DE2935309C2 - Elektromedizinisches Gerät. - Google Patents
Elektromedizinisches Gerät.Info
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromedizinisches Gerät, insbesondere Reizstromgerät, mit einer
Ausgangsstufe als Siromformgenerator für stromkonstanten Reizstrom und einer der Ausgangsstufe
zugeordneten Schutzeinrichtung, die den Patientenausgang von der Betriebsspannung dann abschaltet, wenn
der Patientenstrom einen an einem Intensitätseinstellglied eingestellten Sollwert übersteigt, wozu die
Schutzeinrichtung einen Komparator zum Istwert-/ Sollwertvergleich des Patientenstroms und eine vom
Komparator gesteuerte bistabile Schaltstufe aufweist, die den Patientenausgang in dem einen Zustand an die
Betriebsspannung anschaltet und in dem anderen Zustand von der Betriebsspannung abschaltet.
Bekannte Reizstromgeräte haben Ausgangsstufen für
■to stromkonstanten Patientenstrom, 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 Betriebsspannungen könnte die Gefahr bestehen, daß
im Störfall 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 lpäi
<80 mAcffbegrenzen.
Aus der DD-PS 12 94 00 ist bereits ein Gerät der eingangs genannten Art vorbekannt, bei dem eine
Schutzeinrichtung den Patientenstrom dann unterbricht, sobald der Istwert des Patientenstroms den an einem
Einstellglied eingestellten Sollwert nach oben überschreitet. Dafür ist speziell in der Betriebsspannungsleitung
ein elektronischer Schalter angeordnet, der von einer bistabilen Kippstufe gesteuert ist. Die bislabile
Kippstufe ist ihrerseits vom Komparator zum Istwert-/ Sollwertvergleich angesteuert, so daß die bistabile
e<i Kippstufe in dem einen Zustand den Patientenausgang
an die Betriebsspannung anschaltet und in dem anderen Zustand von der Betriebsspannung abschaltet. Da der
Istwert-/Sollwertvergleich des Palientenstroms auf dem
Potential der Betriebsspannung durchgefphrt wird, ist
ein optoelektrischer Koppler zur Anpassung der auf verschiedene Potentiale bezogenen elektrischen Spannungen
notwendig.
Aus der DE-OS 27 49 792 ist weiterhin ein Reizstromgerät bekannt, bei dem die Schutzeinrichtung speziell
darauf ausgelegt ist, daß bei durch schnelle Widerstandsänderungen
bewirkter Erhöhungen des Patientenstroms der Betriebsspannungsregler des Gerätes
entsprechend herabgeregelt wird. Diese Schutzeinrichtung bietet also insbesondere Schutz für einen solchen
StörfaU, 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. Weitere 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.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei elektromedizinischen Geräten eine verbesserte Schutzeinrichtung
anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Umschaltsignal für die bistabile Kippstufe
sowohl vom Differenzwert aus eingestelltem Intensitätswert unc* Meßwert des Patientenstroms als auch
vom Spannungsabfall im Betriebsspannungskreis erzeugbar ist, wozu die bistabile Schaltstufe durch zwei
Transistoren in Gegentaktschaltung gebildet ist, deren erster Transistor im Betriebsspannungskreis zwischen
Betriebsspannungsquelle und Patientenausgang liegt und im Normalfall leitend ist, wogegen der zweite
Transistor im Normalfall gesperrt ist und erst bei Überschreiten des maximal zulässigen Patientenstromes
einerseits und/oder bei Abweichen des fließenden Patientenstroms vom am 'ntensitätseinstellglied vorge- so
wählten Sollwert leitend wird und den ersten Transistor sperrt.
Bei der Erfindung kann die Abweichung des Istwertes vom Sollwert auch in einem Unterstrom bestehen. Eine
solche Abweichung kann ein Anzeichen für eine Gerätestörung sein, so daß in diesem Fall die
Betriebsspannung auch dann unterbrochen wird, wenn noch nicht der Höchstwert des Patientenstroms zum
Abschalten erreicht ist. Durch die Realisierung der Sicherheitsschaltung mit der Transistorschaltstufe wird
durch Rückkopplung der Kollektorstrecke des zweiten Transistors auf die Emitterstrecke des ersten Transistors
der bistabilen Schaltslufe das Umkippen der Schaltstufe bereits im Mikrosekundenbereich
(<l(^sec) erfolgen. Dieser Zustand wird so lange &■>
beibehalten, wie Betriebsspannung anliegt. Erst durch Abschalten und anschließendes Wiederanschalten der
Betriebsspannung wird der Patientensiromkreis mil erstem Transistor wieder leitend.
