(57)【要約】  除細動パルスに対する電流制限器は、前記除細動パルスにより電力供給され、過剰電流条件が存在する場合に電流供給経路を開放及び閉鎖に切替える。前記過剰電流条件は、前記電流制限器のセンスレジスタにより感知される。制御される電流は、過剰電流条件の間に所定の電流レベルの周りの範囲で変化する電流を供給するインダクタにより供給される。前記電流制限器は、前記除細動パルスのエネルギをほとんど浪費せず、したがって、除細動器により生成されるエネルギのほとんどが前記患者に供給される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者電極に結合されるように設計された第１及び第２の除細動パルス出力部を持つ除細動器により生成された除細動パルスに対する電流制限器において、
前記第１の除細動パルス出力部及び患者電極に結合された切替え回路、センスレジスタ及びインダクタと、
前記第１の電極出力部に結合され、前記切替え回路に対して動作電位を供給する供給電圧源と、
前記センスレジスタの両端間の電圧に応答して過剰電流の条件の間に前記切替え回路を切替える制御回路と、
を有し、
前記制御回路が、前記出力電極に対する過剰電流の供給を防止するように過剰電流条件の間に前記切替え回路を切替える、
電流制限器。
【請求項２】
前記切替え回路が、前記過剰電流の条件の間に開放及び閉鎖に切替えられる半導体スイッチを含む、請求項１に記載の電流制限器。
【請求項３】
前記半導体スイッチが、ＩＢＧＴ装置を有する、請求項２に記載の電流制限器。
【請求項４】
前記切替え回路、前記センス回路及び前記インジケータが、前記第１の除細動パルス出力部と患者電極との間に直列に結合される、請求項１に記載の電流制限器。
【請求項５】
前記第１の除細動パルス出力部が、二相パルスの第１の相の供給中に正になる出力であり、前記患者電極が、心尖患者電極を有する、請求項４に記載の電流制限器。
【請求項６】
前記制御回路が、所定の電流制限が達成された後に前記切替え回路を切替えるように動作し、前記所定の電流制限の周りの前記電流制限器により生成された出力電流を切替えるように更に動作する、請求項１に記載の電流制限器。
【請求項７】
電流制限の間に生成された出力パルスレベルを平滑化するために結合されたフィルタキャパシタを更に有する、請求項６に記載の電流制限器。
【請求項８】
前記インダクタが、前記切替え回路が非導通状態に切替えられる場合に電流を調達するように動作する、請求項１に記載の電流制限器。
【請求項９】
前記供給電圧源が、前記切替え回路に対して動作電位を供給するように除細動パルスにより電圧印加される、請求項１に記載の電流制限器。
【請求項１０】
二相除細動パルスの負になる相の間に前記電流制限器をバイパスするように動作するバイパスダイオードを更に有する、請求項１に記載の電流制限器。
【請求項１１】
前記電流制限器が、前記二相除細動パルスの正になる相の間にのみ動作する、請求項１０に記載の電流制限器。
【請求項１２】
二相除細動パルスの供給中に患者に供給される電流を制限する方法において、
切替え回路を介して二相除細動パルスを印加するステップと、
前記除細動パルスにより供給される電流が所定の制限を超過する場合に前記切替え回路を非導通にさせるステップと、
前記除細動パルスにより供給される電流が前記所定の制限より下に落ちる場合に前記切替え回路を再び導通にさせるステップと、
前記除細動パルスにより供給される電流が前記所定の制限より下にとどまる場合に前記切替え回路の切り替えを終了するステップと、
を有する方法。
【請求項１３】
前記切替え回路が、前記除細動パルスのエネルギにより電圧印加される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記切替え回路が、センスレジスタを更に含み、
前記切替え回路を非導通にさせるステップが、前記センスレジスタを通る電流が所定のレベルを超過する場合に達成される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記切替え回路を再び導通にさせるステップが、前記センスレジスタを通る電流が前記所定のレベルより下に落ちる場合に達成される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記印加される二相除細動パルスのエネルギで前記切替え回路に電圧印加するステップを更に有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
