KR101049172B1 - 제세동기의 자동 위상변환 제어장치 - Google Patents

제세동기의 자동 위상변환 제어장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101049172B1
KR101049172B1 KR1020110043145A KR20110043145A KR101049172B1 KR 101049172 B1 KR101049172 B1 KR 101049172B1 KR 1020110043145 A KR1020110043145 A KR 1020110043145A KR 20110043145 A KR20110043145 A KR 20110043145A KR 101049172 B1 KR101049172 B1 KR 101049172B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
patient
voltage
phase
comparator
electric shock
Prior art date
Application number
KR1020110043145A
Other languages
English (en)
Inventor
나학록
최성환
Original Assignee
주식회사 씨유메디칼시스템
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 씨유메디칼시스템 filed Critical 주식회사 씨유메디칼시스템
Priority to KR1020110043145A priority Critical patent/KR101049172B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101049172B1 publication Critical patent/KR101049172B1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/38—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for producing shock effects
    • A61N1/39—Heart defibrillators
    • A61N1/3906—Heart defibrillators characterised by the form of the shockwave
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/02—Details
    • A61N1/04—Electrodes
    • A61N1/0404—Electrodes for external use
    • A61N1/0408—Use-related aspects
    • A61N1/046—Specially adapted for shock therapy, e.g. defibrillation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/38—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for producing shock effects
    • A61N1/39—Heart defibrillators
    • A61N1/3906—Heart defibrillators characterised by the form of the shockwave
    • A61N1/3912—Output circuitry therefor, e.g. switches
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/38—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for producing shock effects
    • A61N1/39—Heart defibrillators
    • A61N1/3918—Heart defibrillators characterised by shock pathway, e.g. by electrode configuration
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/38—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for producing shock effects
    • A61N1/39—Heart defibrillators
    • A61N1/3925—Monitoring; Protecting

Abstract

본 발명은 제세동기의 자동 위상변환 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제세동기의 전극에 흐르는 전류의 양을 적분기를 이용하여 측정하고, 누적되는 에너지의 양을 비교기를 통해서 비교하여 전기충격 파형의 위상을 자동으로 변경시킬 수 있도록 하는 제세동기의 자동 위상변환 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 전기충격파의 위상 반전을 제어하는 마이크로 컨트롤러를 사용하지 않고도 수동 스위칭 소자만으로 전기충격파의 위상 반전이 가능해지며, 환자의 임피던스 변화에 따라 자동으로 전기충격파를 변화시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

