DE1564084B2 - Gleichstrom-defibrillator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleichstrom-Defibrillator mit einem einen Hochspannungstransformator enthaltenden Speisestromkreis, mit einem an die Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators angeschlossenen, Speicherkondensatoren enthaltenden Ladungsspeicherkreis, mit einem daran sich anschließenden, Applikationselektroden enthaltenden Applikationskreis, mit einem Trennschalter im Speisestromkreis und einem Schockauslöseschalter im Applikationskreis, die beide gegensinnig schaltbar sind, und mit einem Spannungswächter, der über den Trennschalter die Aufladung der Speicherkondensatoren überwacht und reguliert.

Ein derartiger Gleichstrom-Defibrillator ist aus der USA-Patentschrift 32 58 013 bekannt und dient zur Behandlung des menschlichen oder tierischen Herzens durch Applikation eines elektrischen Strom- bzw. Spannungsstoßes, der mittels des genannten, an den Hochspannungstransformator angeschlossenen Speicherkondensators erzeugt wird, um vornehmlich den Zustand des Herzkammerflimmerns aufzuheben und das Herz wieder zu einer normalen Tätigkeit anzuregen.

Die Stromstöße werden über Körperelektroden entweder extern am Brustkorb oder intern unmittelbar an der Herzwandung appliziert. Bei einem solchen Elektroschock können Spannungen von 1 bis 7 kV angewandt werden. Der Schock _: wird entweder nichtsynchronisiert zu einem beliebigen Zeitpunkt oder synchronisiert, und zwar herzphasengesteuert ausgelöst. Im letzteren Falle ist es erforderlich, die Aktionsspannung des Herzens in der von der Elektrokardiographie der bekannten Art aufzunehmen und nach Verstärkung eine bestimmte Phase, insbesondere die R-Zacke der Aktionsspannung zum Triggern des Elektroschocks zu verwenden.

Die Bereitstellung der geforderten elektrischen Energie für den Defibrillationsschock ist für die Applikation zu einem bestimmten Zeitpunkt von großer Bedeutung. Gemäß der Lehre der USA-Patentschrift 32 58 013 wird z. B. dafür die Spannung der Speicherkondensatoren über einen Regelkreis ständig auf dem für den elektrischen Schock geforderten Wert gehalten. Durch Betätigen eines Auslöseschalters wird die Kondensatorspannung unmittelbar auf die Applikationselektroden gegeben. Das Erreichen der erforderlichen Schockspannung kann dabei an einem Voltmeter durch visuelle Beobachtung . erkannt werden. Die Schockauslösung wird hierbei nicht automatisch getriggert. Nur die Wiederaufladung der Speicherkondensatoren wird über einen Ladeschalter eingeleitet, der automatisch mit dem öffnen des Auslöseschalters des Applikationszweiges geschlossen wird. Es wird also das Ziel verfolgt, ständig den Ladungsspeicher auf einer bestimmten Spannung zu halten, unabhängig davon, wann und ob eine Applikation des Elektroschocks erfolgen soll. Verständlicherweise ist dieses Verfahren für die Handhabung nicht ohne Gefahr.

Etwas verschieden davon wirkt ein Defibrillator gemäß der USA-Patentschrift 32 36 239. Bei ihm

unterbricht ein handbedienter Schockauslöseschalter selbsttätig auch die Aufladung der Speicherkondensatoren und schließt gleichzeitig die Applikationselektroden an den Speicher an, so daß vor der Betätigung des Auslöseschalters die Ladekondensatoren schon längere Zeit eine gefährlich hohe Spannung führen können.

