KR101090591B1 - Ｈ 브리지를 포함하는 안전 방전 회로를 갖는 제세동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 그의 각각의 브랜치에 고전압 스위치(A, B, C 또는 D)를 포함하는 H-브릿지를 통해 커패시터로부터 굉장한 이상 방전(a dosed biphasic discharge)으로부터의 충격에 의해 심폐 순환 정지의 환자를 치료하는 데 이용되는 심장 제세동기에 관한 것이다. 상기 심장 제세동기는 하나의 위상과 관련된 각각의 스위치 쌍에 대해서는 상기 위상 동안 환자를 통해 전류를 통과시키기 위해, 제1 스위치가 온 전환되어 전체 위상 동안 온 상태로 남는 반면, 제2 스위치는 제어된 시간량 동안 제1 스위치에 관련하여 엇갈리는 방식으로 오프 전환되고, 제2 위상에 대해서는 다른 스위치 쌍으로써 동일한 프로세스가 수행되는 방식으로, 상기 이상 충격의 각각의 반대 극성 위상이 두 개의 스테이지에서 제어되는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 특히 제세동 기구의 제조업자에게 적합하다.

Description

Ｈ 브리지를 포함하는 안전 방전 회로를 갖는 제세동기{DEFIBRILLATOR HAVING A SECURE DISCHARGING CIRCUIT COMPRISING AN H-BRIDGE}

본 발명은 의료 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 심실 세동 또는 심실 빈맥에 이은 심폐 순환 정지의 경우 응급 심장 소생술(cardiac resuscitation)에 관한 것이며, 그 대상은 외부 심장 제세동기(cardiac defibrillator)이다.

응급 심장 제세동은 최근 현저하게 급증하였고 상당한 발달을 경험해왔다.

심장 제세동은 세동 또는 심실 빈맥으로 인한 심장 발병을 감소시키는 유일한 수단으로, 만일 이러한 심방 발병시 몇 분간의 시간 내에 제세동 충격에 의해 치료받지 못하면 가망없이 죽음을 초래하게 된다.

원래 약 10년 전까지는 제세동기의 이용이 응급 의사에게만 제한되어, 응급 의사만이 그러한 장치를 이용할 권한이 있었고 응급 의사에게만 제세동기가 공급되었다.

이 경우는 응급 의사가 그 대상을 구할 만한 충분히 짧은 시간 내에 그 사고 현장에 있을 가능성이 적어 매우 부적합하므로, 첫 단계로서 응급 의사보다 더 많은 인원이 존재하며 응급 의사보다 더 넓은 범위를 지원하는 직업 소방관과 같은 전문 응급 치료사(first aider)에 의해 제세동기가 이용되도록 진행되었다. 현재 이러한 대원에 의해 널리 이용되는 장치는 반자동 제세동기(SAD; Semi-Automatic Defibrillator) 유형이 있다. 이 유형의 장치의 원리는 제세동을 필요로 하는 리듬의 장애를 자동적으로 검출하는 장치에 있으며, 응급 치료사가 충격을 가할 것을 권고하고 있다.

제2 단계로서, 이러한 반자동 제세동기는 일반 대중을 포함하는 더 넓은 인구의 이용자에게 확장되기 시작하였다. 이 때의 이 SAD는 보통 PAD("Public Access Defibrillator")라고 불리며, 즉 최소한의 응급 치료 훈련을 받은 일반인에 의해 이용될 수 있는 제세동기를 말한다.

이러한 후자의 유형의 장치, 즉 SAD 또는 PAD는 당연히 항상 심폐 순환 정지의 피해자 부근에 바로 존재하며 피해자에게 이러한 장치를 이용할 수 있는 제3자의 존재를 가정한다.

언제든지 발생할 수 있는 세동 발병을 겪는 것으로 알려지는 환자의 경우에는 이러한 조건을 받아들일 수 없기 때문에, 필요에 따라 충격을 가하는 삽입형 자동 제세동기(automatic implantable defibrillator)의 삽입이 고려되어 왔다. 그러나, 이러한 장치의 삽입은 환자에게 성가시고 몸 속에 넣는 것이며, 삽입형 제세동기의 삽입을 기대하는 것이 적절한 경우도 있지만, 세동 재발을 겪는 그러한 환자들을 위해 환자가 착용하는 외장형 자동 장치로 이루어지는 다른 방법이 개발되어왔다.

