DE69820995T2

DE69820995T2 - Verfahren zur prüfung einer ausgabeschaltung vor einem defibrillationsimpuls

Info

Publication number: DE69820995T2
Application number: DE69820995T
Authority: DE
Inventors: L. Joseph SULLIVAN; A. Lawrence BORSCHOWA; C. Richard NOVA
Original assignee: Physio Control Manufacturing Corp
Current assignee: Physio Control Manufacturing Corp
Priority date: 1997-03-05
Filing date: 1998-02-23
Publication date: 2004-12-23
Anticipated expiration: 2018-02-24
Also published as: EP0966311A1; US5873893A; EP0966311B1; WO1998039059A1; DE69820995D1; JP2001513010A

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Verfahren zum Beobachten des Betriebs externer Defibrillatoren und insbesondere auf ein Verfahren zur Verifizierung der Integrität einer Ausgangsschaltung eines externen Defibrillators.
Hintergrund der Erfindung
Einer von den üblichsten und lebensbedrohlichsten medizinischen Zuständen ist das Kammerflimmern, ein Zustand, bei dem das menschliche Herz die von dem menschlichen Körper benötigte Blutmenge nicht mehr pumpen kann. Die übliche Art bei einem Kammerflimmern aufweisenden Herz einen normalen Rhythmus wiederherzustellen ist es, unter Verwendung eines externen Herz-Defibrillators einen starken elektrischen Impuls an das Herz anzulegen. Externe Herz-Defibrillatoren werden seit vielen Jahren in Krankenhäusern von Ärzten und Krankenschwestern und allgemein durch Notfallpersonal, z. B. Sanitätern, mit Erfolg eingesetzt.
Herkömmliche externe Herz-Defibrillatoren akkumulieren zunächst eine hochenergetische elektrische Ladung in einem Energiespeicherkondensator. Wird ein Schaltermechanismus geschlossen, so wird die gespeicherte Energie in Form eines starken Strompulses auf einen Patienten übertragen. Der Strompuls wird über ein Paar auf der Brust des Patienten angeordnete Elektroden an den Patienten angelegt. Der in den meisten heutigen externen Defibrillatoren verwendete Schaltermechanismus ist ein Hochenergie-Übertragungsrelais. Ein Entladungssteuersignal verursacht, dass das Relais eine elektrische Schaltung zwischen dem Speicherkondensator und einer Wellenform-Bildungsschaltung schließt, deren Ausgang mit den an dem Patienten befestigten Elektroden verbunden ist.
Obwohl die in externen Herz-Defibrillatoren verwendeten Hochenergie-Übertragungsrelais zufriedenstellend arbeiten, weisen sie eine Vielzahl von Nachteilen auf. Einer der Hauptnachteile ist die elektromagnetische Interferenz (EMI), die entsteht, wenn das Relais geschlossen wird. EMI kann die von benachbarten Steuerschaltungen verwendeten Signale stark stören und bewirkt, dass die Verwendung von EMI-empfindlichen Schaltungen während des Anlegens des Defibrillationspulses praktisch unmöglich ist. Aufgrund der EMI-Interferenz setzen externe Defibrillatoren normalerweise alle Steuerschaltungen temporär in einen "inaktiven" Zustand, während ein Defibrillationspuls angelegt wird. Externe Defibrillatoren können demzufolge nicht verifizieren, dass der Schaltungsmechanismus oder das Relais sauber arbeitet, da während des Anlegens des Defibrillationspulses nur ein begrenzter Teil der Schaltung betrieben wird.
Ein zusätzlicher Nachteil der Verwendung eines Relais ist es, dass es auch vor der Anwendung des Defibrillationspulses unpraktisch sein kann, die Integrität des Relais zu überprüfen. Zum Beispiel benötigt ein Verfahren zum Testen des Relais die Entladung des Energiespeicherkondensators in eine Testlast. Dieses und ähnliche Verfahren verlangen nicht nur die Entladung des größten Anteils der in dem Energiespeicherkondensator gespeicherten Energie während jedes Tests, sondern benötigen auch zusätzliche Schaltungselemente, die eine Testlast umfassen.
Eine andere Schaltung und ein anderes Testverfahren nach dem Stand der Technik sind in der PCT-Anmeldung WO 94/27674 beschrieben. Wie in dem Dokument beschrieben, wird die Schaltung als eine H-Brücke verwendet und das Testverfahren aktiviert zwei Schalter in gegenüberliegenden Ecken der H-Brücke. Die Testschaltung wird durch ein Testrelais mit zwei Schaltern und einem Lastwiderstand R_L vervollständigt. Wie beschrieben, verifiziert das System, nachdem die Testschaltung vervollständigt ist und Strom zu fließen beginnt, eine Überstrom-Detektionskalibration, indem bestimmt wird, ob die CPU die von einer Messvorrichtung detektierte Überstrom-Bedingung korrekt identifiziert. Es ist festzustellen, dass diese Testschaltung und dieses Verfahren die Verwendung von zu der H-Brücke selbst zusätzlichen Elementen benötigen, wie z. B. die zwei Testschalter und den Test-Lastwiderstand.
Diese Erfindung ist darauf gerichtet, ein Verfahren anzugeben, das die zuvor angegebenen und andere Nachteile überwindet. Insbesondere ist diese Erfindung darauf gerichtet, ein Verfahren anzugeben, um die Integrität einer Ausgangsschaltung vor der Anwendung eines Defibrillationspulses zu verifizieren.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung ist in den angehangenen Patentansprüchen definiert. Die folgenden Elemente und Verfahrensabläufe können bei der Ausführung der Erfindung verwendet werden.
Ein externer Defibrillator mit einer Ausgangsschaltung, der von einem Mikroprozessor gesteuert wird, ist angegeben. Die Ausgangsschaltung umfasst einige Halbleiterschalter, über die ein Defibrillationspuls von einer Energiespeichervorrichtung, vorzugsweise einem Energiespeicherkondensator, auf einen Patienten entladen wird. Vor der Anwendung des Defibrillationspulses wird die Integrität jedes der Schalter in der Ausgangsschaltung verifiziert. Die Integrität der Ausgangsschaltung während des Anlegens eines Defibrillationspulses wird ebenfalls durch das Beobachten des während des Ladens bestehenden Ladepegels des Energiespeicherkondensators verifiziert.
Die Ausgangsschaltung ist eine Schaltung mit vier Beinen, die in Form von einem "H" angeordnet sind (nachfolgend als "H-Brücke" bezeichnet). Jedes Bein der Ausgangsschaltung umfasst einen Halbleiterschalter. Durch das selektive Anschalten von Paaren von Schaltern in der H-Brücke kann ein zweiphasiger Defibrillationspuls an einen Patienten angelegt werden. Vor der Anwendung des Defibrillationspulses wird jedes der Beine in der Ausgangsschaltung durch das Anschalten der Schalter in einer gewünschten Reihenfolge überprüft, während der Energiespeicherkondensator teilweise geladen ist.
Die Integrität der H-Brücke wird während des Aufbringens des Defibrillationspulses beobachtet, indem die Spannung über dem Energiespeicherkondensator periodisch gemessen wird. Eine außerhalb eines erwarteten Bereichs liegende Spannung kann die Fehlfunktion der H-Brücke anzeigen.
Ein in der H-Brücke vorhandenes fehlerhaftes Bein wird kompensiert, indem ein Paar Beine identifiziert werden, die einen leitenden Pfad zwischen dem Energiespeicherkondensator und dem Patienten erzeugen. Wenn ein einsatzbereites Paar von Beinen identifiziert ist, liefert der Defibrillator anstelle eines zweiphasigen einen einphasigen Defibrillationspuls. Der Strom oder die Dauer des einphasigen Pulses kann auch geändert werden, indem die Ladung des Energiespeicherkondensators geändert wird.
Eine Skalierungsschaltung ist vorgesehen, um die Spannung über dem Energiespeicherkondensator so herunterzusetzen, dass diese von dem Mikroprozessor gemessen werden kann. Die Skalierungsschaltung ist einstellbar, um es dem Mikroprozessor zu ermöglichen, verschiedene Spannungsbereiche über dem Energiespeicherkondensator zu messen.
Wird vor oder während dem Aufbringen des Defibrillationspulses ein Fehler detektiert, so kann eine Fehlerbehandlungsroutine aufgerufen werden, um den angezeigten Fehler zu analysieren und zu versuchen zu kompensieren. Die Fehlerbehandlungsroutine erzeugt eine visuelle, auditive oder andere Warnung an den Benutzer, um anzuzeigen, dass der Defibrillator nicht richtig funktioniert. Die Warnung an den Benutzer ist insbesondere bei den Umständen vorteilhaft, in denen der Benutzer nicht auf eine andere Art merkt, dass der Defibrillator nicht richtig funktioniert.
