专利名称：用于自动外部除纤颤器的双电池设置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种除纤颤器，并且具体涉及一种装备有用于操作目的的电池电源的自动外部除纤颤器(AED)。
技术背景io 心源性猝死是发达社会中死亡的主要原因。大多数心源性猝死由心室纤颤导致，其中通常以协调方式收縮从而将血液泵送到人体的动脉系统周围的心脏 肌肉纤维，改为以不协调方式收缩。这干扰了应当正常流到人体的血液。 一旦 在心室纤颤中，通过应用电击可以使心脏返回正常心律。应用该电击，公知为 除纤颤，fflil使临界量的心肌细胞去极化而清理心脏的异常电活动，以允许恢15复正常地自发组织的心肌去极化。研究已经显示为了使其有效，除纤颤电击必 须在心室纤颤发作的数分钟之内传递到患者。施加该除纤颤电击的常用装置是 除纤颤器。除纤颤器通过放置在患者胸部上的两个电极施加电击。除纤颤器在本领域中是已知的并且通常包括连接到充电装置的电极设置， 所述充电装置在电极之间提供足够的电压差，以确保在两个电极之间流动的电20流足以使心脏重启。最初的除纤颤器仅在提供了电力网，例如在医院环境中可获得使用。电池 供电的除纤颤器的更近发展允许将它们的使用扩展到远离电力网的区域，例如 救护车中或在户外。美国专利6,038,473描述了一种除纤颤器，其是电池供电的，并且其包含 25 了三个电池的设置，这些是上部组电池与下部组电池串联，并且第二组电池与 上部组或下部组其中之一并联设置。上部及下部组电池共同用于向电容器组充 电。第二组不能用于向电容器组充电，而作为替代的用于向微处理器和控制电 路提供电能。该设置增加了第二组电池设置的寿命，并且确保在供到电容器的 电能丢失之前供到微处理器的电能不丢失。换句话说，系统设计成在电池向微 30处理器供电之前，使给电容器组充电的电池耗尽。这无效率i鹏尽了电池中的
电能，并且导致电容器组中的电能过早丢失。 发明内容本发明的一个目的是提供一种更有效的除纤颤器。这根据本发明的一个目 5的实现，由此除纤颤器设置为以第一模式和第二模式中任意一种模式运行，电 池电源包括至少两个电压源，当除纤颤器以第一模式运行时该电压源设置成以 第一序列连接，而当除纤颤器以第二模式运行时，该电压源设置成以第二序列连接。本发明还涉及一种电池组，用于向除纤颤，供第一 电压和第二电压并且 10包括至少两个电压源，其特征在于电压源设置成以第一序列连接以提供第一电 压，并且电压源设置成以第二序列连接以提供第二电压。
本发明的这些和其它方面将借助下列附图进行解释 15 图1示出了根据本发明的两个电池的设置。图2示出了本发明提供的两个电池的备选设置。图3A和3B示出了应用于三个电池的本发明的两种设置。 图4示出了应用在AED电路中的本发明。 图5示出了当AED运行在备用模式的电路。 20 图6示出了当AED运行在运行时间模式的电路。
具体实施方式
本发明的示例性实施例中除纤颤器的电池设置包括至少两个独立的电池或 者可以并联或串联连接的电池组成部分。每个独立的电池组成部分自身是一串25串联连接的独立电池。当电池并联连接时，它们产生电动势，或e.m.f.，等于 每个独立电池或电池组成部分的e.m.f.，这取决于使用何者。二极管可以与每 个独立电池或电池组成部分串联连接，以确保在它们提供不相等的电压的情况 下，它们不会试图互相充电。已经发现，当电池或电池组成部分的e.m.f.相等 时，本发明有利地工作。30 当独立的电池或电池组成部分串联连接时，它们共同提供了等于所有它们
独立电压总和的e.m.f.。当电池或电池组成部分并联连接时，它们提供了比当它们串联连接时要低 的电势差，但是随后能够维持较大的电流。这允许旨电池设置提供不同的电 压以使得會^将电能提供到除纤颤器中的不同部件。 5 在最简单的设置中，仅存在两个34立的电池或电池组成部分，并且串联和并联连接之间的改，生两个賴虫的输出电压。该设置允许两个电池以相同的速率耗尽，并且这因而延长了该设置中所有 电池的总体寿命。然后，这实现了电池电源更有效的使用。本发明最终延长了 旨并联或串联设置中所有电池的预计寿命。 io 独立电池设置通过其设置成并联或串联的措施可以包括开关。