PT1023920E - Impulsos ou série de impulsos desfibrilação e dispositivo para os gerar - Google Patents

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PT1023920E
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Description

1
DESCRIÇÃO "IMPULSOS OU SÉRIE DE IMPULSOS DE DESBIBRILAÇÃO E DISPOSITIVO PARA OS GERAR" A presente invenção refere-se ao domínio médico, mais particularmente à desfibrilação cardíaca, e nomeadamente à desfibrilação externa ou transtorácica e à desfibrilação interna, assim como ao desfibrilador implantável, e tem por objecto novos impulsos ou séries de impulsos de desfibrilação, assim como um dispositivo para gerar ou produzir estes últimos.
Actualmente, a grande maioria das desfibrilações é realizada através de um impulso monofásico positivo que resulta geralmente da descarga de um condensador através do paciente e, se for caso disso, de uma indutância.
No entanto, são possíveis numerosas formas de impulsos (ver por exemplo: A. Cansell, La Revue des Samu; 1997-5, 229 a 237) .
Recentemente foi proposto, designadamente, interromper a descarga do condensador, em seguida modificar a ligação para terminar a descarga com uma polaridade invertida, de maneira a fornecer impulsos sob a forma de uma onda bifásica.
Este modo de desfibrilação bifásico foi descrito em numerosos trabalhos, e designadamente, por exemplo, na patente WO 95/05215. O próprio princípio de uma desfibrilação bifásica (com duas ou várias fases de polaridades opostas) é, contudo, mais antigo, dado que as 2 primeiras desfibrilações foram efectuadas por Prevost e Batelli por meio de uma corrente alternativa sinusoidal de 45 Hz (CR Acad. Sei. 1899; 129: 1267). Do mesmo modo, todos os desfibriladores utilizados na antiga URSS utilizavam e utilizam ainda uma descarga de condensador oscilante, que compreende duas a três fases alternadas (Negovsky et al., Resuscitation 1980; 8: 53-67).
Além disso, foi igualmente proposta a utilização, para excitar as células cardíacas, de séries de impulsos rectangulares da mesma polaridade emitidos a alta frequência e delimitados por um invólucro rectangular monofásico, de maneira a obter uma onda monofásica pulsada de forma rectangular e entrecortada por um sinal de alta frequência (Janice L. Jones et al. "Cellular excitation with high-frequency chopped defibrillator waveforms", Proc. IEEE, p 17 e 18,6/1994).
As patentes WO 97/38753, EP 0.515.059 Al e WO 98/26841 mostram dispositivos de geração de impulsos bifásicos na forma de dente de serra. A patente GB 2 190 296 A mostra um desf ibrilador implantável com um impulso monofásico que é entrecortado a uma frequência elevada.
No entanto, todos estes diferentes tipos de impulsos de desfibrilação conhecidos apresentam, quer devido à sua natureza, quer devido ao modo de realização dos dispositivos que os geram, limitações e inconvenientes, tais como, por exemplo, uma energia disponível limitada, grandes dificuldades de realização prática, uma eficácia 3 limitada para uma dada energia disponível ou ainda um risco de nocividade para o paciente.
Além disso, existe constantemente a necessidade, tendo em conta o seu carácter crítico, de melhorar a eficácia dos actos de desfibrilação, designadamente para reduzir a quantidade de energia distribuída ao paciente, garantindo ao mesmo tempo uma taxa de sucesso superior à obtida pelas técnicas actuais.
Designadamente a presente invenção tem por objectivo remediar alguns dos inconvenientes e das limitações acima referidas e as necessidades acima referidas.
