(57)【要約】  【解決手段】自己試験回路（１、２、３、４、５、８、９）を有する可搬型除細動器において、自己試験中に１つのコンデンサ又はコンデンサ列（４）からの電気エネルギーを再充電可能な電池（１）に電荷回収する受電回路（５、８）へ放電し、電池内の元の電荷を長持ちさせる。または比較的に高オーム値／低ワット値の抵抗器装置（21）を含む電荷受領回路（I1−I4、S1−S3、21）を設け、比較的長い時間に亘って放電を行い、ヒートシンクの必要性を排除する。抵抗器装置（21）を単一の高値抵抗器又は２以上の低値抵抗器のネットワーク（21a）とすることができる。また自己試験中の放電電気エネルギーを再充電可能な電池へ回収するか又は抵抗器へ放出する選択的スイッチ装置（５、I1−I4、S1−S3、21）を提供する。改良例では、複数コンデンサの列（４）を循環的に接続して自己試験を行い、１のコンデンサの放電エネルギーを列中の次の後続コンデンサ内へ放電する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセッサと関連自己試験回路（１、２、３、４、５、８及び９）とを備え、自己試験時に１つのコンデンサ又は複数コンデンサの列（４）から電気エネルギーを電荷受領回路（５、８及び２）へ放電させ、その受領回路によりエネルギーを再充電可能な電池電源（１）へ回収し、これにより前記電池電源内の元の電荷を長持ちさせてなる可搬型除細動器。
【請求項２】
プロセッサと関連自己試験回路（１、２、３、４、５、９、21及び21a）とを備え、１つのコンデンサ又は複数コンデンサの列（４）から自己試験用の電気エネルギーを比較的高オーム値／低ワット値の放電抵抗器装置（定義による）（21、21a）を有する電荷受領回路（I1−I4、S1−S3、21、21a）へ放電させ、放電を比較的長い時間に亘り行わせてなる可搬型除細動器。
【請求項３】
請求項２の除細動器において、前記高値の抵抗器装置に単一の高値抵抗器（21）を含めてなる可搬型除細動器。
【請求項４】
請求項２の除細動器において、前記高値の抵抗器装置に２つ以上の低値抵抗器のネットワーク（21a）を含めてなる可搬型除細動器。
【請求項５】
請求項１の電荷受領及び回収回路と請求項２及び／又は請求項３若しくは請求項４の高値放電抵抗器装置との組合せを有し、更に除細動器の回路中に自己試験時の放電電気エネルギーを再充電可能な電池電源（１）へ直接に回収するか又は高値放電抵抗器装置（21、21a）へ回収するかの選択的スイッチングの許容手段（５、I1−I4、S1−S3、21）を設けたことを特徴とする可搬型除細動器。
【請求項６】
請求項１から５の何れか一つによる除細動器において、自己試験を複数コンデンサの列（４）に対し循環式に行い、１つの自己試験に対して１つのコンデンサを予め定めたエネルギーレベルに達するまで完全に充電すると共に列内の他のコンデンサを充電しないか又は部分的にのみ充電し、次いで自己試験中の放電の後に列内の次のコンデンサを次回の自己試験時の放電に向けて完全に充電し、このサイクルを順次反復することを特徴とする可搬型除細動器。
【請求項７】
請求項１から６の何れか一つによる除細動器において、複数コンデンサの列（４）内の１つのコンデンサを請求項６のコンデンサ循環式により完全に充電し、自己試験時の放電を前記次のコンデンサ内へ行い、以下同様にして複数コンデンサ列内の全てのコンデンサを実質上単一の入力電源から充電及び放電することを特徴とする可搬型除細動器。
【請求項８】
請求項１から７の何れか一つによる除細動器において、自己試験時の放電パルスの特性の測定をコンデンサ回路内の測定回路（M3、M4、M5、M6）の利用により行うことを特徴とする可搬型除細動器。
【請求項９】
請求項１から８の何れか一つによる除細動器において、自己試験時の放電パルスの特性の測定を受取り回路内の測定回路（M1、M2）の利用により行うことを特徴とする可搬型除細動器。
【請求項１０】
添付図１から５の何れかを参照して実質上本文に説明した可搬型除細動器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は可搬型除細動器に関する。
【背景技術】
