CN101115525A - 具有在形成治疗双相波形中使用的离散感测脉冲的自动外部除颤器（aed） - Google Patents

Abstract

一种具有在形成治疗双相波形中使用的离散感测脉冲的自动外部除颤器(AED)。该感测脉冲用于在释放治疗波形之前确定病人特定参数(例如，胸廓阻抗)。除颤器在向病人释放治疗波形之前基于病人特定参数调整该治疗波形。

Description

具有在形成治疗双相波形中使用的离散感测脉冲的自动外部除颤器（AED）

未决在先专利申请的参照

本专利申请要求于2004年11月24日由Kyle R.Bowers提交的，发明名称为AUTOMATIC EXTERNAL DEFIBRILIATOR WITH BIPHASICWAVEFORM AND DISCRETE SENSING PULSE(Attorney’s Docket No.ACCESS-7 PROV)，系列号为No.60/630,894的未决在先美国专利申请的利益，该专利申请的内容引入在此作为参考。

技术领域

本发明一般涉及产生在形成治疗双相波形中使用的离散感测脉冲的除颤器系统和方法。

背景技术

每年只是在美国由于心搏骤停(SCA)就会导致约350,000人的死亡。在世界范围内由于SCA的死亡相信至少是美国发生率的两倍。如果在SCA发作的3-5分钟内施放有效除颤，就可防止许多这种死亡。

SCA是异常心率、脉搏缺失和没有呼吸的发作状态，导致意识丧失。如果在几分钟内不恢复正常脉搏，典型会出现死亡。SCA更常见地由于心室纤颤(VF)而导致，心室纤颤是导致心肌颤动不协调的无序心率。心肌收缩协调的缺乏导致大脑和其它器官的血流供血不足。如果不终止这种无序心率，使心脏恢复其自己的正常节率，就会通常导致死亡。除颤器通过产生快速、高电流电脉冲来完成这项工作，该电脉冲施加到病人时，立刻使心脏停止，允许心脏的电化学系统恢复。

快速除颤是恢复正常心率并防止SCA后由于心室纤颤导致的死亡的唯一有效手段。对于在SCA发作后经过的每一分钟，死亡率通常增加10％。如果心脏在1-2分钟内得到除颤，生存率可以高达90％或更高。若延迟约7-10分钟，则生存率下降到10％以下。因此，VF的唯一有效解决方案是尽早的除颤。

自动外部除颤器(AED)可提供早期除颤手段，但它们必须：(i)易于使用从而可以由大范围的第一回应者操纵它们；(ii)它们必须是便携式的从而能够易于携带到SCA患者身旁；并且(iii)易于维护以确保高可靠性。此外，AED必须是令人买得起的，从而它们能够广泛投入使用并当出现SCA事件时容易获得。

AED需要便携式能源，从而设备能够快速投入使用以及时治疗SCA患者。通常，患者可能位于远处或难于到达的位置，这使得体积紧凑的便携式AED对于警察、医疗急救服务部门(EMS)、搜救队和其它抢救或急救服务部门是最有用的。

AED必须基于病人的特定胸廓阻抗调整施加到病人的治疗电击参数(例如，电压和/或电流)。胸廓阻抗通常随病人的不同而变化，因此，除颤器必须在除颤前采用感测脉冲测量病人的胸廓阻抗，然后在向病人释放电击之前调整除颤电压，或者在除颤期间测量病人的胸廓阻抗，然后试图在向病人释放电击期间调整治疗波形。

一些现有技术的除颤器在除颤之前首先测量病人的胸廓阻抗，然后在向病人释放治疗波形(即，能够对病人进行除颤的电击)之前，基于所测得的胸廓阻抗使除颤器的电容器充电至预定电压。然而，这种方法导致AED的尺寸和复杂性都增加了。其它的现有技术的除颤器在波形的治疗部分期间或在积分成治疗波形的预脉冲期间，基于病人特定参数调整波形。如本领域所公知的，许多除颤器还试图控制波形的“斜度”(即，电容器放电的速度)。这种技术的缺点是，斜度控制必须在波形的治疗部分期间完成，这增加了波形控制器的复杂性。

