DE2352631A1 - DEFIBRILLATOR - Google Patents
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Description
Health Technology Labs^ Ine
Omaha, Nebraska / V.St.A.Health Technology Labs ^ Ine
Omaha, Nebraska / V.St.A.
DefibrillatorDefibrillator
Die Erfindung betrifft einen Defibrillator mit einem Energiewähler zur Einstellung der vom Speicherkondensator auf die am Patienten anliegenden Elektroden zu liefernde Energiemenge ο ■The invention relates to a defibrillator with an energy selector for setting the storage capacitor on the amount of energy to be supplied to the electrodes on the patient ο ■
Die Verwendung von Gleichstromdefibrillatoren für Wiederbelebungszwecke ist häufig geboten. Nur das hohe Gewicht dieser Geräte hat bisher ihren Einsatz in größerem Umfang verhindert. Die meisten klinischen Defibrillatoren beruhen auf der Energiespeicherung und -entladung über eine stabile RLC-Kombinations erfordern also genau festgelegte Werte von Kapazität s Induktivität und .Widerstand, Das Prinzip des Defibrillator besteht darin., daßeein kräftiger elektrischer Impuls über zwei am Brustkorb des Patienten angelegte Elektroden auf den Patienten gegeben wirds um so kurz- The use of DC defibrillators for resuscitation purposes is often advisable. Only the high weight of these devices has prevented their use on a large scale so far. Most clinical defibrillators are based on the storage and discharge of energy via a stable RLC combination s require precisely defined values of capacitance s inductance and resistance s is given electrodes on the patient so short
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zeitig das Herz zum Stillstand zu bringen. Dadurch soll .das Herzflimmern unterbrochen werden. Da das Herzflimmern so schnell wie möglich beendet werden muß, ist es außerordentlich wichtig, daß bereits beim ersten Versuch ein genügend starker Impuls auf den Patienten gegeben wird. Bei den meisten bekannten Defibrillatoren ist es möglich, die dem Patienten zugeführte Impulsenergie zu wählen. Es wurde jedoch festgestellt, daß diese Vorrichtungen im allgemeinen eine kleinere Energiemenge an den Patienten abgeben, als eingestellt wurde. Außerdem schwanken die Widerstandswerte der Patienten sehr stark. Wenn aber der Impuls nicht ausreicht, um das Herz kurzzeitig zum Stillstand zu bringen, kann der Patient sterben.to bring the heart to a standstill early. This is intended to interrupt the fibrillation of the heart. Because the fibrillation must be completed as soon as possible, it is extremely important that you do a sufficient job on the first attempt strong impulse is given to the patient. With most known defibrillators it is possible to have the to choose the pulse energy supplied to the patient. It has been found, however, that these devices generally deliver a smaller amount of energy to the patient than was set. In addition, the resistance values fluctuate of the patients very strongly. But if the impulse is not enough to bring the heart to a standstill for a short time, the patient can die.
Der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Defibrillator mit Energiewähler derart auszubilden, daß die am Energiewähler eingestellte Energie unabhängig vom elektrischen Widerstand des Patienten und den sonstigen Parametern des Lastkreises tatsächlich dem Patienten zugeführt wird.The invention specified in claim 1 is accordingly based on the object of a defibrillator with an energy meter in such a way that the energy set on the energy selector is independent of the patient's electrical resistance and the other parameters of the load circuit is actually fed to the patient.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß mit dem Energiewähler und einem im·Lastkreis liegenden Energiemesser ein Computer verbunden ist, der den Lastkreis unterbricht, sobald der aus den Angaben des Energiemessers errechneteThis is achieved according to the invention in that with the Energy meter and an energy meter in the load circuit a computer is connected that interrupts the load circuit as soon as it is calculated from the information from the energy meter
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Energiefluß zum Patienten, der am Energiewähler eingestellten "Energiemenge gleichkommt.Energy flow to the patient that is set on the energy selector "Amount of energy equals.