Ora, os inventores constataram, de maneira inesperada e surpreendente, que impulsos ou série de impulsos de desfibrilação constituídos por uma onda de pelo menos duas fases cujas fases sucessivas de polaridades opostas são compostas, cada uma, por uma sequência de impulsos elementares, individuais e separadas, de modo que as fases são cortadas ou entrecortadas a uma frequência mais elevada que a frequência das referidas fases sucessivas, permitiam superar pelo menos alguns dos inconvenientes e limitações acima referidos e apresentavam uma eficácia de desfibrilação claramente superior às formas de ondas de desfibrilação existentes. A invenção será melhor compreendida graças à descrição que se segue, que se refere a modos de realização preferidos, dadas a título de exemplos não limitativos, e explicados com referência aos desenhos esquemáticos anexos, nos quais: 4 A figura IA é uma curva intensidade/tempo que representa uma série de impulsos de acordo com a invenção, segundo um modo de realização desta última, que compreende duas, três ou quatro fases sucessivas A, B, C e D; A figura 1 B é uma curva intensidade/tempo que representa uma série de impulsos de acordo com a invenção, segundo um outro modo de realização desta última, que compreende duas fases sucessivas A e B;
As figuras 2 e 3 são representações esquemáticas simplificadas de duas alternativas de realização de um dispositivo de geração de impulsos de acordo com um primeiro modo de realização da invenção; A figura 4 é uma representação simplificada, mas mais pormenorizada, do dispositivo representado na figura 2, ilustrando designadamente um modo de realização possível dos interruptores executados; A figura 5 é uma representação esquemática simplificada de um segundo modo de realização de um dispositivo de geração de impulsos de acordo com a invenção, e A figura 6 é uma representação esquemática simplificada de uma outra alternativa de realização de um dispositivo de geração de impulsos de acordo com a invenção.
Como se mostra na figura 1 dos desenhos anexados, os impulsos ou série de impulsos de desfibrilação são constituídos por uma onda pelo menos bifásica cujas fases sucessivas de polaridades opostas são cortadas ou entrecortadas a uma frequência mais elevada do que a frequência das referidas fases sucessivas. 5
Obtêm-se assim impulsos de desfibrilação sucessivos, de fases opostas, compostos cada um por uma sequência de impulsos elementares, individuais e separados, que são todos delimitados por e compreendidos no invólucro formado pela onda pelo menos bifásica. A frequência de ocorrência e a duração dos impulsos elementares separados são definidas pelo sinal de corte ou de entrecorte que altera as fases continuas da referida onda, de maneira a formar fases que compreendem comboios de impulsos de desfibrilação sucessivos pulsados.
Esta série de impulsos é constituída de preferência por duas, (por exemplo A e B), três (por exemplo A, B e C) ou eventualmente quatro (por exemplo A, B, C e D) fases consecutivas alternadas (ver a título de exemplos não limitativos as séries de impulsos representados nas figuras 1 A e 1 B) .
Notar-se-á que é possível fazer variar facilmente a energia de desfibrilação aplicada ao paciente, qualquer que seja a energia da onda multifásica não alterada ou a energia armazenada tendo em vista a desfibrilação, fazendo variar o factor de forma do sinal de corte ou de entrecorte da referida onda.
De maneira vantajosa, a frequência de corte ou de entrecorte é pelo menos quatro vezes superior à frequência da onda multifásica.
De acordo com uma característica da invenção, a duração de cada fase situa-se entre 2 e 8 ms, de preferência entre 3 e 5 ms, sendo então a frequência de corte ou de entrecorte superior a 500 Hz. 6
Na prática, a frequência de entrecorte é, de preferência superior a cerca de 1 KHz e inferior a cerca de 30 KHz, de preferência inferior a cerca de 10 KHz, as frequências de entrecorte superiores a 10 KHz, e a fortiori a 30 KHz, não permitindo já obter plenamente as propriedades vantajosas da invenção.
De acordo com um modo de realização da invenção, que corresponde em particular à utilização de descargas de condensadores para a geração dos impulsos de desfibrilação, o invólucro ou a onda que forma o invólucro das diversas fases apresenta-se sob a forma de curva truncada, por exemplo sob forma de exponencial truncada (figura IA).
De acordo com um outro modo de realização da invenção, o invólucro ou a onda que formam o invólucor das diversas fases sucessivas podem, com vantagem, apresentar-se sob uma forma arredondada, bifásica e assimétrica (ver por exemplo a figura 1 B dos desenhos anexados).
