DE3240060A1

DE3240060A1 - Energiequelle fuer eine vorrichtung nach der art eines herzdefibrillator

Info

Publication number: DE3240060A1
Application number: DE19823240060
Authority: DE
Inventors: Joseph London Spencer
Original assignee: Cardiac Recorders Ltd
Current assignee: Cardiac Recorders Ltd
Priority date: 1981-10-28
Filing date: 1982-10-28
Publication date: 1983-05-05
Also published as: JPS58127659A; US4510935A; FR2515446A1; FR2515446B1

Description

C 116 P 100

Anmelder; CARDIAC RECORDERS LIMITED,

34 Scarborough Road, London N4 4LU, England

Bezeichnung der

Erfindung: Ernergiequelle für eine Vorrichtung nach der

Art eines Herzdefibrillator

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Energiequelle, die für Herzdefibrillatoren und andere Vorrichtungen geeignet ist, die die Zuführung eines kurzen intensiven Stroßes elektrischer Energie benötigen.

übliche Defibriilatoren sind teuer und ziemlich schwer. Sowohl die Kosten als auch das Gewicht resultieren zum großen Teil von den heute verwendeten Energiezuführungsanordnungen her. Wird der Defibrillator verwendet, so wird die gespeicherte Ladung durch einen Relaisschalter in den Patienten entladen. Die Energiezuführungskomponenten, insbesondere der Kondensator und das Relais, sind relativ groß, schwer und teuer. Die hauptsächlich verwendeten Defibrillatoren haben den Nachteil, daß sie nur in begrenztem Maße tragbar sind. Batteriebetriebene Defibriilatoren benötigen Batterieladungen oder den häufigen Ersatz teuerer Primärbatterien, weil die Batteriekapazität abfällt, d.h. die Batterien entladen werden, auch wenn der Defibrillator nicht im Gebrauch ist.

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Übliche Defibrillatoren, insbesondere in der transportablen Ausführung, sind deshalb nur begrenzt verfügbar, insbesondere sind sie zu teuer, um weit verbreitet Anwendung zu finden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung enhtäit eine elektrische Energiequelle für die Lieferung kurzer intensiver elektrischer Impulse eine Explosions vorrichtung sowie einen der Explosionsvorrichtung ausgesetzten elektromagnetischen Stromrichter, um bei Explosionen der Explosionsvorrichtung beaufschlagt zu werden und einen elektrischen Ausgangsstrom zu liefern.

Der elektromagnetische Stromrichter ist vorzugsweise ein piezoelektrischer Wandler, insbesondere aus keramischem Material, wie Barium, Titan und Zirkonat. Generell sollte das Material eine hohe Kapazität haben und bei seiner Beanspruchung eine hohe Spannung erzeugen.

Im Fall eines Defibrillators kann der piezoelektrische Stromrichter oder ein anderer elektromechanischer Stromrichter im wesentlichen direkt mit der Drosselspule verbunden sein, durch die die elektrische Energie dem Patienten zugeführt wird. Der große Speicherkondensator und das hochkapazitive Relais, wie sie in üblichen Defibrillatoren verwendet werden, werden nicht benötigt, ebensowenig wie die übliche elektrische Leistungszufuhr, so daß die Kosten erheblich verringert werden, ebenso wie Gewicht und Größe des Defibrillators.

An der Stelle dieser Komponenten, kann der Defibriallator einen piezoelektrischen Grundkörper mit Elektroden enthalten, denen benachbart eine kleine

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BAD ORIGINAL

Explosionskammer zugeordnet ist, wobei ein Triggermechanismüs zum Zünden einer explosiven Ladung in der Kammer vorgesehen ist. Die Kammer und die Traganordnung für den piezoelektrischen Wandler müssen selbstverständlich kräftig genug ausgelegt sein, um den Exposionsdrücken standzuhalten; finden jedoch moderne piezoelektrische Materialien Anwendung, so kann ein für die Defibrillatoren ausreichender elektrischer Ausstoß auch bei Anwendung relativ kleiner Exposionsladungen erzielt werden. Zweckmäßigerweise kann die explosive Ladung ein Zündhütchen oder eine Platzpatrone sein, wie sie bei Niet- oder Nagelkanonen zu deren Zünden verwendet werden.

Defibrillatoren benötigen üblicherweise eine elektrische Entladung von etwa 400 I. Dies kann mit einem Barium/Titan- oder Blei/Zirkonpiezolektrischen Keramikwandler erreicht werden.

