DE3136560C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Defibrillator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein Defibrillator wird üblicherweise dazu benutzt, einen Gleichstrom-Schockimpuls hoher Spannung bei Herzstillstand einem Patienten über ein mit dessen Brust in Kontakt gebrachtes Elektrodenpaar zuzuführen. Dabei ist in einem Kondensator eine vorgegebene Energiemenge gespeichert, die über den Elektrodenkreis in den Patienten übertragen wird. Diese Energiemenge wird typischerweise nach Größe, Gewicht und Zustand des Patienten ausgewählt.

Bei einem bekannten Defibrillator der eingangs genannten Art (DE-OS 27 01 234) wird zur Dosierung des Schockimpulses dessen Elektrizitätsmenge unter gleichzeitiger Messung der Impedanz zwischen den Elektroden ermittelt und unter Berücksichtigung der gemessenen Impedanz gesteuert. Dadurch soll eine wiederholbare genaue Dosierung des Schockimpulses ermöglicht werden. Wenn jedoch der tatsächlich wirksame Strom und seine zeitliche Verteilung festgelegt werden sollen, müssen die Elektrodenanordnung und Patientencharakteristika aufgrund von Erfahrungswerten Berücksichtigung finden.

Die elektrische Energiemenge wird durch Messen der über die Elektroden fließenden Ströme und durch zeitliche Integration ermittelt. Bei Kenntnis der Impedanz kann aus den Stromwerten auch die Spannung bestimmt werden, womit alle Parameter zur Bestimmung der dem Patienten zugeführten Energiemenge zur Verfügung stehen.

Die angezeigte Energiemenge ist in Wirklichkeit aber nur die veranschlagte Energie, die einem Patienten in einem angenommenen Fall zugeführt würde. So kann etwa angenommen werden, daß der Patient einen nominellen Widerstand von z. B. 50 Ohm aufweist. Da der vorgegebene nominelle Lastwiderstand nur in seltenen Fällen mit dem tatsächlichen Lastwiderstand übereinstimmt, ist die angezeigte Energiemenge kein genaues Maß für die dem Patienten während des Defibrillationsvorgangs tatsächlich zugeführte Energie.

Der tatsächliche Lastwiderstand an den Elektroden während des Defibrillationsvorganges wird im folgenden als die Thorax-Impedanz des Patienten bezeichnet. In Forschungsarbeiten ist versucht worden, diesen Parameter über die Berechnung des Integrals der Ausgangsspannung an den Defibrillatorelektroden über der Zeit während der Entladung des Speicherkondensators des Defibrillators abzuschätzen. Ein entsprechender Bericht findet sich z. B. unter dem Titel "Canine Transthoracic Resistance" in "Journal of Applied Physiology", Band 32, Nr. 1, Januar 1972. Das Verfahren zur Gewinnung des Spannungs-Zeit-Integrals ist schwierig, da sehr schnelle und komplexe Meß- und Integrationsschaltungen benötigt werden.

Es ist ein Defibrillator bekannt (US-PS 38 60 009), bei dem sich die elektrische Energiemenge zur Kompensation von Schwankungen des Körpergewichts und der Thorax-Impedanz vorwählen läßt.

Ferner ist ein Defibrillator bekannt (US-PS 38 86 950), bei dem die dem Patienten zuzuführende, vorgewählte elektrische Energiemenge mit der tatsächlich zugeführten Energiemenge verglichen wird und bei Gleichheit der beiden Energiemengen der Strom abgeschaltet wird.

Die bekannten Defibrillatoren können den Lastwiderstand des Patienten während der Zuführung des Schockimpulses nicht überwachen und anzeigen, obwohl dies für die Bedienungsperson ein nützlicher Parameter zum Einschätzen der Wirksamkeit der Defibrillation wäre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Defibrillator zu schaffen, der der Bedienungsperson zuverlässige Angaben über die Wirksamkeit des Defibrillationsvorgangs an die Hand gibt.

Diese Aufgabe ist durch Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer grundsätzlichen Defibrillator-Entladeschaltung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Defibrillatorschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Funktion des normierten Spitzenstroms über dem Lastwiderstand des Patienten.

