(57)【要約】      （修正有）【課題】電圧／電流信号又はパルス（心臓及び神経刺激器又は生体インピーダンスに基づくモニタなど）を出力（発信）する任意の医療装置に組み込まれ、又はそれと共に使用することができる過電圧保護装置を提供する。【解決手段】過電圧保護装置において、電流制限装置２５は、医療機器の電子構成要素１２と患者インターフェースとの間の患者側配線１４に直列に配置される。バイアス電圧生成装置は、少なくとも１つの患者側配線から延在する配線に配置されたバイアス素子２２と、少なくとも１つのバイアス素子と直列に接続された追加の回路素子２４と、を有する。バイアス電圧生成装置は、患者側配線の過渡過電圧に応答して、バイアス素子を介して電流制限装置に所定のバイアス電圧を印加し、電流制限装置は、スイッチオフされ、患者側配線を流れる電流を制限する。【選択図】図２
2018093717.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端部と第２の端部とを接続する第１の配線と、
前記第１の端部と前記第２の端部との間の前記第１の配線に接続された電流制限装置であって、前記電流制限装置はオン状態とオフ状態とを有し、前記オフ状態のときに通過する電流を前記第１の端部と前記第２の端部との間に制限し、所定のバイアス電圧に応答して前記オン状態から前記オフ状態に切り替わるように構成された前記電流制限装置と、
前記第１の配線から延在する第２の配線と、
前記第２の配線に接続され、少なくとも１つのバイアス素子と、少なくとも１つのバイアス電圧生成装置と直列に接続された追加の回路素子とを有するバイアス電圧生成回路と、
前記第１の配線の過渡過電圧に応答して前記電流制限装置に前記所定のバイアス電圧を印加するように構成された前記バイアス素子と前記追加の回路素子と、
を有し、
前記電流制限装置は、スイッチオフされ、前記第１の配線を流れる電流を制限する、過電圧保護装置。
【請求項２】
前記第１の配線は医療機器の第１の患者側配線であり、前記第１の端部は前記医療機器の内部回路と通信し、前記第２の端部は患者インターフェースを有する、請求項１に記載の過電圧保護装置。
【請求項３】
それぞれのバイアス抵抗は、５０オームから１キロオームの範囲の抵抗を有し、
及び／又は、
前記追加の回路素子は、第１のバイアス抵抗と第２のバイアス抵抗との間に接続された少なくとも１つの電圧制限装置を有し、
及び／又は、
前記電流制限装置は、第１のデプリーション型金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）と第２のデプリーション型金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）とを有する、請求項２に記載の過電圧保護装置。
【請求項４】
少なくとも１つの前記電圧制限装置は、過渡電圧抑制器（ＴＶＳ）を有し、
及び／又は、
前記電圧制限装置は、前記第１のバイアス抵抗の前記第２の端部に接続された第１の一方向性のＴＶＳと、前記第１の一方向性のＴＶＳと前記第２のバイアス抵抗の前記第２の端部との間に接続された第２の一方向性のＴＶＳと、を有する、請求項３に記載の過電圧保護装置。
【請求項５】
それぞれのＭＯＳＦＥＴは、
第２の端子に接続されるドレイン端子と、
前記医療機器の前記内部回路に接続されるソース端子と、
ゲート端子と、
を有し、
前記第１のバイアス抵抗は、第１のＭＯＳＦＥＴの前記ゲート端子に接続され、
前記第２のバイアス抵抗は、第２のＭＯＳＦＥＴの前記ゲート端子に接続される、請求項３又は請求項４に記載の過電圧保護装置。
【請求項６】
少なくとも１つの前記追加の回路素子は、
第１のバイアス抵抗と直列に接続されて第１の分圧器を形成する第１の抵抗と、
第２のバイアス抵抗と直列に接続されて第２の分圧器を形成する第２の抵抗と、
第１の電流制限装置に接続された前記第１のバイアス抵抗と前記第１の抵抗との間の第１の接続部と、
第２の電流制限装置に接続された前記第２のバイアス抵抗と前記第２の抵抗との間の第２の接続部と、を有する、請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の過電圧保護装置。
【請求項７】
前記第１の患者側配線と第２の患者側配線と、反対側にある前記第１の端部と前記第２の端部と、を有する第２の患者チャネルと、
前記医療機器の前記内部回路と通信するそれぞれの前記第１の端部と、
それぞれ第１の患者インターフェースと第２の患者インターフェースと、前記第２の患者チャネルの前記第１の患者側配線と前記第２の患者側配線とにそれぞれ第１の電流制限装置と第２の電流制限装置とを有する前記第２の端部と、
前記第２の患者チャネルの前記第１の患者側配線と前記第２の患者側配線との間に延在する前記第２の配線に接続された第１のバイアス電圧生成回路と同一であり、前記第２の患者チャネルのそれぞれ前記第１の患者側配線又は前記第２の患者側配線に過渡電圧パルスが発生した場合に、前記第２の患者チャネルの少なくともそれぞれ前記第１の電流制限装置又は前記第２の電流制限装置をオフにするバイアス電圧を生成するように構成される第２のバイアス電圧生成回路と、をさらに有し、
及び／又は、
前記第１の患者チャネルと前記第２の患者チャネルとの前記バイアス電圧生成回路の第１のバイアス素子と第２のバイアス素子とはバイアス抵抗を有し、
前記追加の回路素子は前記バイアス抵抗の間に接続された少なくとも１つの電圧制限装置を有する、請求項２乃至請求項６のいずれか１項に記載の過電圧保護装置。
【請求項８】
少なくとも１つの前記追加の回路素子は、それぞれの患者チャネルの前記バイアス抵抗の間に接続された第１の一方向性の電圧制限装置と第２の一方向性の電圧制限装置とを有し、
接続配線は、前記第１の患者チャネルの前記第１の一方向性の電圧制限装置と前記第２の一方向性の電圧制限装置との間の第１の位置で接続された前記第１の端部と、前記第２の患者チャネルの前記第１の一方向性の電圧制限装置と前記第２の一方向性の電圧制限装置との間の第２の位置で接続された前記第２の端部と、を有し、
及び／又は、
それぞれの前記患者チャネルの前記追加の回路素子は、それぞれの前記患者チャネルの前記バイアス抵抗の間に接続された第１の双方向性の電圧制限装置を有し、それぞれの前記患者チャネルの第１の接続部と第２の接続部とは、第１のバイアス抵抗と双方向性の電圧制限装置との間と、第２のバイアス抵抗と双方向性の電圧制限装置との間とにそれぞれ配置され、
第１の電流経路は、前記第１の患者チャネルの前記第１の接続部と前記第２の患者チャネルの前記第２の接続部との間に延在し、第２の双方向性の電圧制限装置が前記第１の電流経路に配置され、
第２の電流経路は、前記第１の患者チャネルの前記第１の接続部と前記第２の患者チャネルの前記第１の接続部との間に延在し、第３の双方向性の電圧制限装置が前記第２の電流経路に配置され、
第３の電流経路は、前記第１の患者チャネルの前記第２の接続部と前記第２の患者チャネルの前記第１の接続部との間に延在し、第４の双方向性の電圧制限装置が前記第３の電流経路に配置され、
第４の電流経路は、前記第１の患者チャネルの前記第２の接続部と前記第２の患者チャネルの前記第２の接続部との間に延在し、第５の双方向性の電圧制限装置が前記第４の電流経路に配置される、請求項７に記載の過電圧保護装置。
【請求項９】
前記第１の患者側配線と前記第２の患者側配線と、反対側にある前記第１の端部と前記第２の端部と、を有する第３の患者チャネルと、
前記医療機器の前記内部回路と通信するそれぞれの前記第１の端部と、