二相除細動パルスの正になる相の間にのみ非導通及び再び導通になるように前記切替え回路を作動するステップを更に有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記二相除細動パルスの負になる相の間に前記切替え回路をバイパスするステップを更に有する、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、心停止を経験している患者の蘇生のための除細動器に関し、特に、患者に対する過剰な除細動電流の供給を防止する回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動体外式除細動器（ＡＥＤ）は、心室細動（ＶＦ）又は心室頻拍（ＶＴ）のような不整脈を経験している患者において通常のリズム及び収縮機能を回復するために心臓に高電圧インパルスを供給する。手動除細動器、植え込み型除細動器及び自動体外式除細動器を含む除細動器の幾つかのクラスが存在する。ＡＥＤは、除細動が必要であるかどうかを決定するために心電図（ＥＣＧ）リズムを自動的に解析し、ＣＰＲが患者に施される期間が後に続く適切なエネルギレベルのショックシーケンスのような適用処置を提供するように事前にプログラムされている点で手動除細動器とは異なる。したがって、ＡＥＤは、広範囲の医療トレーニングを積んでいない救助者による使用に適している。手動除細動器は、患者のＥＣＧ波形を読み、ショックが適切であるかどうかを決定し、次いで適切なショックシーケンス及びエネルギレベルを供給するように前記除細動器を設定することができる経験を積んだ救命士により使用される。
【０００３】
現在使用されている最も効率的な除細動ショック波形の１つは、二相波形である。二相波形を生成する除細動器は、例えば米国特許５７３５８７９（Gliner他）及び６０４７２１２（Gliner他）に記載されている。これらの特許に記載される除細動器において、供給回路は、２つの除細動器電極間の患者の胸部により示されるインピーダンスである前記患者のインピーダンスに対して調整された二相波形を生成する。これらの特許に説明されるように、治療的に効果的なショック波形の供給のために制御されるべきである複数の二相波形の特徴が存在する。これらの特徴の多くは、患者インピーダンスの関数である。例えば図１を参照すると、二相波形１０が示される。この波形は、所望の初期電圧Ｖiを示し、前記波形の正相の間にＶφ1eの電圧レベルまで下がるように制御される。正相１２は、Ｔφ1の持続時間を持つ。波形１０の負相１４は、Ｖφ2sの開始負電圧を持ち、Ｖfの最終電圧レベルまで下がる。このパルスの負相は、Ｔφ2の持続時間を持つ。これらの波形パラメータの幾つかを所定の制限内に維持することが望ましい。例えば、正相１２は、短すぎない持続時間Ｔφ1を持つべきであり、所定の範囲内である第１の相持続時間Ｔφ1及び第２の相持続時間Ｔφ2の比が存在すべきである。前記パルスの相が短すぎる場合、これは、心臓の細胞応答時間、クロナキシ時間より短い。開始電圧レベルＶiの前記第１の相の終了時におけるレベルＶφ1eまでの低下は大きすぎ、これによりかなりの量の供給エネルギが、前記第２の相の間の供給のために残される。初期開始電圧レベルＶiと最終パルス電圧レベルＶfとの間の制御される関係も存在すべきである。
【０００４】
これらのパラメータは、図２に示されるように患者インピーダンスにより影響を受ける。パルス波形が低インピーダンスの患者に印加される場合、エネルギは、望まれるより急速に供給される。例えば、前記ショックのエネルギは、主に第１の相１２の間に低インピーダンス患者に対して供給されることができ、この結果、図２に示されるように前記第１の相の間の前記波形の急勾配の低下を生じる。電圧レベルＶφ1eは、第１の相１２の終了時において非常に低く、非常に少ないエネルギが第２の相１４の間に供給されることを可能にする。したがって、前記第２の相の持続時間Ｔφ2は、図が示すように非常に短い。したがって、前記電圧レベル及び持続時間の比は、治療的に効果的なパルスに対する許容可能な制限の外側である。
【０００５】
低患者インピーダンスにより引き起こされる他の問題は、高レベルの電流である。初めに電流Ｉiは、エネルギが前記低インピーダンス患者の胸部を急速に流れるので非常に高い。過剰な電流レベルは、前記患者に損傷を与える可能性がある。したがって、これらの過剰な電流レベルの供給を防止することが望ましい。
【０００６】
