具有多个电源的自动外部去心脏纤颤器的制作方法

专利名称：具有多个电源的自动外部去心脏纤颤器的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及电子设备，尤其涉及一种具有多个电源的自动或半自动外部去心脏纤颤器(AED)。例如，该AED可以利用一个电源来驱动AED电击生成电路，并且利用另一个电源来操纵AED处理器电路。
突发性心搏停止(SCA)是北美的主要死亡原因之一。但是与这种程度的其它健康问题不同的是，SCA是可以治愈的。对于大多数SCA情况是利用去心脏纤颤器立即进行治疗，该去心脏纤颤器电击心脏以摆脱致命的心律，使心脏以正常的、健康的心律继续跳动。在科学上和工业上已经开发出一种自动或半自动的外部去心脏纤颤器(统称为“AED”)，其提供了安全而有效的治疗方法，并且其自动化程度足以满足非医疗人员使用。可以将AED放置于整个社会中分散的、非医疗机构的场所，从而使SCA患者快速获得这种治疗。例如，现在将AED放置在各种各样的场所中，诸如诊所、办公室和工业场所、机场和飞机、健康俱乐部和高尔夫球场。
AED是一种便携的电池供电设备，其分析患者的心律，如果合适，则执行去心脏纤颤电击(自动)或者指示操作者通过电极衬垫对患者执行电击(半自动)。例如，该去心脏纤颤器电击通常可以使经受心室纤颤(VF)的患者复苏。
AED的特征在于需要两种功率电平以适当地工作。当AED正在被使用时，或者在未被使用时在典型的周期性每日自测过程中，AED需要一个生成去心脏纤颤电击的高功率电平，以及一个用于操纵电路(例如微处理器)的低功率电平。利用较昂贵的锂电池就可以典型地满足高功率要求，这种电池具有良好的功率密度(瓦特每立方厘米)，并且具有在需要时传递高功率脉冲的能力，以及较长的保存寿命。利用锂电池同样可以满足低功率要求。然而，在自测过程中利用锂电池驱动微处理器可能会慢慢地使电池放电，从而缩短寿命并且由于缩短了电池置换的时间间隔因而增加了现场维修的需求。
在本发明的一个实施例中，提供了一种AED，其包括驱动电路以生成去纤电击的第一电源，用于驱动其它电路的第二电源。通过包括满足AED低功率需求的独立电源，高功率电源将比没有低功率电源时典型地维持更长的时间。这就减少了维修成本，特别是对于置换高功率电源比置换低功率电源更为昂贵的设备。此外，可以将高功率电源用作低功率电源的备份，因此即使低功率电源失效了，AED也可以继续工作。
在所附的权利要求书中详细地提出了被认为是新颖的本发明的特征。通过参照以下结合附图的说明可以更好地理解本发明以及本发明其它目的和优点，在附图中相同的附图标记表示相同的元件，其中

图1是根据本发明实施例的AED系统的透视图；图2是根据本发明实施例的透视图，表示了没有用户使用时的双电源盒；图3是图2的透视图，表示拆除了盖子使双电源显露出来的双电源盒；图4是根据本发明实施例的透视图，表示了具有可用的低功率电源的双电源盒；图5表示了根据本发明实施例的具有可用的低功率电源和高功率电源的双电源盒；图6是根据本发明实施例的透视图，表示了高功率电源和低功率电源单独地并且可拆除地安装在AED内的AED系统；图7是根据本发明实施例的透视图，表示了包括具有内部高功率电源的AED和包含低功率电源和电极衬垫的衬垫盒的AED系统；图8是根据本发明实施例的图1、6和7的AED的电路的示意框图；和图9是根据本发明实施例的图8的一部分功率管理电路的示意框图。
下面进行讨论，以便使本领域的技术人员可以制作和使用本发明。对实施例的各种修改对于本领域技术人员来讲是显而易见的，并且本文中的基本原理可以用于其它实施例和应用中，而均不背离所附权利要求限定的本发明的精神和范围。因此，本发明不限于所示的实施例，而是符合与本文中所公开的原理和特征一致的最宽的范围。此外，为了应用的目的，“机内电源”是例如电池、燃料电池或太阳能电池的电源”其不必连接到输电干线(例如AC电源插座)就可以提供功率。另外，统称为“一种自动或半自动外部去心脏纤颤器(AED)”。这个称谓描述了一类外部去心脏纤颤器，其无需特定的用户操作就自动地传递电击，或者根据用户操作半自动地传递电击，用户操作通常限于依据去心脏纤颤器发出的指示或授权而按动电击传递按钮。该称谓在可选方案中不必是相同的。
