Устройство для проведения наружной кардиостимуляции и двухфазной дефибрилляции - RU2223800C2

Чертежи

Показать все 14 чертежа(ей)

Описание

Изобретение в целом относится к устройствам для генерации стимулирующих сигналов, и в частности, к схемам генерации как сигналов кардиостимуляции, так и дефибрилляции, выполненным в виде наружного устройства.

Предшествующий уровень техники
Одно из распространенных и опасных для жизни состояний пациента - желудочковая фибрилляция, при котором сердце человека неспособно прокачивать объем крови, необходимый организму. Общепринятой методикой восстановления нормального ритма сердца, находящегося в состоянии желудочковой фибрилляции, является прикладывание мощного электрического импульса к сердцу с помощью наружного кардиологического дефибриллятора. Наружные кардиологические дефибрилляторы успешно используют в течение многих лет врачи и медсестры больниц, а также персонал экстренной помощи в полевых условиях, например парамедики.

Обычные наружные кардиологические дефибрилляторы вначале аккумулируют электрический заряд высокой энергии в накопительном конденсаторе. При замыкании устройства переключения запасенную энергию переносят на пациента в форме сильного токового импульса. Токовый импульс прикладывают к пациенту с помощью пары электродов, располагаемых на груди пациента. Устройство переключения, применяемое в большинстве современных наружных дефибрилляторов, представляет собой реле передачи большой энергии. Сигнал управления разрядом вызывает замыкание с помощью реле электрической цепи между накопительным конденсатором и схемой формирования сигнала, выход которой подключен к электродам, присоединенным к пациенту.

Реле, используемые в современных наружных дефибрилляторах, традиционно позволяют прикладывать к пациенту однофазный сигнал. Недавние исследования показали, что, возможно, имеются определенные преимущества в применении двухфазных сигналов вместо однофазных. Например, предварительные исследования показывают, что двухфазные сигналы способны ограничить травмирование сердца, получаемое в связи с импульсом дефибрилляции.

Американская кардиологическая ассоциация рекомендовала диапазон уровней энергии для первых трех импульсов дефибрилляции, прикладываемых от наружного дефибриллятора. Рекомендованные уровни энергии составляют: 200 Дж для первого импульса дефибрилляции; 200 или 300 Дж для второго импульса дефибрилляции; 360 Дж для третьего импульса дефибрилляции, причем все указанные величины рекомендуют применять с погрешностью не более ±15% в соответствии со стандартами, провозглашенными Ассоциацией по продвижению медицинского оборудования (АПМО). Эти импульсы высокой энергии для дефибрилляции необходимы для того, чтобы гарантировать, что достаточное количество энергии импульса дефибрилляции достигнет сердца пациента и не рассеется в стенках грудной клетки.

Кардиостимуляторы, напротив, обычно применяют для введения пациентам, испытывающим нерегулярность сердечного ритма. Например, каждый импульс стимуляции обычно имеет энергию около 0,05-1,2 Дж. Так как для кардиостимулирующих импульсов используют столь малую энергию, схемы для генерации стимулирующих импульсов обычно нельзя применять для генерации импульсов дефибрилляции.

Существуют системы, комбинирующие кардиостимулятор и дефибриллятор в одном устройстве, для выработки по мере необходимости как стимулирующих импульсов, так и импульсов дефибрилляции. Эти обычные системы, как правило, используют раздельные схемы генерации импульсов дефибрилляции и кардиостимуляции. Например, на фиг.1 изображено комбинированное устройство 5 для кардиостимуляции и дефибрилляции, снабженное схемой дефибрилляции 6 и кардиостимуляции 7. Устройство 5 селективно обеспечивает импульсы дефибрилляции или стимуляции для пациента. Имплантируемые системы обычно используют отдельно электроды для стимуляции и дефибрилляции. Пример имплантируемого устройства, сочетающего дефибриллятор и кардиостимулятор, см. в пат. США 5048521.

Естественно, что наличие раздельных схем для дефибрилляции и кардиостимуляции приводит к удорожанию устройства и увеличению его размеров. Кроме того, из-за того что имплантируемые дефибрилляторы и кардиостимуляторы обычно применяют импульсы с относительно низким уровнем энергии, выходные цепи таких имплантируемых устройств обычно неприменимы для использования в наружных устройствах.

Задача настоящего изобретения состоит в создании устройства, которое преодолевает отмеченные и другие недостатки наружных устройств дефибрилляции и кардиостимуляции. В частности, задачей настоящего изобретения является создание единой выходной схемы для наружного кардиостимулятора/дефибриллятора, пригодной как для прикладывания к пациенту двухфазных импульсов дефибрилляции высокой энергии, так и стимулирующих импульсов низкой энергии.

Раскрытие изобретения
В соответствии с настоящим изобретением предложен наружный дефибриллятор/кардиостимулятор, снабженный выходной схемой, используемой для генерации и импульсов дефибрилляции, и импульсов кардиостимуляции. Выходная схема включает четыре плеча, соединенных в форме буквы "Н" (далее называемая Н-образной мостовой выходной схемой). Каждое плечо выходной схемы включает твердотельный ключ. Путем выборочного переключения пар переключателей в Н-образной мостовой выходной схеме к пациенту могут подводиться двухфазные или однофазные импульсы дефибрилляции и кардиостимуляции.

В соответствии с одним аспектом изобретения переключателями в трех плечах Н-образной мостовой выходной схемы являются однооперационные триодные тиристоры (ОТТ). В каждом из этих трех плеч используют по одному ОТТ. Переключателем в четвертом плече является биполярный транзистор с изолированным затвором (БТИЗ). Обходная схема позволяет проводить относительно малые токи кардиостимуляции, обычно слишком малые для того, чтобы перевести в устойчивое состояние ОТТ, которые необходимы для проведения относительно больших токов дефибрилляции. Добавление обходной схемы исключает необходимость применения раздельных выходных схем для дефибрилляции и кардиостимуляции.

В соответствии с другим аспектом изобретения Н-образная мостовая выходная схема имеет два плеча БТИЗ и два плеча ОТТ. Второе плечо БТИЗ позволяет обеспечить противоположную полярность импульсов дефибрилляции и кардиостимуляции. В одном варианте реализации изобретения ток кардиостимуляции регулируют путем регулировки напряжения на накопительном конденсаторе.

В соответствии с еще одним аспектом изобретения для выработки тока кардиостимуляции вместо обходной схемы применяют регулируемый источник тока. Этот источник тока связан с накопительным конденсатором. В еще одном варианте реализации изобретения источником тока является БТИЗ, работающий в линейном режиме.

В соответствии с еще одним аспектом изобретения все плечи Н-образной мостовой выходной схемы реализованы на БТИЗ. Это позволяет генерировать двухфазные сигналы кардиостимуляции. Кроме того, путем смещения БТИЗ в линейную область работы, БТИЗ может использоваться в качестве источников тока для управления током кардиостимуляции. Это исключает необходимость применения обходной схемы или отдельного источника тока.

Краткое описание чертежей
Упомянутые аспекты и многочисленные сопутствующие преимущества данного изобретения подробно описаны ниже с помощью нижеперечисленных чертежей.

Фиг. 1 - блок-схема обычного комбинированного устройства для дефибрилляции и кардиостимуляции.

Фиг. 2 - блок-схема комбинированного устройства для дефибрилляции и кардиостимуляции, снабженного единой выходной схемой, в соответствии с одним из вариантов реализации данного изобретения.

Фиг. 3 - схема алгоритма, описывающая работу комбинированного устройства дефибриллятора/кардиостимулятора, изображенного на Фиг.2.

Фиг. 4 - более подробная блок-схема, иллюстрирующая комбинированное устройство дефибриллятора/кардиостимулятора, изображенного на Фиг.2.

Фиг.5 - принципиальная схема, иллюстрирующая блок-схему, изображенную на Фиг.4.

Фиг. 6 - схема алгоритма, иллюстрирующая работу комбинированного устройства дефибриллятора/кардиостимулятора, изображенного на Фиг.5.

Фиг. 7 - диаграмма формы сигналов, вырабатываемых комбинированным устройством дефибриллятора/кардиостимулятора, изображенным на Фиг.5, в соответствии с одним из вариантов реализации изобретения.