제세동기의 자동 위상변환 제어장치{AUTOMATIC PHASE REVERSING DEVICE FOR AED}
본 발명은 제세동기의 자동 위상변환 제어장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제세동기의 전극에 흐르는 전류의 양을 적분기를 이용하여 측정하고, 누적되는 에너지의 양을 비교기를 통해서 비교하여 전기충격 파형의 위상을 자동으로 변경시킬 수 있도록 하는 제세동기의 자동 위상변환 제어장치에 관한 것이다.
제세동기(Defibrillator)는 사망을 유발할 수 있는 심장의 심실세동(ventricular fibrillation), 심실빈맥(ventricular tachycardia), 급작스러운 심장정지(cardiac arrest)가 일어난 환자의 심장에 직간접적인 강한 전기적 충격을 주어 심근 전체를 순간적으로 탈분극시켜 심장의 박동을 정상으로 복구시켜 환자의 생명을 구하는 응급의료기기이다.
환자의 몸에 부착된 패드를 통해 심전도를 자동으로 측정하고, 심전도의 결과에 따라 자동으로 전기충격을 가하는 자동제세동기(Automated External Defibrillator; AED)는 전철역이나 공공기관청사, 공항 등의 다중 이용시설에 설치되어 응급환자의 치료에 사용되고 있다.
자동제세동기에 사용되는 전기적 신호는 종래에는 한쪽 패드(pad)에서 다른 쪽 패드로 전류가 흐르는 단방향성(monophasic)의 파형을 사용했지만, 최근에는 한쪽 패드에서 환자의 가슴을 거쳐서 다른 패드로 전류가 흘렀다가 다시 반대 방향으로 전류가 흐르도록 하는 양방향성(biphasic) 파형을 사용한다. 양방향성 파형을 사용함으로써 단방향성에 비해 적은 에너지를 사용할 수 있어서 심장에 영향을 덜 주면서 환자에게 효율적으로 충격을 줄 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 양방향성 파형의 충격을 인가하는 제세동기의 구성을 나타낸 블럭도이다.
종래기술에 따른 제세동기는 임피던스검출부(10), 심전도검출부(20), 마이크로컨트롤러부(30), 고전압발생부(40), 고전압스위칭부(50), 인터락부(60), 판넬부(70), 전극(80), 전환 및 차단릴레이(91,92,93)를 포함하여 구성된다.
임피던스검출부(10)는 인체의 임피던스를 측정하여 인체에 가해지는 전기충격 값을 계산하기 위한 계측회로이다. 임피던스검출부(10)는 임피던스측정파발진기(11)에서 발진된 5KHz의 주파수를 가진 전류를 인체에 인가하고 임피던스측정회로(12)에서 측정된 전압을 적분회로(13)에 적분하여 계측하는 방식을 사용한다. 계측된 인체의 임피던스는 AD 컨버터(10',ADC)를 통해 마이크로컨트롤러부(30)로 전송되고, 마이크로컨트롤러부(30)는 입력된 임피던스에 따른 전기충격 에너지량, 즉 전기충격 값의 전기충격이 이루어지도록 고전압발생부(40) 및 스위칭회로부(50)의 작동을 제어한다.
심전도검출부(20)는 인체의 심전도를 검출하는 구성이다. 인체로부터 전극(80)을 통해 들어온 신호가 제1,2전환릴레이(91,93), 차단릴레이(92)의 연결에 의해 심전도검출부(20)의 검출회로로 전달된다. 전극(80)으로부터 전달된 미약한 심전도신호는 인스트루멘테이션 앰프(Instrumentation AMP,21)를 거쳐 고역통과 필터(HPF, 22a)와 대역저지 필터(NF, 22b) 및 저역통과 필터(LPF, 22c) 등으로 구성된 필터(22)를 거치면서 노이즈가 제거된 깨끗한 심전도신호로 필터링된다.
마이크로컨트롤러부(30)는 검출된 임피던스신호와 심전도신호에 따라 전기충격여부 및 전기충격량을 판정하며, 고전압발생부(40) 및 고전압스위칭부(50)의 작동을 제어하기 위한 구성이다.
마이크로컨트롤러부(30)에는 메모리장치, 음성안내 및 음성기록장치, USB 인터페이스 장치, SD 프레쉬 메모리 장치, 키패드 및 LED 표시장치 등으로 구성된 판넬부(70)이 연결되며, 고전압스위칭부(50)의 제어를 위한 제어신호의 인터락을 구성하기 위한 인터락부(60)이 연결된다.
상술한 바와 같이 마이크로컨트롤러부(30)는 전기충격 여부를 판정하고 그에 따라 전기충격이 가해지도록 고전압발생부(40) 및 고전압스위칭부(50)의 작동을 제어한다. 또한 SCR2와 SCR3, IGBT1과 IGBT2의 드라이버를 각각 제어하면서 전기충격을 위한 전류의 경로를 제어하여 양방향성 파형이 환자에게 인가되도록 제어하는데, 별도의 마이크로컨트롤러부(30)를 사용하여야 하므로 회로가 복잡해지며, 소자의 오류가 발생했을 때에는 정확한 제어가 되지 않아서 환자의 생명을 구할 수 없는 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제0948671호
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 제세동기의 전극을 통해 환자의 몸에 흐르는 전류의 양을 분기시켜 적분기에 입력되도록 하고, 적분기의 적분 결과 계산되는 전압의 크기가 임계치 이상이 되었을 때, 전기충격파의 위상을 반전시켜 반대방향의 전류가 흐르도록 함으로써 양방향성 파형이 환자에게 인가되도록 하는 제세동기의 자동 위상변환 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 적분기를 전극에 연결된 두 개의 - 측 스위칭 소자에 연결하고, 이를 통해 분기되는 전류의 양을 적분하여 계산하도록 하는 제세동기의 자동 위상변환 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 적분기를 고압캐패시터의 출력측에 연결된 인덕터의 타측에 연결하고, 인덕터에서 