【０００２】
よく知られているように除細動器は、心室細動や脈なし心室頻拍等の一定の心臓異常状態を処置する為に使われる治療装置であり、患者の胸に取付けた電極対を介して一つ以上の高エネルギー電気パルスをコンデンサ列から患者の体内へ放電する。このパルスが複雑な波形であること、及び患者の状態を評定した後の特定時点に除細動器によりこのパルスを自動的に又は手動により印加する必要があることのため、除細動器回路の全体を規則的な時間間隔で試験し救命パルスが安全且つ効果的に印加されるのを保証することが不可欠である。従来はこの保証を、患者体内に放電されるべきパルスを模擬するために、そのパルスを典型的には50オームの負荷抵抗器を通して放電させることにより行ってきた。
【特許文献１】米国特許第６２６６５６２号明細書
【特許文献２】米国特許第６１４１５８４号明細書
【特許文献３】米国特許第５２４９５７３号明細書
【特許文献４】米国特許第５８００４６０号明細書
【特許文献５】米国特許第６０７３０８５号明細書
【特許文献６】米国特許第６１６９３８７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、放電される電気エネルギーが極めて大きく（ほぼ360ジュールにまでも達する）、しかも極めて短時間（典型的には５ないし10ミリ秒）内に印加されるため、負荷抵抗器のピーク電力責務が相当大きくなり72kW（５ミリ秒間に360ジュール）を超える。その結果、放電中に放電抵抗器内で大量の抵抗発熱が生じ、通常はその周囲にヒート・シンクを設け、その目的用の放熱羽根としてアルミニウム又は銅製のスリーブが利用されている。
【０００４】
このような従来の自己試験方法の利用に伴う他の結果は、放電抵抗器が物理的にかなり大きくなり回路装置ハウジングの相当部分を占め、従来型のヒート・シンクの使用と相俟って除細動器を大型化し、重量物としての取扱いを要するだけでなく、製作・保守の費用を増大させる。更に悪いことに、放電抵抗器への一回の完全な放電は電池電源に相当大きな消耗、例えば一回の自己試験ごとに400ジュールまでもの放電損失を生じさせる。このことは、比較的大きな電池電源を必要とし、それが更に重量と寸法を増大させ、従って除細動器の可搬性を低下させる。
【０００５】
本発明は部分的に、次の知見即ち、予測されるパルス特性（projected pulse characteristic）を算出するプロセッサの使用により、例え相当長い時間に亘って放電させても、必要な時点における救命パルスの印加可能性に係る除細動器性能を正確に評価するための自己試験において、パルスをそれほど短時間内に放電しなくてもよいようにできる旨の知見に基づく。更にまた。比較的小型・軽量の除細動器を提供し、それにより製造・保守費を低減する有利な効果を奏する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、本発明の第１面によれば、プロセッサと関連自己試験回路とを備え、自己試験時に単一のコンデンサ又は複数コンデンサの列（４）から電気エネルギーを電荷受領回路（５、８及び２）へ放電させ、その受領回路によりエネルギーを再充電可能な電池電源（１）へ回収し、これにより電池電源（１）内の元の電荷を長持ちさせてなる可搬型除細動器が提供される。
【０００７】
本発明の代替的な第２面によれば、プロセッサと関連自己試験回路とを備え、自己試験時に単一コンデンサ又は複数コンデンサの列から自己試験用の電気エネルギーを比較的高オーム値／低ワット値の放電抵抗器装置（以下、「高値抵抗器装置」ということがある。）を有する電荷受領回路へ放電させ、比較的低オーム値／高ワット値の抵抗器（以下、「低値抵抗器」ということがある。）及び関連ヒート・シンクを使う従来方法に比し相対的に長い時間に亘り放電を行うようにした可搬型除細動器が提供される。高値抵抗器装置を単一の高値抵抗器としてもよいが、この概念の改善としてその代わりに２つ以上の低値抵抗器のネットワークを用いて、除細動器が自己試験中に放電する電気的パルスに対し比較的高い全体的抵抗を集合的に提供してもよい。
【０００８】