Фиг. 8 - блок-схема, иллюстрирующая другой вариант реализации комбинированного устройства дефибриллятора/кардиостимулятора, в соответствии с данным изобретением.

Фиг. 9 - диаграмма формы сигналов, вырабатываемых комбинированным устройством дефибриллятора/кардиостимулятора, изображенным на Фиг. 8, в соответствии с одним из вариантов реализации изобретения.

Фиг.10 - принципиальная схема выходного каскада на основе БТИЗ при линейном управлении БТИЗ в соответствии с одним из вариантов реализации изобретения.

Фиг. 11 - схема алгоритма, иллюстрирующая работу комбинированного устройства дефибриллятора/кардиостимулятора, изображенного на Фиг.8.

Фиг. 12 - блок-схема, иллюстрирующая комбинированное устройство дефибриллятора/кардиостимулятора в соответствии с одним из вариантов реализации изобретения.

Фиг. 13 - диаграмма, иллюстрирующая различные формы сигналов, генерируемых комбинированным устройством дефибриллятора/ кардиостимулятора, изображенным на Фиг.12.

Фиг. 14 - блок-схема, иллюстрирующая комбинированное устройство дефибриллятора/кардиостимулятора в соответствии с одним из вариантов реализации изобретения.

Фиг. 15 - принципиальная схема, иллюстрирующая схему датчика тока в соответствии с одним из вариантов реализации изобретения.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения
Фиг. 2 представляет блок-схему, иллюстрирующую наружный комбинированный дефибриллятор/кардиостимулятор 8, соответствующий одному из вариантов реализации данного изобретения.

Наружный комбинированный дефибриллятор/кардиостимулятор 8 включает в себя схему 10 управления, Н-образную мостовую схему 14, электроды 15а и 15b, схему 18 заряда и накопительный конденсатор 24.

Дефибриллятор/кардиостимулятор 8 коммутируют следующим образом. Схему 10 управления подключают к схеме зарядки 18 и Н-образному мосту 14. Схему 18 зарядки подключают к накопительному конденсатору 24. Н-образный мост 14 подключают к электродам накопительного конденсатора 24, а также к электродам 15а и 15b. Электроды 15а и 15b применяют для чрескожного введения импульсов дефибрилляции и кардиостимуляции пациенту. Работа дефибриллятора/кардиостимулятора 8 описана ниже с помощью Фиг.3.

Фиг.3 представляет собой схему алгоритма работы дефибриллятора/кардиостимулятора 8. Согласно Фиг.2 и 3, дефибриллятор/кардиостимулятор 8 работает следующим образом. На шаге 70 дефибриллятор/кардиостимулятор 8 принимает решение, какой импульс - дефибрилляционный или кардиостимулирующий - требуется пациенту. Альтернативно, такое решение может принять оператор. Если требуются импульсы кардиостимуляции, на следующем шаге 71 дефибриллятор/кардиостимулятор 8 конфигурируется для генерации кардиостимулирующих импульсов. Например, на этом шаге схема 10 управления может управлять схемой 18 заряда таким образом, чтобы зарядить накопительный конденсатор 24 до желаемого уровня кардиостимуляции. Затем, на следующем шаге 72, дефибриллятор/кардиостимулятор 8 генерирует стимулирующий импульс с помощью Н-образного моста 14. Как описано ниже, схему 10 управления можно сконфигурировать таким образом, чтобы она управляла Н-образным мостом 14 с целью генерации однофазных или двухфазных кардиостимулирующих импульсов различной полярности.

На следующем шаге 73 определяется, должен ли дефибриллятор/кардиостимулятор 8 оставаться в режиме кардиостимуляции. Если дефибриллятор/кардиостимулятор 8 должен оставаться в режиме кардиостимуляции, процесс возвращается к шагу 71. В противном случае выполняется шаг 74, на котором наружный дефибриллятор/кардиостимулятор 8 возвращается в режим ожидания.

С другой стороны, если на шаге 70 определяется, что требуется дефибрилляционный импульс, то на шаге 75 дефибриллятор/кардиостимулятор 8 конфигурируется таким образом, чтобы вырабатывать импульс дефибрилляции. На следующем шаге 76 дефибриллятор/кардиостимулятор 8 генерирует импульс дефибрилляции с помощью Н-образного моста 14. Генерация импульса дефибрилляции подробнее описана ниже, на основании Фиг.4. Затем, на шаге 77 процесс возвращается в режим ожидания.

На Фиг.4 показана более подробная блок-схема наружного комбинированного дефибриллятора/кардиостимулятора 8, подключенного к пациенту 16. Дефибриллятор включает микропроцессор 20, связанный с накопительным конденсатором 24 через схему заряда 18. Специалистам в данной области техники понятно, что накопительный конденсатор 24 может быть реализован в виде сети из нескольких конденсаторов (т.е. параллельно и/или последовательно соединенных конденсаторов). При работе дефибриллятора микропроцессор 20 управляет схемой 18 заряда с помощью сигнала на линии 25 управления так, чтобы зарядить накопительный конденсатор 24 до желаемого уровня напряжения. Для наблюдения за процессом заряда микропроцессор 20 подключается к масштабирующей схеме 22 двумя измерительными линиями 47 и 48 и линией управления 49. Масштабирующую схему 22 подключают к накопительному конденсатору 24 мостовой линией 28, подключенной к отрицательному выводу накопительного конденсатора 24, и линией 30, подключенной к положительному выводу конденсатора. К микропроцессору 20 также подключается генератор 21 тактовых импульсов.

Масштабирующую схему 22 используют для понижения напряжения на накопительном конденсаторе 24 до уровня, который может наблюдать микропроцессор 20. Масштабирующая схема 22 кратко описана ниже, а более подробно - в заявке, озаглавленной "Способ и устройство для проверки целостности выходной цепи перед и во время приложения импульса дефибрилляции", патентной заявки США 08/811834, поданной 5 марта 1997 г., включаемой здесь в качестве ссылки. Накопительный конденсатор 24 может заряжаться в широких пределах напряжений, выбираемых в зависимости от пациента и иных параметров. Предпочтительно, чтобы величина емкости накопительного конденсатора 24 находилась в пределах от 150 мкФ до 200 мкФ. Для генерации необходимого импульса дефибрилляции для наружного применения у пациента накопительный конденсатор 24 заряжается до напряжения в пределах 100-2200 В. Для обнаружения малых процентных изменений при выбранном уровне напряжения на накопительном конденсаторе 24 масштабирующая схема 22 может регулироваться так, чтобы проводить измерения в разных диапазонах напряжения. Отрегулированный выходной сигнал измеряется микропроцессором 20 на измерительной линии 48.

После заряда до желаемого уровня энергию, запасенную в накопительном конденсаторе 24, можно подвести к пациенту 16 в форме импульса дефибрилляции. Для управляемой передачи энергии от накопительного конденсатора 24 к пациенту 16 служит Н-образный мост 14. Н-образный мост 14 - это выходная схема, которая включает в себя четыре переключателя 31, 32, 33 и 34. Каждый переключатель включен в плечо выходной схемы, образующей форму "Н". Переключатели 31 и 33 связаны через защитный компонент 27 с положительным выводом накопительного конденсатора 24 мостовой линией 26. Защитный компонент 27 ограничивает изменения тока и напряжения от накопительного конденсатора 24 и имеет как индуктивные, так и резистивные свойства. Переключатели 32 и 34 связаны с накопительным конденсатором 24 мостовой линией 28. Пациента 16 подключают к левой стороне Н-образного моста 14 посредством линии 17 верхушки легкого и к правой стороне Н-образного моста 14 посредством линии 19 грудины. Как изображено на Фиг.4, линия 17 верхушки легкого и линия 19 грудины подключены к электродам 15а и 15b соответственно посредством реле 35 изоляции пациента. Микропроцессор 20 подключается к переключателям 31, 32, 33 и 34 с помощью линий 42а, 42b, 42с и 42d управления соответственно и к реле 35 изоляции пациента с помощью линии 36 управления. Обходная схема 40 подключена между мостовой линией 26 и линией 17 верхушки легкого. Обходная схема 40 также подключается с помощью линии 42е управления, чтобы получить сигнал управления от микропроцессора 20. Обходная схема 40 реализуется с переключателем, чтобы шунтировать переключатель 33 при генерации импульсов кардиостимуляции, как описано ниже.

