[发明专利]一种除颤系统中充放电保护装置及除颤充放电保护方法

说明书

技术领域

本发明涉及医疗设备，尤其涉及一种除颤系统中充放电保护装置及除颤充放电保护方法。

背景技术

心室纤维性颤动，简称心室纤颤或室颤，是最严重的一种致命性心律失常。在心室纤维性颤动的情况下，正常而规律性的心室收缩被快速无规律的颤动所代替，因为心室肌不能进行有效的收缩，故动脉血压急剧降至零。如果正常的心律不能迅速恢复，病人很快死亡。而心脏除颤器或者除颤仪就是一种针对室颤、室速和房颤的心脏治疗仪器。心脏除颤器产生较强的、能量可控的脉冲电流作用于心脏来消除某些心律紊乱，使之恢复为窦性心律。这种治疗心律失常的方法称为电击除颤或电复律术。电击的目的就是强迫心脏在瞬间几乎全部处于除极状态，造成瞬间停搏，使心肌各部分活动相位一致，这样就有可能使自律性最高的窦房结重新起搏心脏，控制心搏，转复为窦性心律。

心脏除颤器的工作过程是产生较强的脉冲电流对心脏进行电击，也可描述为先积蓄定量的电能，然后再通过电极释放到人体。其原理框图如下图1所示。除颤高压产生单元能够产生高压，一般由具有开关电源结构的升压电路组成，开关电源可以给储能电容充电，以提供除颤需要的能量。除颤执行单元主要是指包含一些开关管的外放电回路，这些开关管按照一定的开关组合逻辑工作，就可以实现单相的或者双相的，甚至是多相的除颤脉冲波形。另外，有些执行单元还包含一些放电保护装置。除颤的工作过程可以简单的描述为：当收到充电指令时，除颤仪首先根据已经选择的除颤能量给高压电容充电，充电到目标值之后，停止充电，进入等待放电状态。一旦除颤仪接收到放电指令，则按照一定的实现算法和控制逻辑控制开关的导通和关断，对人体实施放电，从而实现既定的除颤脉冲波形。整个工作过程是一个对安全性和可靠性要求比较高的过程，因为充电电压最高可达5000V，瞬间的放电电流最大可达100A，这对储能电容、开关管等的要求比较高。如果充电电压过高，不仅损伤储能电容和充放电电路，还可能会对病人造成不可挽回的伤害。而放电过程是产生除颤脉冲的关键，放电过程一般比较短，总的时间控制在5mS-25mS以内，放电时间太长，除颤脉冲不仅变得无效，而且还可能伤害病人的身体，同样，放电过程也必须是严格受控的，这样才能实现预期的除颤效果，而不对病人产生额外的损伤。另外，在充电过程中，如果充电电流过低或者其他机器故障，将会使充电的时间延长。这对于急救设备——除颤仪来说，是不能容许的。如果出现充电时间过长的情况，系统应该及时停止充电并提供相应的报警信息，以便给出足够的时间进行人工调整或者更换机器。由此可见，在除颤系统中实现除颤充放电过程中的充电过压保护、充电超时保护和放电超时保护是非常重要的。

图1是常见的具有单处理器的除颤仪功能原理框图，其中的硬保护单元和反馈保护单元，分别从除颤高压产生单元的不同位置(一般是升压变压器的原边和其副边的储能电容)取出储能电容的电压值。这样，通过所述两个单元电路实时地检测储能电容的充电电压，就可以实现充电过压保护的冗余设计。硬保护单元从升压变压器的副边直接采样储能电容的电压，将过压信号传递到除颤控制单元，并使用了一个硬件保护电路，一旦检测到电容过压，就可以直接产生关断充电电路的信号。反馈保护单元则是通过变压器的原边反馈回来的电压，将实时电压和过压信息发送给除颤控制单元，由除颤控制单元关断充电电路。充电超时保护电路可以通过硬件延迟电路结合软件定时来实现，以满足单一故障要求。充电过程一开始，软件就开始计时，超过设定的充电时间上限，而还没有达到充电目标值，则停止充电。同时，充电开始时，硬件延迟电路也被触发，到达延迟时间，电容电压还没有达到目标值，电路则会产生超时信号关断充电电路并通知除颤控制单元。由于放电过程是产生除颤脉冲的关键，故除颤仪也会采用硬件延时电路对放电过程进行保护，一旦出现放电超时的情况，则可以及时切断放电回路，停止外放电的进行。目前对于充电过压控制、充电超时控制和放电超时控制，通常是根据除颤系统的安全需求，将硬件电路和对单处理器软件编程结合使用，实现安全保护的单一故障设计，需要冗余设计的地方，直接添加相应的硬件电路来满足要求。这样就可以实现安全保护的冗余设计和单一故障设计。但是，太复杂的硬件电路会使系统结构变得复杂，尤其是在实现冗余设计的时候，过多的硬件电路不仅使系统变得很庞大，还容易使电路之间的级联出现逻辑上的不匹配，过多元器件的堆积会降低整个系统的可靠性。

发明内容