Высоковольтный блок дефибриллятора с повышенной отдачей энергии от управляемого конденсаторного накопителя

Введение. Известно, что сочетание основных параметров дефибрилляционного импульса, таких как его длительность, крутизна переднего фронта, амплитуда тока, энергия и форма, соотношение амплитуд фаз, должно обеспечивать терапевтический эффект при минимальном повреждении сердца. Поддержание параметров импульса осложняется зависимостью от сопротивления разрядной цепи, определяемой сопротивлением грудной клетки пациента. Цель. Исследование возможности улучшения терапевтической эффективности и безопасности дефибрилляции при снижении потребности дефибриллятора в энергии для формирования дефибрилляционного импульса. Материалы и методы. Рассмотрены методы компенсации сопротивления грудной клетки пациента при дефибрилляции. Эффективность и безопасность дефибрилляции во многом определяются возможностью дефибриллятора регулировать ток и энергию дефибрилляционного импульса. Дефибрилляторы, реализующие метод регулирования параметров импульса на основе энергии, обеспечивают зависимость длительности импульса от сопротивления цепи разряда и не обладают достаточной терапевтической эффективностью для пациентов с высоким значением сопротивления грудной клетки. Дефибрилляторы, использующие метод регулирования параметров импульса на основе тока, более эффективны, так как обеспечивают оптимальные длительности дефибрилляционного импульса с минимальной энергией в пределах возможных значений сопротивления цепи пациента. Результаты и обсуждение. Экспериментально подтверждено, что принципиальное значение для достижения терапевтического эффекта имеет форма дефибрилляционного импульса. Анализ формы импульса дефибрилляторов массовых серий выпуска выявил, что в них не применяются импульсы с пологим фронтом, обладающие дополнительной терапевтической ценностью. Установлено, что возможно сформировать импульс с практически постоянной отдаваемой энергией в широком диапазоне сопротивлений пациента. На модели предложенного высоковольтного блока показана возможность увеличения отдаваемой энергии от конденсаторной батареи при формировании импульса оптимальной длительности с пологим фронтом. При этом применены параллельно-последовательные перестройки конденсаторов батареи, алгоритм которых планируют в зависимости от сопротивления грудной клетки пациента, что позволяет повысить величину отдаваемой энергии более 8 5% от накопленной энергии конденсаторной батареи. Заключение. Полученные результаты могут быть использованы для создания нового поколения серийных дефибрилляторов с улучшенными терапевтическими возможностями и сниженными производственными затратами. 

1. Heyer Y., Baumgartner D., Baumgartner C. A Systematic Review of the Transthoracic Impedance duringCardiac Defibrillation. Sensors. 2022. No. 22(7). P. 2808. https://doi.org/10.3390/s22072808

2. Association betweentransthoracic impedance and electrical cardioversion successwith biphasic defibrillators: An analysis of 1055 shocks foratrial fibrillation and flutter / M. M. Sadek, V. Chaugai, M. J. Cleland, T. J. Zakutney, D. H. Birnie, F. D. Ramirez // Clinical Cardiology. 2018. No. 41. P. 666–670. https://doi.org/10.1002/clc.22947670

3. Krasteva V., Hatib F. A., Trendafilova E., Daskalov I. Possibilities for predictive measurement of the transthoracic impedance in defibrillation // Journal of Medical Engineering & Technologyю 2001. No. 25(5). P. 195–200. https://doi.org/10.1080/03091900110074654.

4. Гурвич Н. Л. Основные принципы дефибрилляции сердца. М.: Медицина, 1975. 232 с

5. A comparison of defibrillation efficacy between different impedance compensation techniques in high impedance porcine model / Y. Li, G. Ristagno, T. Yu, J. Bisera, M. H. Weil, W. Tang // Resuscitation. 2009. No. 80(11). P. 1312–1317. https://doi.org/10.1016/j.resuscitation.2009.08.004.

6. Ziad Nehme, Janet Bray. Defibrillation trials: POSED a challenge // Resuscitation Plus. 2017. No. 17. P. 100586. https://doi.org/10.1016/j.resplu.2024.100586.

7. Kerber R. E. et al. Energy, current, and success in defibrillation and cardioversion: clinical studies using an automated impedance-based method of energy adjustment // Circulation. 1988. No. 77(5). P. 1038–1046. https://doi.org/10.1161/01.CIR.77.5.1038.

