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Diese
Erfindung bezieht sich auf Elektrotherapieschaltungen und insbesondere
auf einen Defibrillator, der mehrere Kondensatoren verwendet, um eine
impedanzkompensierte Lieferung von Defibrillationspulsen zu dem
Patienten zu liefern.
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Eine
elektrochemische Aktivität
in einem menschlichen Herz bewirkt normalerweise, daß die Herzmuskelfasern
sich in einer synchronisierten Weise zusammenziehen und entspannen,
wodurch Blut wirksam von der Herzkammer zu den lebenswichtigen Körperorganen
gepumpt wird. Ein plötzlicher
Tod durch Herzversagen wird oft durch eine Herzkammerfibrillation
(VF; VF = ventrikuläre
Fibrillation) verursacht, bei der eine abnormale elektrische Aktivität in dem
Herz bewirkt, daß sich
einzelne Muskelfasern in einer unsynchronisierten und chaotischen
Weise zusammenziehen. Die einzige wirksame Behandlung für eine VF
ist eine elektrische Defibrillation, bei der ein Elektroschlag an
das Herz angelegt wird, um zu ermöglichen, daß sich das elektrochemische
Herzsystem selbst resynchronisiert. Sobald eine organisierte elektrische
Aktivität
wiederhergestellt ist, folgen gewöhnlich synchronisierte Muskelkontraktionen,
die zu einer Wiederherstellung des Herzrhythmus führen.
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Der
minimale Betrag von Patientenstrom und gelieferter Energie, der
zur wirksamen Defibrillation benötigt
wird, ist von der speziellen Form des Defibrillationssignals abhängig, einschließlich dessen
Amplitude, Zeitdauer, Form (wie z.B. ein Sinus, ein gedämpfter Sinus,
ein Rechteck, ein Exponentieller Abfall) und davon, ob das Stromsignal
eine Polarität (monophasig),
sowohl negative als auch positive Polaritäten (zweiphasig) oder mehrere
negative und positive Polaritäten
(multiphasig) besitzt. Gleichzeitig existiert ein Maximal stromwert
in dem zu dem Patienten gelieferten Defibrillationspuls, oberhalb
dessen sich eine Gewebeschädigung
und eine verminderte Effizienz des Defibrillationspulses ergibt.
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Ein
Spitzenstrom ist der höchste
Strompegel, der während
einer Lieferung des Defibrillationspulses auftritt. Ein Begrenzen
der Spitzenströme
in dem Defibrillationspuls unter den Maximalpegel ist für sowohl
für die
Wirksamkeit als auch für
die Patientensicherheit wünschenswert
Da die transthorakale Impedanz ("Patientenimpedanz") der menschlichen
Bevölkerung über einen
Bereich, der von 20 bis 200 Ohm reicht, variieren kann, ist es wünschenswert,
daß ein
externer Defibrillator einen impedanzkompensierten Defibrillationspuls
bereitstellt, der einen gewünschten
Energiebetrag zu jedem Patienten in dem Bereich der Patientenimpedanzen
und mit Spitzenströmen,
die auf sichere, wesentlich geringere Pegel als der Maximalpegel,
begrenzt sind, liefert.
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Die
meisten externen Defibrillatoren verwenden einen einzelnen Energiespeicherkondensator oder
eine festgelegte Reihe oder Bank von Energiespeicherkondensatoren,
die auf einen einzigen Spannungspegel geladen sind Ein Steuern des
Energiebetrags, der zu jedem gegebenen Patienten über den
Bereich der Patientenimpedanzen geliefert wird, ist ein Problem,
das gewöhnlich
gelöst
wird, indem die "Neigung" oder die Differenz
zwischen Anfangs und End-Spannungen der Energiespeicherkondensatoren,
ebenso wie die Entladungszeit des Defibrillationspulses, gesteuert
wird, Die meisten externen Defibrillatoren verwenden einen einzelnen
Energiespeicherkondensator, der auf einen festgelegten Spannungspegel
geladen ist, wodurch sich ein breiter Bereich von möglichen
Entladungszeiten und Neigungswerten über den Bereich von Patientenimpedanzen
ergibt. Ein Verfahren zum Formen des Signalverlaufs des Defibrillationspulses
bezüglich
Zeitdauer und Neigung ist in dem U.S.-Patent 5,607,454 von Gliner
u.a. erörtert.
Eine Verwendung eines einzelnen Kondensators zur Lieferung des Defibrilla tionspulses
bei ausreichenden Energiehöhen über den
gesamten Bereich von Patientenimpedanzen kann zu hohen Spitzenströmen, die
zu Patienten mit relativ geringen Impedanzen geliefert werden, führen. Gleichzeitig
muß die
Ladungsspannung des Energiespeicherkondensators ausreichend sein,
um einen Defibrillationspuls mit dem gewünschten Energiebetrag zu Patienten
mit hohen Impedanzen zu liefern.
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Für das Problem
von hohen Spitzenströmen existieren
verschiedene bekannte Lösungen.
Ein Verfahren bezieht das Plazieren von Widerständen seriell zu dem Energiespeicherkondensator
mit ein, um übermäßige Spitzenströme bei Patienten
mit geringer Impedanz zu verhindern. In dem U.S.-Patent 5,514,160
wird bei einem implantierbaren Defibrillator, der eine geradlinig
geformte erste Phase besitzt, ein MOSFET verwendet, der als ein
variabler Widerstand in Serie mit dem Energiespeicherkondensator betrieben
wird, um den Spitzenstrom zu begrenzen. In dem U.S.-Patent 5,733,310
von Lopin u.a. ertastet eine Elektrotherapieschaltung eine Patientenimpedanz
und trifft unter einem Satz von seriellen Widerständen, die
seriell zu den Energiespeicherkondensator sind eine Auswahl, um
eine Sägezahnnäherung an
eine geradlinige Form in dem Defibrillationspuls zu erzeugen. Das
Verwenden von strombegrenzenden Widerständen gemäß dem Stand der Technik führt zu einem
beträchtlichen
Leistungsbetrag, der in den Widerständen verbraucht wird, wodurch
sich die Energieanforderungen an die Defibrillatorbatterie erhöht.
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Zur
Begrenzung von Spitzenströmen
bindet ein weiterer Ansatz eine Verwendung von mehreren abgeschnittenen,
exponentiell abfallenden Signalverläufen von mehreren Kondensatoren
ein, um eine Sägezahnnäherung einer
geradlinigen Form der Entladungssignalverlauf in einem implantierbaren
Defibrillator zu bilden. In dem U.S.-Patent 5,199,429 von Kroll
u.a. wird ein Satz von Energiespeicherkondensatoren aufgeladen und
danach nacheinander während
der ersten Phase entladen, um ein Sägezahnmuster zu erzeugen. Kroll
u.a. lehren, daß mehrere Kon densatoren
willkürlich
in seriellen, parallelen oder seriell-parallelen Konfigurationen
während
der Lieferung des Defibrillationspulses angeordnet sein können, um
die Form der Defibrillationssignals mit einem hohen Grad an Flexibilität zu formen.
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In
dem U.S.-Patent 54,836,972 A von Stendahl u.a. ist ein Verfahren
zum parallelen Aufladen von Energiespeicherkondensatorenreihen gezeigt. Die
Energiespeicherkondensatorenreihen können dann seriell verschaltet
werden, um einen Defibrillationspuls zu liefern.