以下の説明から理解できるように、本発明の第１面及び第２面の概念は同一装置内に有利に組む込むことができ、次の選択的切換許容手段、即ち、除細動器が再充電可能電池電源により駆動されるか否かに応じ、その再充電可能電池電源が除細動器内に存在する場合にコンデンサ放電パルスをその再充電可能電源へ直接に戻して回収するか又は高値抵抗器装置へ差向けるかの選択的切換許容手段を回路内に設けてもよい。この切換は、例えばマイクロコントローラの使用により又は手動スイッチ内蔵の他の手段により実施してもよい。
【０００９】
本発明の第１面による再利用回路選択肢は、再充電可能な電池が使用されており且つ電池が充電されていない時に自己試験が行なわれるためエネルギー保存が必要な場合に選択される。ここで、切換回路が自己試験コンデンサ放電パルスをDC−DC変換回路経由で電池へ戻すように差向ける。自己試験中のパルス特性の測定は、回路のコンデンサ端末で１つ以上のコンデンサの電荷若しくは電圧降下を測定することによって行なわれるか又は再利用段階において行なわれる。
【００１０】
コンデンサ放電パルスを高値抵抗器手段へ切換える選択肢は、電池が再充電不能の一次電池である場合、又は再充電可能な電池が例えば主電源のような他の電源から充電中に自己試験が行なわれる場合において、電池エネルギーの保存が不要又は不可能である時に使用される。この場合において、切換回路はコンデンサからのコンデンサ放電パルスを高値抵抗器手段へ差向けるが、その抵抗器装置は単一の高値抵抗器であるか、又は二つ以上の低値抵抗器のネットワークであって集合的に設計された高オーム値／低ワット値の抵抗器であるかの何れでもよく、その差向けられた期間中、放電パルスの特性の測定が回路のコンデンサ側端末において１つ以上のコンデンサの電荷若しくは電圧降下の測定によって行なわれるか、又は負荷段階即ち前記高値抵抗器手段の両端の間において行なわれる。
【００１１】
本発明の第３面においては自己試験を複数コンデンサの列により循環式に行い、１回の自己試験に対しては１つのコンデンサを予め定めたエネルギーレベルに達するまで完全に充電するが、その列の残余のコンデンサは充電しないか又は部分的にのみ充電し、次いで自己試験中の放電に続けて次回自己試験に向けて列内の次の後続コンデンサを完全に充電し、このサイクルを順次反復する。
【００１２】
本発明の第４面においては、複数コンデンサ列内の１つのコンデンサを本発明の第３面のコンデンサ循環式により完全に充電するが、自己試験時の放電を次の後続コンデンサ内へ行い、以下同様にして複数コンデンサ列内の全てのコンデンサに対し実質的に単一の入力電源のみからの充電及びその電源のみへの放電を行なう。従って、複数コンデンサ列内に４つのコンデンサがある場合には、自己試験に要するエネルギーが、コンデンサ漏洩損失前の値で、コンデンサ列全体の同時自己試験のそれに比して僅か25％に減少する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図に示す実施例を参照して本発明を説明する。
【００１４】
図１は、本発明の第１実施例による可搬型除細動器に使用する回路のブロック図であり、再充電可能な電池電源１、及び一面において典型的には12ボルトの電池電源１からの低電圧電流を充電制御回路３向けの典型的には500ボルトの高電圧電流に変換するスイッチ・モードDC−DC変換器２を有し、その高電圧電流はコンデンサの列４を以下に説明する態様で例えば80Aパルスの送出に必要なエネルギーレベルまで充電する為に使われる。コンデンサの列４は出力切替回路５へ接続され、その回路５はコンデンサの列４からの放電を、一定の所定パラメータの充足時に電極７の対を経由して患者へ電気的パルス放電の為に自動外付け除細動器（AED、Automated External Defibrillator）コネクタ６へ送出するか、又はその代りに以下に説明する態様によりDC−DC変換器２経由で電池１へ回収パルス放電の為に回収回路８へ送出する。
【００１５】
