专利名称：无电池、人力供电的电疗设备及其使用方法
背景技术：
发明领域本发明总的来说涉及电疗设备。具体地，本发明涉及人工供电的电疗设备。更具体地，本发明涉及无电池、人力供电的电疗设备及其使用方法。电疗设备包括除纤颤器，心律变换器和用于模拟电疗设备的运行的训练设备。除纤颤器包括自动或半自动的外部除纤颤器(AED)；包括把单相、双相或多相波形从外部传递到病人的那些除纤颤器。
现有技术描述电疗设备被使用来提供电击，以便治疗各种心律失常的病人。例如，典型地外部除纤颤器通常通过附接在病人躯干上的电极提供比较高能量的电击给病人(与可植入的除纤颤器相比较)。外部除纤颤器被使用来把心室性颤动(“VF”)或可电击的心室性心动过速(“VT”)变换到正常的窦性心律。类似地，外部心律变换器可被使用来提供定速的电击，以便把心房颤动(“AF”)变换成更正常的心律。
突然的心博停止(“SCA”)在美国是非意料死亡的主要原因。平均来说，每天约有600人死于SCA。这相当于大约每2分钟死亡1人。这些统计对于第三世界国家多半也是成立的。精确的国际统计数字没有被提供，但美国的冠心病死亡(其中突然死亡占约一半)的比率可代表国际的比率(在世界卫生组织(WHO)报告的36个国家中间，对于男性和女性分别排名第16和第13位)。
大多数的突然心脏死亡是由VF引起的，其中心肌纤维没有协调地收缩，由此中断血液到身体的正常流动。对于VF的唯一有效的治疗是电除纤颤动，该治疗方法对病人心脏施加电击。通过使得心肌细胞的关键物质去极化，允许恢复自发组织的心肌去极化，电击可清除心脏的异常电活动(通过被称为“除纤颤动”的处理过程)。
为了有效，除纤颤动电击必须在VF发作的几分钟内被传递到病人。研究表明，在VF发作后的1分钟内传递的除纤颤动电击可达到高达100％的存活率。然而，在仅仅6分钟后，存活率下降到约30％。在12分钟以后，存活率接近于零。重要的是，经过的时间越多，脑部缺氧越长，越可能造成脑部损害。当改进的到除纤颤器的接入增加时，SCA的存活率也增加。
电脉冲必须在VF发作以后的短时间内被传递，以使得病人有任何合理的存活机会。为了有效，除纤颤动电击必须在VF发作的几分钟内被传递到病人。研究表明，在VF发作后的1分钟内传递的除纤颤动电击可达到高达100％的存活率。然而，在仅仅6分钟后，存活率下降到约30％。在12分钟以后，存活率接近于零。重要的是，经过的时间越多，脑部缺氧越长，越可能造成脑部损害。电除纤颤动也可被使用来治疗可电击的心室性心动过速(“VT”)。因此，除纤颤动是对于任何可电击的节律(也就是VF或可电击的VT)的适当的治疗方法。
提供电除纤颤动的一种方式是使用可植入的除纤颤器，它通过外科手术植入到具有经受VF的高或然率的病人体内。植入的除纤颤器典型地监视病人的心脏活动，以及自动地提供需要的电除纤颤动脉冲来终止VF。可植入的除纤颤器是昂贵的，它只被使用于有突然心脏死亡危险的总人口中的一小部分。
外部除纤颤器通过加到病人躯干的电极发送电脉冲到病人的心脏。外部除纤颤器典型地位于和被使用于医院的急救室、手术室和医务急救车中。在当前可提供的各种各样的外部除纤颤器中，共同被称为“AED”的自动和半自动外部除纤颤器正变得越来越流行，因为比较缺乏经验的人也可使用它们。授权给Cameron等的、题目为“Electrotherapy Method and Apparatus(电疗方法和设备)”的美国专利5,607,454和题目为“Defibrillator with self-test features(具有自测试特性的除纤颤器)”的PCT公布号WO 94/27674描述了AED，这两个专利的技术说明在此引用，以供参考。