虽然最简单的设置仅仅包括两个独立的电池或电池组成部分，但是本发明 事实上可以使用任何数量的电池构成而工作并且因而可以扩展到使用更多电 池。因而例如，三个独立电池可以设置成串联或并联，或者作为备选示例，可 以使用四个或更多电池组成部分。该选择完全取决于可获得何种电压源并且本15发明将提供何种电能需求。在本发明实施例中使用三个或更多电池或电池组成部分，可以提供高达三 个或更多的不同电压。在示例实施例中，三个电池设置成提供两个與虫的电压， 当所有电池设置为串联连接时出现较高电压，而当所有电池设置为并联连接时 出现较低电压。当所需电压之间的差别较大时，使用本发明尤其有利。因而，20例如使用本发明的原理可以组合三个4V电池，以便提供仅仅4V的输出，而 且还可以提供12V的输出。《OT三个或更多的电池或电池组成部分需要更大的开关复杂性，并且己经 在实验中发现，仅两个电池或电池组成部分的形式提供了所述的优点而不增加复杂性。25 使用任何开关设置，可以易于实现在并联连接和串联连接之间改变电池构成。已经发现MOSFET是实践中对于使用来说尤其有利的开关设备，但是原 则上能使用可以合成到设置中的任意开关设备。因而，例如在特别简单的除纤 颤器设置中可以〗顿手动开关，而不减损本发明的基本元件。本发明还可以使用自动外部除纤颤器或AED的示例进行进一步的解释。 30 AED是自动或半自动便携式外部除纤颤器，其己经被开发当发生心搏骤停时
在医院环境之外使用。因而，为了便携性，AED通常是电池供电。该便携性 己经更进一步扩展了它们的使用，并且AED现在在先前不知道除纤颤器的使 用的环境中，诸如在公共购物和娱乐区域、机场或者存在大量人口的其它区域 中使用。在AED中自动功能的发展允许未受训练的个人使用它们并且这已经 5允许将它们的应用进一步扩展到远离正常医疗环境。现在能够在非医疗场所提 供AED完全作为心脏紧急情况的预防并且出于这样的目的，即如果其^ffl作 为急救器械，那么将由未受医疗训练的人{顿。因而，这种AED的使用可能 很少=该发展己经要求AED會,空闲或保持在备用状态较长时肌经常数月或 io者可能数年不使用，但是始终必须的是当需要它们时，它们仍然是工作状态完 全良好。该要求己乡规电池设置施加了限制。使用的电池设置，当需要时必须 对全面运作提供足够的电能，但是允许AED在这种使用阶段之间休眠很长时期。对AED能够自动使用的需求，施加了附加功能。所以例如既执行对电容15器充电和释放电击的常用功能，AED又运行自检、登记激活、测量电极之间 的阻抗、执行对阻抗结果的分析、向用户提供易于遵循的指令、运行时钟、测 量环境温度，以及理所应当地在使用期间对电极充电和放电。正如本领域中已 知的，AED中的这些增加的功能可以在各个设计之间变化。同样如本领域中已知的，AED运行或自运行的不同阶段，可以认为是在20不同模式下的运行。因此，例如，当电容器正在充电时，可以认为除纤颤器处 于充电模式，而当电容器正在M患者放电以传递电击时，可以认为除纤颤器 处于放电模式。對吸也，除纤颤器可以配置以运行自检，虽然当前这在本领域 中是己知的，这也并非是绝对必需的。当且随着执行自检时，除纤颤器可以认 为处于自检模式。当AED在运行中时，其可以认为处于运行时间模式，其包25括电容器充电和放电、患者监视和分析，并且也可以认为包括自检。当不处于 运行时间模式时，其可以认为处于备用模式，包括运行时钟、监视环境条件， 和提供状态输出。这些不同模式具有不同的电流和电压需求，并且这些不同需 求是本发明能够解决的。如由本发明提供的可变输出电压用于除纤颤器中以对 除纤颤器的各种运4亍所需的各种不同功能供电并且以显著的电池效率这样做。30 其中AED可以运行的这些不同模式可以用于示出AED中的电池电源管
