DE1231821B - Defibrillator - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H05g

Deutsche Kl.: 21g-24/01

Nummer: 1231821

Aktenzeichen: M 53719 VIII c/21 g

Anmeldetag: 27. Juli 1962

Auslegetag: 5. Januar 1967

Die Erfindung betrifft einen Defibrillator, also ein Gerät zur Beseitigung des Herzkammerflimmerns mit Hilfe der Durchleitung einiger kurzer elektrischer Impulse durch den Körper des Patienten im Bereich des Herzens. Solche Impulse werden, wie auch bei 5 Geräten zur Elektroschockbehandlung, durch die aufeinanderfolgende Entladung von Kondensatoren erzeugt.

Bei Elektroschockgeräten für die psychiatrische Behandlung sind meist zahlreiche aufeinanderfolgende Stromstöße erforderlich, weshalb hier vorzugsweise ein motorbetätigter Folgeschalter verwendet wird, um die Kondensatoren nacheinander an den Entladekreis zu schalten. Um einen Kurzschluß zu verhindern, wird die zur Ladung der Kondensatoren bestimmte Spannungsquelle jeweils nach beendeter Aufladung abgeschaltet, oder es ist ein Hauptkondensator vorgesehen, der über einen Widerstand ständig aufgeladen wird und seinerseits die Entladekondensatoren abwechselnd auflädt.

Bei einem Defibrillator zur Soforthilfe kommt es hingegen vor allem darauf an, daß das Gerät einfach und störungssicher und stets betriebsbereit ist. Es genügen meist zwei kurze Stromstöße entgegengesetzter Polarität; tritt hierdurch noch kein Erfolg ein, so sollen nach kurzer Zeit abermals zwei Stromstöße gegeben werden.

Um dies mit einfachen Mitteln zu ermöglichen, ist gemäß der Erfindung der Defibrillator mit mehreren zur Erzeugung von aufeinanderfolgenden elektrischen Behandlungsimpulsen über einen Folgeschalter nacheinander an den Entladekreis schaltbaren Kondensatoren und mit einer zur Ladung dieser Kondensatoren bestimmten Spannungsquelle dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kondensator über einen eigenen Begrenzungswiderstand ständig unmittelbar mit der Spannungsquelle verbunden ist. Erfindungsgemäß wird also eine unmittelbare Aufladung der Entladekondensatoren durchgeführt. Diese unmittelbare Aufladung ist aber unschädlich, weil wegen der Begrenzungswiderstände auch bei einem Steckenbleiben des Folgeschalters keine den Patienten gefährdenden Ströme fließen können. Der Folgeschalter kann infolgedessen sehr einfach ausgebildet sein, so daß die Entladekondensatoren (vorzugsweise zwei Kondensatoren) je einmal in den Entladekreis eingeschaltet werden. Soll eine erneute Entladung vorgenommen werden, so muß der Folgeschalter zunächst wieder gespannt werden. Da die Kondensatoren ständig an die Spannungsquelle angeschlossen sind, haben sie sich inzwischen genügend aufgeladen, und es kann sofort eine erneute Auslösung stattfinden, ohne daß Defibrillator

Anmelder:

Mine Safety Appliances Company,
Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. G. Weinhausen, Patentanwalt,

München 22, Widenmayerstr. 46

Als Erfinder benannt:

William Parks Caywood, Murrysville, Pa.;

Robert S. Kush, Jeannette, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 25. Juni 1962 (204 948)

wertvolle Zeit verlorengeht. Auch benötigt die richtige Reihenfolge der Betätigung der Kondensatoren weder besondere Aufmerksamkeit von Seiten des Arztes, noch einen größeren Schaltungsaufwand.

