RU2562852C2

RU2562852C2 - Немагнитная высоковольтная система зарядки для использования в устройствах для стимуляции сердца

Info

Publication number: RU2562852C2
Application number: RU2012108731/14A
Authority: RU
Inventors: Роналд П. КОНСИЛЬО; Харолд Дж. КЕЙТС
Original assignee: Конинклейке Филипс Электроникс, Н.В.
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2015-09-10
Also published as: JP5955768B2; US20120130224A1; CN102470250A; BR112012002880A8; JP2013501564A; WO2011018720A1; US9999778B2; EP2464422B1; EP2464422A1; BR112012002880A2; RU2012108731A; CN102470250B

Abstract

Изобретение относится к медицинской технике. Наружный кардиодефибриллятор содержит электродные площадки, электрические провода или клеммы и электрическую цепь. Электродные площадки сконфигурированы для формирования внешнего электрического контакта с туловищем с тем, чтобы доставить сердечный дефибрилляционный шок в туловище. Электрические провода или клеммы соединены с или сконфигурированы для соединения с дефибрилляционными электродными площадками. Электрическая цепь содержит электрический накопительный элемент и пьезоэлектрический трансформатор, который не содержит магнитного материала и предназначен для зарядки электрического накопительного элемента до напряжения, эффективного для доставки сердечного дефибрилляционного шока. Электрическая цепь сконфигурирована для разрядки электрического накопительного элемента через электрические провода или клеммы для доставки сердечного дефибрилляционного шока в электрические провода или клеммы. Применение изобретения обеспечит безопасное использование кардиодефибриллятора в экранированном помещении, где находится томограф. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Область техники

Настоящее изобретение относится к медицинской области, области магнитного резонанса и связанным областям.

Предшествующий уровень техники

Магнитный резонанс (МР) представляет собой эффективный способ осуществления медицинской диагностики, такой как МР визуализация и МР спектроскопия. В этих способах используют МР сканер, который содержит основной магнит, который генерирует статическое магнитное поле обычно в диапазоне 0,1-7,0 Тл, хотя можно использовать более мощные или менее мощные магнитные поля. Основной магнит обычно представляет собой электромагнит, использующий резистивные или сверхпроводящие обмотки, и может иметь различные конфигурации, такие как соленоидальную, вертикальную с открытым каналом или т.п. Дополнительно электромагниты сконфигурированы с возможностью работать в качестве магнитных полевых градиентных катушек с тем, чтобы избирательно накладывать градиенты магнитного поля на статическое магнитное поле (B₀). Необязательные регулировочные катушки накладывают регулировочные магнитные поля на статическое магнитное поле (B₀). Радиочастотная подсистема сконфигурирована для: (i) генерации радиочастотного электромагнитного поля на частоте магнитного резонанса для того, чтобы возбуждать магнитный резонанс в субъекте, и (ii) получения сигнала магнитного резонанса от субъекта в ответ на возбуждение. Различные последовательности импульсов можно реализовать посредством магнитных полевых градиентных катушек и радиочастотной подсистемы для того, чтобы генерировать магнитный резонанс, пространственно ограничивать, кодировать, манипулировать или отключать генерируемый магнитный резонанс, обнаруживать магнитный резонанс и осуществлять другие операции, связанные с МР визуализацией или спектроскопией.

МР сканер генерирует значительные магнитные поля рассеяния и радиочастотные помехи (РЧП), и обычно его размещают в специализированном помещении, которое экранировано для того, чтобы изолировать МР сканер от близкорасположенных электронных систем. Протоколы безопасности используют для того, чтобы ограничить вероятность того, что магнитные материалы будут пронесены в МР помещение, поскольку такие материалы могут быть притянуты к магниту МР сканера, иногда с катастрофическими результатами. Согласно таким протоколам МР можно безопасно и эффективно использовать в различных медицинских применениях.

Однако некоторые пациенты находят процедуру МР визуализации или спектроскопии стрессовой. Неблагополучные последствия состоят в том, что пациент, проходящий процедуру МР, может испытать остановку сердца. В принципе, любой человек может испытать остановку сердца в любое время; на практике остановка сердца, по существу, с большей вероятностью происходит у больных людей, пожилых людей, пациентов госпиталей и т.д. и с еще большей вероятностью происходит, когда человек переживает стресс, например, когда его помещают в закрытый и ограниченный туннель МР сканера для МР процедуры, которая может выявить или обнаружить серьезную проблему со здоровьем. Вкратце, пациент, проходящий МР процедуру, имеет, по существу, повышенную вероятность испытать остановку сердца по сравнению с членами всех слоев населения.