理。在AED通常处于备用模式时的不活动时期期间，存在最小能耗。在该状 态下，有效能耗可以通过使用低压电路而得到协助。在备用模式中，该AED 可以维持时钟或监视器环境条件，其两者之一或两者都可以用于激活AED进 行周期性或条件性地自检。在自检期间和在用户操作期间，换句话说，在使用 5 AED抢救心搏停止的患者期间，AED运行在运行时间模式，其特征在于高能 耗。需要该高能耗用于监视患者情况、分析心率和运行高压除纤颤电路。运行 时间模式中的最优性能通过使用较高电压、较高电流电路来实现。非常难以设 计对于运行的两个模式都最优的电池电源，并且该结果几乎总是在经常冲突的 需求之间t又衡。本发明允许从所述的电池设置提供不同的电压，并且这些电压 io然后可以用于对不同功能供电。为了进一步对it隨fi^军释，出于说明的目的，各种模式可以简化成备用模 式和运行时间模式。在备用模式中，其可以由备用电路运行，运行时钟以制定计划及激活自动 自检。另外，可以操作状态指示器，诸如LED、 LCD或者音频呼叫器或者实 15际上为它们的一些组合。备用的电路也可以控制自检禾,户模式的激舌。由于AED设计为由非专家人员使用的紧急设备，所以AED通常预期在 其大部分有效期中处于备用模式。该模式为非常低的电能且仅消耗大约15mA。 正是在该模式下，本发明将提供劍氐电压，其更适于备用的低电能需要。周期地，AED开启其内部系统并通过自动测试运行它们。尽管形式上可 20称为自检模式，其现在运行在较高电能的运行时间模式。在此期间，AED可 例如产生并分析ECG类的信号，对高压电容器进行充电和放电，测试电池状 态并检查电极阻抗。每天、每周及每月执行几併中这些自检的不同子组。运行时间模式的另一种形式为用户模式，其当用户启动AED以执行心脏 急救时被激活。在自检模式期间测试的相同系统可以在用户模式期间激舌。自 25检模式和用户模式将都以大于200mA的电流运行，并且已经发现在对高电压 电容器进行充电期间电流可能显著高于200mA。 一般地，运行时间和自检模式 都需要比备用模式期间所需的更高的电能。可以由根据本发明的电池设置皿 到该较高的电能需求。本发明的一个实施例可以提供较长电池保存期的优点。以相同的速率消耗 30电池为给定组的蓄电池组电池提供了最大的电池寿命，并且确保所有电池同时
达到相同的最小电压，而不管所使用的运行模式。这在延长电池变4tt间的AED 保存期中非常重要。使用AED执行紧急抢救可能耗尽^/L乎耗尽电池。因而 在4顿之后，检查AED的电池或电池组的剩余电能是廣重的。然而，由于本 发明延长了电池寿命，意味着在电池或电池组需要更换之前，AED可以在较 5长的时间阶段内保持不使用，甚至在当从剩顿AED执行抢救时的情况中。本发明的又一个优点可以如下描述。在现有技术US6,038,473的电池设置 中，该电池设置是次最优的，因为至少一组电池始终保持除纤颤器电路不能达 至啲能量。这縮短了总电池寿命并且减少了患者可获得的电击的次数。在本发 明的电池设置中，每个蓄电池组电池可以以相同的速率放电，而不考虑除纤颤io器的运行模式历史。这最大化了电池寿命并且所有蓄电池组电池将完全同时到 达它们的寿命终点，而不考虑运行历史，并且因而将消耗电池中的所有能量。 因而可以看出本发明的电池设置延长了电池寿命。存在大量其它现有技术的除纤颤器电池设置。最简单的是产生单一电压输 出以提供给所有AED需求的蓄电池组电池的阵列。该设置是次最优的，因为15对于即时运行来说充分的足够高的电压对于当AED休眠于备用状态时所需的 电压来说是低效率的。最终，这将电池寿繊短至低于最优电池寿命。运行时间和自检模式的较高电能需求已经传统地确定了用于对AED供电 的电池或电池组的尺寸，而在另一方面，备用模式的需求需要低得多的电压源。 该矛盾已经导致了应用的高电压电源的低效率地使用。在当线性调节器已经用20于提高AED在备用模式中所需的电压时的情况中，这是特别正确的。该低效 率的使用缩短了电池寿命并且由此减少了自动外部除纤颤器的保存期。作为替换，一种现有技术除纤颤器包括两个不同电压的独立电池， 一个低 压电池用于备用运行，而另一个较高电压电池用于运行时间运行。该设置需要 更多的维护。在AED中，两个电池必须周期性地更换，而非一个，并且必须25在正确的位置更换。如果在电池组中提供了两个电池，其避免了未经训练的用 户不得不为两个电池的每一个寻找正确的插入点和方向，然后只要两个电池中 一个耗尽了，将不得不替换电池组。这将意味着两个电池的一个将太早地被替 换。这是低效率的。在AED中创建自动功能从而使它们可以由未经训练的人员《顿的动力，30也使得AED的护理和安全使用尽可能地简单成为必需。因而，以电池组的形 式为AED提供电池是有禾啲，其可以插入AED中并从其中拔出。