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Weder
Kroll u.a. noch Stendahl u.a. sprechen jedoch den Punkt eines Erlangens
von impedanzkompensierten Defibrillationspulsen, die Spitzenströme unter
dem Maximalwert und eine geringere Variation der Entladungszeiten über den
Bereich von Patientenimpedanzen besitzten, an. Es wäre daher
wünschenswert,
einen Defibrillator bereitzustellen, der zwischen Konfigurationen
von Energiespeicherkondensatoren auswählt, um einen impedanzkompensierten
Defibrillationspuls zu dem Patienten zu liefern.
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Aus
der
US 57,494,904 A ist
ein Defibrillationsverfahren bekannt, bei dem abhängig von
einer erfassten Patientenimpedanz einer oder mehrere einer Mehrzahl
von Kondensatoren zur Lieferung eines Defibrillationspulses entladen
werden. Energie, die zu dem Patienten geliefert wird, kann basierend
auf der erfassten Impedanz eingestellt werden, wobei das Einstellen
die Auswahl einer seriellen oder parallelen Anordnung der Kondensatoren
basierend auf einem Wert der erfassten Impedanz umfassen kann.
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Die
US 5,601,610 A offenbart
einen Defibrillator mit einer Leckverhinderungsschaltung. Der Defibrillator
umfasst eine Mehrzahl von Kondensatoren und eine Mehrzahl von Schaltern,
wobei die Schalter gesteuert werden, um die Kondensatoren zum Beladen
derselben parallel zu schalten und zum Entladen derselben, um einen
Defibrillationspuls zu einem Patienten zu liefern, seriell zu schalten.
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Schließlich offenbart
die
US 5,591,211 A einen
Defibrillator mit einer Mehrzahl von Hochspannungskondensatoren
in der Ausgangsstufe, die parallel gekoppelt sind, wobei eine Schaltmatrix
vorgesehen ist, um die Anzahl von Kondensatoren zu steuern, die
zum Liefern des Defibrillationspulses verwendet wird.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung
zu schaffen, die es ermöglichen,
impedanzkompensierte Defibrillationspulse mit Spitzenströmen geringer
als der Maximalwert und mit geringer Veränderungen der Entladungszeiten über den
Bereich der Patientenimpedanzen bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 und 2 gelöst.
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Ein
Defibrillator für
eine Lieferung eines impedanzkompensierten (impedanzangepaßten) Defibrillationspulses,
der ein Energiespeicherkondensatornetzwerk mit einem Satz von Konfigurationen
besitzt, die entsprechend einer Patientenimpedanz und eines gewünschten
Energiepegels ausgewählt
werden, wird bereitgestellt. Impedanzkompensierung gemäß der vorliegenden
Erfindung bedeutet, daß ein Energiespeicherkondensatornetzwerk
mit einer Gesamt-Kapazität
und einer Gesamt-Ladungsspannung, die auf die Patientenimpedanz
und den gewünschten
Energiewert maßgeschneidert
sind, vorgesehen ist. Der Spitzenstrom ist auf Werte begrenzt, die
geringer als der Maximalwert für
geringe Patientenimpedanzen sind, während die Veränderung
von Entladungszeiten des Defibrillationspulses für Patienten mit hohen Impedanzen
reduziert ist.
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Der
Satz von Konfigurationen des Energiespeicherkondensatornetzwerks
kann verschiedene serielle, parallele und serielle/parallele-Kombinationen
von Energiespeicherkondensatoren innerhalb des Energiespeicherkondensatornetzwerks
umfassen, die als eine Funktion einer Patientenimpedanz ausgewählt werden,
um eine Auswahl an Gesamt-Kapazitäten und Gesamt-Ladungsspannungen bereitzustellen.
Der impedanzkompensierte Defibrillationspuls kann über einen
ausgedehnten Energiepegelbereich geliefert werden, während der
Spitzenstrom durch Verwenden von Konfigurationen, die für Patienten
mit geringer Impedanz maßgeschneidert
sind, auf Pegel begrenzt ist, die für den Patienten sicher sind.
Gleichzeitig werden ausreichende Energiepegel geliefert, indem ausgewählte Konfigurationen,
die an Patienten mit hoher Impedanz maßgeschneidert sind, verwendet
werden. Andere Konfigurationen können
ohne weiteres zu dem Energiespeicherkondensatornetzwerk hinzugefügt werden,
um den verfügbaren
Energiewertebereich über
200 Joule auszudehnen.
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Der
Defibrillator gemäß der vorliegenden
Erfindung ist unter Verwendung eines Energiespeicherkondensatornetzwerks
aufgebaut, das zumindest zwei Kondensatoren verwendet, die Energie
für eine Lieferung
des Defibrillationspulses zu dem Patienten speichern. Der Defibrillator
ist typischerweise tragbar und wird unter Verwendung einer herkömmlichen Batterie
als eine Energiequelle betrieben. Ein Hochspannungslader lädt die Kondensatoren
in dem Energiespeicherkondensatornetzwerk auf gewünschte Spannungspegel
auf. Ein HV-Schalter (HV = HighVoltage = Hochspannung) verschaltet
entsprechend einer gewünschten
Pulszeitdauer und Polarität
die Kondensatoren über
den Patient. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der HV-Schalter
eine "H-Brücke" auf, die aus vier
Umschaltern besteht, um einen zweiphasigen Defibrillationspuls über ein
Paar Elektroden an den Patienten anzulegen.
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Eine
Steuerung steuert den Ladungsprozeß des Energiespeicherkondensatornetzwerks.
Die Steuerung liefert, ansprechend auf ein Drücken eines Elektroschock-Druckknopfs,
den impedanzkontrollierten Defibrillationspuls zu dem Patienten,
indem die Konfiguration des Energiespeicherkondensatornetzwerks
ausgewählt
und der HV-Schalter gesteuert wird, um die gewünschte Zeitdauer und Polarität des impedanzkompensierten
Defibrillationspulses zu erhalten.
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Ein
Messen der Patientenimpedanz kann unmittelbar vor einer Lieferung
des Defibrillationspulses erfolgen. Basierend auf der Patientenimpedanz
kann eine angemessene Konfiguration von Kondensatoren ausgewählt werden,
um den impedanzkompensierten Defibrillationspuls mit dem gewünschten Energiepegel
zu liefern, während
der Spitzenstrom auf Pegel bzw. Werte begrenzt ist, die sicher für den Patienten
sind.
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Der
Energiepegel des impedanzkompensierten Defibrillationspulses gemäß der vorliegenden
Erfindung kann ohne weiteres ausgewählt werden. Das Energiespeicherkondensatornetzwerk
besitzt einen Satz von Konfigurationen, die auf die Patientenimpedanz
und den gewünschten
Energiepegel maßgeschneidert
sind. Die Steuerung wählt
die geeignete Konfiguration aus, nachdem die Patientenimpedanz und
der gewünschte
Energiewert bestimmt sind. Defibrillatoranwendungen, die auswählbare Energiepegel über 200
Joule (J) einbeziehen, können
von der Verwendung von impedanzkompensierten Defibrillationspulsen
profitieren, da die Spitzenströme über einen
größeren Bereich
von Patientenimpedanzen und Energiepegeln unter den Maximalwert
begrenzt werden können.
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Bei
einem alternativen Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung ist für
das Energiespeicherkondensatornetzwerk, das parallele Kombinationen
von Kondensatoren und Widerständen
verwendet, die Energie für
den Defibrillationspuls liefern, eine Verwendung von sperrenden
Dioden anstelle von Schaltern vorgesehen. Auf diese Weise kann ein impedanzangepaßter Defibrillationspuls,
ohne das aktive Eingreifen der Steuerung zum Messen der Patientenimpedanz
und zum Auswählen
der verschiedenen Konfigurationen von Kondensatoren, geliefert werden.
