DE2935309A1

DE2935309A1 - Elektromedizinisches geraet.

Info

Publication number: DE2935309A1
Application number: DE19792935309
Authority: DE
Inventors: Ing.(grad.) Bernd 8520 Erlangen Kusserow
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-08-31
Filing date: 1979-08-31
Publication date: 1981-03-12
Also published as: EP0026324A1; EP0026324B2; ATE3753T1; EP0026324B1; US4363324A; DE2935309C2

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München YPA 79 P 5064 BRD

Elektromedizinisches Gerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromedizinisches Gerät, insbesondere Reizstromgerät,, mit einer Ausgangsstufe als Stromformgenerator für stromkonstanten Reiz™ strom und einer der Ausgangsstufe zugeordneten Schutzeinrichtung, welche bei Überschreiten eines vorgebbaren Höchstwertes des Patientenstroms den Patientenausgang von der Betriebsspannung abschaltet.

Bekannte Reizstromgeräte halten Ausgangsstufen für stromkonstanten Patlentenstrom, die mit relativ hoher Betriebsspannung (bis zu einigen 100 Volt) arbeiten. Damit soll gewährleistet werden^ daß auch bei extrem hohen Patientenwiderständen noch die zur Therapie bzw. Diagnostik erforderlichen Ströme mit entsprechend hohem Betriebsspannungsbedarf appliziert werden können.

Aufgrund der hohen, am Patienten anliegenden Betriebs-Spannungen könnte die Gefahr bestehen, daß im Störfall

TOit 5 Ler / 29.8.1979

130011/0380

VPA 79 P 5064 BRD der durch den Patienten fließende Strom gefährlich hohe Werte annimmt. Nach VDE-Vorschriften sind deshalb für alle Reizstrom- und Diagnosegeräte besondere Schutzeinrichtungen vorgeschrieben, die den Patientenstrom in jedem möglichen Fall auf ^ 80 πιΑ.^« begrenzen.

Aus der DE-OS 27 49 792 ist auch ein Reizstromgerät bekannt, bei dem die Schutzeinrichtung speziell darauf ausgelegt ist, daß bei durch schnelle Widerstandsänderungen bewirkten Erhöhungen des Patientenstroms der Betriebsspannungsregler des Gerätes entsprechend herabgeregelt wird. Diese Schutzeinrichtung bietet also insbesondere Schutz für einen solchen Störfall, bei dem sich die Stromzuführelektroden vom Applikationsort lösen, wobei sich die Stromübergangsfläche verkleinert, so daß die Stromdichte auf der Haut am Applikationsort sehr hohe Werte annehmen und dadurch zu unangenehmen Reizungen führen kann. Auch gegen zu schnelle Intensitätsänderungen am Intensitätseinstellglied wirkt diese Schutzeinrichtung. Dagegen greift diese bekannte Schaltung nicht ein, wenn der tatsächlich fließende Patientenstrom aufgrund von Gerätefehlern od.dgl. einen zu hohen Wert einnimmt. Reizstromgeräte des Standes der Technik weisen zu diesem Zweck im Patientenstromkreis als Schutzeinrichtung beispielsweise sog. flinke Schmelzsicherungen auf, die durch entsprechend hohe Ströme zerstört werden und damit den Stromfluß unterbrechen. Derartige Schmelzsicherungen sind allerdings bekanntlich ungenau und auch unsicher. Auch elektromagnetische Schalteinrichtungen (Relais) ' bewirken hier keine grundlegende Verbesserungen. Sie schalten zwar schneller (im Millisekundenbereich), können aber nur Schutz vor einem vorgegebenen Überstrom geben.

130011/0380

_ 7-

- /- VPA 79 P 5064 BRD

Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei elektromedizinisehen Geräten eine verbesserte Schutzeinrichtung anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Schutzeinrichtung eine Sicherheitsschaltung zum Abschalten des Patientenausganges von der Betriebsspannung auch dann anspricht, wenn der Patientenstrom von dem an einem Intensitätseinstellglied eingestellten Wert abweicht, wozu die Ausgangsstufe mit der Sicherheitsschaltung verbunden ist.

Vorzugsweise beinhaltet die Sicherheitsschaltung eine bistabile Schaltstufe, beispielsweise aus zwei Transistören in Gegentaktschaltung, die den Patientenausgang in dem einen Zustand an die Betriebsspannung anschaltet und in dem anderen Zustand von der Betriebsspannung abschaltet. Dabei wird die Schaltstufe aber nicht lediglich durch ein überstromsignal gesteuert, sondern zusätzlich von einem durch Vergleich des eingestellten Sollwertes des Patientenstromes mit dem tatsächlich fließenden Strom gewonnenen Signal. Die Abweichung des Patientenstroms vom vorgewählten Sollwert bewirkt also ebenfalls ein Abschalten der Sicherheitseinrichtung.

