DE1439985A1

DE1439985A1 - Elektrischer Defibrillator

Info

Publication number: DE1439985A1
Application number: DE19641439985
Authority: DE
Inventors: Druz Walter Stanley
Original assignee: Zenith Radio Corp
Current assignee: Zenith Electronics LLC
Priority date: 1963-07-01
Filing date: 1964-06-29
Publication date: 1969-01-16
Also published as: GB1037117A; FR1408284A; US3258013A; NL6407408A

Description

Die Erfindung betrifft medizinisch-elektronische Geräte und insbesondere einen elektrischen Defibrillator, der dazu dient, den Herzfibrillationen eines lebenden Organismus ein Ende zu setzen und insbesondere das menschliche Herz zu def!brillieren.

Die Fibrillation oder unkontrollierte und arhythmische Expansion und Kontraktion verschiedener Gruppen τοη Herzmuskeln sind ein Zustand, der durch ^willkürlich· elektrische Schocks oder auch unter anderen Bedingungen ernsthafter Beanspruchungen, beispielsweise im Laufe von operativen Eingriffen, Herzattacken, beim Ertrinken od.dgl. auftreten kann. Tritt diese Fibrillation auf,, dann müssen sofort wirksame Gegenmaßnahmen getroffen werden, wenn der Organismus überleben soll. Als wirksame Maßnahme kann

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beispielsweise eine rhythmisch durchzuführende Kompression des Herzens mit Hilfe einer Technik angewendet werden, die der künstlichen Atmung ähnelt, jedoch muß diese Maßnahme nur als eine zeitweilige Maßnahme oder Übarbrüokungsmaßnahnie angesehen werden, die an sich in vielen Fällen unwirksam ist. Es ist "bekannt, daß man durch Anwendung eines genau geregelten elektrischen Schocks eine Defibrillierung erreichen kann. Es sind auch bereits Geräte und elektrische Ausrüstungen zur Durchführung eines solchen Verfahrens bekannt geworden. Bin älteres Gerät, welches als elektrischer Defibrillator mit Erfolg zur Behandlung des menschlichen Herzens benutzt worden ist, lieferte einen Wechselstromstoß von einer Dauer von etwa einer Viert el Sekunde bei einer Effektivspannung von 110 bis 220 Volt an ein offenliegendes Herz im Ansohluß an eine Thoracectomy. Später hat man dann gefunden, daß man die Defibrillierung mit Hilfe eines Wechselstromschocks auch durch die geschlossene Brustwand ausführen kann, vorausgesetzt, es steht eine genügend hohe Spannung und damit auch ein genügend hoher Strom zur Verfügung. Das Minimum des erforderlichen Wechselstroms zur Erzielung einer intensiven Zusammenziehung des Herzmuskels (myocardium) erga.b sich zu ein Andere für das offene Herz und etwa drei Ampere für den geschlossenen Brustkorb, wobei sich Widerstandswerte des mtnsohlichen Körpers von durchschnittlich 50 bis 90 Ohia ergaben. Ein kleinerer Wechselstrom als etwa ein Ampere ver-

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•etzt ein normal β β H«rs häufig In Fibril!ierung anstatt in eine gesteuerte Kontraktion\ offensichtlich besteht der Ifftkt eines teohselstrometofles auf den Herzmuskel in einer Anregung und nioht in einer Hemmung. Bas bedeutet aber, daS ein« genügend hohe Stromdichte je Gewichtseinheit des Herzmuskels TQn großer Bedeutung für eine erfolgreiche Brustwand-Defibrillierung ist. Bei der praktischen Anwendung hat sich nun ergeben, AaB eine erfolgreiche Defibrillierung durch Anwendung des bewährten Wechselstromsohocks von einer Vierteleekunde unabänderlich mit der Erzeugung einer Übermäßigen (to webeerwärmung verbunden ist, woraus sich eine thermische Beeinträchtigung des Herzmuskels ergab bzw. bei Anwendung ■it geschlossener Brübtwand eine thermische Beeinträchtigung der ThorAXwand. Außerdem hat sich ergeben, daß die erforderliche Stromquelle zur Erzeugung eines Weohselstroms genügend koher Spannung sehr umfangreich und umständlich wird, so daß dl· Anwendbarkeit von feohselistrom-Defibrillatoren in ständigen Xrankenhattilnetftllatlonen deren Verwendbarkeit praktisch sehr stark beeinträchtigt.

Eur Vermeidung von Gewebesahädigungen bei Benutzung eines teahselstrom-Defibrillators hat man auch schon zwecks Irsielung einer Deflbrillatlon Entladungen eines Kondensators benutet, der alt Gleichstrom aufgeladen worden war. Bei einem anderen Gerät eur Durohftthrung einer Defibrillierung mit Gleichstrom wird ein Defibrillations-Impuls verwendet, der

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durch eine Kondensatorentladung durch eine Eisenkernspule oder eine andere Induktivität erzeugt -wird. Zwar hat sich die Anwendung von Impulsen dieser Art zur Erzielung von Defibrillierungen bewährt, jedoch hat man auch hier, ähnlich wie bei der Benutzung von Wechselstromgeräten, Mjyocardschäden feetgestellt, obwohl sie einen etwas kleineren Umfang hatten. Außerdem traten gelegentlich Refibrillierungsersoheinungen auf, weil derartige Geräte eine beträchtliche Energie bei reduzierten Spannungen nach Beendigung des Defibrillierungsintervalls liefern. Außerdem waren die Leistungsansprtiohe trotz Verwendung einer Gleichstromquelle zum Aufladen des Speicherkondensators bei den bisher bekannt gewordenen Ausrüstungen so hoch, daß es nicht möglich war, ein wirklich tragbares Batteriegerät für die Defibrillierung zu schaffen. ·

Außerdem war die Anwendbarkeit der Defibrillierungsgeräte früher auch dadurch beschränkt, daß man sie immer wahlweise bei offener Brustwand nach einer Thoracectomy"oder auch durch die geschlossene Brustwand hindurch transthoracical verwenden wollte. Der Widerstand des menschlichen Körpers beträgt in ersterem Fall etwa 50 Ohm, während derselbe elektrische Widerstands wert im zweiten Fall annähernd 90 bis 100 Ohm beträgt. Wegen dieser beträchtlichen Unterschiede der Werte für den Widerstand des menschlichen Körpers und im Interesse einer Einstellbarkeit der zu liefernden elektrischen Energie im Interesse einer Verringerung der Gewetoebe-

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Bohädigungen hat man auch schon Gleichstrom- und Wechselstrom-Defibrillatoren mit Steuerungen entwickelt, die je nach Art des "betreffenden Falles und für jeden speziellen Verwendungszweck voreingestellt werden mußten. Insbesondere erforderten die bisherigen Wechselstrom- und Gleiohstrom-Defibrillatoren unterschiedliche Einstellungen der Steuereinrichtungen für die Anwendung bei.Defibrillierungen bei geschlossener Brustwand bzw. bei freigelegtem Herzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen neuen und verbesserten elektrischen Defibrillator zu schaffen, der die Nachteile der bisherigen elektrischen Defibrillatoren vermeidet.