8. Руководство по эксплуатации ZOLL R Series® ALS/ раздел «Характеристики прямолинейной бифазной кривой R Series». А16-А27. URL: https://etalon-medical.ru/f/instruktsiya_zoll_r_series.pdf (дата обращения 05.05.2025).

9. Darragh K. M. et al. A low tilt waveform in the transthoracic defibrillation of ventricular arrhythmias during cardiac arrest // Resuscitation. 2012. No. 83(12). P. 1438–1443. https://doi.org/10.1016/j.resuscitation.2012.04.018.

10. Irnich W. Optimal truncation of defibrillation pulses // Pacing Clin Electrophysiol. 1995 Jun; No. 18(6). P. 673–688.

11. Li W., Li J., Wei L. et al. A framework of current based defibrillation improves defibrillation efficacy of biphasic truncated exponential waveform in rabbits. // Sci Rep 2021. No. 11. P. 1586. https://doi.org/10.1038/s41598-020-80521-9.

12. Huang J., Walcott G., Ruse R., Bohanan S., Killingsworth C., Ideker R. Ascending-Ramp Biphasic Waveform Has a Lower Defibrillation Threshold and Releases Less Troponin I Than a Truncated Exponential Biphasic Waveform // Circulation. 2012. No. 126(11). P. 1328–1333. https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.112.109777.

13. Ascending Defibrillation Waveform Significantly Reduces Myocardial Morphological Damage and Injury Current / J. Huang, R. Ruse, G. Walcott, S. Litovsky, S. Bohanan, D. Gong et al. // JACC: Clinical Electrophysiology. 2019. No. 5(7). P. 854–862. https://doi.org/10.1016/j.jacep.2019.04.006.

14. Горохов-Мирошников Е. Э. Способ разряда перестраиваемой батареи конденсаторов при дефибрилляции. Евразийский патент на изобретение № 034946. 2020.

15. Формирование дефибрилляционного биполярного импульса со ступенчатым регулированием его формы и фиксированной длительностью / Е. Э. Горохов-Мирошников, Г. В. Слюсарев, Б. Б. Горбунов, В. А. Востриков, И. В. Нестеренко // Медицинская техника. 2020. № 2(320). С. 18–21.

16. ГОСТ Р МЭК 60601-2-4-2013. Изделия медицинские электрические. Часть 2-4. Частные требования безопасности с учётом основных функциональных характеристик к кардиодефибрилляторам. В: Ч. 2-4. Частные требования безопасности с учётом основных функциональных характеристик к кардиодефибрилляторам: сб. ГОСТов. М.: Стандартинформ, 2014.

17. Востриков В. А., Богушевич M. C. Влияние амплитуды 2-й фазы биполярного синусоидального импульса на эффективность наружной дефибрилляции желудочков сердца // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины.2000. T. 129. Прил. № 2. С. 40–41.

18. Горбунов Б. Б., Востриков В. А. и др. Сравнение энергетической эффективности дефибрилляционных импульсов на базе гипотезы гарантированной дефибрилляции // Ural Radio Engineering Journal. 2021. № 5(4). P. 353–368. https://doi.org/10.15826/urej.2021.5.4.002.

19. Charles D. Deakin, Clifton W. Callaway, Jasmeet Soar. Caution when comparing different defibrillation waveforms and energies // Resuscitation. 2016. No. 102. P. e2. https://doi.org/10.1016/j.resuscitation.2016.03.010.

20. Tae-Jin Ha et al. Study on the Improvement of Electrical Facility System of Automated External Defibrillators by Real-Time Measurement of Thoracic Impedance // Appl. Sci. 2020. https://doi.org/10.3390/app10093323.

21. Скрытые повреждения миокарда после сердечно-легочной реанимации у подростка без предшествующей патологии сердца / А. С. Шарыкин, И. И. Трунина, Ю. В. Потанина, Э. А. Шакарова, И. Ф. Острейков, И. Л. Степанищев, Т. В. Селютина // Российский вестник перинатологии и педиатрии. 2014. № 59(4). С. 69–73.

22. Tobias Neumann et al. First-time evaluation of ascending compared to rectangular transthoracic defibrillation waveforms in modelled out-of-hospital cardiac arrest // Resuscitation Plus. 2020. No. 1-2. https://doi.org/10.1016/j.resplu.2020.100006.