それぞれ前記第１の患者インターフェースと前記第２の患者インターフェースと、前記第３の患者チャネルの前記第１の患者側配線と前記第２の患者側配線とにそれぞれ前記第１の電流制限装置と前記第２の電流制限装置とを有する前記第２の端部と、
前記第２の患者チャネルの前記第１のバイアス電圧生成回路と前記第２のバイアス電圧生成回路と同一であり、前記第３の患者チャネルのそれぞれ前記第１の患者側配線又は前記第２の患者側配線に過渡電圧パルスが発生した場合に、前記第３の患者チャネルの少なくともそれぞれ前記第１の電流制限装置又は前記第２の電流制限装置をオフにするバイアス電圧を生成するように構成される第３のバイアス電圧生成回路と、をさらに有する、請求項７又は請求項８に記載の過電圧保護装置。
【請求項１０】
前記第１の患者チャネルと前記第２の患者チャネルとの前記バイアス電圧生成回路の前記第１のバイアス素子と前記第２のバイアス素子とは、第１のバイアス抵抗と第２のバイアス抵抗とを有し、
少なくとも１つの前記追加の回路素子は、前記第１のバイアス抵抗と直列に接続された第１の抵抗と、前記第２のバイアス抵抗並びに第１の分圧器と第２の分圧器とを形成する前記第１の抵抗と直列に接続される第２の抵抗と、前記第１の電流制限装置に接続された前記第１の分圧器の抵抗の間の接続部と、前記第２の電流制限装置に接続された前記第２の分圧器の抵抗との間の接続部と、を有し、
少なくとも１つの接続配線は、前記第１の患者チャネルの前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との間に接続された前記第１の端部と、前記第２の患者チャネルの前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との間に接続された前記第２の端部とを有する、請求項７乃至請求項９のいずれか１項に記載の過電圧保護装置。
【請求項１１】
１つ以上の電子部品と、
医療機器の電子部品の間で電気信号を伝える第１の患者側配線と第２の患者側配線とを有し、前記第１の患者側配線と前記第２の患者側配線とにそれぞれ接続される第１の患者インターフェースと第２の患者インターフェースとを有する少なくとも１つの患者チャネルと、
を有し、
前記患者チャネルに関連付けられ、前記第１の患者側配線に配置された第１の電流制限装置と、前記第２の患者側配線に配置された第２の電流制限装置と、前記第１の患者側配線と前記第２の患者側配線との外側にそれぞれ配置された第１のバイアス電圧生成装置と第２のバイアス電圧生成装置とを有し、第１の配線と第２の配線との過渡電圧に応答して、前記第１の配線又は前記第２の配線を流れる電流を制限するために、それぞれ前記第１の電流制限装置又は前記第２の電流制限装置をオフにし、所定のバイアス電圧を生成するように構成される過電圧保護回路と、を有する医療機器。
【請求項１２】
第１の電圧生成装置と第２の電圧生成装置とは、それぞれ前記第１の患者側配線と前記第２の患者側配線とに接続された第１の端部をそれぞれ有する各々の第１のバイアス抵抗と第２のバイアス抵抗と、バイアス電圧を制御するために、それぞれ前記第１のバイアス抵抗と前記第２のバイアス抵抗との間に接続された少なくとも１つの電圧制限装置と、を有し、
及び／又は、
少なくとも１つの前記電圧制限装置は、前記第１のバイアス抵抗と前記第２のバイアス抵抗との間に直列に接続された第１の一方向性の電圧制限装置と第２の一方向性の電圧制限装置とを有し、
及び／又は、
少なくとも１つの前記電圧制限装置は、前記第１のバイアス抵抗と前記第２のバイアス抵抗との間に接続された１つの双方向性の電圧制限装置を有し、
及び／又は、
少なくとも１つの前記電圧制限装置は、第１の分圧器を形成するために前記第２のバイアス抵抗に接続された第１の抵抗と、前記第１の分圧器と直列に接続された前記第２のバイアス抵抗に接続され、第２の分圧器を形成する第２の抵抗と、を有する、請求項１１に記載の医療機器。
【請求項１３】
前記第１のバイアス抵抗と前記第２のバイアス抵抗とは、それぞれ１０キロオームから１メガオームの範囲の抵抗を有し、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗とはそれぞれ２２キロオームから３．３メガオームの抵抗を有し、
及び／又は、
前記第１の抵抗と並列に接続された第１のコンデンサと、前記第２の抵抗と並列に接続された第２のコンデンサと、をさらに有する、請求項１２に記載の医療機器。
【請求項１４】
前記第１の電流制限装置と前記第２の電流制限装置とは、それぞれ患者インターフェースに接続されたドレイン、前記電子部品に接続されたソース、及びゲートを有する金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を有し、それぞれのバイアス抵抗は、それぞれのＭＯＳＦＥＴのゲートに接続される、請求項１２又は請求項１３に記載の医療機器。
【請求項１５】
体内又体表で使用され、少なくとも１つの患者インターフェースを有する電子医療機器の過電圧保護方法であって、
前記患者インターフェースと医療機器の電子部品との間の電流経路に直列に電流制限装置を接続し、
前記電流経路に接続された第１の端部を含むバイアス素子を有する前記電流経路から延在する配線のバイアス電圧生成回路と、前記バイアス素子と直列に接続された追加のバイアス電圧制限素子と、を接続し、
前記電流経路の過渡電圧に応じて、前記バイアス電圧生成回路に所定のバイアス電圧を発生させ、前記電流制限装置に前記所定のバイアス電圧を印加して前記電流制限装置をスイッチオフし、前記電子部品への前記電流経路又は前記電子部品からの前記電流経路における電流を制限する、過電圧保護方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、一般には、過電圧保護装置又は回路及び方法に関し、特に、過電圧保護装置、及び電気又は電子医療機器のための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療及び獣医用途向けの能動的な電気装置は、通常、特定の目的のために使用される。ＥＣＧモニタは心電図を取得するために使用され、電気的インピーダンスの測定による血行動態モニタは電気補助電流を印加し、電気焼灼ナイフ及び他の電気外科装置が手術室で使用され、電気パルス発生器は心臓組織又は神経を刺激するために電気刺激を与え、心臓細動除去器は細動を克服するために心臓に向かって高電圧パルスを印加する。そのような装置が、同じ患者に同時に複数使用されることは多い。そのため、他の機器によって適用された電気エネルギーが原因となり、各電気又は電子医療機器が損傷しないように保護することが重要である（「保護の必要性（ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ）」）。電子医療機器は、患者や動物の治療のために他の機器によって加えられたエネルギーを吸収しないように設計されなければならない（「エネルギー低減の必要性（ｅｎｅｒｇｙ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ）」）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
