EA034946B1 - Method of adjustable capacitor bank discharge during defibrillation - Google Patents
Method of adjustable capacitor bank discharge during defibrillation Download PDFInfo
- Publication number
- EA034946B1 EA034946B1 EA201700396A EA201700396A EA034946B1 EA 034946 B1 EA034946 B1 EA 034946B1 EA 201700396 A EA201700396 A EA 201700396A EA 201700396 A EA201700396 A EA 201700396A EA 034946 B1 EA034946 B1 EA 034946B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- current
- defibrillation
- discharge
- pulse
- circuit
- Prior art date
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
- A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
- A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
- A61N1/38—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for producing shock effects
- A61N1/39—Heart defibrillators
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K5/00—Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
- H03K5/003—Changing the DC level
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Electrotherapy Devices (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Предлагаемое техническое решение предназначено для использования в высоковольтных формирователях терапевтических разрядов энергии в медицинских устройствах - дефибрилляторах.The proposed technical solution is intended for use in high-voltage shapers of therapeutic energy discharges in medical devices - defibrillators.
Уровень техникиState of the art
В дефибрилляторах используют специальные формы импульсов тока для дефибрилляции, которые обеспечивают снижение порога дефибрилляции и минимальные повреждения клеток сердца. Желательно обеспечить такой процесс регулирования тока дефибрилляции, который без потерь энергии компенсирует изменение тока в цепи пациента при изменении его сопротивления, что не позволит току выйти за пределы клинически эффективных и/или безопасных значений. Повышение плотности тока выше определённого уровня может вызвать негативные для пациента последствия. Клинически подтверждена желательная форма тока для дефибрилляции, у которой к концу первой фазы импульса ток дефибрилляции должен быть как можно выше, а в начале фазы ток может иметь более низкий уровень. Доказано, что пороговая энергия нарастающих по амплитуде тока импульсов дефибрилляции меньше пороговой энергии спадающих импульсов. Причины такой изменчивости отклика сердечных клеток на внешнее электрическое воздействие связаны с комплексом выявленных электрофизиологических факторов.Defibrillators use special forms of current pulses for defibrillation, which provide a lower threshold for defibrillation and minimal damage to heart cells. It is desirable to provide such a process for regulating the current of defibrillation that without energy loss compensates for the change in the current in the patient’s circuit when its resistance changes, which will not allow the current to go beyond clinically effective and / or safe values. An increase in current density above a certain level can cause negative consequences for the patient. The desired form of current for defibrillation has been clinically confirmed, in which by the end of the first phase of the pulse the defibrillation current should be as high as possible, and at the beginning of the phase the current may have a lower level. It is proved that the threshold energy of defibrillation pulses increasing in amplitude of the current is less than the threshold energy of decaying pulses. The reasons for this variability in the response of cardiac cells to external electrical exposure are associated with a complex of identified electrophysiological factors.
С информацией на эту тему можно познакомиться из работ Ascending-Ramp Biphasic Waveform Has a Lower Defibrillation Threshold and Releases Less Troponin I Than a Truncated Exponential Biphasic Waveform, авт. Jian Huang и др., опубликовано в журнале Arrhythmia and Electrophysiology США, 09.04.2012 г. и Эффективность и безопасность электрической дефибрилляции желудочков сердца: эксперимент и клиника, авт. В.А. Востриков, опубликовано в журнале Фундаментальные основы анестезиологии и реаниматологии, РФ, 20.04.2012 г.Information on this topic can be found in the works of the Ascending-Ramp Biphasic Waveform Has a Lower Defibrillation Threshold and Releases Less Troponin I Than a Truncated Exponential Biphasic Waveform, ed. Jian Huang et al., Published in the journal Arrhythmia and Electrophysiology USA, 04/09/2012 and Efficiency and safety of electrical defibrillation of the ventricles of the heart: experiment and clinic, ed. V.A. Vostrikov, published in the journal Fundamental Fundamentals of Anesthesiology and Intensive Care, RF, 04/20/2012
Предпочтительно, чтобы энергия импульса дефибрилляции составляла максимальный процент от энергии емкостного накопителя, что способствовало бы уменьшению размеров емкостного накопителя энергии емкостного накопителя и батареи питания дефибриллятора. Экономически не целесообразно использовать технические решения, в которых накопитель энергии использует при разряде только часть запасённой энергии при максимальном заряде конденсаторов, например, менее 60% (η<0,60) при нагрузке 50 Ом. Такие решения вызывают увеличение габаритов и массы как батареи питания, так и емкостного накопителя дефибриллятора.Preferably, the energy of the defibrillation pulse is the maximum percentage of the energy of the capacitive storage device, which would help to reduce the size of the capacitive energy storage of the capacitive storage device and the battery defibrillator. It is not economically feasible to use technical solutions in which the energy storage device uses only part of the stored energy when discharging at a maximum charge of capacitors, for example, less than 60% (η <0.60) at a load of 50 Ohms. Such decisions cause an increase in the size and weight of both the power battery and the capacitive defibrillator drive.
Для оптимизации эффекта дефибрилляции к концу первой фазы импульса ток дефибрилляции должен быть как можно выше, следовательно, на емкостном накопителе энергии должно присутствовать достаточно высокое напряжение.To optimize the effect of defibrillation, the defibrillation current should be as high as possible at the end of the first phase of the pulse; therefore, a sufficiently high voltage should be present on the capacitive energy storage device.
Для разрешения этого противоречия разработаны технологии переключения конденсаторов емкостного накопителя энергии в ходе разряда. С различными методами использования перестраиваемых батарей конденсаторов, используемых в качестве накопителей энергии дефибрилляторов, можно ознакомиться из описаний к патентам DE 202006018672, EP 2477329, US 5395395, US 5725560, US 5968080, US 6047211, US 6480738, US 6778860, US 8965501, US9168379B, US 9526910B2, EA201300923 20150331.To resolve this contradiction, technologies have been developed for switching capacitors of a capacitive energy storage device during a discharge. Various methods of using tunable capacitor banks used as energy storage devices for defibrillators can be found in the patent descriptions DE 202006018672, EP 2477329, US 5395395, US 5725560, US 5968080, US 6047211, US 6480738, US 6778860, US 8965501, US9168379B US 9526910B2, EA201300923 20150331.
Например, в описании патента US 6480738 показано, что для достижения одинакового терапевтического эффекта, энергия обычного конденсатора должна быть выше, чем энергия двух переключаемых конденсаторов. Конденсаторы соединяют в параллельную схему, а при снижении напряжения до некоторого остаточного напряжения, которое зависит от допустимого наклона вершины импульса, соединяют последовательно.For example, in the description of US Pat. No. 6,480,738, it is shown that in order to achieve the same therapeutic effect, the energy of a conventional capacitor must be higher than the energy of two switched capacitors. Capacitors are connected in a parallel circuit, and when the voltage is reduced to a certain residual voltage, which depends on the allowable slope of the pulse peak, they are connected in series.
