ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ДЕФИБРИЛЛЯТОРА
PROTECTION AGAINST OVERVOLTAGE FOR DEFIBRILLATOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к схеме дефибрилляции, и, в частности, к защите от перенапряжения внутри схемы дефибрилляции. Настоящее изобретение относится также к области устройств защиты от перенапряжения для медицинских устройств.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Дефибрилляторы подают высоковольтный импульс к сердцу для восстановления нормального ритма и сократительной функции сердца у пациентов, у которых возникает аритмия, например, такая как фибрилляция желудочков ("ФЖ") или желудочковая тахикардия ("ЖТ"), которая не сопровождается прощупываемым пульсом. Существует несколько классов дефибрилляторов, в том числе ручные дефибрилляторы, имплантируемые дефибрилляторы и автоматические внешние дефибрилляторы (АВД). АВД отличаются от ручных дефибрилляторов тем, что АВД заранее запрограммированы на автоматический анализ ритма электрокардиограммы (ЭКГ), для определения, требуется ли дефибрилляция, и для обеспечения мер оказания помощи, таких как процедура электрошоковой терапии и периоды сердечно-легочной реанимации (СЛР). С этой целью АВД, но, возможно, и другие типы дефибрилляторов, содержат схему мониторинга ЭКГ. Некоторые типы дефибрилляторов используют схему мониторинга ЭКГ, чтобы обеспечить функцию "стимуляции по требованию", при которой схема мониторинга ЭКГ постоянно сравнивает сердцебиение пациента с желаемым результатом, и предоставляет дополнительный стимул, если сердце не может поддерживать необходимую деятельность.
ЭКГ сигналы являются относительно слабыми электрическими сигналами. Схема мониторинга ЭКГ должна быть достаточно чувствительна, чтобы обнаружить и проанализировать сигналы ЭКГ. Дефибриллятор также содержит высоковольтную схему для генерации высоковольтного импульса, который подается пациенту. Высоковольтный импульс проводится через набор электродов дефибрилляции к набору электродных накладок дефибрилляции, которые закреплены на пациенте. В зависимости от конструкции дефибриллятора, высоковольтная схема и схема мониторинга ЭКГ совместно используют одни и те же электродные накладки и электроды, либо схема мониторинга ЭКГ подключена к пациенту с помощью специально предназначенных электродов мониторинга и электродных накладок мониторинга.
Когда высоковольтный импульс подается пациенту посредством высоковольтной схемы, высоковольтный импульс также передается на схему мониторинга ЭКГ.
Если схема мониторинга ЭКГ использует электродные накладки дефибрилляции и/или электроды дефибрилляции совместно с высоковольтной схемой, то схема мониторинга ЭКГ принимает, по существу, полный высоковольтный импульс. Даже если схема мониторинга ЭКГ использует отдельные электродные накладки мониторинга и электроды мониторинга, значительная часть высоковольтного импульса может достигать схемы мониторинга ЭКГ благодаря электрическому взаимодействию через тело пациента. Поэтому, как правило, необходимо защищать схему мониторинга ЭКГ в дефибрилляторе.
Защита схемы мониторинга ЭКГ в дефибрилляторе является трудной конструкторской проблемой. Схема мониторинга имеет очень высокий импеданс и обнаружение неправильного подключения пациента требует обнаружения небольших изменений рабочего тока, как правило, порядка нескольких наноампер. В то же время схема мониторинга подвергается коротким высоковольтным одиночным импульсам много раз в течение срока службы дефибриллятора. Многие устройства защиты от перенапряжения, которые хорошо работают в других приборах, требуют гораздо большего постоянного питания для того, чтобы применяться в такой схеме. Газоразрядные трубки (ГРТ) или устройства искровых разрядников являются заметным исключением: они сочетают свойства умеренных фиксированных напряжений срабатывания, очень высокий импеданс при отсутствии разряда и быстроту работы. По этим причинам, ГРТ являются предпочтительным устройством защиты для схемы мониторинга ЭКГ в современных дефибрилляторах.
