АДАПТЕР ДЛЯ НЕИНВАЗИВНОГО КАРДИОСТИМУЛЯТОРА Российский патент 1994 года по МПК A61N1/36 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к аппаратуре для электростимуляции органов и тканей.

Известен электрокардиостимулятор для низкоамплитудной, инвазивной стимуляции сердца в условиях экстренной медицинской помощи, содержащий источник прямоугольных импульсов тока постоянной длительности, регулируемых частоты и амплитуды.

Недостатком известного электрокардиостимулятора является невозможность осуществления высокоамплитудной, неинвазивной чреспищеводной стимуляции сердца, необходимость которой также возникает в условиях экстренной медицинской помощи.

Известен электростимулятор для чреспищеводной стимуляции сердца в условиях экстренной медицинской помощи, содержащий источник прямоугольных импульсов напряжения постоянной длительности, регулируемых частоты и амплитуды.

Недостатком данного электрокардиостимулятора является невозможность его использования для адекватного осуществления эндокардиальной стимуляции сердца из-за опасности поражения сердца пациента импульсами большой амплитуды.

Недостатки указанных электрокардиостимуляторов частично преодолены в известном неинвазивном кардиостимуляторе, позволяющем осуществлять как эндокардиальную, так и чреспищеводную стимуляцию сердца. Этот электрокардиостимулятор состоит из источника прямоугольных импульсов напряжения постоянной длительности, регулируемых частоты и амплитуды, адаптера, содержащего два входа и два выхода, а также электродов для чреспищеводной и эндокардиальной стимуляции сердца. Адаптер, с помощью которого осуществляется выбор режима стимуляции, выполнен в виде механического соединительного устройства, оба входа которого подключаются к выходам неинвазивного кардиостимулятора, а к выходам устройства могут быть подключены только электроды для эндокардиальной стимуляции сердца. Указанный адаптер для неинвазивного кардиостимулятора принят за прототип.

Известный адаптер для неинвазивного кардиостимулятора имеет ряд недостатков. Во-первых, он обладает низкой безопасностью стимуляции, так как не исключает независимое применение адаптера и переключение органов управления режимом кардиостимулятора, что в случае ошибки может привести к поражению сердца пациента импульсами большой амплитуды при эндокардиальной стимуляции. Во-вторых, адаптер не изменяет длительность импульсов при смене режима стимуляции. Стимуляция сердца импульсами неизменной длительности является избыточной при эндокардиальной стимуляции, что приводит к снижению экономичности электрокардиостимулятора, а также повышению электрохимической коррозии электродов, но недостаточной при чреспищеводной стимуляции, что приводит к повышению порога возбудимости сердца и, следовательно к увеличению дискомфорта и даже болезненности самой процедуры стимуляции. В-третьих, хотя при чреспищеводной стимуляции предпочтительно возбуждение сердца импульсами напряжения, при эндокардиальной стимуляции импульсы напряжения существенно искажают ЭКГ, что затрудняет разборчивость и чтение ЭКГ в экстремальных условиях.

Цель изобретения - снижение повреждающего воздействия путем ограничения тока и длительности стимулирующих импульсов.

Указанная цель достигается тем, что адаптер для неинвазивного кардиостимулятора, содержащий два входа и два выхода, выполнен в виде масштабного преобразователя амплитуды импульсов напряжения одной длительности в амплитуду импульсов тока другой длительности. Масштабный преобразователь содержит первый транзистор p-n-p типа, эмиттер которого через конденсатор соединен с первым входом масштабного преобразователя и является первым входом адаптера, второй транзистор n-p-n типа, база которого через первый резистор связана с коллектором первого транзистора, а эмиттер подключен к первому входу масштабного преобразователя и третий транзистор n-p-n типа, эмиттер которого через второй резистор соединен с первым входом масштабного преобразователя, коллектор подключен к первому выходу масштабного преобразователя, который является первым выходом адаптера, а база связана с коллектором второго транзистора и первым выводом третьего резистора, второй вывод которого подключен к второму входу и второму выходу масштабного преобразователя, которые являются соответственно вторым входом и вторым выходом адаптера, а также к первому выводу четвертого резистора, второй вывод которого соединен с эмиттером первого транзистора, первый диод, анод которого связан с базой первого транзистора, а также пятый резистор, включенный между катодом первого диода и первым входом адаптера. Кроме того в масштабный преобразователь введен второй диод, анод которого подключен к коллектору второго транзистора, а катод соединен с катодом первого диода, а также введен шестой резистор, шунтирующий переход эмиттер-база первого транзистора.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемый адаптер для неинвазивного кардиостимулятора отличается от прототипа тем, что адаптер выполнен в виде масштабного преобразователя амплитуды импульсов напряжения одной длительности в амплитуду импульсов тока другой длительности.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что указанные признаки проявляют свойства, не совпадающие со свойствами известных технических решений, что приводит к снижению повреждающего воздействия стимулирующих импульсов.

Таким образом анализ известных технических решений в исследуемой области позволяет сделать вывод о несовпадении технических свойств указанных решений со свойствами, проявляемыми существенными отличительными признаками в заявляемом адапторе для неинвазивного кардиостимулятора, и признать заявляемое техническое решение соответствующим критерию изобретения "существенные отличия".

