JP2003525712A - 標準的患者監視装置と統合するための自動除細動モジュール - Google Patents
標準的患者監視装置と統合するための自動除細動モジュールInfo
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Abstract
Description
体外式除細動モジュールに関する。特に、手動の介入なしでショックを送出する
全自動モード、助言(advisory)モード、手動モード、およびペーサモードを含
むいくつかの動作モードを有する自動体外式除細動モジュールを記載する。本発
明はさらに、標準または独自プロトコルを用いてある種の機能および情報を共有
する患者監視装置と統合するために配置および構成される除細動モジュールに関
する。
ある。2種類の除細動器、すなわち、静脈を通って心室へ延びるリードとともに
患者の皮下に埋め込まれる体内式除細動器と、患者に(通常は一時的に)取り付
けられる体外式除細動器とが現在利用可能である。体外式除細動器はほとんどの
場合に緊急時に、たとえば患者が心停止に陥っている場合か、心停止が切迫して
いる場合に用いられる。したがって体外式除細動器は典型的に、医師または他の
訓練を受けた職員が始動させねばならない手動デバイスである。体内式すなわち
埋め込み型除細動器は、他の手段では十分に治療できない特定の明確な心臓欠陥
を有する患者に対する恒久的な解決として埋め込まれる。これらは通常、自動モ
ードで動作する。
する。参照により本明細書中に援用される、同一出願人による米国特許第4,5
76,170号および同第5,474,574号は、体外式除細動器を開示する
。
示できるいくつかの患者監視システムがモジュラー形式で現在利用可能である。
これらのユニットは典型的に、患者からデータを取得し、データを電子的に格納
し、患者の生理的状態についての情報を表示するために協働するいくつかのサブ
アセンブリモジュールを含む。システムは、一定の基準が満たされると可聴およ
び/または視覚アラームを生成するようにも適合され得る。システムのなかには
、たとえば病院の一部さらには全体をカバーする、様々な目的のためにデータが
交換される通信ネットワークに統合され得るものもある。このタイプの監視シス
テムは、GE Marquette Medical Systems(Milwaukee, Wisconsin)、Agilent Te
chnologies(Andover, MA)、Spacelabs Medical(Redmond, Washington)、お
よび多くの他の会社から入手できる。しかしながら、これらのシステムは典型的
に、主な目的が監視、情報の収集、およびアラームの生成であるという点で受動
的である。これらのシステムは治療を提供することができない。
て患者に適切な治療を提供することが可能な自動除細動モジュールを提供するこ
とである。
ムとインターフェースできる自動除細動モジュールを提供することである。
員(attendant)からの指示(prompting:プロンプティング)なしで随時にショ
ックを加える自動モードと、ショックを与えるリズム(shockable rhythm)を係
員に警告はするが、ショックの適用は係員が開始しなければならない助言モード
と、ショックがいつどのように適用されるべきかは係員が決め、事前にプログラ
ムされたショックパラメータは無視される手動モードと、ある種の心臓事象(ca
rdiac event)をペーシングするペーサモードとを含むいくつかの動作モードを
有する体外式除細動モジュールを提供することである。
。
特性を感知するように配置されるセンサ、当該センサに結合されて、当該センサ
からの信号を処理するように適合される信号プロセッサ、および出力部材を含む
患者監視装置と、当該患者監視装置に選択的に結合されるように適合される除細
動モジュールであって、コマンドに応答して患者に対して治療パルスを送出する
パルス発生器、および当該除細動モジュールの動作を示す表示信号を生成するよ
うに配置されるデータ発生器を含む除細動モジュールとを備え、上記患者監視装
置および上記除細動モジュールは、結合されると協働して、上記表示信号を上記
出力部材へ伝送し、それによって上記出力部材が、上記患者特性のうちの1つお
よび上記表示信号に対応する出力信号を生成する。患者監視装置は、監視中の生
理的特性または除細動モジュールの動作に関する情報のいずれかと関連する信号
またはデータを表示するために用いることができるディスプレイを含み得る。患
者監視装置はまた、可聴アラームと、視覚アラームと、プリンタと、データをリ
モート位置へ送ることができるネットワークへの接続とを含み得る。これらの構
成要素はすべて、患者監視装置と除細動モジュールの間で共有され得る。除細動
モジュールと患者監視装置の間のデータは、監視装置に標準化されたプロトコル
または独自プロトコルのいずれかを用いて交換される。
者(図示せず)へと延びる1つまたは複数のセンサ14に接続される汎用患者監
視装置12を含む。センサ14は、体温、圧力、心拍数、呼吸機能などの1つま
たは複数の生理指標(physiological indicia)を患者から得るために用いられ
る。監視装置12は、データプロセッサ16と、ディスプレイ18と、電源20
と、たとえば標準的なシリアルまたはパラレルポート、あるいは他の構成要素お
よび/または通信ネットワーク(図示せず)と情報を交換するために用いること
ができる任意の他のデータインターフェースとすることができるデータインター
フェース22とを含む。監視装置12はまた、可聴アラーム24と、視覚アラー
ム26と、プリンタ28とを含むことができる。
し、この情報を処理し、プログラミングに基づいて、患者の状態に関するレポー
