DE2811325A1

DE2811325A1 - Fibrillator fuer herzchirurgie

Info

Publication number: DE2811325A1
Application number: DE19782811325
Authority: DE
Inventors: Juergen J Dipl Phy Hildebrandt; Nikolaus Dr Med Mendler; Alfred Dr Ing Vogel
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1978-03-16
Filing date: 1978-03-16
Publication date: 1979-09-27
Also published as: DE2811325C2

Description

Fibrillator für Herzchirurgie
Die Erfindung betrifft einen Fibrillator für Herzchirurgie, bestehend aus einem Generator und zwei Elektroden, die während einer Herzoperation kurzzeitig an der Oberfläche des Herzens angelegt werden.
Es ist bekannt, daß bei einer Belastung des menschlichen Körpers mit niederfrequenten Strömen entsprechender Stärke oder mit Gleichstromimpulsen, die Herz- und anderen Muskelfasern in eine fortgesetzte ungeordnete Tätigkeit versetzt werden (Fibrillation). Sie besteht aus rhytmischen, aber nicht synchronen Dehnungen und Kontraktionen einzelner Fasern, so daß die Funktion des Gesamtsystems gestört ist, z.B. Herzkammerflimmern.
Bei Operationen am offenen Herzen wird diese Tatsache dazu benutzt, durch elektrische Reize eine ventrikuläre Fibrillation hervorzurufen. Zu diesem Zweck bringt man Elektroden mit ungefähr 1 cm2 Oberfläche an zwei Stellen der Herzoberfläche an und legt eine 50Hz Spannung an die Elektroden. Der elektrische Strom stimuliert und depolarisiert gleichzeitig einen großen Teil des Herzmuskels. Zur gleichen Zeit depolarisieren die Impulse, die auf dem normalen Weg das Herz erreichen, die endocardiale Oberfläche. Durch das Ineinandergreifen der beiden Prozesse ergibt sich eine unregelmäßige Depolarisation, die verschiedene Zonen des Myocards in unterschiedliche Erregungszustände versetzt und für die Fibrillation verantwortlich ist.
Um diesen Zustand zu erreichen, sind hohe Stromdichten erforderlich, da ein genügend großer Bereich depolarisiert werden muß. Bis zu 10 Volt sind erforderlich, um die Fibrillation zu erreichen. Für eine glatte vollständige Fibrillation muß die Spannung bei dieser Methode sogar noch erhöht werden Dabei besteht jedoch die Gefahr9 daß das Myocard beschädigt wird Die bisher bekannten Geräte zur Erzeugung der Fibrillation sind netzabhängig und geben an ihren Elektroden eine 50Hz Wechselspannung zwischen 1 und 30 Volt ab, Die Elektroden werden für kurze Zeit mit der Herzoberfläche in Berührung gebracht.
Eine weitere Hethodes dieventrikulare Fibrillation hervorzurufen und während der. Operation aufrechtzuerhalten besteht darin9 die wechselstromführenden oder mit Gleichstromimpulsen beaufschlagten Elektroden während der gesamten Operationsphase an der Herzober£1äch@ anzuschließen 5a~mkliche bisher bekannten Fibrillatoren sind große, uthandw liche9 netzabhängige Geräte9 deren Elektroden über. lange Zuleitungskabel an der Herzoberfläche angelegt werden0 Diese Geräte sind daher auch nicht voll sterilisierbar Außerdem besteht die Gefahr9 daß die an das Hyocard pro Fibrillationsimpuls abgeget bene elektrische Energie so groß ist9 daß Herzmuskelschäden nicht mit Sicherheit ausgeschlossen werden können Auf gabe der Erfindung ist es deshalb9 einen Fibrillator in Form eines kleinen handlichen Gerätes zu schaffen9 das voll sterilisierbar ist und die weiteren oben genannten Nachteile nicht aufweist0 Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst9 daß aus~ gehend von einem Fibrillator der eingangs genannten Art, der Generator aus einer symmetrischen Schaltung mit Transistoren aufgebaut ist, wobei jeweils zwei entsprechende Transistoren komplementär zueinander sind, daß die Basis- und Emitterelektroden des ersten Paares aus zwei symmetrisch angeordneten komplementären Transistoren jeweils miteinander verbunden sind und die Kollektorelektroden auf die Basiselektroden des zweiten Paares aus zwei symmetrisch angeordneten komplementären Transistoren geschaltet sind, deren Kollektorelektroden miteinander und über einen Kondensator mit den Basiselektroden der ersten beiden symmetrisch angeordneten Transistoren verbunden sind, daß die Emitterelektroden des zweiten Transistorpaares an entgegengesetzten Polen einer Serienschaltung aus zwei Batterien anliegen, wobei der Mittelabgriff der beiden Batterien über einen Widerstand auf die beiden Emitterelektroden des ersten Transistorpaares geführt ist, und daß eine Elektrode mit den beiden Kollektorelektroden des zweiten Transistorpaares verbunden ist, während die andere Elektrode am Mittelabgriff anliegt.
te weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Fibrillators ist aus den Unteransprüchen ersichtlich.
Die besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen Fibrillators bestehen darin, daß er als kleines, stiftförmiges, netzunabhängi ges Gerät in der Form eines Operationsbesteckes mit fest einem bauten Elektroden genau wie dieses behandelt werden kann, d.h voll sterilisiert am Operations tisch griffbereit liegt. Die handliche Ausführungsform ermöglicht ein rasches Uberstreichen des Herzmuskels, wobei eine Stimulation an mehreren Stellen des Herzmuskels erfolgt und dadurch mit Sicherheit die Fibrillation erreicht wird. Der erfindungsgemäße Fibrillator ist auch sehr sparsam im Stromverbrauch, da er sich erst beim Anlegen der Elektroden an der Herzoberfläche selbsttätig einschaltet. Ferner ist er kurzschlußsicher.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben Es zeigen: Fig. 1 ein elektrisches Schaltbild des Fibrillators gemäß der Erfindung; Fig. 2 einen kompletten Fibrillator in der Form eines Operationsbesteckes; Fig. 3 eine Schallquelle, die an die Elektroden des Fibrillators anschaltbar ist.