Eine solche Abweichung, die auch in einem Unterstrom bestehen kann, ist ein Anzeichen für eine Gerätestörung, so daß die Betriebsspannung auch dann unterbrochen wird, wenn noch nicht der Höchstwert des Patientenstroms zum Abschalten erreicht ist.

Bei vorzugsweiser Realisierung der Sicherheitsschaltung mit der Transistorschaltstufe wird durch Rückkopplung der Kollektor-Strecke auf die Emitter-Strecke des ersten Transistors der bistabilen Schaltstufe das Umkippen der Schaltstufe bereits im Mikrosekunden-

130011/0380

- If- VPA 79 P 5064 BRD

Zeitbereich (< 10 ms) erfolgen. Dieser Zustand wird so lange beibehalten, wie Betriebsspannung anliegt. Erst durch Abschalten und anschließendes Wiederanschalten der Betriebsspannung wird der Patientenstromkreis mit ersten Transistor wieder leitend. Die Geschwindigkeit der so geschaffenen elektronischen Sicherung ist also gegenüber den bekannten Schmelzsicherungen und Schaltern um Zehnerpotenzen schneller.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung in Verbindung mit den übrigen Unteransprüchen. Es zeigen:

Fig. 1 ein Reizstromgerät mit Ausgangsstufe und

Sicherheitsschaltung als Blockschaltbild und

Fig. 2 die erfindungsgemäße Sicherheitsschaltung.

In den Figuren 1 und 2 bedeuten 1 den Anschluß der Steuerspannung eines Reizstromgerätes und 2 den Anschluß an eine Betriebsspannungsquelle. Die Betriebsspannung Ug beträgt beispielsweise +200 V.

Von einem Intensitätseinstellglied (nicht eingezeichnet) wird über den Steuereingang 1 eine dem erwünschten Patientenstrom proportionale Steuerspannung eingespeist. Es können Patientenströme beliebiger Kurvenform vorgewählt werden. Zwischen den Spannungsanschlüssen 2 und 3 und Patientenausgängen 4 und 7 ist nun einerseits als Schutzeinrichtung eine Sicherheitsschaltung 3 und andererseits eine Endstufe 5 als Stromformgenerator eingeschaltet. Von der Endstufe 5 werden aus den Steuerspannungen entsprechende Ströme erzeugt; die

13001 1/0380

- $f- VPA 79 P 5064 BRD

Endstufe 5 ist über einen definierten Widerstand 6 an Massepotential gelegt. Der über den Widerstand 6 fliessende Strom entspricht dem Patientenstrom

Aus Fig. 1 ist erkennbar, daß das Gerät derart ausgelegt ist, daß die Sicherheitsschaltung einerseits im betriebsspannungsführenden Zweig liegt, daß sie aber andererseits auch von der Endstufe als Ausgangsstufe für den vorgewählten Patientenstrom angesteuert wird. Die nähere Funktion dieser erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung ist aus Fig. 2 im einzelnen ersichtlich.

Im Betriebsspannungszweig mit Anschlüssen 2 und 4 ist ein erster Transistor 31 in Emitter-Schaltung angeordnet, dessen Kollektorstrecke am Ausgang 4 liegt. Parallelgeschaltet ist ein zweiter Transistor 32 in Emitter-Schaltung, wobei die in der Emitter-Strecke des ersten Transistors 31 an· einem Widerstand 33 abfallende Spannung über einen Widerstand 34 als Steuersignal an der Basis des zweiten Transistors 32 liegt. Der zweite Transistor 32 ist kollektorseitig wiederum als Steuerleitung mit der Basis des ersten Transistors 31 verbunden. Von den Transistoren 31» 32 in Gegentaktschal tung wird also eine bistabile Kippstufe gebildet.

Diese Kippstufe schaltet den Patientenausgang 4 in dem einen Zustand an die Betriebsspannung Ug an und in dem anderen Zustand von der Betriebsspannung Ug ab. Das Steuersignal für die so gebildete Schaltstufe wird einerseits vom Wert des Patientenstromes selbst und andererseits von einem Vergleichswert des eingestellten Patientenstromes mit dem tatsächlich fließenden Strom abgeleitet» Dem zweiten Transistor 32 ist noch ein RC-Glied mit Widerstand 35 und Kondensator 38 kollektorseitig parallel geschaltet, während die Kollektorseite des ersten Transistors 31 über eine Sperrdiode

130011/0380

- & - VPA 79 P 5064 BRD

und einen Spannungsteiler mit Widerständen 36 und 37 an die Emitter-Strecke des ersten Transistors rückgekoppelt ist.