Ein Defibrillator mit der vorliegenden Erfindung kann als Massenartikel zu einem Bruchteil der Kosten üblicher Defibrillatoren, die Batterien oder Netzstromversorgung verwenden, hergestellt werden. Er ist sehr gut transportierbar und kann als Bereitschaftsvorrichtung in Situationen verwendet werden, in denen er nur in großen Zeitabständen verwendet wird. Für solche Anwendungsfälle ist er einfacher, zuverlässiger und billiger als ein batteriebetriebener Defibrillator, weil es nicht notwendig ist, den Batteriezustand zu überprüfen, oder teuere Batterien in kurzen Zeitabständen zu erneuern, um deren Betriebsbereitschaft zu gewährleisten. Zündhütchen und dergleichen werden mit der Zeit unbrauchbar, sind jedoch sehr billig und leicht zu ersetzen und es kann bei ihnen eine wesentlich größere Lebensdauer als bei den meistens ersatzbedürftigen Batterien

SAD GWL

erwartet werden. Obwohl Sekundärbatterien über lange Zeit in einem brauchbaren Zustand gehalten werden können, machen sie eine regelmäßige Whderaufladung notwendig und haben für wiederholten Einsatz eine begrenzte Kapazität, während der vorliegende Defibrillator so oft und so rasch aufeinanderfolgend verwendet werden kann, wie Zündhütchen eingesetzt werden können.

Es kann vorteilhaft sein, den piezoelektrischen Wandler mit einem mechanischen Oszillator wie einer Feder oder einer Turbine zu kuppeln, um die Spitzenbelastungen zu reduzieren und die Ausstoßenergiestöße zu strecken. Der Wandler kann in Federn gelagert sein, oder es kann alternativ der Explosionsdruck durch eine Feder auf den Wandler übertragen werden, oder auf eine durch die Explosionsgase angetriebene Turbine, wobei der Wandler während des Umlaufens der Turbine beaufschlagt wird. In diesem Fall wird in üblicher Weise eine Vollwellengleichrichtung des elektrischen Austrittes aus dem Wandler notwendig sein.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben, in der Zeichnung zeigen

Fig.l einen Schaltkreis einer Anordnung gemäß der Erfindung,

Fig.2,3 eine schematiache Seiten- bzw. Endansicht einer Energiequelle mit Erfindung,

Fig.4 einen schematischen Längsschnitt einer weiteren Energiequelle mit der Erfindung und

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Fig.5 schematisch weitere Energiequellen mit der Erfindung,
bis 8

Der in Fig.l dargestellte Defibrillator weist eine Energiequelle in der Form eines elektrischen Generators 1 auf, der die vorliegende Erfindung einschließt, beispielsweise in der weiter unten im Einzelnen beschriebenen Ausgestaltung, in einer einfachen Anordnung, weist der Generator einen Block aus piezoelektrischem Keramikmaterial auf, der dem Innenraum einer Explosionskammer ausgesetzt ist, die ein Zündhütchen aufzunehmen vermag und der ein Triggermechanismus jeder geeigneten Art zugeordnet ist, um das Zündhütchen oder dergleichen zu zünden und Energie in der Kammer zu erzeugen, durch die das piezoelektrische Material unter Spannung gesetzt wird. Wie bekannt, veranlaßt die aufgebrachte Spannung das piezoelektrische Material, eine Spannung zu erzeugen, die einem Entladekreis zugefUrt wird, der einen Gleichrichter 3, eine Drosselspule 4 und einen Kondensator 5 einschließt, mit dem übliche Elektroden 6 verbunden sind, die an den Körper 7 eines Patienten anzulegen sind. Parallel zu den Elektroden ist ein Widerstand 9 angeordnet. Um die Impulslänge des dem Patienten zugeführten Defibrillationsimpulses steuern zu können, ist ein Relais 8 vorgesehen, um die Entladung des Patienten in den Widerstand 9 nach einer vorbestimmten Impulsdauer abwenden zu können. Während des Betriebes legt die Bedienungsperson lediglich die Elektroden an den Patienten an, setzt das Zündhütchen ein und zieht den Trigger. Die einfache Betätigung der Vorrichtung und ihr einfacher Aufbau sind ersichtlich.