Es gehört ferner zur Zielsetzung der Erfindung, einen Defibrillator zu schaffen, der in hohem Maße geeignet ist, die Fibrillation des Herzas im lebenden Organismus zu beenden, und insbesondere das menschliche Herz zu def!brillieren ohne daß nennenswerte thermische Schäden am Herzmuskel oder an der Thoraxwand auftreten.

Ein besonderer Zweck der Erfindung besteht darin, den neuen Defibrillator als Batteriegerät auszubilden, welches kompendiös .und leicht ist, so daß es als wirklich tragbares Gerät im Notfall an Ort und Stelle eingesetzt werden kann.

Schließlich besteht noch ein Zweok der Erfindung in der Schaffung eines universal verwendbaren elektrischen Defibrillators, der für eine Defibrillierung bei offenem

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Herzen oder "bei geschlossener BrustVrand verwendet werden kann, ohne daß irgendwelche primären Steuerungseinstellungen

werden
vorgenommen/müßt en.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe gelangt eine Ver- ^s zögerungsleitung in dem Entladungs-Impulsstromkreis zur Verwendung, die mit Induktivität behaftete Stromkreiselemente enthält, um einen Gleichstrom-Ausgangsimpuls zu erzeugen, dessen Form praktisch trapezförmig ist. Dabei dient eine besondere Einrichtung zur Speicherung einer vorbestimmten Energiemenge in dem Stromkreis mit der Verzögerungsleitung, an welche ein Elektrodenpaar angekoppelt ist, das an dem Körper des lebenden Organismus an verschiedenen Stellen und an einander gegenüberliegenden Seiten des Herzens angelegt werden können, um zum mindesten einen Teil der aufgespeicherten elektrischen Energie durch das Herz hindurch zu entladen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Defibrillators nach der Erfindung erfolgt die Speisung vollständig aus einer Batterie, die in sich geschlossen ist und einen Umrichter enthält, der dazu dient, den Gleichstrom der Batterie in Wechselstrom höherer Spannung umzurichten, während ein Gleichrichter den Wechselstrom erneut in einen Gleichstrom höherer Spannung als der Batteriespannung verwandelt. Ferner enthält das Gerät eine Einrichtung zur Speicherung der Ladung, welche auf den Gleichstrom mit der höheren Spannung anspricht und dazu dient, elektrische Ladungen bei einer

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gpannung au speichern, ti« erforderlich ist, bei Entladungen tintn Def lbrillationsimpuls durch den Körper des lebenden OrganiseuB eu liefern. An die ladeeinrichtungen sind Meßeinrichtungen angeschlossen, um die Ladung In den Speichergeraten su Überprüfen, «ehrend ein transistorisierter Steuerkreis an die Meßgeräte und die Übrigen Einrichtungen angeschlossen ist und auf die Steuereffekte in dem Sinne einwirkt, daß die erstgenannte Ünriohtung die gespeicherte Ladung auf der vorbestimmten Spannung hält.

In 4er nun folgenden Beschreibung soll die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einseinen näher beschrieben werden. In den einzelnen Figuren der Beschreibung tragen gleiohe feile gleiche Bezugesiffern.

Xn ter Zeichnung lets

VIg* 1 das Schaltbild einer AusfUhrungsform des elektrischen Defibrillator nach der Erfindung, '

Fig. 2a, 2b und 2o je eine graphische Darstellung der Wellenform der Defibrillierungsimpulse, wie sie von den bisher bekannt gewordenen Defibrillatoren geliefert wurden,

Fig. 24 eine ähnliche graphische Darstellung, die jedoch die Wellenform des Defibrillierungsimpulses zeigt, die von dem Defibrillator nach Pig. 1 geliefert wird, und

Fig. 3 eine graphische Darstellung, aus der man die automatisch wirkende Xnierung des Defibrillierimpulses ersieht, der von dem Gerät nach Fig. 1 geliefert wird, je nach-

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4em, ob die Vorrichtung bei offenem Herzen oder bei geschlossener Brustwand angewendet wird.

Wie Fig. 1 zeigt, enthält der Defibrillator nach der Erfindung einen transistorisierten Stromrichter 12, der dazu dient, den Gleichstrom einer in sich geschlossenen Batterie 10 in feohselstrom zu verwandeln, der mit Hilfe eines Aufwärt e-Transformators 13 auf eine höhere Spannung transformiert und auf einen Gleichrichter 14 gegeben wird, der einen Q-I eich st rom höherer Spannung liefert, als sie die Batterie liefern kann. Der GKLeichstromausgang des Gleichrichters 14 wird auf eine Verzögerungsleitung mit einem Entladungsimpulskreis 15 gegeben, der an ein Elektrodenpaar 16, 17 angeschlossen ist, welches an den Körper eines lebenden Organismus an auseinanderliegenden Stellen und auf entgegengesetzten Seiten des Herzens angelegt werden kann, um wenigstens einen Teil der in dem Impulskreis 15 mit Verzögerungsleitung gespeicherten Energie durch das Herz zu entladen. Ein transistorisierter Steuerkreis 18 dient zur Betätigung der elektronischen Auflade-Einriohtung 12, 13> 14, die dazu dient, die Ladung zu erhalten, die in dem Impuls-Entladungskreis mit der Verzögerungsleitung gespeichert ist und diese auf einen vorbestimmten Pegel hält, der erforderlich ist, um einen Defibrillationsimpuls mit Hilfe der Elektroden 16 und 17 durch den Körper eines lebenden Organismus zu entladen. Ein transistorisierter Steuerstromkreis 18 spricht auf eine

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Bteuergröße an, die dadurch, gewonnen wird, daß die in der Verzögerungsleitung und in dem Entladungs-Impulskreis in einer noch zu "beschreibenden Weise abgeleitet wird. Die gesamte Vorrichtung wird aus einer vollständig in sich geschlossenen Batterie-Stromquelle 10 gespeist, die aus einer üblichen 12-Volt-Batterie für vier Amperestunden bestehen

kannj gegebenenfalls kann die Vorrichtung mit einem Ladegerät11 ausgerüstet werden, welches mit Hilfe des Schalters 19 mit der Batterie verbunden werden kann und zur Aufladung während der Zeitintervalle dient, wenn der Defibrillator

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gerade nicht benutzt wird.