Пациента, испытывающего остановку сердца, можно реанимировать, используя кардиодефибриллятор, такой как автоматизированный внешний дефибриллятор (АВД). Известно, что немедленное реагирование на экстренную ситуацию, включающее быстрое применение дефибриллятора, играет критическую роль в успешной реанимации пациента. Установлено, что каждая минута задержки в доставке дефибрилляционного шока пострадавшему от остановки сердца снижает шансы на выживание на 10%. (См. http://aed.com/faqs/#q03 (последний доступ 24 июля 2009 года)). В виду такой срочности одобряется наличие исправного дефибриллятора даже в «немедицинских» местах, таких как рабочие места, школы, церкви и т.п., чтобы в случае остановки сердца можно было немедленно использовать дефибриллятор.

Однако дефибриллятор нельзя проносить в МР помещение, поскольку это будет нарушать протоколы безопасности. Вместо этого пациента, испытывающего остановку сердца во время МР процедуры, извлекают из туннеля МР сканера, переносят с кушетки или другого приспособления, служащего опорой МР пациенту, на транспортировочную каталку и везут из МР помещения в место, в котором дефибрилляцию можно безопасно применить к пациенту. Драгоценные секунды и минуты могут быть потеряны во время этой последовательности действий, таким образом, по существу, снижая вероятность успешной реанимации пациента. Сердечно-легочную реанимацию (СЛР) можно благоприятно применять во время транспортировки пациента, но сложно применять СЛР непрерывно во время транспортировки пациента из туннеля МР сканера в место, где можно применять дефибрилляцию. Также известно, что СЛР обычно не реанимирует пациента, испытывающего остановку сердца, но лишь обеспечивает некоторый ток крови к мозгу и другим жизненно важным органам, что задерживает начало повреждения тканей. Кроме того, применение СЛР к слабым или престарелым пациентам может вызвать контузии, переломы ребер или другие физические травмы.

Сущность изобретения

Далее предоставлены новые и улучшенные аппараты и способы, которые преодолевают указанные выше и другие проблемы.

В соответствии с одним из раскрытых аспектов кардиодефибриллятор содержит электрические провода или клеммы, соединенные с или конфигурированные с возможностью соединения с дефибрилляционными электродными площадками, и электрическую цепь, содержащую электрический накопительный элемент и пьезоэлектрический трансформатор, предназначенный для зарядки электрического накопительного элемента до напряжения, эффективного для доставки сердечного дефибрилляционного шока, электрическая цепь сконфигурирована для разрядки электрического накопительного элемента через электрические провода или клеммы для доставки сердечного дефибрилляционного шока в электрические провода или клеммы.

В соответствии с другим раскрытым аспектом кардиодефибриллятор по непосредственно предшествующему абзацу дополнительно содержит схему автоматического управления, выполненную с возможностью: (i) определять состояние сердца на основе электрокардиографического (ЭКГ) сигнала, получаемого по электрическим проводам или клеммам; и (ii) управлять электрической цепью для доставки сердечного дефибрилляционного шока в электрические провода или клеммы при условии, что установленное состояние сердца указывает на остановку сердца, где кардиодефибриллятор определяет автоматизированный внешний дефибриллятора (АВД).

В соответствии с другим раскрытым аспектом кардиодефибриллятор содержит электрические провода или клеммы, соединенные с или конфигурированные с возможностью соединения с дефибрилляционными электродными площадками, и электрическую цепь, содержащую электрический накопительный элемент и трансформатор, который не содержит какие-либо магнитные материалы и предназначен для зарядки электрического накопительного элемента до напряжения, эффективного для доставки сердечного дефибрилляционного шока, электрическая цепь выполнена с возможностью разрядки электрического накопительного элемента через электрические провода или клеммы для доставки сердечного дефибрилляционного шока в электрические провода или клеммы.

В соответствии с другим раскрытым аспектом оснащение для магнитного резонанса содержит магнитно-резонансный сканер, экранированное помещение, содержащее магнитно-резонансный сканер, и кардиодефибриллятор, как изложено в любом одном из трех непосредственно предшествующих абзацев, который расположен в экранированном помещении.