トを作成する。この状態はディスプレイ18に表示させることができ、また選択
的に、レポートのハードコピーをプリンタ28によって提供することができる。
状態情報はまた、インターフェース22および通信ネットワークを介してリモー
ト位置へ伝送され得る。監視装置12はまた、患者の状態に関する情報を記録す
るメモリ30を含むことができる。データプロセッサ16はまた、患者の異常状
態または危険状態を示すようになるよう選択されるある種の所定の範囲または閾
値を生理的パラメータのいくつかが越えるかどうかを判定するように適合され得
る。このような事象が検出されると、データプロセッサは可聴アラーム24およ
び/または視覚アラーム26を作動させて、危険状態が検出されたことを示すこ
とができる。
)32が提供されている。このADMは、ケーブル36を介してADM自体のセ
ンサまたは除細動パッド34の組に接続される。ADM32を独立ユニットでは
なくモジュールとして提供する目的は、監視装置12の機能および構成要素のい
くつかをADM32が共有できるようにするためである。この目的のためにAD
M32は、データケーブル38を介して監視装置12に接続される。ADM32
への電力は電源がケーブル40を介して提供することができるか、代替的に、ケ
ーブル40を標準ライン電圧コンセント(outlet)(図示せず)に接続すること
ができる。
ちバッテリーパック42と、AC電源および二相パルス発生器を含むアセンブリ
44と、制御盤46とからなる。バッテリーパック42は、AC電源からのエネ
ルギーを用いることにより再充電可能であってもよい1つまたは複数のバッテリ
ーからなる。AC電源は、ケーブル40によって監視装置12または他のライン
電圧源へ接続される。バッテリーパックは、アセンブリ44の二相パルス発生器
に高エネルギーを提供するために用いられる。このエネルギーは、AC電源が故
障した場合に補助電源として用いられる。除細動パルスは、ケーブル36によっ
て患者へ伝送される。この目的のために、ケーブル36には、アセンブリ44の
コネクタ50と結合するコネクタ48が設けられる。
備える。図2に示すように、アセンブリ46は、ディスプレイ54が形成された
正面52を含む。また面52には、コントロールノブ56と、複数のパネルスイ
ッチ58とが備えられる。スイッチ58の各々には、表示灯60が組み込まれる
。これらの灯はオプションであり、省略してもよい。
る。シリアルポート62は、ケーブル38を介して監視装置12に接続される。
他方のポート64は、ADM32を他の構成要素に接続するために用いられ得る
。
である。別の実施では、備えるアセンブリはより多くてもより少なくてもよい。
セッサまたはコントローラ66と、フラッシュメモリ68と、たとえばFPGA
設計を用いて作成することができるカスタム制御IC70とを含む。マイクロプ
ロセッサ66は、シリアルポート62と、スイッチ58と、表示灯60と、フラ
ッシュメモリ68と、カスタムIC70とに接続されて、ADM32の動作を制
御できるようになっている。フラッシュメモリ68は、事前に設定されるか臨床
医が選択することができるADM32の様々な動作パラメータを格納するために
用いられる。これらのパラメータは、スイッチ60と併せてメニューコントロー
ルノブ58により、あるいは患者監視装置を介して設定することができる。
作動される。上述のように、ADM32は、可聴表示信号ならびに視覚表示信号
を生成することができる。可聴信号は、監視装置12および/または外部スピー
カー72(図1および図2には図示せず)へ伝送され得る。これらの可聴信号は
、マイクロプロセッサ66および/またはカスタムIC70によって生成され得
る。
二相パルス発生器80と(すべて図3に示す)を含む。アラーム電源ユニット7
8は、スピーカ72(存在する場合)を駆動するために必要な電力を提供する。
充電器76は、バッテリーパック42を充電するために用いられる。
らDC電力を受ける。パルス発生器80は、マイクロプロセッサ66からの命令
に従って二相パルスを生成する。
明の一部を構成せず、他の実施も同様に用いられ得ることが理解される。
有するデバイスまたは回路を用いる。このデバイスまたは回路を本明細書中では
、上で定義したように非制御(uncontrolled)固体デバイス(USD)と呼ぶ。
SCRやIGBTとは異なり、Shockleyダイオードは、高インピーダン
ス状態から低インピーダンス状態に惹起される(initiate)ためにゲート駆動信
号を必要としない。図4bは、ドーピング濃度がそれぞれP1、N1、P2およ
びN2である4層シリコンデバイスとしてのShockleyダイオードの基板
構成を示す。
接続端子が2つしかないことに留意されたい。本質的にShockleyダイオ
ードは、加えられる信号の極性がデバイスを順方向にバイアスする特定の方向に
ある場合にデフォルトの高インピーダンス状態からインピーダンス低下の状態に
しか変化し得ないという点で単向性である(図4dを参照)。極性が反対の信号
を加えても、電圧が逆方向ブレークダウン電圧(Vr)を越えない限り、デバイ
スの状態は変化しない。Shockleyダイオードの特性は、電圧をデバイス
全体に順方向バイアス方向に加えると、この電圧が所定の閾値(Vth)を越え
る場合に、デバイスは低インピーダンス状態にのみ変化するということである。
しかしながら、Shockleyダイオードは、容易に商業的に入手可能でなく
、典型的に小さい電圧および電流にしか耐え得ないものである。しかしながら、
この制限は、高い電圧および電流に対して等価の機能を果たす他の商業的に入手
可能なデバイスを配置することによって克服することができる。
ACを用いる「ブレークオーバー」USDの高電圧、高電流の実施である。図3