较早的现有技术除颤器采用预设电压而且不控制或限制病人的峰值电流。该技术对低阻抗病人可以生成高峰值电流，这可能导致心肌损伤。

因此，需要一种产生在形成治疗双相波形中使用的离散感测脉冲的新颖的、改进的除颤器系统和方法。

发明内容

本发明是一种产生在形成治疗双相波形中使用的离散感测脉冲的除颤器系统和方法。

更具体地，该感测脉冲独立于治疗波形且用于确定病人的胸廓阻抗。该感测脉冲在施加治疗波形之前采用大的信号电流电平来准确测量病人的胸廓阻抗。该感测脉冲持续时间短，与治疗波形具有足够的时间间隔，从而不会对治疗波形做出贡献，并且所包含的能量不足以使其自身对病人进行除颤。

根据本发明的一个方面，AED具有控制器系统，该控制器系统包括微处理器、存储器、模数转换器(ADC)和控制AED的功能的其它电路。

根据本发明的另一方面，AED的控制器系统包含闪存、RAM和EEPROM存储器。

根据本发明的另一方面，AED包含电池组、高压电容器、为电容器充电的电路和释放双相波形和离散感测脉冲的电路。

根据本发明的另一方面，AED包含一组从除颤器直接施加到病人上的垫片(即，电极)。这些垫片包括附着到病人皮肤上并对病人胸部提供良好电连接性的导电水凝胶。除颤器在电极处产生电压电势，其引起流过病人胸部的电流。

根据本发明的另一方面，除颤器包括LCD显示器、语音播放电路、音频放大器和在进行抢救期间引导使用者的扬声器。预先确定的讲稿进行音频和/或视频播放，并向用户发出AED使用步骤的指令和提供病人护理。

根据本发明的另一方面，控制器系统包含感测流过病人的电流的电路。

根据本发明的另一方面，控制器系统包含感测施加于病人的电压的电路。

根据本发明的另一方面，除颤器系统具有电流过载保护电路系统，该电路限制向病人释放的峰值电流并且保护除颤器的高压电路。

根据本发明的另一方面，除颤器具有用于记录自测试信息和结果以及记录关于设备在抢救期间的信息的可移动闪存卡。

根据本发明的另一方面，除颤器在闪存卡上存储病人的心电图数据以供事后回顾心律。

根据本发明的另一方面，除颤器具有音频记录电路系统并将抢救的音频数据存储在闪存卡上，其可回放以供事后回顾。

根据本发明的另一方面，除颤器控制器在闪存卡上存储关于治疗波形的信息。

根据本发明的另一方面，除颤器具有响应信号输入使设备打开或关闭的电源控制电路系统。

根据本发明的另一方面，除颤器具有带中断的实时时钟，该中断使电源控制电路系统能够打开设备。

根据本发明的另一方面，除颤器包含系统监视电路，该系统监视电路在微处理器崩溃事件发生时使控制器系统复位。

根据本发明的另一方面，除颤器包含控制除颤器的按钮。

根据本发明的另一方面，AED进行自测试以确保正常的功能和设备备用性。采用状态指示器通知用户设备的备用性。该状态指示器基于所进行的自测试的结果，是听觉和/或视觉的。