Авторы идей изобретения, раскрытых здесь, понимают, что газоразрядные трубки (ГРТ) могут обнаруживать непредсказуемое поведение относительно их напряжения пробоя и времени, которое им необходимо, чтобы переключиться между высокоимпедансным режимом и режимом короткого замыкания. ГРТ требуют определенного уровня неизменной интенсивности ионизации газа. Без этой ионизации ГРТ может оставаться в линейном рабочем режиме в течение высоковольтного импульса. ГРТ может даже оставаться в выключенном состоянии для части высоковольтного импульса. При этом в линейном рабочем режиме ГРТ проводит только сравнительно слабый ток. Это значит, что устройство, которое должно быть защищено с помощью ГРТ, могло бы подвергнуться воздействию высоковольтного импульса в течение некоторого времени, или что значительное количество электрического тока могло бы разрядиться через устройство, которое должно быть защищено, например, через схему мониторинга ЭКГ. ГРТ может также требоваться сравнительно длительное время (несколько миллисекунд) чтобы изменить состояние, после того, как ее впервые возбудили, рискуя повредить схему, которую защищает ГРТ.
Традиционный способ активации мгновенного дугового разряда заключается в добавлении небольшого количества радиоактивного материала в ионизирующий газ ГРТ. Этот способ больше не является желательным по причинам, относящимся к защите окружающей среды и здоровья. В документе 2009/0210022 описана цепь дефибрилляции по вводной части к п.1 и устройство защиты от перенапряжения по вводной части к п.10.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к цепи дефибрилляции по п.1, устройству защиты от перенапряжения по п.10 и способу по п.14.
Было бы желательно предоставить схему дефибрилляции, в которой надежная защита от перенапряжения достигается посредством ГРТ, но без использования радиоактивных материалов для предварительной ионизации газа. Этой потребности и/или другим возможным потребностям соответствует схема дефибрилляции по п.1, содержащая газоразрядную трубку и источник света, выполненный с возможностью предварительно возбуждать газоразрядную трубку, с тем, чтобы обеспечить предсказуемые условия пробоя газоразрядной трубки. Источник света может предварительно возбуждать газоразрядную трубку либо посредством ионизации газа, либо посредством фотоэффекта на аноде и/или катоде газоразрядной трубки, который, в свою очередь, ионизирует газ. Количество света, испускаемого источником света, может быть рассчитано или оценено заранее, так что объем ионизированного газа можно также оценить. Таким образом, возможно определить диапазон для условий пробоя газоразрядной трубки, основываясь на условиях излучения, предоставляемых источником света.
Источник света для предварительного возбуждения газоразрядной трубки создает условия, по существу, независящие от внешних воздействий, таких как рассеянный свет или температура. Независимо от того, подвергается ли газоразрядная трубка воздействию окружающего света или нет, источник света обеспечивает минимальные условия пробоя, при которых в газоразрядной трубке в любом случае происходит дуговой разряд.
Было бы также желательно, чтобы испускаемый свет, произведенный источником света, эффективно использовался в предварительно возбужденной газоразрядной трубке. Этой потребности и/или другим возможным потребностям соответствует источник света, расположенный в непосредственной близости от газоразрядной трубки. Источник света может быть ориентирован так, чтобы направление максимальной плотности света в характеристике направленности источника света указывало на газоразрядную трубку.
Также было бы желательно, если бы газоразрядная трубка была готова к дуговому разряду, то есть к изменению состояния с высоким импедансом к состоянию короткого замыкания, быстро, в любой момент времени, когда может возникнуть высоковольтный импульс. Этой потребности и/или другим возможным потребностям соответствует источник света, по существу, постоянно светящийся во время работы схемы дефибрилляции.
Было бы также желательно, если бы схема дефибрилляции или части схемы дефибрилляции могли быть надежно защищены от перенапряжения. Этой потребности и/или другим возможным потребностям соответствует газоразрядная трубка, выполненная с возможностью функционирования в качестве устройства защиты от перенапряжения.
