DE10065104B4

DE10065104B4 - Defibrillator

Info

Publication number: DE10065104B4
Application number: DE10065104A
Authority: DE
Inventors: Heinz Bucher; Armin Prof. Dr. Bolz; Martin Schönegg; Holger Cecchin
Original assignee: Metrax GmbH
Current assignee: Metrax GmbH
Priority date: 1999-12-29
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2020-12-29
Also published as: DE10064965B4; DE10064965A1; DE10065104A1

Abstract

Defibrillator mit einer gesteuerten Endstufe (1) zum impulsartigen Beaufschlagen von an einen Patienten anzulegenden Elektroden mit elektrischer Energie aus einem Energiespeicher (UQ) zur Gleichspannungsversorgung, bei dem
– die als Hoch-Tiefsetzsteller ausgebildete Endstufe (1) stromgesteuert ist und mit mindestens einem Stromsensor (SED, SEP) und getaktetem Schaltregler (S1', S2', S3', S4', S5', S6', ST) versehen ist, der als erweiterte H-Brücke mit drei je zwei Schalter (S1', S3'; S5', S6'; S2', S4') aufweisenden Längszweigen (LZ1, LZ2, LZ3) zwischen den Polen der Gleichspannungsversorgung und zwischen den Längszweigen (LZ1, LZ2, LZ3) angeordneten Querzweigen (QZ1, QZ2) ausgebildet ist, wobei in einem ersten Querzweig (QZ1) eine Speicherinduktivität (L) in Form einer Spule (L) und in Reihe dazu ein Spulenstromsensor (SED) angeordnet ist und in einem zweiten Querzweig (QZ2) ein Patientenstromsensor (SEP) liegt und der Patientenwiderstand (R) angeschlossen ist, und bei dem
– durch gesteuertes Schalten der Schalter des Schaltreglers (S1', S2', S3', S4', S5', S6',...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Defibrillator mit einer gesteuerten Endstufe zum impulsartigen Beaufschlagen von an einen Patienten anzulegenden Elektroden mit elektrischer Energie aus einem Energiespeicher.

Ein derartiger Defibrillator mit einer gesteuerten Endstufe zum impulsartigen Beaufschlagen von an einen Patienten anzulegenden Elektroden mit elektrischer Energie aus einem Energiespeicher zur Gleichspannungsversorgung ist in der US 5,803,927 A angegeben ist. Bei diesem bekannten externen Defibrillator werden mit einem Hochspannungsteil biphasische Pulsformen mit abgeschnittenem exponentiellem Verlauf erzeugt. Die biphasischen exponentiellen Pulsformen können dabei entsprechend unterschiedlicher Eigenschaften von Patienten in ihrer Dauer oder ihrem Abklingverhalten unter Einbeziehung eines Stromsensorsignals gesteuert werden. Hierbei erfolgt eine neben der Spannungsregelung auch mögliche Stromregelung durch Steuern des Gesamtverlaufs der einzelnen Phasen. Mit diesem Aufbau ist eine genaue Anpassung der Pulsformen in Abstimmung auf einen jeweiligen Patienten schwierig zu erreichen.

Die US 5,974,339 A bezieht sich insbesondere auf einen internen Defibrillator mit Kathederelektroden. Hierbei ist die Erzeugung biphasischer Impulse unter Stromregelung mittels eines an derartige Anforderungen angepassten besonderen Aufbaus vorgenommen.

Ein weiterer externer Defibrillator ist in der DE 43 08 913 A1 offenbart. Hierbei werden ebenfalls Impulse unter Wirkung eines Stromsensors gesteuert, wobei ein Hochstromschalter genannt ist. Dabei erfolgt eine Anhebung der Spannung mittels Transformator.

In der US 5,725,560 A sind Aufbauten von Defibrillatoren angegeben, mit denen eine Auswahlmöglichkeit unterschiedlicher Pulsformen bereitgestellt wird. Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine Endstufe mit einfacher H-Brücke und Ansteuerung derselben vorgeschlagen.

Weitere derartige bekannte, insbesondere externe Defibrillatoren sind beispielsweise in der EP 0 437 104 A2 und EP 0 082 431 B1 angegeben. Die Impulsformen ergeben sich gewöhnlich direkt aus der Entladung eines Kondensators über den Widerstand eines Patienten. Daraus resultiert eine exponentiell abfallende Impulsspannung, die üblicherweise abgeschnitten wird (truncated exponential, vgl. EP 0 437 104 A2 , US 3,860,009 , US 4,823,796 ). Zur Verringerung der Einschaltströme wird bei einigen Geräten eine Induktivität in Serie zwischen Patient und Kondensator geschaltet. Daraus ergibt sich eine gedämpfte Sinusschwingung, wie in der EP 0 082 431 B1 gezeigt.