В соответствии с другим раскрытым аспектом устройство содержит электрические провода или клеммы, выполненные с возможностью электрического сообщения с сердцем, и электрическую цепь, содержащую электрический накопительный элемент и пьезоэлектрический трансформатор, скомпонованный для зарядки электрического накопительного элемента, электрическая цепь выполнена с возможностью разрядки электрического накопительного элемента через электрические провода или клеммы для доставки электрической стимуляции в сердце.

Одно преимущество состоит в предоставлении МР-совместимого дефибриллятора.

Другое преимущество состоит в уменьшении задержки между началом остановки сердца пациента, проходящего МР процедуру, и инициацией кардиодефибрилляции, потенциально спасающей жизнь.

Другое преимущество состоит в предоставлении электрического устройства для электрической стимуляции сердца, которое, по существу, невосприимчиво к магнитным полям.

Краткое описание чертежей

Дополнительные преимущества изобретения станут видны специалистам в данной области из нижеследующего подробного описания, со ссылками на чертежи, на которых:

фиг.1 изображает МР оснащение, включая МР сканер, расположенный в экранированном помещении, в котором также расположен кардиодефибриллятор;

фиг.2 схематически изображает дефибриллятор с фиг.1;

фиг.3 и 4 схематически изображают варианты осуществления электрической цепи с фиг.2.

Описание вариантов воплощения изобретения

Как показано на фиг.1, оснащение для магнитного резонанса включает магнитно-резонансный (МР) сканер 10, расположенный в экранированном помещении 12 (схематически показано на фиг.1 в виде пунктирного параллелепипеда). Изображенный магнитно-резонансный сканер 10 представляет собой сканер Achieva^TM MR компании Koninklijke Philips Electronics N.V. (Eindhoven, Netherlands); однако, можно использовать, по существу, любой МР сканер. Как известно в данной области, МР сканер 10 генерирует сильное магнитное поле в туннеле B МР сканера 10. Магнитное поле в туннеле зависит от конструкции МР сканера 10, но обычно находится в диапазоне между около 0,1 Тл и 7,0 Тл или выше. Также ожидают, что магнитные поля рассеяния выходят на значительное расстояние за пределы туннеля B. МР сканер 10 также восприимчив к радиочастотным помехам (РЧП), а также может генерировать РЧП, которые могут нарушать работу других близкорасположенных электронных систем. Экранированное помещение 12 обеспечивает электромагнитное экранирование РЧП и необязательно также включает магнитное экранирование, чтобы предотвратить проникновение магнитных полей рассеяния за пределы экранированного помещения 12. Дверь или другой вход 14 обеспечивает доступ к экранированному помещению 12. Несмотря на то, что изображен один вход 14, также предусмотрено несколько входов. Пациента приводят через вход 14 к МР сканеру 10 и помещают на кушетку или другую опору 16 субъекта МР сканера 10 для визуализации. Опора 16 субъекта типично содержит перемещаемый поддон (не показан подробно), который позволяет разместить пациента на опоре 16 субъекта, которую переместят внутрь туннеля B и точно расположат внутри него, для МР визуализации, МР спектроскопии или другой МР процедуры.

Предпочтительно протокол безопасности предписывает, какие предметы допускаются в экранированное помещение 12. Протокол безопасности исключает любые предметы, которые содержат магнитные материалы, вследствие вероятности того, что магнитный материал может вредоносно взаимодействовать с МР сканером 10. Протокол безопасности также распространяется на медицинских пациентов, субъектов медицинского скрининга, ветеринарные субъекты, неодушевленные субъекты, такие как археологические мумии или другие субъекты, которые можно выбрать для прохождения МР процедуры с использованием МР сканера 10. Типичный протокол безопасности для медицинского оснащения может включать: (1) опрос субъекта относительно любых возможных хирургических имплантатов (таких как водители ритма, ортопедические имплантаты или т.д.); (2) требование удалить все металлические объекты с пациента перед входом в экранированное помещение 12; и (3) использование металлодетектора (не показан) на входе 14 для обнаружения любого металла, который мог быть непреднамеренно пропущен в процедурах (1) и (2). Указанный выше протокол безопасности предназначен для того, чтобы устранить не только магнитный материал, но и в целом любой металл или другой электропроводный материал, поскольку электропроводный материал, расположенный в туннеле B, может способствовать вихревым токам, генерируемым меняющимися во времени магнитными полями, которые могут вызывать нагревание и возможно причинить вред субъекту.