图1是根据本发明实施例的AED系统20的透视图。该AED系统20包括用于生成去心脏纤颤电击的AED12、用于向患者提供电击的去心脏纤颤器电极衬垫14a和14b、以及电源盒15。电源盒15包括电触点72，在电源盒15插入AED12中时该电触点与AED12内的相应电触点(未示出)相连接。连接器16将电极衬垫14a和14b耦合到AED12的插座18。典型地，将电极衬垫14a和14b密封在柔性(即柔软)壳体(未示出)中，操作者(未示出)撕掉或剥开该壳体从而获取电极衬垫14a和14b。该壳体起到水分屏蔽的作用，在保存电极衬垫14a和14b的过程中，防止电极衬垫触点胶过早地变干。
电源盒15包括较高功率的电源，使得AED12可以快速地生成并传递去心脏纤颤电击，还包括较低功率的电源，其驱动具有低功率要求的AED电路。例如，低功率电路典型地包括微处理器，其在AED12用于使患者复苏的过程中控制AED12的工作，并且在保存AED12时实施周期性自测。例如，该微处理器周期性地检查盒中的高和低功率电源，如果它们需要更换则发出警报。因为盒15包括用于在低功率工作期间驱动AED12的低功率电源，所以通常比低功率电源昂贵的高功源会比AED中没有低功率电源时维持更久。这就减少了更换盒15的频率，从而减少了维修成本。
AED12包括主开/关键开关22，用于显示操作者指令、心脏波形或其它信息的显示器24，用于提供可听的操作者指令或其它信息的扬声器26，AED状态指示器28以及电击按钮30，操作者按动该按钮以向患者传递电击。AED12还可以包括用于记录救治过程中出现的操作者语音和其它可听见的声音的麦克风32，以及用于存储这些声音以及患者ECG和AED结果记录以用于事后研究的数据卡34。
仍参照图1，在确定患者可能需要电击的紧急情况下，操作者取出AED12，如果还没有安装电源的话，安上电源盒15。接着，操作者除去电极衬垫14a和14b的保护壳体并且将连接器16插到插座18中。然后，操作者将开/关开关22转动到“开”的位置从而激活AED12。遵循显示器24上显示的或者通过扬声器26“讲述”的指令，操作者将电极衬垫14a和14b放置在衬垫上和AED12上图示的患者的各个位置上。在操作者将电极衬垫14a和14b放置在患者上之后，AED12分析患者的ECG来确定该患者是否患有可电击的心律。如果AED12确定该患者患有可电击心律，那么它指示操作者按下电击按钮30从而向患者传递电击。相反，如果AED12确定该患者未患有可电击心律，它告知操作者为该患者寻求适合的非电击治疗方法，并且通常使电击按钮30无效，因此即使操作者按动该按钮30，AED12也不会电击患者。
因为AED12在紧急情况下必须随时可以工作，所以它进行周期性自测，并且如果适合则提供自测结果的消息。例如，AED12周期性地检测其电源，当电源盒的功率输出能力降到了预定标准以下而需要更换时，AED发出警报。利用显示器24、扬声器26、状态指示器28和/或LED164发出警报。根据警报，操作者更换该电源盒15。
图2和3是根据本发明实施例的透视图，表示了不允许用户取出的双电源盒15。图2表示了盖子位于原位的盒15，图3表示了除去盖子而露出双电源的盒15。参照图2，盒15包括盒体71、触点72、高功率电源隔室盖78、低功率电源隔室盖79。盖78和盖79均被密封到盒体71上。用户不可以更换电源。也就是说，当高功率电源或低功率电源中的至少一个失效，就要更换整个盒15。