Die Schaltungsprinzipien von Defibrillatoren haben auch auf anderen Gebieten, z. B. bei elektronischen Blitzgeräten gewisse Parallelen. So wird bei dem Blitzlichtgerät gemäß DT-AS 10 86 795 die Aufladung mittels eines photoelektrisch von der Spannung der Speicherkondensatoren gesteuerten Relais ein- und ausgeschaltet. Dabei wirkt der Photowiderstand des Relais auf den Primärkreis eines Spannungswandlers, so daß die gewünschte Ladespannung des Kondensators ständig erhalten bleibt und eine dauernde Entladungsbereitschaft bei voll ausgenützter Kondensatorkapazität gewährleistet wird, wie es für Elektronenblitzgeräte auch sinnvoll ist. Denn dabei wird nicht mit offen liegenden Elektroden zur Übertragung der elektrischen Energie gearbeitet. Auch wegen der angestrebten ständigen Funktionsbereitschaft des Blitzgerätes und der im Vergleich zu Defibrillatoren um eine Größenordnung geringeren Arbeitsspannung wurden deshalb Sicherheitsbelange nicht berücksichtigt.

Einen gleichen Mangel haben auch bekannte photographische Belichtungseinrichtungen, z. B. nach DT-AS 10 46 476. Bei dieser wird zwar eine Regelung der Kondensatoraufladung mittels eines Relais angewandt, indem dieses mit seiner Erregerwicklung einem einem Schaltkreis zugeordneten Potentiometer vorgeschaltet und der Schaltkreis mit der zur Kondensatoraufladung dienenden gleichgerichteten Hochspannung verbunden ist. Jedoch dient diese Regelung nur zur Kompensation von Netzspannungsschwankungen, und bezüglich Sicherheitsbelangen werden nur Schutzschaltungen gegen Überspannungen vorgesehen.

In bezug auf Sicherheitsprobleme gehen auch die Ausführungen in der Monographie von Gerd Bender, »Das elektronische Photoblitzgerät, 2. Auflage, München 1962, S. 41 und S, 73 bis 76, nicht über das zuvor Erwähnte hinaus. Dort werden lediglich die grundsätzlichen Problemstellungen von Elektronenblitzgeräten, insbesondere das Problem der Sollwertaufladung des Kondensators auch bei teilweiser Entladung des Akkumulators, behandelt.

Allgemeine Methodik und Technologien der Herztherapie durch Defibrillation und periodische elektrische Reizung sind schließlich Gegenstand einer Veröffentlichung in »Elektromedizin«, Bd, 10, 1965, Nr. 3, S. 133 bis 135, ohne daß jedoch bei der bei den angewandten Spannungen wichtigen Frage der elektrischen Sicherheit besondere Aufmerksamkeit gewidmet wird. Wie bei der Lehre der GB-PS 8 26 766, die im übrigen nicht Defibrillatoren zur Applikation einzelner Spannungsstöße größerer Stärke, sondern Schrittmacher zur wiederholten taktierten Applikation von Spannungsimpulsen geringerer Stärke betrifft, geht es vielmehr hauptsächlich um das Problem der Wahl des zeitlich richtigen Einsatzes der Spannungsimpulse.

Ausgehend von der grundsätzlichen Erkenntnis, daß die Vorkehrungen für die elektrische Sicherheit von Defibrillatoren noch ungenügend sind, ergab sich die Aufgabenstellung für die Erfindung. Bei der herkömmlichen Gestaltung der Defibrillatoren werden nämlich die Speicherkondensatoren zu einer beliebigen Zeit vor der Applikation des Elektroschocks aufgeladen und sind dann oft längere Zeit in diesem Zustand zu erhalten, ehe ein geeigneter Moment für die Schockauslösung gegeben ist. Die hohe Ladespannung der Kondensatoren bedeutet dann in diesem Zeitraum immer eine Gefahrenquelle sowohl für den Patienten als auch für den bedienenden Arzt. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es daher, bei Gieichstrom-Defibrillatoren zu vermeiden, daß der Speicherteil des Gerätes längere Zeit unter Hochspannung steht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Speisestromkreis ein handbetätigter Startschalter eingefügt ist, durch dessen Schließen die Aufladung der Speicherkondensatoren und anschließend deren Entladung zur Erzeugung eines Schockstroms in Gang kommt, wobei der Spannungswächter nach Erreichen der einstellbaren Schockspannung die Aufladung der Speicherkondensatoren durch Betätigung des genannten Trennschalters unterbricht und dadurch mittels eines Steuerstromkreises, gegebenenfalls mit einer Verzögerung, auch den Schockauslöseschalter schließt.