除細動器はまた中央処理ユニットプロセッサ９を有し、心電図（ECG、Electro-Cardiogram）監視回路10からの信号を受信して処理すると共に以下の他機能を実行する。プロセッサ９は、衝撃投与可能な律動（例えば心室細動又は心室頻拍）を表示するECG信号を認識すると、充電制御回路に対しDC−DCコンバータ２の出力からコンデンサの列４の充電を開始するように指示する。正しい充電レベルに達すると、プロセッサ９が（自動であるか使用者指示下の半自動であるかに応じ）出力切替回路５に対し所要態様即ち患者に除細動を施す態様で電極７の端子間にパルス放電をするように指示する。
【００１６】
プロセッサ９はまた患者の状態を表示器17又はラウドスピーカ18によって除細動器の使用者に通報する。それに応答して、使用者はボタン16を使いプロセッサ９経由で除細動器装置を選択し且つ制御することができ、更にマイクロフォン19を使って音声入力メッセージを装置へ入力し、その後ラウドスピーカ18により再生することもできる。更にプロセッサ９は、コンデンサの列４からコンデンサ回路若しくは回収回路の内部へ放出される電気エネルギーを測定し且つ監視するための自己試験回路の一部分を形成することができ、その試験回路に電池１、DC−DCコンバータ２、充電制御回路３、コンデンサの列４、出力切替回路５及び回収回路８を含めることができる。
【００１７】
ここで図２を参照するに、自己試験後の電池１の再充電用に供される簡単な回路図を示し、その回路は図１の回収回路８の一部分を形成するものであり同一部品は同一記号で示す。この実施例の回路は、２つのコンデンサの列４及び電気的衝撃の印加前に患者の胸に取付けるべき電極７の対の列を含む。この回路のスイッチ11、12は三巻線変圧器13を介してコンデンサの列４を充電するように閉成されており、従ってコンデンサの列４からの電荷送出に対しては開放されている。スイッチ14、15は、スイッチ11、12がコンデンサの列４からの電荷送出用に閉成されている時にコンデンサの列４からの電荷を戻すように閉成された状態で示される。自己試験後にこの状態が生起すると、コンデンサの列４からの電荷が、典型的には2000ボルトを12ボルトに落とすDC−DCコンバータ２を介して電池１ヘ戻される。
【００１８】
コンデンサの列４から電気パルスを送出するようにスイッチ11、12が閉成されている時にスイッチ14及び15が閉成されると、パルスが電極７へ、従ってそれらが取付けられた患者に印加されることが理解される。
【００１９】
よって、本発明のこの実施例においては、自己試験時に放電電荷を浪費して電池１からエネルギーを流出させるのではなく、むしろ電池へ戻すように送って効率を向上させ、より小さな及び／又はより少数の電池の使用を可能にする。除細動器の放電回収回路は、典型的な放電の場合に、50％までものパルスエネルギーを再充電可能な電池群へ戻すことができる。
【００２０】
図３に本発明の第２実施例による除細動器の回路図の一部分を示すが、その回路は４つのコンデンサ（C1、C2、C3及びC4）の列４を含み、各コンデンサはプロセッサ９（図示せず）から電界効果トランジスタ（FET）スイッチ20（F1、F2、F3及びF4）の列を介して励起される。この場合、図１及び図２の回収回路８は単一の高値抵抗器21である高値抵抗器装置からなる内部負荷の形をとり、その抵抗器は典型的には500kオーム/10ワットから１メグオーム/５ワットの値を有し、従来の除細動器部品の信頼性及び性能を試験する自己試験に必要な例えば50オーム/72kWの抵抗器に代わるものである。この実施例のこの回路部分には、IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）スイッチI1、I2、I3及びI4並びにSCR（Silicon Controlled Rectifier）スイッチS1、S2、及びS3を含めてもよい。
【００２１】
当業者には理解できるように、このように高値抵抗器21を使用することにより、コンデンサの列４からの自己試験放電中の初期ピーク電流を低値抵抗器を使う場合の初期値の数分の一に低減することができ、従ってその期間全体における全平均損失を大幅に削減できる。この期間又はその後に、放電されたパルスの特性の測定値が、たとえ所要電力レベルにおける与えられたリアルタイム救命（real-time lifesaving）条件下であっても、自己試験の目的を満足するか否かをプロセッサ９の使用により算出することができる。その結果、典型的には高値抵抗器21は500kオームで10ワット又は１メグオームで５ワットの能力を以って典型的な放電パルスからそれぞれ４mA又は２mAのピーク電流値を処理すれば足り、これらの値に対する抵抗器21通過の放電時間は、コンデンサ漏れ損失を無視すればそれぞれ16.5分及び33分となる。
