二极管有电压输出，所述场效管放电开关开通，所述场效应管驱动器的发光二极管熄灭时，光电二极管无电压输出，所述场效管放电开关关断。

4.根据权利要求1所述的多储能电容型除颤器，其特征在于，所述除颤器设有放电过流保护电路，所述放电过流保护电路电阻获得与放电电流成比例的电压，当此电压高于三极管的开启电压时，三极管导通将放电开关关闭，电容器退出放电，使放电电流降低，实现过流保护。

5.根据权利要求1所述的多储能电容型除颤器，其特征在于，所述除颤器设有电流回流保护结构，其在开关管漏极上串联逆止二极管，放电时，开关的漏极电压高于源极电压，形成回流电流，让电流按照期望的方向流动。

6.根据权利要求1所述的一种多储能电容型除颤器，其特征在于，所述除颤器设有充电短路保护结构，其在各电容间设置限流电阻；并用开关控制所述限流电阻的接入状态，控制充电时接入，放电时断开。

7.根据权利要求1所述的多储能电容型除颤器，其特征在于，所述除颤器设有电容过度放电保护结构，其在每个电容器上均并联旁路二极管，当该电容上的电荷耗尽时，所述旁路二极管导通使得电压不继续下降，为其他电容继续放电提供回路。

8.根据权利要求1所述的多储能电容型除颤器，其特征在于，充电时，所述开关电路接通所述充电电源与所述储能电容器，将各储能电容器并联，同时断开所述储能电容器与所述除颤电极；放电时，所述开关电路断开所述充电电源与所述储能电容器，接通所述储能电容器与所述除颤电极；并将各储能电容器串联。

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