Пристрій формування біполярного сигналу

Реферат: Винахід належить до галузі медичної техніки, а саме до дефібриляторів, і може знайти застосування в медичних установах, для відділень реанімації, кардіохірургії, інтенсивної терапії, відділень невідкладної швидкої допомоги, а також на догоспітальних етапах медичної допомоги. Пристрій формування біполярного сигналу містить накопичувач електричної енергії, комутуючі її електронні керовані ключі і схему управління цими ключами. Для формування сигналу позитивної і негативної полярності встановлений один накопичувач електричної енергії, який з'єднаний з ланцюгом послідовно з'єднаних ключів. Кожен з ключів паралельно включений з резистором. Схема управління ключами для зміни форми імпульсу управляє включенням електронних ключів і ланцюгом формування біполярного сигналу. Ланцюг формування біполярного сигналу складається з чотирьох ключів послідовно з'єднаних з накопичувачем електричної енергії та ланцюгом зміни форми імпульсу таким чином, що при замиканні першого і четвертого ключів струм через навантаження протікає в напрямку, що формує сигнал позитивної полярності і при замиканні другого і третього ключів струм через навантаження протікає в напрямку, що формує сигнал негативної полярності. Сигнали на керування електронними ключами надходять від схеми управління для формування біполярного сигналу. Технічний результат даного винаходу полягає у спрощенні електричної схеми. UA 107523 C2 (12) UA 107523 C2 UA 107523 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід відноситься до галузі медичної техніки, а саме, до дефібриляторів, і може знайти застосування в медичних установах, для відділень реанімації, кардіо-хірургії, інтенсивної терапії, відділень невідкладної швидкої допомоги, а також на до госпітальних етапах медичної допомоги. Дефібрилятор призначений для купіювання порушень ритму серця за допомогою електричного імпульсу, а також для реєстрації і індикації на моніторі біоелектричних потенціалів серця. Прилад може використовуватися як для реанімаційних заходів, так і при плановому відновленні ритму. Дефібрилятор забезпечує: - формування біполярного терапевтично ефективного імпульсу мінімального шкідливого впливу; - підтримку заданої форми імпульсу при різних опорах тіла пацієнта (вага, об'єм грудної клітки і т.д.); - зняття ЕКГ як з електродів для дефібриляції, так і по окремому каналу з електродів ЕКГ. Відома схема, представлена у патенті США 6,097,982 (фіг. 8 і фіг. 9), в якій використовується однополярний формувач сигналу (фіг. 8), складений з послідовно з'єднаних силових комірок з накопичувачами електричної енергії (полярними електричними конденсаторами), керованими ключами (тиристорними) і зворотними діодами. Для отримання біполярного сигналу вихід однополярного формувача сигналу підключений до мостової перемикаючої схеми (фіг. 9), в діагональ якої включається навантаження. Кожне плече моста складається з послідовно включених керованих ключів (IGBT) з паралельно підключеними резисторами для вирівнювання напруг при розімкнутому стані ключів. Недоліком цієї схеми є необхідність використання великої кількість силових ключів, більша частина яких використовується виключно для перемикання полярності, необхідність застосування ланцюгів вирівнювання напруги на ключових елементах розімкнутих плечей моста. Крім того, у схемі застосовуються дискретні потужні високошвидкісні зворотні діоди, які здорожують виріб. Високовольтна мостова схема для перемикання полярності вимагає включення в одному мосту декількох послідовно з'єднаних електронних керованих ключів, для вирівнювання напружень на яких при розімкнутому плечі застосовуються резистори, через які повинні протікати струми, значення яких повинно бути істотно вище струмів витоку електронних ключів. Найбільш близьким аналогом до винаходу, що заявляється, за сукупністю суттєвих ознак є пристрій формування біполярного сигналу, патент RU N2 2218659 С2, дата публікації 27.07.2003, що містить послідовно з'єднані осередки для формування сигналу, що включають в себе накопичувачі електричної енергії та комутуючі їх електронні керовані ключі. Комірки для формування сигналу виконані у вигляді окремих комірок для формування сигналу позитивної полярності і окремих комірок для формування сигналу негативної полярності. У кожну з комірок обох полярностей паралельно виводам відповідної комірки включений обхідний електронний керований ключ із зворотним діодом. При цьому обхідний електронний керований ключ із зворотним діодом кожної комірки дляформування сигналу позитивної полярності підключений до схеми управління комутацією негативної полярності з можливістю забезпечення його замикання при негативній полярності формованого сигналу, а обхідний електронний керований ключ із зворотним діодом кожної комірки для формування сигналу негативної полярності підключений до схеми управління комутацією позитивної полярності з можливістю забезпечення його замикання при позитивній полярності формованого сигналу. Схема управління формуванням сигналу позитивної полярності керує включенням електронного керованого ключа кожної комірки для формування сигналу позитивної полярності, схема управління формуванням сигналу негативної полярності керує включенням електронного керованого ключа кожної комірки для формування сигналу негативної полярності. Напруга на електронних ключах, що керують перемиканням полярності, не перевищує напругу на накопичувачі енергії комірки, і необхідність вирівнювання напруг відсутня. Також оскільки електронні ключі, що керують перемиканням полярності, містять інтегровані зворотні діоди, відсутня необхідність у застосуванні дискретних зворотних діодів. Недоліками найближчого аналога є недостатньо зручні при компонуванні виробу габаритні розміри і маса пристрою формування біполярного сигналу. Завдання, на вирішення якої спрямовано винахід, що заявляється, є створення компактної електричної схеми пристрою формування біполярного сигналу із зменшеними масогабаритними показниками. Технічний результат цього винаходу полягає у спрощенні електричної схеми: на позитивну і негативну фази використовується один накопичувач електричної енергії. 