Es ist verständlich, dass das offenbarte Verfahren der Überprüfung der Ausgangsschaltung dahingehend vorteilhaft ist, dass es erlaubt, die Integrität der Ausgangsschaltung auch vor dem Anlegen eines Defibrillationspulses zu überprüfen. Das Liefern eines einphasigen Pulses hat einen dahingehend deutlichen Vorteil, dass hierdurch das Anlegen eines Defibrillationspulses an den Patienten auch dann ermöglicht wird, wenn ein Teil der Ausgangsschaltung fehlerhaft ist. Weiter erlaubt die Verwendung einer Skalierungsschaltung die Messung der hohen Spannungen des Energiespeicherkondensators durch den Mikroprozessor für die Steuerung des Defibrillators in Echtzeit.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die zuvor beschriebenen Gesichtspunkte und viele der bestehenden Vorteile dieser Erfindung werden vollständiger geschätzt, wenn die Erfindung durch Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen besser verstanden wird, worin:
1 ein Blockschaltbild eines externen Defibrillators zeigt, der eine Ausgangsschaltung aufweist, die vor dem Anlegen eines Pulses entsprechend dieser Erfindung getestet wird;
2 ein Blockschaltbild des in 1 gezeigten externen Defibrillators zeigt, das den Aufbau der Ausgangsschaltung und die Verbindung der Ausgangsschaltung an eine Skalierungsschaltung darstellt;
3 ein schematisches Diagramm einer tatsächlichen Ausführungsform der in 2 gezeigten Ausgangsschaltung zeigt;
4 ein schematisches Diagramm einer tatsächlichen Ausführungsform der in 2 gezeigten Skalierungsschaltung zeigt;
5A–5B Flussdiagramme einer beispielhaften Routine zum Testen der Ausgangsschaltung vor und während dem Anlegen eines Defibrillationspulses an einen Patienten zeigen; und
6A–6B Flussdiagramme einer beispielhaften Fehlerbehandlungsroutine zur Analyse und Kompensation bestimmter Fehler zeigen, wenn während dem Überprüfen der Ausgangsschaltung ein Fehler festgestellt wurde.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
1 zeigt ein Blockschaltbild eines externen Defibrillators 8, der an einen Patienten 16 angeschlossen ist. Der Defibrillator enthält eine Mess- und Steuerschaltung 10, die über eine Ladeschaltung 18 an einen Energiespeicherkondensator und Schutzbauteil 12 angeschlossen ist. Während des Betriebs des Defibrillators steuert die Mess- und Steuerschaltung 10 die Ladeschaltung 18 über eine Steuerleitung 25, um den Energiespeicherkondensator auf einen gewünschten Spannungspegel aufzuladen. Eine Rückkopplung über den Spannungspegel des Energiespeicherkondensators an die Mess- und Steuerschaltung 10 ist über ein Paar Leitungen 28 und 30 gegeben.
Nach dem Laden auf einen gewünschten Pegel kann die in dem Energiespeicherkondensator gespeicherte Energie in Form eines Defibrillationspulses an den Patienten 16 angelegt werden. Der Energiespeicherkondensator und Schutzbauteil 12 ist über Leitungen 26 und 28 an eine Ausgangsschaltung 14 angeschlossen. Die Mess- und Steuerschaltung 10 ist über einen Steuerbus 42 mit der Ausgangsschaltung 14 verbunden und durch eine Steuerleitung 36. mit einem Patientenisolierungsrelais 35. Das Anlegen von geeigneten Steuersignalen über den Steuerbus 42 und die Steuerleitung 36 verursacht, dass die Ausgangsschaltung 14 Energie von dem Energiespeicherkondensator leitet. Die Energie wird über einen Satz Elektroden 15a und 15b an den an dem Defibrillator 8 angeschlossenen Patienten 16 angelegt. Die Elektrode 15a ist über einen Schalter 35a in dem Patientenisolationsrelais mit einer Herzspitzen- oder Apex-Leitung 17 in der Ausgangsschaltung 14 verbunden. Die Elektrode 15b ist über einen Schalter 35b in dem Patientenisolationsrelais mit einer Brustbein- oder Sternum-Leitung 19 in der Ausgangsschaltung 14 verbunden. In einer ausführlicher nachfolgend beschriebenen Weise verifiziert die Mess- und Steuerschaltung 10 die Integrität der Ausgangsschaltung 14 vor und während der Übertragung des Defibrillationspulses.
Die Komponenten des Defibrillators 8 sind genauer in 2 dargestellt. Ein Mikroprozessor 20, eine Skalierungsschaltung 22 und eine Ladeschaltung 18 werden verwendet, um einen Energiespeicherkondensator 24 auf eine gewünschte Spannung aufzuladen. Um das Laden zu steuern, ist der Mikroprozessor 20 über ein Paar Messleitungen 47 und 48 und eine Steuerleitung 49 an die Skalierungsschaltung 22 angeschlossen. Der Mikroprozessor ist ebenfalls über eine Steuerleitung 25 an die Ladeschaltung 18 angeschlossen. Die Skalierungsschaltung 22 und die Ladeschaltung 18 sind über eine Brückenleitung 28, welche mit dem negativen Draht des Kondensators verbunden ist, und eine Leitung 30, welche mit dem positiven Draht des Kondensators verbunden ist, mit dem Energiespeicherkondensator 24 verbunden. An den Mikroprozessor 20 ist auch eine Uhr 21 angeschlossen.
Die Skalierungsschaltung 22 wird verwendet, die Spannung über dem Energiespeicherkondensator 24 zu beobachten. 4 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer tatsächlichen Ausführungsform der Skalierungsschaltung 22. Die Skalierungsschaltung 22 setzt den Spannungspegel über dem Energiespeicherkondensator 24 in einen Bereich herunter, der von dem Mikroprozessor 20 auf den Messleitungen 47 und 48 gemessen werden kann. Die Skalierungsschaltung 22 umfasst zwei Operationsverstärker OP1 und OP2. Ein Widerstand R1 ist zwischen die Leitung 30 und den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP1 angeschlossen, und ein Widerstand R2 und ein Kondensator C1 sind parallel zwischen den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP1 und Erde geschaltet. Ein Widerstand R3 ist zwischen den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP1 und die Brückenleitung 28 geschaltet. Ein Widerstand R4 und ein Kondensator C2 sind parallel zwischen den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP1 und den Ausgang des Operationsverstärkers OP1 geschaltet. Der Ausgang des Operationsverstärkers OP1 ist an den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP2 und an die Messleitung 47 angeschlossen.
Der Gleichspannungspegel des Energiespeicherkondensators 24 ist heruntergeteilt, um an den Operationsverstärker OP1 angelegt zu werden. Das Verhältnis der Widerstände R1 und R3 zu den Widerständen R2 und R4 ist allgemein sehr hoch, damit die Spannung in dieser Stufe beträchtlich heruntergesetzt wird. Die Werte der Widerstände R1 und R3 sind weiter üblicherweise sehr hoch, um den von dem Kondensator 24 abgeleiteten Strom zu begrenzen. Die Kondensatoren C1 und C2 sind vorgesehen, um hochfrequente Spannungsspitzen herauszufiltern. In einer tatsächlichen Ausführungsform der Skalierungsschaltung 22 setzt die Skalierungsschaltung eine Spannung von 2200 V über dem Energiespeicherkondensator 24 auf weniger als 5 V auf der Messleitung 47 herunter. Der Mikroprozessor 20 ist mit einem 5 V Analog/Digital-Wandler versehen, um die Spannung auf der Messleitung 47 zu messen und die Spannung über dem Energiespeicherkondensator 24 zu beobachten.
Würde der Energiespeicherkondensator 24 immer auf 2200 V aufgeladen werden, so würde die bisher beschriebene Skalierungsschaltung ausreichen. In der bevorzugten Ausführungsform kann der Energiespeicherkondensator 24 jedoch in einen Bereich von Spannungspegeln aufgeladen werden, deren ausgewählter Pegel von dem Patienten und anderen Parametern abhängt. Der Bereich, bis zu dem der Energiespeicherkondensator 24 in der bevorzugten Ausführungsform aufgeladen werden kann, liegt zwischen 100 V und 2200 V. Um kleine prozentuale Änderungen des ausgewählten Spannungspegels des Energiespeicherkondensators 24 zu detektieren, ist die Skalierungsschaltung demzufolge einstellbar, um unterschiedliche Spannungsbereiche zu berücksichtigen.