Neste segundo modo de realização da invenção, a onda que forma o invólucro poderá ser obtida, por exemplo, através de uma descarga de condensador em regime oscilante (circuito RLC), de uma descarga de condensador através de um filtro passa-baixo (figura 1 B) ou ainda de um gerador de função que emite um sinal de forma desejada.
No entanto, em vez proceder ao entrecorte de descargas ou sinais de tensão muito elevada, emitidos por exemplo por condensadores, os impulsos de desfibrilação de acordo com a invenção podem igualmente ser produzidos nos secundários de transformadores que amplificam um sinal entrecortado ou 7 pulsado pelo menos bifásico gerado ao primário, o que permite gerar qualquer forma de onda pretendida.
Além disso, os inventores verificaram que era possível melhorar ainda mais a eficácia dos impulsos de desfibrilação de acordo com a invenção, prevendo que a amplitude da onda no início da segunda fase fosse superior ou inferior à amplitude da onda no fim da primeira fase, designadamente no caso de ondas truncadas, eventualmente em função da impedância torácica.
Este ajuste da amplitude da onda no início da segunda fase pode ser obtido utilizando, por exemplo, dois condensadores separados para gerar respectivamente a primeira e a segunda fases. A experimentação e a avaliação mais alargadas das características globais acima descritas conduziram a uma realização prática, que tem dado resultados particularmente interessantes. Esta realização específica é descrita a seguir com mais pormenor, a título de exemplo não limitativo. É produzido um impulso ou uma série de impulsos de desfibrilação constituído por uma onda que compreende duas fases consecutivas alternadas de polaridades opostas, sendo cada uma destas fases obtida através da descarga de um condensador, tendo cada um destes condensadores (C 1 e C2) uma capacidade de 30 pF e sendo ainda cada uma destas fases cortada ou entrecortada a uma frequência de 5 kHz. A primeira destas fases apresenta no seu início uma tensão de referência Ul e a segunda fase apresenta no seu início 8 uma tensão U2 cujo valor está compreendido entre cerca de 1/3 a 2/3 do valor de UI, tendo cada uma destas fases uma duração Tl e T2 de cerca de 4ms.
Sendo a tensão de referência UI variável e determinante da energia do impulso, assim como a carga e a corrente através do paciente, cujos valores deverão - para que o impulso seja capaz de desfibrilar - ser superiores a um limiar, chamado limiar de desfibrilação.
Dado, contudo, que os pacientes assim como a interface paciente - os eléctrodos podem apresentar uma impedância torácica Z muito fortemente variável de um caso para outro (entre cerca de 30 Ohms e 150 Ohms) que vai alterar a condutância mútua das descargas exponenciais que constituem os invólucros das duas fases bem como a energia, a corrente média através do paciente, a carga eléctrica emitida e finalmente a eficácia da desfibrilação - os inventores procuraram um meio para ter em conta destas variações de impedância torácica medindo-a durante do choque de desfibrilação e actuando sobre a duração de cada um dos impulsos ou fases ou, conforme o caso, apenas sobre uma das duas, para tentar compensar estas variações de caracteristicas e eficácia. A medição da impedância torácica é realizada medindo a tensão nos bornes do paciente através de medições sucessivas efectuadas cerca de todos os δΟΟμε (nos momentos em que a corrente está presente) e calculando para cada par de pontos sucessivos a resistência correspondente, conhecendo o valor do condensador que fornece o impulso. 9
Dispondo da impedância torácica Z, vai actuar-se sobre a duração de cada fase. Para tal, se se tomar o exemplo da realização preferencial anterior, a solução proposta pelos inventores para tornar os valores de Tl e de T2 variáveis e ajustáveis em função de Z (impedância da interface do paciente + impedância da interface do paciente/eléctrodos do desfibrilador) consiste de inicio em associar o valor de 4 ms utilizado mais acima para Tl e T2, um valor médio de Z cerca de 80 Ohms.
Se Z tem um valor mais baixo que 80 Ohms para uma ou para as duas fases, então Tl e/ou T2 vão ser diminuídos, sem por isso descer abaixo de um valor de 3 ms, para não descer abaixo do limite inferior imposto pela constante de tempo da célula miocárdica.