Für eine asynchrone, d. h. nicht herzphasengesteuerte Defibrillation, können der Trennschalter und der Schockauslöseschalter mittels eines vom Spannungswächter gesteuerten Relais schaltbar sein, während für eine synchrone, d. h. herzphasengesteuerte Defibrillation, ein herzphasengesteuertes Triggerglied vorgesehen sein kann, das zwischen dem genannten Relais und dem Schockauslöseschalter eingefügt ist.

Um zwischen einer synchronen und asynchronen Defibrillation wählen zu können, kann das zuletzt erwähnte Triggerglied ab- und zuschaltbar sein.

Weitere Ausbildungen der Schaltung des Difibrillators gemäß der Erfindung sind in den Unteransprüchen 5 bis 8 angegeben.

Die Maßnahmen nach der Erfindung bewirken, daß der Speicherteil der Defibrillatoren nicht mehr über eine längere Zeit unter einer gefährlich hohen Spannung steht; vielmehr wird diese Zeit nunmehr auf eine bis zwei Sekunden verkürzt. Das bedeutet eine wesentliche Erhöhung der Bedienungssicherheit.

Der Erfindungsgedanke wird in der Zeichnung näher erläutert; sie zeigt ein Schaltschema mit den für die Erfindung wichtigen Teilen des Difibrillators.

Ein Gleichstrom-Defibrillator fraglicher Art enthält als wesentliche Teile zunächst ein an das Netz 32 über einen Stelltransformator oder einen einstellbaren Spannungsteiler 30, 31 angeschlossenen Speisestromkreis la, Ib, der durch einen Hochspannungstransformator 3 mit der Primärwicklung 3a und der Sekundärwicklung Zb abgeschlossen ist. Für die Lösung der gestellten Aufgabe ist vor allem der Umstand wichtig, daß in den genannten Speisestromkreis vor den Transformator 3 ein handbetätigter Startschalter 2 eingefügt ist, durch dessen Schließen die Aufladung des nachstehend beschriebenen Speicherteils und dessen anschließende Entladung zur Erzeugung des Defibrillations-Stromstoßes überhaupt erst in Gang gesetzt wird.

An die Sekundärwicklung 3b ist über Gleichrichter Di und D2 ein Ladungsspeicherstromkreis 18a, 22, ISb mit den Speicherkondensatoren Cl und Cl angeschlossen. Es ist zweckmäßig, den Gleichrichterteil in Spannungsverdopplerschaltung auszulegen, wodurch beide Netzhalbwellen ausgenützt und die beiden Kondensatoren beschleunigt aufgeladen werden. Diese Schaltung verhindert auch eine Gleichstromvormagnetisierung des Transformators 3; außerdem benötigt dieser dann nur eine um die Hälfte geringere Windungszahl als bei Verwendung eines Einweggleichrichters. Die Maßnahmen für die Spannungsfestigkeit

des Transformators können deshalb auch reduziert werden.