Недостатки существующих технических решений с использованием перестраиваемой батареи конденсаторов - регулировку формы импульса обеспечивают за счёт определения момента перехода на последовательное соединение конденсаторов и за счёт регулирования длительности фазы. Амплитуда тока при переключении конденсаторов на максимальное напряжение определяется колебаниями текущего сопротивления грудной клетки. Для получения максимального коэффициента использования энергии накопителя в импульсе дефибрилляции конденсаторы необходимо переключать на последовательное соединение желательно раньше. Такая операция ограничена высоким током в момент перехода на последовательное соединение. При этом не будет решена и задача получения максимально возможного тока дефибрилляции к концу первой фазы импульса дефибрилляции, так как при раннем переходе на последовательное соединение уменьшается постоянная времени цепи разряда (конденсаторы разряжаются быстрее). К концу фазы импульса конденсаторы могут разрядиться до недопустимого для лечения уровня. Возможности динамической адаптации у таких решений ограничены числом конденсаторов, высоковольтных ключей и соответствующих контуров управления.The disadvantages of existing technical solutions using a tunable capacitor bank - the pulse shape is controlled by determining the moment of transition to the series connection of capacitors and by adjusting the phase duration. The amplitude of the current when switching capacitors to maximum voltage is determined by fluctuations in the current resistance of the chest. To obtain the maximum energy efficiency of the drive in the defibrillation pulse, the capacitors must be switched to the serial connection, preferably earlier. Such an operation is limited by high current at the time of switching to a serial connection. At the same time, the problem of obtaining the maximum possible defibrillation current by the end of the first phase of the defibrillation pulse will not be solved, since with an early transition to a series connection, the discharge circuit time constant decreases (capacitors discharge faster). By the end of the pulse phase, the capacitors may discharge to an unacceptable level for treatment. The dynamic adaptation capabilities of such solutions are limited by the number of capacitors, high-voltage switches and associated control loops.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятым за прототип является изобретение, описанное в патенте EP 2477329. Устройство содержит узлы, обеспечивающие формирование специализированной формы импульса с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Выходной каскад содержит импульсный преобразователь, выполненный с возможностью формирования импульса заданной формы с использованием ШИМ относительно опорного сигнала. Способ формирования импульса предусматривает изменение схемы соединения конденсаторов емкостного накопителя энергии, чтобы минимизировать разность напряжений между напряжением на входе и выходе импульсного преобразователя, что должно обеспечить снижение потерь ШИМ-преобразователя выThe closest in technical essence and the achieved positive effect and adopted as a prototype is the invention described in patent EP 2477329. The device contains nodes that provide the formation of a specialized waveform using pulse-width modulation (PWM). The output stage contains a pulse Converter, configured to generate a pulse of a given shape using PWM relative to the reference signal. The pulse shaping method involves changing the connection scheme of the capacitors of a capacitive energy storage device in order to minimize the voltage difference between the voltage at the input and output of the pulse converter, which should reduce the loss of the PWM converter
- 1 034946 ходного каскада.- 1,034,946 driving cascade.
Недостатки прототипа заключаются в большом числе ключей и контуров управления ключами, что усложняет реализацию устройства. Прерывание тока через конденсаторы емкостного накопителя энергии на высокой частоте при работе ШИМ-преобразователя, в то время как конденсаторы имеют собственную паразитную индуктивность, вызывает потери энергии, коммутационные всплески напряжения и ограничивает частоту коммутации и амплитуду тока разряда.The disadvantages of the prototype are a large number of keys and key management loops, which complicates the implementation of the device. The interruption of the current through the capacitors of a capacitive energy storage device at a high frequency during the operation of a PWM converter, while the capacitors have their own stray inductance, causes energy loss, switching voltage spikes and limits the switching frequency and the amplitude of the discharge current.
Отсутствие на мировом рынке дефибрилляторов, реализующих известные достижения по оптимизации эффекта дефибрилляции, говорит о технических проблемах при разработке таких дефибрилляторов. Большинство выпускаемых дефибрилляторов формируют трапецеидальный биполярный импульс дефибрилляции с убывающей амплитудой тока и неконтролируемым разрядом.The absence on the world market of defibrillators that implement well-known achievements in optimizing the effect of defibrillation indicates technical problems in the development of such defibrillators. Most manufactured defibrillators form a trapezoidal bipolar defibrillation pulse with a decreasing current amplitude and an uncontrolled discharge.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Технический результат заявленного изобретения направлен на создание способа разряда конденсаторов перестраиваемой батареи для емкостного накопителя энергии дефибриллятора, обеспечивающего повышение безопасности применения дефибриллятора для пациентов с различными значениями сопротивления грудной клетки.The technical result of the claimed invention is aimed at creating a method for discharging capacitors of a tunable battery for a capacitive defibrillator energy storage device, which improves the safety of using a defibrillator for patients with different values of chest resistance.
Также заявленный способ направлен на повышение коэффициента использования накопленной энергии при дефибрилляции (например, до значений η>0,80 на максимальной энергии и сопротивлении в цепи разряда 50 Ом). Способ предполагается использовать для формирования импульсов с известными клинически эффективными формами тока. Например, биполярных импульсов с квазисинусоидальной, прямолинейной или трапецеидальной формой.Also, the claimed method is aimed at increasing the utilization of accumulated energy during defibrillation (for example, to values η> 0.80 at maximum energy and resistance in the discharge circuit of 50 Ohms). The method is intended to be used to generate pulses with known clinically effective forms of current. For example, bipolar pulses with a quasi-sinusoidal, rectilinear or trapezoidal shape.
Технический результат достигают за счёт способа разряда перестраиваемой батареи конденсаторов в цепь пациента для восстановления нормального ритма сердца. Способ содержит этапы формирования однофазного, бифазного или многофазного импульсов дефибрилляции посредством перестраиваемой батареи конденсаторов. Батарея содержит N-перестраиваемых групп конденсаторов, где N >1, которые используют при регулировании тока дефибрилляции. Контролируют параметры, зависящие от сопротивления цепи пациента до и/или во время формирования импульса дефибрилляции с помощью средств контроля электрических режимов цепи разряда, связанных с модулем управления дефибриллятора. Регулируют ток дефибрилляции посредством электронных ключей с соответствующими цепями управления, определяющими закрытое или открытое состояние электронных ключей. Электронными ключами, по меньшей мере, перестраивают разрядные цепи конденсаторов в конденсаторных группах: от параллельно соединённых цепей разряда конденсаторов к последовательно соединённым цепям разряда конденсаторов и/или от последовательно соединённых цепей разряда к параллельно соединённым цепям разряда. Перестраивают батарею в ходе разряда в соответствии с последовательностями команд модуля управления, определяющими конфигурацию разрядной цепи, которые подают в цепи управления электронных ключей в течение задаваемых модулем управления интервалов времени, последовательно переходя от одних команд к другим, при этом упомянутые команды и время их действия выбирают посредством модуля управления с учётом результатов контроля параметров, зависящих от сопротивления пациента, из предварительно предустановленного множества команд, обеспечивающих формирование требуемой формы импульса, при переходе от одних команд к другим командам в ходе формирования импульса и/или динамически формируют посредством модуля управления и датчика тока, включая этапы на которых сравнивают предустановленные значения одного или нескольких уровней допустимого тока со значениями тока дефибрилляции, определяемым датчиком тока, при обнаружении отклонения тока дефибрилляции от предустановленных значений, изменяют команды модуля управления так, чтобы уменьшить это отклонение.The technical result is achieved due to the method of discharging a tunable capacitor bank into the patient circuit to restore normal heart rhythm. The method comprises the steps of forming a single-phase, biphasic or multiphase defibrillation pulse by means of a tunable capacitor bank. The battery contains N-tunable groups of capacitors, where N> 1, which are used to control the defibrillation current. Parameters depending on the resistance of the patient circuit before and / or during the formation of the defibrillation pulse are controlled by means of monitoring the electrical regimes of the discharge circuit associated with the defibrillator control module. The defibrillation current is controlled by means of electronic keys with corresponding control circuits defining the closed or open state of electronic keys. Using electronic switches, at least rebuild the discharge circuits of capacitors in capacitor groups: from parallel connected discharge circuits of capacitors to series-connected discharge circuits of capacitors and / or from series-connected discharge circuits to parallel connected discharge circuits. The battery is rebuilt during the discharge in accordance with the sequences of commands of the control module that determine the configuration of the discharge circuit, which are supplied to the electronic key control circuit for intervals of time specified by the control module, sequentially switching from one command to another, while the mentioned commands and their duration are selected by means of a control module, taking into account the results of monitoring parameters depending on the patient’s resistance, from a predefined set of commands that ensure the formation of the desired pulse shape, when switching from one command to another command during pulse formation and / or is dynamically generated by a control module and a current sensor, including the steps of comparing the preset values of one or more levels of permissible current with the values of the defibrillation current determined by the current sensor, if a deviation of the defibrillation current from the preset values is detected, change the commands muzzle control so as to reduce this deviation.
В частном случае, для регулировки тока дефибрилляции используют предустановленную последовательность команд, соответствующую параметрам цепи пациента, а при отклонении тока дефибрилляции от предварительно заданных значений посредством модуля управления и датчика тока корректируют команды на одном или нескольких участках формируемого импульса.In the particular case, to adjust the defibrillation current, a predefined sequence of commands corresponding to the parameters of the patient circuit is used, and if the defibrillation current deviates from the preset values, the commands are corrected on one or more sections of the generated pulse by the control module and the current sensor.