이러한 장치는 예를 들어 유럽 특허 공개번호 제1 064 963호에 기재되어 있으며, 이 장치는 환자에 의해 착용되어 그 대상의 리듬을 연속적으로 모니터하고, 심실 세동의 경우 가슴(chest)에 인가된 전극에 의해 제세동 충격을 자동적으로 트리거한다.

본 특허의 적용 분야는, 제세동기가 외장형이면서 병원의 내부 또는 외부에서 제3자 의사나 응급 치료사에 의해 이용되든지, 또는 제세동기가 외장형이면서 환자에 의해 착용되든지, 또는 제세동기가 삽입형이면서 제세동기의 일반 카테고리에 종종 배치되어 단독으로 부여되는 자극 기능을 갖는 제세동기이든, 이러한 다양한 유형의 제세동기와 관련된다.

본 발명은 반대 극성의 적어도 두 위상을 갖는 파형으로 이루어진 적어도 하나의 이상(biphasic) 제세동 충격에 의해 세동 또는 심실 빈맥에 이은 심폐 순환 정지를 겪는 환자를 치료하기 위한 심장 제세동기로서, 각각의 충격은 두 쌍의 고전압 스위치를 포함하는 H 브릿지에 의해 얻어지고, 주어진 위상에 각각 관련된 각 쌍의 고전압 스위치에 대하여 이 쌍의 스위치 중 하나는 제1 스테이지에서 전도 상태로 되어 그 위상에 걸쳐 전도 상태로 남고, 환자를 포함하는 회로에 직렬인 이 쌍의 제2 고전압 스위치는 제2 스테이지에서 온 상태로 되어 이 위상 동안 환자를 통해 전류를 확립하도록, 이상파(biphasic wave)의 각각의 반대 위상은 두 개의 스테이지에서 제어되는 것을 특징으로 한다.

H 브릿지는 네 개의 스위치(A, B, C, D)를 포함하며, H 브릿지를 통해 장치 외부의 로드에 충격이 인가될 수 있다. 두 개의 스위치(A 및 B)는 각각 한 측에서는 포인트 Z에서 고전압 커패시터(CHT; Capacitor Haute Tension)에 연결되고, 각각 다른 한 측에서는 장치 외부의 로드에 접속될 포인트 X 및 Y에 각각 연결된다. 다른 두 개의 스위치(C 및 D)는 각각 한 측에서는 외부 로드에 접속될 포인트 X 및 Y에 각각 접속되고, 다른 한 측에서는 포인트 Z보다 더 낮은 포텐셜을 갖는, 특히 접지된 포인트 W에 접속된다. 스위치 쌍(A+D 및 B+C)은 각 제세동 펄스의 제1 및 제2 위상에 대해 각각 이용된다. 제어 회로는 이상파의 대응하는 위상 동안 개별적으로 온 전환하도록 각 위상에 대해 스위치(A 또는 B) 중 하나를 제어한다. 제어 회로는 스위치(C 및 D)를 제어하고, 이를 통해 이상파의 각각의 후속 위상 동안 대응하는 스위치(A 또는 B)가 온된 후에만 스위치(C 및 D)가 초기 오프 상태로부터 온 상태로 전환된다.

도 1은 본 발명에 따른 제세동기의, 환자를 통해 이상 제세동 펄스를 발생시키기 위한 H 브릿지의 기본도이다.

도 2는 본 발명에 따른 제세동기의, 환자를 통해 이상 제세동 펄스를 발생시키기 위한 H 브릿지를 이용한 회로의 보다 상세한 전기 도면이다.

도 3은 얻어진 두 개의 위상이 슬라이싱 또는 쵸핑되는 특정 경우의 H 브릿지의 네 개의 스위치 제어의 타이밍도이다.

도 4는 충격 전후에 H 브릿지에 도달하는 고전압을 차단하기 위한 목적의 IGBT로 이루어진, 제5 스위치를 포함하는 예시적인 실시예의 도면이다.

도 5는 임의의 밸런싱 저항이 없는 회로의 중앙부에 한정되어 고전압 커패시터의 충전 뿐 아니라 IBGE의 모니터링을 허용하는 디바이더 브릿지에서 나오는 전기적 글리치(glitch)를 감소시키기 위한 브랜치를 나타내는 단순화된 도면이다.

도 6은 쵸핑된 펄스에 의한 제세동 충격 동안 환자를 통해 통과하는 전류의 이미지를 나타낸 타임챠트.

본 발명은 한정되지 않는 예에 의해 주어진 바람직한 실시예에 관련되고 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 아래 설명에 의해 보다 잘 이해할 수 있다.