Se Z tem um valor superior a 80 Ohms para uma ou para as duas fases, então Tl e/ou T2 vão ser aumentados, sem contudo exceder um valor de 5 ms para não ultrapassar o limite superior imposto pela constante de tempos da célula miocárdica. É importante notar que esta regulação da duração da primeira e/ou da segunda fases ou impulso em função do valor da impedância torácica Z medida no decurso da desfibrilação, não consiste numa simples compensação para ter uma energia constante, mas numa regulação dos parâmetros dos impulsos ou fases de desfibrilação para permanecer numa gama óptima das suas características no plano fisiológico. 10 O quadro seguinte indica valores aproximados encontrados como eficazes para essa regulação de TI e de T2 em função de Z: Z em Ohm TI ou T2 em ms 30 3 40 3 60 3,5 80 4 100 4,5 120 5 150 5
Convém notar que estes valores são dados apenas a titulo indicativo e não limitativo, com base nos resultados das experiências dos inventores efectuadas até agora.
As disposições de ajuste e de regulação descritas acima poderão igualmente, bem entendido, ser aplicadas no âmbito de processos de desfibrilação a outras estruturas de dispositivos desfibriladores, por exemplo do tipo que compreende apenas único um condensador em vez dos dois condensadores Cl e C2 para o armazenamento da energia, ou ondas bifásicas não cortadas. A presente invenção tem igualmente por objecto um dispositivo de geração de impulsos de desfibrilação do tipo acima descrito, que fazem parte constitutiva de um desfibrilador.
Como se mostra nas figuras 2, 3 e 6 dos desenhos anexos, o referido dispositivo pode ser constituído essencialmente, por um lado, por dois condensadores 1 e 2, apresentando ou 11 não dois bornes comuns 1' e 2' ou ligados entre si, destinados ao armazenamento da energia eléctrica de desfibrilação e, por outro lado, pelo menos por dois interruptores ou comutadores 3 e 4 comandados por um circuito de comando 6, assegurando cada um a conexão alternada do outro borne ou de um 1", 2" dos bornes de cada um dos dois condensadores 1 e 2 com o paciente 5 e accionados sucessivamente de maneira a produzir descargas parciais dos respectivos condensadores 1 e 2 que geram uma série de impulsos sob a forma de uma onda pelo menos bifásica cujas fases sucessivas de polaridades opostas são cortadas ou entrecortadas a uma frequência mais elevada que a frequência das referidas fases sucessivas.
De acordo com uma primeira alternativa de realização da invenção, representada na figura 2 dos desenhos anexos, os bornes 1" e 2" dos condensadores 1 e 2 descarregados alternadamente apresentam polaridades opostas.
De acordo com uma segunda alternativa de realização da invenção, representada na figura 3 dos desenhos anexos, os bornes 1" e 2" dos condensadores 1 e 2 descarregados alternadamente apresentam polaridades idênticas, sendo os impulsos resultantes aplicados ao paciente 5 através de uma montagem em ponte 7 que pode emitir impulsos de fases opostas.
Os condensadores 1 e 2 poderão, quer apresentar um ponto comum, quer ser completamente separados e independentes em função da utilização encarada e da construção retida para o aparelho ou para o dispositivo desfibrilador. 12
De acordo com um outro modo de realização da invenção, representado na figura 5 dos desenhos anexos e que permitem designadamente a realização de formas de ondas ou de invólucros variados, o dispositivo de geração de impulsos de desfibrilação do tipo supracitado pode principalmente ser constituído por um gerador de ondas de baixa tensão 8 ligado ao meio primário de um transformador elevador de tensão 9 cujo secundário é ligado ao paciente 5, podendo as duas extremidades do primário ser ligadas alternativamente à massa através de interruptores ou comutadores 3 e 4.