Eine zwischen den Kondensatoren und dem Folgeschalter befindliche Drossel verhindert vorzugsweise den Einschaltstromstoß.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigt

F i g. 1 ein schematisches Schaltbild eines Gerätes gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine Darstellung der bei der Entladung der beiden Kondensatoren nach F i g. 1 auftretenden Impulsform und

F i g. 3 ein Schaltbild einer Abänderung der Anordnung nach Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 ist die Netzleitung 1 über einen Spannungswählschalter 2 mit dem Hochspannungserzeuger 3 verbunden. Die Anordnung ist vorzugsweise so getroffen, daß das Gerät mit Netzwechselstrom (220 Volt) oder aus einer Batterie mit 6 oder 12 Volt Gleichstrom gespeist werden kann. Im ersteren Fall ist die Netzleitung 1 unmittelbar mit dem Hochspannungserzeuger 3 verbunden. Falls eine Batterie als Stromquelle verwendet wird, so ist ein Zerhacker 4 oder 6 für die Umwandlung der Gleichspannung von 6 bzw. 12 Volt in eine Wechselspannung von 220 Volt zwischengeschaltet. Der Hoch-

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Spannungserzeuger gibt an seinem Ausgang eine Gleichspannung von etwa 2500 Volt ab.

Die Hochspannungsquelle 3 ist an zwei parallelgeschaltete Kondensatoren Cl und C 2 angeschlossen, denen jeweils ein Strombegrenzungswiderstand R1 bzw. R 2 vorgeschaltet ist. Die Widerstände R1 undi?2 sind an den gleichen Pol der Hochspannungsquelle angeschlossen. Sie haben etwa einen Wert von 30 000 Ohm, während die Kondensatoren C1 und C 2 z. B. etwa 25 Mikrofarad haben. Wegen des hohen Werts der Vorwiderstände R1 und R 2 können die Kondensatoren ständig mit der Hochspannungsquelle 3 verbunden bleiben und doch nacheinander in der nachstehend geschilderten Weise entladen werden.

Zur Überwachung des Ladungszustandes dient eine zu den Kondensatoren parallelgeschaltete Blinkschaltung. Diese enthält Widerstände 7, 8 und 9 und eine Glimmröhre 11 mit parallelgeschaltetem Kondensator 12. Wenn die Kondensatoren Cl und C 2 auf ihre Betriebsspannung aufgeladen sind, so zeigt die Röhre 11 Blinklicht. Ein Kurzschlußschalter 13 in Reihe mit einem Widerstand 14 dient zur Entladung der Kondensatoren Cl und C 2.

Im Entladekreis sind die Kondensatoren C1 und C 2 mit einem Folgeschalter 21 verbunden, der selbst keinen Teil der Erfindung bildet. Der Schalter dient dazu, die Kondensatoren nacheinander zu entladen und zwei kurze Stromimpulse zu liefern, die sehr kurz aufeinanderfolgen und entgegengesetzte Polarität aufweisen. Der Schalter 21 ist als Kolbenschalter ausgebildet und besitzt einen Handgriff 22 am einen Ende einer Isolierstange 23 und Kontaktstücke 24 und 26 am anderen Ende der Stange, so daß die Kontaktstücke in der Längsbohrung eines Führungsgehäuses 25 hin- und herverschoben werden können. Die Kontaktflächen der beiden Kontaktstücke sind durch eine Umfangsnut 27 voneinander getrennt und isoliert. Der Schalter wird gespannt, indem man den Handgriff 22 nach links in F i g. 1 zieht, bis ein Sperrstift 28 in die Nut 27 einfällt und die Kontaktstücke in der gestrichelt gezeichneten Stellung festhält. Eine Signallampe 29, die über Kontakte 32 und 33 mit einer Niederspannungsquelle 31 verbunden ist, leuchtet auf, wenn die Kontakte 32 und 33 über Kontaktstück 24 überbrückt sind, und zeigt an, daß sich der Schalter 21 in der gespannten Stellung befindet. Eine Zugfeder 34 übt mittels eines Nylonseils 36 eine bestimmte Axialkraft auf die Kontaktstücke aus und sucht diese nach rechts in die ungespannte Stellung zu ziehen. Werden die Kontaktstücke freigegeben, so bestreichen sie rasch nacheinander eine Reihe elektrischer Kontakte A, B, C und D und die jeweils gegenüberliegenden Kontakte^', B', C und D'.