본 발명의 기본 개략도는 도 1에 도시된다. 이 도면은 네 개의 각각의 제어 라인에 의해 제어될 수 있는 네 개의 스위치(A, B, C 및 D)로 이루어진 H 브릿지에 공급하는 고전압 커패시터(CHT)를 도시한다. H 브릿지의 하위에서는 포인트 W에 접지 접속된 데 대하여, 커패시터(CHT)로부터 오는 고전압은 H 브릿지의 상위 포인트 Z에 인가된다. 스위치(A 및 C) 사이의 중간 포인트는 X로 부르고, 스위치(B 및 D) 사이의 중간 포인트는 Y라 부른다. X 및 Y는 환자에게 가는 H 브릿지의 대각(diagonal)을 구성한다.

예로써 주어진 도 2의 보다 상세한 전기 도면에서는, H 브릿지의 네 개의 스위치, 즉 A, B, C 및 D는 신호에 의해 제어 또는 트리거되는 네 개의 고전압 반도체 전환(switching) 컴포넌트를 포함하고, 예를 들어 용어 IGBT로써 당해 기술분야에 공지된 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor)를 포함하여 나머지의 상세한 설명에서 이용될 것이다.

큰 값(예를 들어 40 MΩ)의 고전압 저항(RA, RB, RC 및 RD)은 예를 들어 각각의 IGBT, 각각 A, B, C 및 D의 콜렉터와 이미터 사이에 병렬로 배선되어, 오프 상태에서 IGBT들 사이에 잘 정의된 포텐셜을 갖게 한다. 이는 한편으로는 보다 신 뢰성있고 보다 안전한 동작을 가능하게 하고, 다른 한편으로는 접합 포인트에서 나타나는 전압을 측정함으로써 IGBT에서의 임의의 결함, 특히 임의의 단락을 검출할 수 있게 한다.

이들 저항은 선택적인 것이기 때문에 도 4에서는 접속되지 않은 것으로 도식적으로 나타낸다.

브릿지를 밸런싱하기 위해 이용되는 저항(RA, RB, RC, RD)에 대한 대체로서 각각의 IGBT 트랜지스터에 대해 개별적인 누설 저항(leakage resistance)(이용불가능한 상태에서의 내부 저항)의 이용이 구상되었다. 동작 원리는 여전히 동일하다. 이는 측정 동안 IGBT의 누설 저항의 값의 확산을 허용하기에 충분하다.

이의 변형은 도 5에 나타낸다. 그러나, 이 누설 저항은 반도체 제조자가 제어하기는 어려우며, 온도와 트랜지스터에 인가되는 전압의 함수로서 변할 수 있다.

이러한 이유로, 저항(RA, RB, RC 및 RD)에 대한 대체로서 IGBT의 결함을 검출할 수 있는 또 다른 유리한 해결책을 구성하는 외부 디바이더 브릿지(RM-RN)가 도 4 및 도 5의 배열에 제공되었다.

이상 충격을 전달하기 위한 본 발명에 따른 프로세스는 도 1과 관련하여 다음과 같다. 스위치 A의 제어에 도달하는 명령으로 인해 스위치 A는 온 된다. 시간 간격 후에, 예를 들어 약 0.5 ms 후에, 스위치 D에 대한 명령이 도달하고, 이어서 스위치 D는 전도 상태로 된다. 고전압 커패시터(CHT)로부터의 전류는 스위치 A 및 D를 통해 환자를 통해 확립되어, 지시된 기간 동안, 예를 들어 약 4 ms 동안 접지되고, 이는 충격의 제1 위상을 구성한다. 전류가 A 및 D에 의해 중단되면, 스위치 B는 그 입력에 도달하는 대응하는 명령에 의해 전도 상태로 되기 때문에 제2 위상이 시작한다. 제1 위상와 마찬가지의 방식으로, 스위치 C는 B와 관련된 지연으로써 제어되어, 즉 B가 온된 후 예를 들어 약 0.5 ms 후, 스위치 C를 온하기 위한 명령이 도달하고, 스위치 C는 그 전환에서 전도 상태로 된다. 그 다음 커패시터(CHT)로부터의 전류는 이 경우에도 스위치 B 및 C를 통해 환자를 통해 확립되어, 지시된 기간 동안, 즉 약 4 ms 동안 접지되고, 이는 이상 충격의 제2 위상을 구성한다.

전체 및 연속적인 전도 상태로 하는 것으로부터, 소정의 법칙에 따라 인가되는 에너지를 조정하는 것이 가능한 형태 계수의 변형으로써 또는 펄스 변조나 임의의 다른 형태의 변조로써 쵸핑(chopping)함에 의해 제어하는 것까지 스위치 D 및 C의 모든 유형의 제어 및 제어의 변조가 가능하다.