Zur Energiemessung können in bekannter Weise- Strom- und Spannungsmessungen herangezogen werden, die im Computer zu einem Meßwert für die Energie verarbeitet und aufsummiert werden, bis die gelieferte Energfe den Sollwert erreicht hat. Die Gesamtenergie des den Patienten erreichenden Impulses ist also völlig unabhängig von irgendwelchen Schwankungen der Schaltungsparameter, wozu auch der Eigenwiderstand des Patienten gehört. For energy measurement can in a known manner- current and Voltage measurements are used, which are processed and added up in the computer to form a measured value for the energy until the delivered energy reaches the target value Has. The total energy of the impulse reaching the patient is completely independent of any Fluctuations in the circuit parameters, including the patient's own resistance.
Der Computer läßt sich in einfacher Weise aufbauen und benötigt wenig Platz und Gewicht, so daß der Defibrillator als leichtes, tragbares Gerät ausgebildet werden kann.The computer can be set up in a simple manner and requires little space and weight, so that the defibrillator can be designed as a lightweight, portable device.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. Hierin sind:An embodiment of the invention is based on the following described in the drawing. Here are:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Defibrillators,Fig. 1 is a perspective view of an inventive Defibrillators,
Fig. 2 ein Blockschaltbild der elektrischen Schaltung desselben,Fig. 2 is a block diagram of the electrical circuit same,
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Pig. 3 ein Blockschaltbild des Energiecomputers und zugeordneter Teile, undPig. 3 is a block diagram of the power computer and associated parts, and
Fig. 4-6 schematische Darstellungen von Schaltungseinzelheiten des Defibrillators.4-6 are schematic representations of circuit details of the defibrillator.
Der in Fig. 1 dargestellte Defibrillator 10 besitzt ein tragbares Gehäuse 12, an das zwei Elektroden 14 und 16 angeschlossen sind. Die Elektroden können, wie gesagt, am Brustkorb eines Patienten angesetzt werden.The defibrillator 10 shown in FIG. 1 has a portable housing 12 to which two electrodes 14 and 16 are connected. As mentioned, the electrodes can be placed on the patient's chest.
Gemäß dem Blockschaltbild in Fig. 2 ist ein Netzteil 18 mit zugehörigem Hauptschalter 20 mit den Speisekondensatoren 22 verbunden, welche die vom Netzteil 18 gelieferte Energie speichern. Eine Schaltvorrichtung 24 ist mit den Speicherkondensatoren 22 verbunden. Sie ist einerseits mit den Elektroden 14 und 16 und andererseits mit einem Spannungsmesser 26 und einem Strommesser 28 verbunden. Ein Energiecomputer 34 läßt sich mittels der Schalter 30 und 32 von Hand einschalten und zurückstellen. Ferner sind mit dem Computer 34 ein Energiewähler 36 und ein Energieanzeiger 38 für die abgegebene Energie verbunden. Der Energiewähler 36 besteht beispielsweise aui einem Drehknopf oder dergleichen und dient zur Einstellung der dem Patienten zuzuführenden Energie.According to the block diagram in FIG. 2, there is a power supply unit 18 with an associated main switch 20 with the feed capacitors 22 connected, which store the energy supplied by the power supply unit 18. A switching device 24 is connected to the storage capacitors 22 connected. It is on the one hand with the electrodes 14 and 16 and on the other hand with a voltmeter 26 and an ammeter 28 connected. An energy computer 34 can be switched by means of switches 30 and 32 of Turn on and reset by hand. Also with the computer 34 are an energy meter 36 and an energy indicator 38 connected for the energy emitted. The energy selector 36 consists, for example, of a rotary knob or the like and is used to adjust the energy to be supplied to the patient.