Mit der Erfindung ist also eine Sicherheitsschaltung
für den Patienten realisiert, die die verschiedenen Wirkungen der Schutzeinrichtungen des Standes der
Technik zusammenfaßt. Damit ist auch im ersten Fehlerfall noch ein vollständiger Schutz für den
Patienten gegeben. Ein solcher Fehlerfall wurde beispielsweise bei Ausfall des Komparator zum
Istwert-ZSollwertvergleich eintreten. Trotzdem wird beim erfindungsgemäßen Gerät auch in diesem Fall bei
Erreichen unzulässiger Patientenströme ein Abschalten der Betriebsspannung gewährleistet. Dabei ist die
Geschwindigkeit der gesamten erfindungsgemäßen elektronischen Sicherung gegenüber 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 Un».=ransprüchen. Es
zeigt
F i g. 1 ein Reizstromgerät mit Ausgangsstufe und Sicherheitsschaltung als Blockschaltbild und
F i g. 2 die erfindungsgemäße Sicherheitsschaltung.
In den Fig. 1 und 2 bedeuten 1 den Anschluß der Steuerspannung eines Reizstromgerätes und 2 den
Anschluß an eine Betriebsspannungsquelle. Die Betriebsspannung Ub beträgt beispielsweise +200 V.
Von einem Intensitätseinstellglied (nicht eingezeichnet) wird über den Steuereingang 1 eine dem
erwünschten Patientenstrom proportionale Sleuerspannung 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 Endstufe 5 ist über einen definierten Widerstand 6 an Massepotential gelegt. Der über den
Widerstand 6 fließende Strom entspricht dem Patientenstrom Ip31.
Aus Fig. 1 ist erkennbar, daß das Gerät derart ausgelegt ist, daß die Sicherheitsschaltung einerseits im
betriebsspannungsführenden Zweig liegt, daß s;e aber
andererseits auch von der Endstufe als Ausgangsstufe für den vorgewählten Patientenstrom angesteuert wird.
Die nähere Funktion dieser erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung ist aus F i g. 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. Parallel geschaltet ist ein zweiter Transistor 32 in
EiTiitier-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 Ste-erleitung mit der Basis des ersten Transistors 31 verbunden. Von den Transistoren 31, 32
in Gegentaktschaltung wird also eine bistabile Kippstufe gebildet. Diese Kippstufe schaltet der. Patientenausgang
4 in dem einen Zustand an die Betriebsspannung Ub an und in dem anderen Zustand von der
Betriebsspannung L\> ab. Das Steuersignal für die so
gebildete Schaltstufe wird einerseits vom Wert der Patientenstromes selbst und andererseits von einem
Vergleichswert des eingestellten Patientenstromes mil
dem tatsächlich fließenden Strom abgeleitet. Dem zweiten Transistor 32 ist noch ein /?C-Glied mit
Widerstand 35 und Kondensator 38 kollektorseitig parallel geschaltet, während die Kollektorseile des
ersten Transistors 31 über eine Sperrdiode 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 Usi und andererseits eine dem tatsächlich fließenden Patientenstrom Ipji entsprechende Spannung gegeben. Vom
Steuereingang 1 ist dazu die Stcuerspannung über einen rückgekoppelten Operationsverstärker 42 niederohmig
auf den invertierenden Eingang des Komparators 41
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 Sieuerspannung zunächst auf die zweite Leitung
libergekoppelt. 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 Betriebsspanniing 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.
