DE4225892C2 - Defibrillator - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Defibril­ lator mit einem Entladestromkreis, wenigstens umfassend einen Speicherkondensator, eine Induktivität und eine Ein­ richtung zum Starten der Abgabe eines Defibrillationsim­ pulses aus dem Speicherkondensator, der von einer Lade­ schaltung aufladbar ist.

Ein derartiger Defibrillator ist aus der DE-39 10 741 A1 bekannt. Bei dem bekannten Defibrillator ist zu einem Speicherkondensator eine Diode parallelgeschaltet, die den Ladestromkreis bei einer Kurzschlußdefibrillation schützt. Die bei einer Kurzschlußdefibrillation auftretende negati­ ve Spannung kann den Ladestromkreis zerstören, wenn die auch als Hochspannungsrücklaufdiode bezeichnete Diode pa­ rallel zu dem Ladekondensator nicht vorgesehen ist.

Aus der DE-26 51 031 C2 ist ein Defibrillator mit einem Entladestromkreis und mit einer Einrichtung zum Starten der Abgabe eines Defibrillationsimpulses aus einem Spei­ cherkondensator bekannt, wobei der Entladestromkreis we­ nigstens eine Reihenschaltung aus einem Speicherkonden­ sator und einer Induktivität umfaßt. Zu dieser Reihen­ schaltung ist die Ladeschaltung parallelgeschaltet. In einer nicht vollständigen Zeichnung der Ladeschaltung ist von dem Entladestromkreis nur der Ladekondensator (nicht die dazu in Reihe liegende Induktivität) dargestellt. Die Ladeschaltung umfaßt eine spannungsvervielfachende Doppel­ weggleichrichterschaltung mit symmetrischen Stromzweigen, zu der unter anderem zehn Einzeldioden in Reihenschaltung gehören, die den Ladestrom abgibt. Diese Reihenschaltung ist in der nicht vollständigen Zeichnung zu dem Speicher­ kondensator parallelgeschaltet. Wenn der Speicherkonden­ sator einen vorgebbaren Spannungswert erreicht hat, wird die Ladeschaltung abgeschaltet, was mit entsprechendem Schaltungsaufwand verbunden ist.

Bei bekannten Defibrillatoren mit einer Hochspannungsrück­ laufdiode als Schutz für die Ladeschaltung wird die Lade­ schaltung mit einer aus einem öffentlichen Stromversor­ gungsnetz entnommenen Wechselspannung betrieben. Die Fre­ quenz dieser Wechselspannung beträgt 50 oder 60 Hz. Die Ladeschaltung, die stets einen Gleichrichter enthält, gibt folglich gleichgerichtete Stromimpulse mit der jeweiligen Netzfrequenz an den Ladekondensator ab, zu dem die Hoch­ spannungsrücklaufdiode parallelgeschaltet ist. Als Hoch­ spannungsrücklaufdiode eignen sich nur solche Dioden, die hohe Ströme übertragen können, z. B. in der Größenordnung von 30 bis etwa 50 A.

Von einem modernen Defibrillator wird erwartet, daß mehre­ re Defibrillationsimpulse in relativ kurzer zeitlicher Folge abgegeben werden können. Deshalb muß der Ladekonden­ sator in möglichst kurzer Zeit durch die Ladeschaltung auf­ ladbar sein. Da durch die vorgegebene Netzfrequenz die An­ zahl der einzelnen gleichgerichteten Ladestromimpulse je Zeiteinheit feststeht, kann die Ladezeit nur durch eine größere Stromstärke der einzelnen Ladeimpulse verkürzt werden. Dazu ist aber ein sehr großer und folglich schwe­ rer Transformator erforderlich. Ein derartiger Defibrilla­ tor weist folglich ein sehr hohes Gewicht auf, was insbe­ sondere beim transportablen Einsatz des Defibrillators sehr hinderlich ist.

Es sind Ladeschaltungen bekannt, mit denen ein Ladekonden­ sator in relativ kurzer Zeit bei verhältnismäßig geringem Gewicht des Transformators aufladbar ist. Derartige Lade­ schaltungen richten eine Wechselspannung gleich, deren Frequenz erheblich höher als die übliche Netzfrequenz ist und etliche kHz beträgt, vergleiche z. B. DE-GM 75 34 247. Folglich muß der Gleichrichter der Ladeschaltung diese relativ hohen Frequenzen einwandfrei verarbeiten können. Ein Gleichrichter, der hohe Frequenzen verarbeiten kann, verträgt aber keine hohen Ströme, wie sie ein Defibrilla­ tionsimpuls enthält. Bei dem bekannten Defibrillator gemäß DE-GM 75 34 247 ist der Gleichrichter während der Defibril­ lation durch ein Umschaltrelais von dem Entladestromkreis abgeschaltet, was wegen der hohen Spannung aufwendig ist.