1 UA 107523 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Заявлений технічний результат досягається тим, що в пристрої формування біполярного сигналу, що містить накопичувачі електричної енергії, комутуючі її електронні керовані ключі і схему управління цими ключами, - для формування сигналу позитивної і негативної полярності, використовується один накопичувач електричної енергії, - накопичувач електричної енергії з'єднаний з ланцюгом послідовно з'єднаних ключів, - кожен з послідовно з'єднаних ключів паралельно включений з резистором, - схема управління ключами для зміни форми імпульсу керує включенням кожного з електронних ключів і ланцюгом формування біполярного сигналу, - ланцюг формування біполярного сигналу складається з чотирьох ключів послідовно з'єднаних з накопичувачем електричної енергії та ланцюгом зміни форми імпульсу, - при замиканні першого і четвертого ключів струм через навантаження протікає в напрямку, що формує сигнал позитивної полярності, - при замиканні другого і третього ключів струм через навантаження протікає в напрямку, що формує сигнал негативної полярності, - сигнали на керування електронними ключами надходять від схеми управління для формування біполярного сигналу. У пристрої формування біполярного сигналу дефібрилятора нова сукупність елементів, а також наявність зв'язків між ними дозволяє в порівнянні з найближчим аналогом істотно спростити і зменшити схему, забезпечити підтримку стандартної форми імпульсу при змінах опору, зберігши формування біполярного терапевтично ефективного імпульсу мінімального впливу, що ушкоджує. Сутність запропонованого технічного рішення пояснюється кресленнями, де: на фіг. 1 зображено пристрій формування біполярного сигналу; на фіг. 2 зображений шлях струму при формуванні сигналу позитивної полярності, коли замкнуті перший і четвертий ключі комутації накопичувача енергії; на фіг. 3 зображений шлях струму при формуванні сигналу негативної полярності, коли замкнуті другий і третій ключі комутації накопичувача енергії. Пристрій формування біполярного сигналу складається з одного накопичувача (1) (фіг. 1) електричної енергії, комутуючих її послідовно з'єднаних електронних керованих ключів (2, 3, 4, 5, 6) та схеми керування (7) (фіг. 1, 2) цими ключами. Кожен з електронних керованих ключів (2, 3, 4, 5, 6) паралельно включений з резисторами (8, 9, 10, 11, 12) відповідно. Схема керування (7) електронними ключами для зміни форми імпульсу управляє включенням кожного з електронних ключів (2, 3, 4, 5, 6) та ланцюгом формування біполярного сигналу. Ланцюг формування біполярного сигналу складається з чотирьох електронних ключів: першого (13) ключа, другого (14) ключа, третього (15) ключа, четвертого (16) ключа, послідовно з'єднаних з накопичувачем (1) електричної енергії та ланцюгом зміни форми імпульсу. Ключі (13, 14, 15, 16) паралельно з'єднані з навантажувальнимрезистором (17). Сигнали на управління кожним з електронних ключів (13, 14, 15, 16) надходять від схеми управління (18) для формування біполярного сигналу. Працює пристрій таким чином. Накопичувач (1) електричної енергії заряджається до необхідної напруги, залежно від заданої енергії в Дж. Після цього, напруга подається на електронні керовані ключі (2, 3, 4, 5, 6) для зміни форми імпульсу. Схема зміни форми імпульсу (7, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 12) призначена для підтримки заданої форми імпульсу і енергії в Дж у пацієнтів з різним опором грудної клітки. Цей принцип реалізується за допомогою зміни опору в розрядному ланцюзі за допомогою виключення з ланцюга шунтуючих резисторів (8, 9, 10, 11, 12). Потім напруга подається на біполярний міст, який складається з першого (13), другого (14), третього (15) і четвертого (16) електронних ключів. Спочатку формується позитивна фаза імпульсу (фіг. 2): при замиканні першого (13) і четвертого (16) ключів струм через завантаження (18-тіло пацієнта) протікає в напрямку, що формує сигнал позитивної полярності. Потім формується негативна фаза імпульсу (фіг. 3) на навантаженні (17): при замиканні другого (14) і третього (15) ключів струм від другого (14) ключа через навантажувальний резистор (17) ключ (15) протікає в напрямку, що формує сигнал негативної полярності. Сигнали на управління електронними ключами надходять від схеми управління для формування біполярного сигналу (18). Пропоноване технічне рішення дозволяє оптимізувати електричну схему для формування біполярного терапевтично ефективного імпульсу. Масогабаритні розміри і вартість виробу значно зменшилися. В даний час виготовлені дослідні зразки, які успішно пройшли випробування. 60 2 UA 107523 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 Пристрій формування біполярного сигналу, що містить накопичувані електричні енергії, комутуючі її електронні керовані ключі і схему управління цими ключами, який відрізняється тим, що для формування сигналу позитивної і негативної полярності використовується один накопичувач електричної енергії, який з'єднаний з ланцюгом послідовно з'єднаних ключів, кожен з яких паралельно включений з резистором, а схема управління ключами для зміни форми імпульсу управляє включенням кожного з електронних ключів і ланцюгом формування біполярного сигналу, яка складається з чотирьох ключів послідовно з'єднаних з накопичувачем електричної енергії та ланцюгом зміни форми імпульсу таким чином, що при замиканні першого і четвертого ключів струм через навантаження протікає в напрямку, що формує сигнал позитивної полярності і при замиканні другого і третього ключів струм через навантаження протікає в напрямку, що формує сигнал негативної полярності, причому сигнали на керування електронними ключами надходять від схеми управління для формування біполярного сигналу. 3 UA 107523 C2 4 UA 107523 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5