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Der Energiecomputer 34 ist schematisch in Fig. 3 dargestellt. Der Strommesser 28 und der Spannungsmesser 26 sind mit einem Multiplikationsglied 40 verbunden, das, seinerseits auf einen Integrator 42 arbeitet. Der Integrator 42 ist mit einem Analogspeicher 44 verbunden, der das Anzeigegerät 38 speist. Die Strom- und Spannungsmesser 28. und 26 sind ferner mit einer Zeitvergleichsstufe 46 verbunden, die. zu einem ODER-Glied 48 führt. Der Energfewähler 36 ist mit der Zeitvergleichsstufe 46, einer -Integralyergleichsstufe 50 und einer Spannungsvergleichsstufe 52 verbunden. Die Integralvergleichsstufe 50 ist mit dem ODER-Glied 4.8 und dem . Integrator 42 verbunden. Die Spannungsvergleichsstufe 52 ist an ein Spannungsnprmal 54 und einen Ladeschalter. .56 angeschlossen. Die Multiplikationsstufe 40 ist ferner mit der Spannungsvergleichsstufe 52 verbunden.The energy computer 34 is shown schematically in FIG. 3. The ammeter 28 and the voltmeter 26 are connected to a multiplier 40, which in turn works on an integrator 42. The integrator 42 is connected to an analog memory 44, which is the display device 38 feeds. The ammeter and voltmeter 28 and 26 are also connected to a time comparison stage 46 which. leads to an OR gate 48. The energy selector 36 is with the time comparison stage 46, an integrator comparison stage 50 and a voltage comparator 52 connected. The integral comparison stage 50 is with the OR gate 4.8 and the. Integrator 42 connected. The voltage comparison stage 52 is connected to a voltage input 54 and a charging switch. .56 connected. The multiplication stage 40 is also connected to the voltage comparison stage 52.
Der Rückstellschalter 32 ist elektrisch mit dem Analogspeicher 44 und dem Ladungsschalter 56 verbunden, während der Handschalter 3P zu einem VerzögerungsglSad 58 für den Start und dem Ladeschalter 56 führt. .The reset switch 32 is electrically connected to the analog memory 44 and the charge switch 56, while the manual switch 3P to a Delay GlSad 58 for takeoff and the charging switch 56 leads. .
In Betrieb des Defibrillators wird zunächst mittels des Rückstellschalters 32 die vorherige Einstellung gelöscht, in-.dem das Anzeigegerät 38 auf Null gestellt wird. Dann wird der, Netzteil l8 auf eine Ausgangsspannung gebracht, die von der When the defibrillator is in operation, the previous setting is first deleted by means of the reset switch 32 by setting the display device 38 to zero. Then the power supply unit 18 is brought to an output voltage that depends on the
Stellung des Energiewählers 36 abhängt. Wenn z.B. ein Impuls mit der Energie 200 Joule auf den Patienten gegeben werden soll, stellt man den Energiewähler 36 auf 200 Joule ein. Die vom Netzteil 18 gelieferte Energie wird in den Speicherkondensatoren 22 gespeichert. Der Energiewähler 36 liefert auch ein seiner Einstellung entsprechendes Signal auf den Computer 34. Nun werden die Elektroden·" 14 und 16 an den Patienten angelegt und der Handschalter 30» der an einer oder beiden Elektroden 14 und 16 angebrächt ist, betätigt.Position of the energy selector 36 depends. For example, if an impulse with the energy 200 joules to be given to the patient, the energy selector 36 is set to 200 joules. the Energy supplied by the power supply unit 18 is stored in the storage capacitors 22. The energy selector 36 delivers also a signal corresponding to its setting on the Computer 34. Now the electrodes 14 and 16 are attached to the Patient and the hand switch 30 »the on one or both electrodes 14 and 16 is attached, actuated.
Durch diese Betätigung wird die gespeicherte Energie unter Kontrolle des Computers 34 in den Patienten eingeleitet. Der Strommesser 28 und der Spannungsmesser 26 geben Momentansignale auf den Computer 34, der daraus mittels einer stetigen Integration die Energie berechnet. Wenn die berechnete Energie der eingestellten Energie gleichkommt, bewirkt der Computer 34 die Abtrennung der Energiequelle vom Patienten. Die dem Patienten .zugeführte Gesamtenergie wird stetig auf dem Anzeigegerät angegeben.As a result of this actuation, the stored energy is introduced into the patient under the control of the computer 34. The ammeter 28 and the voltmeter 26 give instantaneous signals to the computer 34, which calculates the energy therefrom by means of a continuous integration. If the calculated Energy equals the set energy, the computer 34 causes the energy source to be disconnected from the patient. The total energy supplied to the patient is continuously indicated on the display device.