Подача надлежащих сигналов управления микропроцессором 20 по линии управления вызывает замыкание и размыкание переключателей 31-34 надлежащим образом и размыкание обходной схемы 40, за счет чего Н-образная мостовая схема 14 может проводить энергию от накопительного конденсатора 24 к пациенту 16 в форме импульса дефибрилляции.

Аналогичным образом, микропроцессор 20 путем подачи соответствующих сигналов управления вызывает надлежащее замыкание и размыкание переключателей 31-34 и замыкание обходной схемы 40, за счет чего Н-образная мостовая схема 14 может проводить энергию от накопительного конденсатора 24 к пациенту в форме однофазного импульса кардиостимуляции. Обходная схема 40 нужна для того, чтобы шунтировать переключатель SW33, т.к. для реализации этого переключателя используется ОТТ. Таким образом, при тех величинах, которые требуются для работы с энергиями дефибрилляции, ОТТ вообще невозможно запускать типовой величиной тока импульса кардиостимуляции.

Предпочтительная конструкция Н-образного моста 14 изображена на Фиг.5. В Н-образном мосте 14 используются четыре выходных переключателя SW1-SW4 для прохождения энергии от накопительного конденсатора 24 к пациенту 16. Переключатели SW1, SW3 и SW4 - полупроводниковые переключатели, предпочтительно однооперационные триодные тиристоры (ОТТ). Переключатель SW2 - последовательно включенная комбинация переключателей SW2A и SW2B, оба из которых, предпочтительно, представляют собой биполярные транзисторы с изолированным затвором (БТИЗ). В данном варианте реализации использовали БТИЗ модели IXHS1718 производства IXYS, Санта Клара, Калифорния. Два БТИЗ модели IXHS1718 включены последовательно, чтобы выдерживать максимальное напряжение, которое может возникнуть на переключателе SW2 в Н-образном мосте 14, так как напряжение на переключателе SW2 в целом делится между двумя БТИЗ. Альтернативно, в выходной цепи можно применить один БТИЗ с достаточным диапазоном рабочих напряжений, если такой БТИЗ имеется в наличии. Переключатели SW1-SW4 могут переключаться из выключенного (непроводящего) во включенное (проводящее) состояние.

В режиме дефибрилляции кардиостимулятор/дефибриллятор 8 генерирует двухфазный импульс дефибрилляции для прикладывания к пациенту 16. Первоначально переключатели SW1-SW4 разомкнуты. Начинается зарядка накопительного конденсатора 24 под наблюдением микропроцессора 20 (Фиг.4). Когда накопительный конденсатор 24 зарядится до заданного уровня, и замкнется реле 35 изоляции пациента, переключатели SW1 и SW2 переключаются таким образом, чтобы соединить накопительный конденсатор 24 с линией 17 верхушки легкого и линией 19 грудины для того, чтобы приложить первую фазу импульса дефибрилляции к пациенту 16. Накопленная энергия переходит с положительной клеммы накопительного конденсатора 24 по линии 26 через переключатель SW1 и линию 17 верхушки легкого через пациента 16 и возвращается по линии 19 грудины через переключатель SW2 к отрицательному выводу накопительного конденсатора 24 по линии 28. Следовательно, первой фазой двухфазного импульса является положительный импульс от верхушки легкого к грудине пациента 16.

До полного разряда накопительного конденсатора 24 переключатель SW2 выключается, чтобы приготовиться к прикладыванию второй фазы двухфазного импульса. Как только переключатель SW2 выключается, переключатель SW1 также становится непроводящим, т.к. падение напряжения на ОТТ становится нулевым.

После окончания первой фазы двухфазного импульса дефибрилляции переключатели SW3 и SW4 переключаются на начало второй фазы двухфазного импульса. Переключатели SW3и SW4 обеспечивают путь тока для приложения отрицательного импульса дефибрилляции к пациенту 16. Путь прохождения энергии таков: от положительного вывода накопительного конденсатора 24 по линии 26, через переключатель SW3 и линию 19 грудины, через пациента 16 и обратно через линию 17 верхушки легкого и переключатель SW4 к отрицательному выводу накопительного конденсатора 24 по линии 28. Полярность второй фазы импульса дефибрилляции, следовательно, противоположна полярности первой фазы двухфазного импульса. Окончание второй фазы двухфазного импульса отсекается переключением переключателя SW1, что обеспечивает кратчайший путь для остаточной энергии конденсатора через переключатели SW1 и SW4. После разряда накопительного конденсатора 24 переключатели SW1-SW4 размыкаются. Реле 35 изоляции пациента после этого размыкается. Накопительный конденсатор 24 можно затем зарядить для подготовки дефибриллятора/кардиостимулятора 8 для прикладывания другого импульса дефибрилляции или для прикладывания импульсов кардиостимуляции.

Как описано выше, четыре выходных переключателя SW1-SW4 могут переключаться из положения выключения (непроводящего) в положение включения (проводящее) путем приложения надлежащих сигналов управления к линиям 42а, 42b, 42с, 42d управления. Для того чтобы дать возможность ОТТ и БТИЗ коммутировать высокие напряжения в наружном дефибрилляторе, к переключателям SW1-SW4 присоединяются специальные возбуждающие схемы 51, 52, 53 и 54 переключения, соответственно. Линии 42а, 42b, 42с, 42d управления подключаются к возбуждающим схемам 51, 52, 53 и 54 переключения, чтобы дать микропроцессору 20 возможность управлять состояниями переключателей.

Возбуждающие схемы 51, 53 и 54 переключения идентичны. Для целей настоящего описания, поэтому, рассмотрели конструкцию и работу только одной возбуждающей схемы 51 переключения. Специалисты в данной области техники поймут, что возбуждающие схемы 53 и 54 переключения работают аналогичным образом.

Возбуждающая схема переключения 51 включает в себя управляющий переключатель SW11, резисторы R11, R12, R13, конденсатор С11, диод D11 и высоковольтный трансформатор Т11. Резистор R11 включается между положительным полюсом источника питания V'+ и выводом первичной обмотки трансформатора Т11, отмеченным точкой, а конденсатор С11 присоединен между землей и выводом первичной обмотки трансформатора Т11, отмеченным точкой. Резистор R12 включен между выводом первичной обмотки трансформатора Т11, не отмеченным точкой, и стоком управляющего переключателя SW11. Резисторы R11 и R12 и конденсатор С11 ограничивают и задают форму сигнала напряжения и тока в первичной обмотке трансформатора T11. Исток управляющего переключателя SW11 подключается к земле, а затвор - к линии 42а управления.

Со стороны вторичной обмотки трансформатора Т11 анод диода D11 присоединяется к выводу вторичной обмотки трансформатора Т11, отмеченному точкой, а катод диода D11 подключается к затвору ОТТ-переключателя SW1. Резистор R13 присоединен между катодом диода D11 и выводом вторичной обмотки трансформатора Т11, не отмеченным точкой. Вывод вторичной обмотки трансформатора Т11, не отмеченный точкой, подключен к катоду ОТТ-переключателя SW1.

Для включения переключателя SW1 на линию управления 42а подается осциллирующий сигнал управления. В данном варианте реализации осциллирующим сигналом управления является серия импульсов. Сигнал управления в виде серии импульсов многократно включает-выключает управляющий переключатель SW11, что образует переменное напряжение на первичной обмотке трансформатора Т11. Напряжение понижается трансформатором Т11 и выпрямляется диодом D11 перед тем, как подать на затвор ОТТ-переключателя SW1. В предпочтительном варианте реализации изобретения обнаружили, что коэффициент заполнения 10% серии импульсов в линии управления 42а является достаточным для удержания ОТТ-переключателя SW1 в состоянии проводимости. Пока сигнал управления приложен к возбуждающей схеме 51 переключения, переключатель SW1 остается в состоянии проводимости. Переключатель SW1 остается в состоянии проводимости даже тогда, когда проводятся относительно малые токи дефибрилляции. В одном варианте реализации ОТТ-переключатели могут проводить такие малые токи, как ток 90 мА. Как известно, когда ОТТ запускается или фиксируется, ОТТ обычно остается в проводящем состоянии до тех пор, пока ток через ОТТ не снизится ниже минимального уровня, даже если напряжение на затворе ОТТ будет равно потенциалу земли. Таким образом, когда ток через ОТТ-переключатель не будет равен или больше 90 мА, ОТТ перестанет проводить. Таким образом, ОТТ вообще не применимы для кардиостимуляции.

