DE3910741A1 - Hochspannungsrelaisschaltung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochspannungsrelaisschaltung, insbesondere für den Einsatz bei Defibrillatoren.

Elektromedizinische Geräte werden in immer stärkerem Maße mit Mikroprozessoren ausgestattet, die die gesamte Funktion des Geräts überwachen bzw. steuern und regeln. Die Präzision der durch das Gerät ausgelösten Wirkungen am Patienten des Körpers, kann durch den Einsatz von Mikroprozessoren erheblich gesteigert werden. Auch die Bedienungsfreundlichkeit des Geräts wird durch Mikroprozessoren und entsprechend gestaltete Anzeigen verbessert.

Bei einigen medizinischen Geräten werden aber elektromagnetische Störstrahlungen erzeugt, die sich auf die Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit des Mikroprozessors nachteilig auswirken. So hat sich während der Entwicklung eines mikroprozessorgesteuerten Defibrillators gezeigt, daß elektromagnetische Störstrahlung von Schaltlichtbögen den Betrieb des Mikroprozessors erheblich beeinflußt. Bei herkömmlichen Defibrillatoren wird über zwei Elektroden dem Körper des Patienten ein Stromimpuls zugeführt, um Störungen der Herztätigkeit (Herzkammerflimmern) zu beseitigen.

In einem Kondensator wird innerhalb des Defibrillators Energie gespeichert, die für den Schockimpuls über die beiden Elektroden zur Verfügung steht. Herkömmlicherweise wird ein Hochspannungsrelais dazu verwendet, den Stromimpuls an die Elektroden weiterzuleiten. Dieses Relais ist aber durch die Med.GV als Bestandteil des Geräts vorgeschrieben.

Beim Schalten der im Kondensator gespeicherten Energie für den Schockimpuls mit einem herkömmlichen Hochspannungsrelais entsteht aber eine elektromagnetische Störstrahlung, die den oben erwähnten nachteiligen Einfluß auf das mikroprozessor-gesteuerte System ausübt. Ursache hierfür ist der beim Schließen und Prellen der Relaiskontakte kurzzeitig entstehende Lichtbogen (Funken). Herkömmliche Entstörunosmaßnahmen, wie z.B. Abschirmungen des Relais bzw. der Mikroprozessorschaltung sind vielfach wirkungslos, um den Einfluß der Störstrahlung wirksam zu verhindern.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Hochspannungsrelaisschaltung, insbesondere für den Einsatz in medizinischen Defibrillatoren zu schaffen, die keine störende elektromagnetische Störstrahlung verursacht.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Hochspannungsrelaisschaltung insbesondere für Defibrillationsgeräte mit

• - einem Hochspannungsrelais mit zumindest zwei Schaltkontakten zum Schalten eines Stromimpulses,
• - zumindest einem Halbleiterschalter, der durch ein Steuersignal an seinem Steueranschluß in einen leitenden Zustand steuerbar ist, und
• - einer Steuerschaltung, zum Schließen der Schaltkontakte des Hochspannungsrelais im stromlosen Zustand desselben und zum anschließenden Erzeugen des Steuersignals für den Halbleiterschalter, wodurch der Stromimpuls ausgelöst wird.

Die Erfindung wird nun an Hand der einzigen Figur genauer beschrieben, die die grundlegende Schaltung der erfindungsgemäßen Hochspannungsrelaisschaltung mit Steuerschaltung zeigt.

Das im folgenden beschriebene Ausführungsbeispiel wird im Zusammenhang mit der Anwendung der vorliegenden Erfindung im Fall eines medizinischen Defibrillatorgerätes dargestellt.

Jedoch ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Hochspannungsrelaissschaltung nicht auf ein Defibrillatorgerät oder auf medizinische Geräte beschränkt, sondern kann auch in vielen anderen Anwendungsfällen eingesetzt werden.

In der Fig. 1 ist in der unteren Hälfte der Körper des Patienten P schematisch angedeutet. Die beiden neben dem Patientenkörper gezeigten Elektroden 1 werden für die Auslösung des Schocks am Körper des Patienten angelegt, so daß ein leitender Kontakt zum Brustkorb des Patienten gegeben ist. Die Elektroden 1 sind über Anschlußleitungen mit dem Hochspannungsrelais 2 verbunden, so daß durch Schließen der normalerweise geöffneten Kontakte 2 _a der Stromimpuls dem Patienten zugeführt werden kann.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Hochspannungsrelais zusätzliche Kontakte 2 _b auf, die im Ruhezustand geschlossen sind. Die Kontakte 2 _b sind elektrisch leitend mit den beiden Elektroden 1 verbunden. Nur im Ruhezustand des Relais sind daher die Anschlußbuchsen EKG des Hochspannungsrelais 2 mit den Elektroden verbunden, so daß in dieser Zeit die Herztätigkeit des Patienten über die Anschlüsse EKG und z.B. mit Hilfe eines EKG-Gerätes erfaßt werden kann.