Проиллюстрированное МР оснащение также включает кардиодефибриллятор 20. Кардиодефибриллятор представляет собой инструмент, выполненный с возможностью доставки сердечного дефибрилляционного шока пациенту, испытывающему остановку сердца. С этой целью кардиодефибриллятор 20 содержит пару электродных площадок 22, соединенных с или выполненных с возможностью соединения с кардиодефибриллятором 20 через электрические провода или клеммы 24. Электродные площадки 22 выполнены с возможностью создавать внешний электрический контакт с туловищем и необязательно содержат адгезив или другую крепежную конструктивную особенность (не проиллюстрировано) для надежного прикрепления к туловищу. Туловище - это обычно туловище человека, испытывающего остановку сердца, хотя также предусмотрено туловище собаки, кошки или другое туловище, как в случае ветеринарного субъекта, испытывающего остановку сердца. Число электродных площадок 22 (и таким образом число соответствующих электрических проводов или клемм 24) обычно равно двум для того, чтобы сделать возможной доставку дефибрилляционного шока через туловище субъекта; однако, также предусмотрено использование трех или более электродных площадок (и соответствующих электрических проводов или клемм), например, чтобы доставлять электрический шок желаемого профиля. Электрические провода или клеммы 24 могут содержать электрические разъемы (например, гнезда или т.п.), в которые разъемно подключают кабели электродных площадок 22 (как в случае модульных или заменяемых электрических площадок), или могут представлять собой электропроводные провода, которые прикреплены к электродным площадкам 22 и находятся в электрическом контакте с ними (как в случае электродных площадок с жестким монтажом).

Проиллюстрированный кардиодефибриллятор 20 представляет собой автоматизированный внешний дефибриллятор (АВД). АВД представляет собой кардиодефибриллятор, который содержит электрическую цепь, выполненную с возможностью: (i) определять состояние сердца на основе электрических сигналов, полученных на электрических клеммах 24 через электродные площадки 22, и (ii) доставлять сердечный дефибрилляционный шок через электрические клеммы 24 при условии, что установленное состояние сердца указывает на остановку сердца. Проиллюстрированный АВД также содержит пользовательский интерфейс в форме дисплея 26 для того, чтобы сообщать рабочие инструкции пользователю. Пользовательский интерфейс может, например, информировать пользователя о целесообразности дефибрилляции и в случае целесообразности может инструктировать пользователя относительно того, как применять дефибрилляционный шок (например, сообщать пользователю, что никто не должен касаться субъекта, когда доставляют дефибрилляционный шок). Вместо проиллюстрированного дисплея 26 или в дополнение к нему пользовательский интерфейс может содержать громкоговоритель или другое устройство вывода и необязательно может содержать одну или несколько кнопок, клавиш или других устройств ввода для пользователя. Например, в сочетании с проиллюстрированным дисплеем 26 АВД 20 может содержать кнопку 28, которую пользователь должен нажать для того, чтобы подать дефибрилляционный шок. Пользовательский интерфейс также может использовать синтезатор речи для автоматической вербальной передачи рабочих инструкций пользователю.

Также на фиг.1 и, кроме того, на фиг.2 показано, что кардиодефибриллятор 20 содержит источник энергии, а в иллюстративном примере конкретно батарею 30, которая приводит в действие электрическую цепь 32, которая создает эффективное напряжение для доставки сердечного дефибрилляционного шока и разряжает напряжение через электрические провода или клеммы 24 для того, чтобы доставить сердечный дефибрилляционный шок через электрические провода или клеммы. Как описано в настоящем документе, конструируя электрическую цепь 32 так, чтобы она была немагнитной (то есть, используя немагнитные материалы и, в частности, не используя ферромагнитные материалы), кардиодефибриллятор 20 делают МР-совместимым, и его можно хранить в экранированном помещении 12, в котором расположен МР сканер 10. На фиг.1 кардиодефибриллятор 20 установлен на внутренней стене экранированного помещения 12 для того, чтобы находиться в отдалении и при этом быть в непосредственном доступе в том случае, если пациент испытает остановку сердца. Также предусмотрены другие схемы расположения, например размещение кардиодефибриллятора на столе и так далее.