の回路全体は、2つの端子、すなわち陽極A’および陰極K’しか有さないこと
に留意されたい。TRIACは、ゲート端子gに適切な電圧が加えられると高電
流を流す低インピーダンス状態へ変化することになる。抵抗器R1およびR2の
組み合わせは、陰極K’を基準とする電圧Vbまで電圧VをトランジスタT1の
ベースにおいて分割する分圧器を形成する。ここで、Vb=V[R2/(R1+
R2)]である。トランジスタT1のエミッタフォロワ構成により、点Xにおい
てDIACに加えられる電圧は、電圧Vbよりも約0.7ボルト下に維持される
。
トの高インピーダンス状態のままである。したがってUSDは、この電圧閾値が
越えられない限り、A’とK’の間で高インピーダンスのままである。しかしな
がら、Xにおける電圧がDIACの閾値Vdを越える場合、DIACは折り返さ
れて電圧がTRIACのゲートに生じ、次にTRIACが、A’とK’の間に高
電流を流す低インピーダンス状態へ変化することになる。したがって、USDの
状態が変化する全体の電圧は、分圧器R1/R2によって正確に設定され得る。
USD全体の、すなわち端子A’およびK’間の電圧Vが一定の閾値Vthに達
する場合にUSDを低インピーダンス状態へ変化させることを所望する場合、R
1およびR2の値を、この電圧VthによりXにおける電圧がDIAC閾値電圧
Vdと等しくなるように選択する。すなわちR1およびR2について等式Vd=
[Vth(R2/(R1+R2))]−0.7を解く。抵抗器R3は、TRIA
Cのゲート端子に流れ込む電流を制限して、端子A’およびK’間の比較的高い
電圧によりゲートが損傷を受けることを防ぐ。R1とR2の比率によって決定さ
れるデバイスの状態の変化と、T1の電流増幅率によりR3が行うDIACへの
供給とにより、R1およびR2の両方の値が高く保たれ得ることに留意されたい
。R1およびR2に高インピーダンス値を用いるということは、この高インピー
ダンス状態において、USDからの漏電電流が非常にわずかであることを意味す
る。ダイオードD1は、逆バイアス方向のあらゆる電流フローに対抗し、事実上
、USDの逆方向ブレークダウン特性を決定する。
らゆるデバイスを図4eのTRIACの代わりに用い得ることに留意されたい。
USDはたとえば、IGBT、SCR、FET(電界効果トランジスタ)または
BJT(バイポーラ接合トランジスタ)の組み合わせを用いることもできる。当
業者には、考え得る様々な実施が分かるであろう。
1は上回るものの、さらに高い電圧閾値Vhは上回らない場合に、デバイスが低
インピーダンス状態へ変化するように構成された別のUSDを示す。換言すれば
、図4fのデバイス全体に加えられる電圧Vが、V1からVhまでの明確に指定
された範囲内にある場合に、デバイスは低インピーダンス状態に入るが、電圧V
がこの範囲外にある場合、デバイスはデフォルトの高インピーダンスモードに留
まることになる。この特殊な特性により、このデバイスは「ブレークアンダー(
breakunder)」USDと称される。図4gおよび図4hは、このデバイスの回路
記号およびI−V特性をそれぞれ示す。
の実施と同様である。主な違いは、コンデンサC1および第2のトランジスタT
2があることである。コンデンサC1は、R1全体の電圧の変化率を制限する。
これにより、DIAC全体の電圧の変化率が制限される。DIAC全体の電圧の
上昇は遅いため、DIAC電圧が閾値Vdに達するよりも前に、分圧器R4/R
5によって決定されるT2のベースにおける電圧YがT2のベースエミッタ接合
全体の順方向バイアス電圧よりも上に上昇する場合、トランジスタT2がオンに
なってTRIACのゲートをK’に短絡させ、よって、いかなる電流がTRIA
Cのゲートに流れ込むことも抑制する。この配置を用いると、電圧上限Vhを分
圧器R4/R5によって設定することができ、下限V1は上記のようにR1/R
2によって設定することができる。
越えるのに十分大きな電圧がいったん加えられてデバイスを高インピーダンス状
態に保つと、加えられた電圧の大きさが低下した場合にデバイスは高インピーダ
ンス状態のままであるようにすることができる。このモードにおいて、低インピ
ーダンス状態に変化させるためには、電流をほぼゼロに低減させてから再び加え
ねばならない。この後者のデバイスを、ヒステリシス付きブレークアンダーUS
Dと呼ぶ。
bは、図4に示すブレークアンダーデバイスに基づくデバイスの実施を示す。差
異のみを説明する。ここでトランジスタT2は、第2のDIACであるDIAC
2に供給を行う第2のエミッタフォロワを形成する。点Yにおける電圧は、A’
、K’間の電圧Vが上限Vhに等しいときにDIAC2の閾値に等しい値を持つ
ように設計される。図5bから、点Xにおける電圧と異なり、点Yにおける電圧
は、即座にVに追随し、R4およびR5によって設定される比率に従うある割合
のVとなることがわかる。電圧VによりYにおける電圧がDIAC2の電圧閾値
を越えると、第2のTRIACであるTRIAC2は低インピーダンス状態に入
ることになる。TRIAC2が低インピーダンス状態に入るとすぐに、T1のベ
ースにおける電圧Vbはほぼゼロに低減されることになる。いったんTRIAC
2が低インピーダンス状態に入ってしまうと、T1はDIAC1に、したがって
TRIAC1のゲートに電流を供給することができない。図4のこの「フィード
バック」の強化は、一定のヒステリシスを当該配置にもたらした。この場合にT
RIAC1が低インピーダンス状態に入る唯一の方法は、A’、K’間の電圧が
ゼロに低減されてから、R1、R2およびDIAC1によって設定される下限と
、R4、R5およびDIAC2によって設定される上限との間の値を持つ新たな