Um den Bereich der an die Skalierungsschaltung 22 angelegten Spannungen zu berücksichtigen, ist der nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP2 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers OP1 verbunden. Zwischen den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP2 und Erde ist ein Widerstand R5 geschaltet. Ein digitales Potentiometer R6 mit variablem Gewinn ist zwischen den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP2 und den Ausgang des Operationsverstärkers OP2 geschaltet. Das digitale Potentiometer R6 mit variablem Gewinn wird durch ein auf der mit dem Mikroprozessor 20 verbundenen Steuerleitung 49 empfangenes Signal gesteuert. Der Ausgang des Operationsverstärkers OP2 ist mit der Messleitung 48 verbunden. Die von dem Operationsverstärker OP2 gelieferte Verstärkung ist durch die Variierung der Einstellung des digitalen Potentiometers R6 mit variablem Gewinn einstellbar.
Die Verstärkung des Operationsverstärkers OP2 wird von dem Mikroprozessor 20 eingestellt. Initial wird eine Messung der Spannung auf der Messleitung 47 durchgeführt, welche, wie zuvor beschrieben, in der tatsächlichen Ausführungsform in dem Bereich von 0 bis etwa 5 V liegt. Auf Grundlage der gemessenen Spannung wird die Verstärkung des Operationsverstärkers OP2 eingestellt, um die Spannung auf der Messleitung 48 nahe an 5 V zu bringen. Die Einstellung des Ausgangssignals auf nahezu 5 V erlaubt die Verwendung des vollen Genauigkeitsbereichs des 5 V Analog/Digital-Wandlers in dem Mikroprozessor. Der Mikroprozessor 20 verwendet die bekannte Verstärkung der Verstärker OP1 und OP2 zusammen mit der auf der Messleitung 48 anliegenden Ausgangsspannung, um den Spannungspegel des Energiespeicherkondensators 24 zu messen. Wie detaillierter nachfolgend beschrieben wird, werden Änderungen in dem Spannungspegel des Energiespeicherkondensators verwendet, um die Integrität der Ausgangsschaltung 14 zu verifizieren.
In 2 ist weiter gezeigt, dass die Ausgangsschaltung 14 die gesteuerte Übertragung von Energie von dem Energiespeicherkondensator 24 auf den Patienten 16 ermöglicht. Die Ausgangsschaltung 14 umfasst vier Schalter 31, 32, 33 und 34, wobei jeder Schalter ein Bein der H-Brücke bildet. Die Schalter 31 und 33 sind über ein Schutzbauteil 27 durch die Brückenleitung 26 an den positiven Draht des Energiespeicherkondensators 24 angeschlossen. Das Schutzbauteil 27 hat sowohl induktive als auch Widerstandseigenschaften, um die Strom- und Spannungsänderungen des Energiespeicherkondensators 24 zu begrenzen. Die Schalter 32 und 34 sind durch die Brückenleitung 28 an den negativen Draht des Energiespeicherkondensators 24 angeschlossen. Die mittlere Querleitung der H-Brücke umfasst den Patienten 16, welcher mittels einer Apex-Leitung 17 an die linke Seite der Brücke und mittels einer Sternum-Leitung 19 an die rechte Seite der Brücke angeschlossen ist. Obwohl es in 2 aus Gründen der Klarheit nicht gezeigt ist, sind die Apex-Leitung 17 und die Sternum-Leitung 19 durch das Patientenisolationsrelais 35 mit den Elektroden 15a und 15b verbunden. Der Mikroprozessor 20 ist jeweils über Steuerleitungen 42a, 42b, 42c und 42d mit den Schaltern 31, 32, 33 und 34 verbunden und über die Steuerleitung 36 mit dem Patientenisolationsrelais 35, wodurch die Schalter und das Relais mittels einer Mikroprozessorsteuerung geöffnet und geschlossen werden können. Die Steuerleitungen 42a, 42b, 42c und 42d sind ein Teil des Steuerbusses 42.
Eine tatsächliche Ausführungsform der Ausgangsschaltung 14 ist in 3 gezeigt. Der in 3 gezeigte Schaltplan ist nachfolgend kurz beschrieben und ist ebenfalls detailliert im US-Patent Nr. 5,873,893 mit dem Titel "H-Bridge Circuit for Generating a High-Energy Biphasic Waveform in an External Defibrillator" beschrieben, welche gleichzeitig mit dieser Anmeldung angemeldet wurde. Wie in 3 gezeigt, ermöglichen vier Ausgangsschalter SW1 bis SW4 die Übertragung von Energie von dem Energiespeicherkondensator auf Leitungen 26 und 28. Die Schalter SW1, SW3 und SW4 sind Halbleiterschalter, vorzugsweise gesteuerte Siliziumgleichrichter (SCRs). Der Schalter SW2 ist eine Reihenkombination von Schaltern SW2A und SW2B, welche beide Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) sind. Die vier Ausgangsschalter SW1 bis SW4 können aus einem Aus- (nicht leitenden) in einen An- (leitenden) Zustand geschaltet werden. Die Steuerleitungen 42a, 42b, 42c und 42d sind mit Schalter-Treiberschaltungen 51, 52, 53 und 54 verbunden, welche jeweils mit den Schaltern SW1 bis SW4 verbunden sind. Die Schalter-Treiberschaltung 52 umfasst zwei identische Schalter-Treiberschaltungen, wobei jede Schaltung zu einem der IGBTs korrespondiert.
Die Schalter-Treiberschaltungen 51, 53 und 54 schalten die jeweiligen SCR-Schalter entsprechend der Signale auf den Steuerleitungen 42a, 42c und 42d an oder aus. Die Schalter SW1, SW3 und SW4 bleiben so lange leitend, wie das Signal auf der korrespondierenden Steuerleitung vorhanden ist. Jeder Schalter SW1 bis SW4 ist jeweils auch mit einer Schalter-Schutzschaltung 61, 62, 63 und 64 verbunden. Die Schalter-Treiberschaltung 52 schaltet die IGBT-Schalter entsprechend eines Signals auf der Steuerleitung 42b an oder aus. Der Schalter SW2 verbleibt so lange leitend, wie das Signal auf der Steuerleitung 42b vorhanden ist. Die Schalter-Schutzschaltung 62 umfasst zwei identische Schalter-Schutzschaltungen, wobei jede Schutzschaltung zu einem der IGBTs korrespondiert. Die Schalter-Schutzschaltungen 61, 62, 63 und 64 verhindern, dass die Schalter SW1 bis SW4 durch umgekehrte Spannungen beschädigt werden und dass diese frühzeitig leiten.
In der bevorzugten Ausführungsform liefert der Defibrillator 8 in der folgenden Weise einen zweiphasigen Defibrillationspuls an den Patienten. Bezugnehmend auf die 3 werden die Schalter SW1 und SW2 nachdem der Energiespeicherkondensator 24 auf einen ausgewählten Energiepegel aufgeladen ist, und das Patientenisolationsrelais 35 geschlossen ist, angeschaltet, um einen jeweiligen Pfad von dem Energiespeicherkondensator zu der Apex-Leitung 17 und der Sternum-Leitung zu erzeugen, um eine erste Phase eines Defibrillationspulses an den Patienten anzulegen. Die gespeicherte Energie läuft von dem positiven Anschluss des Kondensators 24 über die Leitung 26 durch den Schalter SW1 über die Apex-Leitung 17 über den Patienten 16 zurück über die Sternum-Leitung 19 und durch den Schalter SW2 über die Leitung 28 an den negativen Anschluss des Kondensators 24. Die erste Phase des zweiphasigen Pulses liefert demzufolge einen positiven Puls von dem Apex zu dem Sternum des Patienten.
Bevor der Energiespeicherkondensator 24 komplett entladen ist, wird der Schalter SW2 zur Vorbereitung des Anlegens der zweiten Phase des zweiphasigen Pulses so vorgespannt, dass er ausschaltet. Ist der Schalter SW2 einmal in den Aus-Zustand vorgespannt, so wird auch der Schalter SW1 nicht leitend, da die Spannung über den SCR auf Null absinkt.