Der Wechselrichter 12 besteht u.a. aus einem üblichen von Transistoren gesteuerten Oszillator 20 für eine rechteckf-Srmige Welle, der aus der Batterie 10 gespeist wird, um eine'Wechselspannung mit 400 Hertz zu erzeugen, die auf die Primärwicklung 21a eines Transformators 21 gegeben wird. Die Verbindung von der Batterie 10 zu dem Oszillator 20 erfolgt über eine Leitung 22 von der positiven Klemme der Batterie 10 zu einer Mittelanzapfung der Primärwicklung 21a. Die Sekundärwicklung 21b des Transformators 21 liegt jeweils an der Basis :e-ines PNP-Transistors 23 bzw. 24· über Serienwiderstände 25 bzw. 26, die als G-ittervorspannungswiderstände dienen. Ein Mittelabgriff an der Sekundärwicklung 21b ist an die Emitter der beiden Transistoren 23 und 24 über die Parallelschaltung aus einem Widerstand 27 und einem Kondensator 28 angeschlossen, die ihrerseits parallel zu den nor-

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malerweise offenen Eontakten 29 eines Relais liegen, deren Spule 30 in einem transistorisierten Steuerkreis 18 liegt, der., später noch zu "beschreiben sein wird.

Di· Kollektoren der Transistoren 23 und 24 liegen an entgegengesetzten Endender Primärwicklung 13a des Aufwärts-Transformators 13, während ein Mittelabgriff 31 an der Primärwicklung 13a an der negativen Klemme der Batterie 10 liegt. Die Sekundärwicklung^13b des Transformators 13 liegt an den diagonal einander gegenüberliegenden Eingangsklemmen eines Yollweg-G-leichrichters 14 in Brückensohaltung mit den Siliziumdioden 14a, 14b, 14c und 14d in den entsprechenden Zweigen der Brücke. Die negative Ausgangsklemme des Brüekengleichrichters 14 liegt an der Elektrode 16, während die positive Ausgangsklemme +* des Gleichrichters 14 an einem festen Kontakt 31 eines Relais liegt, welches die :; Spule 32 sowie einen Anker 33 aufweist, der normalerweise mit dem festen Kontakt 31 in Eingriff steht. Der Anker „33 ·' liegt seinerseits in dem Entladungsimpulskreis 15 mit Verzögerungsleitung, der bei dem dargestellten Ausführungsbeiepiel aus einer Verzögerungsleitung mit zwei Abschnitten besteht, welche die Serejinspulen 34, 35 und die Querkondensatoren 36 und 37 enthält. Die Spulen bzw. Induktivitäten 34, 35 sind mit ihren entsprechenden Windungen durch G-egeninduktiVität miteinander gekoppelt, wie dies durch die Bezugsziffer M für den G-egeninduktivitätskoeffizienten angedeutet ist.

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Β·1 Erregung der Betätigungespule 52 auf eint ganz bestimmt· , die später nöoh beschrieben werden soll, bewegt sich der

j Anker 33 auf einen Bueät«nähen festen Kontakt 58 Bu₁₁ der mit 4er Auegangselektrode 17 verbunden 1st. Sie floklung 52 steht Ctber dl« Batterie 10 und über die normalerweise offenen Schalter 39 und.40 alt der Batterie 10 in Verbindung, deren Betätlgungskebel In der Üblichen leise in den Isolierhandgriffen 411 42 an den Hektroden 16 und 17 untergebracht sindf in der lilohnung 1st dies duroh die strichpunktierten Linien angedeutet ·

Ser transistorisierte Bteuerkreis 18 1st in Flg. 1 ebenfalls sohematieoh im. einseinen wiedergegeben. Die obere HeMM der Primärwicklung 21a dee !Transformators 21 liegt an Atr Anode «Ines aielohrlohters 45, der aus einer festen Diode besteht, leren Kathode alt dem Mittelabgriff 21b aber einen Widerstand 44 verbunden ist und andererseits in Parallelschaltung alt dem Hlttelabgriff der Primärwicklung 21a über einen Filterkontensator 45.

Sie positive Sleas« Aer Batterie 10 liegt am Kollektor

46 eines ersten HPN-Steuertransistors 47 über die beiden Serienwiderstände 48 und 49· Der Emitter 50 dee Transistors

47 1st Ober den Schalter ΐ mit der negativen Klemme der Batterie 10 verbunden. Sine Zenerdiode 51 liegt zwischen dem Emitter 50 und dem Verbindungspunkt der beiden Widerstände 48 und 49. Bin Widerstand 52 sowie ein Potentiometerwiderstand 53 liegen unter sich in Reihe und zusammen parallel zu der Zener-

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diode 51. Der Sohl β if kontakt 54 des Potentiometerwiderstandee 53 ist an die Basis' des !Transistors 4-7 angeschlossen. Die Basle 55 dieses Transistors liegt außerdem an dem Verbindungepunkt zwischen zwei Widerständen 56 und 57» die ihrerseits zwischen der positiven Ausgangsklemme +' des Gleichrichters 14- und tlber den Schalter 19 an der negativen Klemme der Batterie 10 liegen.

Der Kollektor 46 dee ersten Steuertransistors 47 liegt unmittelbar an der Basis 58 eines zweiten NBN-Steuertransistors 59. Der Emitter 60 dieses Transistors 59 liegt ttber einen Widerstand 61 und den Schalter 19 an der negativen Klemme der Batterie 10. Der Emitter 60 ist ferner über die Parallelschaltung eines Widerstandes 62 und eines Kondensators 63 an den Mitteröbgriff der Sekundärwicklung B des Transformators 21 angeschlossen. Der Kollektor' 64 des Steuertransistors 59 liegt über die Betätigungsspule 30 des Relais 29, 30 und über die Betätigungsspule 32 des Relais 32, 33 an der positiven Klemme der Batterie 10.