Для включения БТИЗ переключателей SW2 требуется другая возбуждающая схема переключения. Возбуждающая схема 52 переключения включает конденсатор С21, трансформатор Т21 и две идентичные возбуждающие схемы 52А и 52В переключения, каждая из которых соответствует одному из БТИЗ. К первичной обмотке трансформатора Т21 подключается конденсатор С21 между линией 42b управления и выводом первичной обмотки трансформатора Т21, не отмеченным точкой. Вывод первичной обмотки трансформатора Т21, отмеченный точкой, заземлен.

Трансформатор Т21 снабжен двумя вторичными обмотками Т21А и Т21В, по одной на каждую возбуждающую схему 52А и 52В переключения. Возбуждающие схемы 52А и 52В переключения идентичны, поэтому здесь будет описана только конструкция и работа возбуждающей схемы 52А переключения. Возбуждающая схема 52А переключения включает диоды D21, D22, D23, D24, стабилитрон ZD21, конденсаторы С22, С23, С24, С25, резисторы R21, R22, R23, R24, р-n-р переключатель SW23 и ОТТ-переключатель SW22.

Аноды диодов D21, D22, D23 подключаются к выводу вторичной обмотки Т21А трансформатора Т21, не отмеченному точкой. Катоды диодов D21, D22 подключаются к затвору БТИЗ переключателя SW2A. Резистор R21 и конденсатор С22 присоединены между выводом вторичной обмотки Т21А трансформатора Т21, отмеченным точкой, и катодом диода D23. Анод ОТТ-переключателя SW22 и катод стабилитрона ZD21 подключаются к затвору БТИЗ переключателя SW2A. Катод ОТТ-переключателя SW22 и анод стабилитрона ZD21 подключаются к выводу вторичной обмотки Т21А трансформатора Т21, отмеченному точкой, а также к эмиттеру БТИЗ переключателя SW2A.

Резистор R23 и конденсатор С24 включены между затвором БТИЗ переключателя SW2A и эмиттером р-n-р переключателя SW23. Резистор R24 и конденсатор С25 включены между эмиттером р-n-р переключателя SW23 и выводом вторичной обмотки Т21А трансформатора Т21, отмеченным точкой. Затвор ОТТ-переключателя SW22 подключен к коллектору р-n-р переключателя SW23. Резистор R22 включен между коллектором р-n-р переключателя SW23 и выводом вторичной обмотки Т21А трансформатора Т21, отмеченным точкой. Конденсатор С23 включен между эмиттером и базой р-n-р переключателя SW23. Анод диода D24 подключен к базе р-n-р переключателя SW23, а катод диода D24 подключен к катоду диода D23.

Для включения БТИЗ переключателя SW2A на линию управления 42b подается осциллирующий сигнал управления. В описываемом варианте реализации осциллирующим сигналом управления является серия импульсов. Сигнал управления в виде серии импульсов повышается по напряжению трансформатором Т21 и прикладывается ко входу возбуждающей схемы 52А переключения. Во время положительного импульса сигнала управления на линии управления 42b диоды D21 и D22 выпрямляют ток, протекающий по вторичной обмотке Т21А для зарядки конденсаторов С24 и С25. Как будет подробнее описано ниже, часть тока также протекает через диод D23 для зарядки конденсатора С22.

Конденсатор С21 ограничивает ток в первичной обмотке трансформатора Т21, который соответственно ограничивает ток во вторичной обмотке Т21А. Ток во вторичной обмотке определяет время заряда конденсаторов С24 и С25. Поскольку напряжение на конденсаторах С24 и С25 то же, что и напряжение на затворе БТИЗ переключателя SW2A, медленное накопление напряжения на конденсаторах С24 и С25 приводит к медленному включению БТИЗ переключателя SW2A. Ток заряда выбирается таким, чтобы БТИЗ переключатель SW2A включался относительно медленно по сравнению с быстрым включением ОТТ-переключателей SW1, SW3, SW4. Медленное включение БТИЗ переключателей SW2A желательно потому, что БТИЗ переключатели находятся на той же стороне Н-образного моста 14, что и ОТТ-переключатель SW3. ОТТ-переключатель SW3 управляется сигналом управления на линии 42с управления, но по природе ОТТ-переключателей они могут случайно включаться независимо от сигнала на линии 42с управления, если на ОТТ-переключателе SW3 произойдет быстрое изменение напряжения. Следовательно, если БТИЗ переключатели SW2A и SW2B включились слишком быстро, результирующая скорость изменения напряжения на ОТТ-переключателе SW3 может вызвать его случайное включение.

Стабилитрон ZD21 предохраняет БТИЗ переключатель SW2A путем регулировки максимального напряжения на конденсаторах С24 и С25. Без стабилитрона ZD21 напряжение на затворе БТИЗ переключателя SW2A поднялось бы до уровня, который мог бы повредить БТИЗ переключатель SW2A.

Кроме того, во время положительного импульса сигнала управления серии импульсов в линии управления 42b диод D23 выпрямляет ток, протекающий через вторичную обмотку Т21А для заряда конденсатора С22. Заряд конденсатора С22, пополняемый на каждом положительном импульсе, поддерживает напряжение на базе р-n-р переключателя SW23 выше уровня включения р-n-р переключателя. Р-n-р переключатель SW23 включается, если напряжение на базе переключателя опускается ниже порогового значения. Как будет описано ниже, р-n-р переключатель SW23 включается только, когда БТИЗ переключатель SW2A необходимо выключить. Конденсатор С23 и диод D24 также предназначены для предотвращения включения p-n-p переключателя SW23. Конденсатор С23 служит в качестве фильтра высокой частоты, который не позволяет высокочастотным импульсам от возбуждающей схемы 52А переключения вызывать ложное включение p-n-p переключателя SW23. Диод D24 предохраняет от высокого отрицательного напряжения между базой и эмиттером, которое могло бы привести p-n-p переключатель SW23 к обратному пробою.

Поскольку происходит некоторый разряд конденсатора С22 через резистор R21 между положительными импульсами сигнала управления на линии управления 42b, резистор R21 должен быть достаточно велик, чтобы ограничить ток разрядки конденсатора С22 между импульсами. Ограничение тока утечки предотвращает падение напряжения ниже порогового значения, достаточного для включения p-n-p переключателя SW23 между импульсами сигнала управления. Затем, во время положительного импульса серии импульсов сигнала управления на линии управления 42b, подзарядка конденсатора С22 должна быть достаточной для того, чтобы восполнить разряд, который произошел после предыдущего положительного импульса, так чтобы вернуть конденсатор С22 в полностью заряженное состояние к концу положительного импульса.

В предпочтительном варианте реализации обнаружили, что сигнал управления в виде серии импульсов частотой 2 МГц с 25% коэффициентом заполнения на линии 42b управления пригоден для поддержания проводящего состояния БТИЗ переключателей SW2A, SW2B. Переключатели будут оставаться в проводящем состоянии, пока присутствует сигнал управления, независимо от тока, протекающего через переключатели. И напротив, когда сигнал управления отсутствует, БТИЗ переключатели SW2A и SW2B не проводят ток.

Максимальный ток, который вообще может иметься в Н-образном мосте 14, появляется в случае нежелательной ситуации, когда пользователь дефибриллятора/кардиостимулятора 8 помещает дифибрилляционные пластины непосредственно в контакте одна с другой. Когда это происходит, возникает короткое замыкание между линией 17 верхушки легкого и линией 19 грудины. Во время короткого замыкания может возникнуть кратковременный ток до 400 А. В описываемом варианте реализации для того, чтобы предусмотреть возможность тока короткого замыкания и не допустить разрушения БТИЗ переключателей SW2A и SW2B, БТИЗ переключатели SW2A и SW2B смещаются напряжением на затворе 30 В.

Смещение БТИЗ на этот уровень напряжения является удачным решением, т.к. БТИЗ переключатели используются в импульсном режиме. Если бы на затворы БТИЗ переключателей SW2A и SW2B непрерывно подавалось напряжение 30 В в течение длительного времени, они могли бы разрушиться, но в Н-образном мосте 14 на них подается такой уровень на очень короткое время.