Steigt nun der Strom über den sicherheitsbedingten
Grenzwert von 8OmA an. so steigt entsprechend der Spannungsabfall am Widerstand 33. Ist dieser Spannungsabfall größer als die Basis-Emitter-Spannung des
Transistors 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.
erfolgt das Umkippen der durch die Transistoren
gebildeten bislabilen Schaltstufe und Sperren des ersten
erzielt. Die Sperrung von Transistor 31 wird so lange
beibehalten wie die Betriebsspannung Un anliegt. Nach
torstrecke des Transistors 32 über das RC-GWed 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 elektromedizinischen Gerätes ständig der Spannungsabfall am Widerstand 6, der nach vorgewähltem
Maß vermindert ist, mit der Steuerspannung Usi
..n.._):^L.n» \l/#%nn nl*n Ant· DntinnlAntlrnm rlon 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
2Ί durchgeschaltet und demzufolge der erste Transistor 31
wiederum gesperrt.
Im Ausführupgsbeispiel nach Fig. 2 ist ein Operationsver "ärker als Komparator 41 speziell so geschaltet, daß lediglich Patientenstromwerte. die größer als
ίο 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 Abwei
chungen erfaßt und als Steuersignal für die bistabile
Schaltstufe mit Transistoren 31 und 32 verwendet werden.
Die durch die beschriebene Schallung 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.
Claims (11)
- Patentansprüche;). Elektromedizjnisehes Gerät, insbesondere Reizstromgerät, mit einer Ausgangsstufe als Stromformgenerator für stromkonstanten Reizstrom und einer der Ausgangsstufe zugeordneten Schutzeinrichtung, die den Patientenausgang von der Betriebsspannung dann abschaltet, wenn der Patientenstrom einen an einem Intensitätseinstellglied eingestellten Sollwert übersteigt, wozu die Schutzeinrichtung einen Komparator zum Istwert-VSollwertvergleich des Patientenstroms und eine vom Komparator gesteuerte bistabile Schaltstufe aufweist, die den Patientenausgang in dem einen Zustand an die Betriebsspannung anschaltet und in dem anderen Zustand von der Betriebsspannung abschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltsignal für die bistabile Kippstufe (31—34) sowohl vom Differenzwert aus eingestelltem Intensitätswert und Meßwert des Patientenstroms als auch vom Spannungsabfall im Betriebsspannungskreis erzeugbar ist, wozu die bistabile Schaltstufe durch zwei Transistoren (31,32) in Gegentaktschaltung gebildet ist, deren erster Transistor (31) im Betriebsspannungskreis zwischen Betriebsspannungsquelle (2) und Patientenausgang(4) liegt und im Normalfall leitend ist, wogegen der zweite Transistor (32) im Normalfall gesperrt ist und erst bei Überschreiten des maximal zulässigen Patientenstromes einerseits und/oder bei Abweichen des fließenden Patientenstroms vom am Intensitätseinstellglied vorgewählten Sollwert leitend wird und den ersten Trans'tcor (31) sperrt.
- 2. Elektromedizinisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im I etriebsspannungskreis 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.
- 3. Elektromedizinisches Gerät nach Anspruch 1, 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 im Komparator (41) mit der Steuerspannung für die Ausgangsstufe (5) verglichen wird.
- 4. Elektromedizinisches Gerät nach Anspruch 3, 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.
- 5. Elektromedizinisches Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Komparator ein Fensterdiskriminator verwendet wird.
- 6. Elektromedizinisches Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Patientenstrom proportionale Spannungsabfali am Widerstand (6) mittels Spannungsteiler (43, 44) um einen definierten Wert, vorzugsweise um 20% abgesenkt wird.
- 7. Elektromedizinisches Gerät nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung für die Ausgangsstufe (5) über einen rückgekoppelten Operationsverstärker (42) niederohmig an denKomparator(41) angeschaltet ist,
- 8. Elektromedizinisches Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsleitungen des Komparator^ (41) über einen Kondensator (45) gekoppelt sind,
- 9. Elektromed'izinisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Komparatorsignal einen dritten Transistor (40) durchschalten, über den das Komparatorsignal dem Steuersignal fur den zweiten Transistor (32) aufaddierbar ist.
- 10. Elektromedizinisches Gerät nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Transistor (32) ein KC-GIied (35,38) parallel geschaltet ist.
- 11. Elektromedizinisches Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitung des zweiten Transistors (32) über einen Spannungsteiler (36, 37) auf den Betriebsspannungskreis rückgekoppelt ist, wobei in der Verbindung zur Betriebsspannungsleitung eine Diode (39) eingeschaltet ist.
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