Для реализации автоматизированных аспектов иллюстративного АВД 20 схему автоматического управления 34 питает батарея 30 через подходящие силовые преобразователи 36 и ее выполняют с возможностью (i) определять состояние сердца на основе электрических сигналов, получаемых на электрические провода или клеммы 24, и (ii) управлять электрической цепью 32 для доставки сердечного дефибрилляционного шока через электрические провода или клеммы 24 при условии, что установленное состояние сердца указывает на остановку сердца. Иллюстративная схема 34 автоматического управления реализована в виде микропроцессора или микроконтроллера со связанными схемами, такими как: одна или несколько микросхем памяти; постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), стираемое ПЗУ (EPROM) или т.п., которое хранит инструкции встроенного программного обеспечения для исполнения процессором; аналого-цифровой (A/D) преобразователь для считывания ЭКГ сигнала или т.п.

Для того чтобы позволить электрическим проводам или клеммам 24 функционировать как в качестве проводов датчиков для определения состояния сердца, так и в качестве электрических проводников для доставки дефибрилляционного шока, переключатели 40a, 40b, 40c, 40d избирательно соединяют электрические провода или клеммы 24 или с электрической цепью 32 (для доставки дефибрилляционного шока), или со входом электрокардиографа (ЭКГ) 42 схемы 34 автоматического управления.

В процессе работы схема 34 автоматического управления устанавливает переключатели 40a, 40b, 40c, 40d на соединение входа ЭКГ 42 с электрическими проводами или клеммами 24 и анализирует ЭКГ, чтобы определить, произошла ли у субъекта остановка сердца. Если этот анализ указывает на остановку сердца, то схема 34 автоматического управления инициирует в электрической цепи 32 создание напряжения, эффективного для доставки сердечного дефибрилляционного шока, информирует пользователя посредством дисплея 26, что следует применять дефибрилляцию, и необязательно предоставляет другие инструкции, например, инструктирует пользователя не трогать субъекта во время дефибрилляции. Когда заряжают электрическую цепь 32, схема 34 автоматического управления устанавливает переключатели 40a, 40b, 40c, 40d на соединение электрической цепи 32 с проводами или клеммами 24 и инициирует на дисплее 26 сообщение пользователю нажать кнопку 28 для того, чтобы применить дефибрилляционный шок. После нажатия пользователем кнопки 28 электрическая цепь 32 разряжается через провода или клеммы 24 с тем, чтобы доставить через электрические провода или клеммы 24 дефибрилляционный шок в сердце и туловище субъекта, испытывающего остановку сердца. После доставки дефибрилляционного шока схема 34 автоматического управления возвращает в исходное положение переключатели 40a, 40b, 40c, 40d, чтобы повторно соединить вход ЭКГ 42 с электрическими проводами или клеммами 24, и снова анализирует ЭКГ, чтобы определить, остановлено ли все еще у субъекта сердце. Если у субъекта сердце все еще остановлено, то схема 34 автоматического управления снова инициирует в электрической цепи 32 создание напряжения, эффективного для доставки сердечного дефибрилляционного шока, и продолжает инструктировать пользователя для доставки другого дефибрилляционного шока.

Кардиодефибриллятор 20, проиллюстрированный на фиг.1 и 2, представляет собой АВД. Однако также предусмотрен кардиодефибриллятор 20, который представляет собой более стандартное (или, альтернативно, менее автоматизированное) устройство, которое не обеспечивает мониторинг и анализ ЭКГ или пользовательские инструкции. Например, кардиодефибриллятор может не содержать компоненты ЭКГ пользовательского интерфейса 26, 28, переключатели 40a, 40b, 40c, 40d и может содержать упрощенную управляющую цепь, достаточную для инициации в электрической цепи 32 создания заряда, эффективного для доставки сердечного дефибрилляционного шока, и разрядки через провода или клеммы 24 с тем, чтобы доставить дефибрилляционный шок.

