隔离式除颤器的制作方法

1.本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种隔离式除颤器。


背景技术：

2.心室颤动是指心室发生无序的激动，致使心室规律有序的激动和舒缩功能消失，其均为功能性心脏骤停(sca)。这意味着人的心脏已经停止泵血，是致死性心律失常。心室颤动是心脏电活动极度混乱的表现，一般很难自行终止。电击除颤是目前临床可以终止室颤的唯一有效方法。它通过一定能量的电脉冲使所有心肌细胞同时除极，然后同时复极，使心脏恢复窦性节律。
3.除颤器是通过电极将电脉冲施加在患者的皮肤(体外电极)或暴露的心脏(体内电极)，从而实现对心脏进行除颤的设备。
4.除颤器由脉冲发生器和除颤能量存储和能量释放三个部分构成。为了达到所需的除颤电流和能量，传统除颤器先用直流电流对高压储能电容充电，达到较高的电压后直接通过电极在病人的胸部快速放电。由于电容器中存储数百焦耳的能量，电压在1500v以上、除颤电流高达40a，这种高电压大电流输出的设备对人体具有潜在危险，而且是用于支持、维持生命的设备；所以在《医疗器械分类目录》中被列为第三类医疗器械进行管理。
5.为了提高除颤器的安全性，本文利用隔离变压进行放电除颤；即在储能电容器和患者之间增加一隔离变压器，使储能电容器与患者之间电气完全绝缘，形成一个隔离屏障。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明公开了一种隔离式除颤器，用于提高除颤器的安全性。
7.本发明通过以下技术方案予以实现：
8.本发明公开一种隔离式除颤器，包括隔离变压器模块，所述隔离变压器模块包括推挽式拓扑结构、半桥式拓扑结构和全桥式拓扑结构；所述隔离变压器模块的变压器原线圈端通过放电开关连接有储能电容器，所述隔离变压器模块的变压器副线圈端连接患者胸阻抗，所述放电开关工作时，每次在设置的阈值时间内接通然后断开，进而将所述储能电容上的直流电压斩波形成高频方波，在所述隔离变压器模块变压器的副线圈次级输出频率相同、幅度按照匝数比升高的方波，经过整流滤波后，传送至所述患者胸阻抗。
9.更进一步的，所述隔离变压器模块为推挽式隔离变压器模块，所述推挽式隔离变压器模块设有整流器和二极管，并设置2个放电开关，所述放电开关的发射极与所述储能电容的负极相连接；所述放电开关的集电极分别与变压器的原线圈相连；所述变压器的原线圈的中间抽头与所述储能电容器的正极相连接，所述变压器的副线圈与所述整流器的交流输入端相连接，所述整流器的直流输出端与患者胸阻抗相连；所述二极管的一端与所述放电开关的发射极相连接，另一端与所述放电开关的集电极相连。
10.更进一步的，所述二极管为瞬态电压抑制二极管，用于保护所述放电开关，所述放
电开关设有公共接地端。
11.更进一步的，所述隔离变压器模块为半桥式隔离变压器模块，所述半桥式隔离变压器模块设有电容和整流器，并由2个放电开关和2个电容分别形成桥臂，所述桥臂连接变压器的原线圈，所述桥臂的输入端与储能电容连接；所述变压器的副线圈与整流器的交流输入端相连接，所述整流器的直流输出端与患者胸阻抗相连。
12.更进一步的，除颤时，所述放电开关轮流交替导通，在所述变压器的副线圈输出对称的电压波形，经所述整流器整流后变为直流，施加在患者胸阻抗上，实现放电除颤。
13.更进一步的，所述隔离变压器模块为全桥式隔离变压器模块，所述全桥式隔离变压器模块设有整流器，并设置4个放电开关，所述4个放电开关构成全桥整流的两个桥臂，所述两个桥臂的连接点分别与变压器的原线圈相连，桥臂的输入端与所述储能电容连接；变压器的副线圈与所述整流器的交流输入端相连接，所述整流器的直流输出端与患者胸阻抗相连。
14.更进一步的，除颤时，对角放电开关组交替导通，在所述变压器的副线圈输出对称的电压波形，经所述整流器整流后变为直流，施加在患者胸阻抗上，实现放电除颤。
15.本发明的有益效果为：
16.本发明储能电容器与患者电气隔离，利用高频磁场将能量传递给患者，可实现浮地隔离输出，提高了设备的安全性，且储能电容的电压较低，进一步提高了设备的安全性。
17.本发明利用放电开关的占空比可精准控制除颤电流，放电开关工作在高频状态下，缩小了设备的体积。
18.本发明采用通用器件，降低设备的成本，适合各种类型的除颤器。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本发明实施例之一种隔离式除颤器的原理图；
21.图2是本发明实施例之推挽式隔离变压器模块原理图；
22.图3是本发明实施例之半桥式隔离变压器模块原理图；
23.图4是本发明实施例之全桥式隔离变压器模块原理图。
具体实施方式
24.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.实施例1
26.本实施例公开如图1所示的一种隔离式除颤器，包括隔离变压器模块，所述隔离变压器模块的变压器原线圈端通过放电开关连接有储能电容器，所述隔离变压器模块的变压