В отличие от медленного включения БТИЗ переключателей SW2A и SW2B выключение БТИЗ переключателей производится относительно быстро. БТИЗ переключатели можно быстро выключить, т.к. их выключение не вызывает опасения, что чувствительные к помехам ОТТ-переключатели включатся. Кроме того, быстрое выключение желательно для того, чтобы уменьшить время, которое БТИЗ переключатель будет подвергаться воздействию высокого напряжения в том случае, если один из БТИЗ переключателей случайно отключится раньше другого.

БТИЗ переключатели SW2A и SW2B выключаются, когда сигнал управления в виде серии импульсов на линии управления 42b удаляется. Как только во вторичных обмотках трансформатора Т21 прекращается индуцирование положительных импульсов напряжения, возбуждающие схемы 52А и 52В начинают процесс выключения. Процесс выключения описан здесь только для возбуждающей схемы 52А, т. к. обе схемы практически идентичны.

Во время процесса отключения конденсатор С22 начинает разряжаться через резистор R21. Так как постоянная времени RC конденсатора С22 и резистора R21 гораздо меньше, чем постоянная времени RC конденсаторов С24 и С25 и резисторов R23 и R24, разряд конденсатора С22 происходит гораздо быстрее, чем разряд конденсаторов С24 и С25. Когда напряжение на конденсаторе С22 падает ниже порогового значения напряжения, p-n-p переключатель SW23 включается. Пороговый уровень напряжения эквивалентен базовому напряжению включения p-n-p переключателя SW23 плюс падению напряжения на диоде D24. Как только p-n-p переключатель SW23 включается, ток разряда от конденсатора С25 начинает протекать через переключатель. По мере возрастания тока падение напряжения на резисторе R22 соответственно увеличивается. Когда напряжение на резисторе R22 достигает достаточного уровня, ОТТ-переключатель SW22 включается, образуя кратчайший путь для остаточной энергии, накопленной в конденсаторах С24 и С25. Быстрый разряд конденсаторов С24 и С25 вызывает соответственно быстрое снижение напряжения на затворе БТИЗ переключателя SW2A, быстро выключая переключатель. Резисторы R23 и R24 снабжаются конденсаторами С24 и С25, чтобы управлять делением напряжения на конденсаторах.

Специальные схемы 52А и 52В возбуждения позволяют применять БТИЗ в наружном дефибрилляторе/кардиостимуляторе 8, где необходимо переключать очень высокие напряжения в присутствии ОТТ. Схемы возбуждения минимизируют количество компонентов, необходимых для переключения импульса дефибрилляции в 200 и более Дж. Кроме пропускания больших токов, связанных с импульсами дефибрилляции высокой энергии, БТИЗ могут также проводить очень малые токи, связанные с импульсами дефибрилляции менее 50 Дж.

Как показано на Фиг.5, каждый переключатель SW1-SW4 включен в параллель со схемой 61, 62, 63 и 64 защиты переключателя, соответственно. Схемы защиты переключателя разработаны для того, чтобы защитить переключатели Н-образного моста 14 от повреждения пиковыми помехами. Схемы 61, 62, 63 и 64 защиты переключателя идентичны, и поэтому здесь описана конструкция и работа схемы 61 защиты переключателя. Схема 61 защиты переключателя включает в себя диод D12. Катод диода D12 подключен к аноду ОТТ-переключателя SW1, а анод диода D12 подключен к катоду ОТТ-переключателя SW1. Диод D12 защищает ОТТ-переключателя SW1 от отрицательных индуктивных пиковых помех, которые могут произойти из-за индуктивности кабелей или нагрузки.

Схема 62 защиты переключателя включает в себя две одинаковых схемы 62А и 62В защиты переключателя, которые защищают БТИЗ переключатели SW2A и SW2B соответственно. Т.к. схемы 62А и 62В защиты переключателя в основном одинаковы, поэтому здесь описана конструкция и работа схемы 62А защиты переключателя. Схема 62А защиты переключателя включает в себя диод D24 и резистор R23. Резистор R23 включен между коллектором и эмиттером БТИЗ переключателя SW2A. Катод диода D24 подключен к коллектору БТИЗ переключателя SW2A, а анод диода D24 подключен к эмиттеру БТИЗ переключателя SW2A.

Диод D24 работает аналогично диоду D12, как описано выше, в том аспекте, что он защищает БТИЗ переключатель SW2A от отрицательных индукционных пиков. Резистор R23 (в соединении с резистором R23') гарантирует, что напряжение на двух БТИЗ переключателях SW2A и SW2B поровну делится, когда Н-образный мост 14 неактивен. Деление напряжения на БТИЗ переключателях SW2A и SW2B важно из-за ограничений современной технологии БТИЗ, которая ограничивает допустимое напряжение каждого БТИЗ переключателя величиной 1200 В. В системе с максимальным возможным напряжением 2200 В наибольшие допустимые напряжения, следовательно, соблюдены путем разделения наибольшего напряжения на каждом БТИЗ переключателе.

Дополнительную защиту переключателей обеспечивают защитным компонентом 27, который обладает одновременно индуктивными и резистивными свойствами. В одном варианте реализации защитная цепь 27 реализована в виде катушки провода с высоким удельным сопротивлением, что обеспечивает индуктивное сопротивление. Защитный компонент 27 ограничивает скорость изменения напряжения на ОТТ-переключателях SW1, SW3, SW4 и тока, протекающего в них. Слишком высокая скорость изменения напряжения на ОТТ-переключателе нежелательна, т.к. это может привести к нежелательному включению ОТТ-переключателя. Например, т.к. ОТТ-переключатели SW1 и SW4 находятся на одной и той же стороне Н-образного моста 14, всякий раз, когда ОТТ-переключатель SW4 резко включается, быстрое изменение напряжения может также произойти и на ОТТ-переключателе SW1. Для предотвращения быстрых изменений напряжения защитный компонент 27 снижает скорость изменения напряжения на ОТТ-переключателе SW1 при включении ОТТ-переключателя SW4. Кроме того, слишком сильный ток может повредить переключатели SW1, SW3, SW4, а защитный компонент 27 ограничивает ток, протекающий в Н-образном мосте 14. Следовательно, применение защитного компонента 27 снижает потребность в дополнительных защитных компонентах, которые потребовались бы для соединения с переключателями SW1, SW3, SW4.

Из данного описания станет понятно, что значительным преимуществом Н-образного моста 14, описанного выше, является то, что он позволяет дефибриллятору/кардиостимулятору 8 генерировать и прикладывать двухфазные сигналы высокой энергии к пациенту. Для дефибрилляторов, известных в технике, обеспечивающих однофазный сигнал, стандартным уровнем энергии в промышленности был уровень разряда свыше 200 Дж. Вышеописанная схема позволяет подводить к пациенту такой же уровень энергии (более 200 Дж) в форме двухфазного сигнала, и тем самым приводит к повышенной вероятности эффективности дефибрилляции у более широкого круга пациентов. В то же время схема включает особые цепи возбуждения, позволяющие подводить к пациенту даже очень низкоэнергетические двухфазные сигналы (менее 50 Дж).

Вышеописанная работа в режиме дефибрилляции аналогична тому, как работает схема наружного дефибриллятора, описанного в совместно заявленной патентной заявке США 08/811833 от 5 марта 1997 г., озаглавленной "Н-образная мостовая схема для генерации высокоэнергетических двухфазных сигналов в наружном дефибрилляторе" авторы Дж. Салливан и др. Так же, как дефибриллятор, описанный в заявке 08/811833, данный вариант реализации дефибриллятора/кардиостимулятора 8 генерирует двухфазный импульс дефибрилляции с первой положительной и второй отрицательной фазой (относительно направления от линии 17 верхушки легкого до линии 19 грудины).

Работа данного варианта реализации дефибриллятора/кардиостимулятора 8 в режиме кардиостимуляции представлена на Фиг.6. Имея в виду данное описание, специалисты в данной области техники смогут реализовать без излишних экспериментов пригодное программное обеспечение или встроенную программу для выполнения микропроцессором 20 схемы управления 10 для выполнения функций, представленных на Фиг.6.