Ein Spannungsmesser 65 und ein Widerstand 66 liegen in Reihe zwischen der Elektrode 16 und dem Anker 33 des Relais 32, 33.

Bei normalem Betrieb ist das Ladegerät 11 für die Eatterie abgeschaltet und der Schalter 19 befindet sich in der in Fig. 1 wiedergegebenen Stellung, um die Batterie 10 an den VerbraucherStromkreis anzuschließen. In diesem Zustand ist die ganze Einheit bequem transportierbar und kann für

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einen Einsatz an Ort und Stelle verwendet werden, ohne daß die Notwendigkeit bestünde, das Gerät an ein Wechselstrom- _: netz oder eine andere Hilfsstromquelle anzuschließen. !

Der Oszillator 20 zur Erzeugung einer rechteokförmigen Spannung kann in der üblichen Weise transistorisiert sein, um eine Ausgangsspannung quadratischer oder rechteckiger Wellenform bei einer Frequenz von ungefähr 400 Hertz zu erzeugen. . Diese Spannung -wird über den Transformator 21 auf die Basen der Transistoren 23 und 24 gegeben, die als Gegentaktverstärker geschaltet sind. Der verstärkte Weohselstromausgang aus den Transistoren 23 und 24 wird dann von dem Transformator 13 spannungsmäßig heraufgesetzt und a,uf den Vollweg-Gleichriohter in Brtickenschaltung 14 gegeben. Der resultierende, im Wege der Gleichriohtung gewonnene Gleichstromausgang wird zum Aufladen der Speioherkondensatoren und 37 des Entladungsimpulskreises 15 mit Verzögerungsleitung gegeben.

Der transistorisierte Steuerkreis 18 dient zur Regelung der Energie, die von dem Entladungsimpulsstromkreis mit Verzögerungsleitung gespeichert worden ist. Zur Erleichterung des Verständnisses der Wirkung des Steuerkreises 18 sei zunächst angenommen, daß der Entladungsimpulsstromkreis 15 mit Verzögerungsleitung vollständig auf die gewünschte Spannung aufgeladen sei, und daß in diesem Betriebszustand die Relaiskontakte 29 offen sind, wie dies in der Mg. 1 der

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Zeichnung wiedergegeben ist. An der Diode 43 entsteht eine positive Vorspannung, die stärker positiv ist als die Spannung der Batterie 1Oj die Diode 43 richtet einen Teil der-Wechselspannung von 400 Hertz gleich, die in der oberen Hälfte der Primärwicklung 21A entwickelt wird. Diese Hilfsvorspannnng wird durch den Widerstand 44 und den Kondensator 45 geglättet und dann auf den Mittelabgriff der Sekundärwicklung 21b gegeben. Stehen nun die Zontakte 29 offen, . dann wird die sehr stark positive Hilfsvorspannung, die in der Zeichnung mit ++ bezeichnet ist, auf die Basen 23 und gegeben, um die Transistoren stromundurchlässig zu machenj. dadurch wird.die Ladespannung für den Entladungsimpulskreis 15 mit Verzögerungsleitung unterbrochen.

In diesem Betriebszustand der Schaltanordnung ist der Steuertransistor 47 so vorgespannt, daß er in vollem Umfange stromleitend ist, während der zweite Steuertransistor 59 im stromundurchlässigen Zustand verbleibt. Zu diesem Zweck wird die positive Spannung der Batterie 10 auf den Spannungsteiler aufgedrückt, der aus den Widerständen.48 und 52 sowie aus dem Potentiometerwiderstand 53 besteht. Die. Zenerdiode 51 dient zur Stabilisierung des Spannungsabfalles an der Serienanordnung von .Widerstand 52 und Potentiometer 53. Dementsprechend bleibt die Basis 55 des Transistors 47 normalerweise auf positivem Potential, um den KP-M-Transistor 47 mit geerdetem Emitter in vollem Umfang stromdurchlässig zu erhalten. Die Widerstände 62 und 61 sind so aufeinander a,bge-

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■tlvrt, daß ei« ·1η· genügend höh· positiv· Vorspannung an fl den Äaitter 60 aufrecht erhalten, bo daß der HPN-Translstor 59 rfcroMundurohläsBig bleibt, solange der Transistor 47 in voll·* Uefange etroadurohläBtlg ist.

Igt 4er Intladungeimpulskreis 15 nlt Verzögerungsleitung In Atm Zustand der vollständigen Aufladung und steht d«r Relalskontakt 29 In der dargestellten Weise offen» dann wird dl· Spannung an der Verzögerungsleitung siohtbar von Ami flpannungsmeßgerät $3 angezeigt und ihrerseits auch auf den Spannungsteiler aus den fiderstanden 56 und 57 gegeben, Al· so aufeinander abgeetinat tint, daß si· den KPN-Transietor 47 In vollem Umfang stroadurohläesig erhalten, nährend Al· Vereögerungsleitung 15 la Zustand der vollständigen Tilling verbleibt. Fließt dagegen ein· Ladung aus den Speioherkondensatoren 36 und 57 ab, dann fällt die Spannung an d*n ϋ·βΐ·η d*r Vereegerungsleitung 15 entsprechend proportional Üb. Bin dea*ntspr«ohender Steuereffekt wird an dem fideretand 56 erzielt, wodurch die Spannung an der Basis 55 d«s Bteuertransistors 47 von dem Punkt zwischen den fiderständen 56 und 57 aus herabgesetzt wird. Dies hat einen negativen Btromfluß durch die Basis 55 zur Folge und, da der Transistor 47 «in Stromkreiselement ist, welches auf den ■ Strom anspricht, wird dieser stromundurchlässig sobald die Vergleichsspannung, die von der Verzögerungsleitung 15 abgeleitet wird, um einen Betrag abgesunken ist, der sich aus der Stellung des Schleifkontaktes 54 auf dem Potentiometer ergibt.