この問題に対する単純な解決法は、電流制限インピーダンスＲclを前記低インピーダンス患者の患者インピーダンスＲpatと直列に使用することである。したがって、除細動器１は、電流がこの直列インピーダンスにより制限される波形を供給する。しかしながら、この解決法は、幾つかの欠点を持つ。１つは、大量のエネルギがこのインピーダンスを通して浪費される可能性があることである。例えば、電流制限インピーダンスＲclが２０オームであり、患者インピーダンスＲpatが１０オームしかない場合、前記供給エネルギの３分の１のみが、前記患者の心臓に供給される。前記救命士は、特定のエネルギレベルのパルスを供給するように前記除細動器を設定することができるが、当該エネルギの一部のみが実際に前記患者に供給される。更に、この電流制限インピーダンスは、全ての患者に対するパルスの供給に影響を与え、電流制限インピーダンスＲclが必要とされない場合に高インピーダンス患者を対象とするエネルギを浪費する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、過剰電流問題が、前記患者を対象とするエネルギを浪費せず、過剰電流の問題を示さない患者に対するエネルギの供給に影響を与えないような形で解決されることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の原理によると、除細動波形に対する電流制限器が提供され、これは、患者を対象とするエネルギのかなり多くの量を浪費することなく低インピーダンス患者に対する電流を制限する。前記電流制限器は、二相パルスの供給中に過剰電流条件により起動される切替え回路を含み、前記エネルギの供給を切替えることによりピーク電流を制限する。項インピーダンス患者に対して、前記電流制限器は、軌道されず、波形の供給は、前記電流制限器回路から如何なる効果も受けずに進行する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図４を参照すると、本発明の原理により構成された除細動器に対する電流制限器２０が示される。この例において、電流制限器２０は、既存の除細動器に容易に適合可能であり、前記除細動器又は他の装置に対する特別な接続を必要としないと意図される。したがって、本例における前記電流制限器は、前記除細動器の電極接続の外部に完全に含まれ、除細動器電圧Ｖdefibにより表され、電力又は制御信号に対して特別な接続を持たない。本例における電流制限器２０は、既存の除細動器電極ラインに接続し、前記回路は、除細動器パルスにより全体的に電力供給される。本例において、前記電流制限器回路は、前記電極ラインの一方、二相ショック波形の第１の相の間に正になる"心尖（apex）"ラインと直列に結合される。前記回路は、"胸骨（sternum）"ライン、前記二相ショックの第２の相の間に負になる電極ラインにも結合される。
【００１０】
二相ショック波形の第１の相１２の間に前記胸骨電極ラインに対して正になる前記心尖電極ラインは、スイッチＳｗに結合される。スイッチＳｗは、患者インピーダンスＲpatにより表される前記患者にエネルギを供給するために前記第１の相の開始時にスイッチＳｗを閉じる制御信号Ｃｔｒｌ1により制御される。前記二相パルスの前記第１の相は、センスレジスタＲsen及びインダクタＬを介して供給される。センスレジスタＲsenは、前記患者に供給される電流を感知し、前記電流が過剰になる場合に、前記センスレジスタの両端間の電圧降下が、スイッチＳｗを開かせ、前記電流を遮断する。インダクタＬの磁場により蓄えられたエネルギは、フィルタキャパシタＣfにより蓄えられたエネルギにより助けられて、この時間の間に前記患者に対してエネルギを調達し続ける。センスレジスタＲsenとインダクタＬとの間のノードは、前記二相波形の第１の相の間に、制御信号Ｃｔｒｌ2により前記第１の相の間にフライバックスイッチＳfbの閉鎖により前記胸骨ラインに接続される"フリーホイーリング（free-wheeling）"又はフライバックダイオードＦＢにより負になることが防止される。前記フライバックスイッチの閉鎖は、インダクタＬ及び患者インピーダンスＲpatを含むループ回路をも完成する。前記電流が許容可能なレベルまで降下する場合、センスレジスタＲsenにより感知されるので、スイッチＳｗは、再び閉じ、除細動器エネルギは、センスレジスタＲsen及びインダクタＬを介して除細動器Ｖdefibから患者Ｒpatまで再び供給される。このスイッチＳｗのオン及びオフの循環は、公称電流制限Ｉnomの周りで続行し、これによりピーク除細動器電流をこのレベルに効果的に制限する。供給される波形におけるリップルは、フィルタキャパシタＣｆにより滑らかにされる。生成される電圧が、過剰電流が生成されるレベルより下に降下するように、十分なエネルギが、前記除細動器により供給される場合、過剰電流がもはやセンスレジスタＲsenにより感知されないので、スイッチＳｗは閉じたままである。前記二相波形の前記第１の相は、前記除細動器により制御されるのでタイムアウトし、前記第２の負相は、通常通り進行する。前記第２の相の間に、前記心尖ライン内の直列要素が、前記負相の間に順方向にバイアスされるバイパスダイオードＢＰによりバイパスされ、フライバックダイオードＦＢが制御信号Ｃｔｒｌ2によりスイッチＳfbの開放により前記胸骨ラインから切断されるので、前記電流制限器回路は、動作しない。