Die Steuerleitung für den zweiten Transistor 32 ist über einen dritten Schalttransistor 40 an den Ausgang eines Komparators 41 angeschlossen. An die Eingänge des Komparators 41 wird einerseits die am Intensitätseinstellglied eingestellte Steuerspannung Ug+ und andererseits eine dem tatsächlich fließenden Patientenstrom Ip_at entsprechende Spannung gegeben. Vom Steuereingang 1 ist dazu die Steuerspannung über einen rückgekoppelten Operationsverstärker 42 niederohmig auf den invertierenden Eingang des Komparators 41 angeschaltet. Auf den anderen Eingang ist die über den definierten Widerstand 6 abfallende Spannung, die dem Patientenstrom proportional ist, angeschlossen. Über einen Spannungsteiler mit Widerständen 43 und 44 ist diese Spannung um einen vorgebbaren Wert, beispielsweise 20 % abgesenkt.

Beide Eingangsleitungen des Komparators 41 sind über einen Kondensator 45 gekoppelt. Durch den Kondensator 45 wird bei Einstellen eines Intensitätswertes als Sollwert die Steuerspannung zunächst auf die zweite Leitung übergekoppelt. Dadurch wird bewirkt, daß am Komparator 41 tatsächlich die effektiv vorliegenden Stromintensitäten verglichen werden und nicht lediglich aufgrund von Phasenverschiebungen bei sich ändernden Stromformen ein Ausgangssignal erzeugt wird.

Beim Betrieb des Reizstromgerätes mit der beschriebenen Sicherheitsschaltung ist im Normalfall der erste Transistor 31 leitend, so daß die Betriebsspannung über der Emitter-Kollektor-Strecke am Patientenausgang 4 liegt. Über die Endstufe 5 wird der vorgewählte Strom erzeugt und an den anderen Patientenausgang 7 gelegt.

130011/0380

- ψ - YPA 79 P 5064 BRD Steigt nun der Strom über den sicherheitsbedingten Grenzwert von 80 mA an, so steigt entsprechend der Spannungsabfall am Widerstand 33. Ist dieser Spannungsabfall größer als die Basis-Emitter-Spannung des Tran» sistors 32, geht Transistor 32 in den leitenden Zustand über, wobei von der Kollektorstrecke die Basis des ersten Transistors 31 angesteuert wird. Dadurch wird Transistor 31 gesperrt; die Sicherung hat ausgelöst»

Aufgrund der Rückkopplung über den Widerstand 36 erfolgt das Umkippen der durch die Transistoren gebildeten bistabilen Schaltstufe und Sperren des ersten Transistors 31 sehr schnell. Es werden Werte <£, 10/ns erzielt» Die Sperrung von Transistor 31 wird so lange beibehalten wie die Betriebsspannung Ug anliegt. Nach Abschalten der Betriebsspannung U„ wird die Kollektorstrecke des Transistors 32 über das RC-Glied 35, 38 entladen» Mit Wiedereinschalten der Betriebsspannung befindet sich die Schaltstufe dann immer in dem Zustand, bei der der erste Transistor 31 durchgesteuert, d.h. Sicherung also leitend ist.

Mit dem Komparator 41 wird während des Betriebes des elektromedizinischeii Gerätes ständig der Spannungsabfall am Widerstand 6, der nach vorgewähltem Maß vermindert ist, mit der Steuerspannung U«+ verglichen. Wenn also der Patientenstrom den am Intensitätseinstellglied vorgewählten Wert beispielsweise um 20 % überschreitet, kippt der Komparator 41 und wird das Ausgangssignal des Komparators 41 dem Steuersignal für den zweiten Transistor 32 aufaddiert, Es wird so der zweite Transistor 32 ebenfalls durchgeschaltet und demzufolge der erste Transistor 31 wiederum gesperrt.

1 3 0 0 η / 0 3 8 0

VPA 79 P 5064 BRD Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist ein Operationsverstärker als Komparator 41 speziell so geschaltet, daß lediglich Patientenstromwerte, die größer als der gewählte Sollwert sind, zur zusätzlichen Aktivierung der Sicherheitsschaltung führen. Durch Schaltung eines weiteren Operationsverstärkers mit umgekehrter Polarität bzw. Verwendung eines Fensterdiskriminators anstelle des Komparators 41 können sämtliche Abweichungen erfaßt und als Steuersignal für die bistabile Schaltstufe mit Transistoren 31 und 32 verwendet werden.

Die durch die beschriebene Schaltung gebildete Sicherung tritt also in jedem Fall auch dann in Funktion, wenn der Patientenstrom zwar noch unterhalb des zulässigen Maximalstromes liegt, aber vom am Intensitätseinstellglied vorgewählten Wert abweicht. Damit ist ein besonders wirksamer Schutz des Patienten gegen Störungen des Reizstromgerätes geschaffen.