AED提供多个优点，包括在其中不会经常性地预期有外部除纤颤动以及多半很少进行外部除纤颤动的位置处(诸如居民区，公共建筑物，办公楼，个人汽车，公共交通车辆)可以提供外部除纤颤动。
在远端位置处部署诸如除纤颤器那样的设备的大问题是需要确保可靠的电源。因为花费的原因，一次性电池不是实际的解决方案。另外，因为通常缺乏AC或DC电源，可充电的电池也不是实际的解决方案。所以，所需要的是能够在必要时监视病人和对病人的心脏进行除纤颤动的设备，但它可被人工供电。
发明概要本发明提供包括人力供电的电源的电疗设备。一种能量传递系统可操作地连接到该电源，用于传递电能到病人。一种控制器可操作地连接到能量传递系统，用于控制所述能量传递系统。
本发明也提供用于操作除纤颤器的方法。操纵人力供电的电源。确定病人是否具有可电击的节律。如果病人具有可电击的节律，通过可操作地连接到所述人力供电的电源的能量传递系统，把除纤颤动的电击加到病人上。
本领域技术人员通过阅读以下的详细说明将容易明白本发明的另外的目的和优点。详细说明仅仅通过对被认为是实行本发明的最好模式的说明，来显示和描述本发明的优选实施例。正如将会看到的，本发明能够包括其他的和不同的实施例，以及本发明的几个细节能够在各种明显的方面进行修正，而不背离本发明。因此，附图和说明在本质上是说明性的而不是限制的。
附图简述当结合附图考虑时将更清晰地明白本发明的目的和优点，其中
图1代表显示可拆卸的电极系统的电疗设备的方框图；图2代表显示图1所示的半自动外部除纤颤器的主要部件的方框图；图3代表按照本发明的设备的实施例的简化图；图4代表按照本发明的脚启动的人力供电的电源的实施例的截面图；以及图5代表显示操作按照本发明的电疗设备的方法的流程图。
优选实施例说明以下的讨论使得本领域技术人员能够作出和使用本发明。本领域技术人员将容易看到对于优选实施例的各种修正方案，以及这里的一般原理可以应用到其他实施例和应用，而不背离由附属权利要求规定的本发明的精神和范围。因此，本发明不打算限于所示出的实施例，而是在最广泛的范围与这里揭示的原理和特性相一致。
图1是表示电疗设备10的方框图。设备10可包括除纤颤动，心律变换，或测量病人的心律的能力，或这些功能的组合。设备10可包括控制器12，它用于操纵能量传递系统14，以及用于执行设备的其他方面的运行。用于操纵设备的软件指令可以是从存储器装置可访问的。例如，软件可被存储在只读存储器(ROM)中，诸如并入的ROM 16。也可以利用任何其他的存储器结构，诸如RAM或其他存储器装置。控制器可以从ROM 16访问用于操纵的指令。应当理解，在这个和其他的实施例中，以下描述的“控制器”是指微处理器，控制器，门阵列，其他控制逻辑，或这些单元的任意组合。
控制器12可以通过存储器总线18与ROM 16通信。可记录的存储器模块32可以通过电极系统36被附加到设备10，如图1所示。电极系统36可包括电极28和电极适配器26。
电极适配器26可被连接到电极28，以及可以远程地连接到设备10。适合于本发明使用的、适当的电极系统36可以是，例如，Heartstream ForeRunner电极。
电极28可以通过电极适配器26与病人监视器24通信，以便把来自病人的病人ECG数据提供给病人监视器24。电极包括能够传递除纤颤动、监视病人情况、传递步测的脉搏、或这些特征的组合的电极。在AED中，病人监视器24可监视病人心律，并随后确定监视的节律是否可电击的。
当检测到可电击的节律时，病人监视器24就可以把电击决定传送到控制器12。接着，控制器12可传送到能量传递系统14。随后，能量传递系统14可使用电源20作为能源通过经电极适配器26被附接到除纤颤器10的电极28把治疗能量脉冲传递到病人(未示出)。