患者又は動物に同時に適用される電気装置間の互換性は、除細動パルスを患者に印加する際に特に重要である。数百ボルトから数千ボルト（「過電圧」）に達する電圧振幅を有する除細動パルスによって、同時に使用される他の電子医療機器に対する課題が生じる。この課題は、電気パルス（ペースメーカ）又は信号波形（患者補助電流）を放出する装置にとって大きな課題である。このような装置は、患者（又は動物）に対して低インピーダンスのインターフェースを有する。例えば、ペースメーカが、通常、患者側配線インターフェース（ｐａｔｉｅｎｔ  ｌｉｎｅ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ）の低インピーダンスを示す２つの状態は、刺激パルス及び刺激パルスの直後の放電期間中である。ペースメーカは数オームの範囲内の患者側配線インターフェースインピーダンスを必要とするが、バイオインピーダンスベースのモニタは、典型的には、数百オームから最大約１キロオームのインピーダンスで作動する。すなわち、保護上の理由からインターフェースに加えられるインピーダンスは、発信装置の機能を損なう可能性がある。
【０００４】
除細動パルスに対する簡単な保護は、患者（人間又は動物）側配線インターフェースと直列の「保護抵抗」と共に過渡電圧抑制ダイオード（ＴＶＳ）を使用することによって可能となり、各患者側配線インターフェースに適用することができる。適切に除細動エネルギーを減少させるためには、除細動保護抵抗の値を小さくすることはできない。その代わりに、相対的に高抵抗の抵抗が必要となる。このように、この単純な除細動保護アプローチは、低インピーダンスインターフェースを必要とする心臓ペースメーカ及びバイオインピーダンスベースのモニタなどの能動的な電気装置には使用することができない。
【０００５】
通常の動作中に低インピーダンスの患者インターフェースと過電圧生成時に高インピーダンスインターフェースとを切り替えるために一般的に使用されるアプローチは、患者インターフェースに沿ってデプリーション型金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を使用することである。ＭＯＳＦＥＴがオフ状態のときに流れる電流が最小になるので、これらの装置は電流を制限するものとして機能する。
【０００６】
医療機器用の多くの公知の過電圧保護回路は、患者側配線インターフェースと直列の素子を有しており、ＭＯＳＦＥＴトランジスタをバイアスして電流を十分に妨げることができる。この素子は、抵抗又は他のトランジスタを含むことができる。どちらの場合でも、この素子は、通常の動作中の患者側配線インターフェースのインピーダンスを、トランジスタを使用するより少ない量だけ増加させ、抵抗を使用するより多くの量を増加させる。この欠点に加えて、いくつかの解決策は、保護された装置自体によって生成されるバイアス電圧に依存する、比較的複雑なＭＯＳＦＥＴバイアス技術を採用する。保護が内部電圧に依存しており、内部電圧は障害又はバッテリの消耗によって疑わしいレベルになることがあるので、これにより損傷が発生することがある。
【０００７】
いくつかの保護回路は、各患者側配線インターフェースと直列のコンデンサを有する。コンデンサは、最初の過電圧過渡エネルギーの一部しか通過しないように、入力トランジェントの形状を変化させる。残りの電圧は、ツェナーダイオードなどの電圧制限装置によってクランプされる。コンデンサとツェナーダイオードを組み合わせると、入力エネルギーが反発する。このような回路の潜在的な欠点は、コンデンサに関連する。高電圧トランジェントに対する信頼性の高い保護は、通常のタイプではない特殊な高電圧コンデンサの使用を必要とするため、多くの場合は高価であるか、及び／又は、手に入れるのが困難である。他の潜在的な欠点は、保護回路の感度が、印加される容量値に依存することである。このような保護回路は、予想される過電圧過渡状態を考慮してトリミングすることができるが、過電圧保護回路の所望の特性ではない。さらに、各患者側配線インターフェースに直列に接続された必要なコンデンサはインピーダンスを構成し、その値は容量値にも依存する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施態様では、患者インターフェースと電子医療機器との間の過電圧保護回路は、患者電流経路又は配線に配置されたデプリーション型金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のような電流制限装置を組み合わせて使用され、過渡電圧パルスの場合に関連するＭＯＳＦＥＴをオフにするためにバイアス電圧を生成するように構成された回路を有する。一実施態様では、バイアス電圧は、一端で患者電流経路又は患者側配線インターフェースに接続され、過渡電圧抑制装置（ＴＶＳ：ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  ｖｏｌｔａｇｅ  ｓｕｐｐｒｅｓｓｏｒ）と直列に患者側配線から延在するバイアス抵抗から得られる。ＴＶＳは、一方向性又は双方向性のＴＶＳ又は分圧器を形成するためのバイアス抵抗と直列の第２の抵抗であってもよい。この構成では、保護構成要素は、医療機器の作動可能な電子構成要素と患者インターフェースとの間に接続された患者側配線に直接配置されない。
【０００９】
他の実施態様では、１つ以上の電子部品と、電気信号を医療機器の電子部品に及び／又は電子機器を接続するための第１及び第２の患者側配線を有する少なくとも１つの患者チャネルと、患者チャネルに接続された患者インターフェースと、患者チャネルに関連付けられ、第１の患者側配線又は電流経路に配置された第１の電流制限装置、第２の患者側配線に配置された第２の電流制限装置、並びに第１及び第２の患者側配線のそれぞれの外側にある第１及び第２のバイアス電圧生成装置を有し、第１又は第２の配線の過渡過電圧に応答して、第１又は第２の電流制限装置をオフにして、それぞれ第１又は第２の配線を流れる電流を制限するために、所定のバイアス電圧を生成するように構成される過電圧保護装置又は回路と、を有する医療機器が提供される。
【００１０】
一実施態様では、第１及び第２の電圧生成装置は、一端がそれぞれの第１又は第２の患者側配線に接続されたそれぞれの第１及び第２のバイアス抵抗と、それぞれの第１及び第２のバイアス抵抗の間に直列に接続された少なくとも１つの電圧制限装置又は過渡電圧抑制装置を有する。一実施形態では、電圧制限装置は、バイアス抵抗の第２の端部の間に接続された１つの双方向性の電圧制限装置を有する。他の実施形態では、第１の一方向性の電圧制限装置が第１のバイアス抵抗に接続され、第２の一方向性の電圧制限装置が第２のバイアス抵抗に接続され、第１及び第２の一方向性の電圧制限装置が互いに接続される。他の実施形態では、第１及び第２のバイアス抵抗はそれぞれ第１及び第２の分圧器を形成するためにそれぞれ追加の抵抗と直列に接続され、それぞれ第１の電流制限装置に接続された第１の分圧器の抵抗間の接続部を有し、それぞれ第２の電流制限装置に接続された第２の分圧器の抵抗間の接続部を有する。
【００１１】
一実施形態では、バイアス抵抗は、過渡電圧抑制ダイオード（ＴＶＳ）と直列に接続され、ＭＯＳＦＥＴソースとゲート端子との間にも接続されている。急峻なランプの形状を有する過電圧が発生すると、最初は小さな電流が抵抗を通って流れる。この抵抗の両端の電圧がＭＯＳＦＥＴの必要バイアスレベルに達すると、ＭＯＳＦＥＴは患者側配線インターフェースを遮断し、その結果、電流が抵抗を通って流れる。ＴＶＳの電圧制限機能は、過渡過電圧の最初に、ＴＶＳと直列に接続された抵抗を流れる電流を小さくするために必要である。他の実施形態では、ＴＶＳを抵抗で置き換えることができる。他の実施形態では、バイアス抵抗は第２の抵抗と直列に接続されて分圧器を形成し、ＭＯＳＦＥＴゲート端子に接続された抵抗の間の接続部を形成する。
【００１２】