Mit der Erfindung wurde erkannt, daß eine Hochspannungs­ rücklaufdiode zum Schutz der während der Defibrillation angeschlossenen Ladeschaltung zwar hohe Ströme verträgt, aber aufgrund der hohen Strombelastbarkeit relativ lang­ sam reagiert. Die in einem Defibrillator z. B. bei Kurz­ schlußdefibrillation oder niedrigem Patientenwiderstand auftretende Schwingung (negative Spannung/Phase) hat eine Frequenz in der Größenordnung bis zu wenigen 100 Hz. Al­ lerdings ist die Anstiegszeit des Defibrillationsimpulses sehr viel kürzer als dessen Abstiegszeit. Auch zu Beginn einer negativen Phase eines Defibrillationsimpulses tritt ein schneller Stromanstieg auf, der von der relativ trägen Hochspannungsrücklaufdiode nicht sofort vollkommen be­ herrscht wird. Es entsteht daher an der Hochspannungsrücklaufdiode zu Beginn der negativen Phase eine kurzzei­ tig erhöhte Spannung.

Bei bekannten Defibrillatoren, die eine Hochspannungsrück­ laufdiode als Schutz für die Ladeschaltung aufweisen, kann diese erhöhte Spannung aber keinen Schaden anrichten, weil auch der Gleichrichter der Ladeschaltung für Netzfrequenz ausgelegt ist und folglich träge reagiert. Die anfängliche Spannungserhöhung an der Hochspannungsrücklaufdiode würde aber einen zerstörenden Strom in der Ladeschaltung bewir­ ken, wenn man deren Gleichrichter als schnell wirkenden Gleichrichter für eine relativ hohe Schaltfrequenz ausle­ gen würde. Infolge dessen wäre eine derartige Schaltungs­ anordnung nur mit niedrigeren Strömen belastbar, nicht da­ gegen mit dem hohen Strom der Gegenphase eines Defibrilla­ tionsimpulses.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Defibril­ lator der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem zur Gewichtsersparnis beim Ladetransformator und zur Verminde­ rung der Ladezeit die Ladeschaltung mit relativ hohen Fre­ quenzen von etlichen kHz betreibbar ist und dennoch ein anfänglicher (kurzzeitiger) Spannungsanstieg an der trägen Hochspannungsrücklaufdiode bei Kurzschlußdefibrillation den schneller wirkenden Gleichrichter der Ladeschaltung nicht zerstört.

Diese Aufgabe wird durch einen Defibrillator nach Anspruch 1 gelöst. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß vor allem durch die spezielle, gemäß Anspruch 1 ausgebildete Ladeschaltung, die mit Frequenzen von etli­ chen kHz, z. B. 30 kHz, betrieben werden kann, der Gleich­ richter der Ladeschaltung nicht durch einen anfänglichen (kurzzeitigen) Spannungsanstieg bei Kurzschlußdefibrilla­ tion an der nur träge arbeitenden ersten Diodenanordnung (Hochspannungsrücklaufdiode) zerstörbar ist. Das wird vor allem durch eine gegenüber der ersten Diodenanordnung (Hochspannungsrücklaufdiode) größere Anzahl von in Reihe geschalteten Einzeldioden erreicht. Dadurch entsteht an der zweiten Diodenanordnung (Gleichrichter der Ladeschal­ tung) eine gegenüber der ersten Diodenanordnung erhöhte Durchlaßschwellenspannung. Ein aus einer Gegenphase eines Defibrillationsimpulses entstehender anfänglicher Span­ nungsanstieg an der ersten Diodenanordnung benötigt zu­ sätzlich Zeit, um die erhöhte Durchlaßschwellenspannung der zweiten Diodenanordnung zu erreichen. Folglich kann die träge erste Diodenanordnung wirksam werden, bevor ein zerstörend hoher Strom über die zweite Diodenanordnung er­ scheinen kann.