На фиг. 1 показана структурная схема неинвазивного кардиостимулятора с адаптером; на фиг. 2 - принципиальная схема адаптера.

Адаптер 2 включается последовательно с неинвазивным кардиостимулятором 1, представляющим собой источник прямоугольных импульсов напряжения постоянной длительности, регулируемых частоты и амплитуды, и электродами 4 для эндокардиальной стимуляции, причем электроды 3 для чреспищеводной стимуляции могут быть подключены только в выходам кардиостимулятора 1.

Адпатер 2 имеет первый 5 и второй 6 входы, первый 7 и второй 8 выходы, а также содержит первый транзистор 9 p-n-p типа и второй 10 транзистор n-p-n типа, третий транзистор 11 n-p-n типа, конденсатор 12, первый 13, второй 14, третий 15, четвертый 16, пятый 17, шестой 18 резисторы, первый 19 и второй 20 диоды.

Адаптер с неинвазивным кардиостимулятором работает следующим образом. Перед началом процедуры устанавливается необходимая частота следования стимулирующих импульсов. В режиме чреспищеводной стимуляции сердца электроды 3 подключаются непосредственно к выходам неинвазивного кардиостимулятора 1 и стимуляция сердца осуществляется прямоугольными импульсами напряжения отрицательной полярности с большой, например 10-20 мс, длительностью. Амплитуда стимулирующих импульсов устанавливается равной порогу возбуждения сердца, причем при чреспищеводной стимуляции длинными импульсами напряжения обеспечивается низкий порог возбуждения. Например среднее значение порога возбуждения предсердий при указанных длительностях импульсов составляет 14-16 В, тогда как при стимуляции импульсами длительностью 1-2 мс 30-40В.

Тем самым при большей длительности импульсами достигается снижение дискомфорта и уменьшение болезненности процедуры стимуляции.

В режиме эндокардиальной стимуляции сердца к выходам кардиостимулятора 1 последовательно подключается адаптер 2, к выходам 7 и 8 которого могут быть подключены только электроды 4 для эндокардиальной стимуляции сердца. При этом масштабное преобразование импульсов напряжения одной длительности в импульсы тока другой длительности осуществляется следующим образом.

В исходном состоянии до момента поступления импульсов напряжения с выходов кардиостимулятора 1 на входы 5, 6 адаптера 2 транзисторы 9, 10, 11 закрыты и ток через выходные контакты 7, 8 адаптера 2 и электроды 4 отсутствуют. В момент поступления на вход 5 адаптера 2 импульса напряжения отрицательной относительно входа 6 полярности напряжение на эмиттере транзистора 9 скачком изменяется на значение, равное амплитуде напряжения на входе 5, а на катоде диода 19 и базе транзистора 11 на значение, пропорциональное этой амплитуде и определяемое делителем из резисторов 15 и 17. При этом транзисторы 9 и 10 закрыты, диод 19 смещен в обратном направлении и исключает пробой эмиттерного перехода транзистора 9.

Перепад напряжения на базе транзистора 11 приводит к его отпиранию и формированию импульса на выходах 7, 8 адаптера 2 и электродах 4. Амплитуда импульса тока коллектора транзистора 11, работающего в активной области, задается с помощью резистора 14. Следовательно коэффициент масштабного преобразования амплитуды импульса напряжения на входах 5, 6 в амплитуду импульса тока на выходах 7, 8 адаптера 2 определяется резисторами 14, 15 и 17. При этом падение напряжения на прямосмещенном диоде 20 компенсирует напряжение база-эмиттер транзистора 11.

По мере заряда конденсатора 12 через резистор 16 напряжение на эмиттере транзистора 9 увеличивается, а напряжение на катодах диодов 19 и 20 остается неизменным. Поэтому в момент, когда напряжение на эмиттере транзистора 9 превысит напряжение на катодах диодов 18 и 20 на величину напряжений отпирания эмиттерного перехода транзистора 9 и диода 19, происходи регенеративное переключение транзисторов 9 и 10 в насыщенное состояние, и заряд конденсатора 12 прекращается. Насыщение транзистора 10 приводит к запиранию транзистора 11, т. е. к прекращению его тока коллектора и, следовательно окончанию формирования импульса тока на выходах адаптера 2 и электродах 4.

При насыщении транзисторов 9, 10 скорость изменения напряжения на катодах диодов 19 и 20 конечна и определяется скоростью разряда конденсатора 12. Поэтому в момент насыщения транзистора 10 диод 20 запирается, отключая базу транзистора 11 от цепи разряда конденсатора 12. В результате срез формируемого импульса тока коллектора транзистора 11, т. е. импульса тока на выходных контактах адаптера 2 и электродах 4 не зависит от конечной скорости разряда конденсатора 12, что позволяет улучшить форму выходного импульса тока.

Кроме того, благодаря запиранию диода 20 исключается протекание тока разряда конденсатора 12 по цепи переход эмиттер-база транзистора 9, диод 19, коллектор транзистора 10 и токовый пробой этих транзисторов. Целям защиты от токового пробоя транзистора 9 и перехода эмиттер-база транзистора 10 при протекании тока разряда 12 служит также резистор 13.