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Wird 4er Transistor 47 nun stromundurchlässig,. da,nn it «igt tie Spannung an dem Kollektor 46 an und wird auf die Basis 58 gegeben, um den Transistor 59 strundurchlässig zu maohen, so daß ein Kollektor st rom durch die Betätigungs- «pule 30 fließt, den Relaiskontakt 29 schließt und daduroh den Ladekreis fttr die Verzögerungsleitung 15 vervollständigt, weil jetzt die Sperrspannung von den Basen der Traneistoren 23 und 24 weggenommen wird. Gleichzeitig wird die positive Spannung, die an dem Emitter 60 des Steuertransietor β 59 liegt, herabgesetzt, weil durch das Schließen des Zontaktes 29 die Spannung an dem Spannungsteiler 62, 61 von dem Hilfsvorepannungspotential ++ auf das Batteriepotential + absinkt. Daduroh verringert sich die Basisspannung an dem Transistor 59 bis unter den Schwell wert und verhindert auf diese Weise ein Klappern des Heiaiskontaktes 29. Wird tie ladung auf der Verzögerungsleitung 15 wieder auf denjenigen voreingestellten Wert erhöht, der sich aus der Stellung des Schleifkontaktes 54 auf dem Potentiometer 53 ergibt, dann gelangt durch die Herabsetzung des negativen Vorspannungsstromes für den Transistor 47 dieser wieder in seinen stromdurchlässigen Zustand, schaltet den Transistor 59 ab Und bringt auch das Relais 29, 30 zum Abfallen, so daß der Kontakt 29 geöffnet wird und damit der Steuerkreis 18 in seine Ausgangsstellung zurückgeht.

Bei Anwendung des Defibrillator nach Fig. 1 auf Untersuchungen bei geschlossener Brustwand wird die Elektrode

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16 auf die rechte Seite des Brustbeins unmittelbar unterhalb des Brustbeineinschnitts gelegt, während die Elektrode

17 auf die linke mittlere Linie in der Nähe des fünften Zwischenrippenbogens gelegt wird, so daß das Herz annähernd ziri.soh.en den beiden Elektroden liegt. Pur die innere Anwendung des Erfindungsgegenstandes, die auf eine Brustwandöffnung folgt, können die Elektroden unmittelbar an dem Herzen angelegt werden. Hat man sich durch Beobachtung des Spannungsmeßgeräts 65 davon tiberzeugt, daß die in dem Impulsentladekreis 15 mit Verzögerungsleitung gespeicherte Energie den erforderlichen Wert erreicht hat, den der behandelnde Arzt festgelegt hat, dann werden die Schalter 39 und 40 geschlossen, um die Verzögerungsleitung 15 durch das Herz des Patienten hindurch zu entladen und die Defibrillierung herbeizuführen. Nach Abklingen des Defibrillierungsimpulses werden die Schalter 39 und 40 wieder geöffnet, um das Gerät wieder in seinen normalen Ladezustand zurückzuführen.

Eine genaue Kenntnis der verschiedenen Arten der Defibrillierungsimpulse, wie sie von den bisher benutzten Geräten dieser Art geliefert wurden und eine ganz genaue Kenntnis ihrer Auswirkungen auf den Patienten ist von größter Bedeutung für das Erfassen des mit dem Erfindungsgegenstand erzielten technischen Fortschritts. Fig. 2a zeigt die Wellenform des Defibrillierstromes, der von einem üblichen Wechselst rom-Defibrillator abgegeben wird, wobei der aufgedrückte Strom in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen ist. Um bei

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Anwendung der neuen Vorrichtung bei geöffnetem Brustkorb auf das Herz eine intensive Kontraktion des Herzmuskels (engl.i myocardium) zu erzielen, ist erfahrungsgemäß eine Wechselstromstärke von mindestens einem Ampere für die erprobte Dauer von einer Viertelstunde erforderlich. Für eine Defibrillierbehandlung durch den nicht geöffneten Brustkorb hindurch beträgt dieser Mindeststrom annähernd drei Ampere für die gleiche Zeitdauer. Der charakteristische Impedanzwert des menschlichen Körpers, den man im allgemeinen feststellen kann, beträgt annähernd 50 Ohm bei geöffnetem Brustkorb und 90 Ohm bei geschlossenem Brustkorb; er ist rein ohmisch. Infolgedessen spielt insbesondere bei der Anwendung der Vorrichtung nach der Erfindung für Behandlungen bei geschlossener Brustwand die Größe der aufgewendeten Energie für eine erfolgreiche Behandlung durch die Brustwand hindurch eine außerordentlich große Rolle, zumal tatsächlich die günstigste Energiemenge zu Wärmeschäden am Herzmuskel und der Thoraxwand führt, So erzeugt beispielsweise ein Strom von fünf Ampere, der einen Widerstand von 90 Ohm bei geschlossener Brustwand durchfließt, eine Wärmemenge, die einer Leistung von 2250 Watt entspricht, wenn sie über das günstigste Defibrillationsintervall von einer ViertelSekunde wirksam ist, entsprechend einer über die Zeit integrierten Leistung von 562 Watt/Sekunden (elektrische Arbeit).

Fig. 2b zeigt die Wellenform "eines defibrillierenden Stromimpulses, der sich aus der Gleichstromentladung eines

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-19-rtors in einem entsprechenden Difibrillator ergibt.

Ie 1st allgemein bekannt, daß die Defibrillierwirkung einer Eonlensator-lntladune ron der aufgespeicherten Energie in dem Kondensator abhängt, die ihrerseits äquivalent der Hälfte 4sr. Kapazität multipliziert mit den Quadrat der Spannung ist. Htsr« Arbeiten auf diesem Gebiet haben ergeben, daß bei einem ftafibrillierimpuls mit Gleichstrom die Beschädigung des Hersmuskel β in stärkerem UaS τοη dem Spit Benwert der Spannung als τοη der Höhe der abgegebenen Gesamt energie abfe&ngt, und dafl dsr 8ehwellwert der Defibrillierspannung exponentiell alt der Zunahme der Xapasität abnimmt, und dieser tsrt sioh asjmptotieoh einem Grenzwert von annähernd ein und eiflfealb IiIοvolt nähert. Außerdem muß ein Hinimalstrom oder «in Sohwsllwertstrom fOr eine bestimmte Zeitdauer ttber-Sthrittea «erden, um eine Defibrillation der Herzkammern zu erreiohen, während elektrische 'Ströme von einer Stärke unterhalb tes Sehwellwertes fttr die Defibrillation und insbesondere Ströme alt einer Starke τοη weniger als ein Ampere häufig ein normales Hers in den Zustand der Fibrillation Tersetsten. Beim Studium der Wellenform naoh Fig. 2b kann man sehr leioht feststellen, daß mit einer einfaohen Kondensator-Bntladung ein Spitsenstrom, der beträohtlioh Über dem 8ohwellwert für die Defibrillation liegt, angewendet werden muß, um den Defibrillationsstrom Über dem Sohwellwert für das erforderliche Defibrillationsintervall zu halten. Mit