Die Komponentenanzahl würde
wesentlich, jedoch auf Kosten von Flexibilität und der Fähigkeit Energiepegel auszuwählen, gegenüber dem
ersten Ausführungsbeispiel
reduziert.
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Ein
Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, einen Defibrillator bereitzustellen,
der impedanzkompensierte Defibrillationspulse mit einem gewählten Energiebetrag
liefert.
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Ein
weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, einen Defibrillator
bereitzustellen, der unter Verwendung mehrerer Kondensatoren impedanzkompensierte
Defibrillationspulse liefert.
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Ein
weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren
zum Liefern von impedanzkompensierten Defibrillationspulsen zu liefern,
indem aus einem Satz von Konfigurationen eine Konfiguration des
Energiespeicherkondensatornetzwerks ausgewählt wird.
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Ein
weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, ein Energiespeicherkondensatornetzwerk
für einen
Defibrillator bereitzustellen, das es ermöglicht, impedanzkompensierte
Defibrillationspulse mit Energiepegeln über 200 Joule zu liefern.
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Ein
weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, ein Energiespeicherkondensatornetzwerk
bereitzustellen, das ein Schalten von Dioden zum Liefern impedanzkompensierter
Defibrillationspulse verwendet. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
vereinfachtes Blockdiagramm eines Defibrillators mit einem Energiespeicherkondensatornetzwerk
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 ein
schematisches Diagramm des Energiespeicherkondensatornetzwerks gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 ein
Graph eines Anfangsstroms über der
Patientenimpedanz bei Verwendung des Energiespeicherkondensatornetzwerks
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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4A bis 4C ein
Satz von Graphen eines Patientenstroms über der Zeit für Patientenimpedanzen
von 20, 50 bzw. 120 Ohm, bei Verwendung des Energiespeicherkondensatornetzwerks
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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5 ein
Graph einer gelieferten Energie über
Patientenimpedanzen bei Verwendung des Energiespeicherkondensatornetzwerks
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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6 ein
schematisches Diagramm einer Fehlererfassungsschaltung, wie sie
in dem Energiespeicherkondensatornetzwerk verwendet wird;
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7 eine
Darstellung eines Satzes von Konfigurationen des Energiespeicherkondensatornetzwerks
gemäß der vorliegenden
Erfindung, die entsprechend der Patientenimpedanz und dem gewünschten
Energiepegel ausgewählt
werden können;
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8 ein
Flußdiagramm
des Prozesses zum Liefern eines impedanzkompensierten Defibrillationspulses
basierend auf dem Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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9 ein
schematisches Diagramm des Energiespeicherkondensatornetzwerks gemäß einem
alternativen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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10A und 10B Graphen
eines Patientenstroms über
der Zeit für
Patienten mit geringen und hohen Impedanzen bei Verwendung des Energiespeicherkondensatornetzwerks
gemäß dem alternativen
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, das in 9 gezeigt
ist.
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1 ist
ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Defibrillators 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Ein Paar von Elektroden 12 zum Verschalten mit
einem Patienten (nicht gezeigt) sind mit dem vorderen Ende oder
Eingang (Front-End) 14 und ferner mit einem HV-Schalter 16 verschaltet.
Das vordere Ende 14 liefert eine Erfassung, Filterung und
Digitalisierung des Patienten-EKG-Signals. Das EKG-Signal wird im
Gegenzug zu einer Steuerung 18 geliefert, die einen Elektroschockberatungsalgorithmus durchführt, der
in der Lage ist, Herzkammerflimmern (VF) oder andere durch Elektroschock
beinflußbare Rhythmen,
die mit einer Behandlung durch Elektrotherapie beeinflußbar sind,
zu erfassen.
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Das
vordere Ende 14 ist bevorzugt geeignet, die Patientenimpedanz
unter Verwendung eines Niedrigpegelsignals über die Elektroden 12 zu
messen. Die Patientenimpedanz kann an dem vordere Ende 14 gemessen
und digitalisiert werden, indem ein Analog-zu-Digital-Wandler (nicht
gezeigt) verwendet wird, um die Patientenimpedanzdaten zu der Steuerung 18 zu
liefern. Die Patientenimpedanz kann ferner unter Verwendung einer
Vielzahlt von anderen Verfahren gemessen werden, beispielsweise indem
ein nicht-therapeutischer Kleinpegelpuls zu dem Patienten vor der
Lieferung des Defibrillationspulses geliefert wird und ein Spannungsabfall über die
Elektroden 12 gemessen wird.
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Ein
Elektroschock-Druckknopf 20, der typischerweise ein Teil
einer Benutzerschnittstelle des Defibrillators 10 ist,
erlaubt es, daß der
Benutzer die Lieferung eines Defibrillationspulses durch die Elektroden 12 auslöst, nachdem
die Steuerung 18 eine VF oder einen anderen durch Elektroschock
beeinflußbaren
Rhythmus erfaßt
hat. Eine Batterie 22 versorgt im allgemeinen den Defibrillator 10 und
insbesondere einen Hochspannungslader 24, der die Kondensatoren
in einem Energiespeicherkondensatornetzwerk 26 auflädt, mit
elektrischer Energie. Typische Batteriespannungen sind 12 Volt oder
geringer, wobei die Kondensatoren in dem Energiespeicherkondensatornetzwerk 26 auf
1.500 Volt oder mehr geladen werden können. Ein Ladungsspannung-Steuerungsignal
von der Steuerung 18 bestimmt die Ladungsspannung bei jedem
Kondensator eines Energiespeicherkondensatornetzwerk 26.
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Das
Energiespeicherkondensatornetzwerk 26 gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält
mehrere Kondensatoren, die in seriellen, in parallelen oder in seriell
und parallel kombinierten Konfigurationen, ansprechend auf ein Konfigurations-Steuerungssignal
der Steuerung 18, angeordnet werden können. Das Energiespeicherkondensatornetzwerk 26 besitzt eine
effektive Kapazität
und eine effektive Ladungsspannung, die von der gewählten Konfiguration
abhängen.
Beispielsweise wird eine Konfiguration, die aus drei seriellen Kondensatoren
mit einem Kapazitätwert
C und Ladungsspannung V besteht, eine effektive Kapazität von 1/3
C und eine effektive Spannung von 3 V besitzen.
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Die
Steuerung 18 verwendet die Patientenimpedanz und den gewählten Energiepegel,
um eine Konfiguration des Energiespeicherkondensatornetzwerks 26 aus
dem Satz von Konfigurationen auszuwählen, um den impedanzkompensierten
Defibrillationspuls zu dem Patienten zu liefern. Der Betrieb des Energiespeicherkondensatornetzwerks 26 bei
einer Lieferung des impedanzkompensierten Defibrillationspulses
ist in größerem Detail
weiter unten beschrieben.
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Das
Energiespeicherkondensatornetzwerk 26 ist mit dem HV-Schalter 16 verschaltet,
der den Defibrillationspuls über
das Paar von Elektroden 12, ansprechend auf das Polarität-Zeitdauer-Kontrollsignal
von der Steuerung 18, zu dem Patienten in der gewünschten
Polarität
und Zeitdauer liefert. Der HV-Schalter 16 ist aufgebaut,
indem eine H-Brücke verwendet
wird, um bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel zweiphasige
Defibrillationspulse zu liefern, jedoch kann derselbe ohne weiteres
angepaßt werden,
um einphasige oder mehrphasige Defibrillationspulse zu liefern,
während
dennoch die Vorzüge der
vorliegenden Erfindung realisiert sind.
