Fibrillator für HerzchirurgieCardiac surgery fibrillator
Die Erfindung betrifft einen Fibrillator für Herzchirurgie, bestehendaus einem Generator und zwei Elektroden, die während einer Herzoperation kurzzeitigan der Oberfläche des Herzens angelegt werden.The invention relates to a fibrillator for cardiac surgery, consisting offrom a generator and two electrodes, which are used briefly during a heart operationapplied to the surface of the heart.
Es ist bekannt, daß bei einer Belastung des menschlichen Körpers mitniederfrequenten Strömen entsprechender Stärke oder mit Gleichstromimpulsen, dieHerz- und anderen Muskelfasern in eine fortgesetzte ungeordnete Tätigkeit versetztwerden (Fibrillation). Sie besteht aus rhytmischen, aber nicht synchronen Dehnungenund Kontraktionen einzelner Fasern, so daß die Funktion des Gesamtsystems gestörtist, z.B. Herzkammerflimmern.It is known that when the human body is exposed tolow-frequency currents of corresponding strength or with direct current pulses thatHeart and other muscle fibers put into continued disorderly activitybecome (fibrillation). It consists of rhythmic but not synchronous stretchesand contractions of individual fibers, so that the function of the entire system is disturbede.g. ventricular fibrillation.
Bei Operationen am offenen Herzen wird diese Tatsache dazu benutzt,durch elektrische Reize eine ventrikuläre Fibrillation hervorzurufen. Zu diesemZweck bringt man Elektroden mit ungefähr 1 cm2 Oberfläche an zwei Stellen der Herzoberflächean und legt eine 50Hz Spannung an die Elektroden. Der elektrische Strom stimuliertund depolarisiert gleichzeitig einen großen Teil des Herzmuskels. Zur gleichen Zeitdepolarisieren die Impulse, die auf dem normalen Weg das Herz erreichen, die endocardialeOberfläche. Durch das Ineinandergreifen der beiden Prozesse ergibt sich eine unregelmäßigeDepolarisation, die verschiedene Zonen des Myocards in unterschiedliche Erregungszuständeversetzt und für die Fibrillation verantwortlich ist.In open heart surgery, this fact is used toto induce ventricular fibrillation through electrical stimuli. To thisThe purpose is to place electrodes with a surface area of about 1 cm2 at two points on the surface of the heartand applies a 50Hz voltage to the electrodes. The electric current stimulatesand at the same time depolarizes a large part of the heart muscle. At the same timeThe endocardial impulses that normally reach the heart are depolarizedSurface. The interlocking of the two processes results in an irregular oneDepolarization, the different zones of the myocardium in different states of excitationand is responsible for the fibrillation.
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 zuerreichen. Für eine glatte vollständige Fibrillationmuß die Spannung bei dieser Methode sogar noch erhöht werden Dabei besteht jedochdie Gefahr9 daß das Myocard beschädigt wird Die bisher bekannten Geräte zur Erzeugungder Fibrillation sind netzabhängig und geben an ihren Elektroden eine 50Hz Wechselspannungzwischen 1 und 30 Volt ab, Die Elektroden werden für kurze Zeit mit der Herzoberflächein Berührung gebracht.To achieve this state, high current densities are required,since a sufficiently large area must be depolarized. Up to 10 volts are requiredto increase the fibrillationreach. For a smooth, complete fibrillationthe voltage must even be increased with this methodthe danger9 that the myocardium will be damaged The previously known devices for generatingfibrillation are network-dependent and give a 50 Hz alternating voltage to their electrodesbetween 1 and 30 volts, the electrodes are briefly connected to the surface of the heartbrought into contact.