過電圧保護回路又は装置は、過渡過電圧に対して非常に迅速に応答するように設計されている。ＭＯＳＦＥＴは、過電圧がピークに達する前に、過電圧ランプの開始時にほとんどオフ状態にある。また、バイアス回路は、患者側配線インターフェースに追加のインピーダンス素子を必要としない。
【００１３】
一実施態様では、過電圧保護回路は、患者側配線インターフェースに１つの構成要素のみを追加し、具体的には、オン状態又はオフ状態のいずれかのＭＯＳＦＥＴなどの電流制限装置を追加する。
【００１４】
過電圧保護回路は、電圧／電流信号又はパルス（心臓及び神経刺激器又は生体インピーダンスに基づくモニタなど）を出力（発信）する任意の医療装置に組み込まれ、又はそれと共に使用することができる。これらの装置は、患者（又は動物）に対する低抵抗インターフェースを特徴とする。除細動パルスのような過電圧印加の場合、これらの装置は損傷を非常に受けやすく、患者のために意図された印加エネルギーを患者から遠ざける方向に変える。過電圧保護回路は、配線の除細動パルスなどの過電圧の発生時に関連する患者側配線又は配線を遮断するように設計されている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】医療機器の従来技術の過電圧保護回路を示すブロック図である。
【図２】１つの患者側配線に接続された電気又は電子医療機器用の過電圧保護システム又は回路の一実施形態を示す図である。
【図３】患者チャネルの２つの患者側配線インターフェースに接続するための図２のシステムの変形例を示す図である。
【図４】図３のシステム又は回路の変形例であり、一方向性の電圧制限装置が１つの双方向性の電圧制限装置に置き換えられていることを示す図である。
【図５Ａ】医療機器の２つのチャネルの４つの患者側配線インターフェース用の変更された過電圧保護システムを示す図である。
【図５Ｂ】医療機器の２つのチャネルの４つの患者側配線インターフェース用の変更された過電圧保護システムを示す図である。
【図６Ａ】電子医療機器の４つの患者側配線インターフェース用に設計された過電圧保護システム又は回路の実施形態を示す図である。
【図６Ｂ】電子医療機器の４つの患者側配線インターフェース用に設計された過電圧保護システム又は回路の実施形態を示す図である。
【図７Ａ】６つの患者側配線インターフェース（３つのチャネル）を有する過電圧保護回路又はシステムの他の実施形態を示す図である。
【図７Ｂ】６つの患者側配線インターフェース（３つのチャネル）を有する過電圧保護回路又はシステムの他の実施形態を示す図である。
【図７Ｃ】６つの患者側配線インターフェース（３つのチャネル）を有する過電圧保護回路又はシステムの他の実施形態を示す図である。
【図８Ａ】６つの患者側配線インターフェースを有する過電圧保護回路のさらなる実施形態を示す図である。
【図８Ｂ】６つの患者側配線インターフェースを有する過電圧保護回路のさらなる実施形態を示す図である。
【図８Ｃ】６つの患者側配線インターフェースを有する過電圧保護回路のさらなる実施形態を示す図である。
【図８Ｄ】６つの患者側配線インターフェースを有する過電圧保護回路のさらなる実施形態を示す図である。
【図９Ａ】６つの患者側配線インターフェースを有する過電圧保護回路のさらに簡略化された実施形態を示す図である。
【図９Ｂ】６つの患者側配線インターフェースを有する過電圧保護回路のさらに簡略化された実施形態を示す図である。
【図９Ｃ】６つの患者側配線インターフェースを有する過電圧保護回路のさらに簡略化された実施形態を示す図である。
【図９Ｄ】６つの患者側配線インターフェースを有する過電圧保護回路のさらに簡略化された実施形態を示す図である。
【図１０】過電圧保護回路の他の実施形態を示す図である。
【図１１Ａ】図１０の回路の変形例であり、医療機器の２つの患者チャネルに対する過電圧保護を提供することを示す図である。
【図１１Ｂ】図１０の回路の変形例であり、医療機器の２つの患者チャネルに対する過電圧保護を提供することを示す図である。
【図１２Ａ】３つの患者チャネルに過電圧保護を提供するための、図１０から１１Ｂの回路の変形例を示す図である。
【図１２Ｂ】３つの患者チャネルに過電圧保護を提供するための、図１０から１１Ｂの回路の変形例を示す図である。
【図１２Ｃ】３つの患者チャネルに過電圧保護を提供するための、図１０から１１Ｂの回路の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
様々な実施形態の詳細は、部分的に、添付の図面の調べることにより収集することができ、同様の参照番号は同様の部分を指す。
【００１７】
本明細書で開示される特定の実施形態は、ＥＣＧモニタ、血行力学的モニタ、電気焼灼ナイフ又は他の電気外科装置、心臓刺激又は神経刺激のための電気パルス発生器又はペースメーカ、及び心臓細動除去器などを含む埋め込み型又は外部装置など、治療又はモニタリングのための電気医療装置の出力又は入力に接続された１つ以上の患者側配線インターフェースと直接的に接続されない回路部品を介してバイアス電圧を生成するように設計された過電圧保護システム又は回路を提供する。
【００１８】
本明細書に記載された主題は、例示的な実装形態によって示されている。明確のため、主題を不明確にするのを避けるために、様々な詳細は省略されている。以下に示す例は、過電圧保護装置、電子医療機器のためのシステム及び方法を主題としている。主題の特徴及び利点は、以下の説明によって明らかにされる。
【００１９】
本明細書によって、当業者に対しては、様々な他の実施形態及び他の応用として本発明をどのように実施するかが明らかになる。しかしながら、本明細書は、本発明に関する様々な全ての実施形態を説明するものではない。本明細書に示された実施形態は、一例として示されているに過ぎず、実施形態を限定するものではない。
【００２０】
図１は、電子医療機器１２と患者インターフェース１４との間で患者側配線１１に直列に接続された従来技術の回路又は過電圧保護装置１０を示している。装置１０は、患者側配線１１と接地との間に接続された過渡電圧抑制ダイオード（ＴＶＳ）１５、患者側配線インターフェース１４と直列に患者側配線１１に接続された保護抵抗（インピーダンス）１６、ＭＯＳＦＥＴ電流制限器１８によって過電圧に対する保護を提供する。この構成では、過電圧パルスが発生すると、ＭＯＳＦＥＴはオフになる。適切な除細動エネルギーの低減を達成するため、除細動又は過電圧保護抵抗１６のオーム値を小さくすることはできない。代わりに、比較的高抵抗の抵抗が必要である。したがって、この単純な除細動保護アプローチは、低インピーダンスインターフェースを必要とする心臓ペースメーカ及び生体適合性ベースのモニタなどの能動的な電気装置には使用することができない。
【００２１】
図２は、患者側配線インターフェース１４及び医療機器内部回路１２と直列に患者側配線１１に抵抗又はインピーダンスを直接有さない過電圧保護装置又は回路２０の第１の実施形態を示す。図２の実施形態は、１つの患者側配線インターフェース１１を用いて図示されているが、２つの患者インターフェース（１つの患者チャネル）に対する過電圧保護を提供するために、変更された実施形態が提供され、又は、医療装置に設けられたチャネルの数に応じて、２つ、３つ又はそれ以上の患者チャネルの過電圧保護のために提供される。以下に説明する過電圧保護回路は、電子部品と患者インターフェースとの間の電子医療機器自体に組み込まれてもよく、又は医療機器と患者との間に組み込むための別個の装置であってもよい。
【００２２】