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In 2 ist
ist ein vereinfachtes Schema des Energiespeicherkondensatornetzwerks 26 gezeigt. Der
Hochspannungslader 24 ist auswählbar mit jedem Kondensator
eines Satzes 60-68 über einen Satz von Ladungsschaltern 50-56 verschaltet,
um das Aufladen der Kondensatoren 60-68 auf einen
bestimmten Spannungspegel zu erleichtern. Das Aufladen jeder der
Kondensatoren 60-68 kann je nach Bedarf entweder
nacheinander oder gleichzeitig parallel erfolgen, wobei jeder der
Kondensatoren 60-68, entsprechend den Anforderungen
der Anwendung, entweder auf den gleichen Spannungspegel oder auf verschiedene
Spannungspegel geladen wird. Der Satz von Kondensatoren 60-68 kann,
abhängig
von der Anwendung, den gleichen oder verschiedene Kapazitätswerte
besitzen, Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzt jeder
der Kondensatoren 60-68 den gleichen Kapazitätswert und
ist auf die gleiche Anfangsspannung aufgeladen. Der Satz von Ladungsschaltern 50-56 wird
durch die Steuerung 18 gesteuert, um den Ladungsprozeß zu erleichtern.
Ein Satz von Sperrdioden kann den Satz von Ladungsschaltern 50-56 ersetzen,
um das Aufladen der Kondensatoren 60-68 zu erleichtern.
Jeder der Schalter 50-56 und 70-78 wird
bevorzugt über
einen Satz von Steuerleitungen (nicht gezeigt) an jedem der Schalter 50- 56 und 70-78 durch
die Steuerung 18 gesteuert.
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Ein
Satz von Schaltern 70-78, die zwischen den Schaltern 60-68 und
Masse geschaltet sind, ist vorgesehen, um die gewünschten
seriellen, parallelen oder seriell-parallelen Stromschaltungen zu
erzeugen. Die Kondensatoren 60-64 sind seriell
geschaltet gezeigt, wobei die Anzahl der Serienkondensatoren so
viel wie nötig
oder 1 beträgt.
Entsprechend sind die Kondensatoren 66-68 parallel
geschaltet gezeigt. Die Anzahl von parallelen Kondensatoren kann
auf so viele wie benötigt
werden erweitert werden, um die gewünschte effektive Kapazität, die für eine Lieferung
des gewünschten
Energiepegels in dem impedanzkompensierten Defibrillationspuls nötig ist,
zu erhalten.
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Ein
höherer
Energiepegel in dem Defibrillationspuls kann, ohne die Ladungsspannung
zu erhöhen
oder Strompegel zu erreichen, die den Maximalpegel überschreiten,
erreicht werden, indem parallele Kondensatoren zu gewählten seriellen
oder parallelen Kondensatorkombinationen auf eine Weise hinzugefügt werden,
die die effektive Gesamt-Kapazität erhöht, ohne
die Ladungsspannung zu erhöhen. Wenn
beispielsweise eine Konfiguration für die serielle Anordnung der
Kondensatoren 62 und 64 gebraucht wird, um einen
gewünschten
Spannungspegel für
eine gegebene Patientenimpedanz zu erhalten, jedoch ein höherer Kapazitätspegel
benötigt wird,
um den gewünschten
Energiepegel zu erreichen, können
zusätzliche
Kondensatoren (nicht gezeigt) parallel zu jedem der Kondensatoren 62 und 64 durch
Verwenden von zusätzlichen
Schaltern plaziert werden.
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Ein
Erreichen von Energiepegel über
200 Joule (J), ohne den Ladungsspannungspegel über 2.000 Volt zu erhöhen, kann
auf diese Weise durch Verwendung von 100-μF-Kondensatoren (100 Mikro-Farad-Kondensatoren)
erreicht werden. Solch höhere
Energiepegeloptionen können
als zusätzliche Konfigurationen
in dem Satz der Konfigurationen des Energiespeicherkondensatornetzwerks 26 verfügbar sein.
Die Vielseitigkeit des Auswählens
unter den Konfigurationen erlaubt es, daß höhere Energiepegel durch den
impedanzkompensierten Defibrillationspuls geliefert werden, während Strompegel,
die den Maximalwert überschreiten,
vermieden werden.
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Die
Kondensatoren 60-68 sind in einer, aus einem Satz
von seriellen, parallelen oder seriell-parallelen Konfigurationen
gewählten
Konfiguration unter der Steuerung der Steuerung 18, die
die Polarität und
Zeitdauer des impedanzkompensierten Defibrillationspulses an den
Patienten bestimmt, verschaltet. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
bleibt die gewählte
Konfiguration des Energiespeicherkondensatornetzwerks 26 während jeder
Phase des Defibrillationspulses, wie beispielsweise der ersten und zweiten
Phase eines zweiphasigen Defibrillationspulses, konstant. Alternativ
kann die gewählte
Konfiguration zwischen Phasen geändert
werden, um beispielsweise einen zusätzlichen Energietransfer während der
zweiten Phase zu erhalten.
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In 3, 4 und 5 ist der
Betrieb des Energiespeicherkondensatornetzwerks 26, das
einen Satz von zwei Konfigurationen verwendet, für Beispielzwecke gezeigt. Eine
serielle Konfiguration, die für
Patientenimpedanzen über
72 Ohm ausgewählt
wird, verwendet zwei seriell geschaltete 100-μF-Kondensatoren. Eine parallele
Konfiguration, die für
Patientenimpedanzen unter 72 Ohm ausgewählt wird, verwendet zwei parallel
geschaltete 100-μF-Kondensatoren.
Der Wert von 72 Ohm wurde willkürlich
als die Abgrenzung zwischen Patienten mit hoher und geringer Impedanz
gewählt.
Der Energiepegel bleibt in diesem Beispiel auf 150 Joule festgelegt,
wodurch nur die zwei Konfigurationen des Energiespeicherkondensatornetzwerks 26,
die durch die Steuerung 18, basierend auf einer Impedanz, ausgewählt werden,
in dem Satz verbleiben.
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Die
zwei gleichen 100-μF-Kondensatoren können entsprechend
diesem Beispiel sowohl für
die serielle als auch für
die parallele Konfiguration verwendet werden, oder es können verschiedene
Kondensatoren innerhalb des Energiespeicherkondensatornetzwerks 26 ausgewählt werden.
wie es obenstehend erklärt
ist, können
zusätzliche
serielle, parallele und seriell-parallele Konfigurationen von Kondensatoren
ohne weiteres hinzugefügt
werden, um eine engere Kompensation des Defibrillationspulses für die Patientenimpedanz
zu ermöglichen.
Der Energiepegel kann erhöht
werden, indem Konfigurationen hinzugefügt werden, die parallele Kondensatoren
bereitstellen, die der bestehenden Konfiguration hinzugefügt werden,
um die äquivalente
Kapazität
derselben zu erhöhen,
ohne die oder den zu dem Patienten gelieferte Gesamtspannung oder
Spitzenstrom in dem Defibrillationspuls zu erhöhen.
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3 ist
ein Graph eines Anfangsstroms über
der Patientenimpedanz. Ein Anfangsstrom ist äquivalent zu einem Spitzenstrom,
da der Spitzenstrom bei der Anfangsanwendung der Defibrillationspuls
auftritt. Wie es in dem Graph gezeigt ist, tritt eine Diskontinuität bei 72
Ohm auf, wo durch die Steuerung 18 ein Umschalten basierend
auf der Patientenimpedanz, die durch das vordere Ende 14 gemessen wurde,
zwischen der seriellen und parallelen Konfiguration durchgeführt wurde.