Die Dämpfung der Sinusschwingung wird dabei üblicherweise so ausgelegt, dass mit einer mittleren Impedanz von 50–80 Ohm ein Kurvenzug ohne Unterschwingen der Nulllinie erreicht wird. Man bezeichnete diese Pulsform auch als Edmark-Puls. Wird ein deutliches Unterschwingen zugelassen, erhält man den Gurwich-Puls oder den biphasischen damped-sine Impuls. Derartige geeignet gestaltete biphasische Pulse sind im Vergleich zu monophasischen Impulsen bereits bei deutlich niedrigeren Energien in der Lage, ein flimmerndes Herz erfolgreich zu therapieren. Diesen Effekt der geringeren Defibrillationsschwelle biphasischer Impulse kann man mit einer H-Brücke auch für truncated-exponential-Impulsformen umsetzen.

Die diversen Schriften zur Umsetzung derartiger BTE (biphasic truncated exponential) Impulsformen erstrecken sich auf die Lösung der Frage der zweckmäßigen Aufteilung der Energie auf die beiden Phasen bzw. auf die Sicherstellung der abzugebenden Energiedosis durch wahlweise Kontrolle der Um- bzw. Abschaltzeiten oder de Initialspannung. Beispiele hierzu finden sich z.B. in den Schriften WO 97/31680 A1, DE 100 12 503 A1 , WO 95/05215 A2, WO 98 39060 A1 und WO 98/47563 A1.

All diesen Defibrillatoren ist gemein, dass sie aufgrund der Kondensatorentladung eine spannungsbasierte Impulsform abgeben. Diese Pulsformen haben den Nachteil einer hohen Abhängigkeit der Stromstärken von der Patientenimpedanz, die sich im Bereich von 30–150 Ohm befindet. Dabei bekommen Patienten mit hoher Impedanz die niedrigeren Ströme, obwohl gerade für diese Patienten eher eine höhere Stromstärke wünschenswert ist. Umgekehrt erhalten Patienten mit niedriger Impedanz sehr hohe Ströme.

Für Schädigungen am Herzgewebe wird ein zu hoher Strom verantwortlich gemacht. Bereits 1988 wurde nachgewiesen, dass einer der maßgeblichen Parameter zur Beschreibung einer Defibrillationsdosis die Stromstärke des Defibrillationsimpulses ist (J Am Coll Cardiol 1988; 12: 1259–64). Der zweite Parameter ist die Dauer des Pulses. Seither gibt es mehrere Ansätze zur stromgesteuerten Defibrillation. Ein Ansatz, einen stromgesteuerten dampedsine Defibrillator zu realisieren, ist in IEEE Transactions On Biomedical Engineering, Vol. 37. No. 7, July 1990 beschrieben. Andere Ansätze zielen auf einen veränderbaren Vorwiderstand ab, der derart dimensioniert ist (z.B. EP 0 569 609 A1 , US 5,433,732 ) bzw. so angesteuert wird, dass der mittlere Strom durch den Patienten annähernd unabhängig von dessen Impedanz ist (z.B. US 5,904,706 ).

Eine weitere Möglichkeit, den Strom zu begrenzen, ist ein Schaltregler, wie er an sich in der EP 0 569 616 A1 Anwendung findet. Derartige Schaltungen sind an sich auch in einschlägigen Lehrbüchern seit vielen Jahren bekannt (z.B. Stromversorgung elektronischer Schaltungen und Geräte, R. v. Decker's Verlag G. Schenk Hamburg 1964). Eine Verwendung in Defibrillatoren ist in den Schriften US 5,222,492 und US 5,725,560 angegeben. Mit diesen stromgesteuerten Verfahren ist es möglich, verschiedene Stromverläufe zu realisieren. Eine Begrenzung liegt aber in der maximal erreichbaren Amplitude, die durch die noch vorhandene Kondensatorspannung limitiert ist. Dies führt bei der Verwendung von steigenden Rampen oder Rechtecksignalen oder anderen Signalformen mit hoher Amplitude zum Ende des Impulses zu einem hohen Restladungsbedarf im Speicherkondensator. Der Ladekondensator muss also mit einer sehr großen Energiemenge aufgeladen werden. Große, schwere und teure Komponenten (Kondensator, Ladekreis und Energiequelle, wie Batterie, Akkumulator ..) sind hierfür erforderlich.

Beim getakteten Regler werden während der Einschaltzeit ein oder mehrere Zwischenspeicher aufgeladen, die in der ausgeschalteten Phase den Ausgangsimpuls abgeben. Dabei beeinflusst das Verhältnis von Lade- und Entladedauer die mittlere Amplitude des Ausgangssignals. Ein derartiges Gerät wurde für implantierbare Defibrillatoren bereits 1991 beschrieben ( US 5,222,492 ). Damit können allerdings lediglich monophasische Signale und Spannungen, die unter der Entladespannung des Haupt-Energiespeichers liegen, realisiert werden. Dies hat bei Rechteckimpulsen zur Folge, dass die Spannung im Energiespeicher bis zum Ende der Impulabgabe über der maximal nötigen Ausgangsspannung (U = 125 Ω·I) gehalten werden muss. Die nötige Ladespannung beträgt demnach Ubeg = [Rp 2·Isoll 2 + (2/C)·Esoll]1/2, mit Rp = 125 Ω.