Es bestehen verschiedene Möglichkeiten, die Kontakte des Folgeschalters einerseits mit den Kondensatoren Cl und C 2 und andererseits mit den an den Körper des Patienten anzulegenden Elektroden El und E 2 zu verbinden. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Funkenbildung zwischen den Kontakten und Kontaktstücken stark herabgesetzt ist, weshalb Schalter 21 sehr kurz gemacht werden kann. Zu diesem Zweck sind die Kontakte A und D an entsprechende Beläge (in F i g. 1 die positiven Beläge) der Kondensatoren Cl und C 2 angeschlossen, während die Mittelkontakte B und C miteinander verbunden und über eine Drossel 37 an die anderen Beläge (in Fig. 1 die negativen Seiten) der gleichen Kondensatoren angeschlossen sind. Die Kontakte Λ' und C sind mit der Elektrode El und die Kontakte B' und D' mit der Elektrode El verbunden.

Innerhalb dieser Elektroden sind die Kontakte^' und C mit dem einen Pol eines Schalters Sl und die Kontakte B' und D' mit dem einen Pol eines entsprechenden Schalters in der Elektrode E 2 verbunden. Der andere Pol jedes Schalters 51 ist mit der leitenden Kontaktfläche 41 der betriff enden Elektrode verbunden. Die Schalter 51 sind normalerweise offen,

ίο und in jeder Elektrode befindet sich ein zweiter Schalter 52, der ebenfalls normalerweise offen ist und die Auslösung des Folgeschalters 21 steuert. Zu diesem Zweck sind beide Schalter 52 in Reihe mit einer Niederspannungsquelle 42 und einem Elektromagneten 43 geschaltet. Letzterer hat einen Anker 44, der einen Winkelhebel 46 betätigt, der seinerseits mit dem Sperrstift 28 verbunden ist. Die Schalter 51 und 52 werden nacheinander geschlossen, wenn die Kontaktfläche 41 einer Elektrode gegen Federkraft

ao kräftig auf den Körper eines Patienten gedrückt wird. Hierbei werden die Kontaktflächen zuerst mit den Kontakten des Folgeschalters verbunden und kurze Zeit nachher wird dieser Schalter ausgelöst. Diese Anordnung bildet keinen Teil der vorliegenden Eras findung.

Das Gerät ist betriebsbereit, sobald die Kondensatoren Cl und C 2 ausreichend aufgeladen sind. Das wird dadurch angezeigt, daß die Lampe 11 aufblinkt. Dann wird der Folgeschalter 21 gespannt, falls das noch nicht der Fall sein sollte. Hierbei bestreichen die Kontaktstücke die Kontakte A, B, C usw. Dabei kann aber kein Strom durch die Elektroden und den Körper des Patienten fließen, weil die Schalter 51 noch offen sind. Nach dem Spannen des Folgeschalters 21 werden dann die Elektroden El und E2 gegen die äußere Brustwand des Patienten im Beerich des Herzens gedrückt, wodurch die Schalter 51 und 52 in dieser Reihenfolge geschlossen werden. Dann und nur dann stehen die Kontaktflächen der Elektroden in Verbindung mit den Folgeschalterkontakten, und der Schalter 21 wird ausgelöst.