电源典型地是与除纤颤器物理上分开的。这样的结构允许除纤颤器被放置在靠近需要治疗的病人，允许治疗电极的适当的附接和由用户接入。另一方面，电源可被安排在适合于人力启动的位置处。电源可以由手致动，或典型地通过脚的动作致动。典型地，如果可能的话，希望保持电源与附接的电疗设备和/或病人之间的分离性。这会有助于确保电源的操作者具有适当的空间来有效地操作电源。沿着这些线路，所述电源可按想要或必须的那样被定位，以便于它的操作。另外，电源与附接的电疗设备和/或病人之间的物理的分离，可有助于当电源强有力地启动时避免电疗设备的损坏和对病人的伤害。
电缆可连接除纤颤器和电源。电缆可永久地被附接到除纤颤器和/或电源。替换地，电缆可以可拆卸地连接到除纤颤器和/或电源。
电源可包括一个可人力致动的部件。该可人力致动的部件的一个例子是包括反作用弹簧的足踏泵。通过包括有带反作用弹簧的脚踏板，给设备供电的个人可以从方便的站立位置上做到这一点。这允许个人利用腿上的、大的和有力的肌肉组，以及沿重力的方向做功。也可以利用任何其他的、人力致动的部件，诸如手操纵的部件。一个以上的、人力致动的部件可以加速能量产生过程。
人力致动的部件可被连接到一个轴。齿轮系统，诸如棘齿的齿轮系统，可以把人力致动的部件连接到该轴。齿轮系统可被构建成提供恒定的旋转方向给该轴。
所述轴可被连接到发电机。典型地，发电机是直流发电机。一个特定的实施例是利用市面上可提供的、包括内部整流二极管的三相永磁交流发电机。通过提供恒定的轴旋转，在直流发电机中的磁场可以恒定地旋转。
不是如上所述地把人力致动的部件直接或间接地连接到发电机，它可以直接或间接地连接到手表型弹簧，它松开时释放它的能量。这样的实施例可包括绕紧弹簧的人力致动的部件。例如，可以利用手致动的手摇柄来绕紧弹簧。
由人力致动的部件产生的能量可被存储，以便在操作除纤颤器时使用。可以利用任何用于存储能量的装置。例如，一个或多个电池可被利用来存储能量。电池可被人力致动的部件重新充电。另外，可以利用“超电容器(suer capacitor)”来存储能量。
“超电容器”或大电容量的电容器，即，多个法拉的电尺寸的电容器，在技术上也称为双层电容器。这样的“超电容器”可以为了体积、重量、可靠性和减小维护需要的原因而代替电池，用于能量贮存，并且现在已作为市场产品供应。然而，这种特性的电容最容易制成具有中等工作电压能力的、大的电尺寸的单元。正如下面指出的，现在可以很方便地提供诸如整数个法拉的电容量那样的电尺寸和几十伏工作电压的能力。这种电额定值的电容器当然可以适当地以串联和并联方式被组合。
顺便说一点附加的背景知识，Helmholtz在1879年首先研究超电容器元件。按照一个超电容器装置，该器件的一个电极是由碳制成，另一个电极是由电解液制成。当电压相对于电解液加到碳层时，在碳层粒子附近建立薄的电介质层。然而，电介质层和碳粒子的有效的表面积是极大的。因为碳的多孔的表面和小的碳粒子尺寸，对于这样的电极装置，可以达到每克碳材料约1000平方米的表面积。另一方面，电介质层的厚度可以是极小的，诸如约1纳米的量级。结果，可以得到表面积对电介质厚度的高的比值，以及可达到每单位电容器体积的惊人的电容量，所以，对于这样的电容器得到想要的体积效率。然而，正如从这样的结构细节考虑可以推测的，许可工作电压(也就是，薄的电介质层的介电强度)、可容忍的电流速率和所产生的温度上升、能量损失、电解液的不方便性，和这种类型的超电容器的物理稳定性的问题，需要在电容器设计和制作过程中专门考虑。
无论如何，超电容器的大的电容量许可贮存相当大的能量。当前可提供的超电容器能够在单个实际的容器中提供几百个法拉的电容量以及3-20伏的工作电压。这样的电容器提供每克电容器重量的10-20焦耳的存储的能量密度。