Der Defibrillator kann ein Überkopf-Magazin und eine Einspeisung von oben aufweisen, um einen wiederholten Gebrauch zu erleichtern. Die Anzahl der

verfügbaren Entladungen ist allein von der Kapazität des verfügbaren Magazines abhängig. Die Ausgestaltung der Explosionskammern, Trigger, Magazine und Ejektoren, ist an sich bekannt, weshalb sie im Einzelnen nicht beschrieben werden soll.

Um die Explosionsgeräusche zu dämpfen, kann eine geeignete Geräuschisolation vorgesehen werden.

Abhängig von der benötigten Energie, kann der Generator mehr als nur ein piezoelektrisches Element aufweisen, und es kann mehr als ein Zündhütchen gleichzeitig gezündet werden.

Der Aufbau des Defibrillator kann grundsätzlich dem bekannter tragbarer Defibrillatoren entsprechen, die beispielsweise ein Gehäuse enthalten, das den Generator, die meisten oder alle elektrischen Stromkreise, den Trigger und eine Elektrode aufnimmt, die mit einer zweiten Elektrode zusammenwirkt, die getrennt aber elektrisch verbunden mit dem Stromkreis in dem Gehäuse angeordnet ist. Ein solcher Defibrillator kann sehr einfach angewendet werden, indem sein Gehäuse in der Hand einer Bedienungsperson gehalten wird und die separate Elektrode in der anderen Hand dieser Person, das Gehäuse mit seiner Elektrode und die separate Elektrode an den Patienten herangebracht werden und dann der am Gehäuse angebrachte Trigger gezogen wird. Alternativ können auch beide Elektroden dem Gehäuse zugeordnet werden. Eine weitere mögliche Ausgestaltung enthält eine Leistungseinheit mit einem Generator und einen Stromkreis, dem zwei separate Elektroden zugeordnet sind.

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Es kann zweckmäßig bzw. vorteilhaft sein, die Energie einem oder mehreren piezoelektrischen Wandlern mittels eines mechanischen Zwischenelementes zuzuführen, um die Wandler zyklisch zu spannen, so daß sie eine Impulsfolge oder eine Wechselspannung an der Stelle eines einzigen Impulses als Ausgangssignal ergeben.

In Fig.2,3 ist ein solcher Mechanismus schematisch dargestellt« Dabei umschließt ein Metallgehäuse die Explosionskammer 2, in die eine thermische Ladevorrichtung10 zur Einbringung beispielsweise eines mit einer Zündvorrichtung zu zündenden Gemisches eingesetzt ist. Die Ladevorrichtung 10 ist am engeren Ende der sich kegelförmig erweiternden Explosionskammer 2 angeordnet, an deren weiterem Ende sich ein frei drehendes Turbinenrad 11 befindet. Die bei der Zündung der Ladevorrichtung entstehenden Gaskompression gelangt durch das Turbinenrad Il hindurch aus der Explosionskammer 2 heraus und versetzen dabei das Turbinenrad in rasche Umdrehung. Der Außenumfang des Turbinenrades 11 ist als wellenförmiger Rand 12 ausgebildet, der mit den in einer Durchmesserrichtung des Turbinenrades 11 verstellbaren Stösseln 13 von in Durchmesserrichtung angeordneten piezoelektrischen Kristallpaketen 14 zusammenwirkt, die in Tandemgruppen angeordnet sind.

Im Betrieb werden bei drehendem Turbinenrad 11 zyklische Stöße auf die piezoelektrischen Pakete aufgebracht, so daß diese elektrische Impulse erzeugen, die zu Vollwellen gerichtet in den Stromkreis des Defibrillator eingespeist werden.

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Der Vorteil einer solchen Anordnung besteht darin, daß die Spitzenbelastungen der piezoelektrischen Wandler und die Höhe der Ausgangsenergiestöße verringert werden.

In Fig.4 ist eine Abwandlung dargestellt, bei der die Expolsionskammer 2 zylindrisch gestreckt ist und die mit der thermischen Ladevorrichtung 10 erzeugte Energie einen Hohlkolben 15 mit einem wellenförmigen Mantel antreibt. Der wellenförmige Kolbenmantel wirkt auf radial angeordnete piezoelektrische Kristallpakete 14, die zu Tandemgruppen zusammengefaßt sind und axial wirkende Stoßkonusse aufweisen. An dem Ende des Metallgehäuses 15, das dem Ende mit der Explosionskammer gegenüberliegt, ist eine Rückführvorrichtung 16 zur Rückführung des Kolbens in seine Ausgangsstellung vorgesehen.