유도되는 전류의 양을 적분하여 계산하도록 하는 제세동기의 자동 위상변환 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 환자의 심전도를 검출하여 전기충격파를 인가하는 제세동기의 전극을 통해 환자의 몸에 흐르는 전류의 양을 측정하고, 누적되는 에너지의 양을 비교하여 전기충격 파형의 위상을 자동으로 변경시키는 장치로서, 전원공급부(102)로부터 공급되는 전력을 저장하며, 제어부(128)의 방전개시 제어신호에 따라 전기충격파를 생성하여 출력하는 고압캐패시터(106)와; 환자에게 전기충격파를 인가함에 따라 상기 고압캐패시터(106)에 충전된 전원의 전압이 방전종료의 기준이 되는 전압(Vend) 보다 낮아지면 방전종료 제어신호를 출력하는 비교기2(132)와; 상기 전극을 통해 환자의 몸에 공급되는 전류의 일부를 분기시키고, 분기된 전류를 시간에 따라 적분하여 환자에게 가해진 전원의 전압을 산출하는 적분기(134)와; 상기 적분기(134)가 적분 계산하여 산출한 전압의 크기가 위상전환의 기준이 되는 전압(Vphs) 보다 커지면 상기 전기충격파형의 위상을 반전시키는 위상전환 제어신호를 출력하는 비교기3(136)과; 상기 비교기3(136)으로부터 위상전환 제어신호가 입력되면 상기 전기충격파형의 위상을 반전시켜 역방향의 전기충격파가 상기 환자의 몸에 인가되도록 하는 위상제어기(138);를 포함한다.
상기 고압캐패시터(106)에 충전된 전원의 전압이 충전완료의 기준이 되는 전압(Vchg) 보다 커지면 상기 고압캐패시터(106)에 대한 전원충전을 중단하도록 하는 충전종료 제어신호를 출력하는 비교기1(130);을 추가로 포함하며, 상기 전원공급부(102)는 상기 충전종료 제어신호가 입력되면 상기 고압캐패시터(106)에 대한 전력 공급을 중단하는 것을 특징으로 한다.
상기 위상제어기(138)는 상기 제어부(128)로부터 방전개시 제어신호가 입력되면, 스위치1(108)과 스위치2(110)의 동작을 각각 제어하는 드라이버1(116)과 드라이버2(118)를 활성화시켜, [스위치1⇒전극1⇒전극2⇒스위치2]의 경로를 따라 전기충격파가 환자의 몸에 인가되도록 제어하며, 상기 비교기3(136)으로부터 위상전환 제어신호가 입력되면, 상기 드라이버1(116)과 드라이버2(118)를 비활성화시키고, 스위치3(112)과 스위치4(114)의 동작을 각각 제어하는 드라이버3(120)과 드라이버4(122)를 활성화시켜, [스위치3⇒전극2⇒전극1⇒스위치4]의 경로를 따라 전기충격파가 환자의 몸에 인가되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 위상제어기(138)는 상기 비교기2(132)로부터 방전종료 제어신호가 입력되면, 상기 드라이버1(116), 상기 드라이버2(118), 상기 드라이버3(120), 상기 드라이버4(122)를 비활성화시켜 전기충격파가 환자의 몸에 인가되지 않도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
다른 실시예에 따른 본 발명은 환자의 심전도를 검출하여 전기충격파를 인가하는 제세동기의 전극을 통해 환자의 몸에 흐르는 전류의 양을 측정하고, 누적되는 에너지의 양을 비교하여 전기충격 파형의 위상을 자동으로 변경시키는 장치로서, 전원공급부(202)로부터 공급되는 전력을 저장하며, 제어부(228)의 방전개시 제어신호에 따라 전기충격파를 생성하여 출력하는 고압캐패시터(206)와; 환자에게 전기충격파를 인가함에 따라 상기 고압캐패시터(206)에 충전된 전원의 전압이 방전종료의 기준이 되는 전압(Vend) 보다 낮아지면 방전종료 제어신호를 출력하는 비교기2(232)와; 상기 전극을 통해 환자의 몸에 공급되는 전류에 의해 인덕터(234)에서 유도되는 전류를 시간에 따라 적분하여 환자에게 가해진 전원의 전압을 산출하는 적분기(236)와; 상기 적분기(236)가 적분 계산하여 산출한 전압의 크기가 위상전환의 기준이 되는 전압(Vphs) 보다 커지면 상기 전기충격파형의 위상을 반전시키는 위상전환 제어신호를 출력하는 비교기3(238)과; 상기 비교기3(238)으로부터 위상전환 제어신호가 입력되면 상기 전기충격파형의 위상을 반전시켜 역방향의 전기충격파가 상기 환자의 몸에 인가되도록 하는 위상제어기(240);를 포함한다.
본 발명에 따르면 전기충격파의 위상 반전을 제어하는 마이크로 컨트롤러를 사용하지 않고도 수동 스위칭 소자만으로 전기충격파의 위상 반전이 가능해지며, 환자의 임피던스 변화에 따라 자동으로 전기충격파를 변화시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 양방향성 파형의 충격을 인가하는 제세동기의 구성을 나타낸 블럭도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 제어장치의 구성을 나타낸 블럭도.
도 3은 비교기1의 구성을 나타낸 회로도.
도 4는 비교기2의 구성을 나타낸 회로도.
도 5는 적분기의 구성을 나타낸 회로도.
도 6은 비교기3의 구성을 나타낸 회로도.
도 7은 위상의 전환 시점을 결정하기 위한 전압을 계산하기 위한 그래프.
도 8은 위상제어기의 논리소자의 구성을 나타낸 회로도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어장치의 구성을 나타낸 블럭도.
도 10은 인덕터의 연결상태를 나타낸 회로도.
이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 "제세동기의 자동 위상변환 제어장치"를 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 제어장치의 구성을 나타낸 블럭도이다.