Soll dabei die vorzuhaltende Energiemenge nicht unmäßig hoch werden, müssen kleine Kapazitäten gewählt werden. In diesem Fall wird die Ladespannung sehr groß, was die Auswahl geeigneter Schalter erschwert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen externen Defibrillator bereitzustellen, mit dem die Energiezufuhr möglichst genau an die Anforderungen eines jeweiligen zu behandelnden Patienten anpassbar ist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 4 gelöst. Hierbei ist u.a. vorgesehen, dass die Endstufe als stromgesteuerte Endstufe mit mindestens einem Stromsensor und getaktetem Schaltregler ausgebildet ist, der als erweiterte H-Brücke mit mindestens drei Längszweigen und mindestens einem dazwischen angeordneten Querzweig ausgebildet ist, wobei in einem Querzweig der Patientenwiderstand angeschlossen wird und in einem anderen Querzweig oder in einem Anschlusszweig zum Pluspol oder Minuspol des Energiespeichers eine Speicherinduktivität angeordnet ist, und dass durch gesteuertes Schalten der Schalter des Schaltreglers unter Wirkung der Speicherinduktivität ein Impuls oder eine Impulsfolge an den Patientenwiderstand anlegbar ist, dessen/deren Amplitude höher ist als die in dem Energiespeicher gespeicherte Spannung.

Mit diesen Maßnahmen lassen sich nahezu beliebige strombasierte Impulsformen erzeugen. Diese lassen sich besser kontrollieren als spannungsbasierte Entladungen, so dass die Gefahr von Schädigungen am Myokard verringert wird.

Zu einer möglichst schonenden Behandlung eines Patienten trägt weiterhin die Massnahme bei, dass die Endstufe biphasisch ausgebildet ist, und weiterhin, dass die Endstufe zum Erzeugen einer Ladespannung des Energiespeichers von etwa 1 kV ausgelegt ist.

Ein alternativer, ebenfalls günstiger Aufbau besteht darin, dass die Endstufe als Hoch-Tiefsetzsteller mit drei je zwei Schalter aufweisenden Brückenzweigen zwischen den Polen der Gleichspannungsversorgung und mit im ersten Querzweig zwischen einem ersten und einem mittleren Brückenzweig liegendem Spulenstromsensor und in Reihe dazu liegender Spule und im zweiten Querzweig zwischen dem mittleren und dritten Brückenzweig liegendem Patientenstromsensor und in Reihe zu diesem liegendem Energiespeicher, der parallel zu dem anzuschließenden Patienten liegt, ausgebildet ist.

Dabei wird ein günstiger Aufbau mit zuverlässiger Arbeitsweise dadurch erzielt, dass die Schalter von einer Kontrolleinheit in Abhängigkeit von Stromsignalen des Spulenstromsensors und des Patientenstromsensors und unter Einbeziehung eines Sollstromes geöffnet und geschlossen werden, wobei

a) zu einem Startzeitpunkt ein Strompfad von dem Pluspol der Gleichspannungsversorgung über den ersten Querzweig und über einen Abschnitt des ersten und des mittleren Brückenzweiges zu dem Minuspol der Gleichspannungsversorgung durch Schließen nur dieser Schalter geschaltet wird, bis eine betragsmäßig oberhalb des Sollstromes liegender Patientenstrom entsprechend einem äußeren Rand eines vorgegebenen oder vorgebbaren Hysteresebandes erreicht wird,
b) anschließend der zu dem Pluspol führende Schalter geöffnet wird, so dass alle zum Pluspol führenden Schalter offen sind, und der zum Minuspol führende Schalter des mittleren Brückenzweiges geöffnet wird oder bleibt und die zum Minuspol führenden Schalter des ersten Brückenzweiges und des dritten Brückenzweiges geschlossen werden, so dass sich der Patientenstrom abbaut, bis ein betragsmäßig unterhalb des Sollwertes liegender Patientenstrom desselben Vorzeichens entsprechend einem inneren Rand des Hysteresebandes erreicht ist,
c) anschließend wieder die Schaltzustände a) und b) abwechselnd für eine vorgegebene oder vorgebbare Anzahl von Wechseln wiederholt werden,
d) nachfolgend der Spulenstrom und damit der Patientenstrom durch den ersten Querzweig durch Öffnen der zu der zuvor eingestellten Richtung des Spulenstromes gehörenden Schalter des ersten und mittleren Brückenzweiges und Schließen der zu der umgekehrten Richtung des Spulenstroms gehörenden Schalter des ersten und mittleren Brückenzweiges umgekehrt wird, bis ein bei dieser Richtung des Patientenstromes betragsmäßig oberhalb des Sollstromes liegender Patientenstrom entsprechend einem äußeren Rand eines Hysteresebandes der umgekehrten Richtung des Patientenstromes erreicht ist,
e) anschließend der bei der umgekehrten Richtung des Spulenstromes und des Patientenstromes zum Pluspol führende Schalter des ersten bzw. mittleren Brückenzweiges geöffnet wird, so dass alle zum Pluspol führenden Schalter geöffnet sind, und der zum Minuspol führende Schalter des mittleren Brückenzweiges geöffnet wird oder bleibt und die zum Minuspol führenden Schalter des ersten Brückenzweiges und des dritten Brückenzweiges geschlossen werden, so dass sich der Patientenstrom abbaut, bis ein betragsmäßig unterhalb des Sollwertes liegender Patientenstrom dieses Vorzeichens entsprechend einem inneren Rand des Hysteresebandes erreicht ist,
f) anschließend die Schaltzustände d) und e) für eine vorgegebene oder vorgebbare Anzahl von Wechseln wiederholt werden und
g) der in der vorstehenden Weise erzeugte biphasische Impuls nach der vorgegebenen oder vorgebbaren Anzahl der Wechsel durch Öffnen aller zum Pluspol führenden Schalter und des zum Minuspol führenden Schalters des mittleren Brückenzweiges sowie durch Schließen der zum Minuspol führenden Schalter des ersten und des dritten Brückenzweiges oder durch Schließen der zur entgegen gesetzten Richtung des Spulenstromes und damit des Patientenstromes gehörenden Schalter und Erreichen des Wertes null beendet wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus weiteren Unteransprüchen.