В частном случае, команды формируют таким образом, что максимальный спад тока дефибрилляции составляет менее 25% после переключения цепей перестраиваемой батареи, с отношением до двух раз пикового тока при сопротивлении цепи пациента 25 Ом к пиковому току при сопротивлении нагрузки 100 Ом.In the particular case, the commands are formed in such a way that the maximum drop in the defibrillation current is less than 25% after switching the tunable battery circuits, with a ratio of up to two times the peak current with a patient circuit resistance of 25 Ohms to peak current with a load resistance of 100 Ohms.
В частном случае, при обнаружении пониженного сопротивления цепи пациента разряд обеспечивают через резистор с корректировкой системы команд.In the particular case, when a reduced resistance of the patient circuit is detected, the discharge is provided through a resistor with an adjustment of the command system.
В частном случае, временные интервалы открытого состояния по меньшей мере одного электронного ключа перестраиваемой батареи формируют с учётом снижения скорости нарастания тока и напряжения, которые воздействуют на ключи высоковольтного коммутатора.In the particular case, the time intervals of the open state of at least one electronic key of the tunable battery are formed taking into account the decrease in the slew rate of the current and voltage that affect the keys of the high-voltage switch.
В частном случае, предустановленная система последовательностей команд содержит множество вариантов распределения по длительности импульса параметров, связанных с током дефибрилляции.In the particular case, the pre-installed system of command sequences contains many options for distributing parameters related to the defibrillation current over the pulse duration.
В частном случае используют этапы импульсного регулирования параметров, связанных с токомIn the particular case, the steps of pulsed regulation of the parameters associated with the current are used.
- 2 034946 дефибрилляции относительно предустановленных уровней тока с использованием индуктивного накопителя энергии в цепи пациента и смены состояний одного или нескольких электронных ключей перестраиваемой батареи с высокой частотой.- 2,034,946 defibrillation relative to preset current levels using an inductive energy storage device in the patient circuit and changing states of one or more electronic keys of a tunable battery with a high frequency.
В частном случае, корректируют допустимые уровни параметров импульса дефибрилляции, связанные с током и временем в зависимости от сопротивления цепи пациента.In the particular case, allowable levels of defibrillation pulse parameters are adjusted, which are related to current and time, depending on the resistance of the patient circuit.
Описание чертежейDescription of drawings
На фиг. 1 изображена схема переключения двух конденсаторов в ходе разряда.In FIG. 1 shows a circuit for switching two capacitors during a discharge.
На фиг. 2 изображена схема, соответствующая параллельному соединению цепей разряда конденсаторов.In FIG. 2 shows a circuit corresponding to the parallel connection of capacitor discharge circuits.
На фиг. 3 изображена схема, соответствующая последовательному соединению цепей разряда конденсаторов.In FIG. 3 shows a circuit corresponding to the series connection of capacitor discharge circuits.
На фиг. 4 изображена часть блок-схемы дефибриллятора, обеспечивающая реализацию способа.In FIG. 4 depicts a portion of a defibrillator flowchart providing an implementation of the method.
На фиг. 5 изображена схема коммутатора дефибриллятора.In FIG. 5 shows a diagram of a defibrillator switch.
На фиг. 6 изображены варианты конфигураций перестраиваемой батареи с тремя конденсаторными группами из шести конденсаторов.In FIG. 6 shows configuration options for a tunable battery with three capacitor groups of six capacitors.
На фиг. 7 изображена форма импульса при сопротивлении нагрузки 50 Ом.In FIG. 7 shows the pulse shape with a load resistance of 50 ohms.
На фиг. 8 изображена форма импульса при сопротивлении нагрузки 100 Ом.In FIG. Figure 8 shows the pulse shape with a load resistance of 100 ohms.
На фиг. 9 изображён график коэффициента использования энергии накопителя η в зависимости от сопротивления нагрузки.In FIG. 9 is a graph of energy storage coefficient η of the drive as a function of load resistance.
На фиг. 10 изображена форма импульса без стабилизации тока.In FIG. 10 shows a pulse shape without current stabilization.
На фиг. 11 изображена форма импульса со стабилизацией тока.In FIG. 11 shows a pulse shape with current stabilization.
На фиг. 12 изображена часть блок-схемы дефибриллятора с одной конденсаторной группой с двумя конденсаторами.In FIG. 12 shows part of a block diagram of a defibrillator with one capacitor group with two capacitors.
На фиг. 13 изображена форма импульса, сформированная схемой фиг. 12.In FIG. 13 shows the pulse shape generated by the circuit of FIG. 12.
На фиг. 14 изображены фрагменты импульса тока при его регулировании на высокой частоте.In FIG. 14 shows fragments of a current pulse when it is regulated at a high frequency.
На фиг. 15 изображены осциллограммы импульсов для выбранной максимальной энергии 360 Дж в зависимости от сопротивления пациента.In FIG. 15 shows waveforms of pulses for a selected maximum energy of 360 J depending on the patient's resistance.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
При проведении экспериментов со схемами перестраиваемых конденсаторов обнаружено, что возможно энергетически эффективно регулировать ток разряда конденсаторов, получая значения тока, входящие в интервал от уровня тока соответствующего параллельной схеме разряда конденсаторов до уровня тока соответствующего последовательной схеме разряда конденсаторов. Используют импульсную модуляцию, обеспечивающую команды для перестройки цепей конденсаторов. Параметрами модуляции могут быть длительность пребывания конденсаторов в той или иной схеме разряда или частота смены схем разряда. На фиг. 1 показана перестраиваемая батарея конденсаторов с возможностью перестройки заряженных конденсаторов 1 и 2 из параллельной схемы разряда в последовательную схему. Также упомянутая батарея может перестраиваться из последовательной схемы в параллельную схему. Для этого используют ключи на диодах 3 и 4, а также электронный ключ 5, в данном случае транзисторный ключ на основе технологии БТИЗ (IGBT). Диоды 3 и 4 при отключённом ключе 5 обеспечивают параллельное соединение цепей разряда в нагрузку 10 и исключают нежелательный взаимный перезаряд конденсаторов 1 и 2 с неконтролируемыми токами при возврате цепей разряда в параллельное соединение (см. фиг. 2) из последовательной схемы (см. фиг. 3). Включение ключа 5 в состояние высокой проводимости обеспечивает переход к эквивалентной схеме соответствующей последовательной схеме разряда конденсаторов при обратно смещённых диодах 3 и 4. Формирование импульса начинают с момента включения соответствующих ключей в коммутаторе 9. При включённом ключе 5 обеспечивают дополнительное накопление энергии в индуктивности 6, а при его выключении обеспечивают разряд части дополнительной энергии индуктивности 6, что позволяет энергетически эффективно регулировать ток в нагрузке 10 (цепь пациента). Схема содержит токоограничивающий резистор 7, при этом ключ 8 может быть разомкнут для ограничения тока, или замкнут.When conducting experiments with tunable capacitor circuits, it was found that it is possible to energy-efficiently control the discharge current of capacitors, obtaining current values that fall in the interval from the current level corresponding to the parallel capacitor discharge circuit to the current level corresponding to the sequential capacitor discharge circuit. Pulse modulation is used to provide commands for tuning capacitor circuits. Modulation parameters can be the duration of the capacitors in a particular discharge circuit or the frequency of the change of discharge circuits. In FIG. 1 shows a tunable capacitor bank with the possibility of tuning charged capacitors 1 and 2 from a parallel discharge circuit to a series circuit. Also, said battery may be tuned from a serial circuit to a parallel circuit. To do this, use the keys on diodes 3 and 4, as well as an electronic key 5, in this case, a transistor switch based on IGBT technology. Diodes 3 and 4 with the key 5 switched off provide a parallel connection of the discharge circuits to the load 10 and exclude unwanted mutual recharging of the capacitors 1 and 2 with uncontrolled currents when returning the discharge circuits to a parallel connection (see Fig. 2) from the serial circuit (see Fig. 3). Turning on the key 5 in the high conductivity state provides a transition to the equivalent circuit corresponding to the sequential discharge circuit of the capacitors when the diodes 3 and 4 are reverse biased. The pulse formation starts from the moment the corresponding keys are turned on in switch 9. When the key 5 is on, they provide additional energy storage in inductance 6, and when it is turned off, a part of the additional inductance energy 6 is discharged, which allows energy-efficient regulation of the current at load 10 (patient circuit). The circuit contains a current-limiting resistor 7, while the key 8 can be open to limit the current, or closed.