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anderen Worten, der vorschriftsmäßige Arbeitszyklus des "benutzten Defibrillationsimpulses nach Fig. 2b ist auf annähernd 50 $ "begrenzt, "wenn dieser Zyklus definiert ist als das Verhältnis des integrierten Bereiches unter der ßtrom-Zeit-Kurve innerhalb des DefibrillationsIntervalls zu dem gesamten Strom-Zeit-Integral. Außerdem hat sich ergeben, daß die Energie, die bei Strömen unterhalb des Schwellwerts für die Defibrillation liegen und die in Fig. 2b durch den schraffierten Bereich gekennzeichnet ist, und.auch die Steilheit der vorderen Stirn des Defibrillationsimpulses von ausschlaggebender Bedeutung sind und sowohl vom Standpunkt der Beschädigung des Herzmuskels als auch für die erneute Herbeiführung eines Fibrillationszustandes schädlich sein können.

Schäden an dem Herzmuskel und an der Thoraxwand können dadurch verringert werden, daß der Speicherkondensator über eine Drosselspule entladen wird, um auf diese Weise einen Defibrillationsimpuls zu erzeugen, -wie er graphisch in Fig. 2o dargestellt ist. Ein Vergleich der Fig. 2c mit der Fig. 2b ergibt, daß eine derartige Maßnahme nicht nur die Steilheit der Stirn des Defibrillationsimpulses sondern auch die Stärke des Spitzenstromes herabsetzt, der erforderlich iet, einen ausgeglichenen Strompegel oberhalb des Sohwellwertes für die Defibrillation für die Dauer des erforderlichen Defibrillationsintervalls aufrecht zu erhalten. Allerdings ist der so zu erzielende Arbeitszyklus eher klei-

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ner als derjenige, den man mit.Hilfe einer einfachen Kondensatorentladung erzielt, weil der Defibrillationsimpuls den Charakter einer gedämpften Schwingung hat.

Der Defibrillationsimpuls, der mit Hilfe der Vorrichtung nach der Erfindung erzielt wird, ist in Fig. 2d dargestellt. Als Energiespeicher wird erfindungsgemäß ein Entladungsimpulskreis mit Verzögerungsleitung verwendet, vorzugsweise mit zwei Zettengliedern aus Kondensator und Spule, wie dies Fig. 1 zeigt, wobei die charakteristische Impedanz derjenigen angepaßt ist, die sich ergibt, wenn man die Elektroden 16 und 17 an den menschlichen Körper anlegt. Man erhält einen Defibrillationsimpuls praktisch trapezförmiger Gestalt, wie sie Pig. 2d zeigt, "bei einem Arbeitszyklus von Über 80 fi und einem Spitzenwert des Stromes oder einem Spitzenwert für die Energie, der oberhalb des Sohwellwertes für die Defibrillation von weniger als 50 $ liegt. Um eine erfolgreiche ventriculare Defibrillation sicher zu stellen, muß diese Art von Defibrillationsstrom oberhalb des Schwellwertes für die Defibrillation über ein Defibrillationsintervall von mindestens acht Millisekunden erhalten werden.

Es ißt gefunden worden, daß ein Gleichstrom-Defibrillator mit Einzelimpuls nach der Erfindung vorzugsweise einen Impuls-Entladungskreis mit Verzögerungsleitung mit einer charakteristischen Impedanz von annähernd 100 Ohm aufweisen sollte, und einen Stromimpuls liefern sollte, der einer elektrischen Energie von 60 bis 100 Watt/Sekunden bei

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einer Spannung von 1500 bis 2500 YoIt entspricht. Eine noch dichtere Annäherung an die trapezartige Wellenform kann man durch Erhöhung der Anzahl von Kettengliedern aus einer Spule und einem Kondensator innerhalb der Verzögerungsleitung 15 erreichen, indessen haben praktisch angestellte Versuche gezeigt, daß die von einer Verzögerungsleitung aus zwei Kettengliedern gelieferte Wellenform einen ausreichenden Näherungswert liefert, um die größte Betriebssicherheit zu erzielen, ohne Gefahr zu laufen, daß Gewebeschäden am Herzmuskel oder an der Thoraxwand auftreten.

Sehr gute Ergebnisse wurden mit einer bevorzugten AusfUhrungsform des Erfindungsgegenstandes erzielt, bei weloher eine Verzögerungsleitung mit zwei Kettengliedern aus Spule und Kondensator verwendet wurden, deren Werte folgende waren j

Kondensatoren 36 und 37 je 20 Mikrofarad, Spulen 34 und 35 je 150 Millihenry und 17 0hm

innerem Widerstand,

3-egeninduktivität zwischen den

Spulen 34 und 35 50 !',lillihenry,

Gesamtinduktivität des EntIadungs-Impulskreises mit Verzögerungsleitung 400 Millihenry.

Ein derartiger Entladungs-Impulskreis mit Verzögerungsleitung weist eine charakteristische Impedanz %^ron annähernd 100 Ohm auf, die praktisch der charakteristischen Impedanz des menschlichen Körpers bei üransth or axan Wendung ißt. Der DQfibrillierimpuls, der von dieser bevorzugten

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Attsfuhrunfeform geliefert wird, ist bei Anwendung des Gerätes durch dit Bruetwand hinduroh gekennzeichnet durch einen Arbeitszyklus von 85 f> bei einem 8chwellwert für die De£ibrH-lation von 6,5 Ampere und einem Spitzenwert des Stromes von 10 Ampere während eines Defibrillationeintervallβ von 8,5 Millisekunden. Die mit der steilen Wellenfront verbundenen Wirkungen der Ctewebebesohädlgungen, die für eine einfache Kondensatorentladung charakteristisch sind, und die damit verbundene Anwendung erheblicher Energiemengen bei Stromregeln mnter dem Schwell wert für die Defibrillierung lassen tion tatsäohlioh vermeiden, wie man bei Versuchen mit einer tatsächlich ausgeführten Vorrichtung feststellen konnte.