Für einen zuverlässigen, patientenschonenden Betrieb kann weiterhin vorgesehen sein, dass zwischen einer Spannungsquelle und der Endstufe eine Trennstufe zur galvanisch getrennten Übertragung der Energie auf den Patienten angeordnet ist. Eine für die Arbeitsweise des Defibrillators weiterhin günstige Ausgestaltung besteht darin, dass ein Gesamtimpuls in eine Vielzahl von Teilimpulsen unterteilt ist.

Eine für einen Hochstellerbetrieb geeignete vorteilhafte Lösung besteht weiterhin darin, dass dem Energiespeicher ein von einer Kontrolleinheit gesteuerter Oszillator nachgeschaltet ist, dem ein die oszillierende Spannung hochtransformierender Transformator folgt.

Mit der hier vorgestellten Lösung ist es möglich, eine Ausgangsspannung zu generieren, die über der Spannung des Energiespeichers liegt. Dies bedeutet, dass nach Beendigung des Signals weniger Restenergie im Speicher zurückbleiben kann und damit der Defibrillator preiswerter und kleiner realisiert werden kann.

Es ist auch möglich, die Ladespannung in einer Größenordnung zu halten, bei der schnelle Halbleiterschalter noch ohne aufwendige Serienschaltung eingesetzt werden können.