Как показано на Фиг.4, 5 и 6, дефибриллятор/кардиостимулятор 8 работает следующим образом. Первоначально переключатели SW1-SW4 и обходная схема 40 разомкнуты. Когда устройство конфигурировано для работы в режиме кардиостимулятора, на шаге 80 схема 10 управления определяет, нужно ли генерировать импульс кардиостимуляции. Если не требуется генерировать импульс кардиостимуляции, процесс возвращается в режим ожидания на шаге 81. Если же требуется генерировать импульс кардиостимуляции, на следующем шаге 82 схема 10 управления дает команду схеме 18 заряда зарядить накопительный конденсатор 24 до уровня напряжения от 25 до 300 В. Напряжение на конденсаторе может варьироваться в соответствии с желаемым током кардиостимуляции того импульса стимуляции, который готовят на данном этапе, как описано ниже.

На следующем шаге 83 схема 10 управления вызывает замыкание реле К4 в обходной схеме 40. В одном варианте реализации реле К4 реализовано с помощью двух моделей RTD19005 производства Поттер-Бромфилд, Принстон, Индиана. Когда реле К4 замкнуто, формируется проводящий путь между положительным электродом накопительного конденсатора 24, через линию 28, резистор R4, через реле К4 к линии 19 верхушки легкого. В результате переключатель SW3 обойден. Сопротивление резистора R4 около 500 Ом, что необходимо для ограничения тока короткого замыкания в случае соприкосновения электродов.

На следующем шаге 85 схема 10 управления подает импульс на БТИЗ переключатели SW2A и SW2B, чтобы пропустить однофазный импульс кардиостимуляции к пациенту 16. В данном варианте реализации схема 10 управления регулирует продолжительность импульсного включения БТИЗ переключателей SW2A и SW2B так, чтобы достичь заданной длительности однофазного импульса кардиостимуляции. Для заданной величины емкости накопительного конденсатора 24 спад импульсов кардиостимуляции варьирует в зависимости от импеданса пациента.

На шаге 87 схема 10 управления измеряет ток кардиостимуляции во время прикладывания импульса к пациенту 16. В одном варианте реализации ток кардиостимуляции измеряется путем наблюдения за падением напряжения на резисторе R4. Альтернативно, ток кардиостимуляции может быть измерен путем наблюдения за изменением напряжения на накопительном конденсаторе 24. На следующем шаге 89 схема 20 управления определяет уровень напряжения на накопительном конденсаторе 24, необходимый для следующего импульса кардиостимуляции. В данном варианте реализации ток следующего импульса кардиостимуляции увеличивается на величину 5 мА каждый раз до тех пор, пока импульсы стимуляции не достигнут достаточной силы для сокращения сердечной мышцы или до достижения максимального значения 200 мА. Затем процесс возвращается на шаг 80 для генерации следующего импульса кардиостимуляции.

Импульсы кардиостимуляции, вырабатываемые данным вариантом реализации, имеют положительную полярность (относительно направления от линии 17 верхушки легкого до линии 19 грудины). Однако, т.к. полярность импульсов кардиостимуляции влияет на порог захвата кардиостимуляции, общепринятой является практика генерации отрицательных импульсов кардиостимуляции. Отрицательные импульсы кардиостимуляции могут генерироваться просто переключением линий 17 верхушки легкого и 19 грудины. Фиг.7 изображает формы сигналов, вырабатываемых данным альтернативным вариантом реализации. Сигнал 90 представляет собой двухфазный импульс дефибрилляции, выработанный альтернативным вариантом, а сигнал 91 - однофазную последовательность импульсов кардиостимуляции. За счет переключения линий 17 и 19 верхушки легкого и грудины в данном варианте реализации форма сигнала 90 дефибрилляции имеет первую отрицательную фазу 93 и вторую положительную фазу 94. Сигнал 91 кардиостимуляции имеет отрицательные однофазные импульсы 96, 97 и т.д. Хотя это не изображено на Фиг. 7, двухфазный сигнал, возможно, имеет небольшой участок задержки около нуля Вольт между первой и второй фазами.

Несмотря на то что данный альтернативный вариант реализации генерирует отрицательные импульсы кардиостимуляции, полярность фаз импульсов дефибрилляции обратная. Текущие исследования показывают, что полярность однофазных импульсов дефибрилляции несущественна. Эти результаты исследования могут быть применимы и к двухфазным импульсам дефибрилляции. Соответственно, данный вариант реализации может иметь практическое применение.

Фиг.8 - это блок-схема другого варианта реализации Н-образного моста 14, преимущество которого в том, что он генерирует импульсы дефибрилляции и кардиостимуляции противоположной полярности. Этот вариант реализации аналогичен варианту, изображенному на Фиг.5, кроме того, что в варианте по Фиг.8 используется БТИЗ для реализации переключателя SW4. Таким образом, переключатели SW1, SW2, SW3 и схемы 51, 52 и 53 возбуждения Фиг.8 реализованы так же, как на Фиг.5. Благодаря тому что переключатель SW4 является БТИЗ переключателем, схема 54А возбуждения переключателя в основном идентична схеме 52 возбуждения переключателя, используемой для возбуждения БТИЗ переключателя SW2. Кроме того, вариант по Фиг.8 использует схему 54А возбуждения переключателя и схему источника тока 50 вместо схемы 54 возбуждения переключателя и обходной схемы 40 Фиг.5.

В одном варианте реализации схема 50 источника тока реализована схемой 70 на основе БТИЗ. Схема БТИЗ используется потому, что схема должна быть достаточно устойчивой, чтобы выдерживать относительно высокие напряжения, применяемые в режиме дефибрилляции. Схема 70 на основе БТИЗ подключается к линии 26 и резистору R4. В данном варианте реализации сопротивление резистора R4 составляет около 10 Ом. Резистор R4 также подключается к линии 19 грудины. В проводящем состоянии схема 70 на основе БТИЗ обеспечивает путь прохождения тока от линии 26 к резистору R4 и линии 19 грудины. Схема 71 возбуждения переключателя подключена к линии 42е управления и затвору БТИЗ схемы 70. Схема 71 возбуждения переключателя включает и выключает БТИЗ схемы 70 в соответствии с сигналом управления от схемы 10 управления, подаваемым на линию 42е управления. Кроме того, в данном варианте реализации схема 10 управления (Фиг. 4) включается для наблюдения за напряжением на резисторе R4 с помощью линий 72 и 73 в режиме кардиостимуляции. Схема 10 управления (Фиг.4) конфигурируется так, чтобы подать сигнал управления на линию 42е управления так, чтобы схема 71 возбуждения переключателя управляла БТИЗ схемой 70 в линейном режиме так, чтобы ток, проводимый БТИЗ схемой 70, можно было устанавливать на необходимом уровне. Эта технология названа в данном описании кардиостимуляцией постоянного тока, т.к. ток можно поддерживать на постоянном пиковом уровне независимо от изменений импеданса пациента от импульса к импульсу, и не регулируется по отношению к энергии разряда накопительного конденсатора 24. Схема 71 возбуждения переключателя описана ниже на основании Фиг.10.

В режиме дефибрилляции схема 50 источника тока выключается, и переключатели SW1 и SW2 включаются, чтобы генерировать первую фазу двухфазного импульса дефибрилляции. Как показано на Фиг.9, эта последовательность переключении генерирует двухфазный сигнал 90' дефибрилляции, причем первая фаза 93' положительна. Для генерации второй фазы переключатель SW2 выключается. Как описано выше для варианта реализации Фиг.5, выключение переключателя SW2 вызывает выключение переключателя SW1. Затем замыкаются переключатели SW3, SW4. В результате вторая фаза 93' Фиг.9 отрицательна. Переключатели SW1, SW2, SW3 включаются и выключаются в основном таким же образом, как описано выше для варианта реализации Фиг.5. Переключатель SW4 включается и выключается в основном таким же образом, как переключатель SW2.