電圧を加えることである。このデバイスは本質的に3つのモードを有し、このう
ちの2つが高インピーダンスモードであり、1つが低インピーダンスモードであ
る。当該配置に加えられる瞬間電圧が下限V1よりも低い場合、R1、R2およ
びT1の組み合わせは、DIAC1が電流を通さず、TRIAC1が高インピー
ダンス状態のままであることを意味する。加えられる電圧が下限V1より大きく
上限Vhよりは小さい場合、R4、R5およびT2の組み合わせは、DIAC2
が電流を通さず、いったんC1全体の電圧が上昇する十分な時間が与えられると
、今度はDIAC1がTRIAC1のゲートへ電流を通すため、TRIAC1は
低インピーダンス状態に入ることを意味する。しかしながら、加えられる電圧が
上限Vhよりも大きい場合、R4、R5およびT2の組み合わせは、DIAC2
がTRIAC2のゲートへ電流を通すことにより、DIAC1を抑制してTRI
AC1を高インピーダンス状態に維持することを意味する。
リコン層として実施され得ることに留意すべきである。デバイスはいずれも外部
制御を必要とせず、2つの端子A’およびK’間の電圧が指定の閾値よりも上お
よび/または下である場合に伝導するという特性を有する。別の特性は、いった
ん低インピーダンス状態になると、高インピーダンス状態に戻るのは、これらの
デバイスを流れる電流がほぼゼロに低減される場合のみであることである。デバ
イスがドロップアウトする正確な電流は、用いられる特定のデバイスに依存する
。
設計される、除細動器の基本的な実施を示す。この除細動器は、この例では充電
回路162によって充電されるコンデンサであるエネルギー源160と、制御信
号164が発生するとコンデンサ上の電圧を電極A、B間で接続する出力回路と
を有する。この出力回路は、エネルギー源160の+ve側を電極Aに接続する
第1の電流経路と、エネルギー源の−ve側を電極Bに接続する第2の電流経路
とを備える。第1の電流経路はブレークオーバーUSDであるUSD1(bo)
を含み、第2の電流経路はIGBTであるIGBT1を含む。ブレークオーバー
USD1(bo)は、エネルギー源160からの電流を、エネルギー源から加え
られる電圧が閾値を上回るのに十分大きい場合に、出力電極AおよびB間で接続
される負荷(患者)に流す。ブレークオーバーUSD1(bo)は、図4eに関
連して説明したように構築され得る。
動パルス164をIGBT1に加えると、IGBT1がオンになり、USD1(
bo)全体のエネルギー源電圧全体が低下する。エネルギー源がUSD1(bo
)の閾値よりも高い電圧まで充電されるならば、USD1(bo)は低インピー
ダンス状態に変化することになる。すると、エネルギー源が負荷へ放電し始める
。所定時間後に駆動パルス164をIGBT1のゲートから取り除くと、IGB
T1が高インピーダンス状態に戻り、回路内の電流がほぼゼロに低減される。電
流フローがほぼゼロの状態で、デバイスUSD1(bo)は回復し、負荷は再び
、AおよびBの両側で見ると高インピーダンスである。
接続が必要ないことを意味する。図6の回路における唯一の制御素子はIGBT
1のゲートである。これは回路接地を基準とするため、絶縁バリアを必要としな
い。従来のダイオードD1は、充電が完了したときに電流が充電回路へ逆流する
ことを防ぐために用いられる。図6の回路が生成する出力は、単純な単相切頭指
数波形(truncated exponential waveform)である。
態の出力回路が耐え得る電圧は、上述のように2つ以上のUSDを第1の電流経
路においてトーテムポール接続する(totem-polling)ことにより増大され得る
ことが理解されるだろう。直列の2つ以上のUSDは実際に、個々のデバイスの
閾値の和である閾値Vthを有する単一のUSDと同様に振舞う。
に設計される除細動器の実施を示す。本質的に、図6の実施を変更して、破線で
示す第3および第4の電流経路を追加した。第3の電流経路はエネルギー源16
0の+ve側を電極Bに接続し、第4の電流経路はエネルギー源の−ve側を電
極Aに接続する。第3の電流経路は、2つの「トーテムポール」SCRであるS
CR1およびSCR2を含み、第4の電流経路は、さらなるIGBTであるIG
BT2を含む。第1および第2の電流経路は、第1の電流経路が2つのトーテム
ポールブレークオーバーUSDであるUSD1(bo)およびUSD2(bo)
を有して示されることを除いて、上記と同様である。これらのUSDは、図3に
示すものと同様であってよい。上述した理由のために、SCRは絶縁ゲート駆動
部を有する。
上回る電圧まで充電される。次に、時間t0(図8を参照)において、デバイス
IGBT1には、これを低インピーダンス状態にするゲートパルス64が加えら
れる。これにより、実質的にエネルギー源の電圧全体がトーテムポールUSD(
上述のように、回路が耐え得る電圧を増加させるために2つのUSDが用いられ
る)間に加えられる。したがってUSDはオンとなり(デバイスSCR1、SC
R2およびIGBT2は高インピーダンス状態のままである)、負荷を電極Aか
ら電極Bまで電流が流れる。負荷がエネルギーをエネルギー源から取り除くと、
エネルギー源が加える電圧は減衰する。後の時間t1において、IGBT1はゲ
ート信号を取り除かれて高インピーダンス状態に戻る。これにより、回路内の電
流がほぼゼロに低減され、デバイスUSD1(bo)およびUSD2(bo)が
高インピーダンス状態に戻る。瞬間t1は、その時点でエネルギー源に残存する
電圧が、トーテムポールデバイスUSD1(bo)およびUSD2(bo)の閾
値Vthよりも低くなるように選択される。
SCR2に同時ゲート駆動パルス64’が加えられて、これらのデバイスを低イ
ンピーダンス状態にする。すると放電電流は、負荷を反対方向に、すなわち電極