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine monophasische oder biphasische stromgesteuerte Endstufe realisiert, die mit einem getakteten Schaltregler eine nahezu beliebige Signalform zu erzeugen in der Lage ist, insbesondere einen gut angenäherten Stromrechteckimpuls mit Ausgangsamplituden, die höher sein können als die vom Energiespeicher zur Verfügung gestellte Spannung U_C.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Prinzipschaltbild einer konventionellen getakteten H-Brücke (s. auch US 5,725,560 4),
2a die Funktionsweise einer getakteten H-Brücke,
2b ein Beispiel einer möglichen Stromkurve, die sich mit der in 1 dargestellten Schaltung erzeugen lässt, insbesondere die erforderliche hohe Anfangsspannung im Kondensator,
3a, 3b Prinzipschaltbilder von Realisierungsmöglichkeiten der Erfindung,
4a den zeitlichen Verlauf der ersten Schalthandlungen des Impulses,
4b ein Beispiel einer möglichen Stromkurve, die sich mit der in 3a dargestellten Schaltung erzeugen lässt,
5a ein Blockschaltbild einer anderen Ausbildung der Erfindung,
5b ein Ausführungsbeispiel, und
6 ein Beispiel einer möglichen Stromkurve, die sich mit der in 5 dargestellten Schaltung erzeugen lässt.
1 zeigt eine Endstufe 1 mit einer Spannungsquelle UQ, z.B. in Form eines Kondensators, an die nach Art einer Brückenschaltung zwei jeweils zwei Schalter S1, S3 bzw. S2 und S4 aufweisende Brückenzweige angeschlossen sind. Zwischen den Schaltern S1, S3 und S2, S4 liegen in einem Querzweig ein Stromsensor SE und in Reihe zu diesem eine Spule L sowie ein Kondensators C. Parallel zu dem Kondensator C ist über entsprechende Patientenelektroden ein Patient mit einem Patientenwiderstand R anzuschließen. Zum Regeln eines Patientenstromes I_P ist eine Kontrolleinheit ST angeschlossen, über die die Schalter S1, S2, S3 und S4 entsprechend einem Steuerprogramm betätigbar sind.
1 stellt das Prinzipschaltbild eines Tiefsetzstellers dar, der es ermöglicht, den Patientenstrom I_P einzuprägen. Die Kontrolleinheit ST, die vorteilhafterweise einen Mikrocontroller beinhaltet, überwacht den Patientenstrom I_P aufgrund des über den Stromsensor SE erhaltenen Stromsignals und steuert die Schalter S1 bis S4 an, um den vorgegebenen Patientenstrom I_P durch die Induktivität der Spule L und den Patientenwiderstand R zu regeln. Das Ziel der Regelung ist es, den Patientenstrom I_P in einem vorgegebenen Hystereseband der Breite ΔI zu halten.
2a zeigt eine mögliche Kurve des Patientenstromes I_P. Die Amplitude ist durch die Entladekurve der Spannungsquelle in Form des Kondensators UQ begrenzt. Zu einem Startzeitpunkt t0 werden die Schalter S1 und S4 geschlossen. Ein positiver Patientenstrom I_P baut sich entsprechend einer Zeitkonstante T = L/R des Stromkreises auf. In 2b ist die Stromkurve relativ zu einer Spannung U_C gezeigt.
Zum Zeitpunkt t1 wird der Schalter S1 des einen Brückenzweiges geöffnet und der Schalter S3 des selben Brückenzweiges geschlossen. Dies hat zur Folge, dass sich der Patientenstrom im Querzweig bzw. Patientenzweig entsprechend der Zeitkonstante T des Stromkreises abbaut. Erreicht der Patientenstrom I_P zu einem Zeitpunkt t2 eine untere Grenze des Hysteresebandes, wird der Schalter S3 wieder geöffnet und der Schalter S1 geschlossen, so dass sich der Patientenstrom I_P erneut aufbaut. Diese Vorgänge werden abwechselnd bis zu einem Zeitpunkt t3 wiederholt, der das Ende des positiven Stromimpulses darstellt. Anschließend werden die Schalter S1 und S4 geöffnet und die Schalter S3 und S2 geschlossen. Die dem gerade fließenden Patientenstrom I_P entgegen gerichtete Spannung ermöglicht ein schnelleres Abbauen des Stromes als mit dem aus den Schaltern S3 und S4 gebildeten Freilaufkreis.
Der anschließend negative Patientenstrom I_P erreicht zu einem Zeitpunkt t4 einen äußeren Rand des zugehörigen Hysteresebandes. Der Schalter S2 wird geöffnet und der Schalter S4 geschlossen. Der Strom fällt nun entsprechend der Zeitkonstante T ab und erreicht zu einem Zeitpunkt t5 die innere Grenze des Hysteresebandes. Nun wird der Schalter S4 geöffnet und der Schalter S2 geschlossen, so dass der Betrag Patientenstrom I_P wieder zu steigen beginnt.
Ist das Ende des negativen Stromimpulses zu einem Zeitpunkt t6 erreicht, sollte der Patientenstrom I_P möglichst schnell abgebaut werden. Hierzu kann der aus den Schaltern S3 und S4 gebildete Freilaufkreis genutzt werden oder der Strom wird durch das Anlegen einer entgegen gesetzten Spannung unter Benutzung der Schalter S1 und S4 abgebaut.
In 3a ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Gegenüber der Darstellung gemäß 1 ist ein zusätzlicher, mittlerer Brückenzweig in Form des Längszweiges LZ2 mit zwei Schaltern S5' und S6' vorgesehen. In dem ersten Brückenzweig bzw. Längszweig LZ1 liegen wiederum zwei Schalter S1' und S3'. In dem Querzweig QZ1 zwischen dem ersten und mittleren Brückenzweig LZ2 liegen in Reihe ein Stromsensor SED für einen Spulenstrom I_D und die Spule L, während in dem Querzweig QZ2 zwischen dem mittleren Brückenzweig LZ2 und dem dritten Brückenzweig bzw. Längszweig LZ3 in Reihe ein weiterer Stromsensor SEP für den Patientenstrom I_P und der Energiespeicher in Form des Kondensators C angeordnet sind, dem wiederum der Patientenwiderstand R über die Patientenelektroden P parallel zu schalten ist. Die Schalter werden mittels der Kontrolleinheit ST in Abhängigkeit der Signale der beiden Stromsensoren SED und SEP gesteuert. Bei allen Schaltern handelt es sich vorzugsweise um entsprechend leistungsfähige Halbleiterschalter, wie auch bei dem ersten Ausführungsbeispiel und an sich bekannt.