Nach dem Ende der ersten Phase des zweiphasigen Defibrillationspulses werden die Schalter SW3 und SW4 angeschaltet, um die zweite Phase des zweiphasigen Pulses zu starten. Die Schalter SW3 und SW4 erzeugen einen Pfad zum Anlegen eines negativen Defibrillationspulses an den Patienten. In Bezug auf 3 verläuft die Energie von dem positiven Anschluss des Kondensators 24 über die Leitung 26 durch den Schalter SW3 über die Sternum-Leitung 19 durch den Patienten 16 zurück über die Apex-Leitung 17 und heraus durch den Schalter SW4 über die Leitung 28 an den negativen Anschluss des Kondensators 24. Die Polarität der zweiten Phase des Defibrillationspulses weist demzufolge eine entgegengesetzte Polarität zu der ersten Phase des Pulses auf. Das Ende der zweiten Phase des zweiphasigen Pulses wird durch das Anschalten des Schalters SW1 abgeschnitten, um einen kurzgeschlossenen Pfad für die verbleibende Kondensatorenergie durch die Schalter SW1 und SW4 zu erzeugen. Nachdem die zweite Phase abgeschnitten ist, werden alle vier Schalter SW1 bis SW4 ausgeschaltet. Das Patientenisolationsrelais 35 wird ebenfalls geöffnet, um ein Wiederaufladen des Energiespeicherkondensators 24 in Vorbereitung zum Liefern eines weiteren Defibrillationspulses zu ermöglichen.
Die Integrität der Ausgangsschaltung 14 wird vor und während der Lieferung eines Defibrillationspulses verifiziert. Ein bevorzugtes Verfahren der Verifizierung der Integrität der Ausgangsschaltung 14 ist in den in 5A–5B gezeigten Flussdiagrammen dargestellt. 5A zeigt einen Einschalt-Verifikationstest, der ausgeführt wird, nachdem der Defibrillator angeschaltet wurde und bevor ein Defibrillationspuls geliefert wird. Nach dem Einschalten des Defibrillators in einem Block 100 wird der Energiespeicherkondensator in einem Block 104 auf eine Testspannung aufgeladen. Die Testspannung, bis zu der der Energiespeicherkondensator aufgeladen wird, kann unterhalb der maximal erlaubten Spannung des Kondensators liegen, wenn während dem Einschalttest eine Energieeinsparung gewünscht wird. Eine niedrigere Spannung benötigt weniger Ladezeit und ermöglicht demzufolge die Verkürzung der gesamten für den Einschalttest der Ausgangsschaltung benötigte Zeit. Die Testspannung sollte jedoch hoch genug sein, um einen sinnvollen Test der Integrität der Ausgangsschalter SW1 bis SW4 durchzuführen, wie es nachfolgend beschrieben wird. Während dem gesamten Einschalt-Verifikationstest der Ausgangsschaltung ist es vorzuziehen, dass das Patientenisolationsrelais 35 geöffnet ist, um jeglichen Stromfluss zu einem Patienten zu verhindern.
Nach dem Aufladen des Energiespeicherkondensators wird in einem Block 106 ein sequentieller Test der vier Ausgangsschalter SW1 bis SW4 durchgeführt. Die Ausgangsschalter werden initial getestet, indem die Schalter ausgeschaltet werden. Nachdem jeder der Schalter in einen nicht leitenden Zustand gesetzt wurde, wird jeder Schalter individuell aufeinander folgend an und danach wieder aus geschaltet. Das heißt, der erste Schalter SW1 wird an und dann aus geschaltet, wonach die verbleibenden Schalter aufeinanderfolgend getestet werden. Während die Schalter an und aus geschaltet werden, wird der Spannungspegel über dem Energiespeicherkondensator beobachtet. Während der Tests sollte keine Änderung des Spannungspegels über dem Energiespeicherkondensator 24 auftreten, da das Anschalten eines einzelnen Schalters keinen leitenden Pfad durch die Ausgangsschaltung 14 erzeugt, der eine Entladung der in dem Energiespeicherkondensator gespeicherten Energie ermöglicht. Wenn während des sequentiellen An- und Ausschaltens der Schalter SW1 bis SW4 eine Änderung des Spannungspegels über dem Kondensator festgestellt wird, wird ein Fehler angezeigt. In einem Block 108 wird ein Test durchgeführt, um zu bestimmen, ob in einem der Schalter SW1 bis SW4 Fehler festgestellt wurden. Wurden Fehler in den Schaltern festgestellt, so wird in einem Block 118 eine Fehlerbehandlungsroutine aufgerufen. Die Fehlerbehandlungsroutine wird nachfolgend in zusätzlichem Detail beschrieben. Wurden keine Fehler in den Schaltern festgestellt, so setzt sich der Einschalt-Verifikationstest in einem Block 110 fort.
In dem Block 110 werden die Schalter SW2 und SW3 für einen kurzen Abschnitt gemeinsam getestet. Die beiden Schalter werden getestet, indem beide Schalter SW2 und SW3 simultan angeschaltet werden. Die Schalter werden ausgeschaltet, indem der Schalter SW2 in den Aus-Zustand vorgespannt wird, wodurch der Schalter SW3 nichtleitend wird, da er ein SCR ist. Wenn die Schalter SW2 und SW3 gleichzeitig leiten, sollte aufgrund des kurzgeschlossenen Pfads, der durch die Ausgangsschaltung 14 entsteht, ein Spannungsabfall in der Spannung über dem Energiespeicherkondensator detektiert werden. Wird kein Spannungsabfall detektiert, wenn die Schalter SW2 und SW3 gleichzeitig leiten sollen, so wird ein Fehler angezeigt. In einem Block 112 wird ein Test durchgeführt, um zu bestimmen, ob in der Kombination der Schalter SW2 und SW3 ein Fehler detektiert wurde. Wurde ein Fehler detektiert, so setzt sich der Einschalt-Verifikationstest mit der Fehlerbehandlungsroutine im Block 118 fort. Wurde für die Schalter SW2 und SW3 kein Fehler detektiert, so setzt sich der Einschalttest mit einem Block 114 fort.
In dem Block 114 wird ein Test der Schalter SW1 und SW4 durchgeführt. Die Schalter SW1 und SW4 werden getestet, indem die Schalter gleichzeitig angeschaltet werden. Das Anschalter der Schalter SW1 und SW4 bewirkt die Erzeugung eines leitenden Pfads von dem Energiespeicherkondensator 24 durch die Ausgangsschaltung 14. Demzufolge sollte ein Spannungsabfall über dem Energiespeicherkondensator detektiert werden. Wird kein Spannungsabfall detektiert, wenn die Schalter SW1 und SW4 gleichzeitig angeschaltet sind, so wird ein Fehler angezeigt. Im Block 116 wird ein Test durchgeführt, um zu bestimmen, ob bei der Kombination der Schalter SW1 und SW4 ein Fehler detektiert wurde. Wurde ein Fehler detektiert, so setzt sich der Einschalttest mit der Federbehandlungsroutine im Block 118 fort. Wurde für die Schalter SW1 und SW4 kein Fehler festgestellt, so setzt sich der Einschalttest in einem Block 120 fort, in dem der Defibrillator mit dem normalen Betrieb beginnt.
Es ist verständlich, dass in der in 3 gezeigten Ausführungsform der Ausgangsschaltung 14 der Satz Schalter SW2 und SW3 getestet werden muss, bevor der Satz Schalter SW1 und SW4 getestet wird. Wenn die Schalter SW1 und SW4 zuerst getestet werden würden, würde es unmöglich sein, die Schalter SW1 und SW4 auszuschalten, während ein Strom durch sie hindurchfließt, da sie beide SCR-Vorrichtungen sind. Das Testen der Schalter SW1 und SW4 als erstes würde demzufolge die gesamte Testenergie aus dem Energiespeicherkondensator 24 abgeleitet haben. Da der Schalter SW2 ein IGBT-Paar ist, das nichtleitend geschaltet werden kann, kann die Kombination der Schalter SW2 und SW3 ausgeschaltet werden. Das Testen der Schalter in der richtigen Reihenfolge erlaubt demzufolge, dass der Energiespeicherkondensator nur ein einziges Mal aufgeladen wird, um alle vier Schalter zu testen. Es ist jedoch verständlich, dass eine unterschiedliche Testreihenfolge der Schalter verwendet werden kann, wenn der Kondensator wieder aufgeladen werden würde oder wenn in der Ausgangsschaltung unterschiedliche Schalter verwendet werden würden.