Включение магнитного материала в дефибриллятор, как правило, снимает с дефибриллятора допуск в экранированное помещение 12, в котором расположен МР сканер 10. Это связано с опасением того, что магнитный материал может вредоносно взаимодействовать с магнитным полем МР сканера 10. Например, магнитный материал может быть с силой затянут в туннель B и со значительной силой столкнуться со стенкой туннеля, таким образом вызывая повреждение МР сканера 10 и/или дефибриллятора и/или травму субъекта, который оказался размещенным в туннеле B. Кроме того, в настоящем документе принимают во внимание то, что дефибриллятор может не работать правильно в присутствии магнитного поля рассеяния. Действительно, магнитное поле всего лишь приблизительно 0,1 Тл может вызывать насыщение железного сердечника трансформатора, таким образом приводя к отказу дефибриллятора. Более слабые магнитные поля могут создавать нехарактерные действия трансформатора и нарушать работу дефибриллятора. Неисправности или отказы дефибриллятора при использовании во время остановки сердца являются нежелательными.

Соответственно, кардиодефибриллятор 20 содержит немного магнитного материала и предпочтительно не содержит магнитный материал. В частности, в электрической цепи 32 не используют стандартный трансформатор, содержащий ферромагнитный сердечник. Кроме того, в электрической цепи 32 не используют трансформатор с воздушным сердечником, поскольку трансформатор с воздушным сердечником не эффективен для быстрого создания напряжения, эффективного для доставки сердечного дефибрилляционного шока.

На фиг.3 и 4 представлены два иллюстративных варианта осуществления подходящих электрических цепей 32a, 32b, каждую из которых можно использовать в качестве электрической цепи 32 в кардиодефибрилляторе 20 с фиг.1 и 2. В обеих иллюстративных электрических цепях 32a, 32b пьезоэлектрический трансформатор 50 скомпонован, чтобы заряжать электрический накопительный элемент 52, а именно накопительный конденсатор в варианте осуществления на фиг.3, до напряжения, эффективного для доставки сердечного дефибрилляционного шока. Пьезоэлектрический трансформатор 50 благоприятно не содержит какие-либо магнитные материалы или какие-либо ферромагнитные материалы и не имеет магнитного сердечника, который может быть насыщен окружающим магнитным полем. В основном, пьезоэлектрические трансформаторы не притягиваются или не повреждаются сильными магнитными полями. Пьезоэлектрический трансформатор содержит керамический материал, или другой материал, или совокупность материалов (например, многослойную структуру), которые проявляют выраженный пьезоэлектрический эффект. Этот материал или совокупность материалов, проявляющих выраженный пьезоэлектрический эффект, обозначен в настоящем документе как пьезоэлектрический сердечник 54. Электрическое напряжение входного переменного тока подают через входные клеммы 56 пьезоэлектрического трансформатора на пьезоэлектрический сердечник 54. Выраженный пьезоэлектрический эффект пьезоэлектрического сердечника 54 преобразует электрическое напряжение входного переменного тока в механическую вибрацию. На выходной клемме 58, также соединенной с пьезоэлектрическим сердечником 54, эти вибрации преобразуются обратно в более высокое выходное электрическое напряжение, которое представляет собой увеличенный выходной ток пьезоэлектрического трансформатора. Некоторые пьезоэлектрические трансформаторы, подходящие для применения в качестве пьезоэлектрического трансформатора 50, включают: многослойные пьезоэлектрические трансформаторы Розена, доступные в компании Noliac North America (Atlanta, GA, USA); пьезоэлектрические трансформаторы, сконструированные для подсветки LCD, доступные в компании Panasonic Corporation of North America (Secaucus, New Jersey, USA); и керамические многослойные пьезоэлектрические трансформаторы, доступные в компании Steiner & Martins, Inc. (Miami, Florida, USA). Также можно использовать другие пьезоэлектрические трансформаторы.

Более высокое выходное напряжение пьезоэлектрического трансформатора 50 представляет собой напряжение переменного тока. Выпрямитель 60 включен между пьезоэлектрическим трансформатором 50 и электрическим накопительным элементом 52 для выпрямления выходного переменного тока пьезоэлектрического трансформатора 50 для того, чтобы предоставить напряжение постоянного тока (возможно, с большой составляющей пульсации) для зарядки электрического накопительного элемента 52. Иллюстративный выпрямитель 60 сконструирован из двух высоковольтных диодов, но также предусмотрены выпрямители с другими топологиями, включая как выпрямитель с однополупериодной топологией, так и выпрямитель с двухполупериодной топологией. Зарядный блок 62, содержащий пьезоэлектрический трансформатор 50 и выпрямитель 60, необязательно дублируют параллельно для того, чтобы предоставить более высокую зарядную емкость, с этой целью можно продублировать всю цепь 32a, 32b.