Замечено, что в схеме фиг. 1, при идентичности конденсаторов 1 и 2, и одинаковом начальном заряде, обеспечивается их равномерный разряд не зависимо от изменения нагрузки 10 в ходе разряда, в том числе и при многократных перестройках конфигурации схемы конденсаторов ключом 5. Сочетание непрерывного тока разряда конденсаторов в нагрузку и возможность регулирования амплитуды тока разряда на схеме фиг. 1 обеспечивает глубокий и равномерный разряд конденсаторов при формировании импульса дефибрилляции. Что даёт преимущество перед известными схемами с отключаемыми или подключаемыми к разряжаемой батарее конденсаторами. При формировании импульсов для целей дефибрилляции коэффициент использования накопленной энергии конденсаторов (η) может превышать значения 0,80. Зная ёмкости конденсаторов 1 и 2, начальный заряд, время пребывания в параллельной и последовательных схемах и ток разряда в этих схемах, несложно рассчитать расход энергии конденсаторов в любой момент разряда.It is noted that in the circuit of FIG. 1, when the capacitors 1 and 2 are identical, and the initial charge is the same, their uniform discharge is ensured regardless of the change in load 10 during the discharge, including with repeated changes in the configuration of the capacitor circuit with key 5. Combination of the continuous discharge current of the capacitors into the load and the possibility controlling the amplitude of the discharge current in the circuit of FIG. 1 provides a deep and uniform discharge of capacitors during the formation of a defibrillation pulse. Which gives an advantage over known circuits with disconnected or connected capacitors to a discharged battery. When generating pulses for defibrillation purposes, the coefficient of utilization of the accumulated energy of capacitors (η) may exceed 0.80. Knowing the capacities of capacitors 1 and 2, the initial charge, the residence time in parallel and serial circuits, and the discharge current in these circuits, it is not difficult to calculate the energy consumption of capacitors at any moment of the discharge.
Управление скоростью разряда конденсаторов за счёт параллельно-последовательных перестроекControl of the discharge rate of capacitors due to parallel-sequential tuning
- 3 034946 схем разряда батареи (см. фиг. 1), без отключения конденсаторов батареи от разрядной цепи, позволяет регулировать ток разряда для целей дефибрилляции и лежит в основе предлагаемого способа разряда.- 3 034946 battery discharge circuits (see Fig. 1), without disconnecting the battery capacitors from the discharge circuit, allows you to adjust the discharge current for defibrillation and is the basis of the proposed discharge method.
Пример 1.Example 1
На фиг. 4 изображена часть блок-схемы дефибриллятора с тремя перестраиваемыми конденсаторными группами, соединёнными последовательно. Пример построения коммутатора 9 показан на фиг. 5.In FIG. 4 shows a part of a defibrillator block diagram with three tunable capacitor groups connected in series. An example of the construction of the switch 9 is shown in FIG. 5.
Модуль управления 11 через шины 12, 13, 14 обеспечивает управление ключами 5 конденсаторных групп 15, 16, 17 перестраиваемой батареи накопителя энергии 18, а также посредством шины 19 обеспечивает управление соответствующими ключами коммутатора 9. Возможные конфигурации схем разряда конденсаторов регулируемые ключами 5 перестраиваемой батареи 18 приведены на фиг. 6. Коммутатор 9 обеспечивает формирование биполярного импульса в цепи нагрузки 10 (цепь пациента). Датчик тока 20 связан шиной 21 с модулем управления 11. Модуль управления 11 может включать по меньшей мере один однокристальный 8-разрядный микроконтроллер с соответствующей схемной обвязкой, который связан с селектором энергии (на фиг. 4 не показаны). В состав микроконтроллера дополнительно входит система компараторов, множество таймеров, источники опорного напряжения, ШИМ-генераторы, блоки памяти данных и т.д. Назначение микроконтроллера - генерация требуемой для формирования импульса дефибрилляции, последовательно реализуемой системы команд для управления электронными ключами перестраиваемой батареи и коммутатора, на основании исходных данных (например, напряжение заряда конденсаторов, допустимые уровни тока и их распределение по длительности импульса). Допускается обработка контроллером и формируемых в ходе разряда данных (например, по установленному сопротивлению цепи 10 или диапазону сопротивлений в который входит это сопротивление) с динамической корректировкой команд управления электронными ключами. Микроконтроллер формирует требуемые опорные уровни напряжений в заданные программой интервалы времени, что обеспечивает возможность задания максимально допустимых уровней тока для формирования импульса дефибрилляции. Модуль управления 11 содержит цепи управления всеми электронными ключами перестраиваемой батареи 18 и коммутатора 9.The control module 11 through the buses 12, 13, 14 provides control of the keys 5 of the capacitor groups 15, 16, 17 of the tunable battery of the energy storage device 18, and also through the bus 19 provides control of the corresponding keys of the switch 9. Possible configurations of the discharge circuits of the capacitors are regulated by the keys 5 of the tunable battery of 18 are shown in FIG. 6. The switch 9 provides the formation of a bipolar pulse in the load circuit 10 (patient circuit). The current sensor 20 is connected by a bus 21 to the control module 11. The control module 11 may include at least one single-chip 8-bit microcontroller with a corresponding circuit wiring, which is connected to an energy selector (not shown in Fig. 4). The microcontroller additionally includes a comparator system, many timers, voltage reference sources, PWM generators, data memory blocks, etc. The purpose of the microcontroller is to generate the defibrillation required for generating a pulse, a sequentially implemented command system for controlling the electronic keys of the tunable battery and switch based on the initial data (for example, capacitor charge voltage, acceptable current levels and their distribution by pulse duration). It is allowed to process the controller and the data generated during the discharge (for example, according to the installed resistance of circuit 10 or the resistance range that this resistance belongs to) with dynamic adjustment of electronic key control commands. The microcontroller generates the required reference voltage levels at the time intervals specified by the program, which makes it possible to set the maximum allowable current levels for the formation of a defibrillation pulse. The control module 11 contains a control circuit for all electronic keys tunable battery 18 and the switch 9.
Конденсаторы в пределах переключаемых групп 15, 16, 17 предпочтительно выбирать одного номинала. Ключи 5 могут быть реализованы на транзисторах с обратным напряжением, превышающим напряжение заряда каждого из конденсаторов. Коммутатор 9 содержит резистор 23, шунтирующий его ключ 22 и варистор 24, ключ 25 разряда батареи 18, минуя цепь нагрузки 10, а также ключи 26, 27, 28, 29 включённые по схеме H-моста для переключения полярности тока в цепи пациента. В цепях управления электронных ключей 5, 22, 26, 27, 28, 29 устанавливают схемы гальванической изоляции сигналов управления, так как электронные ключи имеют высокие и быстро изменяющиеся при формировании импульса потенциалы (на фиг. 4 и 5 не показаны).The capacitors within the switchable groups 15, 16, 17, it is preferable to choose one rating. The keys 5 can be implemented on transistors with a reverse voltage exceeding the charge voltage of each of the capacitors. The switch 9 contains a resistor 23, a shunt key 22 and a varistor 24, a discharge key 25 of the battery 18, bypassing the load circuit 10, as well as keys 26, 27, 28, 29 included in the H-bridge circuit to switch the polarity of the current in the patient circuit. In the control circuits of electronic keys 5, 22, 26, 27, 28, 29, galvanic isolation circuits for control signals are installed, since electronic keys have high and rapidly changing potentials during pulse formation (not shown in FIGS. 4 and 5).