一実施形態では、過電圧保護回路は、患者側配線又は患者電流経路に位置していないバイアス電圧生成装置と組み合わせて、患者側配線又は電流経路内のデプリーション型ＭＯＳＦＥＴなどの電流制限装置を使用し、過電圧が発生した場合に電流制限装置のバイアス電圧を設定するするように構成される。図２は、動作原理を示すために、１つの患者側配線に関連する過電圧保護回路の一実施形態を示す。この構成では、患者側配線は一方向にのみ保護される。いくつかの変形例については、図３から図１２に関連して以下でより詳細に説明するように、各患者チャネルが過電圧保護回路２０を有し、過渡電圧の印加方向に依存せずに保護が可能となる。
【００２３】
図２では、ＭＯＳＦＥＴなどの電流制限器２５が、電気又は電子医療機器の患者インターフェース１４と内部回路１２との間の電流経路又は第１の配線１１に配置されている。バイアス電圧生成回路又は装置は、患者１１から延在する第２の配線２３に配置され、ＭＯＳＦＥＴ２５と医療装置の内部回路との間の位置で患者側配線又は配線１１に一端で接続され、配線２３のＴＶＳダイオード２４のような過渡電圧制限装置と直列に接続されたバイアス抵抗２２を有する。バイアス抵抗２２とＴＶＳダイオード２４との間の接続部は、配線２６を介してＭＯＳＦＥＴゲート端子Ｇに接続されている。
【００２４】
このアプローチでは、ＭＯＳＦＥＴのバイアス電圧は、ＭＯＳＦＥＴの電流経路の外に（したがって、患者の電流経路又は患者側配線インターフェースの外側に）配置された抵抗や、特に、過渡電圧抑制器（ＴＶＳ）と直列に配置された抵抗から得られ、過渡電圧抑制器（ＴＶＳ）は、一方向性の又は双方向性のＴＶＳのいずれかになる。これは、図１の従来技術の構成とは異なり、ＭＯＳＦＥＴと装置内部回路１２との間の配線１１に直列に抵抗素子を接続することを回避する。
【００２５】
いくつかの実施形態では、バイアス抵抗は、過渡過電圧の場合にＭＯＳＦＥＴを比較的迅速にオフにするのに十分なバイアス電圧を生成するように選択された抵抗を有する。いくつかの実施形態では、１００オームの抵抗を有する抵抗は、過渡電圧抑制ダイオード（ＴＶＳ）２４と直列に接続されるが、いくつかの実施形態では、例えば５０オームから１キロオームの範囲の抵抗を有する異なる抵抗値を有するバイアス抵抗を使用することができる。ＭＯＳＦＥＴ電流経路の外側にＴＶＳダイオード２４とともに配置された抵抗２２は、デプリーション型ＭＯＳＦＥＴ２５のためのバイアス電圧を生成するために使用される。このバイアス電圧は、ＭＯＳＦＥＴ電流制限器のソース端子Ｓとゲート端子Ｇとの間の配線１１及び配線２６を介して印加され、過渡過電圧が患者インターフェースの入力に発生した場合、ＭＯＳＦＥＴ電流制限器をオフにする。デプリーション型ＭＯＳＦＥＴは、ＴＶＳが導通し始めるときに小さな電流が抵抗２２を流れ始めるので、過渡電圧パルスの初めに高インピーダンスを示す。典型的な過渡過電圧の電圧の一部分で導通するＴＶＳダイオードが選択される。ペースメーカや血行動態モニタなどの多くの装置では、印加されたＴＶＳは２０Ｖから２４Ｖの電圧でブレークダウンを開始する。バイアス抵抗１００オームの場合、バイアス抵抗２２を流れる電流は約３０ミリアンペアになる。このような電流は、ＴＶＳダイオードが導通（ブレークダウン）し始めた後すぐに流れ、過渡過電圧に対する応答が速くなる。
【００２６】
図３は、電子医療機器の患者チャネルを形成し、患者インターフェース１４Ａ及び１４Ｂを有する２つの患者側配線１１Ａ、１１Ｂのための過電圧保護装置又は回路３０の変更された実施形態を示す。回路３０は、図２の回路２０と同様又は同一の構成要素を使用する。第１のバイアス抵抗２２Ａは、患者側配線１１Ａに接続された第１の端部を有し、患者側配線から延在する配線２３Ａの第１の一方向性の過渡電圧抑制器（ＴＶＳ）２４Ａと直列に接続され、第１のバイアス抵抗２２Ａと第１の一方向性のＴＶＳ２４Ａとの間の接続部からＭＯＳＦＥＴ２５Ａのゲートに延在する配線２６Ｂを介して接続されている。第２のバイアス抵抗２２Ｂは、患者側配線１１Ｂに接続された第１の端部を有し、患者側配線から延在する配線２３Ｂを介して第２の一方向性のＴＶＳ２４Ｂと直列に接続され、バイアス抵抗２２Ｂと一方向性のＴＶＳ２４Ｂとの間の接続部から患者側配線１１Ｂに位置するＭＯＳＦＥＴ２５Ｂのゲートに延在する配線２６Ｂを介して接続されている。一方向性のＴＶＳダイオード２４Ａ及び２４Ｂは、それらの隣接する端部で、それらのカソード又はアノードのいずれかと互いに接続されている。保護回路は、電子医療機器の患者チャネル、例えばシングルチャンバペースメーカ又は血行動態モニタの１つのチャネル、又は他のタイプの医療機器に接続される。回路３０は、医療機器の内部回路１２が過電圧に含まれるエネルギーを吸収するリスクを回避又は低減するために、各極性の過電圧の発生時及び過電圧の発生中に２配線患者チャネルに過電圧保護を提供するように設計されている。
【００２７】
図４は、図３の回路３０と類似するが、一方向性の電圧制限装置２４Ａ、２４Ｂを双方向性のＴＶＳダイオード４２のような１つの双方向性の電圧制限装置に置き換えた変更された過電圧保護回路４０を示す。回路の他の部分又は装置４０は、図３の回路３０の構成要素と同じであり、同様の部分には同様の番号が付されている。双方向性のＴＶＳは、どちらの方向にも取り付けることができる。図３に示されているように、回路は、２つの患者側配線からなる患者チャネルに適用され、これは、シングルチャンバペースメーカ又は血行動態モニタの１つのチャネルなどであってもよい。
【００２８】
図５Ａ及び図５Ｂは、デュアルチャンバペースメーカ又は２つのチャネルの血行動態モニタのような、２つの患者チャネルを有する電子医療機器に対して過電圧パルス保護を提供するように構成された変更された過電圧保護回路又は装置５０の一実施形態を示す。装置５０は、デュアルチャネル装置のそれぞれのチャネルに適用された図３のシングルチャネル回路３０のうちの２つを備え、同様の部品には同様の参照番号が付されている。各チャネルの回路３０は、一端が患者側配線１１Ａに接続され、配線２３Ａの第１の一方向性の過渡電圧抑制器（ＴＶＳ）２４Ａと直列に接続され、抵抗２２ＡとＴＶＳ２４Ａとの間の接続部からゲートＭＯＳＦＥＴ２５Ａのゲートに接続される第１のバイアス抵抗２２Ａと、一端が患者側配線１１Ｂに接続され、配線２３Ｂを介して第２の一方向性のＴＶＳ２４Ｂと直列に接続され、配線２６Ｂを介してＭＯＳＦＥＴ２５Ｂのゲートに接続される第２のバイアス抵抗２２Ｂとを有する。図３に示すように、一方向性のＴＶＳ装置は、カソード又はアノードのいずれかの端部と互いに接続されている。２つの回路は、ぞれぞれの回路内のＴＶＳ２４Ａと２４Ｂとの間に位置するノード５３（図５Ａ）と５４（図５Ｂ）との間に延在する配線５２を介して接続されている。
【００２９】
この回路が使用される例は、デュアルチャンバペースメーカ又は血行動態モニタの２つのチャネルである。回路５０は、２つのチャネルに対する過電圧保護を提供する。すなわち、回路５０は、任意の患者側配線間の各極性の過電圧の発生時及び過電圧の発生中に装置を保護し、装置が過電圧に含まれるエネルギーを吸収するリスクを回避又は低減する。
【００３０】
図６Ａ及び６Ｂは、図４のものと同様の過電圧保護回路６０の実施形態を示しているが、例えば、デュアルチャンバペースメーカの２つの患者チャネル又は血行力学的モニタの２つのチャネルのように、適用可能な４つの患者側配線インターフェースのそれぞれの患者側配線インターフェースに接続された各々の抵抗（インピーダンス）を使用してバイアス電圧を生成することによって、２チャネルの患者インターフェースを保護するように変更されている。