제어장치는 환자의 심전도를 검출해서 심실세동이나 빈맥과 같은 이상상황이 발생하는지를 검사하는 부분과, 이상상황 발생시 환자의 몸에 부착된 전극을 통해 고압의 전기충격파를 인가하는 부분으로 구성된다. 본 발명에서는 고압의 전기충격파를 인가함에 있어서 충격파의 위상을 자동으로 변환하는 기술이 핵심이며, 심전도를 검출하는 부분은 제세동기에 당연히 포함되어 있는 부분이므로, 심전도 검출 장치에 대해서는 설명을 생략한다.
전원공급부(102)는 제세동기의 전기충격을 동작시키기 위해 필요한 고압전류를 공급하여 에너지 저장장치에 전력이 충전되도록 한다. 전원공급부(102)에는 PWM 제어신호에 따라 온오프되는 스위치(도면 미도시)가 설치되며, 충전 전압의 상태에 따라 제어신호가 발생하면서 충전의 시작과 종료시점을 결정한다.
외부 전원으로부터 공급된 교류전원은 정류회로를 거치면서 직류전원으로 변환되고, 트랜스포머(104)에 의해 적절한 전압으로 승압되어 고압캐패시터(106)에 충전된다. 고압캐패시터(106)에 충전된 전력은 환자의 심장에 이상상황이 발생했을 때, 제어부(128)의 방전개시 제어신호에 의해 출력되어 전기충격파를 환자의 몸에 인가하게 된다. 제어부(128)는 심전도 검출장치와 연결되어 환자의 몸에 이상상황이 발생했을 때, 제세동기의 동작개시 신호를 발생하는 장치로서, 별도의 마이크로프로세서일 수 있다.
고압캐패시터(106)는 네 개의 스위치(108, 110, 112, 114)를 통해 전달되고, 환자의 몸에 부착된 전극(124, 126)을 통해 환자의 몸에 전달된다. 스위치(108, 110, 112, 114)와 전극(124, 126)은 통상적인 제세동기에서와 같이 H-브릿지 형태로 구성된다.
각각의 스위치(108~114)에는 스위치(108~114)의 전원공급동작을 제어하는 드라이버(116~122)가 연결된다. 드라이버(116~122)에 인가되는 제어신호에 따라 반도체 스위칭 소자인 스위치(108~114)의 동작이 결정되며, 고압의 전기충격파의 전달경로가 결정된다.
전원공급부(102)와 트랜스포머(104), 고압캐패시터(106), 스위치(108~114), 드라이버(116~122)의 구성과 동작은 종래기술에 따른 제세동기에 포함된 구성요소의 동작과 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.
본 발명의 고압캐패시터(106)에는 충전된 전압의 크기에 따라 충전종료 제어신호를 발생하는 비교기1(130)이 연결된다. 비교기1(130)은 연산증폭기의 반전단자(-)에 기준전압을 인가하고, 비반전단자(+)에 입력전압을 인가하면서 입력전압이 기준전압보다 클 때, 포화된 출력전압이 출력되도록 함으로써 두 개의 전원의 전압의 크기를 비교하여 일정한 출력신호가 발생되도록 하는 소자이다.
도 3은 비교기1의 구성을 나타낸 회로도로서, 비교기1(130)의 입력측의 반전단자(-)에는 충전완료의 기준이 되는 전압(Vchg)이 인가되며, 비반전단자(+)에는 고압캐패시터(106)의 전원이 연결되어 두 개의 전압의 크기를 비교한다.
전원공급부(102)에서 공급되는 전력이 고압캐패시터(106)에 전달되어 충전이 이루어지면 고압캐패시터(106)의 전압이 지속적으로 상승한다. 비교기1(130)은 고압캐패시터(106)의 전압이 충전완료의 기준이 되는 전압(Vchg)보다 커지면 충전종료 제어신호를 전원공급부(102)의 스위치에 전달하고, 전원공급부(102)는 충전전원의 공급을 중단한다.
고압캐패시터(106)의 충전이 종료되는 시점의 전압이 추후의 방전시에 초기 전압이 된다.
비교기2(132)는 제어부(128)의 방전개시신호에 따라 환자의 몸에 고압의 전기충격파를 인가하는 동안에 고압캐패시터(106)의 전압을 측정한다.
도 4는 비교기2의 구성을 나타낸 회로도로서, 고압캐패시터(106)의 전원이 반전단자(-)에 연결되며, 비반전단자(+)에는 방전종료의 기준이 되는 전압(Vend)이 인가된다. 제세동기가 대기상태에 있고 고압캐패시터(106)의 충전이 완료된 상태에서는 일반적으로 고압캐패시터(106)의 전압이 방전종료의 기준이 되는 전압(Vend)보다 클 것이다.
고압캐패시터(106)의 전압은 방전이 이루어지는 동안 지속적으로 낮아지게 되는데, 비교기2(132)는 고압캐패시터(106)의 전압이 방전종료의 기준이 되는 전압(Vend)보다 낮아지면, 방전을 종료시키기 위한 신호를 출력하여 위상제어기(138)에 전달한다. 위상제어기(138)에 포함된 논리소자는 비교기2(132)의 신호에 따라 방전전류의 전송경로를 차단함으로써 더 이상의 방전이 이루어지지 않도록 한다.
위상제어기(138)의 구성과 논리소자의 동작에 대해서는 후술한다.
환자에 대해 가해지는 전기충격파의 파형은 RC 회로의 특성과 동일하게 지수적으로 감소하는 형태를 가지는데, 감소하는 파형의 기울기는 환자의 임피던스에 반비례한다. 즉 환자의 임피던스가 작을 경우 방전회로에 흐르는 전류가 커서 파형 그래프의 기울기가 커지며, 반대로 임피던스가 클 경우 파형 그래프의 기울기가 작아서 완만하게 기울어진 곡선이 된다. 어떤 경우이든 환자에게 가해지는 전류를 시간에 따라 적분한 전압의 크기는 특정 임계치까지만 허용되므로, 환자의 임피던스가 작을 경우에는 빠른 시간 안에 임계치에 도달하게 된다. 양방향성 파형을 역전시키는 비교기3의 역치값을 조절하여 임피던스에 따른 Tilt Ratio를 조절할 수 있다.
전극(124, 126)을 통해 환자의 몸에 인가되는 전압의 크기는 적분기(134)에 의해 계산된다.
