DE2935309C2

DE2935309C2 - Elektromedizinisches Gerät.

Info

Publication number: DE2935309C2
Application number: DE2935309A
Authority: DE
Inventors: Bernd Ing.(Grad.) 8520 Erlangen Kusserow
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-08-31
Filing date: 1979-08-31
Publication date: 1981-11-26
Also published as: EP0026324B2; ATE3753T1; EP0026324A1; EP0026324B1; DE2935309A1; US4363324A

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 lp_äi <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.

Aufgrund der Rückkopplung über den Widerstand 36

erfolgt das Umkippen der durch die Transistoren gebildeten bislabilen Schaltstufe und Sperren des ersten

Transistors 31 sehr schnell. Es werden Werte < Ι0μη5

erzielt. Die Sperrung von Transistor 31 wird so lange beibehalten wie die Betriebsspannung Un anliegt. Nach

Abschalten der Betriebsspannung Ub wird die Kollek-

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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

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 den

Komparator(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.