이 프로세스의 바람직한 모드는 상기 후속 위상의 주파수보다 높은 주파수에서 두 개의 위상을 슬라이싱 또는 쵸핑함을 포함한다. 프로세스는 스위치 D(제1 위상에 대하여) 및 C(제2 위상에 대하여)를 온 시키기 위한 제어가 연속적이지 않다는 점을 제외하고, 전술한 바와 동일하다. 즉, 전술한 예에서와 같이 예를 들어 영구적인 고레벨에서 스위치 D 및 C를 온 시키기 위한 제어가 이러한 위상 동안 인가되지 않지만, 쵸핑 또는 슬라이싱된 신호, 또는 고레벨과 0 볼트 사이에서 변조된 신호까지도 수신한다. 전술한 바와 유사하지만 보다 일반적인 이 동작 모드는 네 개의 스위치의 제어 신호에 대한 타이밍도를 나타낸 도 3에 의해 도시된다.

- T1은 A를 온 시킴에 대응한다.

- T2는 쵸핑 방식으로 D를 온 시킴에 대응한다.

- T3은 D를 오프 시킴에 대응한다.

- T4는 A를 오프 시킴에 대응한다.

- T5는 B를 온 시킴에 대응한다.

- T6은 쵸핑 방식으로 C를 온 시킴에 대응한다.

- T7은 C를 오프 시킴에 대응한다.

- T8은 B를 오프 시킴에 대응한다.

도 3에 나타내고 전술한 바와 유사한 제어 신호에 기초하여 얻어진 도 6의 곡선 형태에서 볼 수 있듯이, 그에 따라 환자에게 전달된 충격은 슬라이싱 또는 쵸핑된 이상 펄스이다.

C 및 D를 온 시킴에 대한 명령이 쵸핑되지 않고 연속적이라면, 얻어진 이상 펄스는 양의 위상과 음의 위상을 연속적인 감쇠와 함께 포함할 것이고, 이는 각각의 위상에 대해 연속적인 감쇠 절단 지수(continuous-decay truncated exponentials)를 갖는 종래의 이상 펄스에 대응한다.

두 개의 위상의 각각에 대해 절연 게이트 트랜지스터(IGBT)(도 2)와 같은 스위치의 두 스테이지의 온 시킴에 의한 이러한 전환 모드는 우수한 신뢰성을 제공한다.

전환(switching)에 이용되는 트랜지스터는 원칙적으로 두 개의 상태, 즉 오프 또는 온 상태에서 동작한다. 오프 상태로부터 온 상태로의 토글링(toggling)은 전이를 통해 달성되며, 이는 보통 트랜지스터에 손상을 주는 것을 피할 수 있도록 가능한 짧아야 한다.

구체적으로, 오프 상태에서는 트랜지스터를 통해 전류는 통과하지 않지만(누설 전류를 제외하고) 그 단자(트랜지스터 A에 대한 포인트 Z 및 X와 트랜지스터 B에 대한 Z 및 Y)를 통하는 전압은 최대이다. 온 상태에서는, 트랜지스터를 통해 통과하는 전류는 최대이지만, 그 단자를 통하는 전압은 거의 제로이다. 전력과, 그에 따라 트랜지스터에 의해 소비되는 에너지는 오프 상태와 온 상태 모두에서 낮아진다.

전환 위상(오프 상태로부터 온 상태로의 토글링 또는 그 반대) 동안, 트랜지스터는 전류가 제로에서 최대에까지 점차적으로 증가하는 동안 과도 기간(transient period)을 통해 통과하면서, 전압은 최대로부터 제로에 가까운 값으로 통과한다. 그렇지 않으면, 전력과 그에 따라 소비되는 에너지가 매우 중요할 수 있는 위상을 통해 통과한다. 이 과도 위상이 매우 길게 지속된다면, 트랜지스터는 과도한 발열로 인해 파괴될 수 있다.

적절한 동작과, 최적의 신뢰성 및 트랜지스터의 수명을 보장하기 위해, 따라서 전력과 그에 의해 소비되는 에너지를 제한할 필요성이 있다.

이 제한은 다양한 방식으로 얻을 수 있다.

첫 번째는 이 전이 위상의 기간을 최소화하는 것을 포함한다. 두 번째는 전류가 없을 때 트랜지스터를 전환시키는 것을 포함한다. 후자의 경우, 전환 기간은 더 이상 중요하지 않다.