도 5는 적분기의 구성을 나타낸 회로도로서, 스위치2(110) 또는 스위치4(114)를 통해 흘러나오는 전류 중의 일부를 분기시키고, 분기된 전류의 양을 시간에 따라 적분 계산하여 환자에게 가해진 전원의 전압을 산출하고, 산출된 전압값을 비교기3(136)에 전달한다. 적분기(134)의 캐패시터에 병렬로 연결된 스위치는 적분값의 초기치를 설정하기 위해 사용된다.
도 6은 비교기3의 구성을 나타낸 회로도로서, 비교기3(136)의 비반전단자(+)에는 적분기(134)에서 출력되는 전압의 크기가 입력되며, 반전단자(-)에는 위상전환의 기준이 되는 전압(Vphs)이 입력된다.
적분기(134)로부터 입력되는 전압의 크기가 위상전환의 기준이 되는 전압(Vphs)보다 커지면, 비교기3(136)이 위상전환을 위한 제어신호를 출력하여 위상제어기(138)에 전달한다. 위상제어기(138)는 비교기3(136)의 제어신호에 따라 [스위치1⇒스위치2]의 경로로 이루어지던 전기충격파의 인가를 [스위치3⇒스위치4]의 경로로 변화시킨다. 이에 따라 전극1(124)의 전압이 전극2(126)의 전압보다 높았던 것이 반대로 전극2(126)의 전압이 더 높아지게 됨으로써 양방향성의 전기충격파가 환자에게 전달된다.
도 7은 위상의 전환 시점을 결정하기 위한 전압을 계산하기 위한 그래프로서, 가로축은 시간(t)이며, 세로축은 환자의 임피던스(z)에 따라 달라지는 전기충격파의 적분값(Vint)을 나타낸다.
도 7에서는 z2가 z1에 비해서 상대적으로 더 큰 것으로 설정되어 있는데, 임피던스의 차이에 의해 z=z2일 때의 적분그래프의 기울기가 더 완만하게 되며 따라서 임계치(Vphs)에 도달하는데 더 오래 걸린다는 점을 알 수 있다.(t2>t1)
비교기3(136)은 환자의 임피던스에 따라 전류의 적분값이 임계치에 도달하는 시간이 달라지는 것을 이용하여 적절한 위상전환 시점을 결정하게 된다.
비교기3(136)에서 출력된 위상전환 제어신호는 위상제어기(138)에 입력된다.
도 8은 위상제어기의 논리소자의 구성을 나타낸 회로도로서, 위상제어기(138)에는 전기충격파의 방전의 시작을 결정하는 제어부(128)와, 방전의 종료를 결정하는 비교기2(132)와, 위상반전을 결정하는 비교기3(136)이 모두 연결된다.
위상제어기(138)에는 버퍼(138a)가 포함되는데, 버퍼(138a)는 3상태 버퍼(3 state buffer)를 사용한다. 3상태 버퍼는 제어입력단자의 온오프에 따라 데이터입력단자로부터 들어온 신호를 그대로 출력하거나, 신호의 출력을 차단한다.
제어부(128)의 출력단자는 버퍼(138a)의 제어입력단자에 연결된다. 그리고 버퍼(138a)의 데이터입력단자에는 비교기3(136)의 출력단자가 연결된다. 제어부(128)의 출력값이 ON(또는 1)인 경우에는 비교기3(136)의 신호가 그대로 버퍼(138a)를 통과하여 데이터출력단자로 출력되고, 제어부(128)의 출력값이 OFF(또는 0)인 경우에는 비교기3(136)의 신호의 종류에 관계없이 버퍼(138a)는 OFF 신호를 출력한다.
버퍼(138a)의 데이터출력단자는 두 개로 갈라져서 제1AND게이트(138b)와 제2AND게이트(138c)의 입력단자에 연결된다. 버퍼(138a)의 데이터출력단자가 연결되는 제1AND게이트(138b)의 입력단자에는 NOT게이트가 추가되어 있어서 버퍼(138a)로부터의 신호를 반전시킨다.
버퍼(138a)의 데이터출력단자가 연결되는 제2AND게이트(138c)의 입력단자에는 NOT게이트가 없기 때문에 버퍼(138a)의 출력신호가 그대로 입력된다.
제1AND게이트(138b)와 제2AND게이트(138c)의 나머지 하나의 입력단자에는 비교기2(132)로부터의 방전종료 제어신호가 입력된다. 비교기2(132)의 제어신호는 NOT게이트에 의해 반전되어 제1AND게이트(138b)와 제2AND게이트(138c)에 입력된다.
그리고 제1AND게이트(138b)의 출력단자는 드라이버1(116)과 드라이버2(118)에 연결되며, 제2AND게이트(138c)의 출력단자는 드라이버3(120)과 드라이버4(122)에 연결된다.
이와 같은 구성을 가진 위상제어기(138)의 신호의 전달과정을 설명하면 아래와 같다.
먼저 제어부(128)는 환자의 심장박동을 감지하고 있다가 이상상황이 발생했을 때, 제세동기의 동작개시 신호(ON)를 전송한다. 동작개시 신호는 버퍼(138a)의 제어입력단자에 인가되어 버퍼(138a)를 켜지게 한다. 버퍼(138a)가 켜지면 데이터입력단자를 통해 입력되는 신호를 그대로 출력하게 되는데, 아직 고압의 전기충격파가 방전되기 전이기 때문에 적분기(134)에 적분되는 전압의 크기가 임계치(Vphs)보다 작다. 따라서 비교기3(136)에서는 OFF의 신호가 출력된다. 그리고 이러한 OFF 신호는 버퍼(138a)를 그대로 통과해서 제1AND게이트(138b)와 제2AND게이트(138c)의 나머지 하나의 입력단자에 각각 전송된다. OFF인 버퍼(138a)의 신호는 제2AND게이트(138c)에 그대로 입력되지만 제1AND게이트(138b)에 입력될 때에는 반전되어 ON 신호가 된다.
제2AND게이트(138c)의 두 개의 입력단자 중에서 하나에 OFF 신호가 입력되므로 제2AND게이트(138c)는 OFF 신호를 출력한다. 제2AND게이트(138c)의 OFF 출력신호로 인해 드라이버3(120)과 드라이버4(122)이 비활성화 상태가 되며, 스위치3(112)과 스위치4(114)는 꺼진 상태가 된다. 따라서 [스위치3⇒전극2⇒전극1⇒스위치4]의 경로에는 전류가 흐르지 않는다.
제1AND게이트(138b)에는 버퍼(138a)로부터의 OFF 신호가 반전되어 ON 신호가 입력되며, 나머지 하나의 입력단자에는 비교기2(132)로부터의 신호가 입력된다.