按照本发明被利用的超电容器的一个特定的例子是由MaxwellTechnologies提供的“Powercache”超电容器。有关这些特定的超电容器的信息可以在www.powercache.com中查询，其整个内容和任何的链路网址在此引用，以供参考。也可以利用任何其他的适当的超电容器。
按照一个实施例，希望电源能够工作约10分钟以及提供单个电击给病人作为低能量的双相。为了以这些参量运行，要求系统产生约1700J(焦耳)。需要系统产生的能量应当考虑发电机的失效、能量释放需要的速度、给予病人的想要的治疗，以及其他因素。
按照本发明的设备可能具有两个工作状态。在一个状态下，设备将监视病人。低的能量吸收与这个状态有关。另一方面，在第二状态下，设备将能够把治疗的电击传递到病人。这是高的能量吸收状态。
典型的健康人可以持续产生约125瓦，在爆发的情况下多达约1500瓦。所以，约20秒的往复运动足以产生一次电击所需要的能量，必须的最小值和约10分钟的监视。这是根据对于系统需要约1700J和约70％的系统效率，以及最后需要约2500J的输入的情况。也假设使用类似于自行车上曲轴的足踏曲轴的平均个人可以持续产生约125瓦。由于1瓦＝1J/sec，在这样的情形下，需要20秒来产生需要的功率。
按照另一个观点，从单个强有力的跳动或上举产生的最大功率约为4500瓦(来自Journal of Chemical Education 55456-458，1978)。假设“正常”跳动多半是产生一半功率，或2250瓦。所以，三次跳动，或5秒的强有力的“往复运动”应当是足够的。
当然，在一个时间间隔内由个人产生的功率量，不单取决于个人也取决于实施例而变化。所以，个人需要往复运动的秒数可以变化。在监视时间间隔期间或之后，如果需要附加的电击或希望更多的监视，用户可以再次激励该设备。
典型地，根据往复运动的剧烈程度，需要约5到20秒的往复运动。更典型地，需要约10到20秒的往复运动。典型地，按照本发明的设备包括指示器，指示设备何时准备好传递除纤颤动充电。该指示器可以是发光单元，诸如一个或多个光源或发光二极管(LED)。另外，可以使用能够显示文本的显示器或任何其他指示器。图3显示在除纤颤器上的指示器201。
图2代表显示AED的主要部件的方框图。有关该AED的操作的更详细的信息可以从授权给Cole的、题目为“Electrotherapy DeviceControl System and Method(电疗设备控制系统和方法)”的美国专利5,836,993；和授权给Gilner等的、题目为“Electrotherapy Method(电疗方法)”的美国专利5,593,427中得到，这两个专利的技术说明在此引用，以供参考。正如本领域技术人员将会看到的，本发明可被使用于各种各样的AED，而不限于这种结构，该结构仅仅被使用于说明的目的。
在图2所示的设备中，除纤颤器控制功能在微处理器单元(MPU)102和两个传统的门阵列104与106之间划分。MPU 102按照从ROM 114提供给它的软件指令执行程序步骤。另外，MPU 102控制某些按钮(诸如显示对比度按钮108)的操作和某些系统LED 110(诸如与电击按钮和电极连接头有关的LED)。此外，MPU 102也接收如方块112所示的系统状态信息。
设备可包括门阵列104，用于实施到系统ROM 114的存储器映射。系统ROM 114优选地是闪速ROM，虽然也可以使用任何其他的电可擦除和可编程非易失性存储器。门阵列104也控制显示器118，扬声器120，和话筒122。门阵列104可以在治疗模式期间响应于由用户启动电击按钮126而启动在电击传递和ECG前端系统124内的继电器。