Fig. 4 zeigt das Schaltbild des Netzteils. Der Transformator TP3 speist einen Gleichrichter in Brückenschaltung, der eine positive und eine negative Gleichspannung abgibt. Diese wird mitteis Transistoren und Zenerdioden auf - 15 V geregelt. Über zwei Dioden werden die beiden Relais K^ und K2 gespeist.Fig. 4 shows the circuit diagram of the power supply. The transformer TP3 feeds a rectifier in a bridge circuit, which outputs a positive and a negative DC voltage. This is regulated to - 15 V by means of transistors and Zener diodes. The two relays K ^ and K 2 are fed via two diodes.
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Relais K2 zieht nur an, wenn Kontakt K, geschlossen ist. Das entsprechende Relais ist in Fig. 6 dargestellt. Relais K2 betätigt den Kontakt in Fig.. 5. Die Relais K2 und K^ steuern die Hauptentladung von dem Speisekreis zum Patienten.Relay K 2 only picks up when contact K is closed. The corresponding relay is shown in FIG. Relay K 2 actuates the contact in Fig. 5. The relays K 2 and K ^ control the main discharge from the supply circuit to the patient.
Relais K1 wird von der Spannungsvergleichsstufe 52 gesteuert. Das Relais K1 und der Ladeschalter 56sorgen für die Zufuhr der Netzwechselspannung zu den Transformatoren T1 und T2 (Fig. 5). Dadurch werden die Speicherkondensatoren 22 in Fig. 5 auf 1400 V Gleichspannung aufgeladen.Relay K 1 is controlled by the voltage comparison stage 52. The relay K 1 and the charging switch 56 ensure the supply of the AC mains voltage to the transformers T 1 and T 2 (FIG. 5). As a result, the storage capacitors 22 in FIG. 5 are charged to 1400 V direct voltage.
Die 4 Gleichrichter zwischen ^1 und T2 und die 4 Kondensatoren 22 bilden zwei in Kaskade.geschalteteZweiweggleichrichter zur Erzeugung der Spannung von lAOO V, Nach Beendigung der Aufladung ist eine Energie von 500 .Joule in den Speisekondensatoren gespeichert. Diese haben je eine Kapazität von 2000 Mikroforad und an ihren Belegungen herrscht eine Spannung von 350 V.. Die Widerstände von je 150 kOhm in den Parallelzweigen zu den Thyristoren SCR dienen-zum.Abgleich der Sperrströme. Die den Thyristoren parallel geschalteten Zweige mit 0,05 Mikroforad und 50 Ohm dienen zur Unterdrückung von Schaltüberspannungen.The 4 rectifiers between ^ 1 and T 2 and the 4 capacitors 22 form two two-way rectifiers connected in cascade to generate a voltage of 100 V. After charging is complete, an energy of 500 joules is stored in the supply capacitors. These each have a capacity of 2000 microforads and there is a voltage of 350 V on their assignments. The resistors of 150 kOhm each in the parallel branches to the SCR thyristors are used for balancing the reverse currents. The branches with 0.05 microforads and 50 ohms connected in parallel with the thyristors are used to suppress switching overvoltages.
Die Klemmen 1, 2 und 3 liefern die Meßwerte für Spannung und Strom. Die Spannung zwischen den Klemmen 1 und 2 istTerminals 1, 2 and 3 supply the measured values for voltage and current. The voltage between terminals 1 and 2 is
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proportional der gespeicherten und der Last zugeführten Spannung. Die Spannung zwischen den Klemmen 1 und 3 ist proportional zum Laststrom. Der Widerstand in Höhe von 5 Ohm mit einer Belastbarkeit von 100 Watt zwischen diesen beiden Klemmen dient einerseits als Meßwiderstand für die Strommessung und andererseits als Kurzschlußsicherung.proportional to the stored and the load applied Tension. The voltage between terminals 1 and 3 is proportional to the load current. The resistance in the amount of 5 ohms with a load capacity of 100 watts between these two terminals serves on the one hand as a measuring resistor for the current measurement and on the other hand as a short-circuit protection.