【００３１】
この実施形態では、４つの追加の双方向性の電圧制限装置又はＴＶＳダイオード６５、６６、６７及び６８（図６Ａ参照）は、２つの異なるチャネルに属する患者側配線間に過渡電圧が発生した場合に回路６０の電流制限能力を作動させるために、２つの患者チャネル６２、６４（図６Ｂ参照）のバイアス抵抗間に直列に接続される。図６Ｂに示すように、第１の双方向性のＴＶＳ装置６５は、第１及び第２の患者チャネルの抵抗２２Ａの第２の端部の間の配線７３に配置され、ＴＶＳ装置６６は、第１の患者チャネル６２の抵抗２２Ａの第２の端部と第２の患者チャネルの抵抗２２Ｂの第２の端部との間に接続された配線４５に配置され、ＴＶＳ装置６７は、第１の患者チャネル内の抵抗２２Ｂの第２の端部と、第２の患者チャネル内の抵抗２２Ａの第２の端部との間に接続された配線４６内に配置され、ＴＶＳ装置６８は、第１の患者チャネル内の抵抗２２Ｂの第２の端部と第２の患者チャネル内の抵抗２２Ｂの第２の端部との間に接続された配線４７に配置される。これにより、任意のペアを形成している患者側配線間のいずれかの極性の過電圧から医療機器を保護する。したがって、この実施形態は、一方向性のＴＶＳを使用する前の実施形態よりも、さらに２つのＴＶＳ装置を必要とする（図５Ａ、５Ｂ参照）。
【００３２】
図７Ａから図７Ｃは、図５Ａ及び５Ｂと同様の過電圧保護回路７０の実施形態を示しているが、トリプルチャンバ又は両心室ペースメーカの３つの患者チャネルのように、３つの患者チャネルを保護するように変更されている。図７Ａから図７Ｃの回路７０は、図３、図５Ａ、図５Ｂの３つの過電圧保護回路３０を有し、図５Ｂのような２つのチャネルではなく、３つの患者チャネル７２、７４、７６を有する医療装置の３チャネルの患者インターフェースに適用され、同様の部分には同様の番号が付されている。回路７０は、図５Ａ及び図５Ｂに関連して上述したのと同じ方法で、６つの患者側配線インターフェースの各患者側配線インターフェースに接続された第１の端部を有するそれぞれのバイアス抵抗（インピーダンス）２２Ａ又は２２Ｂを使用してバイアス電圧を生成するように設計される。図５Ａ及び図５Ｂのように、この回路は一方向性のＴＶＳを使用する。
【００３３】
図５Ａ、図５Ｂのように、一方向性のＴＶＳ２４Ａ、２４Ｂのそれぞれのペアは、それらのカソード又はアノードのいずれかの端部で互いに接続されている。異なるチャネルの各ＴＶＳペアの間の接続部は、異なる患者チャネルに属する患者側配線間に過渡電圧が発生した場合に電流制限能力を提供するために、図７Ａから図７Ｃに示すように配線７７、７８を介して互いに接続される。過電圧保護回路７０は、３つのチャネルに対する過電圧保護を提供する。すなわち、過電圧保護回路７０は、任意の患者側配線間の各極性の過電圧の発生時及び過電圧の発生中に装置を保護し、装置が過電圧に含まれるエネルギーを吸収するリスクを低減又は排除する。
【００３４】
図８Ａから図８Ｄは、図６Ａ及び図６Ｂと同様の過電圧保護回路８０の実施形態を示しているが、３チャネルの患者インターフェースを保護するように変更されており、同様の部品には同様の参照番号が使用されている。上述の実施形態と同様に、回路８０は、患者側配線インターフェースに一端が接続された抵抗（インピーダンス）を使用してバイアス電圧を生成するように構成される。この場合、それぞれのバイアス抵抗は、例えば、３つの患者チャネル７２（図８Ｂ）、７４（図８Ｃ）、及び７６（図８Ｄ）を有するトリプルチャンバペースメーカ又は血行動態モニタの３つの患者チャネルのように、適用可能なそれぞれ６つの患者側配線インターフェースに接続された第１の端部を有する。以下でより詳細に説明するように、図６Ａ、図６Ｂと同様に、この回路は、異なる患者チャネルの患者側配線間に追加の双方向性のＴＶＳ装置とともに、各患者チャネルのバイアス抵抗２２Ａ、２２Ｂの間に双方向性のＴＶＳ装置４２を使用する。これにより、２つの異なるチャネルにおける患者側配線間に発生する過電圧を含む、任意のペアの患者側配線間の任意の極性の過電圧の発生時及び過電圧の発生中に過電圧保護を行う。
【００３５】
双方向性の過渡電圧抑制回路を備えた３チャネルの過電圧保護を実現するには、各患者チャネルに１つの双方向性のＴＶＳを適用するだけでは不十分である。図に示された実施形態では、３つの患者チャネルの間に他の１２の双方向性の過渡電圧抑制装置又はＴＶＳ装置が接続され、異なる患者チャネルに属する患者側配線間に過渡電圧が発生した場合にこの保護回路の電流制限能力を作動させる。図８Ａから図８Ｄにおいて、双方向性のＴＶＳが各ペアの患者側配線間に接続されている。接続配線は以下の通りである。
【００３６】
ＴＶＳ８１−チャネル７２のバイアス抵抗２２Ａとチャネル７４のバイアス抵抗２２Ａとの間（Ｊを介して図８Ｂ及び図８Ｃ参照）。
【００３７】
ＴＶＳ８２−チャネル７４のバイアス抵抗２２Ａとチャネル７６のバイアス抵抗２２Ｂとの間（Ｊを介して図８Ｃ及び図８Ｄを参照）。
【００３８】
ＴＶＳ８３−チャネル７２のバイアス抵抗２２Ａとチャネル７６のバイアス抵抗２２Ａとの間（Ｉ、Ｈを介して図８Ｂ、図８Ｃ、図８Ｄ参照）。
【００３９】
ＴＶＳ８４−チャネル７２のバイアス抵抗２２Ａとチャネル７４のバイアス抵抗２２Ｂとの間（Ａ、Ｄを介して図８Ｂ、図８Ａ、図８Ｃ参照）。
【００４０】
ＴＶＳ８５−チャネル７４のバイアス抵抗２２Ｂとチャネル７６のバイアス抵抗２２Ａとの間（Ｄ、Ｅ、Ｈを介して図８Ｃ、図８Ａ、図８Ｄ参照）。
【００４１】
ＴＶＳ８６−チャネル７２のバイアス抵抗２２Ａとチャネル７６のバイアス抵抗２２Ｂとの間（Ａ、Ｆ、Ｇを介して図８Ｂ、図８Ａ、図８Ｄ参照）。
【００４２】
ＴＶＳ８７−チャネル７２のバイアス抵抗２２Ｂとチャネル７４のバイアス抵抗２２Ａとの間（Ｂ、Ｃを介して図８Ｂ、図８Ａ、図８Ｃ参照）。
【００４３】
ＴＶＳ８８−チャネル７４のバイアス抵抗２２Ａとチャネル７６のバイアス抵抗２２Ａとの間（Ｃ、Ｅ、Ｈを介して図８Ｃ、図８Ａ、図８Ｄ参照）。
【００４４】
ＴＶＳ８９−チャネル７２のバイアス抵抗２２Ｂとチャネル７４のバイアス抵抗２２Ｂとの間（Ｂ、Ｄを介して図８Ｂ、図８Ａ、図８Ｃ参照）。
【００４５】
ＴＶＳ９１−チャネル７４のバイアス抵抗２２Ｂとチャネル７６のバイアス抵抗２２Ｂとの間（Ｄ、Ｆ、Ｇを介して図８Ｃ、図８Ａ、図８Ｄ参照）。
【００４６】
ＴＶＳ９２−チャネル７２のバイアス抵抗２２Ｂとチャネル７６のバイアス抵抗２２Ａとの間（Ｂ、Ｅ、Ｈを介して図８Ｂ、図８Ａ、図８Ｄ参照）。
【００４７】
ＴＶＳ９３−チャネル７２のバイアス抵抗２２Ｂとチャネル７６のバイアス抵抗２２Ｂとの間（Ｂ、Ｆ、Ｇを介して図８Ｂ、図８Ａ、図８Ｄ参照）。
【００４８】
回路８０における双方向性の過渡電圧抑制器（ＴＶＳ）の総数は１５である。これは、一方向性のＴＶＳを使用する図７Ａから図７Ｃの実施形態よりもはるかに多く、一方向性のＴＶＳが６つだけ必要である。しかし、ＴＶＳ装置は大きな電流を流す必要がなく、高出力装置である必要はないので、いくつかの実施形態では、小型の最新のＥＳＤ保護ＴＶＳ装置を使用することができる。これらの装置は、ほぼすべて双方向性であるため、１０個の電子部品を追加しても装置のサイズや経費は大幅に増加しない。
【００４９】
図９Ａから図９Ｄは、それぞれの配線インターフェースから延在するそれぞれの配線を介して６つの患者側配線インターフェース用の患者側配線インターフェースに接続された第１の端部を有する抵抗（インピーダンス）を使用してバイアス電圧を生成し、各患者チャネルのバイアス抵抗間に双方向性のＴＶＳを使用する過電圧保護回路９０の簡略化された実施形態を示す。上述の２つの実施形態と同様に、この実施形態は、例えば、トリプルチャンバペースメーカの３つの患者チャネルに適用可能である。