Было бы также желательно, чтобы источник света был энергосберегающим, долговечным, и/или давал минимальные потери тепла. По меньшей мере одной из этих потребностей и/или другим возможным потребностям соответствует источник света в виде светоизлучающего диода (СИД).
Было бы желательно дополнительно защитить компоненты схемы дефибрилляции, чувствительные к напряжению. Этой потребности и/или другим возможным потребностям соответствует схема дефибрилляции дополнительно содержащая схему мониторинга электрокардиограммы. Газоразрядная трубка подключается к схеме мониторинга электрокардиограммы, чтобы функционировать как устройство защиты от перенапряжения для схемы мониторинга электрокардиограммы. Схема мониторинга электрокардиограммы в схеме дефибрилляции обычно чувствительна к напряжению из-за технических характеристик, которым она должна отвечать, в особенности ее способности обнаруживать относительно слабые напряжения и токи.
Схема мониторинга электрокардиограммы может содержать множество электродов мониторинга, схема дефибрилляции может содержать электрический проводник, несущий электрический опорный потенциал, достаточный для поглощения избыточного электрического заряда, и газоразрядная трубка может быть подсоединена между одним из электродов мониторинга и электрическим проводником, несущим электрический опорный потенциал. Всякий раз, когда напряжение между электродом мониторинга и электрическим проводником, несущим электрический опорный потенциал, превышает напряжение пробоя газоразрядной трубки, газоразрядная трубка образует дугу и, таким образом, по существу, создает короткое замыкание между электродом мониторинга и проводником. Избыточный электрический заряд, присутствующий на электроде мониторинга, отводится через газоразрядную трубку к электрическому проводнику, несущему электрический опорный потенциал. Перенапряжение между электродом мониторинга и опорным потенциалом исчезает или уменьшается до безопасного значения.
Схема дефибрилляции может дополнительно содержать множество дополнительных газоразрядных трубок, подсоединенных между одним из дополнительных электродов мониторинга и электрическим проводником, несущим электрический опорный потенциал. Таким образом, дополнительные электроды мониторинга или все электроды мониторинга защищены отдельными газоразрядными трубками. Высоковольтный импульс может возникнуть между двумя из множества электродов мониторинга так, что обе газоразрядные трубки могут образовать дугу с тем, чтобы соединить два электрода мониторинга друг с другом через электрический проводник, несущий электрический опорный потенциал, в некотором смысле в коротком замыкании.
Схема дефибрилляции может дополнительно содержать светонепроницаемый или непрозрачный корпус для газоразрядной трубки и источник света для обеспечения предсказуемых условий предварительного возбуждения газоразрядной трубки. Светонепроницаемый корпус может быть корпусом самой схемы дефибрилляции, например, корпусом АВД.
В альтернативном аспекте идей изобретения, раскрытых в настоящем описании, было бы желательно обеспечить средства для защиты от перенапряжения в медицинских устройствах, которые надежны и демонстрируют, по существу, неизменные условия пробоя. Этой потребности и/или другим возможным потребностям соответствует устройство защиты от перенапряжения для медицинских устройств, устройство защиты от перенапряжения, содержащее газоразрядную трубку и источник света, выполненный с возможностью предварительно возбуждать газоразрядную трубку, с тем чтобы обеспечить предсказуемые условия пробоя газоразрядной трубки.
Источник света для предварительного возбуждения газоразрядной трубки создает условия, в значительной степени не зависящие от внешних воздействий, таких как рассеянный свет или температура. Независимо от того, подвергается ли газоразрядная трубка воздействию окружающего света или нет, источник света обеспечивает минимальные условия пробоя, при которых в газоразрядной трубке в любом случае происходит дуговой разряд.
Источник света может быть расположен в непосредственной близости от газоразрядной трубки.
Источник света может быть, по существу, постоянно светящимся в течение дежурного состояния (рабочего состояния) устройства защиты от перенапряжения.
Источник света может быть светоизлучающим диодом (СИД).