Des weiteren weist die zweite Diodenanordnung (Gleichrich­ ter der Ladeschaltung) zwischen zwei Einzeldioden einen Ab­ griff auf, der mit einer Sekundärwicklung eines Transforma­ tors der Ladeschaltung in Wirkverbindung steht. Dadurch wird eine Einbeziehung der ersten Diodenanordnung (Hoch­ spannungsrücklaufdiode) in die Gleichrichterschaltung des Transformators zur Gleichrichtung ausgeschlossen. Obwohl beide Diodenanordnungen gleichsinnig parallel zu dem Spei­ cherkondensator wirkend angeordnet sind, wird durch die Wirkverbindung über einen Abgriff zwischen zwei Einzeldi­ oden der Ladeschaltung verhindert, daß die Wechselspannung der Sekundärwicklung des Transformators auf die erste Di­ odenanordnung einwirken kann. Eine derartige Einwirkung würde die erste Diodenanordnung (Hochspannungsrücklaufdi­ ode), die gegenüber der hohen Schaltfrequenz der Ladeschal­ tung zu träge reagiert, erwärmen und dadurch schädigen.

In Ausbildung der Erfindung kann die Gewichtsersparnis beim Ladetransformator der Ladeschaltung noch gesteigert werden, wenn der Abgriff zwischen den beiden Einzeldioden der zweiten Diodenanordnung (Gleichrichter der Ladeschal­ tung) über einen Trennkondensator mit der Sekundärwicklung der Ladeschaltung verbunden ist, welche als Spannungsver­ dopplerschaltung ausgebildet ist. Durch die Spannungsver­ dopplung kann die Windungszahl der Sekundärwicklung des Ladetransformators und dessen Isolationsaufwand vermindert werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungs­ beispielen anhand der Zeichnung.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Defibrillators in prin­ zipieller Darstellung mit einem Entladestromkreis,

Fig. 2 einen Defibrillationsimpuls mit einem gegenphasi­ gen Impuls,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Defibrillators mit detail­ lierterer Darstellung des Lade- und Entladestromkreises und

Fig. 4 eine Variante eines erfindungsgemäßen Defibrilla­ tors.

In Fig. 1 ist ein vorteilhafter Defibrillator 1 mit einem Entladestromkreis dargestellt, der einen Speicherkondensa­ tor 2, eine Induktivität 3 und eine Einrichtung 4 zum Starten der Abgabe eines Defibrillationsimpulses aus dem Speicherkondensator 2 umfaßt. Der Speicherkondensator 2 wird vor der Abgabe eines Defibrillationsimpulses (Strom­ impulses) mittels einer Ladeschaltung 5 aufgeladen. Der Entladevorgang kann von der Einrichtung 4 gesteuert wer­ den. Der Speicherkondensator 2, die Induktivität 3 und die Einrichtung zum Starten der Abgabe eines Defibrillations­ impulses sind über Leitungen 6 und 7 sowie über externe Elektroden 8 und 9 mit biologischem Gewebe 10, z. B. dem Körper eines Patienten, in Reihe geschaltet, wodurch der Entladestromkreis entsteht. Das biologische Gewebe 10 bil­ det für den Defibrillationsimpuls einen Widerstand 11 (Pa­ tientenwiderstand), der eine Größenordnung von etwa 50 Ohm aufweisen kann.

Zum Schutz der Ladeschaltung 5 ist zu dem Speicherkonden­ sator 2 eine erste Diodenanordnung 12 (Hochspannungsrück­ laufdiode) zur Ableitung einer Gegenphase des Defibrilla­ tionsimpulses parallelgeschaltet. Die Ladeschaltung 5 weist eine zweite Diodenanordnung 13 auf, die ebenfalls zu dem Speicherkondensator 2 parallel angeordnet und zu der ersten Diodenanordnung 12 gleichsinnig wirkt. Die zweite Diodenanordnung 13 weist in diesem Ausführungsbeispiel zwei in Reihe geschaltete Einzeldioden 14 und 15 auf. Die erste Diodenanordnung 12 weist mindestens eine Einzeldiode 16 (Hochspannungsrücklaufdiode) auf. Erfindungsgemäß bil­ den wenigstens zwei Einzeldioden 14 und 15 eine Reihen­ schaltung, die zu der ersten Diodenanordnung gleichsinnig parallelgeschaltet ist. Dabei ist in der zweiten Diodenan­ ordnung 13 die Anzahl der Einzeldioden stets größer als die Anzahl der Einzeldioden in der ersten Diodenanordnung 12. Dadurch wird auf einfache und sichere Weise an der zweiten Diodenanordnung 13 eine erhöhte Durchlaßschwellenspannung gegenüber der ersten Diodenanordnung 12 erreicht. Eine anfängliche, kurzzeitige Spannungserhöhung an der er­ sten Diodenanordnung 12 kann sonach nicht zu einem zerstö­ renden Stromfluß durch die zweite Diodenanordnung 13 füh­ ren.