An den Speicherstromkreis schließt sich ein zur Kontrolle der Ladespannung der Speicherkondensatoren Ci und Cl dienender Spannungswächter 34 an, der im wesentlichen aus einem Spannungsteiler Al, Rl im Querzweig 22 und zwei Parallelzweigen 22a und 226 besteht. Anstelle eines Anzeigeinstrumentes enthält der Zweig 22a ein zur Triggerung des Steuerkreises 9,10 für den Trennschalter 4 im Ladestromkreis geeignetes elektronisches Bauteil in Form einer Glimmlampe 25 und der Zweig 226 einen Kondensator 23. Letzterer dient zur Erzeugung eines kräftigen Zündstromimpulses beim Überschreiten der Zündspannung der Glimmlampe 25. Da diese bei einer bestimmten festen Spannung, ihrer sogenannten Zündspannung zündet, ist am Spannungsteilerglied R2 das dem Verhältnis zwischen dieser Zündspannung und der gewünschten Schockspannung entsprechende Teilungsverhältnis einzustellen. Der bei Erreichen der eingestellten Ladespannung in der Glimmlampe 25 entstehende erste Lichtblitz erzeugt im Photowiderstand 11 des Steuerkreises 9,10 einen Triggerimpuls für das Triggerorgan 8, das wiederum das Hilfsrelais 7 für die Zeit der Entladung in Anzugstellung halten soll, um durch öffnen des Trennschalters 4 die Aufladung so lange zu unterbrechen. Gleichzeitig soll aber durch den Steuerkreis 9,10 bzw. durch das Relais 7 ein nachfolgend noch zu beschreibender Steuerkreis 5 unter Strom gesetzt werden.

Die photoelektrische Kopplung zwischen dem Spannungswächter und dem Steuerstromkreis 9, 10 für den Trennschalter 4 hat den wichtigen Vorteil, daß sie die vollständige galvanische Trennung zwischen dem Hochspannung führenden Teil und dem Steuerstromkreis und damit die Einsparung aufwendiger Isolationsmaßnahmen sowie gegebenenfalls die schwebende Anordnung des Entladekreises erlaubt Das ist herstellungsmäßig wie auch für die Anwendung von wesentlicher Bedeutung.

An den Spannungswächter schließt sich der Applikationszweig 17a, i7b an, der die beiden Applikationselektroden 29a und 296 enthält Sie werden am Körper des Patienten 33 in Herznähe oder intern unmittelbar am Herzen angebracht, so daß der Applikationszweig über den Körper bzw. über das Herz geschlossen wird. Im allgemeinen enthält der Applikationszweig noch eine Drosselspule 28, die zunächst den Stromanstieg bei der Schockauslösung dämpft, um einen erfahrungsgemäß physiologisch günstigeren Verlauf des Stromstoßes zu erzielen.

Schließlich besitzt der verbesserte Defibrillator als wesentlichen Teil einen gegensinnig zum Ladestromkreis durch den Trennschalter 4 eingeschalteten Steuerstromkreis 5, um den Schockauslöseschalter 27 zwangsläufig mit dem öffnen des Trennschalters 4 entweder durch das Relais 12 zu schließen oder um wenigstens dessen Funktionsbereitschaft soweit herzustellen, daß bei herzphasengesteuerter synchroner Schockauslösung des Relais 12 mit dem Eintreffen des nächsten Herzaktionsimpulses unter Strom gesetzt und der Auslöseschalter 27 geschlossen wird. Trennschalter 4 und Schockauslöseschalter 27 sind also derart miteinander zu koppeln, daß sie vom Spannungswächter im wesentlichen gegensinnig betätigt bzw. gesteuert werden. Dazu kann der Ruhekontakt 5a des Trennschalters 4 als Arbeitskontakt des Steuerkreises 5 für den Auslöseschalter 27 dienen, der ebenfalls an den Speisestromkreis la, \b angeschlossen ist, so daß der Speisestrom entweder nur in die Primärwicklung 3a des Hochspannungstransformators oder in den Steuerkreis 5 geleitet wird. Falls letzterer keine anderen Teile als das Relais 12 enthält, spricht dieses dann mit der Abschaltung des Aufladevorganges für die Speicherkondensatoren an und schließt den Auslöseschalter 27.