In Fig. 1 sind die Emitterelektroden zweier komplementärer Transistoren T1 und T3 über je eine Diode D1,D2 miteinander verbunden und liegen über einen Widerstand R1 am Mittelabgriff O zweier in Serie geschalteter Batterien U1,U2 a. Die Basiselektroden der beiden Transistoren T1 und T3 sind ebenfalls miteinander verbunden und über einen Kondensator C1 auf die zusammengeschalteten Kollektorelektroden zweier nachfolgender, ebenfalls zueinander komplementärer Transistoren T2,T4 gelegt. Dabei ist der Transistor T2 komplementär zum Transistor T1 und T4 komplementär zu T3. Die Basiselektrode des Transistors T2 ist mit der Kollektorelektrode des Transistors T1, die Basiselektrode des Transistors T4 ist mit der Kollektorelektrode des Transistors T3 verbunden. Die Emitterelektroden der Transistoren T2,T4 liegen am Plus- bzw. Minuspol der in Serie geschalteten Batterien U1 und U2 an. Zwischen die Basis- und die Emitterelektrode des Transistors T2 kann ein Widerstand R2 gelegt werden. Die Elektrode E1 die ebenso wie die Elektrode E2 an der Herzoberfläche, die einen Widerstand RH darstellt, angeç legt wird, ist auf die Verbindung der beiden Kollektorelektroden der Transistoren T2 und T4 geführt. Die Elektrode E2 liegt am Mittelpunkt 0 der Serienschaltung der beiden Batterien U1 und U2.
Fig. 2 zeigt einen kompletten Fibrillator gemäß der Erfindung in der äußeren Form eines L-förmigen Operationsbesteckes. Der kurze Schenkel 5 enthält die Elektroden E1 und E2. In einem Hohlzylinder 4 aus Isolierstoff ist der Generator untergebracht.
Der lange Schenkel 6, der vorzugsweise aus Metall mit plangeschliffener Oberfläche hergestellt ist, enthält die Batterien U1,U2.
In Fig. 3 ist eine Schallquelle S dargestellt, die an die Elektroden E1,E2 des Fibrillators anschaltbar ist. Die Kontaktierung der Schallquelle S erfolgt über einen ringförmigen Kontakt 9, an dem die Elektrode E2 des Fibrillators anliegt, sowie über eine Kontaktplatte 8, die isoliert in den ringförmigen Kontakt 9 eingelegt ist und mit der Elektrode E1 in Verbindung gebracht wird.
Die elektrische Schaltung des Fibrillators nach Fig. 1 funktioniert folgendermaßen: Sobald das Herz mit den Elektroden E1,E2 in Berührung kommt, entlädt sich der Kondensator C1 über den Herzwiderstand, der durch den Widerstand RH dargestellt ist, unter der Annahme, daß der Kondensator C1 gegenüber dem Bezugspotential am Mittelabgriff 0 im Zeitpunkt der Betrachtung negativ aufgeladen ist. Durch das auftretende du fließt ein Strom in die Basiselektrode des Transistors T1, wodurch der Transistor T2 leitend wird. Der Kondensator C1 wird dadurch positiv aufgeladen (Mitkopplungseffekt). Ist die Aufladung beendet, geht at# gegen 0, der Transistor T1 sperrt und damit auch der Transistor T2. Der Kondensator C1 entlädt sich wieder über den Herzwiderstand N mit umgekehrter Stromrichtung, so daß die Transistoren T3 und T4 leitend werden bis der Kondensator C1 negativ aufgeladen ist. Anschließend wiederholt sich der eben beschriebene Entladungsvorgang, so daß eine symmetrische Rechteckspannung mit einer durch die GroBe des Kondensators 1 gegebenen Frequenz auftritt.
Bei Kurzschluß am Ausgang des Fibrillators9 doho wenn =o ist, wird der Kondensator C1 entladen und kann nicht wieder aufge laden werden, da die Transistoren T2 bzw T4 sperren Bei Entfernung des Kurzschlusses lädt sich der Kondensator C1 durch Leckströme wieder langsam auf Der Widerstand R1 dient zur Strombegrenzung Ein definierter Anfangszustand, d.h. positive oder negative Ladung auf dem Konw densator C1 im Ruhezustand9 kann durch den wahlweisen Einbau eines zusätzlichen Widerstandes R2 zwischen Basis und Kollektor elektrode des Transistors T2 oder T erreicht werden Falls in die Emitterzuleitungen der Transistoren T1 und T3 Dio den D19D2 eingefügt werden9 können diese in Form von Leuchtdioden zur Funktionskontrolle herangezogen werden Eine ein fachere Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Fibrillators ist jedoch mit Hilfe einer an den Elektroden E1 und E2 angelegten Schallquelle S möglich. Da der Fibrillator an seinen Elektroden eine tonfrequente Spannung - vorzugsweise 500 -looo Hz-von un gefähr 10 V abgibt9 ist keine weitere Verstärkung mehr erforderlicht Deshalb kann in einfacher Weise eine in der Fernsprechtechnik übliche Hörkapsel als Schallquelle S dienen0 Zweckmäßigerweise wird die Schallquelle fest in einem Behälter montiert9 der gleichzeitig zur Aufbewahrung von einem oder Redundanzgründen vorzugsweise zwei Fibrillatoren gemäß der Erfindung dient. Redundanz ist deshalb erforderlich9 weil während der Operation ein stiftförmiger Fibrillator versehentlich vom sterilen Tuch heruntergleiten oder in Verbindung mit einem nicht sterilen Gegenstand kommen kann0 Falls in einem solchen Fall nicht sofort ein steriler Fibrillator zur Verfügung steht9 könnte der erfolg reiche Verlauf der Operation in Frage gestellt sein Leerseite