Eine weitere Hethodes dieventrikulare Fibrillation hervorzurufen undwährend der. Operation aufrechtzuerhalten besteht darin9 die wechselstromführendenoder mit Gleichstromimpulsen beaufschlagten Elektroden während der gesamten Operationsphasean der Herzober£1äch@ anzuschließen 5a~mkliche bisher bekannten Fibrillatoren sindgroße, uthandw liche9 netzabhängige Geräte9 deren Elektroden über. lange Zuleitungskabelan der Herzoberfläche angelegt werden0 Diese Geräte sind daher auch nicht voll sterilisierbarAußerdem besteht die Gefahr9 daß die an das Hyocard pro Fibrillationsimpuls abgegetbene elektrische Energie so groß ist9 daß Herzmuskelschäden nicht mit Sicherheitausgeschlossen werden können Auf gabe der Erfindung ist es deshalb9 einen Fibrillatorin Form eines kleinen handlichen Gerätes zu schaffen9 das voll sterilisierbar istund die weiteren oben genannten Nachteile nicht aufweist0 Diese Aufgabe wird gemäßder Erfindung dadurch gelöst9 daß aus~ gehend von einem Fibrillator der eingangsgenannten Art, der Generator aus einer symmetrischen Schaltung mit Transistorenaufgebaut ist, wobei jeweils zwei entsprechende Transistoren komplementär zueinandersind, daß die Basis- und Emitterelektroden des ersten Paares auszwei symmetrisch angeordneten komplementären Transistoren jeweils miteinander verbundensind und die Kollektorelektroden auf die Basiselektroden des zweiten Paares auszwei symmetrisch angeordneten komplementären Transistoren geschaltet sind, derenKollektorelektroden miteinander und über einen Kondensator mit den Basiselektrodender ersten beiden symmetrisch angeordneten Transistoren verbunden sind, daß dieEmitterelektroden des zweiten Transistorpaares an entgegengesetzten Polen einerSerienschaltung aus zwei Batterien anliegen, wobei der Mittelabgriff der beidenBatterien über einen Widerstand auf die beiden Emitterelektroden des ersten Transistorpaaresgeführt ist, und daß eine Elektrode mit den beiden Kollektorelektroden des zweitenTransistorpaares verbunden ist, während die andere Elektrode am Mittelabgriff anliegt.Another method to induce ventricular fibrillation andduring the. Sustaining operation consists of 9 the acor electrodes to which direct current pulses are applied during the entire operating phase5 possible previously known fibrillators are to be connected to the upper surface of the heartlarge, hand-held9 mains-dependent devices9 have their electrodes over them. long supply cablesplaced on the surface of the heart0 These devices are therefore not fully sterilizableIn addition, there is a risk9 that the fibrillation pulse will be transferred to the Hyocard per fibrillation pulseThe electrical energy is so great9 that damage to the heart muscle is not certainTherefore, the task of the invention is 9 a fibrillatorin the form of a small, handy device9 that is fully sterilizableand does not have the other disadvantages mentioned above0 This object is achieved in accordance withthe invention solved9 that starting from a fibrillator of the initiallycalled type, the generator from a symmetrical circuit with transistorsis constructed, with two corresponding transistors complementary to each otherare that the base and emitter electrodesof the first pairtwo symmetrically arranged complementary transistors each connected to one anotherand the collector electrodes on the base electrodes of the second pairtwo symmetrically arranged complementary transistors are connected, whoseCollector electrodes with each other and via a capacitor with the base electrodesof the first two symmetrically arranged transistors are connected that theEmitter electrodes of the second pair of transistors at opposite poles of oneSeries connection of two batteries are present, with the center tap of the twoBatteries via a resistor to the two emitter electrodes of the first transistor pairis performed, and that one electrode with the two collector electrodes of the secondTransistor pair is connected, while the other electrode rests on the center tap.
te weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Fibrillators ist aus denUnteransprüchen ersichtlich.te further advantageous embodiment of the fibrillator is from theSubclaims apparent.