In dem Bereich unter 72 Ohm ist die parallele Konfiguration in dem
Energiespeicherkondensatornetzwerk 26 ausgewählt, bei der
die 100-μF-Kondensatoren,
von denen jeder auf 1.300 Volt aufgeladen ist, parallel geschaltet
sind. Diese parallele Konfiguration ist äquivalent zu einem einzelnen
200-μF-Kondensator
der auf 1.300 Volt aufgeladen ist. In dem Bereich über 72 Ohm
ist die serielle Konfiguration in dem Energiespeicherkondensatornetzwerk 26 ausgewählt, bei
dem die 100-μF-Kondensatoren
seriell geschaltet sind. Diese serielle Konfiguration ist äquivalent
zu einem einzelnen 50-μF-Kondensator,
der auf 2.600 Volt aufgeladen ist.
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Die
Verwendung der seriellen und parallelen Konfiguration entsprechend
den Patientenimpedanzen unter bzw. über dem Grenzwiderstands von
72 Ohm ermöglicht
es, daß der
Spitzenstrom unter einem Maximalwert von 60 Ampere für Patienten
mit geringen Impedanzen und über
15 Ampere für
Patienten mit hohen Impedanzen bleibt. Auf diese Weise wird ein
impedanzkompensierter Defibrillationspuls zu dem Patienten durch
den Defibrillator 10 geliefert.
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4A-4C stellt
einen Satz von Graphen dar, die einen Patientenstrom, der die Defibrillationspulse
für die
Patientenimpedanzen von 20 Ohm, 50 Ohm bzw. 120 Ohm bildet, über der
Zeit zeigt. Jeder der Defibrillationspulse in diesem Beispiel ist
ein zweiphasig abgeschnittener exponentieller Pulstyp (BTE-Pulstyp;
BTE = biphasic truncated exponential). Das Energiespeicherkondensatornetzwerk 26 gemäß der vorliegenden
Erfindung kann genauso gut auf andere Typen von Defibrillationspulsen,
einschließlich
einphasiger und mehrphasiger Pulse, angewendet werden. In diesem
Beispiel sind eine Neigung, das ist der prozentuelle Abfall der
Kondensatorspannung, und eine Pulszeitdauer gesteuert, um den Energiebetrag,
der zu dem Patienten durch den Defibrillationspuls geliefert wird,
zu regeln. Der Spitzenstrom für
jeden Defibrillationspuls ist der Anfangsstrom zu einer Zeit 0,
bei der der Defibrillationspuls erstmals angelegt wird.
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Ein
Vergleich der 4A-4C ergibt,
daß die
Zeiten t1, t2 und t3 die Zeitdauern der Defibrillationspulse für den Defibrillationspuls
sind, der zu Patienten, die Impedanzen von jeweils 20 Ohm, 50 Ohm bzw.
120 Ohm besitzen, geliefert wurde. Eine Zeit t2 für die 50-Ohm-Impedanz
ist größer als
eine Zeit t1 für
die 20-Ohm-Impedanz, da die parallele Konfiguration für Patientenimpedanzen
unterhalb 72 Ohm ausgewählt
ist, weshalb eine längere
Zeitdauer benötigt wird,
um die erforderliche Energiemenge zu liefern. In 4C ist
die serielle Konfiguration für
die 120-Ohm-Impedanz ausgewählt,
die eine kürzere Zeitdauer
einer Zeit t3 relativ zu einer zeit t2 erfordert, um die erforderliche Energiemenge
zu dem Patienten zu liefern. Auf diese Art wird durch die Verwendung
des Energiespeicherkondensatornetzwerks 26 gemäß der vorliegenden
Erfindung der impedanzkompensierte Defibrillationspuls über den
Bereich mit Patientenimpedanzen von 20-200 mit einem geringeren
Bereich von Pulszeitdauern als bei einer Verwendung eines einzelnen
Energiespeicherkondensators geliefert.
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Weitere
Konfigurationen des Energiespeicherkondensatornetzwerks 26 können ohne
weiteres hinzugefügt
werden, um einen impedanzkompensierten Defibrillationspuls, der
besser an die Patientenimpedanz maßgeschneidert ist, zu liefern
und den Energiepegelbereich, der zu dem Patienten geliefert werden
können,
zu erhöhen.
Die Verteilung von Zeitdauern der Defibrillationspulse über den
Bereich von Patientenimpedanzen würde sich verkleinern, sobald weitere
Konfigurationen zu dem Satz von möglichen Konfigurationen des
Energiespeicherkondensatornetzwerks 26 hinzugefügt werden.
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5 ist
ein Graph einer über
den Bereich von Patientenimpedanzen gelieferten Energie. Es ist wünschenswert,
daß die
gelieferte Energie nicht für hohe
Patientenimpedanzen reduziert wird. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die gezeigte Aufzeichnung für
die gewählte
Anwendung, bei der eine Energie in dem Bereich von 130 bis 160 Joule geliefert
wird, annehmbar flach.
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Wie
es in dem Graph gezeigt ist, besteht die Aufzeichnung einer gelieferten
Energie über
der Patientenimpedanz aus stückweisen
Segmenten. Die stückweisen
Segmente sind Artefakte des Steuerungsalgorithmusses bei dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel,
bei dem die Kondensatorelemente und die Zeitdauern aus einem begrenzten
Satz von Werten ausgewählt
werden. Die Anzahl von stückweisen
Segmenten hängt
deshalb von den Kondensatorelementen und der Körnigkeit des Satzes von Zeitdauern
ab. Alternativ kann die in 5 gezeigte Aufzeichnung
als eine geschmeidige Kurve und nicht als stückweise Segmente gezeichnet
werden, wenn ein Steuerungssystem, das kontinuierliche Veränderungen
der Zeitdauern erlaubt, angewendet wird.
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Die
Verwendung eines impedanzkompensierten Defibrillationspulses gemäß der vorliegenden Erfindung
emöglicht
es, daß ein
ausgewählter
Energiepegel von beispielsweise 150 Joule mit einem akzeptablen
Genauigkeitspegel zu einem Patienten mit unbekannter Impedanz innerhalb
des Bereichs von 20 bis 200 Ohm geliefert wird, wobei sowohl eine Pulszeitdauer
als auch ein Spitzenstrom innerhalb vorbestimmter Grenzen liegen.
Impedanzkompensierte Defibrillationspulse, die höhere Energiepegel über 200
Joule besitzen, können
mit der Hinzunahme von Konfigurationen zu dem Satz von Konfigurationen
des Energiespeicherkondensatornetzwerks 26, das für hinzugefügte parallele
Kondensatoren vorgesehen ist, erreicht werden.
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6 ist
eine schematische Zeichnung einer Fehlererfassungsschaltung 300,
die in dem Energiespeicherkondensatornetzwerk 26 zum Erfassen
von Fehlern verwendet werden kann. Da die Kondensatoren 60-64 auf
relativ hohe Spannungen in dem Bereich von 1.500 Volt aufgeladen
sind, während
sich die Spannungen in einer seriellen Verschaltung von geladenen
Kondensatoren addieren, ist es schwierig, Fehler in einem der Kondensatoren
direkt zu erfassen. Schwankungen in den Spannungen, die durch den
Hochspannungslader 24 erzeugt werden, müssen ebenso gesteuert werden,
um Fehler, die sich als Spannungsunterschiede zwischen den Kondensatoren
bemerkbar machen, einzugrenzen. Die Fehlererfassungsschaltung 300 erfaßt Fehler
in seriellen Kondensatoren, die auf hohe Spannungen aufgeladen sein
können,
indem eine relativ niedrige erste und zweite Testspannung erzeugt
wird, die zum Erfassen von Fehlern unter Verwendung relativ einfacher
Komparatoren verglichen werden können.