В еще одном альтернативном аспекте идей изобретения, раскрытых здесь, было бы желательно предоставить способ защиты от перенапряжения для медицинских устройств, который надежен и демонстрирует, по существу, неизменные условия пробоя. Этим потребностям и/или другим возможным потребностям соответствует способ использования газоразрядной трубки в медицинских устройствах, содержащий этапы, на которых:
- зажигают источник света, расположенный в непосредственной близости от газоразрядной трубки, тем самым, предварительно возбуждают газоразрядную трубку, с тем чтобы обеспечить предсказуемые условия пробоя газоразрядной трубки;
- обеспечивают дуговой разряд в газоразрядной трубке в ответ на перенапряжение, приложенное к газоразрядной трубке, причем перенапряжение превышает предсказуемые условия пробоя.
Эти и другие аспекты настоящего изобретения будут очевидны и проиллюстрированы со ссылкой на описанный(е) ниже вариант(ы) осуществления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 схематично представлена блок-схема первого варианта осуществления схемы дефибрилляции в соответствии с идеями изобретения, раскрытыми здесь.
На фиг.2 схематично представлена блок-схема другого варианта осуществления схемы дефибрилляции в соответствии с идеями изобретения, раскрытыми здесь.
На фиг.3 схематично представлен график, иллюстрирующий эффект от идей изобретения, раскрытых здесь.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Изобретение теперь будет описано на основе чертежей. Нужно понимать, что варианты осуществления и аспекты изобретения, описанные здесь, являются только примерами и никоим образом не ограничивают защищаемый объем формулы изобретения. Изобретение определяется формулой изобретения и ее эквивалентами. Нужно понимать, что признаки одного аспекта могут быть объединены с признаками другого аспекта или аспектов.
На фиг.1 схематичным образом представлена блок-схема схемы дефибрилляции в соответствии с идеями изобретения, раскрытыми в настоящем описании. Схема дефибрилляции содержит высоковольтную схему 102, выполненную с возможностью подавать высоковольтный импульс пациенту, нуждающемуся в дефибрилляции. Высоковольтная схема 102 соединена с электродными накладками 106, 108 дефибрилляции посредством двух электродов 105, 107 дефибрилляции. Электродные накладки 106, 108 дефибрилляции могут быть клейкими накладками, которые прикрепляются к пациенту перед началом процедуры дефибрилляции.
Схема дефибрилляции дополнительно содержит схему 104 мониторинга электрокардиограммы (ЭКГ). Схема 104 мониторинга ЭКГ, в свою очередь, соединена с электродными накладками 106, 108 дефибрилляции посредством двух электродов 115, 117 мониторинга, которые соединены с электродами дефибрилляции 105 и 107 соответственно. В этой конфигурации дефибриллятора нужны только две электродные накладки дефибрилляции, потому что электродные накладки 106, 108 дефибрилляции используются также для мониторинга ЭКГ. Наличие только двух электродных накладок 106, 108 дефибрилляции способствует быстрому размещению электродных накладок 106, 108 дефибрилляции, особенно в случае, когда дефибриллятор используется непрофессионалом.