Способ разряда допускает возможность контроля сопротивления нагрузки 10 до заряда конденсаторов перестраиваемой батареи 18 и/или в ходе разряда любыми известными способами.The discharge method allows the resistance of the load 10 to be charged to the capacitors of the tunable battery 18 and / or during the discharge by any known method.
Возможен следующий порядок действий для реализации способа разряда перестраиваемой батареи 18.The following procedure is possible to implement the discharge method of the tunable battery 18.
1. Задают энергию импульса с помощью селектора энергии, который входит в состав модуля управления 11.1. Set the energy of the pulse using the energy selector, which is part of the control module 11.
2. С помощью модуля управления 11 определяют необходимый уровень заряда конденсаторов батареи 18 с учётом результатов до разрядного контроля сопротивления цепи или без учёта такого контроля.2. Using the control module 11 determine the required level of charge of the capacitors of the battery 18, taking into account the results to discharge control circuit resistance or without taking into account such control.
3. Заряжают конденсаторы батареи 18 при выключенных ключах 5.3. Charge the capacitors of the battery 18 with the keys 5 off.
4. Включают ключи 26 и 27 и формируют ток разряда через цепь нагрузки 10 и через резистор 23 (см. фиг. 5).4. Turn on the keys 26 and 27 and form the discharge current through the load circuit 10 and through the resistor 23 (see Fig. 5).
5. Устанавливают заданный уровень допустимого тока для первого временного интервала посредством микроконтроллера модуля 11. Контролируют сопротивление нагрузки 10, для чего используют датчик тока 20 (возможен многократный контроль). Определяют, в каком из предварительно заданных диапазонов находится сопротивление нагрузки 10.5. Set the specified level of permissible current for the first time interval by means of the microcontroller of module 11. Control the load resistance 10, for which a current sensor 20 is used (multiple monitoring is possible). Determine which of the predefined ranges is the load resistance 10.
6. Планируют дальнейший ход разряда по параметрам, связанным с током и временем, выбирая последовательности команд микроконтроллера модуля управления 11, для заданного уровня энергии и выбранного диапазона сопротивления (или выходят из программы разряда, если сопротивление нагрузки 10 не соответствует условиям разряда).6. Plan the further course of the discharge according to the parameters related to the current and time, choosing the sequence of commands of the microcontroller of the control module 11 for a given energy level and a selected resistance range (or exit the discharge program if the load resistance 10 does not meet the conditions of the discharge).
7. Переходят ко второму временному интервалу и задают команды для управления ключами 5, соответствующие этому интервалу.7. Go to the second time interval and specify the commands for managing keys 5 corresponding to this interval.
8. Далее последовательно переходят к оставшимся временным интервалам с заданными командами для ключей 5 и в конце фазы выключают все ключи, в том числе и ключи коммутатора 9.8. Next, sequentially go to the remaining time intervals with the specified commands for the keys 5 and at the end of the phase turn off all the keys, including the keys of the switch 9.
В табл. 1 сведены последовательности команд от модуля управления 11 для управления ключами 5 конденсаторных групп 15, 16, 17 перестраиваемой батареи 18 и ключами 22, 26-29 коммутатора 9 (см. фиг. 4 и 5) для максимальной энергии разряда 360 Дж и сопротивления нагрузки 50 Ом.In the table. 1 summarizes the sequence of commands from the control module 11 to control the keys 5 of the capacitor groups 15, 16, 17 of the tunable battery 18 and the keys 22, 26-29 of the switch 9 (see Fig. 4 and 5) for a maximum discharge energy of 360 J and load resistance 50 Ohm.
- 4 034946- 4 034946
Таблица 1Table 1
(-) Ключ выключен; (+) ключ включен.(-) The key is off; (+) key is included.
Используя данные табл. 1, возможно определить значения энергии перестраиваемой батареи конденсаторов и энергии поглощённой нагрузкой 10 для любого интервала времени, заданного в таблице. Для упрощения расчётов и оптимального формирования подходящих последовательностей команд и их длительностей, а также подбора номиналов конденсаторов перестраиваемой батареи удобно пользоваться программами автоматизированного моделирования для электроники.Using the data table. 1, it is possible to determine the energy values of the tunable capacitor bank and the energy absorbed by the load 10 for any time interval specified in the table. To simplify the calculations and the optimal formation of suitable sequences of commands and their durations, as well as the selection of the capacitors of the tunable battery, it is convenient to use computer-aided simulation programs for electronics.
Схемы цепей разряда соответствуют фиг. 4 и 5. Все шесть конденсаторов C1.1-C3.2 (см. фиг. 4) ёмкостью по 680 мкФ, заряжены до 460 В, индуктивность цепи разряда 3 мГн, внутреннее сопротивление разрядной цепи 6 Ом. Длительность импульса разделена на 16 интервалов посредством соответствующей программы модуля управления 11.The circuitry of the discharge circuits corresponds to FIG. 4 and 5. All six C1.1-C3.2 capacitors (see Fig. 4) with a capacity of 680 μF are charged up to 460 V, discharge circuit inductance 3 mH, internal discharge circuit resistance 6 Ohms. The pulse duration is divided into 16 intervals by means of the corresponding program of the control module 11.
Все возможные варианты соединения шести конденсаторов перестраиваемой батареи приведены на фиг. 6 (для данной задачи число вариантов избыточно, но возможно задействовать и все варианты для обеспечения равномерного расхода заряда конденсаторных групп или регулировки тока).All possible connection options for six capacitors of a tunable battery are shown in FIG. 6 (for this task, the number of options is redundant, but it is possible to use all the options to ensure uniform charge of capacitor groups or adjust the current).
Форма полученного биполярного импульса при сопротивлении нагрузки 10 равном 50 Ом с энергией 360 Дж приведена на фиг. 7. Последовательности команд управления ключами и их длительности, приведённые в табл. 1, обеспечивают коэффициент полезного использования энергии перестраиваемой батареи η>0,80. Коэффициент η определяют как отношение энергии, поглощённой пациентом в момент завершения разряда на момент t17, к энергии заряда конденсаторов перестраиваемой батареи при заданном сопротивлении цепи пациента на момент t1. Энергию заряда перестраиваемой батареи 431 Дж, энергия разряда 360 Дж на сопротивление 50 Ом, η=0,835 (см. фиг. 7).The shape of the obtained bipolar pulse with a load resistance of 10 equal to 50 Ohms with an energy of 360 J is shown in FIG. 7. The sequence of key management commands and their duration are given in table. 1, provide the energy efficiency of the tunable battery η> 0.80. The coefficient η is defined as the ratio of the energy absorbed by the patient at the time of discharge completion at time t17 to the charge energy of the capacitors of the tunable battery at a given resistance of the patient circuit at time t1. The charge energy of the tunable battery is 431 J, the discharge energy is 360 J at a resistance of 50 Ohms, η = 0.835 (see Fig. 7).
На фиг. 8 изображён импульс, сформированный при аналогичных последовательностях команд, но при сопротивлении нагрузки 10 равном 100 Ом.In FIG. Figure 8 shows a pulse generated with similar command sequences, but with a load resistance of 10 equal to 100 Ohms.
Импульсы характеризуются низкочастотным пилообразным узором огибающей импульса с амплитудой пиковых значений тока, зависящих от сопротивления нагрузки 10.The pulses are characterized by a low-frequency sawtooth pattern of the envelope of the pulse with the amplitude of the peak current values, depending on the load resistance 10.
Разбиение фазы формирования импульса на отдельные интервалы времени с определённым для каждого интервала сочетанием схем соединения цепей разряда конденсаторов батареи производится с целью получения формы импульса, обеспечивающей снижение порога дефибрилляции.The phase formation of the pulse is divided into separate time intervals with a combination of connection schemes for the discharge circuits of the battery capacitors defined for each interval in order to obtain a pulse shape that reduces the defibrillation threshold.
Как уже было отмечено, для снижения порога дефибрилляции к концу первой фазы импульса ток дефибрилляции должен быть как можно выше и соответственно на емкостном накопителе энергии должно присутствовать достаточно высокое напряжение. При этом ток не должен превышать некоторый уровень, например 40 A.As already noted, to lower the defibrillation threshold by the end of the first phase of the pulse, the defibrillation current should be as high as possible and, accordingly, a sufficiently high voltage should be present on the capacitive energy storage device. In this case, the current should not exceed a certain level, for example 40 A.