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Die
Fehlererfassungsschaltung 300 besteht aus einem seriellen
Netzwerk von Widerständen 302-310,
wobei die Widerstände 304-306 jeweils über die
Kondensatoren 60-64 geschaltet sind, und Widerstände 308-310 ferner
seriell zwischen die Widerstände 302-306 und
Masse geschaltet sind, um einen Abgriff zu bilden, an dem eine erste
Testspannung V1 entsteht. Die erste Testspannung V1 kann danach
mit einer zweiten Testspannung V2, die an dem Spannungsteiler entsteht,
der durch Widerstände 312 und 314 gebildet
wird, die über
den Hochspannungslader 16 verschaltet sind, verglichen
werden. Die Widerstandswerte für
die widerstände 302-314 sind
relativ hoch gewählt,
typischerweise über
1 Megaohm, um eine Störung
des normalen Betriebs des Energiespeicherkondensatornetzwerks 26 zu
vermeiden.
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Die
Werte der Widerstände 302-314 können derart
gewählt
werden, daß innerhalb
einer vorbestimmten Grenze für
einen normalen Betrieb V1 = V2 ist, und daß sich V1 von V2 durch mehr
als die vorbestimmte Begrenzung unterscheidet, um einen Fehlerzustand,
wie beispielsweise einen Leck-Kondensator, zu erfassen. Die Verwendung
der Testspannung V2 ermöglicht
es, Schwankungen in der Spannung, die durch den Hochspannungslader 24 erzeugt
wird, zu steuern. Die erste und zweite Testspannung V1 und V2 werden
an eine Vergleichsschaltung 316 geliefert, die ein Fehlersignal,
ansprechend auf den Zustand, bei dem sich V1 von V2 um mehr als
die vorbestimmte Grenze unterscheidet, erzeugt. Die Vergleichsschaltung 316 kann
implementiert werden, indem ein kostengünstiger Komparator und eine
Standarddigitallogik verwendet werden. Alternativ können V1
und V2 gemessen werden, um digitale Daten unter Verwendung eines
Mikroprozessors zu erhalten, die danach zur Erfassung des Fehlerzustands
verglichen werden können.
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Ein
Fehlerzustand in dem Energiespeicherkondensatornetzwerk 26 tritt
ein, wenn zumindest einer der Kondensatoren 60-64 einen übermäßigen Verluststrom
aufweist, derart, daß derselbe
beginnt, sich selbst zu entladen, wodurch sich Veränderungen in
seiner Ladungsspannung ergeben. Der Fehlerzustand kann ohne weiteres
erfaßt
werden, indem die Fehlererfassungsschaltung 300 verwendet
wird, da sich durch den Spannungsunterschied in dem Leck-Kondensator
eine Veränderung
in der ersten Testspannung V1 ergeben würde. Die Fehlererfassungsschaltung 300 kann
ohne weiteres auf die Anzahl von seriellen Kondensatoren in dem
Energiespeicherkondensatornetzwerk 26 erweitert werden.
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In 7 ist
eine Darstellung eines Satzes von Konfigurationen 150 des
Energiespeicherkondensatornetzwerks 26 gezeigt, die gemäß der vorliegenden
Erfindung entsprechend der Patientenimpedanz und des gewünschten
Energiepegels ausgewählt
werden können.
Der Satz von Konfigurationen 150 ist zu Beispielzwecken
als eine Matrix gezeigt, um den Prozess eines Auswählens einer
Konfiguration basierend auf der Patientenimpedanz und dem gewünschten
Energielevel zu erläutern.
Entlang der vertikalen Achse befindet sich der Bereich von Patientenimpedanzen,
die sich von niedrig zu hoch erstrecken. Entlang der horizontalen
Achse befindet sich der gewünschte
Energiepegel, der sich von gering zu hoch erstreckt.
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Der
Energiepegel, der in dem Defibrillationspuls zu dem Patienten geliefert
wird, ist größtenteils durch
die Kapazität,
die Spannung und die Zeitdauer des Signalverlaufs bestimmt. Indem
eine Konfiguration aus dem Satz von Konfigurationen 150 vor
einer Lieferung des Defibrillationspulses entsprechend dem gewünschten
Energiepegel ausgewählt
wird, kann ein größerer Energiepegelbereich
erzeugt werden, ohne daß Patientenströme, die
den Maximalwert überschreiten,
und ohne daß ein
Defibrillationspuls, der übermäßig lange
Entladungszeiten besitzt, verursacht werden.
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Wie
es in dem Satz von Konfigurationen 150 gezeigt ist, benötigen Patienten
mit höherer
Impedanz allgemein höhere
Spannungen in dem Defibrillationsverlauf, wobei Kondensatoren zur
Erreichung der höheren
Spannung seriell verschaltet werden können. Umgekehrt benötigen Patienten
mit geringer Impedanz allgemein geringere Spannungen, um Spitzenströme über dem
Maximalwert zu vermeiden. Eine höhere Energielieferung
zu dem Patienten, beispielsweise in dem Bereich über 200 J, kann durch ein Hinzufügen von
parallelen Kondensatoren zu der bestehenden Konfiguration, die als
eine Funktion einer Patientenimpedanz ausgewählt sind, erreicht werden.
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Viele
Variationen des Satzes von Konfigurationen 150 können erstellt
werden, um den Betrieb des Energiespeicherkondensatornetzwerks 26 auf die
speziellen Anforderungen des Defibrillators 10 maßzuschneidern.
Bei einem AED, bei dem der gewünschte
Energiepegel auf einen Energiepegel von beispielsweise 150 Joule
festgelegt ist, braucht beispielsweise nur eine einzelne Spalte
der Matrix, die in dem Satz von Konfigurationen 150 gezeigt
ist, verwendet zu werden. Die Steuerung 18 würde dann
vor einer Lieferung des impedanzkompensierten Defibrillationspulses
nur auf der Patientenimpedanz basierend aus dem Satz von Konfigurationen
auswählen.
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In 8 ist
ein Flußdiagramm
des Prozesses eines Lieferns eines impedanzkompensierten Defibrillationspulses
durch den Defibrillator 10, basierend auf dem Verfahren
gemäß der vorliegenden Erfindung,
gezeigt. Bei einem Schritt 200, der mit ENERGIESPEICHERKONDENSATORNETZWERK LADEN
bezeichnet ist, lädt
der Hochspannungslader 24 jeden der Kondensatoren des Energiespeicherkondensatornetzwerks 26 zur
Vorbereitung auf eine Lieferung eines Defibrillationspulses auf.
Ein solches Aufladen kann sofort nach einer Aktivierung des Defibrillators 10,
bei dem die Kondensatoren auf einen vorbestimmten Prozentsatz des
gewünschten
Spannungspegels aufgeladen sind, um Energie zu konservieren und
Ladungszeit zu sparen wenn der Defibrillationspuls benötigt wird,
durchgeführt
werden.
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Bei
einem Schritt 202, der mit FEHLER IN ENERGIESPEICHERKONDENSATORNETZWERK ERFASSEN?
bezeichnet wird, kann die Fehlererfassungsschaltung 300 verwendet
werden, um Fehler innerhalb des Energiespeicherkondensatornetzwerks 26,
wie beispielsweise ein Leck-Kondensator, dem es mißlingt,
seine Ladungsspannung innerhalb einer vorbestimmten Begrenzung zu
halten, zu erfassen. Wenn ein Fehler erfaßt ist, wird ein Schritt 204, der
mit FEHLERBEHANDLUNGSROUTINE bezeichnet ist, eine Fehlermeldung
erzeugen, die den Benutzer auf den Fehlerzustand aufmerksam macht.
