УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ БИПОЛЯРНОГО СИГНАЛА
BIPOLAR SIGNAL SHAPING DEVICE

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к дефибрилляторам, и может найти применение в медицинских учреждениях, для отделений реанимации, кардиохирургии, интенсивной терапии, отделений неотложной скорой помощи, а также на догоспитальных этапах медицинской помощи.
Дефибриллятор предназначен для купирования нарушений ритма сердца с помощью электрического импульса, а также для регистрации и индикации на мониторе биоэлектрических потенциалов сердца. Прибор может использоваться как для реанимационных мероприятий, так и при плановом восстановлении ритма.
Дефибриллятор обеспечивает:
- формирование биполярного терапевтически эффективного импульса минимального повреждающего воздействия;
- поддержку заданной формы импульса при различных сопротивлениях тела пациента (вес, объем грудной клетки и т.д.);
- снятие ЭКГ как с электродов для дефибрилляции, так и по отдельному каналу с электродов ЭКГ.
Известна схема, представленная в патенте США 6,097,982 (FIG.8 и FIG.9), в которой используется однополярный формирователь сигнала (FIG.8), составленный из последовательно соединенных силовых ячеек с накопителями электрической энергии (полярными электрическими конденсаторами), управляемыми ключами (тиристорными) и обратными диодами. Для получения биполярного сигнала выход однополярного формирователя сигнала подключен к мостовой переключающей схеме (FIG.9), в диагональ которой включается нагрузка. Каждое плечо моста состоит из последовательно включенных управляемых ключей (IGBT) с параллельно подключенными резисторами для выравнивания напряжений при разомкнутом состоянии ключей.
Недостатками этой схемы являются: необходимость использования большого количество силовых ключей, большая часть которых используется исключительно для переключения полярности, и необходимость применения цепей выравнивания напряжения на ключевых элементах разомкнутых плеч моста. Кроме того, в схеме применяются дискретные мощные высокоскоростные обратные диоды, повышающие стоимость изделия. Высоковольтная мостовая схема для переключения полярности требует включения в одном мосте нескольких последовательно соединенных электронных управляемых ключей, для выравнивания напряжений на которых при разомкнутом плече применяются резисторы, через которые должны протекать токи, значение которых должно быть существенно выше токов утечки электронных ключей.
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является устройство формирования биполярного сигнала, патент RU №2218659 С2, дата публикации 2003.07.27, содержащее последовательно соединенные ячейки для формирования сигнала, включающие в себя накопители электрической энергии и коммутирующие их электронные управляемые ключи. Ячейки для формирования сигнала выполнены в виде отдельных ячеек для формирования сигнала положительной полярности и отдельных ячеек для формирования сигнала отрицательной полярности. В каждую из ячеек обеих полярностей параллельно выводам соответствующей ячейки включен обходной электронный управляемый ключ с обратным диодом. При этом обходной электронный управляемый ключ с обратным диодом каждой ячейки для формирования сигнала положительной полярности подключен к схеме управления коммутацией отрицательной полярности с возможностью обеспечения его замыкания при отрицательной полярности формируемого сигнала, а обходной электронный управляемый ключ с обратным диодом каждой ячейки для формирования сигнала отрицательной полярности подключен к схеме управления коммутацией положительной полярности с возможностью обеспечения его замыкания при положительной полярности формируемого сигнала. Схема управления формированием сигнала положительной полярности управляет включением электронного управляемого ключа каждой ячейки для формирования сигнала положительной полярности, схема управления формированием сигнала отрицательной полярности управляет включением электронного управляемого ключа каждой ячейки для формирования сигнала отрицательной полярности. Напряжение на электронных ключах, управляющих переключением полярности, не превышает напряжения на накопителе энергии ячейки, и необходимость выравнивания напряжений отсутствует. Поскольку электронные ключи, управляющие переключением полярности, содержат интегрированные обратные диоды, отсутствует необходимость в применении дискретных обратных диодов.
Недостатками ближайшего аналога являются недостаточно удобные при компоновке изделия габаритные размеры и значительная масса устройства формирования биполярного сигнала.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание компактной электрической схемы устройства формирования биполярного сигнала с уменьшенными массогабаритными показателями.
Технический результат настоящего изобретения заключается в упрощении электрической схемы: на положительную и отрицательную фазы используется один накопитель электрической энергии.