Таким образом введение диода 20 в схему адаптера 2 позволяет устранить избыточность выходного импульса тока по длительности, повысить линейность масштабного преобразования, обеспечить адекватность формы импульсов тока на выходных контактах адаптера 2 и электродах 4 форме импульсов напряжения на выходных контактах кардиостимулятора 1, а также повысить надежность работы адаптера.

Транзисторы 9 и 10 продолжают оставаться в насыщении до момента окончания действия импульса напряжения на входах 5, 6 адаптера 2, после чего они запираются.

Сформированный таким образом импульс тока на выходах 7, 8 адаптера 2 и электродах 4 определяется параметрами времязадающей цепи (конденсатор 12 и резистор 16) и значением напряжения порога переключения транзисторов 9 и 10, который определяется делителем из резисторов 15 и 17. Поскольку до момента переключения и переход эмиттер-база транзистора 9 и диод 19 смещены в обратном направлении, потенциал базы транзистора 9 жестко не фиксирован, что приводит к некоторой нестабильности порога переключения и, вместе с ним, к нестабильности длительности фомируемого импульса тока.

Для повышения стабильности длительности формируемого импульса тока в схему адаптера 2 введен высокоомный резистор 18, с помощью которого фиксируется напряжение на базе закрытого транзистора 9 и аноде обратно-смещенного диода 19, так как сопротивление резистора 18 существенно меньше сопротивления обратно-смещенного перехода эмиттер-база.

Длительность сформированного импульса тока на выходах 7, 8 адаптера 2 и электродах 4 существенно меньше длительности импульса напряжения на выходах кардиостимулятора 1. Например, при чреспищеводной стимуляции длительность импульсов на выходах кардиостимулятора 1 составляет 10-20 мс, а при эндокардиальной стимуляции сердца длительность импульсов тока на выходах адаптера 2 составляет 1-2 мс. Благодаря этому повышается экономичность электрокардиостимулятора, уменьшаются электрохимическая коррозия электродов 4 и уровень искажений ЭКГ.

Таким образом предлагаемый адапатер для неинвазивного кардиостимулятора не содержит дополнительных органов управления амплитудой или длительностью импульсов, за счет чего снижается повреждающее воздействие стимулирующих импульсов, повышается безопасность стимуляции, так как исключается возможность поражения сердца пациента импульсами большой амплитуды вследствие ошибочных действий врача, например в условиях оказания скорой медицинской помощи. (56) Наружный трансэзофагальный водитель сердечного ритма TBC-20 Biotronik Vertriebs-Gesellschaft mbH. Wien.

Использование: в медицинской технике, а именно в аппаратуре для электростимуляции органов и тканей. Сущность: адаптер для неинвазивного кардиостимулятора, содержащий два входа и два выхода, выполнен в виде масштабного преобразователя амплитуды импульсов напряжения в амплитуду импульсов тока. Электрокардиостимулятор с адаптером может работать в режимах чреспищеводной или эндокардиальной стимуляции сердца и кроме адаптера не содержит дополнительных органов управления амплитудой или длительностью импульсов, за чет чего снижается повреждающее воздействие, так как исключается возможность поражения сердца пациента импульсами большой амплитуды при эндокардиальной стимуляции вследствие ошибочных действий врача, например в условиях скорой помощи. 3 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. АДАПТЕР ДЛЯ НЕИНВАЗИВНОГО КАРДИОСТИМУЛЯТОРА, содержащий два входа и два выхода, отличающийся тем, что, с целью снижения повреждающего воздействия путем ограничения тока и длительности стимулирующих импульсов адаптер выполнен в виде масштабного преобразователя амплитуды импульсов напряжения одной полярности в амплитуду импульсов тока другой длительности. 2. Адаптер по п. 1, отличающийся тем, что содержит первый транзистор р-n-р-типа, эмиттер которого через конденсатор соединен с первым входом масштабного преобразователя и является первым входом адаптера, второй транзистор n-р-n-типа, база которого через первый резистор связана с коллектором первого транзистора, а эмиттер подключен к первому входу масштабного преобразователя и третий транзистор n-р-n-типа, эмиттер которого через второй резистор соединен с первым входом масштабного преобразователя, коллектор подключен к первому выходу масштабного преобразователя, который является первым выходом адаптера, а база связана с коллектором второго транзистора и первым выводом третьего резистора, второй вывод которого подключен к второму входу и второму выходу масштабного преобразователя, которые являются соответственно вторым входом и вторым выходом адаптера и первому выводу четвертого резистора, второй вывод которого соединен с эмиттером первого транзистора, первый диод, анод которого связан с базой первого транзистора, а также пятый резистор, включенный между катодом первого диода и первым входом адаптера. 3. Адаптер по п. 1, отличающийся тем, что в него введен второй диод, анод которого подключен к коллектору второго транзистора, а катод соединен с катодом первого диода. 4. Адаптер по п. 1, отличающийся тем, что в него введен шестой резистор, шунтирующий переход эмиттер-база первого транзистора.