Die Kontakte 2 _a des Hochspannungsrelais 2 sind weiter mit einer Steuerschaltung verbunden, die aus einer Triac-Schaltung 3, einer Induktivität 4 zur Erzeugung eines gedämpften Stromimpulses, einem Hochspannungskondensator 5, und ferner einer Hochspannungsrücklaufdiode 6, einem Entladerelais 7 für eine Sicherheitsentladung und Entladewiderständen 8 besteht. Die Steuerschaltung ist, wie auf der linken Seite der Figur angedeutet, zum Aufladen des Kondensators 5 mit einem Ladestromkreis verbunden, dessen Aufbau allgemein bekannt ist und daher an dieser Stelle nicht genauer beschrieben wird.

Im Kondensator 5 wird die für den Schock-Stromimpuls erforderliche Energie gespeichert, die vom Ladestromkreis bereitgestellt wird. Über das Entladerelais 7 kann eine Sicherheitsentladung durchgeführt werden, so daß die im Kondensator 5 gespeicherte Energie in den Entladewiderständen 8 umgesetzt und der Kondensator entladen werden kann. Das Entladerelais 7 ist ein Vakuumrelais, dessen Schaltkontakt im Ruhezustand geschlossen ist, damit im ausgeschalteten Zustand keine Ladung des Kondensators 5 erfolgt. Ferner ist es mit Hilfe des Entladerelais 7 möglich, den aufgeladenen Kondensator 5 zu entladen, falls die im Kondensator 5 gespeicherte Energie nicht gebraucht wird. Die Entladung über die Entladewiderstände 8 findet beim Ausschalten des Gerätes oder nach Ablauf bestimmter Zeitintervalle statt. Die Möglichkeit zur Sicherheitsentladung ist nach Med GV vorgeschrieben.

Die Hochspannungsrücklaufdiode 6 schützt den Ladestromkreis bei einer Kurzschlußdefibrillation. Dabei werden die beiden Elektroden 1 zusammengeschaltet, so daß der Kondensator 5 und die Spule 7 einen Schwingkreis bilden. Die negative Spannung, die dabei auftritt, kann den Ladestromkreis zerstören, wenn, die Hochspannungsrücklaufdiode 6 nicht vorgesehen ist.

An den Entladewiderständen 8 sind die beiden vom Hochspannungsrelais 2 zur Steuerschaltung verlaufenden Leitungen angeschlossen. Sind die Kontakte 2 _a des Hochspannungsrelais 2 geschlossen und sind die Elektroden 1 am Patientenkörper angelegt, so liegen die Entladewiderstände 8 parallel zum Durchgangswiderstand des Patientenkörpers. In bekannten Defibrillationsgeräten sind die Entladewiderstände in der Größenordnung von ca. 13 kOhm, so daß sich bei einem durchschnittlichen Widerstand des Patientenkörpers von ca. 50 Ohm ein Verhältnis von ca. 1:265 einstellt. Je nach Anwendungsfall ist jedoch der Widerstand der Entladewiderstände in weiten Bereichen zu ändern und an den jeweiligen Fall anzupassen.

Die Auslösung des Stromimpulses geschieht mit Hilfe der Triac-Schaltung 3, die einen Steueranschluß 3 _a aufweist, der an die das System steuernde Steuerschaltung 9 angeschlossen ist. Durch einen entsprechenden Zündimpuls, der von der Steuerschaltung 9 dem Steueranschluß 3 _a zugeführt wird, wird die Triac-Schaltung 3 gezündet und der Stromimpuls ausgelöst. Zuvor wird von der Steuerschaltung 9 das Hochspannungsrelais 2 so angesteuert, daß die Kontakte 2 _a geschlossen und die im beschriebenen Ausführungsbeispiel vorgesehenen Kontakte 2 _b geöffnet werden. Der Stromimpuls gelangt so an die Elektroden 1 und damit an den Patientenkörper P, jedoch nicht an die Anschlüsse EKG.

Die Steuerschaltung 9 ist darüber hinaus mit dem Entladerelais 7 verbunden und öffnet den im Ruhezustand geschlossenen Kontakt vor dem Laden des Kondensators.

Mit der erfindungsgemäßen Hochspannungsrelaisschaltung wird ein Schock-Stromimpuls demzufolge ausgelöst durch die beiden Schritte

• - Schließen der Kontakte 2 _a des Hochspannungsrelais 2 und ggf. Öffnen der Kontakte 2 _b , und
• - Zünden der Triacschaltung 3.

Die Kontakte 2 _a des Hochspannungsrelais 2 werden daher bei der erfindungsgemäßen Hochspannungsrelaisschaltung stromlos geschlossen, da die Auslösung des Stromimpulses erst nach dem Schließen der Kontakte durch Zündung der Triac-Schaltung 3 erfolgt. Die Triacschaltung 3 wiederum löst den Stromimpuls ohne Lichtbogen oder Funkenbildung aus. Durch die Erfindung wird somit die Möglichkeit geschaffen, den Defibrillationsschock mit Stromstärken bis zu 200 Amp. zu schalten, ohne daß elektromagnetische Störstrahlung aufgrund von Funkenbildung oder von Lichtbögen entsteht.