Die besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen Fibrillators bestehendarin, daß er als kleines, stiftförmiges, netzunabhängi ges Gerät in der Form einesOperationsbesteckes mit fest einem bauten Elektroden genau wie dieses behandeltwerden kann, d.h voll sterilisiert am Operations tisch griffbereit liegt. Die handlicheAusführungsform ermöglicht ein rasches Uberstreichen des Herzmuskels, wobei eineStimulation an mehreren Stellen des Herzmuskels erfolgt und dadurch mit Sicherheitdie Fibrillation erreicht wird. Der erfindungsgemäße Fibrillator ist auch sehr sparsamim Stromverbrauch, da er sich erst beim Anlegen der Elektroden an der Herzoberflächeselbsttätig einschaltet. Ferner ist er kurzschlußsicher.The particular advantages of the fibrillator according to the invention existin that it is a small, pen-shaped, network-independent device in the form of aSurgical instruments with firmly built electrodes are treated exactly like this onecan be, i.e. fully sterilized and ready to hand on the operating table. The handy oneEmbodiment allows a rapid sweep of the heart muscle, with aStimulation takes place in several places of the heart muscle and therefore with certaintyfibrillation is achieved. The fibrillator according to the invention is also very economicalin power consumption, as it is only when the electrodes are placed on the surface of the heartswitches on automatically. It is also short-circuit proof.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt undwird im folgenden näher beschrieben Es zeigen: Fig. 1 ein elektrisches Schaltbilddes Fibrillators gemäß der Erfindung; Fig. 2 einen kompletten Fibrillator in derForm eines Operationsbesteckes; Fig. 3 eine Schallquelle, die an die Elektrodendes Fibrillators anschaltbar ist.An embodiment of the invention is shown in the drawingandis described in more detail below. Figure 1 shows an electrical circuit diagramthe fibrillator according to the invention; FIG. 2 shows a complete fibrillator in FIGShape of surgical instruments; Fig. 3 shows a sound source applied to the electrodesof the fibrillator can be switched on.
In Fig. 1 sind die Emitterelektroden zweier komplementärer TransistorenT1 und T3 über je eine Diode D1,D2 miteinander verbunden und liegen über einen WiderstandR1 am Mittelabgriff O zweier in Serie geschalteter Batterien U1,U2 a. Die Basiselektrodender beiden Transistoren T1 und T3 sind ebenfalls miteinander verbunden und übereinen Kondensator C1 auf die zusammengeschalteten Kollektorelektroden zweier nachfolgender,ebenfalls zueinander komplementärer Transistoren T2,T4 gelegt. Dabei ist der TransistorT2 komplementär zum Transistor T1 und T4 komplementär zu T3. Die Basiselektrodedes Transistors T2 ist mit der Kollektorelektrode des Transistors T1, die Basiselektrodedes Transistors T4 ist mit der Kollektorelektrode des Transistors T3 verbunden.Die Emitterelektroden der Transistoren T2,T4 liegen am Plus- bzw. Minuspol der inSerie geschalteten Batterien U1 und U2 an. Zwischen die Basis- und die Emitterelektrodedes Transistors T2 kann ein Widerstand R2 gelegt werden. Die Elektrode E1 die ebensowie die Elektrode E2 an der Herzoberfläche, die einen Widerstand RH darstellt, angeçlegt wird, ist auf die Verbindung der beiden Kollektorelektroden der TransistorenT2 und T4 geführt. Die Elektrode E2 liegt am Mittelpunkt 0 der Serienschaltung derbeiden Batterien U1 und U2.In Fig. 1, the emitter electrodes are two complementary transistorsT1 and T3 are each connected to one another via a diode D1, D2 and are connected via a resistorR1 at the center tap O of two series-connected batteries U1, U2 a. The base electrodesof the two transistors T1 and T3 are also connected to each other and viaa capacitor C1 on the interconnected collector electrodes of two subsequent ones,also placed mutually complementary transistors T2, T4. Here is the transistorT2 complementary to transistor T1 and T4 complementary to T3. The base electrodeof transistor T2 is with the collector electrode of transistor T1, the base electrodeof the transistor T4 is connected to the collector electrode of the transistor T3.The emitter electrodes of the transistors T2, T4 are connected to the plus or minus pole of the inBatteries U1 and U2 connected in series. Between the base and emitter electrodesa resistor R2 can be connected to the transistor T2. The electrode E1 is the samehow the electrode E2 is attached to the heart surface, which represents a resistance RHis on the connection of the two collector electrodes of the transistorsT2 and T4 led. The electrode E2 is at the center point 0 of the series circuit of theboth batteries U1 and U2.