这减少了未 经训练的用户在任意时刻必须关注的部件的数量。本发明的电池组适于在^(OT 这种电池组时将本发明的设置提供到AED。现在参考附图，图1示出了本发明的第一实施例，包括两个电池102和104 5的设置，在该情况下这两个电池自身由两个另外的蓄电池组电池组成。换句话 说，每一个是电池组成部分，而不是单个电池。单个电池的这种级联完全是可 选的，并且取决于与可获得的基本电池单元相对的除纤颤器的实际电能需求。 该设置示出了并联连接并且能够在开关101打开时提供大小等于每个电池电压 的电压的电池102和104。 二极管103和105图示为与每个电池串联，以阻止 10任一电池试图对另一电池充电。作为替换，开关(未示出)可以取代二极管103 和105，其中开关位置保持与开关101位置相对。图2示出了两个电池202和204的第二设置。在此，开关201闭合，由此 允许电池串联连接，并且由此允许它们能够提供大小等于电压VI和V2总和 的电压。再次示出了二极管203和205。作为替换，开关(未示出)可以取代 15 二极管203和205，其中开关位置保持与开关201位置相对。图3A示出了本发明的一个实施例，包括三个电池302、 304和306的设 置。两个开关301和一个第三开关308允许电池302、 304和306串联或并联 设置。在该实施例中，开关308的位置总是与开关301的位置相对。图3B示出了本发明的替换实施例，包括三个电池312、 314和316的设 20置。两个开关311和六个二极管313、 315、 317、 319、 321禾口 323设置以允许 电池312、 314和316根据开关311的位置串联或并联设置。图4示出了本发明的一个实施例如何肯^l多应用于AED的控制电路。两个 电池402和404示出的设置具有开关401和该情况下两个二极管403和405。 该电池设置对AED的电路供电，其图示为包括AED备用电路408和运行时间 25电路410。提供到电路的这些部分的电压，在AED备用电路408的情况中， 由线性调节器407进行调节，并且在运行时间电路410的情况中，由开关模式 调节器409进行调节。这两种类型的调节器的嵐性对于本领域技术人员是己知 的。图5示出了当AED运行在备用模式时图4的电路。在此，开关501打开， 30允许均为6V的电池502和504并联运行，在该瞎况中由二极管503和504的
存在而受到保护。电池产生6V的较低电BE。开关506也打开，并且产生的电 压施加到在劍氐电压下有效运行的线性调节器507上。没有电能提供至岍关模 式调节器509和运，于时间电路510.图6示出了当AED运行在运行时间模式时的先前电路。开关601现在闭 5 合，并且电池602和604串联运行最^t也产生12V。开关506现在闭合，向在 较高电压下有效运行的开关模式调节器509提供电能。电能ffi31开关模式调节 器509传输到运行时间电路610。使用至少两个电池的实施例，具有提供两个 独立电压源的效果，所述两个独立电压源各自能够匹配于运行的各个模式的电 压需求，其中所,少两个电池当AED运行在备用模式时并联连接，而当AEDio运行在运行时间模式时串联连接。无论除纤颤器中使用电池或者其他独立、非电网电压源，都可以使用本发 明。这可以是当正规的电网运行的除纤颤器从电网电压断开并且需要在没有电 网供电的优势时运行，但也可以是用于专用的电池供电的除纤颤器。因而，其 可以用于在由医院环境之外的医务人员携带的外部除纤颤器中。本发明用于在15非使用的长期阶段期间延长电池寿命，并且如前已经描述的，当在自动外部除 纤颤器中使用时尤其有禾U。在该情况下，当仅有两个电池或电池组成部分时， 获得有利结果。这允许由自动外部除纤颤器提供两个不同的电压，同时将部件 的数量保持到合理水平，伴随有提供较小、轻量的并且因而易于运输的自动外 部除纤颤器。20 本发明的一个实施例也发现当不同的系统(诸如不同的AED)需要不同电源电压时的环境中的功效。在这种情况下，当在不同AED中使用时，本发 明的可转换电池组可以不同地连接。例如，^ffi包括多个4伏特电池的电池组 的前述示例，电池组可以安装在一个AED中以提供12V电源和8V电源。当 相同的电池组安装在另一 AED中，其可以提供12V电源和4V电源，差别由25在两个不同的单元中不同的电池连接电路而产生。可以发现，这种实施例对具 有不同电源电压需求的AED的制造者提供了优势，因为仅需要库存一禾中电池 组并且提供给两种，AED的用户，从而提供了大量生产和库存控制的效率。