Zwischen den beiden Einzeldioden 14 und 15 der zweiten Di­ odenanordnung 13 ist ein Abgriff 17 vorgesehen, der mit einer Sekundärwicklung 18 eines Transformators 19 der La­ deschaltung 5 in Wirkverbindung steht. Der Transformator 19 wird über primärseitige Anschlüsse 20 und 21 mit einer Wechselspannung versorgt, die eine Frequenz von mehreren kHz, vorzugsweise etwa in der Größenordnung um 30 kHz, aufweist.

Die zweite Diodenanordnung 13 ist mit Di­ oden bestückt, die bei der hohen Wechselspannung des Tra­ fos 19 einwandfrei schalten, wobei die zulässige Schaltfrequenz der Einzeldioden in der Diodenanordnung 13 größer ist als die zulässige Schaltfrequenz der Einzeldioden in der Diodenanordnung 12.

In Ausbildung der Erfindung gemäß Fig. 1 ist die Sekun­ därwicklung 18 des Transformators 19 über einen Trennkon­ densator 22 mit dem Abgriff 17 zwischen den beiden Ein­ zeldioden 14 und 15 der zweiten Diodenanordnung 13 verbun­ den. Die Ladeschaltung ist beispielhaft als Spannungsver­ dopplerschaltung ausgebildet. Die für eine höhere Schalt­ frequenz ausgebildeten Einzeldioden 14 und 15 der zweiten Diodenanordnung 13 weisen eine gegenüber der ersten Di­ odenanordnung 12 kürzere Erholungszeit auf. Durch diese Diodenauswahl kann die dem Transformator 19 zugeführte Wechselspannung mit einer Frequenz in der Größenordnung um etwa 30 kHz auch in Kombination mit der Hochspannungsrück­ laufdiodenanordnung 12 sicher beherrscht werden.

In Fig. 2 ist ein Defibrillationsimpuls (Stromimpuls) 23 mit einer Gegenphase 24 (negative Spannung) dargestellt, welche vor allem bei einem niedrigen Patientenwiderstand 11 oder bei einer Kurzschlußdefibrillation auftreten kann. Die Gegenphase 24 wird durch die erste Diodenanordnung 12 abgeleitet (geklemmt). An der Ordinate der Darstellung ge­ mäß Fig. 2 ist der Strom in Ampere angegeben. An der Abszisse ist der zeitliche Verlauf des Stromimpulses 23 in Millisekunden dargestellt. Aus dem Stromverlauf der ne­ gativen Gegenphase 24 wird deutlich, daß der relativ stei­ le Anstiegsteil 25 hohe Frequenzen enthält. Auf diesen steilen Anstieg 25 können in herkömmlichen Defibrillatoren die verwendeten langsamen Gleichrichterdioden der Lade­ schaltung im Gegensatz zu schnell schaltenden Dioden nicht sofort reagieren. Schnell schaltende Dioden, wie sie in Ladeschaltungen mit höheren Schaltfrequenzen eingesetzt werden, können aber durch diesen steilen Anstieg auch dann zerstört werden, wenn eine derartige Ladeschaltung mit ei­ nem Defibrillator kombiniert wird, in welchem eine auf­ grund der hohen Strombelastbarkeit träge Hochspannungs­ rücklaufdiode vorgesehen ist. Durch die erfindungsgemäße Kombination und gegenseitige Abstimmung der einzelnen Komponenten des erfindungsgemäßen Defibrillators aufein­ ander kann ein von der anfänglichen schnellen Spannungs­ erhöhung ausgehender Strom insbesondere durch die bewirkte höhere Schwellenspannung der zwei­ ten Diodenanordnung 13 diese nicht schädigen.

In Fig. 3 sind nach einer Variante der Erfindung die er­ ste Diodenanordnung 12 und die zweite Diodenanordnung 13 gemeinsam in der Ladeschaltung 5 angeordnet. Die parallele Wirkung zu dem Ladekondensator 2 wird über eine z. B. bifi­ lar gewickelte Drossel 26 hergestellt. Die Drossel 26 un­ terdrückt die Fortleitung der hohen Schaltfrequenz der Ladeschaltung 5 zu den mit dem Speicherkondensator 2 ver­ bundenen Bauteilen des Defibrillators 1.