Fig. 2 zeigt einen kompletten Fibrillator gemäß der Erfindung in deräußeren Form eines L-förmigen Operationsbesteckes. Der kurze Schenkel 5 enthältdie Elektroden E1 und E2. In einem Hohlzylinder 4 aus Isolierstoff ist der Generatoruntergebracht.FIG. 2 shows a complete fibrillator according to the invention in FIGouter shape of an L-shaped surgical set. The short leg 5 containsthe electrodes E1 and E2. The generator is located in a hollow cylinder 4 made of insulating materialhoused.
Der lange Schenkel 6, der vorzugsweise aus Metall mit plangeschliffenerOberfläche hergestellt ist, enthält die Batterien U1,U2.The long leg 6, which is preferably made of metal with a plane-groundSurface is made, contains the batteries U1, U2.
In Fig. 3 ist eine Schallquelle S dargestellt, die an die ElektrodenE1,E2 des Fibrillators anschaltbar ist. Die Kontaktierung der Schallquelle S erfolgtüber einen ringförmigen Kontakt 9, an dem die Elektrode E2 des Fibrillators anliegt,sowie über eine Kontaktplatte 8, die isoliert in den ringförmigen Kontakt 9 eingelegtist und mit der Elektrode E1 in Verbindung gebracht wird.In Fig. 3, a sound source S is shown which is connected to the electrodesE1, E2 of the fibrillator can be switched on. The sound source S is contactedvia an annular contact 9 on which the electrode E2 of the fibrillator rests,as well as a contact plate 8 which is insulated and inserted into the annular contact 9and is associated with electrode E1.
Die elektrische Schaltung des Fibrillators nach Fig. 1 funktioniertfolgendermaßen: Sobald das Herz mit den Elektroden E1,E2 in Berührung kommt, entlädtsich der Kondensator C1 über den Herzwiderstand, der durch den Widerstand RH dargestelltist, unter der Annahme, daß der Kondensator C1 gegenüber dem Bezugspotential amMittelabgriff 0 im Zeitpunkt der Betrachtung negativ aufgeladen ist. Durch das auftretendedu fließt ein Strom in die Basiselektrode des Transistors T1, wodurch der TransistorT2 leitend wird. Der Kondensator C1 wird dadurch positiv aufgeladen (Mitkopplungseffekt).Ist die Aufladung beendet, geht at# gegen 0, der Transistor T1 sperrt und damitauch der Transistor T2. Der Kondensator C1 entlädt sich wieder über den HerzwiderstandN mit umgekehrter Stromrichtung, so daß die Transistoren T3 und T4 leitend werdenbis der Kondensator C1 negativ aufgeladen ist. Anschließend wiederholt sich dereben beschriebene Entladungsvorgang, so daß eine symmetrische Rechteckspannung miteiner durch die GroBe des Kondensators 1 gegebenen Frequenz auftritt.The electrical circuit of the fibrillator according to FIG. 1 worksas follows: As soon as the heart comes into contact with electrodes E1, E2, dischargesthe capacitor C1 across the cardiac resistance, which is represented by the resistance RHis, assuming that the capacitor C1 is opposite the reference potential atFund tap 0 is negatively charged at the time of observation. Through the occurringdu a current flows into the base electrode of transistor T1, causing the transistorT2 becomes conductive. The capacitor C1 is thereby positively charged (positive feedback effect).When the charging is finished, at # goes to 0, the transistor T1 blocks and thusalso the transistor T2. The capacitor C1 discharges again through the heart resistanceN with the current direction reversed, so that the transistors T3 and T4 become conductiveuntil the capacitor C1 is negatively charged. Then the repeats itselfjust described discharge process, so that a symmetrical square wave voltage witha frequency given by the size of the capacitor 1 occurs.