In Fig. 1 ist ein schematisches Schaltbild einer typischen bekannten Defibrillatorschaltung dargestellt. Ein Kondensator 11 mit einer Kapazität C ist auf eine Hochspannung V₀ in der Größenordnung von 5000 Volt aufgeladen. Wenn ein Schalter 13 geschlossen wird, wird diese Ladung durch die Reihenschaltung aus einer Spule 15 mit einer Induktivität L und einem Innenwiderstand 17 (Widerstandswert R_i) des Defibrillators geleitet. Der Entladestromkreis wird durch eine erste Defibrillatorelektrode 19, den Patienten und eine zweite Defibrillatorelektrode 21 geschlossen. Die zwischen den Defibrillatorelektroden 19 und 21 liegende Thorax-Impedanz des Patienten ist durch einen Widerstand 23 mit einem Widerstandswert R_L dargestellt. Der Defibrillations-Schockimpuls, der dem Patienten beim Schließen des Schalters 13 zugeführt wird, erzeugt einen Stromimpuls I (t), der etwa 1 ms nach Schließen des Schalters 13 seinen Spitzenwert erreicht.

Die Kapazität C und die Induktivität L sind so gewählt, daß ein breites Spektrum von Patienten die gewünschten Werte von Ausgangsspannung V (t) und Strom zur Verfügung gestellt werden. Dies wird dadurch erreicht, daß für den Patienten ein nomineller externer Lastwiderstand R_L=50 Ohm angenommen wird und die Schaltkreisparameter daraufhin derart ausgewählt werden, daß für etwa 3 bis 12 ms Dauer ein kritisch gedämpfter Entladestrom durch den Patienten fließt. Die dabei dem Patienten zugeführte Energie liegt typischerweise im Bereich von 5 bis 360 Joule und hängt von der Größe, vom Gewicht und vom Zustand des Patienten ab.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung. Ein Paar von Defibrillatorelektroden 25 und 27 wird auf der Brust eines Patienten 29 appliziert, welcher eine Thorax-Impedanz R_L hat. Vor dem Defibrillationsvorgang ist der Bedienungsperson des Defibrillators die Thorax-Impedanz des Patienten nicht bekannt.

Unter Zugrundelegung der Größe, des Gewichts und des Zustandes des Patienten wählt die Bedienungsperson eine geeignete Energieeinstellung von z. B. 200 Joule an einem Wählschalter 30 mit einem digitalen Ausgang. Der Wählschalter 30 liefert ein 4-Bit-Digitalsignal an den Eingang eines Festwertspeichers (ROM) 31, welcher eine Nachschlagetabelle enthält, die die Einstellung S des Schalters 30 in ein 8-Bit-Digitalsignal umwandelt, welches den gewählten Energiewert darstellt, der im Defibrillator-Kondensator gespeichert werden soll, wie weiter unten beschrieben ist. Das Ausgangssignal des ROM 31 wird dem einen Eingang eines digitalen Komparators 32 zugeführt, dessen Ausgangssignal eine Hochspannungsquelle 33 steuert. Der Hochspannungsausgang der Hochspannungsquelle 33 lädt einen Defibrillator-Speicherkondensator 35 auf einen Spannungspegel V₀. Diese Spannung wird dem Eingang eines Analog/Digital-Wandlers 37 zugeführt, dessen Ausgangssignal seinerseits dem anderen Eingang des Komparators 32 zugeführt wird. Im Betrieb erzeugt der digitale Komparator 32 ein Ausgangssignal für die Hochspannungsquelle 33, derart, daß die Ladespannung des Kondensators so lange erhöht oder erniedrigt wird, bis die beiden Eingangssignale des Komparators 32 gleich sind. An diesem Punkt hat die Spannung V₀ am Speicherkondensator 35 einen derartigen Wert, daß im Idealfall die in den Patienten geleitete Energie während eines Schockimpulses gleich der Energieeinstellung ist, die von der Bedienungsperson am Wählschalter 30 vorgewählt wurde. Die Einstellungen am Wählschalter 30 sind unter der Annahme kalibriert, daß der Patient eine Thorax-Impedanz von nominell 50 Ohm hat. In Wirklichkeit reicht aber der tatsächliche Lastwiderstand R_L des Patienten von etwa 20 bis 100 Ohm. Dementsprechend ist die mit dem Schalter 30 gewählte Energiemenge nur ein Näherungswert für die tatsächlich dem Patienten zugeführte Energie.

Der erfindungsgemäße Defibrillator ermöglicht der Bedienungsperson die genaue Bestimmung und Anzeige der tatsächlichen Thorax-Impedanz R_L des Patienten sowie der tatsächlichen dem Patienten zugeführten Energie E_d.