【００２２】
従って、極めて高い値の抵抗器21の使用により抵抗発熱を低く抑制でき、大型で重いヒート・シンクの必要性を避け、比較的小型で軽量の除細動器を提供することが可能になる。
【００２３】
本発明の第２実施例の改良として、２個以上の抵抗器を用いて各抵抗器における電力消費を低減し、それにより小型抵抗器の使用を許容し、高抵抗値／低電力の所要責務を提供する。その一例を図４に示し、図３の単一の高値抵抗器21を複数の抵抗器21a（R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8及びR9）で置換えている。この例では、各抵抗器が典型的な自己試験放電器の三分の一の電流及び電圧（即ち、九分の一の電力）を受け、全ネットワークが抵抗値50オームに等しい場合には僅か１kWの電力を受取り、ネットワークの抵抗値の合計が500kオームである場合には僅か1.1Wとなる。
【００２４】
理解できるように、除細動器が比較的長い期間の時間に亘ってエネルギーを放出できるためには、患者の治療中に内部放電してはならず、そうするのではなくて所要の即ち除細動に必要な電荷を保持しなければならない。しかし、患者治療の後又は自己試験の期間中に電荷を急速に棄却する必要は無く、４つのコンデンサの列が存在する場合等には正に、その列中の個々のコンデンサを個別に放電させても同じ列内の残余のコンデンサを完全受電状態に保持すべきである。
【００２５】
以上の考察が本発明の第３実施例の概念を導き出し、図３によりこれを説明するに、列コンデンサ群（C1、C2、C3及びC4）中の各コンデンサを個別に電池電源からプロセッサ９とスイッチ列20のFETスイッチ（F1、F2、F3及びF4）との指示の下で充電する。この実施例では、各コンデンサ（C1、C2、C3及びC4）内に蓄えられる電荷をプロセッサ９により監視し、それぞれ予め定めたエネルギーレベルに達するまで電池１から充電する。この時点でプロセッサ９が対応FETスイッチを切って列内の次の後続コンデンサを充電する。
【００２６】
エネルギーを保存するため、プロセッサ９は自己試験前に一つのコンデンサの完全充電を許容するが、列内の残余のコンデンサは部分的充電のみに留めておき、自己試験中にコンデンサ列４中の全てのコンデンサを例えば高値抵抗器21のような内部負荷内に放電させるか、又は除細動器が再充電可能電池による駆動である場合に図１の回収回路８へ放電し、その試験中に放電パルスの各種パラメータを監視し且つ測定する。次回の自己試験のために、列内の次のコンデンサを完全充電しつつ残余のものを部分的にのみ充電し、以下同様にして列４中の全てのコンデンサが完全充電下で試験されるまで自己試験を行ない、その後この過程を反復する。
【００２７】
複数回の順次自己試験中におけるコンデンサの循環切替は、電池の長期間使用を許容すると共に所要の時間的期間中に複数コンデンサの各々をそれぞれの最大値まで試験できるようにする。更に、列４内の各コンデンサが個別自己試験で全て試験されるので、自己試験の信頼度が確保できる。コンデンサの循環式切替えの概念の利用により、コンデンサ列４の全てのコンデンサに対する完全な自己試験に通常要求されるエネルギーの約60％のみが必要となることが見出されたが、通常はこの自己試験を列内の全てのコンデンサに対して同時に行っている。
【００２８】
本発明の第４実施例において、再び図３を参照するに、一時にはコンデンサ列４中の一つのコンデンサのみをプロセッサ９の指示下で充電するようにスイッチ列20を使用することができる。自己試験中には、既充電コンデンサをその時次の後続位置にあるコンデンサ内へ放電させることができ、それが次の後続コンデンサ内へ放電し、以下同様にして、全てのコンデンサが基本的には単一の入力電力から充電され且つ放電されるに至る。コンデンサのこのような循環式切換えを利用することにより、各コンデンサはそれでも一定期間中に完全な放電性能について検査され、コンデンサの漏れ損失を無視すれば、初期の完全な自己試験エネルギーの僅か25％のみが必要とされるに至ると理解されるので、電池の長寿命化及び／又はそうでない場合に比して使用すべき電池の小型化がなされよう。