Sobald der Schalter 21 ausgelöst ist, bewegen sich die Kontaktstücke 24 und 26 rasch nach rechts. Das vordere Kontaktstück 26 überbrückt zuerst die Kontaktet und A', die mit der positiven Belegung des Kondensators Cl verbunden sind, aber hierdurch wird kein Stromkreis geschlossen. Bei Weiterbewegung überbrückt das Kontaktstück 26 die Kontakte B und B', die mit der negativen Seite der beiden Kondensatoren über die Drossel 37 in Verbindung stehen. Die Kontakte y4 und A' werden nun durch das Kontaktstück 24 überbrückt, so daß ein Stromkreis geschlossen wird, über den sich der Kondensator C1 durch die Drosselspule 37, die beiden Elektroden El und E2 und den Körper des Patienten (ersetzt durch einen Widerstand X) entlädt. Dieser erste Stromimpuls hat die Form 51 in Fig. 2, wo die Ordinate die Spannung und die Abszisse die Zeit in Millisekunden darstellt. Bei der Weiterbewegung der Kontaktstücke überbrückt das Kontaktstück 26 zunächst die Kontakte C und C gleichzeitig mit der Schließung der Kontakte B und B' durch Kontaktstück 24. Hierbei kann aber kein Impuls erzeugt werden, weil beide Elektroden mit der negativen Belegung der Kondensatoren Cl und C 2 verbunden sind und außerdem unmittelbar über die Leitung 52 kurzgeschlossen sind. In der nächsten Stellung überbrückt Kontaktstück 26 die Kontakte D und D' und

Kontaktstück 24 die Kontakte C und C, so daß der Kondensator C 2 über die Elektroden und den Körper des Patienten entladen wird, aber in umgekehrter Richtung wie der Kondensator Cl. Dieser zweite Stromimpuls hat die in Kurve 53 in F i g. 2 gezeigte Form, die ähnliche Gestalt, aber entgegengesetzte Polarität wie die Kurve 51 hat.

Dem Patienten sind nun zwei Hochspannungsimpulse von entgegengesetzter Polarität zugeführt worden, wobei jeder Impuls etwa 4 Millisekunden dauert und die Pause zwischen den beiden Impulsen etwa 6 Millisekunden beträgt. Diese Intervalle können durch Wahl der Spannung der Feder 34 oder der Dimensionierung der Kontaktstücke oder beider verändert werden. Gewöhnlich genügt eine solche Entladung, um das Herzkammerflimmern zum Stillstand zu bringen. Sollte dies nicht der Fall sein, so kann die Behandlung so oft, wie nötig, wiederholt werden, indem der Folgeschalter wieder gespannt wird, wobei die Elektroden währenddessen natürlich nicht gegen ao den Körper des Patienten gepreßt werden dürfen, und anschließend die Auslösung in der beschriebenen Weise wiederholt wird.

Daß sich bei der geschilderten Anordnung eine besonders geringe Funkenbildung ergibt, läßt sich am besten einsehen, indem man andere Kontaktanordnungen betrachtet. Bei einer solchen Anordnung seien z. B. die Anschlüsse an die Kontakte A und B vertauscht, so daß Kontakt A über die Leitung 52 und die Drossel 37 mit der negativen Seite der beiden Kondensatoren verbunden sei, während Kontakt B mit der positiven Seite des Kondensators C1 verbunden sei. Entsprechend seien auch die Kontaktanschlüsse C und D vertauscht, so daß Kontakt C mit der positiven Seite des Kondensators C 2 und Kontakt D mit der negativen Seite desselben verbunden ist. Die Elektrodenanschlüsse sollen hierbei die gleichen wie in F i g. 1 bleiben. Auch bei dieser Kontaktanordnung werden aufeinanderfolgende Impulse entgegengesetzter Polarität geliefert. Sie benötigt aber einen größeren axialen Abstand zwischen den Kontakten B und C und damit mehr Platzbedarf. Sowohl bei der im Vorhergehenden Anordnung wie bei der soeben geschilderten Anordnung besteht nämlich eine Tendenz zur Funkenbildung zwischen dem Kontaktstück 26 und dem Kontakt B, wenn das Kontaktstück 26 vom Kontakt B zum Kontakt C übergeht. Wenn aber bei der zuletzt geschilderten Anordnung der Funken noch nicht gelöscht ist, sobald die Vorderkante des Kontaktstückes 26 den Kontakt C berührt, so wird der Kondensator C 2 teilweise und vorzeitig entladen, da er seine Ladung mit dem vorher entladenen Kondensator Cl über einen Stromkreis teilt, der von der positiven Seite des Kondensators C 2 über Kontakt C, Kontaktstück 26 und Kontakt B zur positiven Seite des Kondensators Cl und von der negativen Seite des Kondensators C 2 über die Leitung 56 zur entsprechenden Seite des Kondensators Ci verläuft. Wenn demgemäß die Kontaktstücke sich etwas weiter nach rechts bewegt haben, was nur wenige Millisekunden später zutrifft, so daß sie die Kontakte C und C bzw. D und D' überbrücken, so wird der Kondensator C 2 über den Patienten entladen, bevor er seine richtige Ladung wieder erhalten hat. Damit wurde der zweite Spannungsimpuls nicht in voller Höhe ausgebildet.