Wenn ein Defibrillations-Impuls zugeführt werden soll, wird ein Schalter 39 geschlossen, und der Speicherkondensator 35 entlädt sich über die Defibrillator-Elektroden 25 und 27 in den Patienten. Der Entladestrom durch den Patienten erreicht typischerweise innerhalb von 2 ms nach dem Einsatz des Entladeimpulses seinen Spitzenwert. Der Entladestrom wird mittels eines Stromwandlers 41 erfaßt, der eine Primärwicklung im Hauptstromweg zum Patienten sowie eine Sekundärwicklung aufweist, die einem Spitzenwertdetektor 43 ein Stromsignal zuführt. Die Größe des Spitzenstroms I_M während der Entladung wird vom Spitzenwertdetektor 43 erfaßt und gespeichert. Das analoge Strom-Ausgangssignal des Spitzenwertdetektors 43 wird einem Analog/Digital-Wandler 47 zugeführt, dessen Ausgangssignal wiederum einer digitalen Multiplizierschaltung 49 zugeführt wird, die weiter unten beschrieben ist.

Die digitalen Ausgangssignale der A/D-Wandler 37 und 47 sowie des ROM 31 haben die Form eines 8-Bit-Binärsignals und können 255 verschiedene Werte annehmen.

Das digitale Ausgangssignal des ROM 31 stellt die im Kondensator 35 gespeicherte Energie E_s dar. Dieses Signal wird dem Eingang eines ROM 51 zugeführt, welches auch eine Nachschlagtabelle enthält. Das ROM 51 ist derart programmiert, daß jeder diskrete Wert der gespeicherten Energie E_s einem Wert entspricht, der gleich dem Wert einer Maßstabkonstante k geteilt durch die Quadratwurzel aus dem Wert der gespeicherten Energie E_s ist. In anderen Worten, für jeden spezifischen digitalen Wert von E_s der dem ROM 51 zugeführt wird, liefert dessen Tabelle ein digitales Ausgangssignal k/. Das ROM 51 korreliert Werte der gespeicherten Energie mit vorgegebenen Werten der reziproken Quadratwurzel der gespeicherten Energie im Kondensator 35.

Das Ausgangssignal des ROM 51 wird dem einen Eingang des Multiplizierers 49 zugeführt. Das andere Eingangssignal des Multiplizierers 49 ist das Spitzenstromsignal I_M vom oben beschriebenen Spitzenwertdetektor 43. Die beiden Eingangssignale werden miteinander multipliziert, wodurch am Ausgang des Multiplizierers 49 ein Signal entsteht, das I_Mk/ entspricht. Dieser Ausdruck stellt die Größe des dem Patienten zugeführten Spitzenstromes, normiert auf die Quadratwurzel aus der Defibrillationsenergie E_s, dar, die mittels des Wählschalters 30 eingestellt wurde.

Es hat sich herausgestellt, daß der normierte Spitzenstrom eine monotone Funktion des Gesamtwiderstandes im Defibrillations-Stromkreis vom Speicherkondensator 35 über die Defibrillatorelektroden zum Patienten 29 darstellt. Der Gesamtwiderstand ist die Summe aus dem bekannten Innenwiderstand R_i des Defibrillators und der unbekannten externen Thorax-Impedanz R_L des Patienten. Für gegebene Werte der Induktivität L, der Kapazität C und des Widerstandes R_i im Defibrillator-Stromkreis hat jeder während eines Defibrillations-Impulses gemessene normierte Spitzenstromwert nur einen entsprechenden Wert von R_L.

Die Beziehung zwischen Spitzenstrom und Patientenwiderstand R_L ist durch die Kurve in Fig. 3 dargestellt. Die Kurve kann empirisch dadurch erhalten werden, daß spezifische bekannte Werte von Lastwiderständen für den Patienten substituiert werden und die normierten Spitzenströme am Ausgang des Multiplizierers 49 für jeden bekannten Lastwiderstandswert gemessen werden. Alternativ dazu kann die Kurve gemäß Fig. 3 auch mathematisch unter Benutzung der folgenden drei Gleichungen für den Entladestrom des Defibrillators bestimmt werden, der auf die gespeicherte Energie im Kondensator 35 als eine Funktion der Zeit im RLC-Serienschwingkreis normiert ist:

Dabei ist D=1-4 L/R²C, R=R_i+R_L, d. h. die Summe aus Defibrillator-Innenwiderstand R_i und externen Lastwiderstand R_L des Patienten. C ist die Kapazität des Speicherkondensators 35, und L ist die Induktivität des Stromkreises.

