Устройство для проведения наружной кардиостимуляции и двухфазной дефибрилляции

Устройство для проведения наружной кардиостимуляции и двухфазной дефибрилляции

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.

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