Der Einschalt-Verifikationstest wird unmittelbar nach dem Einschalten des Defibrillators durchgeführt, da das Laden und darauffolgende Verbrauchen der Energie in dem Energiespeicherkondensator eine zusätzliche Zeit und Energie benötigt. Die für die Einschalttests benötigte Zeit und Energiemenge kann verändert werden, indem der Spannungspegel geändert wird, bis zu dem der Energiespeicherkondensator aufgeladen wird. Die Verwendung eines niedrigeren Spannungspegels reduziert die Ladezeit des Kondensators. In einer alternativen Ausführungsform kann auch eine "Überspringe Einschalttest"-Taste oder ein Befehl in dem Defibrillator vorhanden sein, um es einem Benutzer zu erlauben, den Einschalt-Verifikationstest zu überspringen, wenn der Defibrillator angeschaltet wird.
Zusätzlich zu der Ausführung bei dem Einschalten des Defibrillators durch einen Benutzer kann der Einschalt-Verifikationstest in einer alternativen Ausführungsform auch periodisch von dem Mikroprozessor 20 durchgeführt werden, wenn der Defibrillator nicht verwendet wird. Z. B. kann der Mikroprozessor 20 zu einer bestimmten Zeit jede Nacht, die von der Uhr 21 angezeigt wird, automatisch und ohne ein Handeln des Benutzers den Defibrillator anschalten, Tests zur Verifikation der Integrität der Ausgangsschaltung durchführen und, wie nachfolgend in Bezug auf die Fehlerbehandlungsroutine beschrieben, ein Warnsignal an einen Benutzer ausgeben, wenn ein Versagen aufgetreten ist.
Die 5B stellt die Verifikationstests dar, die unmittelbar bevor und während des Lieferns eines Defibrillationspulses ausgeführt werden. Nach dem Eintreten in den normalen Betriebsmodus wartet der Defibrillator in einem Entscheidungsblock 121 auf den Empfang eines Befehls, der anzeigt, dass ein Defibrillationspuls an einen Patienten angelegt werden soll. Wenn dies in einem automatischen Defibrillator implementiert ist, wird der Befehl von dem Mikroprozessor nach der Analyse eines Elektrokardiogramms von dem Patienten erzeugt. Alternativ kann bei einem manuellen Defibrillator der Befehlt zum Laden des Energiespeicherkondensators zum Anlegen eines Defibrillationspulses von geschultem medizinischem Personal kommen, welches die Vorrichtung benutzt.
Wird ein Befehl empfangen, der anzeigt, dass der Defibrillator das Anlegen eines Defibrillationspulses an einen Patienten vorbereiten soll, so setzt sich der Verifikationstest in einem Block 122 fort. In dem Block 122 wird der Energiespeicherkondensator 24 auf eine ausgewählte Spannung aufgeladen. Der Ladepegel des Kondensators wird durch verschiedene Faktoren bestimmt, die den ausgewählten Energiepegel umfassen, der an den Patienten angelegt werden soll.
Nach dem Laden des Kondensators auf die gewünschte Spannung wird in einem Block 124 ein Test der vier Ausgangsschalter SW1 bis SW4 durchgeführt. Der Test ist identisch zu dem im Block 106 durchgeführten Test. D. h., jeder der Schalter wird individuell ein- und anschließend ausgeschaltet. Während die Schalter ein- und ausgeschaltet werden, wird die Spannung über dem Energiespeicherkondensator von dem Mikroprozessor beobachtet. Sind alle Schalter betriebsfähig (d. h., keiner der Schalter hängt in einem leitenden Zustand), so sollte sich die Spannung über dem Energiespeicherkondensator während des Testens nicht ändern. Der in dem Block 124 durchgeführte Verifikationstest kann vor der Lieferung des Defibrillationspulses durchgeführt werden, da der Test schnell und ohne Energieverlust des Energiespeicherkondensators durchgeführt werden kann, wenn keine Fehler auftreten. Wird vor der Lieferung des Defibrillationspulses ein fehlerhafter Schalter identifiziert, der in einem leitenden Zustand hängt, kann der Verifikationstest den Fehler aufdecken, bevor der Defibrillator ansetzt, den Defibrillationspuls an den Patienten zu liefern.
Nach dem Testen jedes der Schalter wird in einem Block 126 ein Test durchgeführt, um zu bestimmen, ob in einem beliebigen Schalter Fehler festgestellt wurden. Wurden Fehler festgestellt, so wird in einem Block 118 die Fehlerbehandlungsroutine aufgerufen. Wurden in den Schaltern keine Fehler festgestellt, so kann der Defibrillator den Defibrillationspuls an den Patienten liefern. Vor der Lieferung des Defibrillationspulses wird das Patientenisolationsrelais 35 geschlossen.
In einem Block 128 werden die Schalter SW1 und SW2 angeschaltet, um das Anlegen der ersten Phase des Defibrillationspulses zu beginnen. Mit der Lieferung der ersten Phase des Pulses an den Patienten wird eine Uhr gestartet. Nach einer bestimmten Zeit von dem Start der ersten Phase, vorzugsweise 4,5 msec, misst der Mikropruzessor die Spannung über dem Energiespeicherkondensator in einem Block 130. Nach 4,5 msec sollte der Spannungspegel des Kondensators auf einen Wert innerhalb eines bestimmten Bereichs abgefallen sein, der auf dem bekannten Bereich von Patientenimpendanzen basiert. Liegt der gemessene Spannungspegel über dem Energiespeicherkondensator nach 4,5 msec nicht innerhalb des erwarteten Bereichs, so ist entweder in der Ausgangsschaltung oder der Verbindung mit dem Patienten ein Fehler vorhanden. In einem Entscheidungsblock 134 wird ein Test durchgeführt, um zu bestimmen, ob bei 4,5 msec ein Fehler festgestellt wurde. Wurde ein Fehler festgestellt, so wird eine Fehlerbehandlungsroutine in einem Block 118 aufgerufen. Wurde während der Lieferung der ersten Phase kein Fehler angezeigt, so kann die zweite Phase des zweiphasigen Defibrillationspulses an dem Patienten angewandt werden. Vor dem Starten der zweiten Phase wird der Schalter SW2 ausgeschaltet, um die Anwendung der ersten Phase abzuschneiden.
In einem Block 136 werden die Schalter SW3 und SW4 angeschaltet, um einen leitenden Pfad von dem Energiespeicherkondensator zu dem Patienten zu erzeugen und das Anlegen der negativen zweiten Phase des Defibrillationspulses zu beginnen. In einem Block 140 wird eine Messung der Spannung über dem Kondensator am Ende der zweiten Phase ausgeführt. Die gemessene Spannung an dem Ende der zweiten Phase sollte auf einen Wert innerhalb eines bestimmten Bereichs abgefallen sein, der auf den erwarteten Patientenimpendanzen basiert. Fällt die gemessene Spannung auf einen Wert außerhalb des erwarteten Bereichs ab, so wird dadurch ein Fehler der Ausgangsschaltung oder der Verbindung mit dem Patienten angezeigt.
In einem Entscheidungsblock 142 wird ein Test durchgeführt, um zu bestimmen, ob am Ende der zweiten Phase ein Fehler angezeigt wurde. Wurde ein Fehler angezeigt, so setzt sich der Verifikationstest in einem Block 118 mit der Fehlerbehandlungsroutine fort. Wurde kein Fehler angezeigt, so kehrt der Verifikationstest zu dem Entscheidungsblock 121 zurück, um auf den Empfang eines anderen Befehls zum Aufladen des Energiespeicherkondensators zur Lieferung eines zusätzlichen Defibrillationspulses zu warten. Nach dem Ende der zweiten Phase wird das Patientenisolationsrelais 35 geöffnet, um den Patienten von dem Defibrillator zu isolieren.
Es ist zu verstehen, dass, obwohl der in dem Block 130 durchgeführte 4,5 msec-Test nur während der ersten Phase des Defibrillationspulses durchgeführt wurde, ein ähnlicher Test auch 4,5 msec nach dem Start der zweiten Phase durchgeführt werden könnte. Obwohl der in dem Block 140 durchgeführte Test der Endspannung nur am Ende der zweiten Phase durchgeführt wurde, hätte ähnlich ein ähnlicher Test auch am Ende der ersten Phase durchgeführt werden können.
Das hier offenbarte Testverfahren ist dahingehend vorteilhaft, dass es die Überprüfung der Integrität der Ausgangsschaltung und Verbindung mit dem Patienten sowohl vor als auch während des Anlegens des Defibrillationspulses erlaubt. Viele frühere Defibrillatoren konnten aufgrund der Art des Ausgangsschalters und des EMI-Rauschens, welches durch das Anlegen eines Defibrillationspulses erzeugt wurde, solch ein Testen nicht durchführen. Bei der Feststellung eines beliebigen Fehlers vor oder während des Lieferns des Defibrillationspulses kann eine Fehlerbehandlungsroutine aufgerufen werden, um den angezeigten Fehler zu analysieren und zu kompensieren.
