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Kombiniertes elektrisches Fibrillations-und Defibrillationsgerät zur
Behandlung des menschlichen oder tierischen Herzens Die Erfindung betrifft ein kombiniertes
elektrisches Fibrillations- und Defibrillationsgerät zur Behandlung des menschlichen
oder tierischen Herzens mit im Behandlungsstromkreis angeordneten Strom-, Spannungs-
oder Leistungsmeßinstrumenten, insbesondere zur Verwendung in Verbindung mit anderen
registrierenden Geräten zur Überwachung des Kreislaufes oder der Narkose. Defibrillationen
erfolgen durch einen zeitlich begrenzten Wechselstromstoß von etwa 1 bis 3 A, der
den flimmernden Herzkammern bei geöffnetem Thorax mittels formgerechten, löffelförmigen
Elektroden zugeführt wird. Der Einsatz derartiger Geräte erfolgt hauptsächlich bei
Operationen, in deren Verlauf der Thorax geöffnet werden muß und die Möglichkeit
besteht, daß Herzkammerflimmern auftritt. Die Methode der elektrischen Schocktherapie
hat sich bewährt und allgemein eingebürgert.
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Weitere Anwendungsmöglichkeiten wären bei eintretendem Herzkammerflimmern
aus anderen Grün den, wie z. B. nach einem elektrischen Unfall, gegeben, jedoch
scheidet hier der Einsatz überwiegend deswegen aus, weil ein derartiges Gerät am
Ort nicht zur Verfügung steht und die Zeit, die vom Eintritt des Flimmerns bis zum
Öffnen des Thorax nebst Defibrillation verstreichen darf, auf etwa 3 Minuten begrenzt
ist. Herzkammerflimmern bedeutet Kreislaufstillstand, und nach Ablauf von 3 Minuten
sind irreversible Schädigungen der Hirnzellen eingetreten.
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Geräte zur elektrischen Defibrillation sind seit geraumer Zeit bekannt.
Sie arbeiten nach folgendem Schema: Die zur Defibrillation dienende Spannung (bzw.
der Strom in Abhängigkeit vom Gewebewiderstand des Herzens) wird an einem Wahlschalter,
der die Anzapfungen der Sekundärwicklung eines Trenntransformators bedient oder
im Falle der Stromregelung durch Regelwiderstände, eingestellt. Nach Anlage der
Elektroden am Herzmuskel wird der die Dauer des Stromflusses bestimmende Zeitgeber,
im einfachsten Fall ein Zeitrelais in der Regel ein elektrpnischer Zeitkreis ausgelöst.
War der Stromstoß in seiner Dauer und Stärke ausreichend, so wird das flimmernde
Herz entweder, zum Stillstand kommen oder anfangen, sich spontan zu kontrahieren.
Der Stillstand kann durch Herzmassage oder durch elektrische Impulse von kurzer
Dauer und entsprechender Spannung in der Frequenz des normalen Herzschlages behoben
werden. Aus diesem Grund wird ein Defibrillator oft mit einem entsprechenden Impulsgerät
kombiniert.
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In neuerer Zeit beginnt bei Operationen am Herzen die Hypothermie
an Bedeutung zu gewinnen. Hierbei wird der Körper des Patienten auf Temperaturen
von
200 C und darunter abgekühlt und damit der Stoffwechsel so herabgesetzt, daß
ein Kreislaufstillstand, hervorgerufen durch einen Herzstillstand, keine Bedeutung
mehr hat, sofern er zeitlich begrenzt bleibt.
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Hier ist der Einsatz eines Fihrillators, der mit durch das Herz fließenden
Strömen von etwa 50 bis 100 mA Kammerflimmern erzeugt, zur Erzielung des gewünschten
Herzstillstandes unter Umständen angezeigt. Größere und kleinere Ströme als die
angeführten sind wirkungslos. Daher sollte ein Defibrillatorgerät auch die Möglichkeit
des Fibrillierens enthalten.