Ferner bietet die erfindungsgemäße Hochspannungsrelaisschaltung erhebliche Vorteile im Hinblick auf Kontaktabbrand oder Verschleiß der Schaltkontakte 2 _a des Hochspannungsrelais. Auch die Gefahr des Verschweißens der Hochspannungskontakte 2 _a wird durch die Erfindung nahezu vollständig beseitigt.

Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gingen die Steuerimpulse an das Hochspannungsrelais 2 und die Triac-Schaltung 3 unmittelbar von der Steuerschaltung 9 aus. Jedoch ist an dieser Stelle auch eine manuell auszulösende Schaltung einsetzbar, die den oben beschriebenen Funktionsablauf gewährleistet. Entscheidend ist, daß zunächst die Hochspannungskontakte 2 _a geschlossen und ggf. die Meßkontakte 2 _b geöffnet sind, und daß im Anschluß daran die Triac-Schaltung 3 gezündet wird.

Claims (5)

1. Hochspannungsrelaisschaltung insbesondere für Defibrillationsgeräte mit

• - einem Hochspannungsrelais (2) mit zumindest zwei Schaltkontakten (2 _a ) zum Schalten eines Stromimpulses,
• - zumindest einem Halbleiterschalter (3), der durch ein Steuersignal an seinem Steueranschluß (3 _a ) in einen leitenden Zustand steuerbar ist, und
• - einer Steuerschaltung (9) zum Schließen der Schaltkontakte (2 _a ) des Hochspannungsrelais (2) im stromlosen Zustand desselben und zum anschließenden Erzeugen des Steuersignals für den Halbleiterschalter (3), wodurch der Stromimpuls ausgelöst wird.

2. Hochspannungsrelaisschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochspannungsrelais (2) zumindest zwei zusätzliche Schaltkontakte (2 _b ) aufweist, die in ihrer Ausgangsposition mit Ausgangsanschlüssen (EKG) verbunden sind, und daß die Steuerschaltung (9) die zusätzlichen Schaltkontakte (2 _b ) gleichzeitig mit dem Schließen der Schaltkontakte (2 _a ) öffnet.

3. Hochspannungsrelaisschaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Entladerelais (7) parallel zum Halbleiterschalter (3) und Entladewiderstände (S) zwischen den Schaltkontakten (2 _a ) des Hochspannungsrelais (2) vorgesehen sind, und daß die Steuerschaltung (9) das Entladerelais (7) vor dem Laden des Kondensators (5) öffnet.

4. Hochspannungsrelaisschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hochspannungsrücklaufdiode (6) zum Schutz der Ladeschaltung vorgesehen ist.

5. Hochspannungsrelaisschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - ein Ladestromkreis,
• - ein Kondensator (5), der durch den Ladestromkreis aufgeladen wird,
• - eine Hochspannungsrücklaufdiode (6), die parallel zum Kondensator (5) angeordnet ist,
• - eine Induktivität (4) zur Erzeugung eines gedämpften Stromimpulses, die an dem einen gemeinsamen Anschluß des Kondensators (5) und der Hochspannungsrücklaufdiode (6) angeschlossen ist,
• - Entladewiderstände (8), die an dem anderen gemeinsamen Anschluß des Kondensators (5) und der Hochspannungsrücklaufdiode (6) angeschlossen sind,
• - ein Entladerelais (7) und
• - Elektroden (1) vorgesehen sind und
• - daß der Halbleiterschalter (3) an den freien Anschlüssen der Induktivität (4) und der Entladewiderstände (8) angeschlossen ist,
• - daß das Hochspannungsrelais zwei im Ruhezustand geöffnete Schaltkontakte (2 _a ), die an den beiden Anschlüssen der Entladewiderstände (8) angeschlossen sind, und zwei im Ruhezustand geschlossene Schaltkontakte (2 _b ) aufweist, die an Anschlüssen (EKG) des Hochspannungsrelais angeschlossen sind,
• - daß die Elektroden (1) an den Schaltkontakten (2 _a , 2 _b ) des Hochspannungsrelais (2) angeschlossen sind, und
• - daß die Steuerschaltung (9) mit dem Hochspannungsrelais (2), dem Halbleiterschalter (3) und dem Entladerelais (7) verbunden ist, so daß von der Steuerschaltung (9) die im Ruhezustand geöffneten Schaltkontakte (2 _a ) geschlossen, die im Ruhezustand geschlossenen Schaltkontakte (2 _b ) geöffnet, das Entladerelais (7) geöffnet und der Halbleiterstromschalter (3) angesteuert wird, wodurch ein Stromimpuls ausgelöst wird.