【００２９】
さて図５に戻ると、この図は本発明の各種実施例を一つの回路内に又はその一部分として組み合わせ、例えば図１及び図２を参照して説明した自己試験中のエネルギー回収と図３及び図４を参照して説明したエネルギー放出／棄却との間で選択的に切替える態様を示す。この回路においても、同一部品は同一番号で示され、回収回路８はスイッチS2及びS3に隣接する回路へ挿入され、スイッチS5により駆動及び停止される。駆動された時には、測定回路M1を使用して、再充電可能な電池電源（図示せず）へ回収される前にコンデンサ列４から放出される電気的エネルギーの特性を測定することができる。同様に、スイッチS1を解放しスイッチS5を閉成した場合の自己試験中にコンデンサ列４から高値放電抵抗器21を通して放出される電気的エネルギーのパラメータを測定回路M2の使用によって測定することができる。
【００３０】
各コンデンサC1、C2、C3及びC4から放出される電気的エネルギーのパラメータを測定するために、個別の測定回路M3、M4、M5及びM6をそれぞれの両端間に挿入するが、他の制御構成、例えばコンデンサ群の列４の端子間に単一の測定回路を用いることも可能である。
【００３１】
明らかなように、図５の回路を組込んだ除細動器を再充電可能な電池と共に使うならば、自己試験時に回収回路８を介して回収される電気的エネルギーの使用による利益を選択的に享受でき、それにより電池内の元の電荷を長持ちさせ、例えば他の場合に比し電池を小型化するか又は電池の数を少なくすることができる。しかし、除細動器の電源方式、例えば電源を一次電池とするか、再充電可能な電池とするか、又は電力幹線とするかとは無関係に、自己試験時に電気的エネルギーを高値放電抵抗器21を介して比較的長時間の期間に亘って放電することができ、従って大型で重くなる傾向のヒート・シンクの必要性を無くすことができる。
【００３２】
本発明の４つの実施例の全てにおいて、独立の使用を行なっても行なわなくてもよく、可能な場合には部分的又は全体的に組み合わせて使用してもよく、更に本発明の目的は、従来の可搬型除細動器に比してより小型化又は軽量化されている若しくは製造保守が比較的低価格である除細動器の提供により達成されることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施例による除細動器回路の説明図である。
【図２】図１の回路の一部分の簡単な回路図である。
【図３】本発明の第２、第３及び第４実施例の回路の説明図である。
【図４】本発明の第２実施例による図３の回路図の部分的代替案の説明図である。
【図５】本発明の各種実施例の組合せを示す回路の説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…電池電源              ２…DC−DCコンバータ
３…充電制御回路          ４…（コンデンサの）列
５…出力切替回路          ６…電極−除細動器コネクタ
７…電極                  ８…回収回路
９…プロセッサ            10…心電図監視回路
11、12…スイッチ（IGBT）  13…三巻線変圧器
14…IGBTスイッチ          16…ボタン
17…表示器                18…ラウドスピーカ
19…マイクロフォン        20…FETスイッチ列
21…高値抵抗器
【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５】
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【国際調査報告】
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