Como se mostra nas figuras 2 a 5 dos desenhos anexos, o entrecorte da onda é realizado pela actuação dos interruptores ou comutadores 3 e 4 através de um sinal em faixas cuja frequência e factor de forma são vantajosamente variáveis, emitido por um circuito de comando 6 que integra um gerador de sinais correspondente, circuitos de relógio ou análogos.
Os interruptores 3 e 4 asseguram uma função de entrecorte e de inversão.
Como se mostra na figura 4 dos desenhos anexos, os interruptores 3 e 4 podem, por exemplo, ser cada um constituído por um circuito de transístor conhecido sob a designação IGBT, ou vários circuitos deste tipo montados em série e/ou paralelo, isto em função das tensões de carga dos condensadores 1 e 2 e das tensões máximas e correntes dos impulsos de desfibrilação aplicados ao paciente. 0 dispositivo de geração apresentará igualmente, conforme o caso, os meios necessários para realizar a medição de impedância torácica no decurso da desfibrilação e para 13 controlar em consequência as descargas dos condensadores 1 e 2 e/ou as durações das fases sucessivas.
Os resultados experimentais de desfibrilações efectuadas pelos inventores em animais, através das diferentes formas de impulsos de desfibrilação evocadas acima, são resumidos no quadro abaixo.
Para a forma de impulso tradicional monofásico colocou-se uma energia de referência de valor 100 necessária e suficiente para obter um desfibrilação eficaz. As outras formas de impulso são dadas em valores relativos, em relação ao valor de referência citado, igualmente necessária e suficiente para realizar uma desfibrilação eficaz.
Onda monofásica 100 Onda bifásica (não cortada) 65 Onda bifásica cortada à 5 KHz de acordo com a presente invenção. 30 a 40
Pode, por conseguinte, estimar-se, com base nos resultados acima, que um processo de desfibrilação, designadamente transtorácico, aplicado ao ser humano e levando a efeito impulsos ou séries de impulsos de acordo com a presente invenção, por exemplo emitidos por um dispositivo como descrito previamente, apresentará, em relação aos métodos conhecidos, uma melhoria semelhante.
Do mesmo modo, as vantagens de redução de energia obtidas na aplicação especifica da desfibrilação externa, cujos resultados são descritos acima, podem igualmente ser observadas numa proporção semelhante no caso da 14 desfibrilação interna e do desfibrilador implantável, levando a efeito os princípios da presente invenção.
Lisboa, 23 de Fevereiro de 2007

Claims (19)

15 REIVINDICAÇÕES 1. Impulsos ou série de impulsos de desfibrilação, que são constituídos por uma onda de, pelo menos, duas fases cujas fases sucessivas de polaridades opostas são compostas, cada uma, por uma sequência de impulsos elementares, individuais e separados de modo que as fases são cortadas ou entrecortadas a uma frequência mais elevada que a frequência das referidas fases sucessivas.
2. Impulsos ou série de impulsos de desfibrilação de acordo com a reivindicação 1, caracterizados por serem constituídos por duas fases consecutivas alternadas de polaridades opostas.
3. Impulsos ou série de impulsos de desfibrilação de acordo com a reivindicação 1, caracterizados por serem constituídos por três fases consecutivas alternadas.
4. Impulsos ou série de impulsos de desfibrilação de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 3, caracterizados por a frequência de corte ou de entrecorte ser pelo menos quatro vezes superior à frequência da onda multifásica.
5. Impulsos ou série de impulsos de desfibrilação de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 4, caracterizados por a duração de cada fase estar compreendida entre 2 ms e 8 ms, de preferência entre 3 ms e 5 ms, e por a frequência de corte ou de entrecorte ser superior a 500 Hz.
6. Impulsos ou série de impulsos de desfibrilação de acordo com a reivindicação 5, caracterizados por a frequência de 16 corte ser superior a cerca de 1 KHz e inferior a cerca de 30 KHz. 7. impulsos ou série de impulsos de desfibrilação de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 6, caracterizados por o invólucro das diversas fases se apresentar sob forma de curva truncada, por exemplo sob forma de exponencial truncada.