Claims

Fibrillator für Herzchirurgie Patentansprüche 9 Fibrillator für Herzchirurgie, bestehend aus einem Generator und 2 Elektroden, die während einer Herzoperation kurzzeitig an der Oberfläche des Herzens angelegt werden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t s daß der Generator aus einer symmetrischen Schaltung mit Transistoren (T1,T2,T3,T4) aufgebaut ists wobei jeweils zwei entsprechende Transistoren (T1,T3;T2,T4) komplementär zueinander sind, daß die Basis- und Emitterelektroden des erm sten Paares aus zwei symmetrisch angeordneten komplemen tären Transistoren (T1DT3) jeweils miteinander verbunden sind und die Kollektorelektroden auf die Basiselektroden des zweiten Paares aus zwei symmetrisch angeordneten komplementären Transistoren (T2,T4) geschaltet sind, deren Kollektorelektroden miteinander und über einen Kondensator (C1) mit den Basiselektroden der ersten beiden symmetrisch angeordneten Transistoren (T(T1,T3) verbunden sind, daß die Emitterelektroden des zweiten Transistorpaares (T2,T4) an entgegengesetzten Polen einer Serienschaltung aus zwei Batterien tU1,U2) anliegen, wobei der Mittelabgriff (0) der beiden Batterien (U1,U2) über einen Widerstand (Ri) auf die beiden Emitterelektroden des ersten Transistorpaares (T1, T3) geführt ist, und daß eine Elektrode (Ei) mit den beiden Kollektorelektroden des zweiten Transistorpaares (T2, T4) verbunden ist, während die andere Elektrode (E2) am Mittelabgriff (0) anliegt.
2. Fibrillator für Herzchirurgie nach Anspruch i, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß bei einem der Transistoren des zweiten Transistorpaares (T2,T4) zwischen Basis-und Emitterelektrode ein Widerstand (R2) eingefügt ist.
3. Fibrillator für Herzchirurgie nach Anspruch i oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß in die Emitterelektroden des ersten Transistorpaares (T1,T3) Leuchtdioden (D1,D2) eingefügt sind.
4. Fibrillator für Herzchirurgie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Generator im Tonfrequenzbereich schwingt.
5. Fibrillator für Herzchirurgie nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß an die beiden Elektroden (E1,E2) eine Schallquelle (S) anschließbar ist.
6. Fibrillator für Herzchirurgie nach einem der Ansprüche ì bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Elektroden (E1,E2) ringförmig ausgebildet und an den beiden Enden eines kurzen Hohlzylinders (4) aus Isolierstoff angebracht sind, der den Generator enthält.
7. Fibrillator für Herzchirurgie nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i -c h n e t , daß der den Generator enthaltende Hohlzylinder (4) mit den beiden ringförmigen Elektroden (E1,E2) den kurzen Schenkel (5) eines ungefähr L-förmigen, vollsterilisierbaren Operationsbestecks bildet, dessen langer Schenkel (6) die Batterien (U1,U2) enthält.