Weitere diagnostische Schaltungen könnten aktiviert werden, um
den Fehler einzugrenzen, wodurch es möglicherweise erlaubt wird,
den Defibrillator 10 in einer begrenzten Funktionalität zu betreiben,
indem Abschnitte des Satzes von Konfigurationen 150, die den
beschädigten
Bereich verwenden, deaktiviert werden.
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Bei
einem Schritt 206, der mit DURCH ELEKTROSCHOCK BEEINFLUSSBAREN
RHYTHMUS ERFASSEN? bezeichnet ist, wird durch die Steuerung 18 ein
Elektroschockberatungsalgorithmus ausgeführt, um einen durch Elektroschock
beeinflußbaren
Rhythmus, wie beispielsweise ein Herzkammerflimmern (VF), zu erfassen.
Wenn kein durch Elektroschock beeinflußbarer Rhythmus erfaßt ist, wird
ein Schritt 208, der mit HINTERGRUNDÜBERWACHUNG bezeichnet ist,
ausgeführt,
bei dem der Benutzer informiert wird, daß kein Elektroschock empfohlen
wird, und der Defibrillator 10 geht in einen Hintergrundüberwachungsmodus über, bei
dem die EKG-Information weiter überwacht
und analysiert wird.
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Wenn
ein durch Elektroschock beeinflußbarer Rhythmus erfaßt wird,
wird ein Schritt 210, der mit PATIENTENIMPEDANZ MESSEN
bezeichnet ist, ausgeführt.
Die Patientenimpedanz wird durch jede einer Vielfalt von Verfahren
wie z.B. einer Lieferung eines nicht-therapeutischen Prä-Elektroschocks
oder eines Messens von Niedrigpegeltestsignalen, gemessen und zu
der Steuerung 18 geliefert.
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Bei
einem Schritt 212, der mit WÄHLE GEWÜNSCHTEN ENERGIEPEGEL bezeichnet
ist, wird der Energiepegel des Defibrillationspulses, der zu dem
Patienten geliefert wird, bestimmt. In vielen Fällen ist der Energiepegel auf
einen festgelegten Pegel, wie beispielsweise 150 Joule bei z.B.
einem AED, vorbestimmt. In anderen Fällen bestimmt ein Defibrillationsprotokoll
den Energiepegel basierend auf der Anzahl von Defibrillationspulsen
die geliefert werden. Das oftmals verwendete Protokoll für drei aufeinanderfolgende
einphasige Defibrillationspuls ruft beispielsweise Energiepegelabrufe
von 200 Joule, gefolgt durch 300 Joule und 360 Joule, ab. Der Energiepegel.
kann ferner manuell, beispielsweise bei einem manuellen Defibrillator,
bestimmt werden, was es ermöglicht,
daß der
Benutzer den gewünschten Energiepegel über eine
Einstellung einer Benutzerschnittstelle bestimmt.
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Bei
einem Schritt 214, der mit WÄHLE EINSTELLUNG EINES ENERGIESPEICHERKONDENSATORNETZWERKS
AUS bezeichnet ist, werden nun die Patientenimpedanz und der gewünschte Energiepegel
durch die Steuerung 18 als Parameter bei der Auswahl der
geeigneten Konfiguration aus dem Satz von Konfigurationen 150 in
dem Energiespeicherkondensatornetzwerk 26 verwendet. Sobald eine
Auswahl getroffen ist, sendet die Steuerung 18 das Konfigurationssignal
zu dem Energiespeicherkondensatornetzwerk 26, um die Schalter
auszulösen
und die gewünschte
Konfiguration zu implementieren.
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Der
gewünschte
Energiepegel kann auf der Basis einer Patientenimpedanz ausgewählt werden. Beispielsweise
kann es wünschenswert
sein, einen höheren
gewünschten
Energiepegel zu einer hohen Patientenimpedanz und einen geringeren
gewünschten
Energiepegel zu einer geringen Patientenimpedanz zu liefern. Die
Patientenimpedanz und der gewünschte
Energiepegel würden
dennoch, obwohl es keine unabhängigen
Variablen mehr sind, wie es oben beschrieben ist, als Parameter
für die
Steuerung 18 verwendet, um die geeignete Konfiguration aus
dem Satz von Konfigurationen 150 auszuwählen. Ein Verknüpfen der
Parameter auf diese Weise, mit dem gewünschten Energiepegel als eine
abhängige Variable über der
Patientenimpedanz, kann eine wirksamere Defibrillation ermöglichen,
da es sich gezeigt hat, daß verschiedene
Patientenimpedanzen besser auf Defibrillationspulse, die verschiedene Energiepegel
besitzen, reagieren.
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Bei
einem Schritt 216, der mit mit LIEFERE DEFIBRILLATIONSPULS
ZU EINEM PATIENTEN bezeichnet ist, wird dem Benutzer durch den Defibrillator 10 signalisiert,
einen Elektroschock-Druckknopf 20 zu drücken, um die Lieferung des
Defibrillationspulses zu dem Patienten auszulösen. Die Steuerung 18 bestimmt
die Polarität
und die Zeitdauer des Defibrillationspulses entsprechend zu solchen
Parametern wie beispielsweise einer Neigung des Signalverlaufs,
um den gewünschten
Energiebetrag und die gewünschte
Signalform, wie beispielsweise eine zweiphasig abgeschnittene exponentielle,
zu liefern.
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9 ist
ein schematisches Diagramm eines Energiespeicherkondensatornetzwerks 100 gemäß einem
alternativen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, durch das für das oben beschriebene Energiespeicherkondensatornetzwerk 26 ersetzt
werden kann. Die Kondensatoren 102, 104 und 106 sind
seriell mit Widerständen 108, 110 und 112 und
Dioden 114, 116 und 118 angebracht. Jede
der seriellen Kombinationen von Kondensatoren 102-106,
Widerständen 108-112 und
Dioden 114-118 bilden Abschnitte, die Energie
zu dem HV-Schalter 16 liefern, um den Defibrillationspuls
zu erzeugen. Jeder der Abschnitte ist parallel verschaltet, um Energie
durch den HV-Schalter 16 und das Paar von Elektroden 12 zu
dem Patienten zu liefern. Der HV-Schalter 16 kann gesteuert
werden, um den Defibrillationspuls in der gewünschten Polarität und Zeitdauer
zu liefern, um je nach Wunsch einphasige, zweiphasige oder mehrphasige
Signalformen zu erzeugen. Zusätzliche
Abschnitte können
je nach Bedarf zu dem Energiespeicherkondensatornetzwerk 100 hinzugefügt werden
oder es können,
entsprechend dem alternativen Ausführungsbeispiel, nur zwei Abschnitte
verwendet werden.
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Für Beispielzwecke
sind die drei Abschnitte in dem Energiespeicherkondensatornetzwerk 100 gezeigt.
Die Kondensatoren 102-106 besitzen Kapazitätswerte
C1, C2 bzw. C3 und Ladungsspannungspegel V1, V2 bzw. V3, die in
Verbindung mit den Werten R1, R2 und R3 für die Widerstände 108-112 ausgewählt sind,
um den impedanzangepaßten
Defibrillationspuls über
den gewünschten
Bereich von Patientenimpedanzen mit einem bestimmten Energiepegel
zu liefern. Bei diesem Beispiel sind die Werte gemäß der folgenden
Rangordnungsbeziehung gewählte C1 ≥ C2 ≥ C3 V1 > V2 > V3 R1 > R2 > R3
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Gemäß diesen
Beziehungen können
die Kapazitätswerte
C1, C2 und C3 den gleichen Wert besitzen oder es sei die gezeigte
größengeordnete
Beziehung gemäß den Verwendungsanforderungen
angenommen. Die Spannungswerte V1, V2 und V3 und die Widerstandswerte
R1, R2 und R3 sind in einer Rangordnung, um die aufeinanderfolgende
Entladung der drei Abschnitte zu sichern. Aufeinanderfolgende Entladung
bedeutet, daß,
wenn ein Abschnitt sich unter einen vorbestimmten Pegel entlädt, ein
anderer Abschnitt beginnen wird sich zu entladen. Die Zeitabstimmung
der Entladungsfolge wird durch die Entladungszeiten der Abschnitte
getrieben und die Komponentenwerte sind gewählt, um gewünschte Entladungszeiten über den
Bereich von Patientenimpedanzen zu erhalten. Die Größe der Werte
für R1-R3,
C1-C3 und V1-V3 sind ebenso gewählt,
um den gewünschten
Energiepegel in dem Defibrillationspuls zu dem Patienten zu liefern.