In jeder der Gleichungen (1) bis (3) sind die Werte R_i, C und L bekannt. Der Wert von D wird für einen gegebenen Wert von R_L, z. B. 1 Ohm festgelegt. Danach wird diejenige der Gleichungen (1) bis (3), die dem Wert von D entspricht, auf iterative Weise dadurch gelöst, daß aufeinanderfolgende Werte von t eingesetzt werden, die sich um vorgegebene Inkremente, z. B. 10 ms unterscheiden. Die iterative Lösung zeigt den Maximalwert für den normierten Strom, nämlich den Spitzenstrom I_M/. Dieses Verfahren wird wiederholt für zusätzliche ausgewählte Werte von R_L bis 255 Werte des normierten Spitzenstroms I_M/ bezogen auf den externen Widerstand R_L gerechnet sind. Diese Wertbeziehungen werden dann invertiert, so daß Werte des Widerstandes R_L bezogen auf den normalisierten Spitzenstrom I_M/ entstehen.

Ein ROM 53 enthält eine Nachschlagtabelle, die jeden Wert des normierten Spitzenstroms vom Multiplizierer 49 mit einem spezifischen Wert der Thorax-Impedanz R_L des Patienten korreliert, welcher entweder empirisch oder mathematisch in der oben beschriebenen Weise abgeleitet wurde. So wird für einen gegebenen Wert aus den 255 spezifischen Werten des im Entladestromkreis des Defibrillators gemessenen normierten Spitzenstroms am Ausgang des ROM 53 ein spezifischer Wert der Thorax-Impedanz R_L des Patienten erhalten. Der Wert des Widerstandes R_L vom ROM 53 wird einem Schwellwertdetektor 55 zugeführt, welcher feststellt, ob der digitale Wert von R_L einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Wird der Schwellwert überschritten, gibt der Schwellwertdetektor 55 ein Ausgangssignal ab, welches eine Alarmeinrichtung 57 auslöst, die z. B. eine Anzeigelampe auf dem Steuerpult des Defibrillators sein kann. Alternativ dazu kann die Alarmeinrichtung 57 auch einen akustischen Alarm für die Bedienungsperson abgeben.

Der Schwellwert des Detektors 55 ist auf einem Wert eingestellt, mit welchem unnormal hohe Werte der Thorax-Impedanz festgestellt werden können. Die meisten Patienten haben eine Thorax-Impedanz im Bereich von 35 bis 80 Ohm. Wenn der Schwellwert z. B. auf 100 Ohm gesetzt wird, zeigt die Auslösung der Alarmeinrichtung 57 an, daß im Defibrillator-Stromkreis während der Entladung ein wesentlicher zusätzlicher Widerstand vorhanden ist, der auf schlechtem elektrischem Kontakt zwischen den Defibrillatorelektroden 25 und 27 und dem Patienten 29 beruht. Der Alarm dient der Bedienungsperson als Hinweis, daß es notwendig ist, mehr leitfähige Paste zwischen Elektroden 25 und 27 und Patient 29 zu applizieren, die Elektroden 25 und 27 fester anzudrücken oder die Position der Elektroden zu ändern, um einen besseren Kontakt zwischen Elektroden und Patient zu erhalten. Danach kann ein weiterer Defibrillationsversuch gemacht werden, wobei eine effektivere Stromzuführung in den Patienten erreicht wird.

Das Ausgangssignal des ROM 53 wird weiterhin dem Eingang eines Schreibers 59 zugeführt, der Teil des Defibrillators ist. Der spezifische Wert der Thorax-Impedanz R_L wird als Erläuterung ausgedruckt. Bei jedem Entladeimpuls des Defibrillators wird also für die Bedienungsperson ein spezifischer Wert des Patientenwiderstandes angezeigt.

Das Ausgangssignal des digitalen Multiplizierers 49 wird weiterhin einem ROM 61 zugeführt. Dieses enthält eine Nachschlagetabelle, die die normierten Spitzenstromwerte I_Mk/ mit vorgegebenen Werten korreliert, die das Verhältnis r der Thorax-Impedanz des Patienten zum Gesamtwiderstand des Stromkreises darstellen, der sich im Stromkreis durch die Defibrillatorelektroden und den Patienten ausbildet. Dieses Verhältnis r ist gegeben durch die folgende Gleichung:

Jedem der möglichen 255 Werte des normalisierten Spitzenstroms entspricht ein Wert des Verhältnisses r. Die verschiedenen Werte für r werden aus Gleichung (4) abgeleitet, wobei der bekannte Wert des Innenwiderstandes R_i und die Werte des Patientenwiderstandes R_L verwendet werden, die in der oben beschriebenen Weise abgeleitet wurden.