3a stellt das Prinzipschaltbild eines Hoch-Tiefsetzstellers dar, der es ermöglicht, einen vorgegebenen Patientenstrom I_P einzuprägen. Die Kontrolleinheit ST überwacht den Strom in dem ersten Querzweig QZ1 bzw. Spulenzweig und dem zweiten Querzweig QZ2 bzw. Patientenzweig und steuert die Schalter S1' bis S6' an. Neben dem anhand von 1 beschriebenen Tief setzsteller-Prinzip kann mit der Schaltung nach 3a mit den zusätzlichen Schaltern S5' und S6' des mittleren Brückenzweiges LZ2 auch ein Hochsetzstellerbetrieb im Falle zu niedriger Quellenspannung verwirklicht werden. Ebenso wie bei dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel mit Tiefsetzsteller erfolgt die Stromregelung mit Hilfe eines Hysteresereglers. Neben dem Patientenstrom I_P wird auch der Spulenstrom I_D gemessen und als Steuergröße berücksichtigt. Der aus dem Energiespeicher fließende Strom lückt, d.h. der Energiespeicher wird periodisch entladen.
4a zeigt eine mögliche Stromkurve, anhand derer der Hochsetzstellbetrieb (z.B. gemäß 3a) beschrieben wird. Zum Zeitpunkt t0' beginnt die positive Phase. Die Schalter S1' und S6' sind geschlossen um den Strom durch die Spule aufzubauen. Der Stromanstieg in der Speicherinduktivität in Form der Spule L erfolgt entsprechend dem Induktionsgesetz di/dt = U₀/L. Erreicht der Spulenstrom den oberen Grenzwert des gewünschten Stromes (t1'), wird der Schalter S4' geschlossen und der Schalter S6' geöffnet. Der Strom baut sich nun entsprechend der kreisspezifischen Zeitkonstante T ab, bis er den unteren Grenzwert zum Zeitpunkt t2' erreicht. Um die Spule L wieder zu laden, wird der Schalter S6' geschlossen und der Schalter S4' geöffnet. Die durch den Aufladevorgang der Spule L entstehende Stromlücke I_P kann durch einen optionalen Kondensator C, der parallel zu den Patientenelektroden angebracht ist, überbrückt werden. Sobald der Strom durch die Spule L den Maximalwert wieder erreicht hat (Zeitpunkt t3'), wird der Schalter S4' geschlossen und der Schalter S6' geöffnet. Für die negativen Phasen werden die Schalter S3', S5' und S2' benutzt.
In einer zweiten Ausführung wird zeitgleich zum Wechselspiel der Schalter S6' und S4' ein Wechselspiel mit S1' und S3' derart getätigt, dass jeweils S1' und S6' gleichzeitig geschlossen sind, während die Schalter S3' und S4' offen sind und umgekehrt. Die negative Phase wird entsprechend mit den Schaltern S3', S5' und S1', S2' realisiert.
In einer dritten Ausführung wird die Spule in der positiven Phase mit den Schaltern S1' und S6' geladen. Der Freilaufkreis wird mit den Schaltern S1' und S2' gebildet. Die negative Phase wird entsprechend mit den Schaltern S3', S5' und S3', S4' gebildet.
Werden bestimmte Impulsformen ausgeschlossen, so kann auf einige Schalter verzichtet werden. Als Beispiel seien die Schalter S3', S4' und S5' genannt, falls auf eine Stromregelung der negativen Phase verzichtet werden soll.
In einer weiteren Ausführung nach 3b wird der Strom mit den Schaltern S1', S6' und S7' geregelt, wobei der Schalter S7' vorliegend als Diode aus gebildet ist, also in der einen Stromrichtung offen und der anderen geschlossen ist. Dabei gibt es vergleichbar zu den vorgenannten Ausführungen zu 3a wieder die Ausführungen als Tiefsetzsteller und Hochsetzsteller. Der Tiefsetzstellbetrieb wird durch das Wechselspiel der Schalter S1' und S7' erreicht. Mit geschlossenem Schalter S1' und gesperrtem Schalter S7' steigt der Strom bis zur Außenkante des Hysteresebandes. Beim Öffnen des Schalters S1' fließt der Strom durch den dann geschlossenen Schalter S7' weiter und nimmt ab bis zum Erreichen des inneren Randes des Hysteresebandes. Dann wird der Strom wie eben beschrieben mit dem Schalter S1' wieder aufgebaut. Der Hochsetzstellbetrieb wird mit Hilfe des Schalters S6' wie in der ersten Ausführung nach 3a durchgeführt. Die Funktion des Schalters S5' aus 3a übernimmt in 3b der Schalter S1', während die Funktion des Schalters S4' durch Schalter S7' erfüllt wird. Die Schalter S3' bis S4' legen in diesem Fall lediglich die Stromflussrichtung durch den Patienten fest. Eine monophasische Variante ist also auch ohne die Schalter S3' bis S4' realisierbar.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt 5a in einem Prinzipschaltbild. Zwischen der Spannungsquelle UQ ist zur galvanisch getrennten Übertragung eine Trennstufe 2 in einer Ansteuerstufe vorgesehen. An die Ansteuerstufe ist eine Messstufe 3 zur Messung der Ausgangsgrößen der Ansteuerstufe angeschlossen. Die Patientenelektroden sind mit der Messstufe 3 verbunden. Die Ansteuerstufe wird über die Kontrolleinheit ST in Abhängigkeit der Signale der Messstufe 3 zum Regeln des Patientenstromes angesteuert.
In 6 ist ein biphasischer Stromimpuls dargestellt, der mit dem in 5 schematisch dargestellten Aufbau des Defibrillators erzeugbar ist. Der Gesamtimpuls ist in eine Vielzahl von Teilimpulsen mit vielen kleinen Energiepaketen aufgeteilt. Sollte in der Ansteuerstufe bzw. Leistungsstufe ein Kurzschluss auftreten, kann z.B. nur noch maximal ein Energiepaket, das in einem Zwischenkreis gespeichert werden kann, übertragen werden. Die maximale Größe dieses Energiepaketes kann so gewählt werden, dass eine Schädigung des Patienten ausgeschlossen werden kann. Auf diese Weise kann der benötigte Transformator für eine geringere Spannungs-Zeit-Fläche ausgelegt werden, als wenn der gesamte Impuls in einem Stück übertragen würde. Dadurch erhöht sich zwar der Schaltungsaufwand, es verringert sich jedoch die Größe des erforderlichen Transformators.
Zur Realisierung eines biphasischen Impulses wird die Gleichrichterschaltung umschaltbar ausgelegt (5b). Es ist dabei unerheblich, ob es sich um eine Einweg- oder Vollwellengleichrichtung handelt.