Для формирования положительной фазы (интервалы t1-t7), изменяют схему соединения конденсаторов так, чтобы в начале разряда (в интервалах t1 и t2) присутствовало параллельное соединение всех конденсаторов. Далее, напряжение поддерживают за счёт поэтапного переключения всех конденсаторTo form a positive phase (intervals t1-t7), change the connection circuit of the capacitors so that at the beginning of the discharge (in the intervals t1 and t2) there is a parallel connection of all capacitors. Further, the voltage is maintained by phasing all capacitors
- 5 034946 ных групп (интервалы t3, t4, t5) в последовательное соединение с минимальной постоянной времени цепи разряда на интервале t5 (см. фиг. 7). Аналогично формируют и отрицательную фазу импульса (интервалы t9-t16).- 5 034946 groups (intervals t3, t4, t5) in series connection with a minimum time constant of the discharge circuit in the interval t5 (see Fig. 7). The negative pulse phase is also formed in the same way (intervals t9-t16).
При повышении сопротивления нагрузки 10, например, до 100 Ом форма тока принимает восходящую форму за счёт меньшей скорости разряда конденсаторов. При этом можно рассчитать, что в нагрузке 10 выделится энергия 320 Дж с максимальным током 22 A. В конце импульса амплитуда тока составит 18 A.When the load resistance 10 increases, for example, to 100 Ohms, the current shape assumes an ascending form due to the lower discharge rate of the capacitors. In this case, it can be calculated that an energy of 320 J with a maximum current of 22 A is released in load 10. At the end of the pulse, the current amplitude is 18 A.
При формировании команд для интервалов в табл. 1 учитывают максимальные значения тока при минимальном сопротивлении нагрузки для заданного диапазона сопротивления. Значения тока при переключении конденсаторов на последовательные соединения (момент, когда ключи 5 переходят во включённое состояние) не должны превышать максимально допустимый ток для каждого временного интервала (см. фиг. 7). При росте сопротивления нагрузки 10 происходит снижение скорости разряда конденсаторов и снижение максимальных токов (см. фиг. 8).When forming commands for intervals in the table. 1 take into account the maximum current values at the minimum load resistance for a given resistance range. The current values when switching capacitors to serial connections (the moment when the keys 5 go into the on state) should not exceed the maximum allowable current for each time interval (see Fig. 7). With an increase in load resistance 10, the discharge rate of the capacitors decreases and the maximum currents decrease (see Fig. 8).
При снижении сопротивления цепи пациента до 35 Ом в пациенте выделится энергия до 394 Дж, а максимальный уровень тока вырастет до 47 A, что может нанести травму пациенту. Поэтому последовательность команд, управляющая ключами перестраиваемой батареи (ключи 5) и коммутатора 9 (ключи 22 и 25-27), должна предусматривать при сопротивлениях нагрузки 10 менее 40 Ом разомкнутое состояние ключа 22 с протеканием тока через цепи резистора 23 и варистора 24. На фиг. 9 показан график коэффициента полезного использования энергии накопителя η в зависимости от сопротивления нагрузки 10.When the patient circuit resistance is reduced to 35 Ohms, energy up to 394 J is released in the patient, and the maximum current level rises to 47 A, which can cause injury to the patient. Therefore, the command sequence controlling the keys of the tunable battery (keys 5) and the switch 9 (keys 22 and 25-27) should provide for the load resistance 10 less than 40 Ohms the open state of the key 22 with the current flowing through the circuit of the resistor 23 and varistor 24. In FIG. . 9 shows a graph of the energy efficiency η of the storage device η versus load resistance 10.
Как уже отмечалось, предлагаемый способ позволяет опробовать различные сценарии формирования импульса дефибрилляции на программе автоматизированного моделирования для электроники с учётом задаваемых параметров разряда, связанных с током, временем, возможностями перестраиваемой батареи и их оптимизировать для получения желаемой формы импульса.As already noted, the proposed method allows you to test various scenarios of the formation of a defibrillation pulse using an automated simulation program for electronics, taking into account the set discharge parameters associated with current, time, the capabilities of the tunable battery and optimizing them to obtain the desired pulse shape.
Увеличение числа диапазонов для возможных сопротивлений нагрузки 10 с подготовленными для них командами для управления ключами 5, 22, 26-29 позволяет обеспечить индивидуальные режимы формирования импульса дефибрилляции, что обеспечит большую безопасность для пациентов.An increase in the number of ranges for possible load resistances 10 with prepared for them commands for controlling keys 5, 22, 26-29 allows for individual modes of defibrillation pulse formation, which will provide greater safety for patients.
Желательно обеспечить максимальный спад тока дефибрилляции не более 25% после любого переключения перестраиваемой батареи (не считая участка выключения импульса) для минимального сопротивления нагрузки 10 и отношение до двух раз максимального тока при сопротивлении цепи пациента 25 Ом к максимальному току при сопротивлении пациента 100 Ом.It is advisable to ensure a maximum decrease in the defibrillation current of no more than 25% after any switching of the tunable battery (not counting the pulse turn-off section) for a minimum load resistance of 10 and a ratio of up to two times the maximum current with a patient circuit resistance of 25 Ohms to the maximum current with a patient resistance of 100 Ohms.
Предлагаемый способ даёт возможность формирования для ключей коммутатора 9 динамических и статических режимов с пониженными амплитудами и скоростями изменения тока и напряжения. Для этого обеспечивают плавное нарастание и спад тока, увеличивая временные интервалы t1, t2, t6, t7, t9, t10, t11, t14, t15 насколько это возможно.The proposed method makes it possible to form 9 dynamic and static modes for the switch keys with reduced amplitudes and rates of current and voltage changes. To do this, provide a smooth rise and fall of the current, increasing the time intervals t1, t2, t6, t7, t9, t10, t11, t14, t15 as much as possible.
Таким образом, выполнение программных команд для управления конфигурациями разрядной цепи перестраиваемой батареи требует контроля сопротивления нагрузки 10 и его учёта в программном процессе выбора вариантов конфигурации батареи.Thus, the execution of program instructions for controlling the configurations of the discharge circuit of a tunable battery requires monitoring the load resistance 10 and taking it into account in the software process of selecting battery configuration options.
Пример 2.Example 2
Этот пример способа разряда перестраиваемой батареи предусматривает возможность предварительного задания параметров импульса дефибрилляции, связанных с током и временем, которые определяют желаемую форму импульса и его амплитуду в схеме фиг. 4. Применяется многократная динамическая адаптация импульса к параметрам нагрузки 10 в любой момент времени за счёт перестройки конденсаторной батареи.This example of a tunable battery discharge method provides the ability to pre-set defibrillation pulse parameters related to current and time, which determine the desired pulse shape and amplitude in the circuit of FIG. 4. Multiple dynamic adaptation of the pulse to the load parameters 10 is applied at any time due to the restructuring of the capacitor bank.
Например, из данных табл. 1 следует, что из 17 временных интервалов, интервалы с 3 по 6, с 11 по 15 содержат группы с последовательно включёнными конденсаторами. Если для этих интервалов задать индивидуальные уровни допустимого тока, то при обнаружении их превышения возможна стабилизация тока дефибрилляции относительно заданных значений за счёт перехода одной конденсаторной группы в параллельное соединение при выключении соответствующего ключа перестраиваемой батареи. Для этого модуль управления изменяет соответствующие последовательности команд.For example, from the data table. 1 it follows that from 17 time intervals, intervals from 3 to 6, from 11 to 15 contain groups with capacitors connected in series. If individual levels of permissible current are set for these intervals, then when they are exceeded, it is possible to stabilize the defibrillation current relative to the set values due to the transition of one capacitor group to a parallel connection when the corresponding key of the tunable battery is turned off. For this, the control module changes the corresponding sequence of commands.