在本发明的一种形式中，提供一种有选择地向病人释放治疗双相波形的除颤器，该除颤器包括：

用于向病人施加离散感测脉冲并测量返回信号以在释放治疗双相波形之前确定病人特定参数的装置；和

向病人施加治疗双相波形的装置，其中在向病人释放治疗双相波形之前根据所测得的病人特定参数调整治疗双相波形。

在本发明的另一种形式中，提供一种有选择地向病人释放治疗双相波形的方法，该方法包括

向病人施加离散感测脉冲并测量返回信号以在释放治疗双相波形之前确定病人特定参数；和

向病人施加治疗双相波形，其中在向病人释放治疗双相波形之前根据所测得的病人特定参数调整治疗双相波形。

附图说明

通过下面与附图一起考虑的本发明优选实施例的详细描述，本发明的这些和其它目的和特点将得到全面的公开或清楚再现，附图中相同的标号表示相同的部分，且其中：

图1是除颤器和附着到病人身上的电极的示意图；

图2是除颤器部件的框图；

图3A和图3B是来自示波器的屏幕显示，其表示360焦耳除颤器波形的两种不同构型；

图4是在阻抗范围内的除颤器感测脉冲电流的图形；

图5是示出电容器堆叠和用于200J治疗波形的治疗波形参数的实例的表格；

图6是示出电容器堆叠和用于360J治疗波形的治疗波形参数的实例的表格。

具体实施方式

本发明是产生在形成治疗双相波形中使用的离散感测脉冲的系统和方法。

如图l所示，病人通过一对直接附着到病人胸部的皮肤上的电极连接到AED。除颤器利用电极向病人提供除颤电击，此时脉冲电流流过病人的心脏。AED还利用电极首先从病人感测ECG信号，从而确定病人心脏的状态(即，是否可电击)。电极包含导电水凝胶，其将垫片固定到病人皮肤上并提供良好的导电性。电极的终端连接一连接器，其通常在垫片已施加到病人身上之后连接到除颤器。

在本发明的优选实施例中，电极被密封在位于AED单元的盖内的托盘中。电极在使用后被丢弃并且更换托盘。

现在参见图2，其示出AED部件的框图。AED包含控制器系统，该系统包括但不限于微处理器(微控制器)、可编程逻辑设备(PLD)、存储器和模数转换器(ADC)。在本发明的一个优选实施例中，微处理器执行命令以：(i)采样数据；(ii)将数据存储到存储器；和(iii)处理数据。在优选实施例中，可编程逻辑设备(PLD)控制到模数转换器(ADC)的接口并将采样数据存储到本地存储器缓冲器。然后，可编程逻辑设备(PLD)通过连接在微处理器和PLD之间的数据总线中断微处理器以对包含在缓冲器中的数据进行采样。微处理器还可直接连接至模数转换器(ADC)并利用内部定时或中断用于采样数据。此外，微处理器可以是微控制器并在一个单个芯片上具有存储器、模数转换器(ADC)和其它外围设备。

模数转换器(ADC)连接至用于测量病人心电图(ECG)、病人胸廓阻抗、AED温度、AED电容器充电电路、流过病人的电流、施加到病人的电压的电路，以及其它模拟电路。

AED还包含用于生成除颤电击的常规电部件，包括但不限于电池组、电容器充电电路、高压电容器和H-桥电路。

在本发明的优选实施例中，PLD控制：(i)充电电路(ii)使电容器充电至目标电压电平；(iii)充电更新；和(iv)滞后。

在本发明的优选实施例中，除颤器采用电容器堆叠电路技术，基于先前确定的病人胸廓阻抗来控制由AED向病人释放的电压电平(并由此控制电流)。

在本发明的另一优选实施例中，PLD控制波形释放系统，该波形释放系统包括但不限于H桥电路和电容器堆叠电路。

在本发明优选实施例中，除颤器包含可移动闪存卡。除颤器利用闪存卡存储有关数据。这些数据的实例包括但不限于病人ECG数据，病人胸廓阻抗，除颤器自测试结果，环境数据，设备使用数据，诊断信息，治疗波形数据和其它相关设备数据。

在本发明的优选实施例中，闪存卡是多媒体卡。在其它的优选实施例中，闪存卡可以是小型闪存、同步数字或类似闪存卡类型。

除颤器还可包含LCD屏幕、语音合成器和用于在设备使用期间指导抢救者的扬声器。语音合成器和扬声器还能够产生音调。这些部件还可用于状态指示器系统。LCD屏幕和音调用于通知用户自测试结果、所采取的潜在用户行动和关键性自测试失败时的错误代码。潜在用户行动的实例是在试图对病人进行除颤之前更换没电的电池。用户行动的另一个实例是在将设备恢复成使用之前更换过期垫片。

除颤器还包含多个用户控制按钮。这些按钮包括但不限于电源按钮、电击按钮和一个或多个专用按钮。本发明的优选实施例包括手动控制除颤器的按钮。

除颤器还包含用于记录抢救者的声音和其他声音事件的音频记录电路。音频记录电路包含小型麦克风和用于压缩和缓冲音频数据的数字记录集成电路(IC)。控制器系统从记录IC的缓冲器中读取数据并将该数据存储到可移动闪存卡上。