权利要求
1、 一种除纤颤器，装配有用于运4f目的的电池电源，其特征在于 该除纤颤器设置为以第一模式和第二模式中任意一种运行，5 电池电源包括至少两个电压源，其中当除纤颤器以第一模式运行时，电压源设置为互相并联连接，以及其中当除纤颤器以第二模式运行时，电压源设置为互相串職接。
2、 根据t又利要求1要求的除纤颤器，其中电压源在第一电压设置和第二电压设置之间可转换。 10
3、根据权利要求1要求的除纤颤器，其中至少一个电压源包括互相串联设置的其它电压源的设置。
4、 根据权利要求1要求的除纤颤器，其中除纤颤器还包含调节器以调节在每个模式中施加的电压。
5、 根据权利要求1要求的除纤颤器，还包括线性调节器，当以第一模式15运行时该线性调节器作用以调节来自电池电源的输出。
6、 根据丰又利要求1要求的除纤颤器，还包括开关调节器，其在第二模式中作用以调节来自电池电源的输出。
7、 根据权利要求1要求的除纤颤器，其中第一模式和第二模式利用不同 的电压。20
8、根据权利要求1要求的除纤颤器，其中第一模式是备用模式，其中除纤颤器的电压需求低于第二模式中的电压需求。
9、根据权利要求8要求的除纤颤器，其中当在备用模式中，除纤颤器汲 取低于1毫安，或者消耗低于訓微安，或者消糊氏于50微安或者消耗低于25 微安。25
10、根据禾又利要求1要求的除纤颤器，其中除纤颤器是自动外部除纤颤器。
11、 一种电池组，用于向除纤颤器提供第一电压和第二电压，其特征在于:其包括至少两个电压源，其中电压源i^S为互相并联连接，以提供第一电压，以及其中电压源设置为互相串联连接，以提供第二电压。 30
12、 一种电池组，用于向除纤颤器提供第一电压和第二电压，包括第一和 第二电压源，其中电压源设置成可连接，一结构以提供第一电压并且设置成 可连接成第二结构以提供第二电压，其中第一结构包括电压源的串联结构，而 第二结构包括电压源的并联结构。
13、 根据权利要求12要求的电池组，其中当安装在第一,除纤颤器中 时电压源设置为可连接以提供第一电压，并且当安装在第二类型除纤颤器中时 电压源设置为可连接以提供第二电压。
14、 根据权利要求13要求的电池组，其中第一类型的除纤颤器包括可连 接到电池组的电路，用于连接电池组以提供第一电压，并且其中第二类型的除 纤颤器包括可连接到电池组的电路，用于连接电池组以提供第二电压。
15、 一种除纤颤器，包括具有多个不同的电压需求的电路，并且设置为以 第一运行模式和第j行模式中任意一个运行模式运行，包括含有至少两个电 压源的电池电源，并耦合到除纤颤器电路，当除纤颤器以第一模式运行时，电 压源设置为并联耦合，而当除纤颤器以第二模式运行时，电压源设置为串联耦 合。
16、 根据权利要求15要求的除纤颤器，还包括开关设备，可操作以选择 性地串联或并联连接电压源。
17、 根据权利要求16要求的除纤颤器，其中开关设备包括机械开关。
18、 根据权利要求16要求的除纤颤器，其中开关设备包括半导体开关设备。
全文摘要
描述了配备有电池电源的除纤颤器，其设置以第一模式和第二模式中任意一种模式运行，电池电源包括至少两个电压源。当除纤颤器以第一模式运行时，电压源设置为互相并联连接，而当除纤颤器以第二模式运行时，电压源设置为互相串联连接。本发明可以由用于除纤颤器的电池组实施。该设置允许两个电压源以相同的速度耗尽，其延长了电池的总体寿命。由此获得了对电池电源的更有效使用。本发明最终延长了电池的预计寿命，并且当施加到自动外部除纤颤器时，增加了除纤颤器的保存期。
文档编号A61N1/372GK101124013SQ200580047884
公开日2008年2月13日 申请日期2005年11月21日 优先权日2004年12月8日
发明者D·J·波沃斯, G·D·布林克 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司