Bei einer anderen denkbaren Anordnung seien die Kontakte A und B wie in F i g. 1 geschaltet, aber die Anschlüsse der Kontakte C und D seien vertauscht, so daß Kontakt C mit der positiven Seite des Kondensators C 2 und der Kontakt B mit der negativen Seite der beiden Kondensatoren verbunden ist. Bei dieser Anordnung müßten auch die Elektrodenanschlüsse geändert werden, indem Elektrode El mit den Kontakten A' und B' und Elektrode E2 mit den Kontakten B' und C verbunden wird. Wenn bei dieser Anordnung das Kontaktstück 26 vom Kontakt B zum Kontakt C übergeht, so bestünde die Möglichkeit eines unmittelbaren Kurzschlusses über einen nicht gelöschten Funken bzw. Bogen parallel zum Kondensator C 2. Hierbei fließt ein Strom von der positiven Seite dieses Kondensators über Kontakt C, Kontaktstück 26, Kontakt D, Leitung 52 und Drossel 37 zur negativen Seite des Kondensators C 2. Infolgedessen würde der Kondensator C 2 abermals vorzeitig entladen, und zwar stärker als bei der ersten erwähnten Abänderung, und der Patient würde fast keinen zweiten Spannungsimpuls empfangen. In beiden Fällen würde außerdem durch die Funkenbildung im Schalter 21 und die vorzeitige Entladung des Kondensators C 2 der Schalter beschädigt. Diese Nachteile sind bei der zuerst erwähnten Anordnung vermieden.

Auch die beschriebene Anordnung der Drosselspule 37 ist besonders günstig. Zunächst mag es vorteilhaft erscheinen, die Drossel in einer der Zuleitungen vom Schalter 21 zu den Elektroden El und E 2 anzuordnen, wo sie ebenfalls den Stromanstieg abflachen könnte. Die Anordnung der Drossel auf der Kondensatorseite des Schalters 21 verringert aber gleichzeitig die Funkenbildung und den Kontaktabbrand unter bestimmten Umständen. Wenn z. B. der Kondensator Cl bei der Auslösung des Folgeschalters 21 nur teilweise entladen wird, weil die Kontaktstücke zu rasch die Kontakte A und B bestreichen, so hat er die Tendenz, seine Entladung durch Funkenbildung vom Kontakt A zum Kontaktstück 24 fortzusetzen, wenn dieses Kontaktstück den Kontakts erreicht. Das würde einen völligen Kurzschluß des Kondensators Cl bewirken und trotz der nicht mehr vollen Aufladung einen sehr kräftigen Stromimpuls hervorrufen, der die Kontaktflächen des Schalters verbrennen würde, wenn nicht die Drosselspule 37 ihre Pufferwirkung ausüben würde. Diese Pufferwirkung würde wegfallen, wenn die Drosselspule sich in einer der Elektrodenzuleitungen befinden würde.