器副线圈端连接患者胸阻抗，所述放电开关工作时，每次在设置的阈值时间内接通然后断开，进而将所述储能电容上的直流电压斩波形成高频方波，在所述隔离变压器模块变压器的副线圈次级输出频率相同、幅度按照匝数比升高的方波，经过整流滤波后，传送至所述患者胸阻抗。
27.本实施例工作需要两步：一是充电，开关s处在1的位置，直流电源给储能电容器c充电到500v。充电时间要求不得大于10s。充电平均功率约50w。第二步是放电。开关s接在2的位置，与隔离变压器t接通。由于变压器不能工作在直流状态下，因此，开关s每次只能短时间与接在2的位置，然后断开，从而将储能电容上的直流电压斩波形成高频方波。在变压器次级输出频率相同、幅度按照匝数比升高的方波，经过整流滤波后，传递给患者。
28.本实施例中，变压器次级患者的胸阻抗r按照匝数比的平方折算到变压器的初级rp。等效rp与储能电容器c并联。因此rp上的电压按指数下降。
29.放电时间常数；τ＝c
×
r
p
。
30.储能电容器中存储的能量w＝1/2
×
c
×
u2，式中，c为电容器的容量，u为电容器两端电压。由于隔离变压器的升压作用，较低的储能电压，即可实现除颤所需的电压。
31.本实施例中，储能容器的电压为低压，因此放电开关s可以选用低压，大电流功率高速开关，如绝缘栅双极型晶体管(igbt)、绝缘栅型场效应管(mosfet)、碳化硅场效应管(sic
‑
mosfet)等放电开关，这些开关管与变压器连接成推挽、半桥或全桥等对称的正激拓扑结构，以保持放电时变压器的磁平衡，避免磁芯饱和。
32.本实施例为了缩小变压器的体积，这些开关工作在高频状态下，50khz～450khz；可以通过调节开关的占空比控制除颤电流和除颤能量。
33.实施例2
34.参阅图2所示，本实施例公开一种推挽式拓扑结构，其中c为储能电容，s1、s2为放电开关，t为隔离变压器；b为整流器，r为患者的人体电阻；放电开关s1、s2的发射极与储能电容c的负极相连接；放电开关s1、s2的集电极分别与变压器的原边线圈相连；变压器的原边的中间抽头与储能电容器c的正极相连接；二极管d1、d2的一端与的正极相连接，另一端分别与s1、s2的集电极相连；变压器的副线圈与整流器b的交流输入端相连接。整流器b的直流输出端与患者电阻r相连。
35.本实施例除颤时，开关s1和s2轮流交替导通，在变压器的副线圈输出对称的电压波形，经整流后变为直流，施加在患者身体上，实现了放电除颤。除颤波形与储能电容上的电压波形一致，单相指数波。改变s1和s2的占空比，即可控制放电电流，从而改变除颤波形。如果在放电过程中改变整流二极管的连接方向，即可输出双相波。
36.本实施例d1、d2为瞬态电压抑制二极管，用于保护放电开关s1和s2。两个开关器件有一个公共接地端，驱动电路要简单。
37.实施例3
38.参阅图3所示，本实施例公开一种半桥式拓扑结构，其中，c为储能电容，s1、s2为放电开关，t为隔离变压器；b为整流器，r为患者的人体电阻；放电开关s1、s2形成桥的一个臂，另一个臂则由电容c1和c2构成。桥臂的连接点变压器的原边相连。桥臂的输入端与储能电容c连接；变压器的副线圈与整流器b的交流输入端相连接。整流器b的直流输出端与患者电阻r相连。
39.本实施例除颤时，开关s1和s2轮流交替导通，在变压器的副线圈输出对称的电压波形，经整流后变为直流，施加在患者身体上，实现了放电除颤。除颤波形与储能电容上的电压波形一致，单相指数波。改变s1和s2的占空比，即可控制放电电流，从而改变除颤波形。如果在放电过程中改变整流二极管的连接方向，即可输出双相波。
40.本实施例半桥式的特点是变压器磁芯的利用率较为完全,而任一开关上的最大电压应力等于储能电容电压。然而，当任一开关导通时间，原边只加载了储能电容电压的一半。以此变压器变比要比推挽式结构的变比高一倍。
41.实施例4
42.参阅图4所示，本实施例公开一种全桥式拓扑结构，其中，c为储能电容，s1、s2、s3、s4为放电开关，t为隔离变压器；b为整流器，r为患者的人体电阻；放电开关s1、s2形成桥的一个臂，s3、s4形成另一个臂。两个桥臂的连接点分别与变压器的原边相连。桥臂的输入端与储能电容c连接；变压器的副线圈与整流器b的交流输入端相连接。整流器b的直流输出端与患者电阻r相连。
43.本实施例除颤时，对角开关对s1 s4和s2 s3交替导通，在变压器的副线圈输出对称的电压波形，经整流后变为直流，施加在患者身体上，实现了放电除颤。除颤波形与储能电容上的电压波形一致，单相指数波。改变对角开关对的占空比，即可控制放电电流，从而改变除颤波形。如果在放电过程中改变整流二极管的连接方向，即可输出双相波。
44.综上，本发明储能电容器与患者电气隔离，利用高频磁场将能量传递给患者，可实现浮地隔离输出，提高了设备的安全性，且储能电容的电压较低，进一步提高了设备的安全性。
45.本发明利用放电开关的占空比可精准控制除颤电流，放电开关工作在高频状态下，缩小了设备的体积。
46.本发明采用通用器件，降低设备的成本，适合各种类型的除颤器。
47.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。