Die aus Fig. 1 bekannte Einrichtung 4 zur Steuerung der Abgabe eines Defibrillationsimpulses weist in dem Ausfüh­ rungsbeispiel gemäß Fig. 3 einen Halbleiterschalter 27, z. B. einen Thyristor od. dgl., auf. In die Leitung 7 ist zu dem Halbleiterschalter 27 ein elektromechanischer Schalter 28 in Reihe geschaltet. In die Leitung 6 ist eine Kaltka­ thodenschaltröhre 29 eingefügt. Dadurch kann das biologi­ sche Gewebe 10 (der Patient) zweipolig von dem Defibril­ lator 1 getrennt werden, wobei jede Leitung 6 und 7 über ein anderes Schaltmittel 28 bzw. 29 mit dem Patienten ver­ bindbar ist. Der elektromechanische Schalter 28 wird von einer Steuerschaltung 30 stromlos geschaltet, indem dieser Schalter 28 geschlossen wird, bevor der Halbleiterschalter 27 leitend geschaltet wird. Ein zu dem Halbleiterschalter 27 parallel angeordneter weiterer elektromechanischer Schalter 31 wird geschlossen, wenn überschüssige Energie aus dem Speicherkondensator 2 über einen Entladewiderstand 32 abgeleitet werden soll.

Der gemäß Fig. 4 ausgebildete erfindungsgemäße Defibril­ lator 1 unterscheidet sich von dem Defibrillator gemäß Fig. 3 nur bezüglich der Diodenanordnungen 12 und 13. Die erste Diodenanordnung 12 ist außerhalb der Ladeschaltung 5 parallel zu dem Speicherkondensator 2 angeordnet. Die er­ ste Diodenanordnung 12 weist in Reihe zu der Einzeldiode 16 eine weitere gleichsinnig wirkende Einzeldiode 33 auf. Auch die Einzeldioden 14 und 15 der zweiten Diodenanord­ nung 13 sind mit zusätzlichen Einzeldioden 34 und 35 gleichsinnig in Reihe geschaltet. Dadurch wird bei Er­ höhung der Durchlaßschwellenspannung an der Diodenanord­ nung 13 gegenüber der Diodenanordnung 12 zugleich eine höhere Sperrspannungsfestigkeit erreicht. Sonach kann die Ladespannung für den Speicherkondensator 2 gemäß Fig. 4 deutlich gegenüber dem entsprechenden Speicherkondensator in dem Defibrillator gemäß Fig. 3 erhöht werden.

Claims (4)

1. Defibrillator mit einem Entladestromkreis, wenigstens umfassend einen Speicherkondensator (2), eine Induktivi­ tät (3) und eine Einrichtung (4) zum Starten der Abgabe eines Defibrillationsimpulses (23) aus dem Speicherkonden­ sator (2), der von einer Ladeschaltung (5) aufladbar ist, zu deren Schutz eine erste Diodenanordnung (12) zur Ablei­ tung einer Gegenphase (24) des Defibrillationsimpulses (23) parallel zu dem Speicherkondensator (2) wirkt, wobei die Ladeschaltung (5) eine zu dem Speicherkondensator (2) pa­ rallel angeordnete und gleichsinnig zu der ersten Dioden­ anordnung (12) wirkende zweite Diodenanordnung (13) auf­ weist, die durch eine gegenüber der ersten Diodenanordnung (12) größere Anzahl von in Reihe geschalteten Einzeldioden (14, 15, 34, 35) eine gegenüber der ersten Diodenanordnung (12) erhöhte Durchlaßschwellenspannung aufweist, wobei die zweite Diodenanordnung (13) zwischen zwei Einzeldioden (14, 15) einen Abgriff (17) aufweist, der mit einer Sekundär­ wicklung (18) eines Transformators (19) der Ladeschaltung (5) in Wirkverbindung steht und wobei die zweite Dioden­ anordnung (13) für eine gegenüber der ersten Diodenanord­ nung (12) größere Schaltfrequenz ausgebildet ist.

2. Defibrillator nach Anspruch 1, wobei der Abgriff (17) zwischen den beiden Einzeldioden (14, 15) der zweiten Diodenanordnung (13) über einen Trennkondensator (22) mit der Sekundärwicklung (18) des Transformators (19) der La­ deschaltung (5) verbunden ist, welche als Spannungsver­ dopplerschaltung ausgebildet ist.

3. Defibrillator nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Einzel­ dioden (14, 15, 34, 35) der zweiten Diodenanordnung (13) für eine gegenüber der ersten Diodenanordnung (12) kürzere Erholungszeit ausgebildet sind.

4. Defibrillatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Diodenanordnung (12) in der Ladeschal­ tung (5) angeordnet ist.