Bから電極Aへ流れる。さらなる所定時間が経過すると、t3においてデバイス
IGBT2に対するゲート駆動が取り除かれて、回路内を流れる電流はほぼゼロ
に低減される。これにより、ここでもまた、2つのSCRも高インピーダンス状
態に戻る。結果として得られる出力は、図8に示すとおりである。
この場合には、このような絶縁ゲート駆動部は2つしか必要でない。従来技術で
用いる方法では、少なくとも4つの絶縁ゲート駆動回路が必要であっただろう。
同様に、制御しなければならないデバイスは、従来必要であった6つの制御線に
対し、全部で4つしかない。
あるSCR1およびSCR2を、ヒステリシス付きトーテムポールブレークアン
ダーUSDであるUSD3(bu)およびUSD4(bu)に置き換えたという
点で図7の実施と異なる。
Dの閾値Vthより高く、かつトーテムポールブレークアンダーUSDの電圧上
限Vhより高い電圧まで充電される。次に、時間t0(この場合にも当てはまる
図8を参照)において、デバイスIGBT1には、これを低インピーダンス状態
にするゲートパルス164が加えられる。これにより、実質的にエネルギー源の
電圧全体がトーテムポールブレークオーバーUSDであるUSD1(bo)およ
びUSD2(bo)間に加えられる。他のデバイスはすべて、高インピーダンス
状態に留まる(電圧が上限Vhよりも高いためブレークアンダーUSD。これは
、さもないとブレークアンダーUSDがオンになって負荷をバイパスしてしまう
ため、重要である)。したがって、ブレークオーバーUSDがオンになり、負荷
を電極Aから電極Bまで電流が流れる。負荷がエネルギーをエネルギー源から取
り除くと、エネルギー源が加える電圧は減衰する。後の時間t1において、IG
BT1はゲート信号を取り除かれて高インピーダンス状態に戻る。これにより、
回路内の電流がほぼゼロに低減され、デバイスUSD1(bo)およびUSD2
(bo)が高インピーダンス状態に戻る。瞬間t1は、その時点でエネルギー源
に残存する電圧が、トーテムポールデバイスUSD1(bo)およびUSD2(
bo)の閾値Vthよりは低いが、トーテムポールデバイスUSD3(bu)お
よびUSD4(bu)の電圧上限Vhと電圧下限V1の間となるように選択され
る。
ス64’が加えられて、このデバイスを低インピーダンス状態にする。すると、
デバイスUSD3(bu)およびUSD4(bu)が、これらのデバイス間に加
えられる電圧が電圧上限と電圧下限の間にあるためにオンになり、放電電流が、
負荷を反対方向に、すなわち電極Bから電極Aに流れる。さらなる所定時間が経
過すると、t3においてデバイスIGBT2に対するゲート駆動が取り除かれて
、回路内を流れる電流はほぼゼロに低減される。これにより、ここでもまた、U
SD3(bu)およびUSD4(bu)は高インピーダンス状態に戻る。結果と
して得られる出力は、図8に示すとおりである。
接続ゲート制御接続がないことである。また、2つのデバイス(IGBT1およ
びIGBT2)しか制御信号を必要とせず、これらはともに、回路接地を基準と
する直接的な電気接続である。これは、サイズおよび構成要素のコストを有意に
節約する。さらに、回路全体を制御するために、他の場合には5つ必要となる制
御信号が2つしか必要でない。この場合、制御回路は単に、第1の位相の出力波
形を生成するために1つのIGBT、すなわちIGBT1をパルス化し、第2の
位相の出力を生成するために第2のIGBT、すなわちIGBT2をパルス化す
るだけでよい。
わちIGBT1およびIGBT2を、ブレークオーバーUSDであるUSD5(
bo)およびブレークアンダーUSDであるUSD6(bu)にそれぞれ置き換
えたという点で図9の実施と異なる。また、IGBT(IGBT3)が第2およ
び第4の電流経路に共通して加えられている。単純化のために、当該回路は、第
1および第3の電流経路において単一USD(それぞれUSD1(bo)および
USD3(bu))を用いるが、上述のように、2つ以上のかかるデバイスを各
経路においてトーテムポール接続して、より高い電圧に耐える回路の能力を増大
することもできる。この構成では別の回路素子IGBT3を加えたが、出力回路
は完全に自動的であり、AおよびB間で負荷に接続されるデバイスはすべて制御
されない。必要とされる唯一の制御信号は、共通の大地帰路におけるIGBT3
のゲートへの信号である。
)の閾値よりも大きさが大きく、かつUSD3(bu)およびUSD6(bu)
を低インピーダンス状態にする閾値範囲に入らないほど十分に高い電圧までエネ
ルギー蓄積装置160を充電してしまうと、IGBT3に加えられるゲート駆動
パルス64がUSD1(bo)およびUSD5(bo)をオンにして、負荷に電
流をAからBの方向に流す。所定の時間後にIGBT3へのゲート駆動を取り除
くことで、上述のように、回路内の電流がほぼゼロまで低減され、すべてのデバ
イスが高インピーダンス状態に戻ることになる。この場合にエネルギー蓄積装置
全体の電圧がUSD1(bo)およびUSD5(bo)の閾値よりも低く、さら
にこの電圧は、ブレークアンダーデバイスUSD3(bu)およびUSD6(b
u)が低インピーダンス状態に入るのに必要とされる閾値内であるという条件で
、第2のゲートパルス164をIGBT3に加えると、負荷を電流が反対方向に
BからAへ流れるようになる。これにより、ここでもまた、図8の二相波形が生
成される。
いだけでなく、ゲート駆動信号を加えられる必要があるのは1つの単一デバイス
のみであることに留意されたい。この配置は、USD1(bo)、USD5(b
o)、USD3(bu)、USD6(bu)およびIGBT3を含む出力回路全
体が単一集積固体構成要素として容易に実施され得ることを意味することが理解