Всякий раз, когда высоковольтная схема 102 подает высоковольтный импульс на электродные накладки 106, 108 дефибрилляции, схема 104 мониторинга ЭКГ принимает высоковольтный импульс (или значительную его часть) вследствие прямого гальванического соединения между высоковольтной схемой 102 и схемой 104 мониторинга ЭКГ. Хотя схема 104 мониторинга ЭКГ может быть спроектирована так, чтобы выдерживать нормальный высоковольтный импульс высоковольтной схемы 102, существует вероятность, что схема 104 мониторинга ЭКГ примет импульс перенапряжения. Например, одна из электродных накладок 106, 108 дефибрилляции может не быть должным образом закреплена на пациенте, так что ток отсутствует, либо может течь лишь небольшой ток через контактную поверхность между электродной накладкой дефибрилляции и кожей пациента. Как следствие, высоковольтный импульс стремится разрядиться через другой путь тока, не через пациента. Этот другой путь тока может содержать схема 104 мониторинга ЭКГ. Схема 104 мониторинга ЭКГ содержит контакты, которые используются для соединения электродов 115, 117 мониторинга со схемой 104 мониторинга ЭКГ. Для того чтобы избежать того, чтобы заряд высоковольтного импульса разряжался через схему 104 мониторинга ЭКГ, контакты схемы мониторинга ЭКГ также соединяются с устройствами защиты от перенапряжения, соответственно. Первое устройство защиты от перенапряжения содержит газоразрядную трубку 125, которая соединена с электродом 115 мониторинга ЭКГ на первом контакте газоразрядной трубки 125. Газоразрядная трубка 125 также подсоединена к потенциалу электрического заземления 130 на другом контакте газоразрядной трубки 125. Светоизлучающий диод (СИД) 135 расположен в непосредственной близости от газоразрядной трубки 125. Сопротивление 136 подсоединено последовательно к светоизлучающему диоду 135 и также к электрическому потенциалу 5 вольт (5 В). Светоизлучающий диод 135 также подсоединен к электрическому опорному потенциалу 130. Последовательное сопротивление 136 ограничивает ток, протекающий через светоизлучающий диод 135 до значения, которое подходит для долговременной работы светоизлучающего диода 135 и дает достаточный свет, испускаемый светоизлучающим диодом 135.
Испускаемый свет, произведенный светоизлучающим диодом 135, направлен в сторону газоразрядной трубки 125. Газоразрядная трубка 125 становится предварительно возбужденной благодаря ионизирующему эффекту света от СИД 135 на газ, содержащийся в газоразрядной трубке 125. Другим эффектом, который может стать существенным, является фотоэлектрический эффект, посредством которого электроны могут быть освобождены на аноде или катоде газоразрядной трубки 125.
Электрод 117 мониторинга ЭКГ также соединен с газоразрядной трубкой 127, которая, в свою очередь, подсоединена к электрическому опорному потенциалу 130. Светоизлучающий диод (СИД) 137 расположен в непосредственной близости от газоразрядной трубки 127. Последовательное сопротивление 138 ограничивает ток, протекающий через светоизлучающий диод 137. Последовательное сопротивление 138 также подсоединено к электрическому потенциалу 5 Вольт, который может быть тем же, что описан выше в связи со светоизлучающим диодом 135 и последовательным сопротивлением 136. Вместо 5 В может использоваться другой электрический потенциал, пригодный для работы светоизлучающего диода, например 3 В.
Светоизлучающий диод 135, 137 также может быть соединен с некоторой схемой управления, с тем чтобы переключать по мере надобности светоизлучающий диод 135, 137 между состояниями «включено» и «выключено». Кроме того, можно использовать реостат в дополнение к последовательным сопротивлениям 136 или 138 или в качестве замены сопротивлению 136 или 138. Реостат может быть использован для изменения тока, протекающего через светодиод 135 или 137, настраивая, таким образом, испускаемый свет светоизлучающего диода. В свою очередь, условия пробоя газоразрядной трубки 125 или 127 могут быть настроены в определенном диапазоне.
На фиг.2 схематичным образом представлена блок-схема схемы дефибрилляции в соответствии с другим вариантом осуществления идей изобретения, раскрытым в настоящем описании.
Высоковольтная часть здесь в основном не изменена по сравнению с изображением на фиг.1. Высоковольтная часть содержит высоковольтную схему 102, электроды 105, 107 дефибрилляции и электродные накладки 106, 108 дефибрилляции.
Мониторирующая ЭКГ часть схемы дефибрилляции, представленная на фиг.2, отделена от высоковольтной части. Электродные накладки мониторинга ЭКГ содержат три электродные накладки 214, 216, 218 (может быть только две электродные накладки мониторинга ЭКГ или больше трех электродных накладок мониторинга ЭКГ). Первая электродная накладка 214 мониторинга ЭКГ соединяется с электродом 213 мониторинга ЭКГ в схеме 204 мониторинга ЭКГ. Вторая электродная накладка 216 мониторинга ЭКГ соединяется со вторым электродом 215 мониторинга ЭКГ для соединения со схемой 204 мониторинга ЭКГ и третья электродная накладка 218 мониторинга ЭКГ соединяется с третьим электродом 217 мониторинга ЭКГ для соединения со схемой 204 мониторинга ЭКГ.