Anstelle eines piezoelektrischen Wandlers können die aus der thermischen Ladung sich ergebenden expandierenden Gase auch zum Antrieb eines elektromagnetischen Generators verwendet werden. Es können beispielsweise die Gase eine kleine Turbine antreiben, die Magnete trägt, die auf diese Weise durch oder hinter Generatorwicklungen verstellt werden, um dabei elektrische Stromstöße zu erzeugen.

Fig.5,6 stellen einen elektromagnetischen Generator analog dem piezoelektrischen Generator der Fig.4 dar. Der Kolben 15 ist durch einen Permanentmagneten oder ein Magnetpaket 17 ersetzt und die piezoelektrischen Pakete sind durch radial angeordnete Eisenstellglieder 18 ersetzt, die in Reihe oder parallel zu Gruppen gewickelt und zusammengeschlossen sind.

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Alternativ kann analog zu dem in Fig.2,3 dargestellten Generator ein Permanentmagnetrotor von den Gasen der thermischen Ladung angetrieben werden und innerhalb einer oder mehrerer Wicklungen umlaufen, die einen elektrischen Strom erzeugen.

In Fig.7,8 ist eine weitere Anordnung dargestellt, bei der eine ringförmige Explosionskammer 2 eine verstellbare Permanentmagnetanordnung If aufnimmt, die einem Rotor oder Träger zugeordnet ist, um durch die mit der thermischen Ladevorrichtung erzeugten Expansionsgase zum Umlauf in der Kammer 2 gebracht zu werden. Außerhalb der Kammer ist ein oder sind mehrere Eiaenanker 20 radial angeordnet, deren Wicklung in Reihe oder parallel zu Gruppen gewickelt und zusammengeschlossen sind, wobei hinter die Pole des oder der Eisenanker die Permantentmagnetanordnung verstellt wird, um in den Wicklungen der Eisenanker einen elektrischen Strom zu erzeugen. Der Rotor kann mehrere Permantentmagnetanordnungen aufweisen. Die Explosionskammer befindet sich in einem ring-oder spiralförmigen Metallgehäuse, an deren der thermischen Ladevorrichtung abgekehrten Ende eine Puffer- bzw. Rückführungseinrichtung für die Permantentmagnetanordnung vorgesehen ist. Die Magnetpole können mit radialem Abstand gemäß Fig.7 oder mit Abstand in Umfangsrichtung gemäß Fig.8 angeordnet sein.

Claims

C 116 P

Anmelder; CARDIAC RECORDERS LIMITED,

34 Scarborough Road, London N4 4LU, England

Bezeichnung der

Erfindung; Energiequelle für eine Vorrichtung nach der

Art eines Herzdef ibrillator

Patentansprüche

IJ Elektrische Energiequelle zur Lieferung kurzer intensiver elektrischer Impulse, gekennzeichnet durch einen elektromechanischen Stromrichter, der einer Explosionsvorrichtung ausgesetzt ist, um einen elektrischen Ausgangsstrom aus der von der Explosionsvorrichtung freigesetzten Explosionsenergie zu erzeugen.
2. Elektrische Energiequelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromrichter ein piezoelektrischer Wandler ist.
3. Elektrische Energiequelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Wandler mit einem mechanischen Oszillator gekoppelt ist.

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4. Elektrische Energiequelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromechanische Stromrichter einen verstellbaren Grundkörper in solcher Anordnung aufweist, daß er von den Explosionsgasen antreibbar ist, während ein piezoelektrischer Wandler so angeordnet ist, daß er dabei gespannt wird.
5. Elektrische Energiequelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromrichter ein elektromagnetischer Generator ist, der ein bewegliches Magnetelement in einer solchen Anordnung einschließt, daß es von der Explosionsvorrichtung antreibbar ist, während zumindest eine Wicklung mit dem beweglichen Magnetelement zur Erzeugung von elektrischem Strom zusammenwirkt.
6. Herzdefibrillator mit Elektroden für die Zuordnung zum Körper eines Patienten, einer Drosselspule und einer elektrischen Energiequelle, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Energiequelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgestaltet ist, um die von ihr ausgehende elektrische Energie über die Drosselspule den Elektroden zuzuführen.

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