트랜지스터 A 및 B를 제어하는 데 갈바닉 절연 제어(galvanically isolated control)를 이용하는 것은 컴포넌트의 수를 최소화하고 회로의 전기적 소비를 감소 키기도록 간단하게 남아있어야 하는 한, 보통 트랜지스터 A 또는 B의 빠른 전환을 얻을 수 있게 하지 않는다.

따라서 D 또는 C가 온일 때만 흐르는 전류의 통과 전에 트랜지스터 A 또는 B를 온으로 하여 트랜지스터 A 및 B에서의 에너지의 위험한 소비를 피할 수 있게 하고, 그에 따라 신뢰성 있는 동작을 확보한다.

또한 이러한 전환 모드 및 레이아웃 모드는 고전압에서 IGBT C 및 D의 제어를 억지로 절연하도록 하지 않게 할 수 있다. 그들은 접지에 관련하여 제어됨으로써, 본 발명의 제1 변형에서와 같이 종래의 연속적인 절단 지수로 이루어진 두 개의 위상을 얻을 수 있도록 연속적으로, 또는 본 발명의 제2 변형 또는 임의의 다른 형태의 변조에서와 같이 임의의 쵸핑 법칙, 형태 계수 또는 펄스 변조에 따라 쵸핑된 두 개의 위상으로서 그것들이 용이하게 전환될 수 있도록 한다.

접지에 관련하여 C 및 D의 제어는 또한 A 및 B와 달리, 고 전류를 전환하는 이들 트랜지스터에 대해 최소한의 소비와 우수한 신뢰성을 확보하는 빠른 전환을 제공할 수 있는 단순한 제어 회로의 이용을 가능하게 한다.

이러한 종류의 IGBT 기반 제세동 회로에 대한 특정 고려는 환자의 안정과 관련된다.

구체적으로, IGBT 중 하나는 파괴될 것이고, 충격이 인가되기 전에 전류는 환자에 도달할 수 있다. 이 전류는 위험할 것이다.

환자를 통해 제세동 충격을 발생시키기 위해 반도체 회로를 이용하는 경우 환자에 대해 충분한 안전을 확보하기 위한 당해 기술 분야의 상태는 예를 들어 미 국 특허 제5,824,017호에 의해 주어진다. 반도체 H 브릿지의 이용을 또한 기재하고 있는 이 문서에서는, 두 개의 접촉을 갖는 전기기계식 릴레이(relay)에 의해 환자가 H 브릿지와 분리된 것이 볼 수 있다. 이 릴레이의 접촉은 영구적으로 개방되고, 충격이 주어져야 할 정확한 순간에만 폐쇄된다. 이와 같이 하여, 충격이 인가되는 순간 이외에는 위험한 전류가 환자에게 도달할 수 없다는 것이 보장된다.

그러나, 이러한 전기기계식 릴레이는 비교적 부피가 크고 상당한 전류를 소비하기 때문에, 본 발명자는 채용된 해결책보다 신뢰성이 적은 전기기계식 릴레이의 이용을 피할 수 있도록 충분히 안정한 안전 장치를 고안하고자 한다.

따라서 본 발명의 구성 내에 제공되는 특히 유리한 안전 장치는 다음과 같다.

- E로 참조된 제5 IGBT가 고전압 커패시터(CHT)와 H 브릿지 사이에 직렬로 제공된다(도 4). 이 제5 IGBT(E 참조)는 충격이 주어지지 않는 동안에는 영구적으로 오프이고, 충격 동안에만 온이다. 이와 같이 하여, H 브릿지는 충격 전에 커패시터로부터 완전히 차단됨으로써, 충격 전 또는 후에 환자를 통한 어떠한 전류의 위험을 피할 수 있다. 이 IGBT(E 참조)는 또한 콜렉터와 이미터 사이에 높은 값(예를 들어 40 MΩ)의 병렬 저항(RS)을 갖추어, H 브릿지의 적절한 동작을 검증하기 위한 약한 전류를 통과시킨다.

- 제5 IGBT(E 참조)는 또한 갈바닉 절연 배열을 통해 E의 게이트에 도달하는 회로에 의해 제어되고, 이 배열에는 도 4에 나타낸 바와 같이 부동 서플라이(floating supply)로 공급된다.