Gegebenenfalls kann bei dem Gerät nach der Erfindung die Drosselspule auch gemäß F i g. 3 ausgeführt sein. Hier sind die Enden der Drosselspulen 57 über Leitungen 58 und 59 an die Kondensatoren Cl und C 2 angeschlossen, während eine Mittelanzapfung mit der Leitung 52 und damit mit den Kontakten B und C des Folgeschalters 21 verbunden ist. Umgekehrt können auch die Enden der Drossel 57 an die Kontakte B und C und ihre Mittelanzapfung an die negative Seite der Kondensatoren angeschlossen sein. Bei der Drossel nach Fig. 1 fließt der Strom während der Entladung stets in gleicher Richtung durch die Drossel. Der im Eisenkern erzeugte magnetische Fluß hat also die gleiche Polarität und kann eine teilweise magnetische Sättigung des Eisenkerns hervorrufen, wodurch die Wirksamkeit der Drossel verringert wird. Bei der abgeänderten Schaltung nach F i g. 3 ist dagegen die Polarität des Magnetflusses im Eisenkern der Drossel 57 bei der Entladung des zweiten Kon-

densators umgekehrt wie bei derjenigen des ersten Kondensators, wodurch eine remanente Magnetisierung des Eisenkerns verhindert wird.

Die Schaltung der Geräte nach der Erfindung ist außerordentlich einfach und zuverlässig. Diese Tatsache ist bei derartigen Geräten, insbesondere bei tragbaren Geräten für den Außendienst, äußerst wichtig. Bei den bekannten Geräten zur Beseitigung des Herzflimmerns ist stets ein Relais od. dgl. vorgesehen, um die Kondensatoren vor und während ihrer Entladung vom Ladekreis abzutrennen. Bei den Geräten nach der Erfindung ist eine solche Schaltvorrichtung nicht notwendig, sondern die Kondensatoren bleiben stets mit der Hochspannungsquelle verbunden, werden aber während ihrer Entladung durch den hohen Widerstand der Widerstände Rl und R2 praktisch von der Spannungsquelle und voneinander getrennt. So ist die Schaltung nicht nur einfacher und hat weniger Platzbedarf, sondern die Kondensatoren lassen sich auch in kürzester Zeit nach der Entladung wieder aufladen. Wegen des ständigen Wiederaufladens kann die Schockbehandlung etwa alle 15 Sekunden wiederholt werden, was bei hartnäckigen Fällen von Herzkammerflimmern von Bedeutung ist.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Defibrillator mit mehreren zur Erzeugung von aufeinanderfolgenden elektrischen Behandlungsimpulsen über einen Folgeschalter nacheinander an den Entladekreis schaltbaren Kondensatoren und mit einer zur Ladung dieser Kondensatoren bestimmten Spannungsquelle, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kondensator (Cl, C 2) über einen eigenen Begrenzungswiderstand (Rl, R2) ständig unmittelbar mit der Spannungsquelle (3) verbunden ist.

2. Defibrillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Entladekreis eine Drossel (37, 57) Hegt.

3. Defibrillator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kondensatoren (Cl, C2) vorgesehen sind, die je mit einem ihrer Beläge untereinander elektrisch leitend verbunden und dann über die Drosselspule (37) an den Mittelkontakten (B, C) des Folgeschalters angeschlossen sind, und zwar derart, daß der Folgeschalter die beiden Kondensatoren nacheinander und entgegengesetzt gepolt mit dem Entladekreis verbindet.

4. Defibrillator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kondensatoren vorgesehen sind, von denen je ein Belag an je einem Ende einer Drosselspule (57) angeschlossen ist, deren Mittelanzapfung mit den Mittelkontakten (B, C) des Folgeschalters in leitender Verbindung steht, derart, daß der Folgeschalter die beiden Kondensatoren nacheinander und entgegengesetzt gepolt mit dem Entladekreis verbindet.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 048 643;
britische Patentschrift Nr. 864 362;
USA.-Patentschrift Nr. 2 558 270;
»Zeitschrift für die gesamte experimentelle Medizin«, 1956, Bd. 127, S. 69.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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