Wird ein Fehler vor oder während der Lieferung eines Defibrillationspulses angezeigt, so wird die Fehlerbehandlungsroutine in einem Block 118 aufgerufen. Die Fehlerbehandlungsroutine kann verschiedene Arten der Analyse durchführen, um die Ursache des Fehlers weiter zu bestimmen. Wenn möglich, kann die Fehlerbehandlungsroutine ebenfalls den Fehler kompensieren, indem an Stelle eines zweiphasigen ein einphasiger Puls an den Patienten angelegt wird. Die 6A und 6B sind Flussdiagramme einer repräsentativen Fehlerbehandlungsroutine.
Hängt einer der Schalter in der Ausgangsschaltung in dem leitenden Zustand, so kann der Defibrillator den festhängenden Schalter kompensieren, indem der vorhandene leitende Schaltpfad verwendet wird, um an Stelle eines zweiphasigen einen einphasigen Puls zu liefern. 6A zeigt das Anlegen eines einphasigen Pulses, wenn der Fehler eines Schalters vor dem Anlegen eines Defibrillationspulses detektiert wurde. In einem Block 150 wird ein Test durchgeführt, um zu bestimmen, ob die Fehlerbehandlungsroutine von dem Block 126 aufgerufen wurde. Wurde die Fehlerbehandlungsroutine nicht von dem Block 126 aufgerufen, so setzt sich die Routine in einem Block 180 fort. Wurde die Fehlerbehandlungsroutine von dem Block 126 aufgerufen, so setzt sich die Routine in einem Block 152 fort.
In dem Block 152 wird dem Benutzer ein Fehlersignal gegeben, um anzuzeigen, dass ein Fehler aufgetreten ist und der Versuch unternommen wird, einen einphasigen Puls zu erzeugen. Das Fehlersignal kann ein hörbarer, visueller und/oder mitgeschriebener Alarm sein. In einem Block 154 wird eine dahingehende Bestimmung durchgeführt, ob der derzeitige Ladepegel des Energiespeicherkondensators ausreicht, einen gewünschten einphasigen Puls zu erzeugen. Es ist verständlich, dass die Größe eines gewünschten einphasigen Pulses abhängig von der Impedanz des Patienten, der Anzahl von zuvor an den Patienten angelegten Schocks und anderen Faktoren geändert werden kann. Um die Dauer und den Betrag des einphasigen Pulses zu ändern, wird der Ladepegel des Energiespeicherkondensators 24 modifiziert. Soll der einphasige Puls einen höheren Strom oder eine längere Dauer aufweisen, als der Puls, der auf Grundlage des derzeitigen Ladepegels des Kondensators geliefert worden wäre, so wird der Energiespeicherkondensator auf eine höhere Spannung aufgeladen. Umgekehrt, wenn der einphasige Puls einen niedrigeren Strom oder eine kürzere Dauer aufweisen soll, so wird die Spannung über dem Kondensator reduziert. Um die Spannung zu reduzieren, kann der Kondensator 24 über einen Kurzschlusspfad teilentladen werden, der durch das Schließen der beiden Ausgangsschalter auf einer Seite der H-Brücken-Ausgangsschaltung 14 erfolgt. In einem Block 156 wird der Energiespeicherkondensator 24 auf den ausgewählten Pegel geladen. Das Patientenisolationsrelais 35 wird ebenfalls geschlossen, um das Anlegen des einphasigen Pulses vorzubereiten.
In einem Block 158 wird ein Test durchgeführt, um den bestimmten Ausgangsschalter zu bestimmen, der in einem leitenden Zustand hängt. Wird während der Tests in den Blöcken 106 oder 124 ein kurzgeschlossener Leitungspfad so gebildet, dass sich die Spannung über dem Kondensator 24 schnell ändert, wenn nur der Schalter SW1 angeschaltet ist, dann ist es logisch zu folgern, dass entweder der Schalter SW4 in einem leitenden Zustand hängt, oder dass ansonsten irgendwo in dem System ein Kurzschluss besteht. Diese Logik folgt, da von den drei verbleibenden Schaltern, wenn der Schalter SW1 leiten soll, nur das Leiten des Schalters SW4 die Erzeugung eines kurzgeschlossenen leitenden Pfades verursachen kann. Ähnlich kann eine schnelle Spannungsänderung bei ausschließlich eingeschaltetem Schalter SW2 anzeigen, dass der Schalter SW3 in einem leitenden Zustand hängt und umgekehrt. Ein Fehler, der detektiert wurde, während der Schalter SW1 oder SW2 angeschaltet ist, kann demzufolge anzeigen, dass jeweils der Schalter SW4 oder SW3 in einem leitenden Zustand hängt und umgekehrt. Wurde der Fehler für die Schalter SW1 oder SW2 angezeigt, so setzt sich die Fehlerroutine in einem Block 162 fort, in dem sie das Anlegen des einphasigen Pulses durch die Schalter SW1 und SW2 beginnt. Die Schalter SW1 und SW2 müssen unter diesen Umständen verwendet werden, da die Schalter SW1 und SW2 den einzigen effektiven Defibrillationspfad bieten, wenn nur einer von ihnen in einem leitenden Zustand hängt. Ähnlich setzt sich die Routine in einem Block 166 fort, in dem sie mit dem Anlegen des einphasigen Pulses durch die Schalter SW3 und SW4 beginnt, wenn der Fehler in den Schaltern SW3 oder SW4 angezeigt wurde.
Sowohl nach dem Block 162 als auch nach dem Block 166 setzt sich die Routine mit einem Block 168 fort, in dem eine Messung der Spannung über dem Energiespeicherkondensator zu einer bestimmten Zeit nach dem Anfang des einphasigen Pulses durchgeführt wird. Vorzugsweise wird die Spannungsmessung bei 4,5 msec durchgeführt. Die Abfallrate des einphasigen Pulses ist von einem bekannten Bereich von Patientenimpedanzen abhängig. Nach 4,5 msec sollte die über dem Energiespeicherkondensator gemessene Spannung demzufolge auf einen Wert innerhalb eines erwarteten Bereichs abgefallen sein. Ist die Spannung über dem Energiespeicherkondensator auf einen Wert außerhalb des erwarteten Bereichs abgefallen, so wird hierdurch ein Fehler der Ausgangsschaltung oder der Verbindung mit dem Patienten angezeigt.
In einem Block 170 wird eine Messung der Spannung über dem Kondensator am Ende des einphasigen Pulses durchgeführt. Die gemessene Spannung am Ende des einphasigen Pulses sollte auf einen Wert innerhalb eines bestimmten Bereichs abgefallen sein, der auf den erwarteten Patientenimpedanzen basiert. Fällt die gemessene Spannung auf einen Wert außerhalb des Bereichs ab, so wird hierdurch ein Fehler der Ausgangsschaltung oder der Verbindung mit dem Patienten angezeigt.
In einem Entscheidungsblock 172 wird ein Test durchgeführt, um zu bestimmen, ob ein Fehler entweder nach 4,5 msec oder an dem Ende des einphasigen Pulses angezeigt wurde. Wurde ein Fehler angezeigt, so setzt sich die Routine mit anderen Fehlerbehandlungsroutinen im Block 174 fort. Wurde kein Fehler angezeigt, so kehrt die Routine zu dem Block 121 zurück, um entsprechend der Theorie, dass der im Block 126 identifizierte ursprüngliche Fehlerzustand nur ein Übergangszustand war, auf einen weiteren Defibrillationsbefehl zu warten. In einer alternativen Ausführungsform kann sich die Routine an Stelle des Fortsetzens mit dem Block 121 in einem Block fortsetzen, in dem wiederum ein einphasiger Puls angelegt wird, wenn der nächste Defibrillationsbefehl gegeben wird.
6B zeigt die Analyse und angestrebte Kompensation, die auftritt, wenn ein Fehler während des Anlegens eines zweiphasigen Defibrillationspulses festgestellt wird. In einem Block 180 wird ein Test durchgeführt, um zu bestimmen, ob die Fehlerbehandlungsroutine aufgrund eines Fehlers, der 4,5 msec nach dem Start der ersten Phase des Defibrillationspulses festgestellt wurde, von dem Block 134 aufgerufen wurde. Wurde die Routine nicht von dem Block 134 aufgerufen, so setzt sich die Routine mit einem Block 181 fort, in dem andere Fehlerbehandlungsroutinen aufgerufen werden. Wurde die Routine ursprünglich von dem Block 134 aufgerufen, so setzt sich die Routine in einem Block 182 fort.