- H 브릿지의 IGBT가 충격의 적용 전에 양호한 조건에 있는지 여부를 영구적으로 모니터링하기 위해, 그리고 그들 중 하나에서 예를 들어 단락과 같은 임의의 결함을 검출하기 위해, 본 발명에 의해 제공되는 안전 회로는 언제라도 IGBT(E 참조)와 H 브릿지 사이의 포인트 Z에서 전압을 측정하는 것을 포함한다. 이 전압은 잘 정의된 제한 내에 속하는 값을 가져야 한다. 이는 비전도 상태에서 브릿지의 브랜치의 저항에 따라 좌우되고, 그것들 사이에서 도 4 및 도 5에서 CTRL을 합성한 측정 출력을 정의하는 도 5의 우측부의 저항(RM 및 RN)으로 나타낸 디바이더 브릿지로 측정된다. 이는 또한 예를 들어 저항(RA, RB, RC 및 RD)의 값이 동일하고 높게(예를 들어 40 MΩ) 선택되어 다섯 개의 IGBT의 각각에 대해 병렬로 배치된 경우 저항(RA, RB, RC 및 RD)의 값에 따라 좌우된다. 어떠한 이유로든 IGBT 중 하나가 단락되면 그 다음 그것은 오프되어야 하고, 이 전압은 결과적인 방법으로 강하될 것이고, 이는 시스템에 의해 검출되어 장치의 동작을 폐쇄하고 그 이용을 방지하여 환자에 대한 어떠한 위험을 제거할 것이다.

- 다른 방법으로 또는 부가적으로 이용될 수 있는 또 다른 방법은 (도 2의 예를 고려하면) 충격이 없을 때 H 브릿지의 대각의 포인트 X 및 Y 사이의 포텐셜 차이를 영구적으로 측정하고 모니터하는 것을 포함한다. 보통 회로의 대칭과 IGBT와 병렬로 배열된 높은 동일한 값의 저항의 가능한 존재 하에 이 포텐셜 차이는 사실상 제로이다. 한편 IGBT 중 하나가 예를 들어 단락되어야 한다면, 브릿지는 크게 언밸런싱될 것이고, 이는 X와 Y 사이의 큰 전압 차이를 초래할 것이다. 이러한 측정은 포인트 X와 Y 사이에서 직접적인 차이의 측정에 의해, 또는 높은 값(예를 들 어 40 MΩ)의 저항 RC 및 RD과 접지 사이에, 낮은 값(예를 들어 10 KΩ)의 저항을 게재함으로써 이루어질 수 있고, 그에 따라 접지에 대한 출력이 나타날 것인 두 개의 전압 디바이더를 생성함으로써, IGBT의 결함의 큰 전압이 나타날 것이다.

접지로부터 절연되어야 할 IGBT에 관해서는 유리한 실시예는 그들이 다양한 수단에 따른 갈바닉 절연 배열(ISOGA)을 통해, 예를 들어 광전자 커플러와 광전지의 광전자(optoelectronic), 고주파수 펄스에 의해 제어되는 고주파수 트랜스포머로써, 또는 임의의 기타 적합한 절연 배열로써 제어되는 것을 포함한다. 그들의 각각은 ISOGA로 참조된 직사각형에 의해 나타낸다.

회로의 또 다른 변형은 도 5에 나타낸다. 이는 고전압 커패시터(CHT)의 충전으로부터 나오는 전기적 교란 및 글리치(glitch)를 감소키시기 위한 추가적인 브랜치를 나타낸다. 이 브랜치는 포인트 Z로부터 접지로 연장된다. 이는 다이오드(DP), 저항(RP) 및 예를 들어 커패시터(CHT)의 충전 동안 전도 상태로 되는 IGBT 유형의 절연 게이트 트랜지스터(F)를 포함한다. 저항(RS)에 의해 형성되는 전압 디바이더 브릿지와 이 접지된 브랜치는 RP의 값(예를 들어 5 KΩ)에 의해 도 5의 충전 회로로 나타낸 전압 배율기를 통해 커패시터(CHT)의 충전으로부터 나오는 포인트 Z에서의 전기적 글리치의 진폭을 상당히 감소시킬 수 있게 한다. 따라서 H 브릿지에 도달하는 글리치는 충분히 약하다.

이 브랜치(RP+DL)는 추가적인 기능을 나타낸다. 안정상의 이유로 트랜지스터 E 및 F를 동시에 전도 상태로 함으로써 커패시터(CHT)를 방전하는 것이 가능하다.

다이오드(DP)의 역할은 도 5에서 ampli. ECG + 측정 Z로 나타낸 바와 같이 증폭기(ECG)의 정확한 동작과 환자의 임피던스의 측정을 가능하게 하면서 IGBT의 누설 전류를 감소시킬 수 있도록, 낮지만 제로는 아닌 포텐셜에서 라인 Z을 유지하는 것을 포함한다.