Во время работы схемы дефибрилляции возникает связь 210 между электродными накладками 106, 108 дефибрилляции и электродными накладками 214, 216, 218 мониторинга ЭКГ. Для того чтобы избежать повреждения схемы 204 мониторинга ЭКГ, электроды 213, 215, 217 мониторинга ЭКГ защищаются от перенапряжения посредством отдельных газоразрядных трубок 223, 225, 227, подсоединенных к электрическому опорному потенциалу 130.
Как представлено на фиг.1, предварительное возбуждение газоразрядных трубок 223, 225, 227 достигается за счет светоизлучающих диодов 233, 235, 237. Для ясности, схема питания для различных светоизлучающих диодов 233, 235, 237 не представлена на фиг.2.
По сравнению с газоразрядными трубками 125, 127 в варианте осуществления, представленном на фиг.1, газоразрядные трубки 223, 225, 227, представленные на фиг.2, могут быть выбраны таким образом, чтобы они обладали низким напряжением пробоя и, соответственно, более эффективно защищали схему 204 мониторинга ЭКГ. Дело в том, что не существует прямой гальванической связи между высоковольтной частью схемы дефибрилляции и частью мониторинга ЭКГ. Замыкание электродов 213, 215, 217 мониторинга ЭКГ на электрический опорный потенциал 130 в ответ на высоковольтный импульс, управляемый высоковольтной схемой 102, не имеет большого влияния на высоковольтные импульсы, испытываемые пациентом.
ПРОБОЯ
ПРОБОЯ
На фиг.3 представлен схематичный график эффекта предварительного возбуждения газоразрядной трубки 127 и светом. С левой стороны, виден диапазон напряжения V для случая, когда предварительное возбуждение газоразрядной трубки отсутствует. Напряжение пробоя V относительно высоко и может принимать любое значение в пределах относительно широкого диапазона возможных напряжений пробоя. Это особенно верно в случае первого образования дуги разряда газоразрядной трубки 127 после некоторого времени простоя. Причина только в том, что несколько молекул газа внутри газоразрядной трубки 127 возбуждены в целях защиты от перенапряжения. Без адекватного предварительного возбуждения нельзя полагаться на образование дуги разряда в газоразрядной трубке при определенном желаемом напряжении.
ПРОБОЯ
СРЕДНЕЕ
Справа на фиг.3 изображена ситуация, когда газоразрядная трубка 127 предварительно возбуждена, то есть светоизлучающий диод находится в состоянии «включено» и освещает газоразрядную трубку 127. Среднее значение напряжения пробоя V, немного ниже по сравнению со случаем, когда нет предварительного возбуждения, как проиллюстрировано слева на фиг.3. Возможно, даже более важным может быть то, что диапазон неопределенности точного значения напряжения пробоя здесь меньше. Таким образом, можно ожидать, что в состоянии предварительного возбуждения, представленном справа на фиг.3, в газоразрядной трубке образуется дуга, когда напряжение, поданное на газоразрядную трубку, таково, что находится между верхним пределом указанного диапазона и нижним пределом указанного диапазона, по меньшей мере, в нормальных условиях.
Изучив фигуры, описание, и приложенную формулу изобретения, специалисты в данной области смогут понять и осуществить при практической реализации заявленного изобретения другие вариации показанных вариантов осуществления. В формуле изобретения слово «содержит» не исключает других элементов или этапов, и формы единственного числа не исключают множественного числа. Один блок или устройство может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения и наоборот. Тот факт, что некоторые характеристики перечисляются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация этих характеристик не может быть использована с пользой. Любые ссылочные позиции, встреченные в формуле изобретения, не должны рассматриваться в качестве ограничения объема.