【００１１】
この動作を説明する波形は、図５ａ−５ｃに示される。図５ａの波形３０は、スイッチＳｗを開閉する制御信号Ｃｔｒｌ1を示す。二相パルス波形の第１の相１２の開始ｔ0において、この制御信号は、図５ａにおいて正になる信号３０により示されるようにスイッチＳｗを閉じる。この時間の間に、前記除細動器及び電流制限器回路２０により供給される電流は、図５ｂの電流波形３２により示される急速に上昇する。スイッチＳｗは、公称電流レベルＩnomより上の過剰電流レベルが感知され、スイッチＳｗが開き、前記除細動器からの電流が停止し、前記電流が、時間ｔ1とｔ2との間の低下する電流レベルにより示されるように低下する。時間ｔ2において、前記電流は、レベルＩnomの下まで低下し、制御信号Ｃｔｒｌ1は、制御信号３０により示されるように再びスイッチＳｗを閉じる。スイッチＳｗ及び前記電流の切替えは、前記除細動器により供給される電流が永久にレベルＩnomの下まで降下し、このときスイッチＳｗが閉じたままであり、二相波形供給が前記電流制限器の動作無しで続行するようになるまでこのように続行する。電流制限の期間中に、前記供給される波形は、図５ｃの波形３４に示されるように前記フィルタキャパシタにより滑らかにされる。
【００１２】
図６は、本発明の電流制限器回路の他の例をブロック図形式で示す。この例は、図７において回路構成要素の詳細を示される。除細動器１は、"心尖"及び"胸骨"とマークを付けられた２つの従来の電極リードを持つ。本例の前記心尖リードは、二相パルスの前記第１の相の間に正になり、ローカル電源４０に対する入力部において前記電流制限器回路に接続される。ローカル電源４０は、二相除細動パルスの正になる第１の相の電圧により電力供給される。この時間の間に、ローカル電源４０は、前記電流制限器の構成要素に対して電圧印加電位を提供する。制御回路４２は、ローカル電源４０により電力供給され、センス回路から他の入力を受け、これら２つの入力は、スイッチＳｗを開く又は閉じるのに使用される制御信号を生じる。センス回路４４は、患者インピーダンスＲpatにより表される患者及びインダクタＬに供給される電流を感知するセンスレジスタＲsenの両端間に結合される。センスレジスタＲsenを通る電流が、前記センス回路により設定された閾値を超過する場合、出力信号は、制御回路４２にスイッチＳｗを開けさせ、インダクタＬに対する電流の流れを停止する。この出力信号は、また、前記フライバックダイオードに対するスイッチＳfbを閉じ、これにより誘導磁場が前記患者に対して電流を調達し続けるので、ダイオードＦＢは、インダクタＬ及び患者インピーダンスＲpatを含む回路を完成する。スイッチＳｗの切替えは、供給される電流が前記二相パルスの正になる部分のバランスのために前記センス回路の閾値の下に落ちるまでこのように続く。前記負相の間、バイパスダイオードＢＰは、前記電流制限器をバイパスし、スイッチＳfbは、前記胸骨ラインからフライバックダイオードＦＢを切断する。
【００１３】
図７の構成要素レベルの図において、ローカル電源４０が、調整された出力電圧レベルを設定するツェナーダイオードを含むことがわかる。前記ローカル電源の出力電圧は、Ｖrefとマークを付けられる導体におけるローカル基準電位を基準にされる。このローカル基準電位導体は、センスレジスタＲsenの片側に結合される。前記ローカル電源の出力電圧は、レジスタＲ1及びＲ2によりスイッチＳｗのゲートに印加され、本例において、前記スイッチは、ＩＧＢＴ半導体スイッチである。ローカル電源４０からの電圧は、前記ＩＧＢＴを導通状態にさせ、除細動器１からのエネルギをインダクタＬに結合する。センスレジスタＲsenの両端間における結果として生じる電圧降下は、フライバックダイオードＦＢに対する制御回路４４に印加され、制御回路４４は、ＩＧＢＴ４６を含み、前記ＩＧＢＴを導通にさせ、センスレジスタＲsenとインダクタＬとの間のノードに対して前記フライバックダイオードを結合する。前記ローカル電源電圧は、ＳＣＲに対して使用される電圧閾値Ｖthとして示されるサイダクタ（siddactor）４２にも結合される。前記サイダクタは、前記ローカル電源からの電圧レベル及びセンスレジスタＲsenの両端間の電圧が、サイダクタ４２の電圧閾値Ｖthを超過するような時間まで非導通のままである。