이는 환자에게 어떠한 누설에 대해 더 낮은 값을 보장할 수 있게 한다.

Claims (19)

1. 적어도 하나의 제1 위상 및 반대 극성의 하나의 제2 위상을 갖는 이상파(biphasic wave)를 형성하는 제세동 펄스로 이루어진 적어도 하나의 제세동 충격에 의해 세동 또는 심실 빈맥에 이은 심폐 순환 정지를 겪는 환자를 치료하기 위한 심장 제세동기로서,

   충격을 발생시키는 고전압 커패시터(CHT; Capacitor Haute Tension)로서, 상기 충격은 포인트 Z로부터 상기 고전압 커패시터(CHT)를 방전함으로써 얻어지는 것인, 고전압 커패시터(CHT); 및

   네 개의 스위치(A, B, C, D)를 포함하는 H 브릿지로서, 상기 충격은 상기 H 브릿지를 통해 장치 외부의 로드(load)에 적용가능한 것인, H 브릿지

   를 포함하고,

   두 개의 스위치(A 및 B)는, 각각 한 측에서는 상기 포인트 Z에서 상기 고전압 커패시터(CHT)에 연결되고, 각각 다른 한 측에서는 장치 외부의 상기 로드에 접속될 포인트 X 및 Y에 각각 연결되고,

   다른 두 개의 스위치(C 및 D)는, 각각 한 측에서는 외부의 상기 로드에 접속될 상기 포인트 X 및 Y에 각각 접속되고, 각각 다른 한 측에서는 상기 포인트 Z보다 더 낮은 포텐셜을 갖는 포인트 W에 접속되며,

   스위치 쌍(A+D 및 B+C)이 각각의 제세동 펄스의 제1 및 제2 위상에 각각 이용되는 것이고,

   상기 이상파의 각 위상 동안 개별적으로 온 전환하도록 각 대응하는 위상 동안 상기 두 개의 스위치 중 하나(A 또는 B)를 제어하는 제어 회로를 특징으로 하고,

   상기 다른 두 개의 스위치(C 및 D)를 제어하는 제어 회로로서, 이를 통해 상기 이상파의 연속적인 위상들의 각 위상 동안이지만 대응하는 스위치(A 또는 B)가 온 된 후에만 상기 다른 두 개의 스위치(C 및 D)가 초기 오프 상태로부터 온 상태로 전환되는 것인 제어 회로를 특징으로 하며,

   제5 안전 스위치(E)가 상기 고전압 커패시터(CHT)로부터 오는 접속에 개재(interpose)됨으로써, 상기 충격 전후에 상기 H 브릿지에 도달하는 임의의 전압을 차단하는 것인, 심장 제세동기.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 고전압 커패시터(CHT)에 연결되는 상기 두 개의 스위치(A 및 B)는 각자의 위상 기간에 걸쳐 온 상태로 남는 것인 심장 제세동기.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 다른 두 개의 스위치(D 및 C)는 상기 제1 위상 및 제2 위상 동안 각각 온 상태로 남음으로써, 종래의 이상 절단 지수형(biphasic truncated exponential type)의 제세동 펄스의 발생을 생성하는 것인 심장 제세동기.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   장치 외부의 상기 로드와 직렬로 접속될 상기 각각의 스위치 쌍의 제2 스위치(상기 제1 위상 동안은 D 및 상기 제2 위상 동안은 C)는 각자의 위상의 시작에서 소정의 기간 동안 오프 상태로 남은 후에 상기 포인트 W에 관련하여 온 되어, 이 동일 위상의 나머지에 걸쳐 연속적으로 온 및 오프 상태로 됨으로써, 이 외부 로드를 통해 슬라이싱 또는 쵸핑된 전류를 확립하는 것인 심장 제세동기.
5. 청구항 4에 있어서,

   반대 극성의 두 개의 연속적인 위상들은 이 연속적인 위상들의 주파수보다 더 높은 주파수에서 슬라이싱 또는 쵸핑되는 것인 심장 제세동기.
6. 청구항 4에 있어서,

   상기 두 개의 스위치(A 및 B)가 각자의 위상 동안 각각 온 상태인 동안 상기 다른 두 개의 스위치(D 및 C)는 슬라이싱 또는 쵸핑된 신호에 의해 상기 제1 및 제2 위상 동안 각각 제어됨으로써, 각 위상에 대해 중지에 의해 분리되는 일련의 펄스로 이루어지며 임의의 형태 인자(factor)나 임의의 펄스 변조를 나타내는 슬라이싱 또는 쵸핑된 유형의 제세동 펄스의 발생을 생성하는 것인 심장 제세동기.
7. 삭제
8. 청구항 1에 있어서,