130011/0380

Claims

-Jr- VPA 79 P 5064 BRD Patentansprüche

1. Elektromedizinisches Gerät, insbesondere Reizstromgerät, mit einer Ausgangsstufe als Stromformgenerator für stromkonstanten Reizstrom und einer der Ausgangsstufe zugeordneten Schutzeinrichtung, welche bei Überschreiten eines vorgebbaren Höchstwertes des Patientenstroms den Patientenausgang von der Betriebsspannung abschaltet, dadurch gekennzeich-η e t , daß als Schutzeinrichtung eine Sicherheitsschaltung (3) zum Abschalten des Patientenausganges (4) von der Betriebsspannung (U„) auch dann anspricht, wenn der Patientenstrom von dem an einem Intensitätseinstellglied eingestellten Wert abweicht, wozu die Ausgangsstufe (5) mit der Sicherheitsschaltung (3) verbunden ist.

2. Elektromedizinisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsschaltung (3) eine bistabile Schaltstufe (31 bis 34) aufweist, die den Patientenausgang in dem einen Zustand an die Betriebsspannung (U_ß) anschaltet und in dem anderen Zustand von der Betriebsspannung (Ug) abschaltet, wobei das Umsehaltsignal für die bistabile Schaltstufe (31 bis 34) einerseits vom Spannungsabfall im Betriebsspannungskreis und/oder andererseits von einem aus eingestelltem Intensitätswert und Meßwert gebildeten Differenzwert des Patientenstroms erzeugbar ist.

3. Elektromedizinisches Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabile Schaltstufe durch zwei Transistoren (31, 32) in Gegentaktschaltung gebildet ist, wobei der erste Transistor (31)im Betriebsspannungskreis zwischen

130011/0380

- 2 - VPA 79 P 5064 BRD

Betriebsspannungsquelle (2) und Patientenausgang (4) liegt und. im Normalfall leitend, ist, wogegen der zweite Transistor (32) gesperrt ist und erst bei Überschreiten des maximal zulässigen Patientenstroms einerseits und/ 5 oder bei Abweichen des fließenden Patientenstroms vom am Intensitätseinstellglied vorgewählten Sollwert leitend wird und den ersten Transistor (31) sperrt.

4. Elektromedizinisches Gerät nach Anspruch 3, d a durch gekennzeichnet, daß im Betriebsspannungskreis dem ersten Transistor (31) ein erster definierter Widerstand (33) vorgeschaltet ist, wobei die an diesem Widerstand (33) abfallende Spannung über einen weiteren Widerstand (34) als Steuersignal auf den zweiten Transistor (32) angeschaltet ist.

5. Elektromedizinisches Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von der Ausgangsstufe (5) der Patientenstrom über einen zweiten definierten Widerstand (6) zur Masse abfließt, wobei die an diesem Widerstand (6) abfallende Spannung als Bezugsgröße für den Patientenstrom in einem Komparator (41) mit der Steuerspannung für die Ausgangsstufe (5) verglichen wird.

6. Elektromedizinisches Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator"ein Operationsverstärker (41) ist, auf dessen invertierenden Eingang die Steuerspannung für die Ausgangsstufe (5) und auf dessen nicht invertierenden Eingang die dem Patientenstrom proportionale Spannung gegeben wird.

7. Elektromedizinisches Gerät nach Anspruch 5, d a durch gekennzeichnet, daß als Komparator ein Fensterdiskriminator verwendet wird.

130011/0380

- 3 - VPA 79 P 5064 BRD

8. Elektromedizinisches Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Patientenstrom proportionale Spannungsabfall am Widerstand (6) mittels Spannungsteiler (43, 44) um einen definierten Wert, vorzugsweise um 20 %, abgesenkt wird.

9. Elektromedizinisches Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung für die Ausgangsstufe (5) über einen rückgekoppelten Operationsverstärker (42) niederohmig an den Komparator (41) angeschaltet ist.

10. Elektromedizinisches Gerät nach einem der Ansprüehe 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsleitungen des !Comparators (41) über einen Kondensator (45) gekoppelt sind.

11. Elektromedizinisches Gerät nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß

das Komparatorsignal einen dritten Transistor (40) durchschaltet, über den das Komparatorsignal dem Steuersignal für den zweiten Transistor (32) aufaddierbar ist.
25

12. Elektromedizinisches Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Transistor (32) ein RC-Glied (35, 38) parallel geschaltet ist.

13. Elektromedizinisches Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn-

z e i chnet , daß die Steuerleitung des zweiten Transistors (40) über einen Spannungsteiler auf den 35

130011/0380

- 4 - VPA 79 P 5064 BRD

Betriebsspannungskreis rückgekoppelt ist, wobei in der Verbindung zur Betriebsspannungsleitung eine Diode (39) eingeschaltet ist.

130011/0380