DE4225892C2 - Defibrillator - Google Patents
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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.
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- 1992-08-05 DE DE19924225892 patent/DE4225892C2/de not_active Expired - Fee Related
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