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Die bisher bekannten Geräte enthalten folgende Mängel, deren Beseitigung
das Ziel der Erfindung ist: Das Herz ist als komplexer Widerstand variabler Größe
in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des Gewebes aufzufassen. Ferner, hängt der
zwischen den Elektroden befindliche Widerstand auch von der Anlage derselben ab,
da sowohl die ganze Elektrodenfläche als auch nur einzelne Stellen derselben dem
Gewebe aufliegen können. Daraus folgt, daß bei einer Einstellung der Defibrillationsspannung
an einem Wahlschalter diese Spannung an den Elektroden liegt, daß aber durch den
zum Teil künstlich geschaffenen Widerstand kein entsprechender Strom fließt.
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Bei der nun zwangläufig folgenden Spannungserhöhung besteht die Gefahr
der Verbrennung. Aus diesem Grund ist eine Skaleneichung der Einstellknöpfe
zur
Spannungs- oder Stromregelung nur als vager Anhalt zu werten, sofern nicht eine
Strom- und Spannungsmessung vorgesehen wird, die ohne zusätzlichen Bedienungsaufwand
bis herab zu den kürzesten, zur Fibrillation-Defihrillation verwendeten Stromflußzeiten
von 100 msec sicher anzeigt. Die Meßwertanzeige muß auch nach Beendigung des Schockvorganges
erhalten bleiben, da eine sichere Ablesung der Instrumente während der kurzen Zeit
von 100 msec kaum möglich ist und eine Protokollierung der Meßwerte zur Gewinnung
von Unterlagen wichtig erscheint.
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Bei fast allen größeren Operationen wird zum Zwecke der Kreislauü
und Narkoseüberwachung das Elektrokardiogramm, ferner ein Elektroencephalogramm
und ähnliche Messungen registriert. Ergibt sich im Verlaufe der Operation die Notwendigkeit.
einen Defibrillator einzusetzen, so müssen die Zuleitungen vom Patienten zu den
registrierenden Überwachungsgeräten getrennt werden, da sonst deren empfindliche
Verstärker mit ihren Registriersystemen durch die starken Stromstöße des Defibrillators
beschädigt werden. Außerdem sind sonst der Patient sowie die Operateure durch die
Erdpotential führende, der Entstörung dienende Neutraldekfrpde gefährdet.
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Daher ist es zweckmäßig, daß die Abschaltung der Patientenkabel selbsttätig
durch den Defibrillator erfolgt, denn die manuelle Abschaltung kostet Zeit, außerdem
kann sie vergessen werden.
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Die eigentliche Bedeutung der automatischen Abschaltung und Einschaltung
nach Ablauf des Stromstoßes liegt aber in der sicheren Kontrolle des Erfolges oder
Mißerfolges der Schockbehandlung, der mit Hilfe der Überwachungsgeräte sofort ablesbar
ist, auch in den Fällen, wo das Herz infolge seitlichen Öffnens des Thorax nicht
einwandfrei zu sehen ist.
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Die bekannten Geräte besitzen weder eine bis zu den kürzesten Stromflußzeiten
sicher anzeigende Strom-und Spannungsmeßeinrichtung mit nachfolgender Arretierung
noch eine automatische Ab- und Wiedereinschaltung der die Kreislaufgrößen mitregistrierenden
Geräte während des Schockvorganges, ferner fehlt die Möglichkeit des Fibrillierens
mit geeigneten Stromstärken.
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Die Lösung der gestellten Aufgaben gelang mit handelsüblichen Halbzeugen
und Bauteilen, so daß die Herstellung derartiger Geräte keinen besonderen Aufwand
erfordert und billig ist.