门阵列106通过执行除纤颤器及其部件的自动自测试而提供系统监视功能。另外，门阵列106可以在状态显示器128上显示除纤颤器的工作状态。适当的自测试的细节可以从授权给Powers等的、题目为“External Defibrillator with Automated Self-Testing Prior toUse(在使用前进行自动自测试的外部除纤颤器)”的美国专利5,879,374中找到，这个专利的技术说明在此引用，以供参考。
除了上述的内容以外，门阵列106也可以通过包括用户启动的通/断开关130而被用作为除纤颤器的接口。而且，门阵列106可以控制能量管理子系统132，从电源134提供能量来操纵系统部件，以及在治疗模式期间提供能量到电击传递系统的电容器用于进行治疗电击。再者，门阵列106可以与除纤颤器的ECG前端相接口，以及使得电击传递系统能够响应于检测到需要治疗的病人的ECG图案(和电击按钮的启动)，而传递电击。另外，门阵列106可以响应于在电击传递期间得到的电击传递状态信息而控制传递电击到电极连接头136。有关这个最后的功能的进一步的信息可以在授权给Gilner等的、题目为“ElectrotherapyMethod for External Defibrillators(用于外部除纤颤器的电疗方法)”的美国专利5,735,879和授权给Cameron等的、题目为“Electrotherapy Method and Apparatus(电疗方法和设备)”的美国专利5,607,454中找到，这两个专利的技术说明在此引用，以供参考。
这些除纤颤器部件通过适当的通信总线互相通信，如图所示。
外部除纤颤器100可以运行在不同的模式下，诸如自测试模式，待机模式，设置模式，病人治疗模式，训练模式和代码传送模式。除纤颤器100的运行特性在每个模式下是不同的，另外，在任何一个模式下的除纤颤器的运行特性可被改变，正如下面更详细地描述的。
图2所示的实施例的外部除纤颤器的运行从插入电源134或从用户激活电源按钮开始。一旦门阵列106确认电源134被插入，门阵列104就促使MPU 102开始它的引导序列。引导序列可以从MPU 102发出一系列地址到电源134开始。
正如技术上已知的，在病人治疗模式下，除纤颤器，诸如除纤颤器100，典型地执行以下功能(1)确定电极137是否附接在电极连接头136上；(2)通过这样的电极接收来自病人的ECG信息；(3)分析ECG信息，确定是否建议进行治疗电击；以及(4)如果建议进行电击和如果由用户启动电击按钮，则通过电极137传递电击到病人。
图3显示按照本发明的系统的实施例的元件。这个实施例包括除纤颤器200。被附接到病人的两个电极202和204通过引线208和210被连接到除纤颤器。除纤颤器200通过一对引线212和214被连接到足驱动的电源216，它包括脚踏板218的实施例。
图4更详细地显示足驱动的电源的实施例。脚踏板218被螺旋弹簧220向上偏置。也可以使用任何其他适当的弹簧，诸如片簧。脚踏板218驱动轴222，它驱动直流发电机224。脚踏板、轴、和直流发电机在运行时被连接，以便确保恒定的旋转方向而不管脚踏板运动的往复运动性质。超电容器226可以存储能量，用于释放到除纤颤器，对病人进行电疗。引线或电缆212和214把电源连接到除纤颤器。
对病人执行电疗所需要的功率量在技术上是已知的。另外，人力操作的发电机需要的功率量也是已知的。例如，手供电的无线电设备是由南非的开普顿的Baygen Power Industries Limited.可提供的。手供电的电筒也是已知的。所以，本领域技术人员能够设计人工操作的电源，以便满足电疗设备的需要，而不用过分的实验。
图5显示说明操作按照本发明的设备的方法的实施例的流程图。如图5所示，接近病人。确定是否需要进行监视和/或除纤颤动。这个决定可以通过在前的训练应用或通过在AED上加标签或从AED发出的口头命令而被作出。如果不需要进行监视和/或除纤颤动，则停止处理过程。否则，处理过程进到下一个步骤。