   상기 다섯 개의 스위치는 IGBT이고, 이들은 각각 자신의 콜렉터와 이미터 사이에서 큰 값의 저항을 나타내는 것인 심장 제세동기.
9. 청구항 1에 있어서,

   상기 고전압 커패시터(CHT)의 충전 동안과 상기 충격의 전달 전에 상기 H 브릿지의 탑(top)인 상기 포인트 Z에서 상기 안전 스위치(E)의 레벨에서 나타나는 전압이 상기 H 브릿지의 스위치 중 가능한 결함 요소의 존재를 나타낼 특정 값 미만으로 강하되는지 여부를 검출하기 위해 상기 전압을 측정 또는 모니터링하는 수단을 포함하는 심장 제세동기.
10. 청구항 9에 있어서,

    상기 포인트 Z를 접지에 접속시키는 직렬의 두 개의 저항 사이에서 디바이더 브릿지에 의해 전압을 측정함으로써, 상기 포인트 Z에서 가능한 전압 강하를 검출하는 검출 수단을 포함하는 심장 제세동기.
11. 청구항 1에 있어서,

    상기 고전압 커패시터(CHT)에 배선된 세 개의 스위치(A, B 및 E)의 각각은 갈바닉(galvanic) 절연 배열에 의해 자신의 절연 게이트에 대해 제어되는 것인 심장 제세동기.
12. 청구항 11에 있어서,

    상기 갈바닉 절연 배열은 절연을 보장하는 옵토커플러(optocoupler) 시스템인 것인 심장 제세동기.
13. 청구항 11에 있어서,

    상기 갈바닉 절연 배열은 절연을 보장하는 고주파수 트랜스포머 시스템인 것인 심장 제세동기.
14. 청구항 1에 있어서,

    상기 포인트 Z와 상기 포인트 W 사이에, 다이오드(DP)와, 저항(RP)과, 상기 고전압 커패시터(CHT)의 충전 동안 전도 상태가 되는 절연 게이트를 갖는 트랜지스터(F)의 직렬로 이루어진 브랜치를 포함하고,

    상기 포인트 Z와 상기 포인트 W 사이의 이 브랜치를 이용하는 전압 디바이더 브릿지는 E 및 RP의 단자에서의 저항 값에 의해 전압 배율기를 통한 상기 고전압 커패시터(CHT)의 충전으로부터 나오는 상기 포인트 Z에서의 전기적 글리치(glitch)의 진폭을 분명히 감소시킬 수 있게 하고, 이 브랜치는 트랜지스터(E 및 F)를 전도 상태가 되게 함으로써 상기 고전압 커패시터(CHT)가 전기 에너지를 방전할 수 있게 하는 것인 심장 제세동기.
15. 청구항 14에 있어서,

    상기 포인트 Z에서 낮은 포텐셜을 유지하기 위한 다이오드(DP)를 특징으로 하는 심장 제세동기.
16. 고전압 커패시터(CHT; Capacitor Haute Tension)와 네 개의 고전압 스위치(A, B, C, D)를 포함하는 H 브릿지에 의해 반대 극성의 두 개의 위상을 포함하는 이상(biphasic) 제세동 파형을 발생시키도록, 청구항 1에 따른 제세동기를 동작시키는 방법으로서, 수직 브랜치 각각에서의 하나의 스위치는

    각각의 스위치 쌍(A-D 및 B-C)을 위한 소정의 위상 동안 상기 네 개의 고전압 스위치 중 하나를 전도 상태가 되도록 하고 장치 외부의 로드를 포함하는 회로에 직렬인 이 쌍의 다른 스위치를 지연 후에 온 상태가 되도록 함으로써 이상 제세동 위상 각각이 두 개의 스테이지로 제어되어, 관련 위상에 걸쳐 원하는 방식으로 제어되는 것인 심장 제세동기의 동작 방법.
17. 청구항 16에 있어서,

    상기 다른 스위치의 제어는 특정 형태 인자(factor)에 따른 쵸핑 제어인 것인 심장 제세동기의 동작 방법.
18. 청구항 16에 있어서,

    상기 다른 스위치의 제어는 펄스 변조 제어인 것인 심장 제세동기의 동작 방법.
19. 청구항 1에 있어서,

    상기 포인트 W는 접지되어 있는 것인 심장 제세동기.

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