Die übrige Schaltung läßt sich am einfachsten an Hand eines typischen Betriebsbeispiels erläutern. Anfangs sind die Speicherkondensatoran aufgeladen und alle Thyristoren gesperrt. Der Zyklus beginnt damit, daß am Starteingang eine positive Spannung von 15 V auftritt. Dadurch wird der Zeitgeber 58 gekippt, der als monostabiler Multivibrator ausgebildet ist und eine Zeitkonstante von 0,030 Sek. hat.The rest of the circuit is easiest to explain using a typical operating example. In the beginning they are Storage capacitor charged and all thyristors blocked. The cycle begins with a positive voltage of 15 V occurs. This will make the Tilted timer 58, which is designed as a monostable multivibrator and has a time constant of 0.030 seconds.
Gleichzeitig beginnt sich Relais Kp zu schließen. Der Zeitgeber hat die Aufgabe, die vollständige Schließung des Relais K„ zu ermöglichen. Wenn der Unipolartransistor im Zeitgeber 58 Strom zieht, wird ein kräftiger Stromimpuls auf die Auslösetransformatoren T. und T„ gegeben. Dieser Impuls öffnet die Thyristoren SCR. und SCR„, so daß diese den Stromfluß zur Last freigeben. Die Lichtemissionsdiode LED leuchtet durch die angelegte Spannung auf und öffnet den Phototransistor 62 in Fig. 6. Dieser Transistor startet das Vergleichsglied Z„ in der Zeitvergleichsstufe 46. Wenn das Vergleichsglied feststellt, daß die eingestellteAt the same time, relay Kp begins to close. The timer has the task of enabling the relay K "to close completely. If the unipolar transistor in the Timer 58 draws current, a powerful current pulse is given to the tripping transformers T. and T. This Impulse opens the thyristors SCR. and SCR "so that this enable the flow of current to the load. The light emitting diode LED lights up due to the applied voltage and opens the phototransistor 62 in Fig. 6. This transistor starts the comparison element Z ″ in the time comparison stage 46. If the comparison element determines that the set
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Sollenergie geliefert ist, wird eine positive Spannung auf die Klemme STOP gegeben. Dadurch wird der kleine Thyristor 2N5062 (Fig. 5) geöffnet, so daß er einen kräftigen Stromimpuls in den Transformatoren T und T^ erzeugt. Dadurch werden die Thyristoren SCR und SCR^ geöffnet und bewirken die Ableitung der in den Speicherkondensatoren noch vorhandenen Energie.If the required energy is supplied, a positive voltage is applied to the STOP terminal. This makes the small thyristor 2N5062 (Fig. 5) opened so that he has a powerful current pulse in the transformers T and T ^ generated. This will make the Thyristors SCR and SCR ^ open and cause the discharge the energy still present in the storage capacitors.
Die Verstärker Z , Z und Z in Fig. 6 bilden zwei Differentialverstärker. Diese Verstärker wandeln die grundsätzlich freien Eingangsspannungen 1, 2 und 3 in auf Null-bezogene Signale um. An den Ausgängen von Z und Z treten die stetig veränderlichen Werte v(t) und i(t) auf. Diese Signale werden der Stufe HO zugeführt, die zusammen mit dem Verstärker Z^ einen Analogmultiplikator bildet. Am Ausgang von Zu tritt also der Wert v(t) » i(t) auf.The amplifiers Z, Z and Z in Fig. 6 constitute two differential amplifiers. These amplifiers convert the fundamentally free input voltages 1, 2 and 3 into zero-related signals. The continuously variable values v (t) and i (t) appear at the outputs of Z and Z. These signals are fed to stage HO which, together with amplifier Z ^, forms an analog multiplier. The value v (t) »i (t) appears at the output of Zu.