されるであろう。これは、出力段全体が、5つの接続しか必要としない単一封止
集積モジュールとなることをさらに意味する。これらの接続は、共通接地接続と
、エネルギー源からの入力と、電極AおよびBへの2つの出力接続と、当該モジ
ュールを制御する共通接地を基準とする単一入力制御接続とであるだろう。図1
1は、このような集積回路66を含む回路のブロック図を示す。IGBTのゲー
ト駆動回路でさえも、当該回路への制御端子が標準のTTLタイプの信号を必要
とするままで、モジュールに含むことができることに留意されたい。これは、コ
スト、サイズおよび複雑性について膨大な節約を意味する。
同様に形成され得るパルス発生器の第5の実施において、エネルギー源は、受動
コンデンサではなく、プログラマブルな能動電源168である。図12aを参照
すると、この場合にエネルギー源は、プログラムド定DC電圧を供給するように
設計される。この電圧が、ブレークオーバーデバイスUSD1(bo)およびU
SD5(bo)の伝導閾値Vthより高く、かつブレークアンダーデバイスUS
D3(bu)およびUSD6(bu)の低インピーダンス閾値範囲より高いレベ
ルに設定されることにより、電流が負荷をAからBへ再び流れる。次に、ゼロボ
ルトの電圧を所定時間にわたって供給するようにプログラマブル電源を設定する
ことにより、すべてのデバイスが高インピーダンス状態に戻る。USD1(bo
)およびUSD5(bo)の閾値よりも低く、かつブレークアンダーデバイスU
SD3(bu)およびUSD6(bu)が低インピーダンス状態に入るために必
要な閾値範囲内である電圧を供給するようにプログラム電源をさらに設定するこ
とにより、電流が反対方向にBからAへ流れることになる。結果として得られる
波形が、一例として図12bに見られる。回路配置内に追加のUSDを配置する
ことによって、いくつかのエネルギー源を選択可能とすることも可能である。こ
の場合、どのエネルギー源を用いて出力回路に供給を行うかは、必要なパルス波
形を達成するのに望ましいときにいつでも選択することができる。
れにおいてもエネルギー源と電極AおよびBとの間に追加することが可能であり
、よって、第3、第4またはそれ以降の位相を所定の極性に加えることが可能で
あることが理解されるべきである。
ことも理解されるべきである。一例として、インダクタをエネルギー源の出力と
直列に設けて、回路内の電流の変化率を制限することができる。このような追加
は、当業者には周知である。
本の電線(wires)を有し得る。図3には、このような電線が3本示される(4
8A、48Bおよび48C)。電線48Aおよび48Bは2つの目的を兼ねる。
これらは、内因性心臓活動(intrinsic cardiac activity)すなわちECGを感
知するために用いられる。感知された信号はカスタムIC70に送られて、この
カスタムIC70が、これらの信号に対して信号処理を行ってマイクロプロセッ
サ66に送る。マイクロプロセッサはECGを用いて、患者の現在の状態を判断
する。
供給することである。
B間に接続されて、除細動パルスを加えるために用いられるパッド(図示せず)
のインピーダンスを検出するために用いられ得る。このインピーダンスは、カス
タムIC70に供給されて、電線48A、48Bが開いておらず、パッドが患者
に適切に取り付けられていることを確認するために用いられ得る。
ドによって一意に識別されることが好ましい。終端ブロック34は、患者(図示
せず)に取り付けられる電極またはパッドに接続される。メモリ84に格納され
るコードは、カスタムIC70が第3の電線48Cを用いて得ることができる。
このコードは、あらゆるパルスが加えられる前にチェックされて、適切なケーブ
ルがADM32とともに用いられていることを確実にする。
に監視装置12に取り付けられて、この2つが単一集積複合システム10を形成
できるようにする。機械的接続は、当業界で周知のブラケットまたは他の結合素
子を用いて実施できるため、ここでは説明しない。電気的接続は、電源(用いら
れる場合)用のケーブル40と、シリアルケーブル38とを含む。
目的のために、臨床医は、正面52上のキーを操作して、あるいは患者監視装置
を介して構成モードに入る。このモードにおいて、臨床医は、患者に施す除細動
治療に関連するパラメータを選択することができる。臨床医はまた、ADM32
が全自動モード、助言モード、手動モード、またはペーサモードのいずれで動作
するのかを設定することができる。典型的に、自動モードにおいてADM32は
、患者の状態を監視し、細動が検出された場合には、二相パルス発生器からのパ
ルスが自動的に患者に送出される。助言モードにおいて、ADM32は患者を監
視して、患者の状態の音声および/または視覚表示(細動発作の表示を含む)を
生成し、デバイスが除細動パルスを送出する準備をするが、除細動パルスは、臨
床医が送出しない限り加えられない。手動モードにおいて、ADM32の動作は
完全に臨床医の管理下にある。ペーサモードでは、臨床医が、ペーシングプロト
コルを選択し、ペーシングパルスを患者に送出する。臨床医は、これらすべての
動作に必要なパラメータを、ノブ56およびスイッチ58を介して、ディスプレ
イ54に表示されるプロンプトに応答して入力する。図面では、患者の内因性心
臓活動の感知と、高電圧二相除細動パルスの送出との両方について同一の電線を
示す。当然、適切な電極および/またはパッドで終端する別個の電線も同様に用
いることができる。このように、ADM32は、当業界で周知のプロトコルのい
ずれかを用いて除細動(または他の種類の)治療を患者へ送出することができる
。用いられ得るいくつかのプロトコルを説明する体外式除細動器が、同一出願人