Заявленный технический результат достигается тем, что в устройстве формирования биполярного сигнала, содержащем накопители электрической энергии, коммутирующие ее электронные управляемые ключи и схему управления этими ключами,
- для формирования сигнала положительной и отрицательной полярности используется один накопитель электрической энергии,
- накопитель электрической энергии соединен с цепью последовательно соединенных ключей,
- каждый из последовательно соединенных ключей параллельно включен с резистором,
- схема управления ключами для изменения формы импульса управляет включением каждого из электронных ключей и цепью формирования биполярного сигнала,
- цепь формирования биполярного сигнала состоит из четырех ключей, последовательно соединенных с накопителем электрической энергии и цепью изменения формы импульса,
- при замыкании первого и четвертого ключей ток через нагрузку протекает в направлении, формирующем сигнал положительной полярности,
- при замыкании второго и третьего ключей ток через нагрузку протекает в направлении, формирующем сигнал отрицательной полярности,
- сигналы на управление электронными ключами поступают от схемы управления для формирования биполярного сигнала.
В устройстве формирования биполярного сигнала дефибриллятора новая совокупность элементов, а также наличие связей между ними позволяют по сравнению с ближайшим аналогом существенно упростить схему, обеспечив поддержку стандартной формы импульса при изменениях сопротивления и сохранив формирование биполярного терапевтически эффективного импульса минимального повреждающего воздействия.
Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 изображено устройство формирования биполярного сигнала;
на фиг.2 изображен путь тока при формировании сигнала положительной полярности, когда замкнуты первый и четвертый ключи коммутации накопителя энергии;
на фиг.3 изображен путь тока при формировании сигнала отрицательной полярности, когда замкнуты второй и третий ключи коммутации накопителя энергии.
Устройство формирования биполярного сигнала состоит из одного накопителя (1) (фиг.1) электрической энергии, коммутирующих ее последовательно соединенных электронных управляемых ключей (2, 3, 4, 5, 6), схемы управления (7) (фиг.1, 2) этими ключами. Каждый из электронных управляемых ключей (2, 3, 4, 5, 6) параллельно включен с резисторами (8, 9, 10, 11, 12) соответственно. Схема управления (7) электронными ключами для изменения формы импульса управляет включением каждого из электронных ключей (2, 3, 4, 5, 6) и цепью формирования биполярного сигнала. Цепь формирования биполярного сигнала состоит из четырех электронных ключей: первого (13) ключа, второго (14) ключа, третьего (15) ключа, четвертого (16) ключа, последовательно соединенных с накопителем (1) электрической энергии и цепью изменения формы импульса. Ключи (13, 14, 15, 16) параллельно соединены с нагрузочным резистором (17). Сигналы на управление каждым из электронных ключей (13, 14, 15, 16) поступают от схемы управления (18) для формирования биполярного сигнала.
Работает устройство следующим образом.
Накопитель (1) электрической энергии заряжается до необходимого напряжения, в зависимости от заданной энергии в Дж. После этого напряжение подается на электронные управляемые ключи (2, 3, 4, 5, 6) для изменения формы импульса. Схема изменения формы импульса (7, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 12) предназначена для поддержания заданной формы импульса и энергии в Дж у пациентов с различным сопротивлением грудной клетки. Этот принцип реализуется с помощью изменения сопротивления в разрядной цепи посредством исключения из цепи шунтирующих резисторов 8, 9, 10, 11, 12. Затем напряжение подается на биполярный мост, который состоит из первого (13), второго (14), третьего (15) и четвертого (16) электронных ключей. Сначала формируется положительная фаза импульса (фиг.2): при замыкании первого (13) и четвертого (16) ключей ток через нагрузку (18 - тело пациента) протекает в направлении, формирующем сигнал положительной полярности. Затем формируется отрицательная фаза импульса (фиг.3) на нагрузке (17): при замыкании второго (14) и третьего (15) ключей ток от второго (14) ключа через нагрузочный резистор (17) и ключ (15) протекает в направлении, формирующем сигнал отрицательной полярности. Сигналы на управление электронными ключами поступают от схемы управления для формирования биполярного сигнала 18.
Предлагаемое техническое решение позволяет оптимизировать электрическую схему для формирования биполярного терапевтически эффективного импульса и значительно уменьшить массогабаритные характеристики и стоимость изделия.
В настоящее время изготовлены опытные образцы, которые успешно прошли испытания.