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10A und 10B sind
Graphen eines Patientenstroms über
der Zeit für
Patienten mit geringer Impedanz und hoher Impedanz, wobei das Energiespeicherkondensatornetzwerk 100 gemäß dem alternativen
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, das in 9 gezeigt
ist, verwendet wird. 10A ist ein Graph von Defibrillationspulsen
für eine
Patientenimpedanz von 30 Ohm, die an dem unteren Ende des Bereichs
von Patientenimpedanzen liegt. Eine Kurvenlinie 400 zeigt
einen Signalverlauf eines Patientenstroms eines Defibrillationspulses über der
Zeit, der unter Verwendung des Energiespeicherkondensatornetzwerkes 100 möglich ist. Eine
Kurvenlinie 402 ist ein Defibrillationspuls eines typischen
Patientenstroms, der durch ein Verwenden eines einzelnen Kondensators
gemäß dem Stand
der Technik erhalten wurde. Obwohl die Defibrillationspulse als
einphasige Typen gezeigt sind, können zweiphasige
und mehrphasige Defibrillationspulse ebenso erzeugt werden, indem
der HV-Schalter 16 verwendet wird.
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Die
Kurvenlinie 400 ist mit Segmenten, die die Zeiten T0-T1, T1-T2 und T2-T3 überspannen
gezeigt. Das Segment, das T0-T1 überspannt,
stellt den Entladungsstrom von dem ersten Abschnitt dar, der aus
dem Kondensator 102, dem Widerstand 108 und der
Diode 114 besteht. Der Kondensator 102 mit Kapazität C1 wird
mit dem größten Wert
eines Widerstands R1 auf den höchsten
Spannungspegel V1 geladen. Die Diode 114 ist in Durchlaßrichtung
vorgespannt und der erste Abschnitt wird vor den anderen zwei Abschnitten
entladen. Ist der erste Abschnitt bei einer Zeit T1 unter den Ladepegel
V2 des zweiten Abschnitts, der aus dem Kondensator 104,
dem Widerstand 110 und der Diode 116 besteht,
entladen, wird die Diode 116 in Durchlaßrichtung vorgespannt, um die
Entladung des zweiten Abschnitts zu beginnen. Ist der zweite Abschnitt
bei einer Zeit T2 unter die Ladespannung V3 des dritten Abschnitts,
der aus dem Kondensator 106, dem Widerstand 112 und
der Diode 118 besteht, entladen, wird die Diode 118 in Durchlaßrichtung
vorgespannt, wodurch die Entladung des dritten Abschnitts, die bis
zur Zeit T3 anhält, beginnt.
Der Zeitpunkt T3 tritt ein, wenn der HV-Schalter sich ansprechend
auf das Polarität/Zeitdauersignal
der Steuerung 18 öffnet.
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Die
Kurvenlinie 400 besitzt einen Spitzenstrom von 36 A bei
einer Zeit T0. Im Gegensatz dazu besitzt die Kurvenlinie 402,
entsprechend einem einzelnen Kondensator, der auf 1.800 V geladen
ist, einen Spitzenstrom von 60 A. Um den Defibrillationspuls der
Kurvenlinie 400 entsprechend zu erzeugen, ist der erste
Abschnitt des Energiespeicherkonden satornetzwerks 100 unter
Verwendung des Kondensators 102, der auf 2160 V aufgeladen
ist, aufgebaut, wobei derselbe seriell zu dem Widerstand 108 ist,
der einen Wert R1 von 30 Ohm besitzt, wodurch der Spitzenstrom auf
36 A begrenzt ist. Der zweite und dritte Abschnitt, die geringere
Widerstandswerte R2 und R3 sowie geringere Ladungsspannungen V2
und V3 verwenden, liefern den gewünschten Energiebetrag in dem
verbleibenden Abschnitt des Defibrillationspulses.
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10B ist ein Graph von Defibrillationspulsen für eine Patientenimpedanz
von 150 Ohm, die an dem oberen Ende des Bereichs von Patientenimpedanzen
liegt. Eine Kurvenlinie 404 zeigt einen Signalverlauf eines
Patientenstroms eines Defibrillationspulses über der Zeit, der bei Verwendung
des Energiespeicherkondensatornetzwerk 100 möglich ist. Die
Kurvenlinie 406 ist ein Defibrillationspuls eines typischen
Patientenstroms, der erhalten wird, indem ein einzelner Kondensator
gemäß dem Stand
der Technik verwendet wird.
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Die
Kurvenlinie 404 ist mit Segmenten, die die Zeiten T0-T4, T4-T5 und T5-T6 überspannen,
gezeigt. Das Energiespeicherkondensatornetzwerk 100 wird
auf die gleiche Weise, wie es oben für das Beispiel mit einer geringen
Patientenimpedanz für
die drei Segmente gezeigt ist, betrieben. Beide Kurvenlinien 404 und 406 besitzen
Spitzenströme
von 12 A. Die Kurvenlinie 404 zeigt über die Zeitperiode, die T0-T6 überspannt,
einen schnelleren Stromabfall als die Kurvenlinie 406.
Auf diese Weise kann der Bereich von Zeitdauern des Defibrillationspulses über den
Bereich von Patientenimpedanzen kleiner gehalten werden.
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10A und 10B zeigen
das Verfahren zum Liefern eines impedanzkompensierten Defibrillationspulses,
der Spitzenströme
besitzt, die geringer als der Maximalwert für geringe Patientenimpedanzen
sind, und mit begrenzten Pulszeitdauern für hohe Patientenimpedanzen,
wie es oben beschrieben ist. Zusätzliche
Abschnitte können
nach Bedarf hinzugefügt
werden. Der Hochspannungslader 24 würde konfiguriert, um jeden
der Kondensatoren 102-106 jeweils auf die Ladungsspannungen
V1-V3 zu laden, um das Energiespeicherkondensatornetzwerk 100 zur
Vorbereitung einer Lieferung des impedanzkompensierten Defibrillationspulses
zu laden.
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Für Fachleute
ist es offensichtlich, daß viele Veränderungen
in den Details der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele
der Erfindung durchgeführt
werden können,
ohne von dem Geist der Erfindung in seinen breiteren Aspekten abzuweichen.
Beispielsweise kann eine Auswahl von Schalttechnologien, die von
mechanischen Schaltern bis hin zu verschiedenen Typen von Festkörperschaltern
reicht, in dem Energiespeicherkondensatornetzwerk 26 verwendet
werden. Der Satz von möglichen Konfigurationen
des Energiespeicherkondensatornetzwerks kann ohne weiteres erweitert
oder reduziert werden, um dieselben den Anwendungsanforderungen,
die eine Genauigkeit einer Impedanzkompensierung und einen gewünschten
Bereich von verfügbaren
Energiepegeln miteinschließen,
anzupassen.