【００５０】
図４、図６Ａ、図６Ｂに示すように、回路９０は、３つの過電圧保護回路４０を有し、図６Ａ、図６Ｂのように２つのチャネルではなく３つの患者チャネル７２、７４、７６を有する医療機器の３チャネル患者インターフェースに適用され、同様の部分には同様の番号が付されている。回路９０は、図８Ａから図８Ｄと同様であるが、単純化された双方向性のＴＶＳ構成を有する３チャネルの患者インターフェースを提供する。この回路を使用できる例は、二心室ペースメーカである。回路９０は、３つのチャネルに対して完全な過電圧保護を行う。すなわち、回路９０は、６つの患者側配線のいずれかの間の各極性の過電圧の発生時及び過電圧の発生中に装置を保護する。図８Ａから図８Ｄのように、各患者チャネル７２、７４、７６には、１つの双方向性の過渡電圧抑制器４２が装備されている。しかしながら、図８Ａから図８Ｄのように１２個の双方向性のＴＶＳ素子の代わりに、患者チャネル間には６個の双方向性のＴＶＳ素子９５、９６しかない。これは、不均一なＴＶＳブレークダウン電圧を使って行われる。電圧過渡が予想される患者側配線の組み合わせによっては、ブレークダウン電圧ＵＴＶＳが予想されるが、他の患者側配線の組み合わせではブレークダウン電圧が２ＵＴＶＳに等しくなる。しかしながら、これは、ＵＴＶＳが発生する可能性のある過渡電圧のほんの一部である多くの場合において、保護回路の保護能力を提供する際には問題ではない。図９Ａから図９Ｄにおいて、各双方向性のＴＶＳ９５は、各ペアの回路４０（Ｅ、Ｇ、Ｉ参照）のバイアスダイオード２２Ａの間に接続され、各双方向性のＴＶＳ９６が、各ペアの回路４０（Ｆ、Ｈ、Ｊ参照）のバイアスダイオード２２Ｂの間に接続され、合計６つの双方向性のＴＶＳ装置を構成する。しかしながら、図８Ａから図８Ｄとは異なり、１つの回路のバイアスダイオード２２Ａと他の２つの回路のいずれかのバイアスダイオード２２Ｂとの間には双方向性のＴＶＳ素子はなく、図８Ａから図８Ｄの双方向性のＴＶＳ素子のうちの６つは省略されている。
【００５１】
図８から図８Ｄ又は図９Ａから図９Ｄのように、図７Ａから図９Ｄの３チャネル過電圧保護回路は、図７Ａから図９Ｄのチャネル７２、７４、７６と同様の方法で、４つ目のチャネル用の追加の回路３０又は４０と、２つの一方向性のＴＶＳ装置ではなく双方向性のＴＶＳがバイアス抵抗間で使用される場合に、各チャネルの患者側配線間に追加の双方向性のＴＶＳ装置とを追加することによって、心臓の４つの部屋の心臓モニタ又はペースメーカのような４チャネルの医療装置に対してスケールアップすることができる。
【００５２】
図１０は、２つの患者側配線インターフェース又は１つの患者医療チャネルの過電圧保護回路１００の他の実施形態を示す。回路１００は、装置内部回路１２と医療機器の患者インターフェースとの間に接続されている。図１０に示すように、この実施形態では、過渡電圧抑制器又はＴＶＳ素子は、それぞれの補償コンデンサ１０４Ａ、１０４Ｂと並列にそれぞれ抵抗１０２Ａ、１０２Ｂで置換され、Ａの一端がそれぞれ患者側配線１１Ａ又は１１Ｂに接続されたバイアス抵抗１０５Ａ又は１０５Ｂと直列に接続されている。いくつかの実施形態では、補償コンデンサ１０４Ａ及び１０４Ｂを省略することができる。上述した実施例と同様に、各患者側配線１１Ａ、１１Ｂは、ＭＯＳＦＥＴ電流制限器２５Ａ、２５Ｂを有する。抵抗１０５Ａと抵抗１０２Ａとの間の接続部１０６Ａは、配線１０８Ａを介して、ＭＯＳＦＥＴ２５Ａのゲートに接続されている。同様に、接続部１０６Ｂは、配線１０８Ｂを介して、ＭＯＳＦＥＴ２５Ｂのゲートに接続されている。それぞれ一方向性の電圧制限装置又はＴＶＳダイオード１１０Ａ、１１０Ｂは、患者側配線１１Ａ、１１Ｂと配線１０８Ａ、１０８Ｂとの間のそれぞれバイアス抵抗１０５Ａ、１０５Ｂと並列に接続されている。一方向性の電圧制限装置１１０Ａは、患者側配線１１Ａに接続された陽極と、接続部１０６Ａに接続された陰極とに接続され、一方向性の電圧制限装置１１０Ｂは、患者側配線１１Ｂに接続された陽極と接続部１０６Ｂに接続された陰極とに接続されている。
【００５３】
過電圧保護回路１００は、１つの患者チャネルを構成する２つの患者側配線１１Ａ、１１Ｂを保護し、図２から図９Ｄに示される上述の実施形態と全く同じ方法で使用される電流制限装置２５Ａ、２５Ｂ（デプリーション型ＭＯＳＦＥＴなどで構築される）を利用する。しかしながら、この実施形態では、バイアス電圧は、抵抗１０５Ａ及び１０２Ａを含む第１の抵抗分圧器と、２つの患者側配線間に構築された抵抗１０５Ｂ及び１０２Ｂを備える第２の抵抗分圧器から得られる。第１の過電圧のランプが発生すると、最初は小さな電流が分圧器の抵抗を通って流れる。バイアス抵抗１０５Ａ又は１０５Ｂの一方の両端の電圧がＭＯＳＦＥＴの必要バイアスレベルに達すると、それぞれのＭＯＳＦＥＴは患者側配線を流れる電流を遮断する。どのＭＯＳＦＥＴが最初にオフになるかは、過渡過電圧の方向に依存する。分圧器は、ＭＯＳＦＥＴの遮断が図２から図９Ｄの過電圧保護回路の場合よりもさらに迅速に行われるように調整することができる。一例では、抵抗１０５Ａ及び１０５Ｂはそれぞれ１０キロオームの抵抗を有し、抵抗１０２Ａ及び１０２Ｂはそれぞれ２２キロオームの抵抗を有し、コンデンサ１０４Ａ及び１０４Ｂはそれぞれ１０ナノファラドの静電容量を有する。抵抗１０５Ａ及び１０５Ｂの抵抗は、１０キロオームから１メガオームの範囲内であり得るが、抵抗１０２Ａ及び１０２Ｂの適切な抵抗の範囲は、２２キロオームから３．３メガオームである。補償キャパシタ１０４Ａ及び１０４Ｂは、数ピコファラドから２２ナノファラドの容量を有することができる。実際の値は、過電圧保護回路が使用される装置の患者側配線の特性に強く依存する。
【００５４】
分圧器は、各抵抗対１０５Ａ、１０２Ａ及び１０５Ｂ、１０２Ｂを流れる電流が非常に小さくなるように、高オーム抵抗で構成することができる。しかしながら、分圧器の大きさを決定する手順（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）の間に、バイアス容量１０５Ａ又は１０５Ｂとともにこの容量がローパスフィルタを形成するので、ＭＯＳＦＥＴゲート端子Ｇに見られるＭＯＳＦＥＴ容量Ｃｉｓｓに関して注意する必要がある。Ｃｉｓｓはゲート−ソース間容量とゲート−ドレイン間容量（Ｃｉｓｓ＝Ｃｇｓ＋Ｃｇｄ）の和である。回路に使用される特定のＭＯＳＦＥＴに依存して、この容量は、数ナノファラッドまでの値を有することができる。これを補償するために、それぞれの補償コンデンサ１０４Ａ、１０４Ｂがそれぞれの抵抗１０２Ａ、１０２Ｂと並列に印加される。いくつかの実施形態では、正確な補償の場合よりも過渡過電圧に対する応答が速くなるので、補償コンデンサをＣｉｓｓに対して過補償するように配置することが最良な配置であり得る。しかしながら、コンデンサ１０４Ａ、１０４Ｂの導入は、保護回路の周波数応答に影響を及ぼす。図１０の実施形態で使用された上述の例の構成要素パラメータでは、約２５キロヘルツで−３デシベルの減衰限界が達成される。このような周波数応答は、過電圧保護装置がペースメーカ装置又はＥＣＧモニタに使用されるとき、ほとんどの生体信号に対して十分である。血行動態モニタの保護のための実施形態では、回路がより少ない減衰を導入するように、回路パラメータを変更することができる。電圧測定を担当する血行動態モニタの患者チャネルの場合、補償コンデンサの値をピコファラド値に減らすか、補償コンデンサを完全に省略することができる。電圧測定患者チャネルがペースメーカチャネル又は血行動態モニタの電流チャネルほど低いインピーダンスを示さないため、これは可能である。