QfwäÜ eine« besonderen Merkmal des Erfindungsgegen-■tantes in der bevorzugten Autftthrungsform nach Fig. 1 ist dl· Vorrichtung als Universalgerät zur Lieferung einer Defibrlllationsenergie ober-halb eines vorbestimmten 8ohwell- , «trte for ti· Defibrllllerung sowohl für eine Anwendung bei geschlossener Bruetwand als auch bei freigelegtem Hersen geeignet, ti· oben bereits erwähnt, beträgt die oharakteristiBohe Impedanz des Bntladungsimpulskreises mit Verzögerungsleitung vorzugsweise annähernd 100 Ohm, ein Impedanzwert, der praktisch der charakteristischen Impedanz zwischen zwei entfernten Stellen auf dem lürptr des Patienten entsprioht, an denen die Blektroden 16 und 17 ftir die Zwecke einer Seflbrillationsbehandlung durch die Bruetwand hinduroh angelegt sind. Bei Anwendungen auf das Herz bei geöffnetem

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Brtistkorb naoh einer Brustwandoperation und wenn die Elektroden 16 und 17 unmittelbar auf das Herz gelegt sind, beträgt dit am Mufigsten festzustellende Impedanz des menschlichen Körpers annähernd 50 Qhm, wobei der Widerstand praktisch rein ohmisch ist. In diesem Falle und speziell bei Anwendungen mit geöffnetem Brustkorb ist der Bntladungsimpulskreis 15 mit Verzögerungsleitung durch eine nicht angepaßte Impedanz abgeschlossen, die Reflektionen zur Folge hat und dadurch die Spannung des angewendeten Deflbrillierimpulses herabsetzt, um den Strom, der Äch das Herz fließt, annähernd auf dem gleichen Pegel zu halten, wie man ihn bei Anwendungen durch den Brustkorb hindurch erreicht. Mit anderen Worten» es ist die Spitzenspannung des abgegebenen Impulses automatisch «ingeregelt, um einen praktisch konstanten Strompegel für geschlossene Brustwand oder offene Brustwand offen zu halten. Dementsprechend kann auch die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 bei jeder dieser Verwendungsarten benutzt werden, ohne daß es nötig wäre, irgendein Stromkreieelement neu einzustellen. FUr die Zwecke der Einstellung der Spannung des Defibrillierimpulses ist das Potentiometer 53 vorgesehen! diese Art der Einstellung ist aber kein wesentliches Merkmal der Vorrichtung nach der Erfindung, vielmehr kann man an seine Stelle feste Stromkreiselemente setzen, wenn sie richtig dimensioniert sind, um die gewünschten Ausgangsimpuls-Merkmale für Anwendungen mit geschlossener

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Brustwand «u bekommen, so daß <Ue Vorrichtung ganz automatisch auch die richtige Einstellung für Behandlungen bei geöffneter Brust wand aufweist.

Dieses Merkmal des Erfindungsgegenstandes kann man anhand der Fig. 3 deutlich machen, in welcher die Spannung des Defibrillierimpulses in Abhängigkeit von der Zeit sowohl fiir geschlossene Brustwand als auch für offene Brustwand aufgezeichnet ist. Die Kurve A zeigt die Form des Defibrillationsimpulses, der sich zwischen den Elektroden 16 und 17 bei Anwendungen durch die Brustwand hindurch ergibt und entspricht im wesentlichen der Zurvenforia 2d. Bei geöffneter Brustwand hat der Defibrillationsimpuls die Form der Kurve B in Fig. 3, die erkennen läßt, daß der Spitzenwert der Spannung auf die Hälfte seines Wertes absinkt, der sich aus der nicht abgestimmten Impedanz ergibt, weil die Lastimpedanz von 90 bis 50 Ohm auf 50 Ohm herabgesetzt ist. Obwohl die ImpedanzUngleichheit einen geringen Betrag gedämpfter Schwingungsenergie am Ende des Defibrillatlonsimpulses einführt, beträgt der Arbeitszyklus immer noch mindestens 80 #, und der Spitzenwert der gelieferten Energie liegt über dem Schwellwert der Defibrillation, aber ist nur etwas größer als 50 $>, Man hat also in beiden Anwendungsfällen einen einzigen Defibrillationsimpuls mit Trapezform bei einem Optimum der Defibrilliermerkmale zur Verfügung.'

Der Defibrillator mit einem einzigen öleichstromimpuls ist anhand von künstlich herbeigeführten Fibrillationen

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bei Hunden ausgiebig erprobt worden/ und zwar sowohl durch elektrisch angelegte Schocks (100 Milliampere Wechselstrom für die Dauer von 1 bis β Sekunden duroh die Brust wand hindurch) als auch durch Abbindung der entsprechenden Corcnararterien (engl.: anterior descending coronary arteries). Die Wirksamkeit eines Befibrillators mit einem einzigen G-leichstromimpuls nach dar Erfindung wurde gleichzeitig mit der Wirksamkeit eines normalen Weeliselstromdefibrillators verglichen.

Bei Versuchsreihen mit Hunden, bei denen man eine Fibrillation mit einem Wechselstrom geringer JröiSe hervorrief, und bei denen man das Herz zwei Minuter: lang fibrillieren ließ, war die Befibriliaticn erfolgreich, aber eine Wiederbelebung unmöglich. Offensichtlich war das Aussetzen von Herzmuskel und Gehirn (engl.i brain hypcxia) nicht förderlich für eine erfolgreiche Wiederbelebung.