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Nach der Erfindung werden zur Gewährleistung einer sicheren Ablesung
der Meßwerte auch bei kürzesten Stromflußzeiten in der Größenordnung von 100 msec
Meßinstrumente verwendet mit einem oberhalb oder unterhalb des Zeigers angeordneten,
heb-oder senkbaren Bügel, welcher durch eine oder mehrere dem Meßinstrument zugeordnete
Magnetspulen oder Relais selbsttätig betätigt wird durch die Ankerbewegung der Spulen
oder Relais, die den Instrumentenzeiger in seiner Meßstellung gegen einen zweiten
starren Bügel oder Anschlag andrückt und damit arretiert, welche Arretierung erst
dann eintritt, wenn der Zeiger sich auf den Meßwert eingestellt hat, und bei erneutem
Stromfluß wieder bis zur Einstellung des Zeigers auf den neuen Meßwert aufgehoben
ist.
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Als Meßgeräte gelangen ein Drehspul-Strommesser mit Gleichrichter,
der zwecks Linearisierung der Skalen über einen Wandler gespeist wird, sowie ein
Drehspul-Spannungsmesser mit Gleichrichter zur Verwendung. Beide Instrumente stellen
sich in 100 msec mit 1 °/o Überschwingen ein. Da sie nur 100 mm Flanschdurchmesser
haben, lassen sie sich bequem in
das Gerät einbauen, ohne daß die Abmessungen desselben
die übliche Größe überschreiten. Unterhalb der Skala wird in die Instrumente beiderseits
des Meßwerkes je eine kleine Magnetspule mit beweglichem Anker oder ein kleines
Relais ohne Kontakte eingebaut. Diese Spulen tragen auf ihrem Anker einen Winkel
mit einem Schlitz, in den ein durch die Skala führender und unterhalb des Zeigers
verlaufender, heb- und senkbarer Bügel eingreift. Oberhalb des Meßwerkzeigers verläuft
ein zweiter starrer Bügel, der so angeordnet ist, daß der Zeiger im nicht arretierten
Zustand unter ihm spielen kann. Der auf den Ankern der Magnetspulen befestigte,
bewegliche Bügel drückt den Zeiger, wenn die Spulen stromlos sind, gegen den oberhalb
des Zeigers verlaufenden, starren Bügel und bewirkt die Arretierung. Erhalten die
Spulen nun einen Stromimpuls, so ziehen die Anker an und damit gibt der untere sich
dabei senkende Bügel den Zeiger frei. Die Elastizität des Zeigers, der als Rohrzeiger
konstruiert ist, nimmt die geringen, zur Anwendung gelangenden Hübe auf, so daß
das Meßwerk selbst nicht belastet wird. Den Magnetspulen wird iiber eine entsprechende
Schaltung ein derartiger Stromimpuls zugeführt, daß eine einwandfreie Einstellung
unter Berücksichtigung der Relaiszeitkonstante innerhalb der kürzesten Stromflußzeit
gewährleistet ist.
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Die Abschaltung des Kardiogramms bzw. anderer Registriergeräte mit
Verstärker geschieht zweckmäßig durch ein Relais mit entsprechender Kontaktbestükkung,
welches durch andere Relais oder Röhrenschaltungen so gesteuert wird, daß es kurz
vor der Einschaltung der Defibrillationsspannung die Unterbrechung der zum Patienten
führenden Leitungen dieser Geräte vornimmt und unmittelbar nach der Ausschaltung
des Defibrillationsstromes die Verbindungen wieder herstellt.
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Der bereits erwähnte Wandler erfüllt neben der Speisung des Strommeßinstrumentes
noch die Aufgabe, mit Hilfe von Anzapfungen seiner Wicklung wahlweise die Defibrillationsspannung
oder die Fibrillationsspannung herzustellen. Das Strommeßinstrument besitzt zwei
Skalen, so daß die Messung des Stromes bei der Fibrillation ohne weitere Umschaltung
genauso erfolgt wie die Messung bei der Defibrillation. Es ist lediglich notwendig,
das Gerät mit Hilfe des Betriebsartwahlschalters auf die gewünschte Arbeitsweise
einzustellen. Die Instrumente können, nachdem sie den Meßwert anzeigen und arretiert
haben, von Hand durch Betätigung einer Taste wieder auf den Nullpunkt zurückgestellt
werden, was jedoch bei mehreren nacheinander folgenden Defibrillationsvorgängen
nicht notwendig ist, da jeder neue Strom- und Spannungswert, der vom vorhergehenden
abweicht, angezeigt wird.