Claims

Defibrillator mit einer gesteuerten Endstufe (1) zum impulsartigen Beaufschlagen von an einen Patienten anzulegenden Elektroden mit elektrischer Energie aus einem Energiespeicher (UQ) zur Gleichspannungsversorgung, bei dem – die als Hoch-Tiefsetzsteller ausgebildete Endstufe (1) stromgesteuert ist und mit mindestens einem Stromsensor (SED, SEP) und getaktetem Schaltregler (S1', S2', S3', S4', S5', S6', ST) versehen ist, der als erweiterte H-Brücke mit drei je zwei Schalter (S1', S3'; S5', S6'; S2', S4') aufweisenden Längszweigen (LZ1, LZ2, LZ3) zwischen den Polen der Gleichspannungsversorgung und zwischen den Längszweigen (LZ1, LZ2, LZ3) angeordneten Querzweigen (QZ1, QZ2) ausgebildet ist, wobei in einem ersten Querzweig (QZ1) eine Speicherinduktivität (L) in Form einer Spule (L) und in Reihe dazu ein Spulenstromsensor (SED) angeordnet ist und in einem zweiten Querzweig (QZ2) ein Patientenstromsensor (SEP) liegt und der Patientenwiderstand (R) angeschlossen ist, und bei dem – durch gesteuertes Schalten der Schalter des Schaltreglers (S1', S2', S3', S4', S5', S6', ST) unter Wirkung der Speicherinduktivität (L) ein Impuls oder eine Impulsfolge an den Patientenwiderstand (R) anlegbar ist, dessen/deren Amplitude höher ist als die in dem Energiespeicher (UQ) gespeicherte Spannung.
Defibrillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter (S1', S2', S3', S4', S5', S6') von einer Kontrolleinheit (ST) in Abhängigkeit von Stromsignalen des Spulenstromsensors (SED) und des Patientenstromsensors (SEP) und unter Einbeziehung eines Sollstromes geöffnet und geschlossen werden, wobei a) zu einem Startzeitpunkt (t0') ein Strompfad von dem Pluspol der Gleichspannungsversorgung über den ersten Querzweig und über einen Abschnitt des ersten und des mittleren Brückenzweiges zu dem Minuspol der Gleichspannungsversorgung durch Schließen nur der Schalter (S1', S6' oder S5', S3') geschaltet wird, bis ein betragsmäßig oberhalb des Sollstromes liegender Patientenstrom (I_P) entsprechend einem äußeren Rand eines vorgegebenen oder vorgebbaren Hysteresebandes erreicht wird, b) anschließend zu einem Zeitpunkt (t₁') der zu dem Pluspol führende Schalter (S1' oder S5') geöffnet wird, so dass alle zum Pluspol führenden Schalter (S1', S5', S2') offen sind, und der zum Minuspol führende Schalter (S6') des mittleren Brückenzweiges geöffnet wird oder bleibt und die zum Minuspol führenden Schalter (S3', S4') des ersten Brückenzweiges und des dritten Brückenzweiges geschlossen werden, so dass sich der Patientenstrom (I_P) abbaut, bis ein betragsmäßig unterhalb des Sollwertes (I_soll) liegender Patientenstrom (I_P) desselben Vorzeichens entsprechend einem inneren Rand des Hysteresebandes erreicht ist, c) anschließend wieder die Schaltzustände a) und b) abwechselnd für eine vorgegebene oder vorgebbare Anzahl von Wechseln wiederholt werden, d) nachfolgend der Spulenstrom (I_D) und damit der Patientenstrom (I_P) durch den ersten Querzweig durch Öffnen der zu der zuvor eingestellten Richtung des Spulenstromes (I_D) gehörenden Schalter (S1', S6' oder S5', S3') des ersten und mittleren Brückenzweiges und Schließen der zu der umgekehrten Richtung des Spulenstroms (I_D) gehörenden Schalter (S5', S3' bzw. S1', S6') des ersten und mittleren Brückenzweiges umgekehrt wird, bis ein bei dieser Richtung des Patientenstromes (I_P) betragsmäßig oberhalb des Sollstromes liegender Patientenstrom (I_P) entsprechend einem äußeren Rand eines Hysteresebandes der umgekehrten Richtung des Patientenstromes (I_P) erreicht ist, e) anschließend der bei der umgekehrten Richtung des Spulenstromes (I_D) und des Patientenstromes (I_P) zum Pluspol führende Schalter (S5' oder S1') des ersten bzw. mittleren Brückenzweiges geöffnet wird, so dass alle zum Pluspol führenden Schalter (S1', S5', S2') geöffnet sind, und der zum Minuspul führende Schalter (S6') des mittleren Brückenzweiges geöffnet wird oder bleibt und die zum Minuspol führenden Schalter (S3', S4') des ersten Brückenzweiges und des dritten Brückenzweiges geschlossen werden, so dass sich der Patientenstrom (I_P) abbaut, bis ein betragsmäßig unterhalb des Sollwertes liegender Patientenstrom (I_P) dieses Vorzeichens entsprechend einem inneren Rand des Hysteresebandes erreicht ist, f) anschließend die Schaltzustände d) und e) für eine vorgegebene Anzahl von Wechseln wiederholt werden und g) der in der vorstehenden Weise erzeugte biphasische Impuls nach der vorgegebenen oder vorgebbaren Anzahl der Wechsel durch Öffnen aller zum Pluspol führenden Schalter (S1', S5', S2') und des zum Minuspol führenden Schalters (S6') des mittleren Brückenzweiges sowie durch Schließen der zum Minuspol führenden Schalter (S3', S4') des ersten und des dritten Brückenzweiges oder durch Schließen der zur entgegengesetzten Richtung des Spulenstromes (I_D) und damit des Patientenstromes (I_P) gehörenden Schalter (S1', S6' bzw. S5', S3') und Erreichen des Wertes null beendet wird.
Defibrillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochsetzstellerbetrieb nach Laden der Speicherinduktivität (L) durch Schließen oder Geschlossenhalten nur des Schalters (S1') und des Schalters (S4') oder des Schalters (S2') und des Schalters (S3') bewirkt wird, während die übrigen Schalter (S2', S3', S5', S6' bzw. S1', S4', S5', S6') geöffnet sind.
Defibrillator mit einer gesteuerten Endstufe (1) zum impulsartigen Beaufschlagen von an einen Patienten anzulegenden Elektroden mit elektrischer Energie aus einem Energiespeicher (UQ) zur Gleichspannungsversorgung, bei dem – die Endstufe (1) als stromgesteuerte Endstufe mit mindestens einem Stromsensor (SEP) und getaktetem Schaltregler (S1', S2', S3', S4', S5', S6', ST) ausgebildet ist, der als erweiterte H- Brücke mit drei Längszweigen (LZ1, LZ2, LZ3) und nur einem dazwischen angeordneten Querzweig (QZ2) ausgebildet ist, wobei in dem Querzweig (QZ2) der Patientenwiderstand (R) angeschlossen ist, in einem Anschlusszweig zum Pluspol des Energiespeichers (UQ) eine Speicherinduktivität (L) angeordnet ist, wobei ein Schalter (S6') zwischen dem Pluspol und dem Minuspol vom Energiespeicher (UQ) aus gesehen hinter der Speicherinduktivität (L) und ein Schalter (S1') in der Anschlussleitung zwischen dem Pluspol des Energiespeichers (UQ) und dem einen Anschluss der Speicherinduktivität (L) angeschlossen ist, während die anderen vier Schalter (S2', S3', S4', S5') in den Längszweigen (LZ2, LZ3) zwischen dem Querzweig (QZ2) und dem Pluspol oder Minuspol angeordnet sind und wobei die Schalter (S1' bis S6') nach Laden der Speicherinduktivität (L) zum Bewirken eines Hochsetzstellerbetriebes gesteuert werden, und bei dem – durch gesteuertes Schalten der Schalter des Schaltreglers (S1', S2', S3', S4', S5', S6') unter Wirkung der Speicherinduktivität (L) ein Impuls oder eine Impulsfolge an den Patientenwiderstand (R) anlegbar ist, dessen/deren Amplitude höher ist als die in dem Energiespeicher (UQ) gespeicherte Spannung.
Defibrillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endstufe biphasisch ausgebildet ist.
Defibrillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endstufe (1) zum Erzeugen einer Ladespannung des Energiespeichers (UQ) von etwa 1 kV ausgelegt ist.
Defibrillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Spannungsquelle (UQ) und der Endstufe (1) eine Trennstufe (2) zur galvanisch getrennten Übertragung der Energie auf den Patienten angeordnet ist.
Defibrillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gesamtimpuls in eine Vielzahl von Teilimpulsen unterteilt ist.
Defibrillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Energiespeicher (UQ) ein von einer Kontrolleinheit (ST) gesteuerter Oszillator (OZ) nachgeschaltet ist, dem ein die oszillierende Spannung hochtransformierender Transformator (TR) folgt.
Defibrillator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Anschluss der Sekundärseite des Transformators (TR) eine Gleichrichterschaltung für einen biphasischen Puls angeschlossen ist.
Defibrillator nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der sekundärseitige Strom des Transformators (TR) innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes gesteuert wird.
Defibrillator nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Impuls aus mehreren dicht aufeinander folgenden Einzelimpulsen durch den Transformator (TR) übertragen wird.