如果需要进行监视和/或除纤颤动，则AED可被放置在病人附近。电源可被放置在离病人的任何距离，该距离应当保证安全、舒适和/或AED和电源的安全操作。在这时，可能必须把电源连接到AED。沿着这些线路，踏板或其他部件可被存储在折叠的和/或收缩的位置，以及需要部署和定位。
然后，电源可以如这里描述的那样操作。在指示器(如果被包括在设备中)指示电源已准备好可供使用之前，电源可以通过按压踏板被操作。这时，AED可被接通，AED可包括用于这个目的的电源开关。
然后，把电极附接到病人。AED可以监视病人的心脏节律。如果AED检测到可电击的节律，则AED将指示需要进行除纤颤动电击。然后可以进行除纤颤动电击。病人的心律然后被监视。
如果需要进一步的电击，则电源可再次被激励。如果由AED指令引导的话，必要时可以进行心肺复苏。确定是否必须进行另一次电击。如果是的话，则电击被传递。如果不是的话，则处理过程终结。
本发明的以上的说明显示和描述本发明。另外，揭示内容只显示和描述本发明的优选实施例，但正如上述的，应当看到，本发明能够在各种其他组合，修正，和环境下使用，以及能够在如这里描述的、本发明概念的范围内进行与以上的教导和/或相关技术的技艺或知识相应的改变或修正。以上描述的实施例还用于说明实施本发明的最好的模式，以及使得本领域技术人员能够在这样的或其他的实施例中利用本发明，以及有本发明的特定的应用或用途需要的各种修正方案。因此，说明书并不是要把本发明限于这里所揭示的形式。而是，打算把附属权利要求看作为包括替换的实施例。
权利要求
1.一种电疗设备，包括人力供电的电源；能量传递系统，可操作地连接到该电源，用于传递电能给病人，以及控制器，可操作地连接到所述能量传递系统，用于控制该能量传递系统。
2.按照权利要求1的设备，其中能量传递系统包括一对电极，可操作地连接到所述能量传递系统，用于传递电能给病人。
3.按照权利要求1的设备，还包括病人监视器，可操作地连接到所述控制器，用于监视病人。
4.按照权利要求3的设备，其中所述设备是除纤颤器，以及所述监视器监视病人的心律。
5.按照权利要求4的设备，其中被传递给病人的电能的形式是除纤颤动电击。
6.按照权利要求1的设备，其中所述电源是人踏板供电的。
7.按照权利要求6的设备，还包括用于给所述电源供电的脚踏板。
8.按照权利要求6的设备，还包括用于给所述电源供电的手致动的部件。
9.按照权利要求1的设备，还包括用于给所述电源供电的脚踏板。
10.按照权利要求1的设备，还包括用于给所述电源供电的手致动的部件。
11.按照权利要求1的设备，其中所述电疗设备包括除纤颤器，心律变换器，或训练设备。
12.按照权利要求1的设备，其中所述电源在物理上是与所述能量传递系统分开的。
13.按照权利要求1的设备，还包括超电容器，用于存储由所述电源产生的能量。
14.按照权利要求1的设备，还包括电池，用于存储由所述电源产生的能量。
15.一种用于操作除纤颤器的方法，该方法包括操作人力供电的电源；确定病人是否具有可电击的节律；以及如果病人具有可电击的节律，则通过可操作地连接到该人力供电的电源的能量传递系统，对病人实施除纤颤动的电击。
全文摘要
一种电疗设备包括人力供电的电源。一种能量传递系统可操作地连接到该电源，用于传递电能给病人。一种控制器可操作地连接到所述能量传递系统，用于控制该能量传递系统。
文档编号A61N1/39GK1527733SQ02801370
公开日2004年9月8日 申请日期2002年2月25日 优先权日2001年2月27日
发明者R·C·奥尔森, R C 奥尔森 申请人:皇家菲利浦电子有限公司