图3表示了图2的双电源盒15的盖78和盖79被拆除后的情况。盒15包括用于容纳高功率电源75(示为电池75a-d)的高功率电源隔室74，和用于容纳低功率电源77(示为电池77a-h)的低功率电源隔室76。在一个实施例中，高功率电源电池75a-d是锂电池，低功率电源电池77a-h是碱性电池。尽管示为电池，但是这些电源可以包括其它电源，例如燃料电池。尽管所示的高功率电源电池75a-d是并联的，所示的低功率电源电池77a-h是串联的，但是电池75a-d和77a-h也能够以提供AED12所需电压和功率的任何方式联接。
如上所述，通过延长了盒15的寿命为AED12提供双电源典型地减少了维修频率和成本。例如，假设电池75是锂电池，并且AED12利用这些电池传递小于约20次电击。如果该电池75还用于在日常自测过程中驱动AED12，那么其寿命约为三年。然而如果在这些自测过程中利用电池77来驱动AED12，那么电池75的寿命可以延长，在一个实施例中延长到大约五年。假设电池77具有相似的寿命，盒15的寿命同样提高了。还假设电池77是碱性或其它低成本电池，在其寿命增长的同时，盒15的成本也会稍稍增加。
图4表示了根据本发明实施例的图1的盒15，其具有可更换的低功率电源。特别地，图4的盒15与图2和3的盒15相似，不同在于盖79是可拆卸的，从而使操作者可以更换低功率电源77a-h。这可以进一步延长盒15的寿命，这是因为当需要时可以更换较低成本的电池77，而仅仅在高功率电源75失效时才更换盒15。这可以进一步减少维修频率和成本，特别是因为电池77通常都会在电池75之前失效。
图5表示了根据本发明实施例的具有可用的电源的盒15。即，该盒15与图4的盒15相似，不同在于高和低功率电源都是可拆卸的。特别地，盒15包括设置为可拆卸的电源隔室盖99，用于更换高功率电源75(示为75a-d)和低功率电源77(示为77a-h)。当电池75失效时可以仅更换电池75，而不用更换整个盒15，这可以进一步减少维修频率和成本。
图6是根据本发明实施例的AED系统100的透视图，其中高和低功率电源均独立地并可拆卸地安装在AED内。AED系统100在具有盖的电源隔室内部包括双电源AED102，其独立地并可拆卸地安装有高功率电源(示为电池105)和低功率电源(示为电池107)。另外AED系统100在结构和工作方面基本上与结合图1描述的AED系统20相似。高功率电池105为AED102提供高功率电源，用于驱动电路生成去心脏纤颤电击。低功率电池107提供低功率电源，用于驱动除生成去心脏纤颤电击的电路之外的其它电路。因为当合适时，可以分开更换电池105和107，因此该AED系统100如以上结合附图5所述的一样，减少了维修频率和成本。
图7是根据本发明实施例的AED系统的透视图，该系统包括具有内部高功率电源的AED和包含低功率电源的衬垫盒的AED系统。特别地，该AED系统110包括AED112、高功率电源105、衬垫/电源盒40、低功率电源107。AED系统110的设置和工作基本上与图6的AED系统100相似，不同在于低功率电源107位于盒40中，而不是在AED112内。
盒40包括用于储存电极衬垫14a和14b以及低功率电源电池107的隔室50、确定了隔室50的有盖壳体52、当将壳体52置于插座48内时与连接器46相配合的连接器54，以及将电池107连接到连接器54的导线56a和56b。为了清楚表示，在图9中省略了开/关开关22和显示器24。为了容纳连接器46和插座48，开关22和显示器24可以与其各自在图1的AED12上的位置不同。
在一个实施例中，电池107是低成本、可回收电池，例如锌碳、锌汞或锌锰电池，即碱性电池。已经发现这种电池具有与衬垫14a和14b近似相同的保存寿命，并且其随温度变质的速率也与衬垫的温度变质率相近。因此，如下所述，当衬垫14a和14b需要更换时，电池107通常也需要更换，反之亦然。因此，通过更换整个盒40，而不是分开地更换衬垫和电池，可以典型地减少维修频率。此外，电池107可以是从盒40中可独立更换的，或者不是可独立更换的，并且尽管仅示出了一个电池107，但是该盒可以储存串联或并联的多个电池107。与盒40相似的盒(除了不具有电池107外)在美国专利申请No.09/852431中进行了论述，该申请名称为“用于储存电极衬垫的盒和用于利用和制造该盒的方法(CARTRIDGE FOR STORING AN ELECTRODE PAD ANDMETHODS FOR US ING AND MAKING THE CARTRIDGE)”，在此一并作为参考。