Bei einer anderen Reihe von Versuchen mit Hunden wurde die ventrikuläre Fibrillation künstlich eingeleitet, und es wurde unmittelbar darauf defibrilliert_? während bei einer dritten Versuchsreihe ein Zeitintervall von 3ir..er I'.Iiiiutö zwischen Fibrillation und Befibrillation zugelassen wurde. Die Untersohiede in dem slektrokardigraplii seilen ußü kardiovaBkalarm! Ansprachen waren geringfügig, und zwar sowohl tar die Wechselstrom- als auch für die Gleichstrom-Defitrillation, aber die Unterschiede des Ansprechens bei G-leichstrom-Defibrillationen und Weohselstrom-Befibrillation bei Lebewesen

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wurd·η ganz deutlich. Der Wechseletrom-Defibrillationsetrom ist gam; eindeutig und tatsächlich nicht nur ftlr das Herz sondern' auch f(ir dae geeanrte Lebewesen lebensgefährlicher. Nach einem leoheeletrom-Def i"brillationsBohook mit 480 Volt ergaben eich nioht selten Folgen ventrioularer Bxtrasystolen, ein unterdrücktes B-T-Segment und eine umgekehrte T-felle (Anselohen von Ifyooardeohäden oder Herzinfarkten) und bei häufiger Wiederholung der Folgen von Fibrillierung und Defibrillierung Idrial-Fibrillationen. Derartig schwerwiegende Symptome konnte man bei GleiMohstrom-Defibrillatlonsimpulsen von 80 Watt/Sekunden nioht beobachten, obwohl die unterdrückten S-T-Begmente und die Sinus-Taohyoardien häufig auftraten. Die Reaktionen hineiohtlioh des Blutdrukkee auf den Weoheeletrom-Defibrillationsstrom waren äußerst ähnlich einer raschen intravenösen Injektion von mindestens einem Milligramm Epinephrin mit einer Zeitverzögerung von etwa'einer halben bis einer Sekunde bis zur Wiederaufnahme der Herztätigkeit und der Wiederherstellung des riohtigen Blutdruoksi auf diese Welse war es häufig äußerst schwierig festzustellen, ob eine Defibrillation wirksam geworden war oder nicht· Im Gegensatz dazu, bewirkt der Gleichstromimpuls eine sofortige Eontraktion und eine Änderung des Blutdrucks, wenn Überhaupt eine Reaktion eintritt. Die Nebeneffekte auf das gesamte Tier, die man häufig bei Wechselstrom-Defibrillationen antrifft, wie beispielsweise Übermäßiger Speichelfluß, heftige Mu ekel konzentrat ion, Defalcation und Harndrang

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wurden seltener angetroffen "bei Lebewesen, "bei denen eine Deflbrillation mit G-leiolistrom angewendet wurde. Ähnliche Ergebnisse wurden bei Tierversuchen erzielt, "bei denen eine ventrieulare Fibrillation durch Abfindung von Coronararterien eingeleitet wurde, eine experimentelle Situation, die in vieler Hinsicht der eines Patienten entspricht, der plötzlich einen Herzmuskelinfarkt erleidet.

Der Defibrillator mit einem einzigen G-leichstromimpuls, wie ihn die Erfindung vorschlägt, ist auch bereits in Kranktnhäueern an Menschen erprobt worden. In manschen Fällen war eine Defibrillation erfolgreich, nachdem ein Fehler mit einem Weoheelstrom-Defibrillator aufgetreten war. Die praktische Erfahrung hat gezeigt, daß eine Defibrillation unter allen Umständen bei Anwendung eines einzigen Impulses erreioht wird, ohne daß dabei eine erneute Fibrillation oder eine duroh Hitze bedingte Beschädigung des Herzmuskels oder der Ihoraxwand auftritt. Infolge der neuen Schaltungsanordnung kann ein Strom mit hohem Spitzenwert geliefert werden, so daß man eine Aufladung oder Neuladung der Batterie in weniger als drei Sekunden erreicht} selbst bei fast völlig entladener Batterie abertraf die Aufladezeit ffir den Entladungsimpulskreis 15 mit Verzögerungsleitung nicht den Betrag von 4 oder 5 Sekunden.

Der transistorisierte Steuerstromkreis 18 erhält eine nahezu konstante Ladung der Kondensatoren aufrecht und hält die Vorrichtung bereit für sofortigen Einsatz; dieses Ziel

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erreicht man mit einer minimalen Beanspruchung der in sich geschlossenen Stromversorgungsbatterie. Das gesamte Gerät ist als Ganzeβ tragbar und wiegt nur etwa 38 englische Pfunde (19 kg) einschließlich eines Ladegerätes für die Batterie, die "bei 12 Volt Batteriespannung eine Kapazität von vier
Amperestunden aufweist und ausreicht, um viele hundert Defibrillationsimpulse zu liefern, ohne daß es notwendig wäre, sie wieder aufzuladen.

In der obigen Beschreibung ist der Erfindungsgegenstand anhand eines Ausfuhrungsbeispiels im einzelnen näher erläutert worden; es versteht sich indessen von selbst, daß der Faohmann auf diesem Spezialgebiet zahlreiche Änderungen und Modifikationen an dem Erfindungsgegensteand vornehmen
kann, ohne deshalb den Rahmen der Erfindung verlassen zu
müssen.

- Patentansprüche -

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Claims

1« ) lilektriaoher Defibrillator siur £r*migun& el»·» alngigan ülelchatroeiiasulae«» gekannaβlohnet durch aliias itetladttnea-Iotf-al »kreis (15) oit Yereögeruageltitung, dessen Sleaente sur äraattgusg «into Gleiohetroa-AuBgangeiapulsee

Sptiafctnaig «in«r vorteötiaart·» iStM^gitacng· In 4«a

und i«rn«r g«k«2infl*iöiin*t duroh. «in (16« 17), (Ub as di«etn Impulekreie ang·-

■q&1qiib«& ist uad eur Anlag« an d«a l»b«nd«i ^ejnueuaie la Abrtand τολ·1χια»!·γ und auf •ntgvgtBgesiiteten leiten dt« Her-Mne b«rtl»art let wA ammx di«nt,w»nigeteino «In·» Τ·11 der •vifg«p«ichtrt«ß £n«rgl« duroh das i:%r£ hinduroh «u entled«n·

a« B«fibrillrfeOT o*oh Antfruoh 1, dadurch gektrai- »•lahutt, da3 dam Enarglaepalohar aiea (ileiohetroaqu«ll· »ug·ordnet 1st» die an dan Irapuletareie alt VarsSgarungslai^ tu»g angteehloeetD ist, wobei dia oharaktaristlseha Ia^adans de· Iralaao praktieoh dar Iaapedanr das Körpers svieohan dan beider» &laklrodan glalohkoant*

3* Defibrillator neoh Anaprueh 2, dadurch gakennlelehnet» daß 41a oh&rekterlstleehe X^adana ungafUhr 100 Ohm fc«rträgt, lehrend der forbastiaata i^nareiabatrae 60 bia 100 latt/SekuBdeß bei einer ^cpanmmg for 15JO bis 2500 Volt ist»

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