Входное переменное электрическое напряжение, подаваемое на входные клеммы 56 пьезоэлектрического трансформатора, генерирует задающий участок цепи. В варианте осуществления на фиг.3 в задающем участке цепи 66a используют двукратную топологию, в которой задействованы два понижающих напряжения транзистора MOSFET и две индуктивности накопления энергии с воздушными сердечниками (которые, таким образом, являются немагнитными). Также можно использовать другие задающие топологии, такие как топология задающего участка цепи 66b усилителя «класса A», использованная в иллюстративной электрической цепи 32b, которая содержит MOSFET драйверы верхнего уровня/нижнего уровня. Еще одна задающая топология, указанная в качестве дополнительного примера, но не проиллюстрированная, представляет собой топологию драйвера с одним MOSFET, также предпочтительно с использованием только индуктивностей с воздушным сердечником, чтобы избежать включения магнитного материала в задающую цепь.

Входное переменное электрическое напряжение, подаваемое на входные клеммы 56 пьезоэлектрического трансформатора, предпочтительно находится на резонансной частоте пьезоэлектрического сердечника 54, чтобы сделать эффективность преобразования напряжения максимальной. С этой целью стабилизирующий частоту участок 70 цепи содержит контур 72 фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), чувствительный резистор 74 и компоненты усиления и фильтрации 76, которые функционируют для обеспечения того, что пьезоэлектрический трансформатор 50 близок к резонансу за счет управления частотой, подаваемой в задающую цепь 66a, 66b. Пригодный подход стабилизации частоты состоит в фильтрации и усилении первичного задающего сигнала с использованием полосового фильтра и генерации фильтрованного, усиленного сигнала из чувствительного резистора 74. Фазу двух входных сигналов сравнивают и корректируют частоту сигнала в задающую цепь 66a, 66b. Этот подход к стабилизации работает, поскольку, когда напряжение и ток совпадают по фазе, пьезоэлектрическое устройство 50 приводится в действие на его резонансной частоте.

Для полноты, на каждой из фиг.3 и 4 также схематически изображена часть 84 схемы 34 автоматического управления, которая содержит управляющий зарядом участок 86 цепи и масштабирующий напряжение участок 88 цепи. Управляющий зарядом участок 86 цепи функционирует для активации зарядки электрического накопительного элемента 52, инициируя стабилизацию стабилизирующего частоту участка 70 цепи на резонансной частоте пьезоэлектрического трансформатора 50. Также предусмотрены другие подходы к включению или выключению зарядки. Масштабирующий напряжение участок 88 цепи размещен параллельно электрическому накопительному элементу 52 для того, чтобы управлять величиной напряжения, на которую заряжают электрический накопительный элемент 52. При дефибрилляции это напряжение должно быть эффективным для доставки сердечного дефибрилляционного шока, и в некоторых вариантах осуществления это напряжение находится в диапазоне 1500-5000 В при постоянном токе, хотя также предусмотрены более высокие и более низкие напряжения.

Возвращаясь к фиг.1, кардиодефибриллятор 20 описан в отношении иллюстративного МР оснащения. Однако следует принимать во внимание, что кардиодефибриллятор 20 эффективен в любом положении, в котором кардиодефибриллятор 20 может встретиться со значительным магнитным полем. Кроме того, несмотря на то, что проиллюстрирован внешний кардиодефибриллятор, следует понимать, что кардиодефибриллятор также может представлять собой имплантированный дефибриллятор. Кроме того, раскрытые аппараты предусмотрены для использования в других экспериментальных или имплантируемых электронных устройствах, которые электрически стимулируют сердце, таких как водители сердечного ритма, в такой мере, в какой такие устройства могут эффективно использовать электрическую цепь, содержащую электрический накопительный элемент, скомпонованный для зарядки и затем разрядки через электрические провода или клеммы для доставки электрической стимуляции в сердце.