그런데 고압캐패시터(106)는 충전이 완료된 상태이기 때문에 고압캐패시터(106)의 전압의 크기는 방전종료의 기준이 되는 전압(Vend)보다 크다. 따라서 비교기2(132)에서 출력되는 신호는 OFF가 된다.
제1AND게이트(138b)의 나머지 하나의 입력단자에는 비교기2(132)로부터의 OFF 신호가 반전된 ON 신호가 입력된다. 따라서 제1AND게이트(138b)의 두 개의 입력단자에 모두 ON 신호가 입력되므로, 제1AND게이트(138b)는 ON 신호를 출력한다.
제1AND게이트(138b)로부터의 ON 신호는 드라이버1(116)과 드라이버2(118)에 입력되어 스위치1(108)과 스위치2(110)를 켠다. 따라서 [스위치1⇒전극1⇒전극2⇒스위치2]의 경로를 따라 전기충격파가 환자의 몸에 인가된다.
다음으로, 전기충격파가 일정 시간동안 인가되면 적분기(134)에서 산출되는 전력값이 점차 커지게 되고, 어느 시점이 되면 임계치(Vphs)보다 커지게 될 것이다.
이 시점이 되면 비교기3(136)이 켜지면서 ON 신호를 출력하여 위상제어기(138)에 전송한다.
그러면 버퍼(138a)는 비교기3(136)에서 입력되는 ON 신호를 그대로 출력하게 되고, OFF로 반전된 신호가 제1AND게이트(138b)의 입력단자에 입력되게 되므로 제1AND게이트(138b)는 OFF 신호를 출력한다. 이에 따라 스위치1(108)과 스위치2(110)는 꺼지게 된다.
이와 반대로 제2AND게이트(138c)에는 ON 신호가 입력되면서 제2AND게이트(138c)가 ON 신호를 출력하게 되고, ON 신호에 의해 드라이버3(120)과 드라이버4(122)가 켜진다. 따라서 [스위치3⇒전극2⇒전극1⇒스위치4]의 경로를 따라 전기충격파가 환자의 몸에 인가된다.
마지막으로, 전기충격파의 방전이 계속되면서 고압캐패시터(106)의 전압의 크기가 방전종료의 기준이 되는 전압(Vend)보다 작아지면 비교기2(132)가 켜지면서 ON 신호를 출력하여 위상제어기(138)에 전송한다.
그러면 비교기2(132)에서 출력된 ON 신호가 반전되어 OFF 신호로 바뀌면서 제1AND게이트(138b)와 제2AND게이트(138c)에 동시에 입력된다. 따라서 제1AND게이트(138b)와 제2AND게이트(138c)는 모두 OFF 신호를 출력한다.
제1AND게이트(138b)와 제2AND게이트(138c)가 모두 OFF 신호를 출력함에 따라 드라이버1(116) 내지 드라이버4(122)가 모두 꺼지면서 전기충격파의 인가경로가 모두 닫히게 된다.
비교기1(130)은 고압캐패시터(106)의 전압을 측정하여 충전개시 신호를 전원공급부(102)에 전송하고, 다시 충전이 이루어진다. 그리고 제세동기는 다시 환자의 심전도 등을 체크하다가 이상상황이 발생하면 다시 한 번 동일한 순서로 전기충격파를 방전한다.
이와 같은 구성을 통해 별도의 마이크로컨트롤러가 없어도 스위칭 소자의 동작만으로도 전기충격파의 인가와 위상의 반전 등이 자동으로 이루어진다.
만약 버퍼(138a)의 데이터출력단자와 제1AND게이트(138b)의 입력단자 사이에 NOT게이트를 추가하지 않고, 버퍼(138a)의 데이터출력단자와 제2AND게이트(138c)의 입력단자 사이에 NOT게이트를 추가한다면, 위에서 설명한 내용과 반대되는 동작이 이루어진다. 즉, 초기에는 [스위치3⇒전극2⇒전극1⇒스위치4]를 통해 전기충격파가 인가되고, 위상의 반전이 이루어진 후에는 [스위치1⇒전극1⇒전극2⇒스위치2]의 경로로 전류가 인가된다. 이러한 방향은 사용자의 의사에 따라 임의로 결정할 수 있다.
한편, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어장치의 구성을 나타낸 블럭도이며, 도 10은 인덕터의 연결상태를 나타낸 회로도이다.
다른 실시예에서의 제어장치는 전류를 적분하여 전압의 크기를 측정하고, 논리소자를 이용하여 위상의 반전이 이루어지도록 하는 방식은 동일하지만, 전극(124, 126)을 통해서 흐르는 전류의 크기를 측정하는 방식에서 차이가 있다.
첫 번째 실시예에서는 전극(124, 126)을 통과해서 흐르는 전류를 직접 분기시켜 적분하였지만, 두 번째 실시예에서는 인덕터(234)를 고압캐패시터(206)와 스위치(208~214) 사이에 삽입하고, 고압캐패시터(206)에서 공급되는 전류에 의해 인덕터(234)에서 유도되는 전류를 적분기(236)에 입력한다. 그리고 적분기(236)에서 계산된 전압값을 이용하여 비교기3(238)의 동작을 결정한다.
고압캐패시터(206)의 충전 전압의 크기를 감지하여 충전의 완료 여부를 결정하는 비교기1(230), 고압캐패시터(206)의 전압의 크기를 감지하여 방전의 중단 여부를 결정하는 비교기2(232), 적분기(236)에서 계산된 전압값의 크기에 따라 전기충격파의 위상반전 여부를 결정하는 비교기3(238)의 구성과 동작 내용은 첫 번째 실시예에서와 동일하다.
그리고 위상제어기(240)에 포함된 논리소자의 연결방식과 동작 순서 역시 앞에서와 동일하므로, 중복된 설명은 생략한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
102, 202 : 전원공급부 104, 204 : 트랜스포머
106, 206 : 고압캐패시터 108, 208 : 스위치1
110, 210 : 스위치2 112, 212 : 스위치3
114, 214 : 스위치4 116, 216 : 드라이버1
118, 218 : 드라이버2 120, 220 : 드라이버3
122, 222 : 드라이버4 124, 224 : 전극1
126, 226 : 전극2 128, 228 : 제어부
130, 230 : 비교기1 132, 232 : 비교기2
134, 236 : 적분기 136, 238 : 비교기3
138, 240 : 위상제어기 234 : 인덕터