【００５５】
回路１００は、ゲート端子とソース端子との間の過大な電圧から保護するために、各ＭＯＳＦＥＴ電流制限器２５Ａ、２５Ｂのゲート端子とソース端子の間に接続されたＴＶＳ素子１１０Ａ及び１１０Ｂを有する。しかしながら、この回路で使用されるＴＶＳ素子は、患者側配線に電圧制限能力を導入しないことに留意すべきである。回路１００内のＴＶＳ素子の唯一の目的は、ＭＯＳＦＥＴ電流制限器を過度のゲート−ソース電圧から保護して、ＭＯＳＦＥＴを損傷させることである。上述したように、過電圧保護回路１００の電圧制限は、ＭＯＳＦＥＴ２５Ａ及び２５Ｂの遮断によって単独で達成される。所望の遮断効果は、上述した分圧器の適切な大きさに強く依存する。
【００５６】
図１０に示す過電圧保護回路には、図２及び図３から図９Ｄに示す回路に比べて２つの利点がある。第１の利点は、過電圧過渡現象に対してより感度が高いこと、第２の利点は、より良好に制御が可能であり、ＭＯＳＦＥＴの遮断がより深いことである。これは、過渡事象によってもたらされるエネルギーをより良く排除し、改善されたエネルギー排除能力をもたらす。しかしながら、この実施形態における過電圧保護は、上述の実施形態よりも正確な大きさ又は構成要素パラメータに依存する。大きさは、過電圧保護回路が適用される特定の医療機器によって大きく左右される。
【００５７】
図１１Ａ及び図１１Ｂは、例えば、デュアルチャンバペースメーカ又は２チャネルの血行動態モニタのように、２つの患者チャネル１１８（図１１Ａ）及び１１９（図１１Ｂ）を有する電子医療機器の過電圧保護を提供するために、図１０と同じ過電圧保護技術を使用する変更された過電圧保護回路又は装置１１２の一実施形態を示す。装置１２０は、デュアルチャネル装置のそれぞれのチャネル１１８、１１９に適用された図１０の１つのチャネル回路１００のうちの２つを有し、同様の部品には同様の参照番号が付される。図１０のように、各チャネルの回路１００は、一端が患者側配線１１Ａに接続され、補償コンデンサ１０４Ａと並列に接続された第１の抵抗１０２Ａと直列に接続された第１のバイアス抵抗１０５Ａとを有する。抵抗１０２Ａと１０５Ａとの間の接続部１０６Ａは、配線１０８Ａを介して患者側配線１１ＡのＭＯＳＦＥＴ２５Ａのゲートに接続されている。それぞれ第２のバイアス抵抗１０５Ｂは、一端が患者側配線１１Ｂに接続され、補償コンデンサ１０４Ｂと並列に接続された第２の抵抗１０２Ｂと直列に接続されている。抵抗１０２Ｂと１０５Ｂとの間の接続部１０６Ｂは、配線１０８Ｂを介して、患者側配線１１Ｂに位置するＭＯＳＦＥＴ２５Ｂのゲートに接続されている。さらに、各回路内の電圧制限装置１０２Ａと１０２Ｂとの間の接続部１１５は、配線１１６によって互いに接続されている。
【００５８】
回路１１２が使用される医療機器の例は、デュアルチャンバペースメーカ又は２つのチャネルの血行動態モニタである。回路１１２は、２つのチャネルに対する過電圧保護を提供する。すなわち、回路１１２は、任意の患者側配線間で各極性の過電圧の発生時及び過電圧の発生中に医療装置を保護し、装置が過電圧に含まれるエネルギーを吸収するリスクを低減又は排除する。
【００５９】
２チャネル過電圧保護回路１１２の一例では、抵抗１０５Ａ及び１０５Ｂの抵抗はそれぞれ４７０キロオームであり、抵抗１０２Ａ及び１０２Ｂの抵抗はそれぞれ１．５メガオームであり、コンデンサ１０４Ａ及び１０４Ｂの容量は１０ナノファラドである。
【００６０】
図１２Ａから図１２Ｃは、図１及び図２と同様の変更された過電圧保護回路又は装置１２０の一実施形態を示し、トリプルチャンバペースメーカ又は３つのチャネルを有する血行力学的モニタのように、３つの患者チャネル１２２（図１２Ａ）、１２４（図１２Ｂ）、１２５（図１２Ｃ）を有する電子医療機器の過電圧パルス保護を提供するように構成される。装置１２０は、３チャネル装置のそれぞれのチャネル１２２、１２４、１２５に適用された図１０の１つのチャネル回路１００のうちの３つを備え、同様の部品には同様の参照番号が付されている。図１０のように、各チャネルの回路１００は、一端が配線１１Ａに接続され、補償コンデンサ１０４Ａと並列に接続された第１の抵抗１０２Ａと直列に接続された第１のバイアス抵抗１０５Ａとを有する。抵抗１０２Ａと１０５Ａとの間の接続部１０６Ａは、配線１０８Ａを介して患者側配線１１ＡのＭＯＳＦＥＴ２５Ａのゲートに接続されている。ＴＶＳダイオード１１０Ａは、バイアス抵抗１０５Ａと並列に、配線１１Ａと１０８Ａとの間に接続されている。それぞれの第２バイアス抵抗１０５Ｂは、一端で患者側配線１１Ｂに接続され、補償コンデンサ１０４Ｂと並列に接続された第２抵抗１０２Ｂと直列に接続されている。抵抗１０２Ｂと１０５Ｂとの間の接続部１０６Ｂは、配線１０８Ｂを介して患者側配線１１Ｂに位置するＭＯＳＦＥＴ２５Ｂのゲートに接続されている。ＴＶＳダイオード１１０Ｂは、バイアス抵抗１０５Ｂと並列に、配線１１Ｂと１０８Ｂとの間に接続されている。さらに、各回路内の電圧制限装置１０２Ａと１０２Ｂとの間の接続部１１５は、配線１１６と１２６によって互いに接続されている。
【００６１】
図１及び図２の変更された過電圧保護回路１２０は、図１２Ａから図１２Ｃは、６つの患者側配線１１Ａ、１１Ｂのそれぞれ患者側配線にそれぞれの一端が接続された抵抗（インピーダンス）をそれぞれ使用してバイアス電圧を生成することによって、３チャネルの患者インターフェースを保護するように設計されている。この装置は、例えば、トリプルチャンバペースメーカ又は血行動態モニタの３つの患者チャネルに適用可能である。３チャネル過電圧保護回路１２０の一例では、抵抗１０５Ａ及び１０５Ｂの抵抗はそれぞれ４７０キロオームであり、抵抗１０２Ａ及び１０２Ｂの抵抗はそれぞれ１．５メガオームであり、コンデンサ１０４Ａ及び１０４Ｂの容量は１０ナノファラドである。
【００６２】
上記の過電圧保護回路及び方法は、電気又は電子医療機器の過電圧保護を提供するものとして記載されているが、代わりに、２つの端子間の偶発的な過電圧から他のタイプの回路を保護するために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、過電圧保護回路は、医療機器の内部回路自体に組み込まれてもよく、既存の医療機器の患者出力／入力端子又はチャネルに接続されるように設けられてもよい。上述の過電圧保護回路は、（人間又は動物の）体内又は体表の治療又はモニタリングの目的で使用される任意の電子医療機器と併用することができる。
【００６３】
開示された実施形態に係る上記の説明は、当業者が本発明を実施又は使用することを可能にするために提供される。これらの実施形態に対する様々な変更は、当業者には容易に明らかであり、本明細書に記載された一般的な原理は、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用することができる。したがって、本明細書に提示される説明及び図面は、本発明の現時点で好ましい実施形態を表しており、それゆえ、本発明によって広く企図される主題を代表することが理解されるべきである。本発明の範囲は、当業者に明らかになる可能性のある他の実施形態を完全に包含し、添付の請求項以外になんら限定されるものではないことがさらに理解される。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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