传统除颤器在波形的治疗部分或在积分成治疗波形的预脉冲(即对治疗波形做出贡献的预脉冲)期间，基于病人特定参数来调整治疗波形。许多除颤器还另外在释放治疗波形期间试图控制波形的“斜度”(即电容器放电的速率)。

在本发明的优选实施例中，感测脉冲独立于治疗波形(即，感测脉冲不对治疗波形做出贡献)。在感测脉冲期间测量取决于病人的参数，并且在释放治疗波形之前做出关于治疗波形的决定。

在本发明的优选实施例中，感测脉冲用于确定病人的胸廓阻抗。该感测脉冲在施加治疗波形之前采用大信号电流电平来准确确定该参数。感测脉冲持续时间短，与治疗波形具有足够的时间间隔，从而不会对治疗波形做出贡献，并且其自身不包含足够对病人进行除颤的能量。图3A和3B是根据本发明所生成的感测脉冲和治疗波形的图解。感测脉冲未使高压电容器充分放电，从而使电容器处于基本上满充电状态。

在本发明的优选实施例中，感测脉冲的持续时间为一毫秒。然而，感测脉冲的持续时间可以更短。如本领域技术人员所意识到的，感测脉冲持续时间仅需要足以使控制器对流过病人的电流进行采用和/或一旦处于稳定状态的电压进行采样的长度即可。

在本发明的优选实施例中，控制器采用对感测脉冲的返回信号的单采样来确定病人阻抗以及由此的合适的治疗波形参数。在本发明的另一实施例中，控制器采用感测脉冲的返回信号的几个采样来产生平均结果，然后该平均结果用于确定病人阻抗以及由此的合适的治疗波形参数。

在本发明的优选实施例中，感测脉冲远离治疗波形至少一毫秒。在本发明的另一方面，感测脉冲可以离治疗波形更远。此外，在本发明的其它方面，感测脉冲可以在一定程度上靠近治疗波形。将会意识到，感测脉冲的电压和感测脉冲的持续时间一起确定使感测脉冲与治疗波形之间的时间间隔，该时间间隔是区分开感测脉冲和治疗波形所需要的。

在本发明的优选实施例中，除颤器可以可选择地不释放治疗波形。如本领域技术人员可意识到的，由于感测脉冲的结果，控制器可以不向病人施行治疗，因为：(i)感测脉冲电流太高，其可能指示过电流(垫片短路)状态；或(ii)感测脉冲电流太低，其可能指示可能由于垫片从病人身上脱落而导致的开路。

感测脉冲电流在图4的图形中示出。该电流是在除颤器的病人阻抗范围内绘制的。如本领域所公知的，典型的病人阻抗范围为60至100欧姆。

在本发明的优选实施例中，除颤器采用可堆叠在一起的六个高压电容器。病人的阻抗越高，堆叠的电容器越多。如本领域所公知的，除颤器采用开关来设置电容器的串联和/或并联，从而获得所需要的“点火”配置。

除颤器可采用一个或多个堆叠的电容器以释放治疗脉冲。在本发明的优选实施例中，除颤器采用二个堆叠的电容器来释放感测脉冲。

除颤器采用一个或更多堆叠的电容器来释放治疗脉冲。此外，除颤器可采用布置成多个串联(堆叠)和并联结构的小电容器阵列来释放治疗脉冲。

在本发明的优选实施例中，除颤器采用二到六个堆叠的电容器来释放治疗脉冲。将会意识到，电容器被串联和/或并联布置以便基于从感测脉冲接收到的关于病人阻抗的信息，获得在治疗脉冲期间采用的正确的除颤器电压量。

感测脉冲用于确定范围从1焦耳至360焦耳的变化的能量治疗波形的参数。在本发明的优选实施例中，除颤器控制器采用感测脉冲的读数来确定200J(焦耳)治疗波形的参数。在本发明的另一优选实施例中，除颤器控制器采用感测脉冲来确定360J(焦耳)治疗波形的参数。