在图7所示实施例的工作过程中，在实际操作中周期性地更换单一组件(盒40)来维修AED系统110。即，以规则时间间隔更换盒40从而保持一组可用的衬垫14a和14b以及保持低功率电源107的足够电荷电平。因此，通过更换单一组件以进行常规的现场维修，AED系统100的维护比较简单。此外，如上所述，因为电池107的成本典型地为电池105成本的1/100，所以在盒40中包括低功率电源电池107减少了维护系统100的成本。在可选实施例中，替换盒40中可以省去电池107，并且允许进行维护的人员购买并安装新的低功率电源电池107。
在一个实施例中，当衬垫14a和14b因为已经用过或者它们超过了保存寿命而需要更换时，利用替换盒40更换原来的盒。只要电池的寿命至少与衬垫的保存寿命一样长，就可以典型地在电池107失去其提供足够功率的能力之前更换盒40。
在另一实施例中，当低功率电源电池107需要更换时，利用替换盒40更换了原来的盒。特别地，AED12监视低功率电源电池107和高功率电源电池105，并且当其中一个的电荷电平降到预定标准以下时提供告知信息。只要衬垫14a和14b的寿命至少和低功率电源电池107’的预期寿命一样长，那么就可以典型地在衬垫过期之前更换盒40。此外，如上所述，一些类型的电池，例如碱性电池，其由于暴露于热而变质的速率与衬垫14a和14b由于暴露于热而变质的速率相近。因此，通过将这种电池用作电池107，如果由于衬垫14a和14b的热变质而应当早于预定时间更换盒40时，AED112可以提供警告。
图8是根据本发明实施例的图1和6-7各自的AED12、102和112包括的电路的示意性电路框图120。为了清楚起见，结合AED12论述框图120，可以理解该论述通常也适用于AED102和112，除非有其它的注释。
该电路120包括通过门阵列116与处理单元(PU)114相连接的功率管理(PM)电路121、用于生成、传递击心脏纤颤电击的电路118、ECG前端以及电源盒15。电源15内的功率源也可以如图6所示那样安装在AED12内部，或者如图7所示那样部分地安装在AED内部而部分地安装在衬垫/电源盒中。在PU114的控制之下，PM电路121将来自功率盒15的功率分配到AED12的其它电路中。此外，PU114通过PM121监视盒15内电源上的电压，并且通过显示器24、扬声器26、状态指示器28、LED164或者其它装置生成警报，从而指示需要更换至少一个电源。
AED12还包括用于生成和传递去心脏纤颤电击并用于操纵ECG前端的电路18；在治疗患者(未示出)的过程中，该电路采样患者的ECG来确定该患者是否患有可电击的心律不齐。PU114通过门阵列125接收来自电路118的样本并且分析它们。如果分析显示该患者患有可电击的心律，那么PU114通过门阵列命令电路118可以向患者传递电击，这个过程是自动的，或者是半自动的，即由操作者(未示出)按动电击按钮30。相反，如果分析显示该患者未患有可电击心律，那么当操作者按动电击按钮30时PU114通过防止电路118向患者传递电击来有效地使电击按钮30无效。
仍参照图8，开/关开关22将AED12变为“开”和“关”。门阵列116与PM电路121，开/关开关22和状态指示器28，以及与用于生成、传递去心脏纤颤电击的电路118、ECG前端、PU114和门阵列125相连接。