による、AUTOMATIC EXTERNAL CARDIOVERTER/ DEFIBRILLATOR WITH TACHYARRHYTH
MIA DETECTOR USING A MODULATION (AMPLITUDE AND FREQUENCY) DOMAIN FUNCTIO
Nと題する同時係属出願第09/452,507号(1999年12月1日提出
、参照により本明細書中に援用される)に記載される。当然、他のプロトコルお
よび動作モードも同様に用いることができる。
装置12とデータを連続して交換する。たとえば、ADM32は、患者の状態を
判断するためにECGのデジタル表現を生成する必要がある。このデジタルEC
Gは、監視装置のディスプレイ18に伝送される。マイクロプロセッサ66の指
示の下で、ADM32は、たとえば現在の動作モード(手動、助言、自動)を含
む様々な他の情報を監視装置12へ送ることができる。ADM32はまた、動作
の様々な段階を記述するデータ(患者の状態、二相パルス発生器のコンデンサの
電圧、コンデンサを公称電圧まで充電するために必要な時間、次のパルスが加え
られるまでの時間、最後のパルスから経過した時間、患者に加えられたパルス数
、ADMがパルスを加える準備状況などを示すデータを含む)を送ることができ
る。ADM32はセルフテスト機能も含み得る。このセルフテストの結果も同様
に監視装置へ送ることができる。監視装置10に送られる情報は、直ちにディス
プレイ18に表示されても、ハードコピーのためにプリンタ28へ送られても、
また、監視装置のメモリ(図示せず)に格納されてもよい。さらに、監視装置が
ネットワークに接続される場合、ADM32からのデータは他の位置に伝送され
てもよい。
もできる。典型的に監視装置12は、患者の、血圧、脈波型動脈血中酸素飽和度
(SpO)2、二酸化炭素(CO2)、換気量、および心拍出量などの1つまたは
複数の生理機能を監視することが可能であり得る。監視装置には、デジタルEC
G信号を生成できるものもあり得る。ADM32が電極により検出するECG信
号はより確かであろうと思われるが、監視装置からの外部ECG信号を、ECG
信号が局所的に検出できない場合のバックアップとして、またはADMによる局
所ECG信号の妥当性を確認する手段として用いることができる。さらにADM
32は、患者の状態および他の情報を患者の他の生理的パラメータに基づき同様
に判断するように適合されてもよい。たとえば、ADM32は、監視装置12が
導出する生理的パラメータのいずれかを用いて、ADM32が施すべき治療を要
する心臓の状態を患者が有するかどうかを判断してもよい。これらの他の生理的
パラメータもまた、監視装置12によってADM32に提供され得る。
て、ADM32は一部のデータを、監視装置12のメモリ30に格納するために
送る場合がある。この場合、監視装置12はこのデータを、要求に応じてADM
32に戻すことができる。
監視するように適合される。ADM32が誤動作している可能性があることをセ
ルフテストが示す場合、または臨床医の注意を喚起すべき患者の状態が検出され
た場合には、ADM32は、アラーム信号を生成するように適合される。このア
ラーム信号は、ADM32および/または監視装置12の可聴信号および視覚信
号を作動させるために用いられ得る。さらに、これらの信号は、インターフェー
ス22に接続される通信ネットワークを介してリモート位置へ伝送され得る。こ
の通信ネットワークには、有線または無線ネットワークを用いることができる。
したがって、本明細書中において「ネットワーク」という用語は、情報をシステ
ム10から別の位置へ伝送可能なあらゆるアナログまたはデジタル通信ネットワ
ーク(数例を挙げれば、ローカルエリアネットワーク、ワイドエリアネットワー
ク、インターネット接続、ページング携帯電話、テレメトリ、および衛星通信を
含む)を網羅すべく非常に広範に用いられる。
lexport Protocolなどの標準プロトコルを用いて、ADM12
などの他の装置とインターフェースできるように設計されるものがある。このよ
うなプロトコルが特定の監視装置に利用可能でない場合、ADM32は、監視装
置12に特有の固有のプロトコルを用いて当該監視装置12と通信できるように
プログラムされ得る。
細動モジュールが記載される。より具体的には、ADM32は、患者の状態を分
析し、必要であれば治療パルスを生成するために必要な構成要素を含む。デジタ
ルECGおよびADM32の動作を示す他の信号を含むADM32からのデータ
は、表示、印刷、および/または格納のために監視装置12へ送られる。したが
ってADM32は、ADM自体のECGディスプレイ、プリンタまたはデータ記
録メモリを有しても有さなくてもよい。監視装置とADMの組み合わせ全体は、
空間をあまり要さず、費用効率がよく、同じADMを多くの異なる患者監視装置
とともに用いることができることから非常にフレキシブルであることが期待され
る。
情報が監視装置12に表示または他の方法で提供されている間に、ADMの正面
上の制御部を用いて入力される。当然ながら、他の配置も同様に行うことができ
る。たとえば、プログラミング情報を監視装置12から入力し、かつ/または、
患者に特有の情報の一部をADM32により表示することができる。さらにAD
M32は、ADM32からの情報専用である、または監視装置12により共有さ
れ得るプリンタを組み込むこともできる。さらにADM32は、ECGのほかに
他の生理的パラメータも感知し、これを監視装置12に伝送するようにも配置さ
れ得る。
ことなく多数の変更を行うことができる。
である。
ック図である。
が単一デバイスよりも高い電圧に耐え得るようにした回路を示す図である。
ぞれ示す図である。
ぞれ示す図である。
ぞれ示す図である。
す図である。
す図である。