Bei Kurzschluß am Ausgang des Fibrillators9 doho wenn =o ist, wirdder Kondensator C1 entladen und kann nicht wieder aufge laden werden, da die TransistorenT2 bzw T4 sperren Bei Entfernung des Kurzschlusses lädt sich der Kondensator C1durch Leckströme wieder langsam auf Der Widerstand R1 dient zur StrombegrenzungEin definierter Anfangszustand, d.h. positive oder negative Ladung auf dem Konwdensator C1 im Ruhezustand9 kann durch den wahlweisen Einbau eines zusätzlichenWiderstandes R2 zwischen Basis und Kollektor elektrode des Transistors T2 oder Terreicht werden Falls in die Emitterzuleitungen der Transistoren T1 und T3 Dio denD19D2 eingefügt werden9 können diese in Form von Leuchtdioden zur Funktionskontrolleherangezogen werden Eine ein fachere Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Fibrillatorsist jedoch mit Hilfe einer an den Elektroden E1 und E2 angelegten Schallquelle Smöglich. Da der Fibrillator an seinen Elektroden eine tonfrequente Spannung - vorzugsweise500 -looo Hz-von un gefähr 10 V abgibt9 ist keine weitere Verstärkung mehr erforderlichtDeshalb kann in einfacher Weise eine in der Fernsprechtechnik übliche Hörkapselals Schallquelle S dienen0 Zweckmäßigerweise wird die Schallquelle fest in einemBehälter montiert9 der gleichzeitig zur Aufbewahrung von einem oder Redundanzgründenvorzugsweise zwei Fibrillatoren gemäß der Erfindung dient. Redundanz ist deshalberforderlich9 weil während der Operation ein stiftförmiger Fibrillator versehentlichvom sterilen Tuch heruntergleiten oder in Verbindung mit einem nicht sterilen Gegenstandkommen kann0 Falls in einem solchen Fall nicht sofort ein steriler Fibrillator zurVerfügung steht9 könnte der erfolg reiche Verlauf der Operation in Frage gestelltseinLeerseiteIn the event of a short circuit at the output of the fibrillator9 doho if = o, willthe capacitor C1 discharges and cannot be recharged because the transistorsBlock T2 or T4 When the short circuit is removed, capacitor C1 chargesslowly increases again due to leakage currents. Resistor R1 is used to limit the currentA defined initial state, i.e. positive or negative charge on the Konwcapacitor C1 in idle state9 can be achieved by optionally installing an additionalResistance R2 between the base and collector electrode of the transistor T2 or TIf Dio in the emitter leads of the transistors T1 and T3 are reachedD19D2 these can be inserted9 in the form of light-emitting diodes for function controlA simpler check of the functionality of the fibrillator can be usedis, however, with the aid of a sound source S applied to electrodes E1 and E2possible. Since the fibrillator has an audio frequency voltage at its electrodes - preferably500 -looo Hz-of about 10 V emits9 no further amplification is requiredTherefore, an earpiece common in telephony technology can be used in a simple mannerserve as sound source S0 The sound source is expediently fixed in oneContainer mounted9 the at the same time for the storage of one or redundancy reasonspreferably two fibrillators according to the invention are used. Therefore, redundancy isnecessary9 because a pen-shaped fibrillator was accidentally used during the operationslide off the sterile drape or in connection with a non-sterile objectIf a sterile fibrillator cannot be used immediately in such a caseAvailable9, the successful course of the operation could be called into questionbeBlank page
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