In dem Block 182 wird ein Test durchgeführt, um zu bestimmen, ob die in dem Block 130 gemessene Spannung des Energiespeicherkondensators oberhalb des erwarteten Bereichs und nahe dem vollständig geladenen Pegel liegt. Ist die Spannung nicht nahe dem vollständig geladenen Pegel, so setzt sich die Routine in einem Block 184 fort. In dem Block 184 wird ein Test durchgeführt, um zu bestimmen, ob die in dem Block 130 gemessene Spannung des Energiespeicherkondensators nahe dem vollständig entladenen Pegel ist. Ist die Spannung nicht nahe dem vollständig entladenen Pegel, so setzt sich die Routine in einem Block 181 fort, in dem andere Fehlerbehandlungsroutinen aufgerufen werden. Ist die Spannung nahe dem vollständig entladenen Pegel, so setzt sich die Routine in einem Block 186 fort, in dem dem Benutzer des Defibrillators ein Fehlersignal gegeben wird, das anzeigt, dass der vollständige Defibrillationspuls wahrscheinlich nicht an den Patienten angelegt wurde. Nach dem Block 186 kehrt die Routine in den Block 121 zurück, um entsprechend der Theorie, dass der in dem Block 134 identifizierte ursprüngliche Fehler nur ein Übergangsproblem war, auf einen weiteren Defibrillationsbefehl zu warten. Das in dem Block 186 gegebene Fehlersignal stellt einen Aspekt der Wichtigkeit der während des Anlegens eines Defibrillationspulses durchgeführten Tests dar. Tests, die durchgeführt wurden, nachdem der Puls vorbei ist, zeigen nur an, dass die Energie entladen wurde, und nicht, ob die Energie durch den Patienten oder einen Kurzschluss verlief. Während des Defibrillationspulses durchgeführte Tests liefern jedoch eine akkurate Anzeige, dass der Defibrillationspuls an den Patienten angelegt wurde.
Ist die Spannung über dem Energiespeicherkondensator in dem Block 182 nahe dem vollständig geladenen Pegel, so setzt sich die Routine in einem Block 188 fort. In dem Block 188 wird dem Benutzer ein Fehlersignal gegeben, das anzeigt, dass die Kondensatorspannung immer noch nahe dem vollständig geladenen Pegel ist, und dass ein einphasiger Puls angestrebt wird. Eine volle Ladung des Kondensators zeigt wahrscheinlich einen Schalterfehler oder einen Leerlauf innerhalb des Defibrillators an. In einem Block 190 wird ein Test durchgeführt, um zu überprüfen, ob der Ladepegel des Kondensators geändert werden sollte, bevor der einphasige Puls angelegt wird. Wie zuvor beschrieben führt eine Änderung des Ladepegels zu einer Änderung des Stroms und der Dauer des einphasigen Pulses. Der gewünschte Strom und die gewünschte Dauer können auf Grundlage verschiedener Parameter ausgewählt werden, die die Impedanz des Patienten und die Tatsache umfassen, ob der Patient schon Schocks erhalten hat. Braucht der Ladepegel keine Modifikationen, so setzt sich die Routine in einem Block 198 fort. Muss der Ladepegel geändert werden, so setzt sich die Routine in einem Block 192 fort.
In dem Block 192 wird ein Test durchgeführt, um zu bestimmen, ob der gewünschte Ladepegel höher oder tiefer als der derzeitige Ladepegel ist. Ist der gewünschte Ladepegel höher, so setzt sich die Routine in einem Block 196 fort. Ist der gewünschte Ladepegel niedriger, so setzt sich die Routine in einem Block 194 fort, in dem der Versuch unternommen wird, den Ladepegel durch das Anschalten der Schalter SW2 und SW3 zum Erzeugen eines kurzgeschlossenen Pfads über den Kondensator abzusenken. Der Versuch, zunächst die Schalter SW2 und SW3 zu verwenden, wird durchgeführt, da, wie zuvor beschrieben, der Schalter SW2 vorgespannt werden kann auszuschalten, bevor die gesamte Energie des Speicherkondensators entladen ist. Steht der Schalter SW2 in dem Block 194 nicht zur Verfügung, so werden die Schalter SW1 und SW4 angeschaltet, um die gesamte Energie des Kondensators zu entladen. Nach dem Block 194 setzt sich die Routine in dem Block 196 fort.
In dem Block 196 wird der Energiespeicherkondensator auf einen neuen Pegel geladen, wenn dieses nötig ist. Die Routine setzt sich dann in einem Block 198 fort, in dem der einphasige Puls durch Anschalten der Schalter SW3 und SW4 angelegt wird. Die Schalter SW1 und SW2 werden für das Anlegen des einphasigen Pulses nicht verwendet, da die Routine aufgerufen wurde, als ein Leerlauf-Fehler angezeigt wurde, während der Versuch unternommen wurde, einen Puls durch die Schalter SW1 und SW2 zu liefern.
Nach dem Verstreichen von 4,5 msec des einphasigen Pulses wird in einem Block 200 eine Messung der Spannung über dem Energiespeicherkondensator durchgeführt. In einem Block 202 wird eine Messung der Spannung über dem Speicherkondensator am Ende des einphasigen Pulses durchgeführt. Liegt die Spannung außerhalb des erwarteten Bereichs für einen der Tests, so wird ein Fehler der Ausgangsschaltung oder der Verbindung mit dem Patienten angezeigt.
In einem Entscheidungsblock 204 wird ein Test durchgeführt, um zu bestimmen, ob ein Fehler bei entweder 4,5 msec oder an dem Ende des einphasigen Pulses angezeigt wurde. Wurde ein Fehler angezeigt, so setzt sich die Routine in einem Block 181 mit anderen Fehlerroutinen fort. Wurde kein Fehler angezeigt, so kehrt die Routine entsprechend der Theorie, dass der in dem Block 134 bestehende ursprüngliche Fehlerzustand nicht mehr besteht, auf einen anderen Defibrillationsbefehl zu warten. In einer alternativen Ausführungsform kann an Stelle des Fortsetzens mit dem Block 121 automatisch ein einphasiger Puls angelegt werden, wenn der nächste Defibrillationsbefehl gegeben wird.
Das Liefern eines einphasigen Pulses, wenn ein Teil der Ausgangsschaltung fehlerhaft ist, bietet einen deutlichen Vorteil gegenüber den herkömmlichen einphasigen, einschließlich Edmark-Puls-, Defibrillatoren. Allgemein weisen herkömmliche einphasige Defibrillatoren nur einen aktiven Schaltpfad auf und wenn ein Teil dieses Pfads fehlerhaft war, war der Defibrillator nicht mehr betreibbar. Nach dieser Erfindung liefert die Existenz von zwei leitenden Pfaden durch die H-Brücken-Ausgangsschaltung 14 einen "Backup"-Pfad, der in dem Fall, dass einer der Pfade versagt, zum Anlegen eines einphasigen Pulses verwendet werden kann.
Die in den 6A und 6B dargestellte Analyse ist lediglich repräsentativ für einige der Diagnosetests, die mit der Ausgangsschaltung durchgeführt werden können, um einen Fehlerzustand zu analysieren. Die Fachleute auf diesem Gebiet werden erkennen, dass auch andere Tests durchgeführt werden können. Zum Beispiel ist das Auffinden eines spezifischen Ausgangsschalters, der in einem nichtleitenden Zustand hängt, eine andere mögliche Analyseart, die die Fehlerbehandlungsroutine durchführen kann. Wenn während der Tests im Block 110 kein kurzgeschlossener Pfad gebildet wird, so dass sich die Spannung über dem Kondensator 24 nicht schnell ändert, wenn die Schalter SW2 und SW3 leitend sein sollen, dann ist es logisch zu folgern, dass entweder der Schalter SW2 oder SW3 oder beide in einem nichtleitenden Zustand hängen, oder, dass ansonsten ein Leerlauf in dem System besteht. Ähnlich kann das Fehlen einer schnellen Spannungsänderung, wenn die Schalter SW1 und SW4 im Block 114 leiten sollen, anzeigen, dass entweder der Schalter SW1 oder SW4 oder beide in einem nichtleitenden Zustand hängen. Mit dieser Information alleine kann nicht exakt bestimmt werden, welcher der beiden getesteten Schalter hängt, da sich die Spannung nicht ändert, wenn einer oder beide der beiden Schalter in einem nichtleitenden Zustand hängen. Ist einmal bestimmt, dass einer oder beide der Schalter in einem nichtleitenden Zustand hängen können, so können jedoch geeignete Fehlernachrichten und Anweisungen an den Benutzer gegeben werden und zusätzliche Tests können durchgeführt werden, um den fehlerhaften Schalter zu orten. Eine Antwort, die der Defibrillator bei dem Vorliegen eines solchen Fehlers und der Kenntnis der Position des fehlerhaften Schalters einleiten kann, ist es, an Stelle eines zweiphasigen Pulses einen einphasigen Puls unter Verwendung des Schaltungspfads zu liefern, der für solch einen Puls zur Verfügung steht, möglicherweise mit einem höheren Strom oder einer längeren Dauer.