在本发明的一个优选形式中，除颤器控制器基于感测脉冲的读数来调整治疗波形的时序。

在本发明的一个优选形式中，除颤器控制器使用感测脉冲的结果来确定治疗波形的正向相位的变化时间。如本领域所公知的，对于较高阻抗病人，延长正向相位的持续时间通常是有利的。

在本发明的优选实施例中，除颤器控制器对从20至63欧姆的阻抗采用7.5mS时间的正向相位的治疗波形，对于从64至200欧姆的阻抗采用8.5mS。

在本发明的优选实施例中，除颤器控制器采用固定时间的反向相位的治疗波形。

在本发明的优选实施例中，除颤器控制器采用4.5mS固定时间的反向相位的治疗波形。

图5中示出200J治疗波形参数的实例。在该实例中，每个电容器被充电至278V。应当注意，峰值电流限制在病人阻抗的满量程范围内。

图6中示出360J治疗波形参数的实例。在该实例中，每个电容器被充电至330V。峰值电流在该实例中也受到限制。返回参见图3A，其示出在60欧姆的病人阻抗处的360J治疗波形。在该实例中可以看出，感测脉冲由两个堆叠的电容器生成，而治疗波形由六个堆叠的电容器生成。图3B示出采用五个堆叠的电容器生成的360J治疗波形。

优选实施例的变型

应当理解，在仍保持在本发明的原理和范围内的情况下，本领域技术人员可对在此描述和示出以解释本发明本质的细节、材料、步骤和部件布置进行另外的改变。

Claims (20)

1.一种有选择地向病人释放治疗双相波形的除颤器，该除颤器包括：

用于向病人施加离散感测脉冲并且测量返回信号以在释放治疗双相波形之前确定病人特定参数的装置；和

向病人施加治疗双相波形的装置，其中在向病人释放治疗双相波形之前根据所测得的病人特定参数调整该治疗双相波形。

2.根据权利要求1所述的除颤器，其中所测得的病人特定参数是病人胸廓阻抗。

3.根据权利要求1所述的除颤器，其中根据所测得的病人特定参数调整治疗双相波形的电压。

4.根据权利要求1所述的除颤器，其中根据所测得的病人特定参数调整治疗双相波形的时序。

5.根据权利要求1所述的除颤器，其中根据所测得的病人特定参数限制治疗双相波形的峰值电流。

6.根据权利要求1所述的除颤器，其中治疗双相波形以在1至360焦耳之间向病人释放。

7.根据权利要求1所述的除颤器，其中离散感测脉冲具有在约1微秒至1毫秒之间的持续时间。

8.根据权利要求2所述的除颤器，其中对于20至200欧姆的病人阻抗范围调整治疗双相波形。

9.根据权利要求2所述的除颤器，其中所测得的病人阻抗被确定为超出范围，并且治疗双相波形不被释放。

10.根据权利要求4所述的除颤器，其中在治疗双相波形的正向相位中调整治疗双相脉冲的时序。

11.一种有选择地向病人释放治疗双相波形的方法，该方法包括：

向病人施加离散感测脉冲并且测量返回信号以在释放治疗双相波形之前确定病人特定参数；和

向病人施加治疗双相波形，其中在向病人释放治疗双相波形之前根据所测得的病人特定参数调整治该疗双相波形。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所测得的病人特定参数是病人胸廓阻抗。

13.根据权利要求11所述的方法，其中根据所测得的病人特定参数调整治疗双相波形的电压。

14.根据权利要求11所述的方法，其中根据所测得的病人特定参数调整治疗双相波形的时序。

15.根据权利要求11所述的方法，其中根据所测得的病人特定参数限制治疗双相波形的峰值电流。

16.根据权利要求11所述的方法，其中治疗双相波形以在1至360焦耳之间向病人释放。

17.根据权利要求11所述的方法，其中离散感测脉冲具有在约1微秒至1毫秒之间的持续时间。

18.根据权利要求12所述的方法，其中对于20至200欧姆的病人阻抗范围调整治疗双相波形。

19.根据权利要求12所述的方法，其中所测得的病人阻抗被确定为超出范围且不释放治疗双相波形。

20.根据权利要求14所述的方法，其中在治疗双相波形的正向相位中调整治疗双相脉冲的时序。

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