Claims (5)

  1. 환자의 심전도를 검출하여 전기충격파를 인가하는 제세동기의 전극을 통해 환자의 몸에 흐르는 전류의 양을 측정하고, 누적되는 에너지의 양을 비교하여 전기충격 파형의 위상을 자동으로 변경시키는 장치로서,
    전원공급부(102)로부터 공급되는 전력을 저장하며, 제어부(128)의 방전개시 제어신호에 따라 전기충격파를 생성하여 출력하는 고압캐패시터(106)와;
    환자에게 전기충격파를 인가함에 따라 상기 고압캐패시터(106)에 충전된 전원의 전압이 방전종료의 기준이 되는 전압(Vend) 보다 낮아지면 방전종료 제어신호를 출력하는 비교기2(132)와;
    상기 전극을 통해 환자의 몸에 공급되는 전류의 일부를 분기시키고, 분기된 전류를 시간에 따라 적분하여 환자에게 가해진 전원의 전압을 산출하는 적분기(134)와;
    상기 적분기(134)가 적분 계산하여 산출한 전압의 크기가 위상전환의 기준이 되는 전압(Vphs) 보다 커지면 상기 전기충격파형의 위상을 반전시키는 위상전환 제어신호를 출력하는 비교기3(136)과;
    상기 비교기3(136)으로부터 위상전환 제어신호가 입력되면 상기 전기충격파형의 위상을 반전시켜 역방향의 전기충격파가 상기 환자의 몸에 인가되도록 하는 위상제어기(138);를 포함하는, 제세동기의 자동 위상변환 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고압캐패시터(106)에 충전된 전원의 전압이 충전완료의 기준이 되는 전압(Vchg) 보다 커지면 상기 고압캐패시터(106)에 대한 전원충전을 중단하도록 하는 충전종료 제어신호를 출력하는 비교기1(130);을 추가로 포함하며,
    상기 전원공급부(102)는 상기 충전종료 제어신호가 입력되면 상기 고압캐패시터(106)에 대한 전력 공급을 중단하는 것을 특징으로 하는, 제세동기의 자동 위상변환 제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위상제어기(138)는
    상기 제어부(128)로부터 방전개시 제어신호가 입력되면, 스위치1(108)과 스위치2(110)의 동작을 각각 제어하는 드라이버1(116)과 드라이버2(118)를 활성화시켜, [스위치1⇒전극1⇒전극2⇒스위치2]의 경로를 따라 전기충격파가 환자의 몸에 인가되도록 제어하며,
    상기 비교기3(136)으로부터 위상전환 제어신호가 입력되면, 상기 드라이버1(116)과 드라이버2(118)를 비활성화시키고, 스위치3(112)과 스위치4(114)의 동작을 각각 제어하는 드라이버3(120)과 드라이버4(122)를 활성화시켜, [스위치3⇒전극2⇒전극1⇒스위치4]의 경로를 따라 전기충격파가 환자의 몸에 인가되도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 제세동기의 자동 위상변환 제어장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 위상제어기(138)는
    상기 비교기2(132)로부터 방전종료 제어신호가 입력되면, 상기 드라이버1(116), 상기 드라이버2(118), 상기 드라이버3(120), 상기 드라이버4(122)를 비활성화시켜 전기충격파가 환자의 몸에 인가되지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 제세동기의 자동 위상변환 제어장치.
  5. 환자의 심전도를 검출하여 전기충격파를 인가하는 제세동기의 전극을 통해 환자의 몸에 흐르는 전류의 양을 측정하고, 누적되는 에너지의 양을 비교하여 전기충격 파형의 위상을 자동으로 변경시키는 장치로서,
    전원공급부(202)로부터 공급되는 전력을 저장하며, 제어부(228)의 방전개시 제어신호에 따라 전기충격파를 생성하여 출력하는 고압캐패시터(206)와;
    환자에게 전기충격파를 인가함에 따라 상기 고압캐패시터(206)에 충전된 전원의 전압이 방전종료의 기준이 되는 전압(Vend) 보다 낮아지면 방전종료 제어신호를 출력하는 비교기2(232)와;
    상기 전극을 통해 환자의 몸에 공급되는 전류에 의해 인덕터(234)에서 유도되는 전류를 시간에 따라 적분하여 환자에게 가해진 전원의 전압을 산출하는 적분기(236)와;
    상기 적분기(236)가 적분 계산하여 산출한 전압의 크기가 위상전환의 기준이 되는 전압(Vphs) 보다 커지면 상기 전기충격파형의 위상을 반전시키는 위상전환 제어신호를 출력하는 비교기3(238)과;
    상기 비교기3(238)으로부터 위상전환 제어신호가 입력되면 상기 전기충격파형의 위상을 반전시켜 역방향의 전기충격파가 상기 환자의 몸에 인가되도록 하는 위상제어기(240);를 포함하는, 제세동기의 자동 위상변환 제어장치.
KR1020110043145A 2011-05-06 2011-05-06 제세동기의 자동 위상변환 제어장치 KR101049172B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110043145A KR101049172B1 (ko) 2011-05-06 2011-05-06 제세동기의 자동 위상변환 제어장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110043145A KR101049172B1 (ko) 2011-05-06 2011-05-06 제세동기의 자동 위상변환 제어장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101049172B1 true KR101049172B1 (ko) 2011-07-14