В режиме кардиостимуляции включается схема 50 источника тока и переключатель SW4. Схема 50 источника тока под управлением схемы 10 управления (Фиг.4) обеспечивает желаемый уровень тока кардиостимуляции на линии 19 грудины. Как описано выше, ток кардиостимуляции обычно увеличивается на 5 мА в каждом последующем импульсе кардиостимуляции до тех пор, пока импульсы не достигнут достаточной силы для того, чтобы вызвать сокращение сердечной мышцы. Схема 10 управления (Фиг.4) управляет переключателем SW4 так, чтобы он включался на желаемую длительность импульса кардиостимуляции. Т.к. переключатель SW4 реализуется с помощью БТИЗ в данном варианте реализации (в отличие от ОТТ, изображенных на Фиг.5), переключатель SW4 сохраняет проводимость даже при относительно небольших токах импульсов кардиостимуляции. Таким образом, как показано на Фиг.9, импульсы 96 и 97 сигнала 91 отрицательны. Вариант реализации Фиг.8 имеет преимущество в том, что позволяет генерировать двухфазные импульсы дефибрилляции с первой положительной фазой и второй отрицательной фазой, а также позволяет генерировать отрицательные однофазные импульсы кардиостимуляции.

Альтернативно, схема 10 управления (Фиг.4) может быть сконфигурирована так, чтобы регулировать напряжение на накопительном конденсаторе 24 вместо управления током от схемы 50 источника тока. В этом альтернативном варианте реализации схема 10 управления (Фиг.4) оценивает напряжение на конденсаторе, необходимое для выработки желаемого тока кардиостимуляции на следующем импульсе кардиостимуляции. Кроме того, схема 50 источника тока работает в качестве переключателя. Таким образом, схема 71 возбуждения переключателя может быть такой же, как схема 52 возбуждения переключателя (Фиг.5). В данном варианте реализации сопротивление резистора R4 увеличивается до приблизительно 500 Ом или выше для обеспечения лучшего регулирования тока. В другом варианте реализации данной альтернативной техники регулирования напряжения на конденсаторе схему 50 источника тока можно заменить на обходную схему 40 (Фиг. 5), в которой применяется относительно недорогая релейная схема вместо сравнительно дорогой БТИЗ-схемы. Различия между техникой регулирования источника тока и техникой регулирования напряжения на конденсаторе более четко представлены на Фиг.11.

Фиг. 10 - это принципиальная схема, иллюстрирующая один из вариантов реализации схемы 71 возбуждения БТИЗ переключателя для смещения БТИЗ в линейную область, чтобы управлять током, проводимым БТИЗ. В этом варианте схема 71 возбуждения переключателя включает операционный усилитель 75, резисторы 76 и 77, конденсатор 78 и диод 79.

Схема 71 возбуждения переключателя скоммутирована следующим образом. Неинвертирующий входной вывод операционного усилителя 75 подключен к линии 42е управления. Выходной вывод операционного усилителя 75 присоединен к одному выводу резистора 76. Другой вывод резистора 76 подключен к затвору БТИЗ 70. Резистор 77 включен между инвертирующим входным выводом операционного усилителя 75 и стоком БТИЗ 70. Конденсатор 78 и диод 79 включены между выходным выводом и инвертирующим входным выводом операционного усилителя 75, причем диод 79 включен в направлении от инвертирующего входного вывода к выходному выводу операционного усилителя 75.

Схема 71 возбуждения переключателя использует схему обратной связи для управления БТИЗ 70, чтобы обеспечить работу в линейной области для вырабатывания заданного выходного тока. Схема 10 управления (Фиг.4) наблюдает за током на выходе БТИЗ 70 через резистор R4, как описано выше, и регулирует уровень напряжения сигнала управления на линии 42е управления так, чтобы достичь желаемого уровня тока. Конденсатор 78 обеспечивает работу схемы 71 возбуждения переключателя в режиме, аналогичном интегратору, причем входным сигналом является напряжение на стоке БТИЗ 70. Таким образом, когда напряжение на линии 42е управления равно нулю, выходное напряжение операционного усилителя 75 тоже равно нулю, что приводит к непроводимости БТИЗ 70.

Когда напряжение на линии 42е управления положительно по отношению к напряжению на инвертирующем входном выводе операционного усилителя 75, "интегратор" работает таким образом, что увеличивает напряжение на выходном выводе, что, в свою очередь, увеличивает проводимость БТИЗ 70 и повышает напряжение на его стоке. Т.к. напряжение стока по цепи обратной связи подается на инвертирующий входной вывод операционного усилителя 75, "интегратор" увеличивает выходное напряжение лишь до тех пор, пока напряжение на стоке не сравняется с напряжением на неинвертирующем входном выводе. Так эффект "виртуального заземления" операционных усилителей заставляет "интегратор" быстро привести напряжение на стоке в равенство с напряжением на линии 42е управления.

Симметрично противоположным образом, когда напряжение на линии 42е управления отрицательно по отношению к инвертирующему входному выводу операционного усилителя 75, "интегратор" работает таким образом, что уменьшает напряжение на его выходном выводе, что в свою очередь снижает проводимость БТИЗ 70 и быстро приводит напряжение стока БТИЗ 70 в равенство с напряжением на линии 42е управления. Диод 79 позволяет предотвратить превышение напряжением стока БТИЗ 70 напряжения затвора БТИЗ 70 на величину более порогового напряжения диода.

Таким образом, когда схема 10 управления (Фиг.4) желает увеличить выходной ток БТИЗ 70, схема 10 управления повышает напряжение на линии 42е управления. Как описано выше, увеличение напряжения на линии 42е управления приводит к увеличению выходного тока БТИЗ 75, которое затем обнаруживается схемой 10 управления (Фиг.4) при наблюдении за напряжением на резисторе R4. Когда выходной ток достигает заданного уровня, схема 10 управления (Фиг.4) может остановить увеличение напряжения на линии 42е управления. И наоборот, для уменьшения выходного тока БТИЗ 70 схема 10 управления (Фиг.4) снижает уровень напряжения на линии 42е управления, тем самым вызывая уменьшение выходного тока БТИЗ 70. Когда выходной ток достигает желаемого уровня, схема 10 управления (Фиг.4) прекращает уменьшение напряжения на линии 42е управления.

Фиг. 11 - схема алгоритма, обобщающая работу варианта реализации изобретения на основе Фиг.8 при генерации импульсов кардиостимуляции как при регулировании напряжения на конденсаторе, так и при регулировании источником тока. Шаги 80-82 описаны выше на основании Фиг.6. При технике регулирования напряжения на конденсаторе схема 10 управления (Фиг.4) выполняет шаги 83', 85', 87', 89', которые в основном аналогичны шагам 83, 85, 87 и 89, описанным выше на основании Фиг.6 (за исключением того, что вместо обходной схемы 40 применена схема 50 источника тока).

В технике регулирования тока на шаге 82 схема 10 управления (Фиг.4) управляет схемой 71 возбуждения переключателя для активации схемы 50 источника тока для выработки нужного тока для будущего импульса кардиостимуляции на шаге 84. Затем выполняют шаги 85' и 87', как и в технике регулирования напряжения на конденсаторе. На следующем шаге 88 схема 10 управления (Фиг.4) определяет поправку сигнала управления, необходимую для выработки желаемого тока кардиостимуляции на следующем импульсе. Как описано выше, ток кардиостимуляции обычно увеличивается со ступенями по 5 мА до тех пор, пока не будет достигнуто максимальное значение.

Фиг. 12 - принципиальная схема, иллюстрирующая реализацию Н-образного моста 14, в котором четыре БТИЗ-плеча и нет ОТТ-плеч, который имеет преимущества при применении для генерации двухфазных импульсов кардиостимуляции и двухфазных импульсов дефибрилляции на основе технологии постоянной энергии. Этот вариант реализации аналогичен варианту Фиг.8, за исключением того что схема 50 источника тока не применяется, а переключатели SW1, SW3 являются БТИЗ переключателями, в основном идентичными БТИЗ переключателю SW2. Кроме того, вместо схем 51 и 53 возбуждения переключателя (Фиг.5) для ОТТ-переключателей данный вариант реализации применяет схемы 51А и 53А возбуждения переключателя, в основном идентичные схеме 71 возбуждения переключателя (Фиг.10). В частности, схемы 51А и 53А возбуждения переключателя включают цепи, аналогичные схеме 71 (Фиг.10) для обеспечения работы БТИЗ в линейной области для управления током кардиостимуляции. Для генерации и импульсов дефибрилляции, и кардиостимуляции переключатели SW1-SW4 выключаются и включаются в той же последовательности, как описано для Фиг.8 при генерации импульсов дефибрилляции. Но при генерации импульсов кардиостимуляции схема 10 управления (Фиг.4) управляет уровнем тока каждого последующего импульса кардиостимуляции за счет работы БТИЗ переключателей SW1 и SW3 в линейной области. Применение БТИЗ переключателей во всех плечах Н-образного моста 14 позволяет обеспечить проводимость относительно малых токов кардиостимуляции и выдерживать относительно большие токи импульсов дефибрилляции.