す図である。
示す図である。
示す図である。
。
Claims (21)
- 【請求項1】 患者の生理的特性を感知するように配置されるセンサ、該セ
ンサに結合されて、該センサからの信号を処理するように適合される信号プロセ
ッサ、および出力部材を含む患者監視装置と、 前記患者監視装置に選択的に結合されるように適合される除細動モジュールで
あって、コマンドに応答して患者に対して治療パルスを生成するパルス発生器、
および該除細動モジュールの動作を示す表示信号を生成するように配置されるデ
ータ発生器を含む除細動モジュールと を備え、 前記患者監視装置および前記除細動モジュールは、結合されると協働して、前
記表示信号を前記出力部材へ伝送し、それによって前記出力部材が、前記患者特
性のうちの1つおよび前記表示信号に対応する出力信号を生成する複合監視シス
テム。 - 【請求項2】 前記出力部材は、可視画像を生成するディスプレイを含む請
求項1に記載のシステム。 - 【請求項3】 前記出力部材は、ハードコピーを印刷するように適合される
プリンタを含む請求項1に記載のシステム。 - 【請求項4】 前記センサは、外部ECGを生成するように適合される心臓
センサを含み、前記患者監視装置は、前記外部ECGを前記除細動モジュールへ
伝送するように適合される請求項1に記載のシステム。 - 【請求項5】 前記センサは、血圧、脈波型動脈血中酸素飽和度(SpO) 2 、二酸化炭素(CO2)、換気量、および心拍出量からなる群から選択される生
理的パラメータのうちの少なくとも1つを感知するように適合される請求項1に
記載のシステム。 - 【請求項6】 前記除細動モジュールは、除細動器ディスプレイを含む請求
項1に記載のシステム。 - 【請求項7】 前記除細動モジュールは、該除細動モジュールの動作モード
を規定する、該除細動モジュールに関する動作パラメータを操作者が生成できる
ように配置および構成されるセレクタを含む請求項1に記載のシステム。 - 【請求項8】 前記除細動モジュールは、前記動作パラメータの選択に関連
する情報を提供するように配置される除細動器ディスプレイを含む請求項6に記
載のシステム。 - 【請求項9】 患者の内因性心臓活動を感知して、該内因性心臓活動を示す
センサ信号を生成する生理センサと、 前記センサ信号を受信して、対応するコマンドを生成するように配置されるコ
ントローラと、 前記コマンドに応答して患者に対して治療パルスを生成するように配置される
パルス発生器と、 除細動器の動作を示す、表示のために外部患者監視装置へ伝送されるように選
択される出力信号を生成するように適合される、前記コントローラに関連付けら
れる出力部材と を備える除細動モジュール。 - 【請求項10】 前記コントローラは、前記センサ信号を受信して、治療を
要する患者の心臓の状態を判断するように配置される不整脈検出器を含む請求項
9に記載のモジュール。 - 【請求項11】 前記出力部材は、前記外部患者監視装置が検出した生理的
パラメータを受信するように適合され、前記不整脈検出器は、前記生理的パラメ
ータを受信して、該生理的パラメータに基づいて患者に治療を送出するための判
断を下すように適合される請求項10に記載のモジュール。 - 【請求項12】 前記出力部材は、前記パルス発生器に結合され、該パルス
発生器によるパルスの生成を指示する前記出力信号を前記患者監視装置に対して
生成するように適合される請求項9に記載のモジュール。 - 【請求項13】 前記コントローラは、全自動モード、助言モード、手動モ
ード、およびペーシングモードを含む複数の動作モードを規定するように配置さ
れる請求項9に記載のモジュール。 - 【請求項14】 患者状態およびモジュール状態のうちの1つを示すアラー
ム信号を生成するように配置されるアラーム回路をさらに備える請求項9に記載
のモジュール。 - 【請求項15】 前記モジュールは、有線ネットワーク、無線ネットワーク
、ローカルエリアネットワーク、ワイドエリアネットワーク、インターネット、
ページングシステム、携帯電話システム、テレメトリシステム、および衛星シス
テムからなる群から選択される通信ネットワークを介してリモート位置へアラー
ム信号を送るように適合される請求項14に記載のモジュール。 - 【請求項16】 前記センサ信号を表示するように適合されるディスプレイ
をさらに備える請求項9に記載のモジュール。 - 【請求項17】 本構成では不整脈検出アルゴリズムが用いる心臓センサは
請求項8のモジュール内にあるが、不整脈検出アルゴリズムは、患者監視システ
ムの心臓センサからの心臓信号を用いることができる。 - 【請求項18】 患者の内因性心臓活動を示すセンサ信号を受信して、対応
するコマンドを生成するように配置されるコントローラと、 前記コマンドに応答して患者に対して治療パルスを生成するように配置される
パルス発生器と、 除細動器の動作を示す、表示のために外部患者監視装置へ伝送されるように選
択される出力信号を生成するように適合される、前記コントローラに関連付けら
れる出力部材と を備える除細動モジュール。 - 【請求項19】 前記センサ信号を感知するように適合されるセンサをさら
に備える請求項18に記載のモジュール。 - 【請求項20】 前記コントローラは、前記外部患者監視装置から前記セン
サ信号を受信するように適合される請求項18に記載のモジュール。 - 【請求項21】 生理的パラメータを検出する生理的パラメータ検出器をさ
らに備え、前記コントローラは、前記生理的パラメータを表示および処理のため
に前記外部患者監視装置へ伝送するように適合される請求項18に記載のモジュ
ール。
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