Für eine durch eine Phase der Herzaktionsspannung bedingte Steuerung wird ein Triggerglied 15 in den Steuerkreis eingeschaltet Erst nach Empfang eines etwa von der R-Zacke gelieferten und nach Verstärkung im Verstärker 15a am Triggerglied 15 ankommenden Impulses wird der Steuerstromkreis 5 geschlossen, wodurch das Schockrelais 12 unter Strom gesetzt wird. Um zwischen beiden Arten der Steuerung wählen zu können, ist im Steuerstromkreis 5 ein Trennschalter 13 mit zwei Arbeitskontakten vorgesehen, durch den das herzphasengesteuerte Triggerglied 15 an den Steuerstromkreis 5 zugeschaltet oder von ihm abgetrennt werden kann.

Es empfiehlt sich eine Kopplung des Stellgliedes 34a für den Spannungswächter 34 mit dem Stellglied 31 des Stelltransformators 30 im Speisekreis, um beide Teile gleichzeitig und gemeinsam, etwa mittels des Bedienungsknopfes 35a, betätigen zu können. Mit Anhebung des Wertes der gewünschten, am Ausgang 18a, 186 der Speicherkondensatoren Ct, Cl abzunehmenden Schockspannung, was eine Verringerung des für die gleichbleibende Zündspannung der Glimmlampe 25 maßgebenden Teilerverhältnisses am Spannungswächter 34 verlangt, soll auch das Teilerverhältnis für die am Ausgang des Stelltransformators abgegriffene Speisespannung vergrößert werden, damit die Ladezeiten unabhängig von der Einstellung der Schockspannung etwa gleich werden. Das Koppelglied 35 zwischen den beiden Stellgliedern muß diese daher entsprechend gegensinnig betätigen.

Mit Hilfe der vorgeschlagenen Gestaltung des Defibrillators wird die nach Aufladung der Speicherkondensatoren bestehende Gefahrenzeit weitgehend, und zwar auf 1 bis 2 see. abgekürzt Es ist besonders vorteilhaft, daß der Wert der gewünschten Schockspannung bei ungeladenem Speicherkondensator am Stelltransformator 30, 31 bzw. am Spannungsleiterglied Rl des Spannungswächters vorgewählt und eingestellt werden kann. Es wird nicht erst der Zeitpunkt der Schockauslösung von dem behandeltenden Arzt festgelegt, sondern auch der Ladevorgang wird erst zu diesem Zeitpunkt eingeleitet, indem er den Startschalter 2 schließt Dies hat auch den Vorzug daß jederzeit vor der Auslösung der eigentlichen Defibrillation noch auf andere Energiewerte umdisponiert werden kann, ohne daß der Speicherkondensator nochmals umgeladen werden muß.

Die durch die erforderliche Aufladung des Energiespeichers verursachte Verzögerung des Schocks um höchstens etwa 1 see bedeutet keinen Nachteil, zumal bei der herzphasengesteuerten Auslösung und bei einer mittleren Pulsfrequenz von 60 pro Minute ohnehin nur etwa alle Sekunde einmal ein Schock appliziert werden soll. Die kurze Ladezeit ermöglicht aber auch Serienschocks mit kurzen Zeitabständen, wozu die Starttaste 2 im gewünschten Rhythmus zu betätigen ist. Die photoelektrische Kopplung zwischen dem Spannungswächter und dem Steuerstromkreis 9, 10 führt zu der besonders vorteilhaften Eigenschaft, daß der Steuerstromkreis von dem unter Hochspannung stehenden Speicher- und Entladekreis galvanisch getrennt ist,

und daß deshalb aufwendige Isolationsmaßnahmen entbehrlich sind. Der Entladekreis kann deshalb auch schwebend ausgeführt werden, und seine Elektroden 29a, 29b können, den Sicherheitsbestimmungen genügend, erdfrei ausgelegt werden.