Для генерации двухфазного импульса с положительной первой фазой и отрицательной второй фазой переключатели SW1 и SW2 включаются на время первой фазы при выключенных переключателях SW3, SW4. Отрицательная вторая фаза генерируется путем выключения переключателей SW1, SW2 и включения переключателей SW3, SW4. Наоборот, для генерации двухфазного импульса противоположной полярности (т. е. первая фаза отрицательная), во время первой фазы переключатели SW3, SW4 включаются, а переключатели SW1, SW2 выключаются. Положительная вторая фаза генерируется включением переключателей SW1, SW2 и выключением переключателей SW3, SW4.

На Фиг. 13 показаны два сигнала дефибрилляции (т.е. сигналы 90 и 90') и два сигнала кардиостимуляции (т.е. сигналы 91' и 91''), которые могут быть генерированы с помощью данного варианта реализации Н-образного моста 14 (Фиг. 12). Например, данный вариант реализации Н-образного моста 14 может генерировать двухфазный сигнал 90' дефибрилляции с положительной первой фазой 93' и отрицательной второй фазой 94'. Н-образный мост 14 (Фиг.12) может также генерировать двухфазный сигнал 90 дефибрилляции с отрицательной первой фазой 93 и положительной второй фазой 94. Н-образный мост 14 (Фиг.12) может также генерировать двухфазный сигнал 91' кардиостимуляции, в котором каждый двухфазный импульс имеет отрицательную первую фазу 98 и положительную вторую фазу 99. Н-образный мост 14 (Фиг.12) может также генерировать двухфазный сигнал 91'' кардиостимуляции, в котором каждый двухфазный импульс кардиостимуляции имеет отрицательную первую фазу 98' и положительную вторую фазу 99'.

Хотя это не показано на Фиг.13, специалисты в данной области техники поймут, что Н-образный мост 14 (Фиг.12) может также генерировать однофазные сигналы или даже многофазные сигналы при условии надлежащего управления переключателями SW1-SW4. В свете данного описания специалисты в данной области техники могут без излишнего экспериментирования разработать подходящее программное обеспечение или встроенную программу, которую может исполнять микропроцессор 20 схемы 10 управления (Фиг.4) для генерации нужных сигналов управления.

Фиг.14 - принципиальная схема еще одного варианта реализации Н-образного моста 14. Этот вариант аналогичен Фиг.12, за исключением того что он включает в себя схему 56 датчика тока, включенную между накопительным конденсатором 24 и линией 26, которая передает ток от накопительного конденсатора 24 к переключателям SW1-SW4. Этот вариант имеет преимущества в применении для генерации импульсов кардиостимуляции постоянного тока за счет линейной работы переключателей SW2 и SW4 (или, альтернативно, переключателей SW1 и SW3). Следовательно, схемы возбуждения переключателя, подключенные к переключателям SW2 и SW4 (или переключателям SW1 и SW3 альтернативного варианта), в основном идентичны схеме 71 возбуждения переключателя (Фиг.10).

В режиме дефибрилляции переключатели SW1-SW4 управляются таким образом, чтобы они работали в качестве переключателей (т.е. не в качестве источников тока). Для генерации двухфазного импульса дефибрилляции схема 10 управления (Фиг. 4) конфигурируется таким образом, чтобы включать и выключать переключатели SW1-SW4, как описано выше для варианта реализации согласно Фиг.12 без учета тока, измеряемого схемой 56 датчика тока.

Напротив, в режиме кардиостимуляции схема 56 датчика тока наблюдает за током, протекающим от накопительного конденсатора 24 к линии 26, и генерирует на линии 57 сигнал датчика тока, соответствующий уровню тока. Схема 10 управления (Фиг.4) подключена к линии 57, и она, на основе обнаруженного уровня тока, регулирует сигналы управления на линиях 42d и 42b так, чтобы БТИЗ переключатели SW2 и SW4 проводили требуемый уровень тока в каждой фазе импульса кардиостимуляции. Это может быть выполнено схемой 10 управления "на лету". Конечно, в альтернативном варианте реализации, когда переключатели SW1, SW3 работают в линейном режиме, схема 10 управления (Фиг.4) регулирует сигналы управления на линиях 42а и 42с таким образом, чтобы БТИЗ переключатели SW1, SW3 проводили заданный ток для каждой фазы импульса кардиостимуляции.

На Фиг. 15 изображен вариант реализации схемы 56 датчика тока. В данном варианте схема 56 датчика тока включает в себя трансформатор Т56, резистор 58 и усилитель 59. Первичная обмотка трансформатора Т56 включена так, чтобы она проводила ток от накопительного конденсатора 24 к линии 26. Таким образом, по мере протекания тока в первичной обмотке трансформатора Т56, пропорциональный ток течет во вторичной обмотке трансформатора Т56 и через резистор 58. Входы усилителя 59 подключены с обеих сторон резистора 58 так, что усилитель 59 генерирует на линии 57 выходной сигнал, уровень которого является функцией падения напряжения на резисторе 58. При известных характеристиках усилителя 59 и трансформатора Т56 схема 10 управления (Фиг.4) может вырабатывать надлежащие сигналы управления для управления током, проводимым переключателями SW2 и SW4, на уровне заданного тока кардиостимуляции.

Хотя здесь иллюстрирован и описан предпочтительный вариант реализации изобретения, очевидно, что могут быть внесены разнообразные изменения, не выходящие за рамки духа и буквы формулы настоящего изобретения. Например, линии управления 42с и 42d и переключатели управления SW31 и SW41 можно заменить на единую линию управления и управляющий переключатель для включения схем 53 и 54 возбуждения переключателя. Кроме того, хотя предпочтительная конструкция переключателей 31, 32, 33 и 34 описана выше, понятно, что можно разработать другие схемы переключателей, например, путем замены переключателя 32 на один БТИЗ с достаточным напряжением пробоя. Или можно применить дополнительные полупроводниковые переключатели в каждом плече для снижения напряжения, коммутируемого каждым переключателем. Для минимизации размеров и массы получаемой Н-образной мостовой схемы, однако, является предпочтительной конструкция, описанная выше. Следовательно, в пределах заявленной формулы изобретения очевидно, что изобретение можно претворить в жизнь иначе, чем описано здесь. Кроме того, хотя конфигурация Н-образного моста описана для схемы передачи энергии, можно применить другие схемы передачи энергии.

Реферат

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для генерации стимулирующих сигналов. Наружный дефибриллятор/кардиостимулятор включает в себя выходную схему с четырьмя плечами, организованными в виде Н-образного моста. Каждое плечо Н-образной мостовой схемы включает в себя переключатель. В режиме дефибрилляции пары переключателей в Н-образной мостовой схеме выборочно включают для генерации двухфазного импульса дефибрилляции. Три из четырех переключателей являются однооперационными триодными тиристорами (ОТТ). Схемы возбуждения затворов связаны с ОТТ для смещения ОТТ напряжением, позволяющим ОTT реагировать на сигналы управления. Четвертый переключатель включает в себя биполярный транзистор с изолированным затвором (БТИЗ). Схема возбуждения затвора соединена с затвором БТИЗ и обеспечивает медленное и быстрое отключение БТИЗ. В режиме кардиостимуляции применяют шунтирующую схему или схему источника тока для обеспечения току пути обхода переключателя на основе ОТТ, который невозможно перевести в открытое состояние относительно малым током импульсов кардиостимуляции. Один из ОТТ можно заменить на БТИЗ для обеспечения генерации импульса кардиостимуляции противоположной полярности по отношению к первой фазе импульса дефибрилляции. Устройство обладает расширенными возможностями. 3 с. и 20 з.п.ф-лы, 15 ил.

Формула