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Da sämtliche Vorgänge, Auslösung des Gerätes, Strom- und Spannungsanzeige,
Registriergerätabschaltung und -wiedereinschaltung, durch die Auslösung des Gerätes
ablaufen und zu diesem Zweck nur eine Taste bzw. ein Fußschalter betätigt werden
muß, ist die Bedienung leicht.
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Abb. I zeigt als Beispiel die Prinzipschaltung eines Gerätes zur
elektrischen Fibrillation-Defibrillation nach der Erfindung; Abb. II zeigt den mechanischen
Aufbau eines für den vorliegenden Zweck geeigneten Meßinstrumentes.
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Im Ruhezustand fließt von der. Kathode zum Gitter der Röhre 1 ein
Strom, der die Kapazität 3 auflädt.
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Die Größe der am Kondensator 3 stehenden Spannung wird durch die Widerstandsdekade
4 bewirkt, von der
ein entsprechender Teil - mit Hilfe des Wahlschalters
5, dessen Bedienungsknopf auf der Frontplatte des Gerätes direkt in Zeiten geeicht
ist, abgegriffen wird.
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Bei Betätigung des Tastschalters 6, der zur Auslösung des Gerätes
dient, erhält die Erregerspule des Relais 7 Spannung, dessen Kontakt 7a die Zündung
der gittergesteuerten Gasentladungsröhre 2 und damit den Anzug des Schaltschützes
8 bewirkt. Gleichzeitig wird durch den Kontakt 7 a der Gitter-Kathoden-Kreis der
Röhre 1 geschlossen. Zunächst kann wegen der an der Kapazität 3 stehenden Spannung
mit negativem Vorzeichen zum Gitter der Röhre 1 kein Anodenstrom fließen. Der Kondensator
entlädt sich jedoch nun über den Widerstand 9, und die Röhre beginnt nach einiger
Zeit Anodenstrom zu führen, wodurch sich der Kondensator 10 auflädt. Dadur,ch wird
das Steuergitter der gittergesteuerten Gasentladungsröhre 2 negativ, so daß es löscht
und dadurch Schütz 8 abfällt.
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Da die zur Defibrillation dienenden Strnmflußzeiten zwischen 100
msec und 1 sec liegen, würde bei Auslösung von Hand ein unter der Dauer der gewählten
Stromflußzeit liegendes Betätigen des Tastschalters 6 eine vorzeitige Rückkehr des
Zeitgebers in den Ruhezustand und damit Abfall des Schaltschützes 8 bedeuten. Daher
wurde der zur Auslösung dienende Tastschalter 6 durch den Kontakt 8 a des Schaltschützes
8 überbrückt, so daß die Erregerspule des Relais 7 für die Dauer der vom Zeitgeber
bestimmten Anzugszeit des Schaltschützes unter Spannung bleibt.
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Die Kontakte 8b und 8c des Schaltschützes 8 legen in geschlossenem
Zustand die von der Sekundärwicklung 11 des Trenntransformators 11 zur Verfügung
stehende Spannung über die der Strombegrenzung dienenden Regelwiderstände 12a und
12 b, die magnetische Kurzschluß sicherung 13, den Wandler 14 sowie den Betriebsartwahlschalter
15 an den Elektrodenanschluß.
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Der Wandler 14 besitzt zwei Anzapfungen der Wicklung 16 und 17, die
durch den Schaltarm des Schalters 15 wahlweise eingeschaltet werden können.
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Bei Benutzung der Anzapfung 16 steht am Ausgang zu den Elektroden
die Defibrillationsspannung, bei Benutzung der Anzapfung 17 über den Regelwiderstand
18 die Fibrillationsspannung zur Verfügung.
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Die Einschaltung der Regelwiderstände 12 a und 12 b sowie 18 bewirkt
eine stufenlose Stromregelung, die sich über den erforderlichen Bereich erstreckt.