AED12还包括向操作者显示信息的显示器24、可以向操作者提供声音指示的扬声器26，以及可以记录操作者的语音和其它音响声音的麦克风32。数据卡32通过端口122连接到门阵列125，其可以存储操作者的语音和其它声音以及患者的ECG以及AED结果的记录，以备事后研究。状态测量电路124向PU114提供AED12其它电路的状态。LED164和状态指示器28向操作者(未示出)提供信息，例如PU114是否启动用于生成并向患者(未示出)传递去心脏纤颤电击的电路118和ECG前端，或者例如电源15何时需要更换。如果出现对比度按钮128，其可以使操作者控制显示屏24的对比度，存储器(例如只读存储器ROM)130存储PU114以及门阵列116和125的程序信息。
AED12和可能包括PM电路121的其它类似的AED电路在以下参考文献中进行了论述，在此一并作为参考名称为“电疗法设备控制系统和方法(ELECTROTHERAPY DEVICE CONTROL SYSTEM AND METHOD)”的美国专利No.5836993，名称为“电疗方法和装置(ELECTROTHERAPYMETHOD AND APPARATUS)”的美国专利No.5735879，名称为“电疗方法和装置(ELECTROTHERAPY METHOD AND APPARATUS)”的美国专利No.5607454，以及名称为“具有自测特征的去心脏纤颤器(DEFIBRILLATOR WITH SELFTEST FEATURES)”的美国专利No.5879374。
图9是根据本发明实施例的图8的功率管理电路121的电路部分170和图8的电源盒15的示意图。盒15包括高功率电源75(示为电池75a-d)和低功率电源77(示为电池77a-h，示为单一的电池)。为了说明，盒15包括二极管D1-D4和保险丝F1-F2，但可选择地可以包括在电路部分170中。为了说明的目的，分隔线将图9的电路图分开，但是其不起作用。
二极管D1-D4的阳极分别连接到节点N920-N923。二极管D1-D3的阴极连接到节点N924，D4的阴极连接到节点N925。保险丝F1连接在节点N924和N901之间，保险丝F2连接在节点N925和N902之间。电池75a-d的正极分别连接到节点N920-N923，负极连接到节点N905。电池77a-h(为了清楚起见仅示出一个电池77)的负极连接到节点N905，正极连接到节点N903。
开关SWA-SWC的一侧连接到节点M910。开关SWA的另一侧连接到节点N901，开关SWB的另一侧连接到节点N902，开关SWC的另一侧连接到节点N912。二极管D5的阳极连接到节点N903，其阴极连接到节点N911。SWD连接在节点N911和N912之间。节点N905连接到AED的地。图8的电击传递电路118连接到节点N910。电击传递电路118生成去心脏纤颤电击，如果AED的设计需要，其还可以包括电击的传递。处理器114和其它低功率电路连接到节点N912，并且包括除生成去心脏纤颤电击的电路之外的电路。
在工作过程中，电路部分170使电池75驱动AED12的高功率电路，例如电击传递电路118(图8)，并且使电池77驱动包括处理器114的其它电路。特别地，当AED12未用于使患者(未示出)复苏时，处理器114将开关SWA、SWB和SWC保持在开的位置，并且从电池77中获取功率以实施自测和其它类似的功能。这种情况的例外是在处理器测量电池75电压的自测过程中，那时处理器临时关闭开关SWA和SWC以测量电池75A-75C的电压，然后打开SWA并关闭SWB以测量电池75D的电压。处理器114还测量电池77的电压。如果任意电池的电压降到各自预定阈值之下，那么处理器114可以通过扬声器26、显示器24或LED164发出声音警报，从而告知需要更换电池中的一个或多个。此外，如果处理器114确定电池77的电压已经降到其预定阈值之下，除了那么发出警报之外，其可以关闭开关SWC和SWA，使得其可以接收电池75A-75C的功率，直到更换了电池77为止。这样，即使电池77没电了，也可以确保AED12工作。