При обнаружении датчиком тока 20 пониженного значения параметров, связанных с током, конденсаторы, находящиеся в параллельной схеме, перестраивают на последовательную схему разряда.When the current sensor 20 detects a reduced value of the parameters associated with the current, the capacitors in the parallel circuit are tuned to a serial discharge circuit.
Для стабилизации тока используют известные методы импульсного регулирования с использованием индуктивного накопителя энергии. В данном случае обеспечивают стабилизацию тока относительно предустановленных уровней с регулированием интервалов проводимости ключа 5, вплоть до высоких частот его переключения. Учитывая высокую скорость переключения ключа 5, можно считать, что переключение цепей разряда происходит без прерывания тока разряда конденсаторов. Проводились эксперименты по переключению ключей 5 на частотах от 10 до 50 кГц с положительным результатом, в том числе и для формирования прямолинейной формы импульса.To stabilize the current using known methods of pulse regulation using inductive energy storage. In this case, they provide stabilization of the current relative to predefined levels with regulation of the conductivity intervals of key 5, up to high frequencies of its switching. Given the high switching speed of key 5, we can assume that the switching of the discharge circuits occurs without interrupting the discharge current of the capacitors. Experiments were conducted to switch the keys 5 at frequencies from 10 to 50 kHz with a positive result, including for the formation of a rectilinear pulse shape.
Для работы на высокой частоте в ходе динамической стабилизации тока допускается, например, использовать одну конденсаторную группу 16 (см. фиг. 4) с конденсаторами увеличенной ёмкости, а номиналы конденсаторов остальных двух групп могут быть снижены.For operation at high frequency during dynamic current stabilization it is allowed, for example, to use one capacitor group 16 (see Fig. 4) with capacitors of increased capacity, and the capacitors of the other two groups can be reduced.
- 6 034946- 6,034,946
На фиг. 10 изображён импульс с амплитудами тока: I деф макс 1, I деф макс 2, I деф макс 3, которые не превышают максимально допустимые уровни: I деф огр ь I деф огр 2, I деф огр 3. При этом команды выполняются в исходном виде.In FIG. 10 depicts a current pulse with an amplitude: I f ma de kc 1, I 2 DEF max, I max de f 3, which do not exceed the maximum permissible levels: I de Res f I s de f Res 2, I 3 de f Res. In this case, the commands are executed in their original form.
На фиг. 11 изображён импульс, у которого уровни: I деф макс 1, I деф макс 2, I деф макс 3 стабилизируют относительно максимально допустимых уровней I деф огр 1, I деф огр 2, I деф огр 3.In FIG. 11 shows a pulse in which the levels: I de f max 1 , I de f max 2 , I de f max 3 stabilize relative to the maximum allowable levels I de f ogre 1 , I de f ogre 2 , I de f ogre 3 .
При этом получают три ступени с характерным высокочастотным узором. Чем меньше частота переключения ключа 5 и меньше индуктивность 6, тем выше пульсации высокочастотных колебаний.In this case, three steps are obtained with a characteristic high-frequency pattern. The lower the switching frequency of the switch 5 and the lower the inductance 6, the higher the ripple of the high-frequency oscillations.
В табл. 2 приведены примеры задания уровней ограничения тока в зависимости от выбранной энергии, номера ступени импульса переднего фронта положительной фазы и сопротивления нагрузки.In the table. Figure 2 shows examples of setting current limiting levels depending on the selected energy, the number of the pulse stage of the leading edge of the positive phase and the load resistance.
Указанные в табл. 2 токи обеспечивают ограничение амплитуд на соответствующих ступенях переднего фронта и вершине импульса дефибрилляции (см. фиг. 11) при нелинейном характере сопротивления пациента, ограничивая скорость нарастания тока и способствуя снижению вероятности нанесения пациенту электрической травмы.Indicated in the table. 2 currents provide a limitation of the amplitudes at the corresponding steps of the leading edge and the top of the defibrillation pulse (see Fig. 11) with the non-linear nature of the patient's resistance, limiting the rate of rise of the current and helping to reduce the likelihood of electric injury to the patient.
На фиг. 12 показана часть блок-схемы дефибриллятора с одной конденсаторной группой. Схема содержит два переключаемых ключом 5 конденсатора 1 и 2, цепями их заряда с помощью блока заряда 30, делителем напряжения 31, которые связаны с модулем управления 11 и коммутатором 9. На фиг. 13 изображён импульс дефибрилляции формируемый упомянутой схемой, у которого задают множество уровней тока посредством модуля управления 11. Задаваемые уровни тока возрастают с течением времени, формируя импульс восходящей формы с нормируемой скоростью нарастания тока дефибрилляции. На фиг. 14 показаны фрагменты форм тока дефибрилляции (36 и 37) относительно постоянных уровней 32 и 33 при переключении ключа 5 на высокой частоте для формирования прямолинейного импульса. При этом уровень пульсаций формы 36, за счёт более низкой частоты переключения ключа 5, в два раза больше, чем у формы 37. Уровень пульсаций тока (напряжения) дефибрилляции желательно обеспечивать менее 25%.In FIG. 12 shows part of a block diagram of a defibrillator with one capacitor group. The circuit contains two capacitors 1 and 2 switched by a key 5, their charge circuits using a charge unit 30, a voltage divider 31, which are connected to the control module 11 and the switch 9. In FIG. 13 shows the defibrillation pulse generated by the aforementioned circuit, for which a plurality of current levels are set by the control module 11. The set current levels increase over time, forming an ascending pulse with a normalized rate of rise of the defibrillation current. In FIG. 14 shows fragments of defibrillation current forms (36 and 37) with respect to constant levels 32 and 33 when switching the key 5 at a high frequency to form a rectilinear pulse. At the same time, the ripple level of form 36, due to the lower switching frequency of key 5, is two times higher than that of form 37. It is desirable to provide a level of ripple of current (voltage) defibrillation of less than 25%.
Форма тока дефибрилляции 38 получена при её регулировании ключом 5 относительно нарастающих уровней 32 и 33, задаваемых модулем управления 11.The shape of the defibrillation current 38 was obtained when it was controlled by the key 5 relative to the increasing levels 32 and 33, set by the control module 11.
После контроля сопротивления цепи 10 и установки в модуле управления 11 параметров импульса дефибрилляции, содержащих ток и время заряда конденсаторов 1 и 2 до заданного уровня напряжения, формируют разряд за счёт включения соответствующих ключей коммутатора 9 (см. фиг. 5). При обнаружении модулем управления 11 с помощью датчика тока 20, что ток в нагрузке 10 меньше заданного уровня 32, модуль управления 11 формирует команду на включение ключа 5. Происходит переход на последовательное соединение конденсаторов 1 и 2, напряжение на входе индуктивности 6 удваивается. Ток разряда конденсаторов возрастает до 4 раз. Одновременно происходит накопление энергии в индуктивности 6 и нарастание тока в нагрузке 10 в течение интервала 34. При превышении током дефибрилляции максимального уровня 33 ключ 5 закрывают. Напряжение на входе индуктивности 6 уменьшается в два раза. Ток разряда конденсаторов падает до четырёх раз. Интервал 35 соответствует интервалу разряда части запасённой энергии в течение интервала 34 из индуктивности 6 в цепь нагрузки 10. Далее процесс может многократно повторяться.After controlling the resistance of circuit 10 and setting the defibrillation pulse parameters in the control module 11, which contain the current and charge time of capacitors 1 and 2 to a given voltage level, a discharge is formed by switching on the corresponding switch keys 9 (see Fig. 5). When the control module 11 detects using the current sensor 20 that the current in the load 10 is less than the preset level 32, the control module 11 generates a command to turn on the key 5. There is a transition to the series connection of capacitors 1 and 2, the voltage at the input of the inductance 6 doubles. Capacitor discharge current increases up to 4 times. At the same time, the energy is accumulated in the inductance 6 and the current increases in the load 10 during the interval 34. If the defibrillation current exceeds the maximum level 33, key 5 is closed. The voltage at the input of the inductance 6 is reduced by half. The discharge current of capacitors drops to four times. The interval 35 corresponds to the discharge interval of a part of the stored energy during the interval 34 from the inductance 6 to the load circuit 10. Further, the process can be repeated many times.