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Beim Anzug des Relais 7 und Schließung des Kontaktes 7 b erhält die
Erregerspule des Relais 19 Strom, wodurch dessen Umschaltkontakte 19 a, 19 b, 19
c, 19 d das Patientenkabel zu einem Überwachungsregistriergerät unterbrechen und
z. B. geräteseits erden. Damit dieses Relais kurz vor der Einschaltung des Hauptstromkreises
zum Anzug kommt, erhält das Schaltschütz 8 eine Anzugsverzögerung über die der rregerspule
parallel liegende Kapazität20 und den it der Spule in Reihe liegenden Widerstand
21. Der befall des Relais 19 erfolgt stets später als der des Schaltschützes 8,
da die Spulenspannung für das Relaib 19 über den Kontakt 7 b des Relais 7 zugeführt
wird und zunächst Kontakt 8 a öffnen muß, bevor Relais 7 abfällt. Über den Kontakt
22 a des Relais 22, der als Umschaltkontakt ausgebildet ist, wird im Ruhezustand,
bei welchem der Mittelkontakt 22a an der Zunge 22 b anliegt, der Kondensator 23
aufgeladen. Durch den Kontakt 19 e des Relais 19 wird bei dessen Anzug die Spule
des Relais 22 erregt und der Kontakt 22 a auf die andere Zunge 22 c um-
geschaltet,-
wodurch sich der Kondensator 23 über die in Reihe geschalteten, im Strommesser 24
und Spannungsmesser 25 befindlichen Magnetspulen 26-27 und 28-29 entlädt. Der Anker
dieser Spulen zieht gemäß der Zeitkonstante des aus dem Kondensator 23 und den Spulen
26 bis 29 gebildeten Kreises kurz an und gibt damit den Zeiger der Meßinstrumente
mit Hilfe der an Hand der Abb. II näher erläuterten mechanischen Einrichtung frei,
so daß diese sich in der Zeit bis zum Abfall der Anker einstellen können. Durch
den Abfall der Anker werden die Zeiger wieder arretiert.
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Der den Magnetspulen parallel geschaltete Widerstand 30 dient zum
Abgleich der Meßintervalle. Mit Hilfe des Tastschalters 31 der den Kontakt 22a des
Relais 22 überbrückt, kann die Arretierung der Meßinstrumente 24 und 25 aufgehoben
und damit die Nullrückstellung der Zeiger bewirkt werden.
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Die Abb. II stellt als Beispiel eine Ausführung der Arretiei;vorrichtung
an den Instrumenten dar.
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Neben dem Meßwerk 32 befinden sich unterhalb des Skalenblattes 33
die Magnetspulen 26-27, die mit der Grundplatte 34 verschraubt sind. Auf den Ankern
35 und 36 der Magnetspulen 26 und 27 sind Winkel 37 und 38 angelötet, die auf ihrem
senkrechten Ende 39 mit einem Schlitz 40 versehen sind, in den ein über der Skala,
jedoch unter dem Zeiger 41 verlaufender Bügel 42 mit seinen abgebogenen und durch
Bohrungen in der Skalenplatte reichenden Enden mittels Schrauben 43 so befestigt
ist, daß diese und mit ihnen der Bügel 42 im Schlitz 40 der Winkel verschoben werden
können.
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Diese Anordnung erlaubt eine leichte Justierung des Bügels 42. Oberhalb
des Zeigers 41 ist ein starrer Bügel 44, der mit seinen abgebogenen Enden auf dem
Skalenblatt33 verschraubt wird, so angebracht, daß der Zeiger 41 im freien Zustand
unter ihm spielen kann. Dieser Bügel dient als Anschlag und verhindert, daß der
Zeiger über die Elastizitätsgrenze hinaus beansprucht wird. Im Ruhezustand bei abgefallenen
Ankern 35 und 36 drückt der Bügel 42 - den Zeiger 41 gegen den Bügel 44, wie in
Abb. II dargestellt, und arretiert ihn damit.