Das Ausgangssignal des ROM 61 wird dem einen Eingang eines digitalen Multiplizierers 63 zugeführt. Der andere Eingang des Multiplizierers 63 ist mit dem ROM 31 verbunden und empfängt von dort das Digitalsignal, welches die im Kondensator 35 vor der Entladung in den Patienten gespeicherte Energie E_s darstellt. Das Ausgangssignal des Multiplizierers 63 ist ein Digitalsignal, das den Anteil der im Kondensator 35 gespeicherten Energie darstellt, die tatsächlich an den Patienten abgegeben wird. Diese abgegebene Energie E_d ist der Anteil der im Kondensator 35 gespeicherten Energie, die von der Thorax-Impedanz des Patienten aufgenommen wird. Der Rest der im Kondensator gespeicherten Energie wird durch den Innenwiderstand R_i aufgenommen. Das der Menge der dem Patienten tatsächlich zugeführten Energie entsprechende Signal wird dem Schreiber 59 zugeführt und damit der Bedienungsperson angezeigt.

Claims (7)

1. Defibrillator mit einer Hochspannungs-Speichereinrichtung (35) für die benötigte Defibrillationsenergie, einer mit der Speichereinrichtung verbundenen Elektrodenanordnung (25, 27) zum Zuführen eines Defibrillations-Schockimpulses zum Patienten und einer mit der Speichereinrichtung verbundenen ersten Einrichtung (30, 31, 32, 37) zum Bestimmen der Menge der gespeicherten und dem Patienten zuzuführenden Defibrillationsenergie, gekennzeichnet durch eine zweite Einrichtung (41, 43, 47), die mit der Elektrodenanordnung (25, 27) verbunden ist und während des Zuführens des Defibrillations-Schockimpulses zum Patienten die Größe des Spitzenstromes feststellt und speichert, eine dritte Einrichtung (49, 51, 53), die mit der ersten und der zweiten Einrichtung verbunden ist und aus der Menge der gespeicherten Defibrillationsenergie und der Größe des Spitzenstromes den tatsächlichen Thorax-Widerstand des Patienten feststellt, sowie eine vierte Einrichtung (61, 63), die mit der ersten und der dritten Einrichtung verbunden ist und den Anteil der gespeicherten Defibrillationsenergie feststellt, der dem Patienten während des Defibrillationsvorganges tatsächlich zugeführt ist.

2. Defibrillator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Detektoreinrichtung (55), die mit der dritten Einrichtung (49, 51, 53) verbunden ist und feststellt, ob der Thorax-Widerstand des Patienten einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, sowie eine Alarmeinrichtung (57), die mit der Detektoreinrichtung verbunden ist und einen schlechten Kontakt zwischen der Elektrodenanordnung (25, 27) und dem Patienten anzeigt.

3. Defibrillator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Schreiber (59), der mit dem Ausgang der vierten Einrichtung (61, 63) verbunden ist und die tatsächlich an den Patienten abgegebene Energie sichtbar macht.

4. Defibrillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung (41, 43, 47) einen im Stromkreis der Elektrodenanordnung (25, 27) angeordneten Stromwandler sowie einen damit verbundenen Spitzenwertdetektor (43) aufweist.

5. Defibrillator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung (49, 51, 53) einen ersten Festwertspeicher (51) aufweist, der mit dem Ausgang der ersten Einrichtung (30, 31, 32, 37) verbunden ist und die Werte der gespeicherten Energie in Beziehung setzt zu vorgegebenen Werten der reziproken Quadratwurzel aus der gespeicherten Energie, eine Multipliziereinrichtung (49) aufweist, die das Ausgangssignal des ersten Festwertspeichers mit dem den Wert des Spitzenstroms darstellenden Ausgangssignal des Spitzenwertdetektors (43) multipliziert, sowie einen zweiten Festwertspeicher (53) aufweist, der mit dem Ausgang der Multipliziereinrichtung verbunden ist und die Werte von deren Ausgangssignal mit vorgegebenen Werten der Thorax-Impedanz des Patienten in Beziehung setzt.

6. Defibrillator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Einrichtung (61, 63) einen dritten Festwertspeicher (61) enthält, der mit dem Ausgang der Multipliziereinrichtung (49) verbunden ist und die Werte von dessen Ausgangssignal mit vorgegebenen Werten vergleicht, die das Verhältnis von Thorax-Widerstand zum gesamten Stromkreiswiderstand zwischen Hochspannungs-Speichereinrichtung und Patient darstellen, sowie eine weitere Multipliziereinrichtung (63) aufweist, die das Ausgangssignal des dritten Festwertspeichers mit dem der ersten Einrichtung (30, 31, 32, 37) multipliziert und den Anteil der gespeicherten Defibrillationsenergie feststellt, der dem Patienten während des Defibrillationsvorganges tatsächlich zugeführt ist.

7. Defibrillator nach den Ansprüchen 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreiber (59) mit der weiteren Multipliziereinrichtung (63) verbunden ist.