Например, в случае имплантируемого водителя сердечного ритма (не проиллюстрирован), электрические провода или клеммы соответственно находятся в тесном контакте с сердцем (а не находятся в контакте через электродные площадки 22, которые образуют внешний электрический контакт с туловищем с тем, чтобы доставить сердечный дефибрилляционный шок в сердце через туловище), и масштабирующий напряжение участок цепи соответствующим образом выполняют с возможностью управления величиной напряжения, на которую заряжают электрический накопительный элемент с тем, чтобы доставить электрическую стимуляцию с более низким напряжением в сердце, обеспечивая эффект ведения сердечного ритма вместо дефибрилляции. Такой имплантируемый водитель сердечного ритма, по существу, невосприимчив к магнитным полям и, таким образом, является МР-совместимым, а также позволяет субъекту, которому имплантировали такое устройство, участвовать в других видах активности, в которые может быть вовлечено магнитное взаимодействие, таких как электросварка, работа рядом с высоковольтным генерирующим или передающим оборудованием или т.д.

В этой заявке описаны один или несколько предпочтительных вариантов осуществления. Модификации и изменения возможны после прочтения и осмысления предшествующего подробного описания. Подразумевают, что данную заявку следует толковать как включающую все такие модификации и изменения в такой мере, в какой они входят в объем приложенной формулы изобретения или ее эквивалентов.

Claims

1. Наружный кардиодефибриллятор, содержащий:
электродные площадки (22), сконфигурированные для формирования внешнего электрического контакта с туловищем с тем, чтобы доставить сердечный дефибрилляционный шок в туловище,
электрические провода или клеммы (24), соединенные с или конфигурированные для соединения с дефибрилляционными электродными площадками (22); и
электрическую цепь (32, 32а, 32b), содержащую электрический накопительный элемент (52) и пьезоэлектрический трансформатор (50), который не содержит магнитного материала и предназначен для зарядки электрического накопительного элемента до напряжения, эффективного для доставки сердечного дефибрилляционного шока, а электрическая цепь сконфигурирована для разрядки электрического накопительного элемента через электрические провода или клеммы для доставки сердечного дефибрилляционного шока в электрические провода или клеммы.

2. Наружный кардиодефибриллятор по п. 1, в котором электрический накопительный элемент (52) содержит накопительный конденсатор.

3. Наружный кардиодефибриллятор по любому из пп. 1 или 2, в котором электрическая цепь содержит контур (72) фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ, сконфигурированный для поддержания пьезоэлектрического трансформатора на резонансной частоте.

4. Наружный кардиодефибриллятор по п. 1, дополнительно содержащий:
схему (34, 84) автоматического управления, сконфигурированную для (i) определения состояния сердца на основе электрокардиографического ЭКГ сигнала, получаемого на электрические провода или клеммы (24), и (ii) управления электрической цепью (32, 32а, 32b) для доставки сердечного дефибрилляционного шока в электрические провода или клеммы при условии, что установленное состояние сердца указывает на остановку сердца, причем наружный кардиодефибриллятор (20) определяет автоматизированный наружный дефибриллятор АВД.

5. Наружный кардиодефибриллятор по п. 4, дополнительно содержащий:
пользовательский интерфейс (26, 28), посредством которого автоматизированный наружный дефибриллятор АВД (20) сообщает рабочие инструкции пользователю.

6. Наружный кардиодефибриллятор по п. 1, в котором наружный кардиодефибриллятор (20) не содержит какие-либо магнитные материалы.

7. Наружный кардиодефибриллятор по п. 1, в котором наружный кардиодефибриллятор (20) не содержит ферромагнитный материал.

8. Наружный кардиодефибриллятор по п. 1, в котором каждая электрическая цепь (32, 32а, 32b) содержит пьезоэлектрический трансформатор (50), предназначенный для зарядки электрического накопительного элемента (52) до напряжения, эффективного для доставки сердечного дефибрилляционного шока.

9. Наружный кардиодефибриллятор по п. 1, в котором электрическая цепь (32, 32а, 32b) содержит:
задающую цепь (66а, 66b), приводящую в действие пьезоэлектрический трансформатор (50); и
стабилизирующий частоту участок (70) цепи, содержащий контур (72) фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ, сконфигурированный для поддержания пьезоэлектрического трансформатора на резонансной частоте посредством управления задающей цепью.

10. Наружный кардиодефибриллятор по п. 1, в котором электрическая цепь (32, 32а, 32b) содержит выпрямитель (60), электрически подключенный между выходом (58) пьезоэлектрического трансформатора (50) и электрическим накопительным элементом (52).

11. Наружный кардиодефибриллятор по п. 1, в котором электрическая цепь содержит индукторы, причем указанные индукторы содержат только индукторы без сердечника.