Eine andere Art der Analyse, die die Fehlerbehandlungsroutine durchführen kann, ist es, die Ursache von fehlerhaften Spannungsauslesungen zu bestimmen, die in den Blöcken 130 und 140 gemessen wurden. Ein gemessener Spannungspegel, der zu hoch ist, kann anzeigen, dass zu viel Impedanz besteht, d. h., dass die Paddel oder Elektroden nicht richtig an dem Patienten angebracht sind. Tritt überhaupt kein Spannungsabfall auf, so kann dies anzeigen, dass einer der Schalter SW1 bis SW4 in einem nichtleitenden Zustand hängt. Ein spezifischer in einem nichtleitenden Zustand hängender Ausgangsschalter kann durch diesen Test in Kombination mit den in den Blöcken 110 und 114 durchgeführten Tests bestimmt werden. Ein gemessener Spannungspegel, der zu niedrig ist, kann anzeigen, dass ein Schalter in einem leitenden Zustand hängt oder dass die Elektroden zusammengeführt wurden.
Obwohl die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und beschrieben wurde, ist es offensichtlich, dass darin verschiedene Änderungen ausgeführt werden können, ohne von dem Sinn und Umfang der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel kann die Ausgangsschaltung auch verwendet werden, einen vielphasigen Defibrillationspuls mit drei oder mehr Phasen zu erzeugen, obwohl die bevorzugte Ausführungsform die Verwendung der Ausgangsschaltung zur Erzeugung eines zweiphasigen Defibrillationspulses an einen Patienten betrachtet.
Es ist auch verständlich, dass ein beliebiger Parameter, der mit dem Energiefluss von dem Kondensator zu dem Patienten zusammenhängt, verwendet werden kann, um die Impedanz der Entladung zu bestimmen, obwohl die Spannung über dem Energiespeicherkondensator der gemessene Parameter für die in 5A bis 5B durchgeführten Tests war. Zum Beispiel können der Strom der Entladung, die Zeit der Entladung oder das Spannung/Strom-Verhältnis alle mit erwarteten Bereichen verglichen werden, die auf Grundlage des bekannten Bereichs von Patientenimpedanzen definiert sind. Ein beliebiger gemessener Parameter, der nicht innerhalb des erwarteten Bereichs liegt, kann einen Fehler in der Ausgangsschaltung anzeigen.
Obwohl in der bevorzugten Ausführungsform ein Mikroprozessor 20 verwendet wird, um das Testen und die Analyse der Ausgangsschaltung 14 zu steuern, ist es weiter verständlich, dass andere Steuerungen verwendet werden können, um dieselbe Aufgabe auszuführen. Zum Beispiel könnte ein ASIC oder diskrete Logik verwendet werden, um das Testen zu leiten. Es ist auch verständlich, dass andere Energiespeichervorrichtungen verwendet werden können, obwohl hier ein einziger Energiespeicherkondensator 24 dargestellt ist. Zum Beispiel können mehrere Kondensatoren gekoppelt werden, um die gewünschte Energiemenge zu speichern.
Obwohl die Schalter SW1, SW3 und SW4 als nur eine einzige Halbleitervorrichtung umfassend dargestellt wurden, ist es weiter verständlich, dass mehrere Halbleitervorrichtungen in Reihe geschaltet werden könnten, um dieselbe Schaltfunktion auszuführen. Das zuvor beschriebene Verfahren, jedes Bein zu testen, ist in gleicher Weise auf Beine anwendbar, die mehrere Schalter aufweisen. Auch können die Schaltelemente für die Schalter SW1 bis SW4 aus SCRs, IGBTs, MOSFETs, BJTs, MCTs oder beliebigen anderen Hochspannungs-Halbleitern bestehen. In Konsequenz ist es verständlich, dass die Erfindung innerhalb des Umfangs der angefügten Patentansprüche anders ausgeführt werden kann, als hier besonders beschrieben.

Claims

Ein Verfahren zur Verifizierung der Integrität einer Ausgangsschaltung eines externen Defibrillators vor der Anwendung eines mehrphasigen Defibrillierungspulses an einem Patienten, wobei die Ausgangsschaltung eine Mehrzahl von Schaltern besitzt, die an einen Energiespeicherkondensator in einer Vier-Bein-Konfiguration gekoppelt sind, damit der Energiespeicherkondensator elektrisch an den Patienten zur Anwendung des mehrphasigen Defibrillierungspulses gekoppelt werden kann, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: (a) Bringen aller der Mehrzahl von Schaltern, die einem der vier Beine in der Ausgangsschaltung zugeordnet sind, in einen leitenden Zustand, so dass vor der Anwendung des mehrphasigen Defibrillierungspulses Strom durch das eine Bein geleitet werden kann; (b) Bringen von mindestens einem der Mehrzahl der Schalter, die jedem der anderen drei der vier Beine in der Ausgangsschaltung zugeordnet sind, in einen nicht-leitenden Zustand, so dass Strom durch die anderen drei Beine nicht geleitet wird; (c) Überwachen eines dem einen Bein zugeordneten Parameters, um sicherzustellen, dass Strom nicht von dem Energiespeicherkondensator durch das eine Bein fließt, wenn es in den leitenden Zustand gebracht ist; und (d) Wiederholen der Schritte (a) bis (c) für die anderen drei der vier Beine in der Ausgangsschaltung.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Parameter eine Spannung über den Energiespeicherkondensator ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, des weiteren umfassend den Schritt des Ladens des Energiespeicherkondensators auf eine Testspannung.
Das Verfahren nach Anspruch 1, des weiteren umfassend den Schritt des Ausgebens einer Warnanzeige an einen Benutzer des externen Defibrillators, wenn Strom durch ein Bein fließt.
Ein Verfahren zur Verifizierung der Integrität einer Ausgangsschaltung eines externen Defibrillators vor der Anwendung eines mehrphasigen Defibrillierungspulses an einem Patienten, wobei die Ausgangsschaltung eine Mehrzahl von Schaltern besitzt, die an einen Energiespeicherkondensator in einer H-Brücke-Konfiguration mit vier Beinen gekoppelt sind, damit der Energiespeicherkondensator elektrisch an den Patienten zur Anwendung des mehrphasigen Defibrillierungspulses elektrisch gekoppelt werden kann, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: (a) Bringen aller der Mehrzahl der Schalter, die einem ersten Bein in der Ausgangsschaltung zugeordnet sind, in einen leitenden Zustand, so dass vor der Anwendung des mehrphasigen Defibrillierungspulses Strom durch das erste Bein geleitet werden kann; (b) Bringen aller der Mehrzahl der Schalter, die einem zweiten Bein, welches auf der selben Seite der H-Brücke wie das erste Bein liegt, zugeordnet sind, in einen leitenden Zustand, so dass Strom durch das zweite Bein und das erste, im Schritt (a) leitend gemachte Bein geleitet wird; (c) Überwachen eines dem ersten und zweiten, in den Schritten (a) und (b) leitend gemachten Beinen zugeordneten Parameter, um sicher zu stellen, dass Strom durch das erste und zweite, in den Schritten (a) und (b) leitend gemachten Beinen von dem Energiespeicherkondensator fließt; (d) Wiederholen der Schritte (a) bis (c) für die anderen zwei der vier Beine auf der anderen Seite der H-Brücke in der Ausgangsschaltung.
Das Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Parameter eine Spannung über den Energiespeicherkondensator ist.
Das Verfahren nach Anspruch 5, des weiteren umfassend den Schritt des Ladens des Energiespeicherkondensators auf eine Testspannung.
Das Verfahren nach Anspruch 5, des weiteren umfassend den Schritt des Ausgebens einer Warnanzeige an einen Benutzer des externen Defibrillators, wenn Strom nicht durch die in den Schritten (a) und (b) leitend gemachten Beinen fließt.