Dieses Signal ist jederzeit proportional zu der gerade der Last zugeführten Leistung. Diese Leistung wird in dem Integrator Z zeitlich integriert, um die Energie zu ergeben. Die Wechselstromkopplung am Ausgang von Z1. beseitigt die langsame Gleichspannungswanderung. Der Ausgangswert an dieser Stelle stellt angenähert eine Sägezahnspannung dar. Diese Sägezahnspannung wird im Komparator 50 mit der Einstellung des Energiewählpotentiometers 36 verglichen. Wenn beide Werte gleich sind, gibt das Vergleiehsglied das STOP-This signal is always proportional to the power currently being supplied to the load. This power is integrated in time in the integrator Z in order to produce the energy. The AC coupling at the output of Z 1 . eliminates the slow DC migration. The output value at this point approximately represents a sawtooth voltage. This sawtooth voltage is compared in the comparator 50 with the setting of the energy selection potentiometer 36. If both values are the same, the comparison link gives the STOP
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Signal ab. Der Scheitelwert der Sägezahnspannung wird von dem Kondensator mit der Kapazität 0,22 Mikroforad im Analogspeicher 44 gespeichert. Der mit 4 Transistoren bestückte "Verstärker dieses Speichers hat den Verstärkungsfaktor +1. Dadurch kann die gelieferte· Energie auf dem Anzeigegerät dargestellt werden.Signal off. The peak value of the sawtooth voltage is determined by the capacitor with a capacity of 0.22 microforads in the analog memory 44 saved. The amplifier of this memory, equipped with 4 transistors, has a gain factor of +1. This enables the energy supplied to be shown on the display device.
Die Zeitvergleichsstufe 46 (Verstärker Zq) kann ebenfalls ein STOP-Sjgnal liefern, vergleicht jedoch die Einstellung des Potentiometers 36 mit dem Zeitablauf. Auf diese Weise wird für jede Einstellung die Impulslänge auf einen Maximalwert begrenzt. Diese Stufe beeinflußt den Betrieb für Lastwiderstände von weniger als 150 Ohm nicht.The time comparison stage 46 (amplifier Z q ) can also supply a STOP signal, but it compares the setting of the potentiometer 36 with the lapse of time. In this way, the pulse length is limited to a maximum value for each setting. This level does not affect operation for load resistances less than 150 ohms.
Die Vergleichsstufe Zg steuert die Aufladung der Speicherkondensatoren. Hierzu wird die Ausgangsspannung des Verstärkers Z_, die proportional zur Kondensatorspannung ist, mit einer Zenerdiode verglichen. Eine gewisse positive Rückkopplung dient als gesteuerte Na chwirkung, um Prellerscheinungen des Relais K. zu verhindern.The comparison stage Zg controls the charging of the storage capacitors. For this purpose, the output voltage of the amplifier Z_, which is proportional to the capacitor voltage, compared to a zener diode. A certain positive feedback serves as a controlled aftereffect to avoid bouncing phenomena of the relay K. to prevent.
Die übrigen Transistoren dienen als Schalter, um gewisse Hilfsfunktionen auszuführen, wenn der Handschalter 30 geschlossen wird. Beispielsweise wird in diesem Falle das SpannungsvQgleichsglied Zg abgeschaltet und die Vergleichs-The remaining transistors serve as switches to perform certain auxiliary functions when the manual switch 30 is closed will. For example, in this case, the voltage VQ equalizing element Zg is switched off and the comparison
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glieder 56 und 50, sowie der Analogspeicher 44 werden eingeschaltet. members 56 and 50, as well as the analog memory 44 are switched on.
Die beschriebene Schaltungsanordnung bewirkt, daß die eingestellte Energie unabhängig von. dem schwankenden Lastwiderstand des Patienten geliefert wird. Die Grenzen sind der Widerstand 0, wenn die Elektroden einander berühren, und ein Leerlaufwiderstand des Patienten von über 100 Ohm. Im Falle der unteren Grenze wird die gesamte in den Kondensatoren gespeicherte Energie innerhalb des Defibrillators vernichtet. Im Falle der oberen Grenze versucht der Defibrillator,die eingestellte Energie abzugeben, braucht aber zu lange, so daß die Zeitvergleichsstufe die Entladung beendet, bevor der eingestellte Wert erreicht ist. Das Anzeigegerät 38 läßt de'n Bedienungsinann erkennen, daß die eingestellte Energie nicht geliefert werden konnte und daß die Last anormal ist.The circuit arrangement described causes the set Energy independent of. the fluctuating load resistance of the patient. The limits are that Resistance of 0 when the electrodes touch each other and an open circuit resistance of the patient greater than 100 ohms. in the If the lower limit is reached, all of the energy stored in the capacitors is destroyed within the defibrillator. In the case of the upper limit, the defibrillator tries to deliver the set energy, but takes too long, like this that the time comparison stage ends the discharge before the set value is reached. The display device 38 lets the operator know that the set energy could not be delivered and that the load is abnormal.
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