これが起こる場合、前記ＳＣＲは、導通になり、前記ローカル電源の出力をセンスレジスタＲsenとインダクタＬとの間のノードにクランプする。センスレジスタＲsenとインダクタＬとの間のノードに対する前記ローカル電源の出力のこのクランプは、供給電流をＩＧＢＴ  Ｓｗから逸らし、ＩＧＢＴ  Ｓｗが開き、前記患者に対する二相パルス電流の供給を切断する。インダクタＬは、磁場に蓄えられたエネルギからこの時間における前記患者に対する電流供給を維持し続ける。したがって、前記患者に供給される波形において突然の降下は存在しない。エネルギ供給は、フィルタキャパシタＣfにより蓄えられたエネルギによりこの時間において更に援助される。前記サイダクタによりこのクランプは、レジスタＲ1の値により設定される前記ＳＣＲの"保持"電流が維持される限り続く。前記フライバックダイオードは、制御回路４４のレジスタ及びキャパシタに対して一定である時間だけ閉じたままであるＩＧＢＴ４６の閉鎖により接続されたままである。センスレジスタＲsenの両端間の電圧が低下し、これによりサイダクタ４２の閾値がもはや超過されず、前記ＳＣＲの保持電流がもはや満たされない場合、前記サイダクタのクランプは開き、ＩＧＢＴスイッチＳｗは、電源４０により再び閉じられることができ、このサイクルが続く。
【００１４】
ＩＧＢＴスイッチＳｗの切替えは、印加される除細動パルスの電圧レベルが、前記ＳＣＲクランプを切替え、前記ＩＧＢＴを非導通にするのに不十分であるレベルまで降下するまで、このように続く。前記二相パルスの正相は、この場合、通常の形で終了し、前記電流制限器回路は、前記二相パルスの負相の間、バイパスダイオードＢＰによりバイパスされる。電源４０は、前記二相パルスの負になる層の間に閉じられたＩＧＢＲスイッチＳｗをもはやバイアスせず、閉じられた前記フライバック回路のＩＧＢＴ４６を維持するためにセンスレジスタＲsenの両端間に電圧が生じない。したがって、前記電流制限器は、前記二相パルスの負になる層の間にインアクティブ（inactive）である。本例において、前記除細動パルスにより前記電流制限器に印加される全ての電流が、インダクタＬを通り、前記患者に対して流れることしかできない。このレギュレータは、Ｉnomの周りの電流レベルの狭い範囲内で切替え、結果として、印加される除細動パルスエネルギの非常に少量が、前記電流制限器回路により浪費される。
【００１５】
本発明の除細動パルス電流制限器の効果は、図８ａ及び８ｂを参照して理解されることができる。（図２と比較する）図８ａにおいて点線１００により示されるように過剰電流レベルＩexに到達し、急速に低下する正になるパルスの代わりに、前記二相パルスの正になる相１１２は、電流レベルＩnomが到達されるまで上昇し、このとき、パルス出力電流は、およそＩnomレベルに制限される。電流制限は、前記パルスの出力電流がＩnomレベルより下に落ちて、電流制限が終了する時間Ｔleまで続く。パルス１１２は、次いで、時間ｔφ1における第１の相パルスの終了まで、前記パルスの部分１１６により示されるように標準的な減衰で低下する。前記第１の相パルスのこの終了レベルにおいて、大量のエネルギが、前記二相パルスの第２の相１１４の間に供給されるように残される。
【００１６】
図８ｂは、高インピーダンス患者に印加される二相パルスが、前記電流制限器が出力電流を制限し始める臨界閾値Ｉnomに到達しないことが示される。したがって、図８ｂの二相パルス１２、１４は、前記電流制限器回路の切替え効果無しで通常の形で供給される。
【００１７】
本発明の電流制限器は、ＡＥＤ又は手動動作除細動器のいずれかで使用されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】二相除細動波形を示す。
【図２】低インピーダンス患者に供給される二相波形を示す。
【図３】患者インピーダンスと直列に電流制限インピーダンスを持つ除細動器を示す。
【図４】本発明の原理により構成された除細動電流制限器を示す。
【図５ａ】図４の電流制限器の動作を説明するのに使用される波形を示す。
【図５ｂ】図４の電流制限器の動作を説明するのに使用される波形を示す。
【図５ｃ】図４の電流制限器の動作を説明するのに使用される波形を示す。
【図６】本発明の原理によって構成される電流制限器の第２の例である。
【図７】図６の電流制限器回路の詳細な図である。
【図８ａ】本発明の除細動器に典型的な波形を示す。
【図８ｂ】本発明の除細動器に典型的な波形を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【国際調査報告】
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