Eine andere günstige Eigenart liegt insofern vor, als der Gleichrichterteil Di, Dl auch bei Entladung in der Schockphase mit dem Applikationskreis verbunden bleibt. Dadurch wird eine Umpolung der Spannung an den Speicherkondensatoren während der Entladephase verhindert, und es wird ein reiner Etnzelimpuls

erzwungen. Anderenfalls könnten aperiodische Schwingungen eintreten, und zwar dann, wenn der von dem Patienten 33 dargestellte Außenwiderstand eine gewisse Größe unterschreitet. Eine oszillierende Entladung während der Applikation des Schocks ist aber physiologisch nicht günstig.

Die vorgeschlagene Ausbildung von Gleichstrom-Defibrillatoren führt somit in verschiedener Hinsicht zu wesentlichen Fortschritten, die für die praktische Anwendung im Klinikbetrieb sehr wertvoll sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 519/4

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Gleichstrom-Defibrillator mit einem einen Hochspannungstransformator enthaltenden Speise-Stromkreis, mit einem an die Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators angeschlossenen, Speicherkondensatoren enthaltenden Ladungsspeicherkreis, mit einem daran anschließenden, Applikationselektroden enthaltenden Applikationskreis, mit einem Trennschalter im Speisestromkreis und einem Schockauslöseschalter im Applikationskreis, die beide gegensinnig schaltbar sind, und mit einem Spannungswächter, der über den Trennschalter die Aufladung der Speicherkondensatoren überwacht und reguliert, dadurch gekennzeichnet, daßim Speisestromkreis (32,30 1 a, 1 b, Za) ein handbetätigter Startschalter (2) eingefügt ist, durch dessen Schließen die Aufladung der Speicherkondensatoren (Ci, Cl) und anschließend deren Entladung zur Erzeugung eines Schockstroms in Gang kommt, wobei der Spannungswächter (34) nach Erreichen der einstellbaren Schockspannung die Aufladung der Speicherkondensatoren Ci, Cl) durch Betätigung des Trennschalters (4) unterbricht und dadurch mittels eines Steuerstromkreises (5), gegebenenfalls mit einer Verzögerung, auch den Schockauslöseschalter (27) schließt.

2. Gleichstrom-Defibrillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennschalter (4) und der Schockauslöseschalter (27) für eine asynchrone, d. h. nicht herzphasengesteuerte Defibrillation mittels eines vom Spannungswächter (34) gesteuerten Relais (7) schaltbar sind.

3. Gleichstrom-Defibrillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für eine synchrone,

d. h. herzphasengesteuerte Defibrillation in den Koppelweg (5a, 5, 12) zwischen Relais (7) und Schockauslöseschalter (27) ein herzphasengesteuertes Triggerglied (15) eingefügt ist.

4. Gleichstrom-Defibrillator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Triggerglied (15) ab- und zuschaltbar ist, so daß entweder eine unmittelbare Kopplung oder eine durch das Herz gesteuerte Kopplung des Spannungswächters (34) und des Trennschalters (4) einerseits mit dem Auslöseschalter (27) andererseits möglich ist.

5. Gleichstrom-Difibrillator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine photoelektrische Kopplung, z. B. mittels einer Glimmlampe (25), zwischen dem Spannungswächter (34) und einem Steuerstromkreis (9, 10) für den Trennschalter (4).

6. Gleichstrom-Defibrillator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine während der Entladung aufgeschaltete Spannungsverdopplerschaltung zwischen dem Hochspannungstransformator (3) und dem die Speicherkondensatoren (Ci, Cl) enthaltenden Ladungsspeicherkreis.

7. Gleichstrom-Defibrillator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein eine Kopplung zwischen einem Stellglied (31) für die Speisespannung und dem Stellglied (34a^ am Spannungswächter (34) bewirkendes Bedienungsmittel (35a).

8. Gleichstrom-Defibrillator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch im Ladungsspeicherkreis vorgesehene Gleichrichter (Di, Dl), die in der Schockphase an den Applikationskreis angeschlossen bleiben, so daß nur einzelne Schockimpulse ohne aperiodische Schwingungen im Applikationskreis entstehen.