在工作期间，当AED112用于使患者(未示出)复苏时，处理器114和其它电路继续从电池77中获取功率。处理器114关闭了开关SWA，如果需要，还关闭SWB从而使电击传递电路18在准备传递去心脏纤颤电击的过程中充电。一旦电路118充好电，处理器114可以打开开关SWA和SWB，或者可以等待操作者(未示出)利用AED12完成使患者复苏为止。
尽管已经参照某些优选实施例相当详细地描述了本发明，然而其它实施例也是可能的。因此，所附权利要求的精神和范围不应限于本文中包含的对实施例的说明。本发明的意图在于下文中所附的权利要求书中。
权利要求
1.一种自动或半自动的外部去心脏纤颤器(12)(AED)，包括第一电源(75)，用于为生成去心脏纤颤电击的电路供电；第二电源(77)，用于为其它电路供电。
2.如权利要求1所述的AED，其中可以更换一个电源。
3.如权利要求1所述的AED，其中可以为一个电源重新充电。
4.如权利要求1所述的AED，其中一个电源包括至少一个电池。
5.如权利要求1所述的AED，其中第一电源(75)包括至少一个锂电池。
6.如权利要求1所述的AED，其中第二电源包括至少一个碱性电池。
7.如权利要求1所述的AED，其中该AED还包括微处理器(114)，并且其中第二电源(77)为该微处理器(114)供电。
8.如权利要求1所述的AED，其中该AED还包括第一电源的备份(15)，并且当第一电源降低到预定电平以下时，将第一电源的备份耦合到生成去心脏纤颤电击的电路。
9.如权利要求1所述的AED，其中当第二电源的功率电平降低到预定电平以下时，将第一电源耦合到由第二电源供电的其它电路。
10.一种自动或半自动的外部去心脏纤颤器(20)(AED)系统，包括AED(12)；以及电源(15)，其包括为用于生成去心脏纤颤电击的电路供电的第一电源，以及为其它电路供电的第二电源，该电源设置为可拆卸地耦合到AED。
11.一种用于自动或半自动的外部去心脏纤颤器(12)(AED)的电源，该电源包括第一电源(75)，为用于生成去心脏纤颤电击的电路供电；第二电源(77)，为其它电路供电。
12.如权利要求11所述的电源，其中将该电源设置为可拆卸地安装在AED上。
13.如权利要求11所述的电源，其中该电源安装在盒中，该盒可拆卸地安装在AED上。
14.一种自动或半自动的外部去心脏纤颤器(AED)系统(20)，包括AED(12)；可拆卸地安装到AED上的第一电源(75)，其可以为用于生成去心脏纤颤电击的电路供电；可拆卸地安装到AED上的储存盒(15)，并且包括具有内部空间的盒的壳体；设置在壳体内部空间中的第二电源，其可以为其它电路供电。
15.如权利要求14所述的AED系统，还包括可拆卸地安装到AED上的第一电源的备份，将该备份电源设置为当第一电源降低到预定电平以下时，耦合到生成去心脏纤颤电击的电路。
16.一种方法，包括由一个电源为用于生成去心脏纤颤电击的电路供电；和由另一个电源为其它电路供电。
17.如权利要求16所述的方法，其中一个电源包括可更换的电池。
18.一种自动或半自动的外部去心脏纤颤器(12)(AED)，包括为用于生成去心脏纤颤电击的电路供电的装置；为其它电路供电的装置。
全文摘要
一种自动或半自动的外部去心脏纤颤器(AED)，该外部去心脏纤颤器(AED)配有多个功率源。所述AED包括第一功率源，其驱动用于生成去心脏纤颤电击的电路，和第二功率源(77)，其驱动其它电路。通过为AED的低功率需求配备单独的功率源，使得高功率源的寿命比在没有低功率源的情况中典型增长。这降低了维护成本，尤其在高功率源比低功率源昂贵的情况中。此外，可以将高功率源用作低功率源的备份，以便即使在低功率源出现故障的情况下AED也可以运行。
文档编号A61N1/39GK1642596SQ03806630
公开日2005年7月20日 申请日期2003年2月18日 优先权日2002年3月22日
发明者D·J·珀维斯, G·D·B·布林克, A·G·皮卡尔多, D·E·奥克斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司