8. Impulsos ou série de impulsos de desfibrilação de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 6, caracterizados por o invólucro ou a onda que forma o invólucro das diversas fases sucessivas se apresentar sob uma forma arredondada, bifásica e assimétrica.
9. Impulsos ou série de impulsos de desfibrilação de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 8, caracterizados por a amplitude da onda no inicio da segunda fase ser superior ou inferior à amplitude da onda no fim da primeira fase.
10. Impulsos ou série de impulsos de desfibrilação de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 9, caracterizados por o valor da tensão (U2) no inicio da segunda fase estar compreendido entre cerca de 1/3 a 2/3 do valor da tensão (Ul) no inicio da primeira fase.
11. Impulsos ou série de impulsos de desfibrilação de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 10, caracterizados por a duração (Tl, T2) da primeira e/ou da segunda fase ou impulso ser controlada ou regulada em função do valor da impedância torácica (Z) medida no decurso de desfibrilação. 17
12. Impulsos ou série de impulsos de desfibrilação de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 11, caracterizados por o factor de forma do sinal de corte ou de entrecorte da onda de desfibrilação variar.
13. Impulsos ou série de impulsos de desfibrilação de acordo com a reivindicação anterior, caracterizados por o factor de forma do sinal de corte ou de entrecorte da onda de desfibrilação variar em função da energia de desfibrilação que se quer aplicar ao paciente.
14. Dispositivo de geração de impulsos de desfibrilação que permitem gerar os impulsos de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 13, que é constituído, por um lado, pelo menos por um condensador destinado ao armazenamento da energia eléctrica de desfibrilação e, por outro lado, pelo menos por dois interruptores, ou comutadores comandados por um circuito de comando, ou principalmente constituído por um gerador de ondas de baixa tensão (8) ligado ao meio do primário de um transformador elevador de tensão (9) cujo secundário é adaptado para ser ligar ao paciente (5), podendo as duas extremidades do primário ser ligadas alternativamente à massa por meio de interruptores ou comutadores (3 e 4), de maneira a gerar uma série de impulsos sob a forma de uma onda pelo menos bifásica cujas fases sucessivas de polaridades opostas são compostas cada uma por uma sequência de impulsos elementares, individuais e separados de modo que as fases cortadas ou entrecortadas a uma frequência mais elevada que a frequência das referidas fases sucessivas.
15. Dispositivo de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por compreender dois condensadores e por os 18 interruptores ou comutadores comandados pelo circuito de comando assegurarem a conexão alternada dos bornes de cada um dos dois condensadores com os eléctrodos aplicados no paciente e serem impulsionados sucessivamente de maneira a produzir descargas parciais dos referidos condensadores respectivos.
16. Dispositivo de acordo com a reivindicação 14 ou 15, caracterizado por os bornes (1" e 2") dos condensadores (1 e 2) descarregados alternativamente apresentarem polaridades opostas.
17. Dispositivo de acordo com a reivindicação 14 ou 15, caracterizado por os bornes (1" e 2") dos condensadores (1 e 2) descarregados alternativamente apresentarem polaridades idênticas, sendo os impulsos resultantes adaptados para serem aplicados ao paciente (5) por meio de uma montagem em ponte (7) que pode emitir impulsos de fases opostas.
18. Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 14 a 17 caracterizado por compreender meios para fazer variar o factor de forma do sinal de corte ou de entrecorte da referida onda.
19. Dispositivo de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por compreender meios para fazer variar o factor de forma do sinal de corte ou de entrecorte da referida onda a fim de fazer variar a energia de desfibrilação aplicada ao paciente.
20. Dispositivo de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por ser constituído, por um lado, pelo menos 19 por um condensador destinado ao armazenamento da energia eléctrica de desfibrilação e, por outro lado, pelo menos por dois interruptores ou comutadores comandados por um circuito de comando, de maneira a gerar uma série de impulsos sob a forma de uma onda pelo menos bifásica cujas fases sucessivas de polaridades opostas são cortadas ou entrecortadas a uma frequência mais elevada do que a frequência das referidas fases sucessivas de acordo com um factor de forma que varia. Lisboa, 23 de Fevereiro de 2007
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