Family

ID=44923585

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110043145A KR101049172B1 (ko) 2011-05-06 2011-05-06 제세동기의 자동 위상변환 제어장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101049172B1 (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101690603B1 (ko) * 2015-08-27 2017-01-13 (주)라디안 래더 브릿지 회로를 포함하는 제세동기
KR101933809B1 (ko) 2017-12-29 2018-12-28 (주)나눔테크 자동심장충격기의 고전압 제어모듈 및 이의 제어방법
KR101997369B1 (ko) 2017-12-29 2019-07-08 (주)나눔테크 2중 전기충격을 위한 자동심장충격기
KR20210002973A (ko) * 2019-07-01 2021-01-11 주식회사 리메드 커패시터에 충전된 전하를 방전시키기 위한 수단을 가지는 의료용 장치
KR102216372B1 (ko) * 2020-12-10 2021-02-17 하정산업개발 주식회사 방전 제어 기능이 구비된 심장충격기

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6418342B1 (en) 1997-03-07 2002-07-09 Cardiac Science Inc. Defibrillation system
KR20070114116A (ko) * 2004-12-23 2007-11-29 쉴러 메디컬 에스에이에스 Ｈ 브리지를 포함하는 안전 방전 회로를 갖는 제세동기
EP2229978A1 (en) 2009-02-25 2010-09-22 Gustavo Ernesto Carranza A control system to generate defibrillation waves of automatically compensated charge without measurement of the patient impedance

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6418342B1 (en) 1997-03-07 2002-07-09 Cardiac Science Inc. Defibrillation system
KR20070114116A (ko) * 2004-12-23 2007-11-29 쉴러 메디컬 에스에이에스 Ｈ 브리지를 포함하는 안전 방전 회로를 갖는 제세동기
EP2229978A1 (en) 2009-02-25 2010-09-22 Gustavo Ernesto Carranza A control system to generate defibrillation waves of automatically compensated charge without measurement of the patient impedance

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101690603B1 (ko) * 2015-08-27 2017-01-13 (주)라디안 래더 브릿지 회로를 포함하는 제세동기
WO2017034218A1 (ko) * 2015-08-27 2017-03-02 (주)라디안 래더 브릿지 회로를 포함하는 제세동기
US10874867B2 (en) 2015-08-27 2020-12-29 Radian Corporation Defibrillator comprising ladder bridge circuit
KR101933809B1 (ko) 2017-12-29 2018-12-28 (주)나눔테크 자동심장충격기의 고전압 제어모듈 및 이의 제어방법
KR101997369B1 (ko) 2017-12-29 2019-07-08 (주)나눔테크 2중 전기충격을 위한 자동심장충격기
KR20210002973A (ko) * 2019-07-01 2021-01-11 주식회사 리메드 커패시터에 충전된 전하를 방전시키기 위한 수단을 가지는 의료용 장치
KR102228743B1 (ko) * 2019-07-01 2021-03-17 주식회사 리메드 커패시터에 충전된 전하를 방전시키기 위한 수단을 가지는 의료용 장치
KR102216372B1 (ko) * 2020-12-10 2021-02-17 하정산업개발 주식회사 방전 제어 기능이 구비된 심장충격기

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101049172B1 (ko) 제세동기의 자동 위상변환 제어장치
RU2365389C2 (ru) Дефибриллятор с безопасным контуром разряда, содержащий мостовую электрическую схему н-образной формы
US6280461B1 (en) Patient-worn energy delivery apparatus
RU2223800C2 (ru) Устройство для проведения наружной кардиостимуляции и двухфазной дефибрилляции
US6647290B2 (en) Charge-based defibrillation method and apparatus
US6097982A (en) Patient-worn energy delivery apparatus
US6208896B1 (en) Method and apparatus for providing variable defibrillation waveforms using switch-mode amplification
GB2349091A (en) Defibrillator with reconfiguration of storage capacitor network
US6185458B1 (en) Reduced energy self test operation in a defibrillator
JP2009537204A (ja) メイクオンリースイッチを備える簡易化された二相除細動回路
JP4108758B2 (ja) 電気治療の電流波形
JPH04227277A (ja) 組織刺激装置
EP0966311A1 (en) Method and apparatus for verifying the integrity of an output circuit before and during application of a defibrillation pulse
US6347248B1 (en) Electrotherapy method
WO2003004094A1 (en) Defibrillator system
US6965796B2 (en) Method and apparatus for self-test of defibrillation and pacing circuits including a patient isolation switch
US6539258B1 (en) Energy adjusting circuit for producing an ultra-low energy defibrillation waveform with fixed pulse width and fixed tilt
KR101940112B1 (ko) 충전전압의 조절이 가능한 방전회로를 포함하는 제세동기 및 이의 구동방법
KR101933809B1 (ko) 자동심장충격기의 고전압 제어모듈 및 이의 제어방법
KR102216372B1 (ko) 방전 제어 기능이 구비된 심장충격기
US7096062B2 (en) Method for self-test of defibrillation and pacing circuits including a patient isolation switch
US8073539B2 (en) Heart treatment device
JP2014200314A (ja) 除細動装置
CN103170061A (zh) 除颤电路
RU168178U1 (ru) Устройство накопления энергии дефибрилляционного импульса

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140520

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150703

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170707

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180705

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190704

Year of fee payment: 9