На фиг. 15 изображены осциллограммы импульсов для выбранной максимальной энергии 360 Дж в зависимости от сопротивления пациента, полученные на макете дефибриллятора, реализующего один из вариантов предлагаемого способа разряда перестраиваемой батареи (см. пример 1). Биполярные импульсы ступенчатой формы образуют положительная и отрицательная фазы импульса. Длительности фаз имIn FIG. 15 shows the waveforms of pulses for the selected maximum energy of 360 J depending on the patient’s resistance, obtained on the model of a defibrillator that implements one of the variants of the proposed method for discharging a tunable battery (see example 1). Step-shaped bipolar pulses form the positive and negative phases of the pulse. Duration of phases
- 7 034946 пульса не меняют при изменении сопротивления нагрузки. Амплитуды фаз, число ступеней тока и их длительности изменяют в зависимости от выбранной энергии разряда и сопротивления нагрузки. При формировании первых ступеней положительной и отрицательной фаз импульса в цепь разряда вводят токоограничивающую цепь. В зависимости от диапазонов, в которых находится сопротивление нагрузки, изменяют число и длительность ступеней за счёт выбора модулем управления 11 соответствующих последовательностей команд для управления электронными ключами 5.- 7 034946 pulses do not change when the load resistance changes. The phase amplitudes, the number of current steps and their durations vary depending on the selected discharge energy and load resistance. When the first stages of the positive and negative phases of the pulse are formed, a current-limiting circuit is introduced into the discharge circuit. Depending on the ranges in which the load resistance is located, the number and duration of the steps are changed due to the selection by the control module 11 of the corresponding command sequences for controlling the electronic keys 5.
Из приведённых примеров следует, что предлагаемый способ разряда конденсаторов по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет преимущества. Ток дефибрилляции задают с учётом сопротивления цепи пациента и заданных параметров импульса. Формируют предварительно заданные и/или адаптируемые к текущему режиму разряда интервалы проводимости электронных ключей перестраиваемой батареи. Электронные ключи используют для параллельнопоследовательных перестроек цепей разряда конденсаторов батареи. Способ разряда обеспечивает повышение безопасности применения дефибриллятора для пациентов с различными значениями сопротивления грудной клетки и снижение порога дефибрилляции за счёт оптимизации формы тока разряда. Способ обеспечивает повышение коэффициента полезного использования накопленной энергии и может применяться для дефибрилляторов с полным спектром энергии до 360 Дж. В том числе и для формирования известных форм импульсов для дефибрилляции.From the above examples it follows that the proposed method for the discharge of capacitors in comparison with the prototype and other known technical solutions has advantages. The defibrillation current is set taking into account the resistance of the patient circuit and the given pulse parameters. The conduction intervals of the electronic keys of the tunable battery are predefined and / or adaptable to the current discharge mode. Electronic keys are used for parallel-sequential rearrangements of the discharge circuits of the battery capacitors. The discharge method improves the safety of using a defibrillator for patients with different values of chest resistance and reduces the defibrillation threshold by optimizing the shape of the discharge current. The method provides an increase in the efficiency of the accumulated energy and can be used for defibrillators with a full energy spectrum up to 360 J. Including for the formation of known pulse shapes for defibrillation.
Таким образом, цель изобретения - создание способа разряда перестраиваемой батареи конденсаторов, обеспечивающего повышение безопасности и эффективности применения дефибриллятора, - достигнута.Thus, the purpose of the invention is the creation of a method for discharging a tunable capacitor bank, which provides increased safety and efficiency of use of the defibrillator, is achieved.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201700396A EA034946B1 (en) | 2017-09-05 | 2017-09-05 | Method of adjustable capacitor bank discharge during defibrillation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201700396A EA034946B1 (en) | 2017-09-05 | 2017-09-05 | Method of adjustable capacitor bank discharge during defibrillation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201700396A1 EA201700396A1 (en) | 2019-03-29 |
| EA034946B1 true EA034946B1 (en) | 2020-04-09 |
Family
ID=65949970
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201700396A EA034946B1 (en) | 2017-09-05 | 2017-09-05 | Method of adjustable capacitor bank discharge during defibrillation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA034946B1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113521537A (en) * | 2021-06-15 | 2021-10-22 | 上海健康医学院 | Multi-storage capacitor defibrillator |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5275158A (en) * | 1992-02-21 | 1994-01-04 | Zmd Corporation | Defibrillation electrode switch condition sensing |
| US5906633A (en) * | 1996-10-29 | 1999-05-25 | Pacesetter, Inc. | System for delivering rounded low pain therapeutic electrical waveforms to the heart |
| US6241751B1 (en) * | 1999-04-22 | 2001-06-05 | Agilent Technologies, Inc. | Defibrillator with impedance-compensated energy delivery |
| RU2266145C2 (en) * | 2004-02-27 | 2005-12-20 | Прилуцкий Дмитрий Анатольевич | Method and means for building cardiodefibrillation impulse |
| EP2477329A1 (en) * | 2011-01-12 | 2012-07-18 | BIOTRONIK SE & Co. KG | Defibrillator having specialized output waveforms |
-
2017
- 2017-09-05 EA EA201700396A patent/EA034946B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5275158A (en) * | 1992-02-21 | 1994-01-04 | Zmd Corporation | Defibrillation electrode switch condition sensing |
| US5906633A (en) * | 1996-10-29 | 1999-05-25 | Pacesetter, Inc. | System for delivering rounded low pain therapeutic electrical waveforms to the heart |
| US6241751B1 (en) * | 1999-04-22 | 2001-06-05 | Agilent Technologies, Inc. | Defibrillator with impedance-compensated energy delivery |
| RU2266145C2 (en) * | 2004-02-27 | 2005-12-20 | Прилуцкий Дмитрий Анатольевич | Method and means for building cardiodefibrillation impulse |
| EP2477329A1 (en) * | 2011-01-12 | 2012-07-18 | BIOTRONIK SE & Co. KG | Defibrillator having specialized output waveforms |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201700396A1 (en) | 2019-03-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1118353B1 (en) | Charge-based defibrillation apparatus | |
| US6208896B1 (en) | Method and apparatus for providing variable defibrillation waveforms using switch-mode amplification | |
| CA2205321C (en) | Patient-worn energy delivery apparatus | |
| US6417649B1 (en) | System and method for charging a capacitor using a constant frequency current waveform | |
| US20060187607A1 (en) | Apparatus and method for creating pulse magnetic stimulation having modulation function | |
| CN101745180B (en) | Defibrillation circuit and method | |
| CN108095820B (en) | Nanometer knife tumor ablation control device and control method thereof | |
| CN111419383B (en) | Combined pulse generation circuit and method applied to pulsed electric field ablation technology | |
| CN101827630B (en) | Biomedical electro-stimulator | |
| EP2477329A1 (en) | Defibrillator having specialized output waveforms | |
| JP2001506157A (en) | Current waveform of electrotherapy | |
| EA034946B1 (en) | Method of adjustable capacitor bank discharge during defibrillation | |
| CN105515090B (en) | The method of uninterruptible power supply UPS and control UPS charging | |
| US6633778B2 (en) | High-energy, high-frequency pulse defibrillator | |
| CN114649970A (en) | Converter | |
| JP6810316B1 (en) | DC pulse power supply for plasma processing equipment | |
| CN111262468A (en) | High-frequency electrosurgical inverter and its dual-mode smooth switching and soft switching control method | |
| US20230010500A1 (en) | Switched capacitor-based electrical stimulation device and method | |
| CN113521536B (en) | Defibrillation current control method and defibrillator | |
| CN212086065U (en) | Boost circuit, power supply system and implantable medical equipment | |
| CN115622539A (en) | High-frequency irreversible electroporation high-voltage pulse generator | |
| JP3767939B2 (en) | Low frequency treatment device | |
| RU2827917C1 (en) | Method of generating defibrillation pulse with stepped shape of front and edge and device for its implementation | |
| WO2017050534A1 (en) | Method and controller for operating an electric powertrain | |
| CN103170061A (en) | Defibrillating circuit |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM |