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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-05-24
(45)【発行日】2024-06-03
(54)【発明の名称】自動体外式除細動器
(51)【国際特許分類】
A61N 1/39 20060101AFI20240527BHJP
【ＦＩ】
A61N1/39
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2023579652
(86)(22)【出願日】2023-08-25
(86)【国際出願番号】 JP2023030715
【審査請求日】2023-12-25
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】521424264
【氏名又は名称】株式会社オンラインマスター
(74)【代理人】
【識別番号】100095407
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 満
(74)【代理人】
【識別番号】100148633
【弁理士】
【氏名又は名称】桜田 圭
(74)【代理人】
【識別番号】100148149
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邉 幸男
(74)【代理人】
【識別番号】100214514
【弁理士】
【氏名又は名称】鳴村 英幸
(72)【発明者】
【氏名】千葉 敏雄
(72)【発明者】
【氏名】北角 権太郎
(72)【発明者】
【氏名】松井 邦彦
【審査官】北村 龍平
(56)【参考文献】
【文献】特表２００８－５３４１０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００４－５３３３１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２２－１８２０２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２２－１８２０１０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｎ １／３９
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
スイッチング制御信号に従ったデューティ比でスイッチング動作を行うことにより、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路が変換した交流電圧を昇圧するトランスと、
前記トランスにより昇圧された電圧を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力電圧に基づいた電気ショックを被救護者に印加する電極と、
前記インバータ回路に前記スイッチング制御信号を供給して、前記インバータ回路のスイッチング動作のデューティ比を制御することで、前記インバータ回路から前記トランスに供給される電気エネルギーを制御するデューティ比制御手段と、
を備える自動体外式除細動器。
【請求項2】
被救護者に印加する電気ショックの電圧波形に対応して、時間の経過に対するデューティ比の変化を表すデータを記憶する記憶部を備え、前記デューティ比制御手段は、前記記憶部に記憶されているデータに従って、前記インバータ回路のスイッチング動作のデューティ比を制御する、
請求項１に記載の自動体外式除細動器。
【請求項3】
前記記憶部は、被救護者に印加する電気ショックの複数の電圧波形のそれぞれに対応して、時間に対するデューティ比の変化を表すデータを記憶し、複数の電圧波形のうちの１つを選択する選択手段をさらに備え、
前記デューティ比制御手段は、前記選択手段により選択された電圧波形に対応するデータに従って、前記インバータ回路のデューティ比を制御する、
請求項２に記載の自動体外式除細動器。
【請求項4】
被救護者に装着された前記電極間のインピーダンスを測定する測定手段と、印加電圧の基本波形を記憶する手段と、を備え、
前記デューティ比制御手段は、前記測定手段により測定されたインピーダンスに基づいて、前記基本波形を補正して、補正された基本波形に基づいて、前記インバータ回路に前記スイッチング制御信号を供給して、前記インバータ回路のスイッチング動作のデューティ比を制御することで、前記インバータ回路から前記トランスに供給される電気エネルギーを制御する、
請求項１に記載の自動体外式除細動器。
【請求項5】
前記記憶部に記憶された時間に対するデューティ比の変化を示すデータを更新する手段をさらに備える、請求項２又は３に記載の自動体外式除細動器。
【請求項6】
前記整流回路の出力電圧を、極性制御信号に従って、順方向あるいは反転して前記電極に印加する極性反転回路と、前記極性反転回路に前記極性制御信号を送信して、印加対象の電気ショックの電圧波形に応じた極性の電圧を前記電極に印加させる極性制御手段と、
をさらに備える請求項１又は２に記載の自動体外式除細動器。
【請求項7】
被救護者に印加する電気ショックの電圧波形に対応する印加電圧の極性を示すデータを記憶する記憶部を備え、前記極性制御手段は、前記記憶部に記憶されているデータに従って、前記極性反転回路を制御する、
請求項６に記載の自動体外式除細動器。
【請求項8】
前記整流回路の出力する電圧を平滑化する平滑回路をさらに備える、請求項１又は２に記載の自動体外式除細動器。
【請求項9】
前記デューティ比制御手段は、予め定めた時間間隔で複数回の前記インバータ回路を駆動することにより、複数の電圧パルスを生成する、請求項１又は２に記載の自動体外式除細動器。
【請求項10】
前記電極は、針状、パッド状、又は、はさみ状の形状を有し、被救護者に装着される、請求項１又は２に記載の自動体外式除細動器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、自動体外式除細動器に関する。
【背景技術】
【0002】
被救護者のけいれんした心臓に高電圧パルスによる電気ショックを与えることで除細動を行い正常な拍動を促す除細動器として、自動体外式除細動器（ＡＥＤ；Automated External Defibrillator）が普及している。従来のＡＥＤは、比較的大型の機器であり、駅、公共施設、商業施設等に設置されている場合が多く、携帯は困難である。
【0003】
ＡＥＤの小型化に関する技術として特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１に記載のＡＥＤは、電源部の出力電圧をトランスで昇圧して高電圧パルスを発生する。特許文献１に記載のＡＥＤは、高耐圧で大容量のコンデンサを備える必要がないため、小型化できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０２２－１８２０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に記載のＡＥＤは、電源部とトランスとの間に設けられた１個のスイッチをオン・オフする単純な仕組みトランスに電力を供給する。そのため、特許文献１に記載のＡＥＤは、従来のＡＥＤで生成することが可能な除細動に適した複雑な波形の高電圧パルスを生成するのは困難である。
【0006】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、小型で、除細動に適した高電圧パルスを生成することができる自動体外式除細動器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するため、本開示に係る自動体外式除細動器は、
スイッチング制御信号に従ったデューティ比でスイッチング動作を行うことにより、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路が変換した交流電圧を昇圧するトランスと、
前記トランスにより昇圧された電圧を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力電圧に基づいた電気ショックを被救護者に印加する電極と、
前記インバータ回路に前記スイッチング制御信号を供給して、前記インバータ回路のスイッチング動作のデューティ比を制御することで、前記インバータ回路から前記トランスに供給される電気エネルギーを制御するデューティ比制御手段と、
を備える。
スイッチング制御信号に従ったデューティ比でスイッチング動作を行うことにより、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路が変換した交流電圧を昇圧するトランスと、
前記トランスにより昇圧された電圧を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力電圧に基づいた電気ショックを被救護者に印加する電極と、
前記インバータ回路に前記スイッチング制御信号を供給して、前記インバータ回路のスイッチング動作のデューティ比を制御することで、前記インバータ回路から前記トランスに供給される電気エネルギーを制御するデューティ比制御手段と、
を備える。
【0008】
さらに、被救護者に印加する電気ショックの電圧波形に対応して、時間の経過に対するデューティ比の変化を表すデータを記憶する記憶部を備えてもよい。この場合前記デューティ比制御手段は、例えば、前記記憶部に記憶されているデータに従って、前記インバータ回路のスイッチング動作のデューティ比を制御する。
【0009】
前記記憶部は、例えば、被救護者に印加する電気ショックの複数の電圧波形のそれぞれに対応して、時間に対するデューティ比の変化を表すデータを記憶する。この場合、複数の電圧波形のうちの１つを選択する選択手段をさらに備えてもよい。前記デューティ比制御手段は、前記選択手段により選択された電圧波形に対応するデータに従って、前記インバータ回路のデューティ比を制御する。
【0010】
被救護者に装着された前記電極間のインピーダンスを測定する測定手段と、印加電圧の基本波形を記憶する手段と、を備え、前記デューティ比制御手段は、前記測定手段により測定されたインピーダンスに基づいて、前記基本波形を補正して、補正された基本波形に基づいて、前記インバータ回路に前記スイッチング制御信号を供給して、前記インバータ回路のスイッチング動作のデューティ比を制御することで、前記インバータ回路から前記トランスに供給される電気エネルギーを制御する、ようにしてもよい。
【0011】
前記記憶部に記憶された時間に対するデューティ比の変化を示すデータを更新する手段をさらに備えてもよい。
【0012】
前記整流回路の出力電圧を、極性制御信号に従って、順方向あるいは反転して前記電極に印加する極性反転回路と、前記極性反転回路に前記極性制御信号を送信して、前記設定波形に応じた極性の電圧を前記電極に印加させる極性制御手段とをさらに備えてもよい。
【0013】
被救護者に印加する電気ショックの電圧波形に対応する印加電圧の極性を示すデータを記憶する記憶部を備えてもよい。この場合、前記極性制御手段は、前記記憶手段に記憶されているデータに従って、前記極性反転回路を制御する。
【0014】
前記整流回路の出力する電圧を平滑化する平滑回路をさらに備えてもよい。
【0015】
前記デューティ比制御手段は、予め定めた時間間隔で複数回の前記インバータ回路を駆動することにより、複数の電圧パルスを生成してもよい。
【0016】
前記電極は、針状又はパッド状の外形形状を有し、被救護者に装着されるものでよい。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、小型化を実現し、且つ、複雑な波形の高電圧パルスを容易に生成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本開示の実施形態に係るＡＥＤの外観の一例を示す図である。
【図2】本開示の実施形態に係るＡＥＤの電極の装着位置の例を示す図である。
【図3】本開示の実施形態に係るＡＥＤの回路ブロック図である。
【図4】（Ａ）～（Ｃ）は、本開示の実施形態に係るＡＥＤが印加可能な高電圧パルスの波形の例を示す図である。
【図10】実施形態に係るＡＥＤが実行する高電圧パルス印加処理のフローチャートである。
【図12】本開示の実施形態に係るＡＥＤのデュアルショックモードでの高電圧パルスの波形の例を示す図である。
【図13】本開示の実施形態に係るＡＥＤのデュアルショックモードでのＡＥＤの動作例を説明するためのフローチャートである。
【図14】変形例に係るＡＥＤの外観の一例を示す図である。
【図15】変形例に係るＡＥＤの電極構造の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明の実施形態に係る自動体外式除細動器について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付す。また、以下の説明では、自動体外式除細動器をＡＥＤ（Automated External Defibrillator）とも表記する。
【0020】
図１は、本開示の実施形態に係るＡＥＤ１の外観の一例を示す図である。ＡＥＤ１は、本体部１０と、一対の電極３０Ａ、３０Ｂと、本体部１０と電極３０Ａ、３０Ｂのそれぞれとを電気的に接続するケーブル４０Ａ、４０Ｂと、を備える。
【0021】
ＡＥＤ１を使用する際には、図２に示すように、電極３０Ａ及び電極３０Ｂを、被救護者の右胸付近及びわき腹付近に挿しそれぞれ装着する。なお、電極３０Ａ及び３０Ｂの装着位置は、図２の例に特に限定されず、心臓に対して対になる位置、即ち、心臓に対して電気ショックを与えることが可能な位置であれば任意である。具体的には、高電圧パルスにより生じる電流の経路が、電極３０Ａ及び３０Ｂのうち一方から心臓を通過して他方に到達する経路を生成可能な任意の位置に、電極３０Ａ及び３０Ｂを装着する。例えば、左肩と右肩に電極３０Ａと３０Ｂを挿すことにより、個人差を低減することができる。
【0022】
図１に戻り、ＡＥＤ１の本体部１０は、例えば、携帯端末、タブレット等と同様の携帯容易な形状とサイズを有する。本体部１０の表面には、表示部１１と操作部１２とが設けられている。表示部１１は、例えば液晶ディスプレイとその駆動回路とを含む。表示部１１は、ＡＥＤ１の操作状態、印加対象の高電圧パルスの波形、動作モード等を示す情報が表示される。
【0023】
操作部１２は、操作つまみ１２ａ及びボタン群１２ｂを含む。ボタン群１２ｂは、電源ボタン、被救護者に高電圧パルスを印加することを指示する電圧印加ボタン、印加対象の高電圧パルスの波形を選択する波形選択ボタン、動作モードを選定するためのモード選定ボタン等の各種操作ボタンを含む。
【0024】
ＡＥＤ１の本体部１０の内部には、図３に示すように、上述した表示部１１と操作部１２の他に、記憶部１３、制御部１４、通信部１５、高電圧生成部１６、心電図信号取得部１７、状態検出部１８、電源部１９，及び音声出力部２０が設けられている。
【0025】
電源部１９は、出力電圧Ｖ１が１００～１１０Ｖボルト程度の直流電源を含む。この直流電源は、例えば、半固体リチウム蓄電池を複数個直列に接続して構成される。電源部１９は、高電圧生成部１６に直流電力を供給する。なお、図３では図示が省略されているが、電源部１９は、高電圧生成部１６以外の各部にも接続されており、これら各部に動作用の電力を供給する。
【0026】
高電圧生成部１６は、制御部１４の制御に従って、電源部１９の出力電圧を昇圧すると共に昇圧電圧を調整して、電極３０Ａと電極３０Ｂとの間に、被救護者に印加する高電圧パルス（より具体的には、電極３０Ａと電極３０Ｂとの間の電位差）を発生させる。この高電圧パルスは、除細動に適した波形を有している。本実施形態では、操作者が操作部１２を操作することにより、発生させる高電圧パルスの波形を、図４（Ａ）に示す単相性（Ｍｏｎｏｐｈａｓｉｃ）波形、二相性波形である図４（Ｂ）に示すＢＴＥ波形、および、図４（Ｃ）に示すＲＬＢ波形、の中から設定することができる。以下の説明では、印加対象として現在設定されている高電圧パルスの波形を「設定波形」とも表記する。
【0027】
ここで、高電圧生成部１６の回路構成の一例を図５に示す。なお、図５は主要な回路構成のみを示しており、グランド接続部分等は適宜省略している。高電圧生成部１６は、フルブリッジインバータ回路１６１と、第１ドライバ１６２と、トランス１６３と、整流平滑回路１６４と、極性反転回路１６５と、第２ドライバ１６６と、を備える。
【0028】
フルブリッジインバータ回路１６１は、ブリッジ回路の４辺を構成する４個のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４を備える。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４は、それぞれ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等から構成される。以下の説明では、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４が、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴから構成されているとする。スイッチング素子Ｑ１とＱ３の電流路の一端（ドレイン）は、電源部１９の正極端子に接続されている。また、スイッチング素子Ｑ２とＱ４の電流路の一端（ソース）は、電源部１９の負極端子に接続されている。スイッチング素子Ｑ１の電流路の他端（ソース）とスイッチング素子Ｑ２の電流路の他端（ドレイン）との接続ノードＮ１は、トランス１６３の一次巻線１６３ａの一端に接続されている。スイッチング素子Ｑ２の電流路の他端（ソース）とスイッチング素子Ｑ４の電流路の他端（ドレイン）との接続ノードＮ２は、トランス１６３の一次巻線１６３ａの他端に接続されている。
【0029】
スイッチング素子Ｑ１とＱ４のゲートには、第１ドライバ１６２から、スイッチング制御信号Ｓ１が印加され、スイッチング素子Ｑ２とＱ３のゲートには、第１ドライバ１６２から、スイッチング制御信号Ｓ２が印加される。
【0030】
スイッチング素子Ｑ１とＱ４は、スイッチング制御信号Ｓ１がハイレベルのときにオンする。このとき、電流が、電源部１９の正極端子→スイッチング素子Ｑ１→接続ノードＮ１→トランス１６３の一次巻線１６３ａ→接続ノードＮ２→スイッチング素子Ｑ４→電源部１９の負極端子、と流れる。一方、スイッチング素子Ｑ２とＱ３は、スイッチング制御信号Ｓ２がハイレベルのときにオンする。このとき、電流が、電源部１９の正極端子→スイッチング素子Ｑ３→接続ノードＮ２→トランス１６３の一次巻線１６３ａ→接続ノードＮ１→スイッチング素子Ｑ２→電源部１９の負極端子、と流れる。
【0031】
図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、スイッチング制御信号Ｓ１とＳ２を交互にハイレベルにする処理を繰り返すことにより、スイッチング素子Ｑ１とＱ４の組とスイッチング素子Ｑ２とＱ３の組が交互に繰り返してオンする。これにより、図６（Ｃ）に示すように、トランス１６３の一次巻線１６３ａに交流電圧が印加される。一次巻線１６３ａに印加される電圧は、おおよそ－Ｖ１～＋Ｖ１となる。これにより、図６（Ｄ）に示すように、一次巻線１６３ａに交流の一次電流Ｉinが流れる。一次電流Ｉinの実効値は、スイッチング素子Ｑ１～Ｓ４のオン・オフの周期λに対するオン期間ＰＷ１又はＰＷ２の割合、即ち、デューティ比（ＰＷ１／λ）及び（ＰＷ２／λ）で定まる。従って、デューティ比（ＰＷ１／λ），（ＰＷ２／λ）を調整することにより、即ち、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のスイッチング動作をＰＷＭ制御することにより、トランス１６３に供給される電気エネルギーの量を調整することができる。なお、スイッチング素子Ｑ１とＱ４の組のオン期間ＰＷ１とスイッチング素子Ｑ２とＱ３の組のオン期間ＰＷ２とは互いに同一でも異なっていてもよい。
【0032】
スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４には、パルス状の瞬時大電流が流れる。このため、例えば、３００Ａ程度のパルス状の瞬時電流を許容し、且つ、高速スイッチングが可能な大型のＳｉ－ＭＯＳＦＥＴを使用することが望ましい。
【0033】
図５に示すトランス１６３は、一次巻線１６３ａと二次巻線１６３ｂを含む。一次巻線１６３ａ及び二次巻線１６３ｂは、フェライト等で形成されたコア（鉄心）に巻回されている。一次巻線１６３ａの一端は、フルブリッジインバータ回路１６１の接続ノードＮ１に接続され、一次巻線１６３ａの他端は、接続ノードＮ２に接続されている。二次巻線１６３ｂの一端は、トランス１６３の出力端子Ｔ１に接続されており、二次巻線１６３ｂの他端は、トランス１６３の出力端子Ｔ２に接続されている。
【0034】
一次巻線１６３ａの巻き数は、比較的少なく、例えば、１０回程度、二次巻線１６３ｂの巻き数は、例えば、１００～２００程度とすることが望ましい。この場合、一次巻線１６３ａと二次巻線１６３ｂの巻き数比ＮＲは、１：１０～１：２０である。この例では、一次巻線１６３ａの巻き数を１０、二次巻線１６３ｂの巻き数を１３８、巻き数比をＮＲ１３．８とする。また、二次巻線１６３ｂとしては、低損失のリッツ線を使用し、巻線も太くすることが望ましい。これにより、例えば、一次巻線１６３ａの抵抗を０．０２５Ω程度、二次巻線１６３ｂの抵抗を、１．９３Ω程度とすることができ、生体インピーダンス（５０～１０００Ω）に対して、トランス１６３のインピーダンスを１／１０以下で十分に小さい３Ω以下に抑えることができる。
【0035】
整流平滑回路１６４は、整流素子であるダイオードＤ１～Ｄ４から構成される全波整流回路１６４ａと、平滑回路を構成する平滑コンデンサＣ１と、を備える。
【0036】
全波整流回路１６４ａの入力端はトランス１６３の出力端子Ｔ１，Ｔ２に接続されており、出力端子Ｔ１、Ｔ２間の電圧を全波整流し、脈流電圧を平滑コンデンサＣ１の正極端子Ｔ３と負極端子Ｔ４の間に印加する。ダイオードＤ１～Ｄ４は、大電流と高周波スイッチング動作を許容するＳｉＣショットキー型とすることが望ましい。また、耐圧を確保するため、ダイオード素子を複数個直列接続してダイオードＤ１～Ｄ４として使用してもよい。
【0037】
平滑コンデンサＣ１は、正極端子Ｔ３と負極端子Ｔ４の間に印加される全波整流後の脈流電圧を平滑化する。平滑コンデンサＣ１は、高耐圧で比較的小容量ものものが望ましい。例えば、耐圧１，６００Ｖ、容量１２μＦ程度のものが望ましい。平滑コンデンサＣ１により、出力電圧の脈動を抑圧することができる。ただし、平滑コンデンサＣ１を設けないで、全波整流回路１６４ａによる整流のみを行ってもよい。
【0038】
正極端子Ｔ３と負極端子Ｔ４の間の電圧Ｖ２は、例えば、電源部１９の出力電圧を１１０Ｖ、トランス１６３の巻き数比ＮＲを１３．８とすると、デューティ比で変化するが、最大でおおよそ１５００Ｖ程度となり、ＡＥＤ１の高電圧パルスとして十分使用可能な電圧が確保される。電源電圧Ｖ１及び巻き数比ＮＲを調整することにより、より高電圧を得ることも可能である。
【0039】
極性反転回路１６５は、整流平滑回路１６４の出力する電圧Ｖ２を、順方向にあるいは逆方向に電極３０Ａと３０Ｂとの間に切り換えて印加する回路である。極性反転回路１６５は、フルブリッジインバータ回路１６１と同様の構成を有し、フルブリッジ回路の４辺を構成する４個のスイッチング素子Ｑ５～Ｑ８を備える。スイッチング素子Ｑ５～Ｑ８は、それぞれ、大電流用のＳｉＣから形成されるＮチャネルＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等から構成される。以下の説明では、ＭＯＳＦＥＴとする。
【0040】
スイッチング素子Ｑ５とＱ７の電流路の一端は、整流平滑回路１６４の正極端子Ｔ３に接続されている。また、スイッチング素子Ｑ６とＱ８の電流路の一端は、整流平滑回路１６４の負極端子Ｔ４に接続されている。スイッチング素子Ｑ５の電流路の他端とスイッチング素子Ｑ６の電流路の他端との接続ノードＮ３は、ケーブル４０Ａを介して電極３０Ａに接続されている。スイッチング素子Ｑ７の電流路の他端とスイッチング素子Ｑ８の電流路の他端との接続ノードＮ４は、ケーブル４０Ｂを介して電極３０Ｂに接続されている。これにより、電極３０Ａと３０Ｂとの間に、電圧Ｖ２又は反対極性の電圧－Ｖ２が印加され、電気ショックを与える高電圧パルスＶoutとなる。
【0041】
第１ドライバ１６２は、フルブリッジインバータ回路１６１のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のオン及びオフを制御する駆動回路である。第１ドライバ１６２は、制御部１４から供給されるＰＷＭ制御信号に従って、図６（Ａ），（Ｂ）に例示するスイッチング制御信号Ｓ１とＳ２の周期λとパルス幅ＰＷ１，ＰＷ２、を制御する。換言すると、フルブリッジインバータ回路１６１のスイッチング動作のデューティ比を制御する。
【0042】
第１ドライバ１６２の構成の一例を図７に示す。
図示する例では、第１ドライバ１６２は、発振回路１６２１と複数のカウンタを含む分周回路１６２２備える。発振回路１６２１は、例えば、振動子を含み、１ＭＨｚ程度のクロック信号を出力する。分周回路１６２２は、ＰＷＭ制御信号に従って、発振回路１６２１から出力されるクロック信号のクロック数をカウントし、図６に示す周期λを計測する。分周回路１６２２は、各周期λ内で、スイッチング制御信号Ｓ１とＳ２をハイレベルにする初期タイミングをそれぞれ計測し、さらに、パルス幅ＰＷ１，ＰＷ２を計測することにより、スイッチング制御信号Ｓ１、Ｓ２を出力する。これにより、スイッチング制御信号Ｓ１、Ｓ２の周期λ及びパルス幅ＰＷ１，ＰＷ２が１クロック（１μＳ）単位で制御される。周期λ、パルス幅ＰＷ１，ＰＷ２は、ＰＷＭ制御信号により分周回路１６２２に随時更新して設定される。これにより、フルブリッジインバータ回路１６１がＰＷＭ制御され、フルブリッジインバータ回路１６１からトランス１６３に供給される電気エネルギーの量が制御される。
図示する例では、第１ドライバ１６２は、発振回路１６２１と複数のカウンタを含む分周回路１６２２備える。発振回路１６２１は、例えば、振動子を含み、１ＭＨｚ程度のクロック信号を出力する。分周回路１６２２は、ＰＷＭ制御信号に従って、発振回路１６２１から出力されるクロック信号のクロック数をカウントし、図６に示す周期λを計測する。分周回路１６２２は、各周期λ内で、スイッチング制御信号Ｓ１とＳ２をハイレベルにする初期タイミングをそれぞれ計測し、さらに、パルス幅ＰＷ１，ＰＷ２を計測することにより、スイッチング制御信号Ｓ１、Ｓ２を出力する。これにより、スイッチング制御信号Ｓ１、Ｓ２の周期λ及びパルス幅ＰＷ１，ＰＷ２が１クロック（１μＳ）単位で制御される。周期λ、パルス幅ＰＷ１，ＰＷ２は、ＰＷＭ制御信号により分周回路１６２２に随時更新して設定される。これにより、フルブリッジインバータ回路１６１がＰＷＭ制御され、フルブリッジインバータ回路１６１からトランス１６３に供給される電気エネルギーの量が制御される。
【0043】
第２ドライバ１６６は、極性反転回路１６５のスイッチング素子Ｑ５～Ｑ８のオン及びオフを制御する駆動回路である。より、詳細には、第２ドライバ１６６は、制御部１４からの極性制御信号に応答し、例えば、図４（Ａ）の印加電圧及び図４（Ｂ）、（Ｃ）の印加電圧の前半のように電極３０Ａに正極性、電極３０Ｂに負極性の電圧を印加する際には、スイッチング素子Ｑ５とＱ８をオンするように、スイッチング制御信号Ｓ３をハイレベルにする。一方、図４（Ｂ）、（Ｃ）の印加電圧の後半のように電極３０Ａに負極性、電極３０Ｂに正極性の電圧を印加する際には、スイッチング素子Ｑ６とＱ７をオンするように、スイッチング制御信号Ｓ４をハイレベルにする。
【0044】
図３に示す記憶部１３は、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリとＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリとを含む。不揮発性メモリには、制御部１４が実行する制御プログラム及び固定データが記憶されている。揮発性メモリは、制御プログラムを実行する際のワークエリアとして制御部１４によって利用される。また、揮発性メモリには、心電図信号等が一時的に記憶される。
【0045】
また、記憶部１３には、図８に示すように、波形メモリ領域１３１が確保されている。
波形メモリ領域１３１には、基本波形テーブル１３２，ＰＷＭ制御テーブル１３３，極性制御テーブル１３４が記憶されている。
波形メモリ領域１３１には、基本波形テーブル１３２，ＰＷＭ制御テーブル１３３，極性制御テーブル１３４が記憶されている。
【0046】
基本波形テーブル１３２は、記憶部１３の不揮発性の記憶領域に配置され、ＡＥＤ１で選択可能な高電圧パルスの基本波形、例えば、図４（Ａ）～（Ｃ）に示す電圧波形の波形データを記憶する。各基本波形の波形データは、電極３０Ａと３０Ｂの間のインピーダンス（生体インピーダンス）が基準値Ｒrのときに、被救護者に印加する総エネルギーが基準値Ｅrとなるよう設計されている。基本波形テーブル１３２は、不揮発性の記憶領域に保存されている。生体インピーダンスＲbは、電極の形状、電極の装着位置等に応じて変化し、電極３０Ａ,３０Ｂが、図１に示すような針状の場合には、１０００Ω程度、従来のパッド型（図１４参照）の場合には、２０Ω～２００Ω程度である。このため、本実施の形態では、生体インピーダンスの基準値Ｒrを、例えば、１０００Ωとして、基準波形が設定される。
【0047】
ＰＷＭ制御テーブル１３３と極性制御テーブル１３４とは、基本波形テーブル１３２に記憶されている基本波形を被救護者用にカスタマイズして生成されるテーブルである。ＰＷＭ制御テーブル１３３と極性制御テーブル１３４とを、印加対象の高電圧パルスの波形を定義するテーブルの意味で、波形テーブル１３５と総称することがある。
【0048】
より詳細には、ＰＷＭ制御テーブル１３３は、被救護者に印加する高電圧パルスについて、フルブリッジインバータ回路１６１に供給するスイッチング制御信号Ｓ１とＳ２を制御するために、経過時間ｔi（ｉ＝０，１，２．．．）とその時点での周期λとパルス幅ＰＷ１とＰＷ２とを対応付けて格納する。換言すれば、経過時間ｔiにおける、フルブリッジインバータ回路１６１のスイッチング動作におけるデューティ比を示すデータを格納する。
【0049】
極性制御テーブル１３４は、被救護者に印加する高電圧パルスについて、極性反転回路１６５に供給するスイッチング制御信号Ｓ３とＳ４を制御するために、経過時間ｔiとその時点で印加する電圧の極性とを対応付けて格納する。
【0050】
波形テーブル１３５についてより詳細に説明する。
電極３０Ａと３０Ｂの間の生体インピーダンスＲbは、電極の形状、電極の装着位置等に応じて変化する。このため、被救護者の生体インピーダンスＲbが高いときに、基本波形で定まる電圧Ｖiを印加すると、印加エネルギーが不足してしまい、一方、生体インピーダンスＲbが低いときに、基本波形で定まる電圧Ｖiを印加すると、印加エネルギーが過大になる恐れがある。このため、電極３０Ａと３０Ｂの間の生体インピーダンスＲbを状態検出部１８で測定し、被救護者の生体インピーダンスＲbの大きさに応じて、基本波形の波形を調整して印加波形を生成し、被救護者に印加される総エネルギーＥを基準値Ｅrに一致させる。
電極３０Ａと３０Ｂの間の生体インピーダンスＲbは、電極の形状、電極の装着位置等に応じて変化する。このため、被救護者の生体インピーダンスＲbが高いときに、基本波形で定まる電圧Ｖiを印加すると、印加エネルギーが不足してしまい、一方、生体インピーダンスＲbが低いときに、基本波形で定まる電圧Ｖiを印加すると、印加エネルギーが過大になる恐れがある。このため、電極３０Ａと３０Ｂの間の生体インピーダンスＲbを状態検出部１８で測定し、被救護者の生体インピーダンスＲbの大きさに応じて、基本波形の波形を調整して印加波形を生成し、被救護者に印加される総エネルギーＥを基準値Ｅrに一致させる。
【0051】
生体に印加されるエネルギーＥは、印加電圧Ｖと流れる電流Ｉの積Ｉ・Ｖで表される。また、Ｉ＝Ｖ／Ｒである。従って、印加エネルギーＥ＝Ｖ２／Ｒと表される。従って、インピーダンスＲがｋ倍になった場合には、電圧を√ｋ倍すれば、ほぼ同一のエネルギーＥを印加することができる。或いは、高電圧パルスの印加時間（継続時間）をｋ倍にすれば、おおよそ同一のエネルギーＥを印加することができる。
【0052】
本実施形態では、実測された生体インピーダンスがＲb、生体インピーダンスの基準値がＲrのときには、タイミングｔiでの基本波形の電圧Ｖiを√（Ｒb／Ｒr）・Ｖiに補正して印加波形を形成し、被救護者に印加する。
【0053】
ＰＷＭ制御テーブル１３３は、経過時間ｔiのタイミングで、電圧√（Ｒb／Ｒr）・Ｖiを生成するために必要な周期λとパルス幅ＰＷ１とＰＷ２を格納する。換言すると、タイミングｔiでのフルブリッジインバータ回路１６１のスイッチング動作のデューティ比を指示するＰＷＭ制御信号を格納する。
【0054】
一方、極性制御テーブル１３４は、経過時間ｔiのタイミングで、印加する電圧の極性を示すデータを記憶する。なお、正極性を示すデータは、スイッチング制御信号Ｓ３をハイレベルに設定することを指示し、負極性を示すデータは、スイッチング制御信号Ｓ４をハイレベルに設定することを指示する。
【0055】
ＰＷＭ制御テーブル１３３と極性制御テーブル１３４の記憶データを具体例に基づいて説明する。
ここでは、印加対象のパルス電圧波形が、図４（Ｂ）に例示するＢＴＥ電圧であるとする。理解を容易にするため、スイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２の周期λを一定とする。
ここでは、印加対象のパルス電圧波形が、図４（Ｂ）に例示するＢＴＥ電圧であるとする。理解を容易にするため、スイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２の周期λを一定とする。
【0056】
ＢＴＥ電圧波形の基本電圧波形Ｖrの一例を図９（Ａ）に細い破線で示す。
ここで、状態検出部１８により検出された生体インピーダンスＲb／生体インピーダンスの基準値Ｒrが１．３であるとする。この場合、被救護者にエネルギーの基準値Ｅrを印加するためには、基本電圧波形Ｖrの電圧を１．１４≒√１．３＝√（Ｒb／Ｒr）倍に補正した電圧波形Ｖaを被救護者に印加する。電圧を１．１４倍に補正した電圧波形Ｖaを、図９（Ａ）に太い実線で示す（図は見やすいようにデフォルメしている）。
電圧波形Ｖaを得る際の、整流平滑回路１６４の出力電圧Ｖ２＝｜Ｖa｜は、図９（Ｂ）に示す正極性の電圧波形となる。
ここで、状態検出部１８により検出された生体インピーダンスＲb／生体インピーダンスの基準値Ｒrが１．３であるとする。この場合、被救護者にエネルギーの基準値Ｅrを印加するためには、基本電圧波形Ｖrの電圧を１．１４≒√１．３＝√（Ｒb／Ｒr）倍に補正した電圧波形Ｖaを被救護者に印加する。電圧を１．１４倍に補正した電圧波形Ｖaを、図９（Ａ）に太い実線で示す（図は見やすいようにデフォルメしている）。
電圧波形Ｖaを得る際の、整流平滑回路１６４の出力電圧Ｖ２＝｜Ｖa｜は、図９（Ｂ）に示す正極性の電圧波形となる。
【0057】
図９（Ｂ）に示す電圧波形｜Ｖa｜を得るためには、図９（Ｃ）、（Ｄ）に模式的に示すように、タイミングＴ１で、フルブリッジインバータ回路１６１のスイッチング動作のデューティ比を、Ｖ２＝１．１４Ｖrが得られるように設定し、以後、タイミングＴ１～Ｔ２の間及びＴ４～Ｔ５の間、基本電圧波形Ｖrの電圧の低下に伴ってデューティ比を徐々に減少すればよい。換言すると、スイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２の周期λを一定とし、タイミングＴ１で、フルブリッジインバータ回路１６１のスイッチング動作のパルス幅ＰＷ１，ＰＷ２を適切に設定し、以後、パルス幅ＰＷ１，ＰＷ２を徐々に小さくすればよい。なお、図９（Ｃ）、（Ｄ）は、デューティ比の時間変化を例示するための模式図であり、実際の波形とは異なる。例えば、実際には、図６（Ａ）、（Ｂ）に示したように、スイッチング制御信号Ｓ１とＳ２は、位相が互いにπずれている。
【0058】
ＰＷＭ制御テーブル１３３は、このようにして求めた、開始タイミングＴ０からの各経過時間ｔiでの、周期λとパルス幅ＰＷ１，ＰＷ２、即ち、デューティ比を示すデータをテーブル形式で格納する。データの形式は、経過時間ｔiと周期λとパルス幅ＰＷ１，ＰＷ２の組、周期λが固定であることを前提として経過時間ｔiとパルス幅ＰＷ１，ＰＷ２の組、経過時間ｔiとスイッチング制御信号Ｓ１とＳ２のデューティ比など、任意の形態を取りうる。
【0059】
さらに、図９（Ａ）に示すように、タイミングＴ０～Ｔ３の間は正極性の電圧を出力するように、極性反転回路１６５のスイッチング素子Ｑ５とＱ８をオンし、タイミングＴ３～Ｔ６の間は負極性の電圧を出力するように、スイッチング素子Ｑ６とＱ７をオンする必要がある。このため、図９（Ｅ）、（Ｆ）に示すように、タイミングＴ０～Ｔ３の間はスイッチング制御信号Ｓ３をハイレベルとし、タイミングＴ３～Ｔ６の間は、スイッチング制御信号Ｓ４をハイレベルとする。極性制御テーブル１３４は、このようにして求めた、開始タイミングＴ０からの各経過時間ｔiでの、印加電圧の極性を示すデータを格納する。
【0060】
図３に示す制御部１４は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサ、即ちコンピュータを含む。制御部１４には、単一のコンピュータが含まれてもよく、また、複数のコンピュータが含まれてもよい。また、制御部１４の一部はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit)、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウエアを含んでもよい。
【0061】
制御部１４は、記憶部１３に記憶されている制御プログラムに従って作動することにより、表示部１１、操作部１２、記憶部１３、通信部１５、高電圧生成部１６、心電図信号取得部１７、状態検出部１８、及び音声出力部２０の各々の制御を行うことによって、心電図解析及び電気ショックの出力制御等を実行する。
【0062】
制御部１４は、機能的な構成として波形制御部１４１を備える。
波形制御部１４１は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）を備える。ＤＳＰは、印加対象波形（設定波形）が選定され、生体インピーダンスＲbが測定されたときに、フルブリッジインバータ回路１６１のスイッチング動作のデューティ比を制御するためのデータと、極性反転回路１６５を制御するためのデータをそれぞれ求め、ＰＷＭ制御テーブル１３３と極性制御テーブル１３４に格納する。
波形制御部１４１は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）を備える。ＤＳＰは、印加対象波形（設定波形）が選定され、生体インピーダンスＲbが測定されたときに、フルブリッジインバータ回路１６１のスイッチング動作のデューティ比を制御するためのデータと、極性反転回路１６５を制御するためのデータをそれぞれ求め、ＰＷＭ制御テーブル１３３と極性制御テーブル１３４に格納する。
【0063】
また、波形制御部１４１は、ＰＷＭ制御テーブル１３３の記憶データを参照して、ＰＷＭ制御信号を生成し、生成したＰＷＭ制御信号を、第１ドライバ１６２に供給する。第１ドライバ１６２は、ＰＷＭ制御信号に従って、図６（Ａ）、（Ｂ）、図９（Ｃ）、（Ｄ）に例示したスイッチング制御信号Ｓ１とＳ２により、スイッチング素子Ｑ１とＱ４の組みと、Ｑ２とＱ３の組みを、指示されたデューティ比で交互にオン・オフする。これにより、図６（Ｃ）に例示するように、トランス１６３の一次巻線１６３ａに、デューティ比に対応する実効値を有する交流電圧が印加され、図６（Ｄ）に例示するように、デューティ比に対応する実効値を有する交流の一次電流Ｉinが流れる。これにより、二次巻線１６３ｂに巻き数比ＮＲに対応する高圧交流電圧が発生する。この高圧交流電圧は全波整流回路１６４ａにより全波整流されて直流電圧に変換され、さらに、平滑コンデンサＣ１により平滑化されて、図９（Ｂ）に例示したように出力される。
【0064】
また、波形制御部１４１は、極性制御テーブル１３４の記憶データを参照して、生成した極性制御信号を、第２ドライバ１６６に供給する。第２ドライバ１６６は、極性制御信号に応答して、図９（Ｅ），（Ｆ）に例示したように、正極性の電圧を被救護者に印加すべき期間、スイッチング制御信号Ｓ３をハイレベルにし、負極性の電圧を被救護者に印加すべき期間、スイッチング制御信号Ｓ４をハイレベルにする。これにより、被救護者に正極性の電圧を印加すべき期間には、スイッチング素子Ｑ５とＱ８がオンして、被救護者に正極性の電圧を印加し、被救護者に負極性の電圧を印加すべき期間には、スイッチング素子Ｑ６とＱ７がオンして、被救護者に負極性の電圧を印加する。これにより双極性の電圧波形の電気ショックが被救護者に印加される。
【0065】
図３に示す通信部１５は、制御部１４による制御の下、サーバ装置等の外部機器（図示せず）と無線又は有線の通信を行う通信インタフェースである。音声出力部２０は、スピーカ等の放音装置を含む。音声出力部２０は、制御部１４による制御の下、ＡＥＤ１の操作をガイドする音声、警告音等を出力する。
【0066】
電極３０Ａ、３０Ｂは、心停止状態の被救護者に装着される針状の電極である。電極３０Ａはケーブル４０Ａを介して高電圧生成部１６、心電図信号取得部１７、及び状態検出部１８に接続される。電極３０Ｂはケーブル４０Ｂを介して高電圧生成部１６、心電図信号取得部１７、及び状態検出部１８に接続される。針状の電極３０Ａ，３０Ｂを使用することにより、通常のパッド型の電極と異なり、被救護者の体表面が濡れているような場合でも、被救護者と電極３０Ａ，３０Ｂとの接続を確保することができる。
【0067】
心電図信号取得部１７は、電極３０Ａ及び電極３０Ｂからの心電図信号に含まれる雑音のフィルタリング、及び雑音をフィルタリング済の心電図信号の増幅等を行う。心電図信号取得部１７により増幅された心電図信号は、制御部１４に送られ、心電図解析等に用いられる。また、制御部１４は、心電図信号を、表示部１１に適宜表示する。
【0068】
状態検出部１８は、例えば、電極３０Ａ及び電極３０Ｂとの間のインピーダンス、即ち、被救護者の電流通過部分のインピーダンス（生体インピーダンス）を測定する。状態検出部１８は、測定したインピーダンスを制御部１４へ出力する。
【0069】
次に上記構成を有するＡＥＤ１の動作及び使用方法を説明する。
救護者は、ＡＥＤ１が小形軽量であるため、これを容易に携帯できる。設置しておく場合でもスペースを必要としない。
【0070】
救護者は、ＡＥＤ１を使用する場合、操作部１２を操作して、電源を投入すると共に、被救護者の心臓を挟む位置、例えば、図２に示す位置に電極３０Ａと３０Ｂを挿す。この状態で、救護者は、電極３０Ａと３０Ｂが正しく装着されているか否かを判断するため、操作部１２のボタン群１２ｂ内の状態検出ボタンを押下する。この操作に応答して、制御部１４は、高電圧生成部１６に予め設定された電圧を発生させ、電極３０Ａと３０Ｂの間に印加する。状態検出部１８は、電極３０Ａと３０Ｂの間の電圧と、電極３０Ａ又は３０Ｂを流れる電流を測定し、生体インピーダンスＲbを測定し、制御部１４に通知する。
【0071】
制御部１４は、測定された生体インピーダンスから、電極３０Ａ，３０Ｂの装着状態が正しいか否か（生体インピーダンスが所定範囲に納まっているか否か）を判別する。制御部１４は、表示部１１及び音声出力部２０により判別結果を報知する。救護者は、報知内容に従って、必要に応じて、電極３０Ａ，３０Ｂを再装着する。
【0072】
救護者は、必要に応じて、被救護者の心電図を確認する。この場合、電極３０Ａと３０Ｂを被救護者に装着した状態で、救護者は、ボタン群１２ｂ内の心電図検出ボタンを押下する。この操作に応答して、制御部１４は、心電図信号取得部１７を起動する。心電図信号取得部１７は、電極３０Ａと３０Ｂの間の電圧を測定し、制御部１４に供給する。制御部１４は、検出された生体電圧の波形を表示部１１に表示する。救護者は、表示に従って、被救護者の心電図を確認する。
【0073】
次に、被救護者に高電圧パルスを印加する処理を図１０のフローチャートを参照しつつ説明する。
被救護者に高電圧パルスを印加する場合、救護者は、操作部１２を操作して、予め登録されている高電圧パルスの波形のリストを表示する（ステップＳ１１）。救護者は、表示された波形のうちから１つを選択する（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）。選択された波形が設定波形である。なお、印加する高電圧パルス波形を予め選択して記憶部１３に格納しておくことにより、ステップＳ１１とＳ１２をスキップしてもよい。
続いて、制御部１４は、ボタン群１２ｂのなかの印加ボタンの押下を待機する（ステップＳ１３）。
被救護者に高電圧パルスを印加する場合、救護者は、操作部１２を操作して、予め登録されている高電圧パルスの波形のリストを表示する（ステップＳ１１）。救護者は、表示された波形のうちから１つを選択する（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）。選択された波形が設定波形である。なお、印加する高電圧パルス波形を予め選択して記憶部１３に格納しておくことにより、ステップＳ１１とＳ１２をスキップしてもよい。
続いて、制御部１４は、ボタン群１２ｂのなかの印加ボタンの押下を待機する（ステップＳ１３）。
【0074】
印加ボタンが押下されると（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、制御部１４の波形制御部１４１は、波形テーブル１３５（ＰＷＭ制御御テーブル１３３と極性制御御テーブル１３４）を生成する波形テーブル生成処理を実行する（ステップＳ１４）。
【0075】
波形テーブル生成処理の詳細を図１１のフローチャートを参照して説明する。
まず、制御部１４は、高電圧生成部１６及び状態検出部１８を制御して、生体インピーダンスを測定する（ステップＳ２１）。具体的には、制御部１４は、高電圧生成部１６に所定電圧を発生させ、電極３０Ａ又は３０Ｂに流れる電流を測定させることにより、生体インピーダンスＲbを測定させる（ステップＳ２１）。
次に、制御部１４は、基本波形テーブル１３２に格納されている基本波形が予定している生体インピーダンスの基準値Ｒrに対する測定した生体インピーダンスの値Ｒbの比Ｒb／Ｒrを求める（ステップＳ２２）。
次に、制御部１４の波形制御部１４１は、被救護者に印加する高電圧パルスのエネルギーが基準値Ｅとなるように、生体インピーダンスの比の平方根√（Ｒb／Ｒr）を、ステップＳ１４で選択された設定波形の波高値に乗算して、補正電圧波形Ｖaを求める（ステップＳ２３）。
次に、波形制御部１４１は、ｔ＝０に設定する（ステップＳ２４）。
次に、波形制御部１４１は、ｔのタイミングでの、補正電圧波形Ｖaの波高値に基づいて、スイッチング制御信号Ｓ１とＳ２の周期λとパルス幅ＰＷ１，ＰＷ２を求める（ステップＳ２５）。
次に、波形制御部１４１は、ｔのタイミングでの、基本電圧波形Ｖrの極性に基づいて、極性データを求める（ステップＳ２６）。
次に、波形制御部１４１は、ｔが電圧印加終了のタイミングに達したか否かを判別する（ステップＳ２７）。
ｔが終了タイミングに達していない場合（ステップＳ２７：Ｎｏ）、ｔ＝ｔ＋１とｔを更新して（ステップＳ２８）、ステップＳ２５に戻り、次のタイミングｔについて同様の処理を行う。
ｔが終了タイミングに達している場合（ステップＳ２７：Ｙｅｓ）、複数回のステップＳ２５の処理で求めた一連のタイミングｔでのＰＷＭ制御御信号をＰＷＭ制御テーブル１３３に格納し、複数回のステップＳ２６の処理で求めた一連のタイミングｔでの極性制御信号を極性制御テーブル１３４に格納する（ステップＳ２９）。
こうして、波形制御部１４１のＤＳＰによる高速演算処理により、ＰＷＭ制御テーブル１３３と極性制御テーブル１３４が形成される。
続いて、図１０のステップＳ１５に進み、制御部１４は、内部タイマを起動する。
まず、制御部１４は、高電圧生成部１６及び状態検出部１８を制御して、生体インピーダンスを測定する（ステップＳ２１）。具体的には、制御部１４は、高電圧生成部１６に所定電圧を発生させ、電極３０Ａ又は３０Ｂに流れる電流を測定させることにより、生体インピーダンスＲbを測定させる（ステップＳ２１）。
次に、制御部１４は、基本波形テーブル１３２に格納されている基本波形が予定している生体インピーダンスの基準値Ｒrに対する測定した生体インピーダンスの値Ｒbの比Ｒb／Ｒrを求める（ステップＳ２２）。
次に、制御部１４の波形制御部１４１は、被救護者に印加する高電圧パルスのエネルギーが基準値Ｅとなるように、生体インピーダンスの比の平方根√（Ｒb／Ｒr）を、ステップＳ１４で選択された設定波形の波高値に乗算して、補正電圧波形Ｖaを求める（ステップＳ２３）。
次に、波形制御部１４１は、ｔ＝０に設定する（ステップＳ２４）。
次に、波形制御部１４１は、ｔのタイミングでの、補正電圧波形Ｖaの波高値に基づいて、スイッチング制御信号Ｓ１とＳ２の周期λとパルス幅ＰＷ１，ＰＷ２を求める（ステップＳ２５）。
次に、波形制御部１４１は、ｔのタイミングでの、基本電圧波形Ｖrの極性に基づいて、極性データを求める（ステップＳ２６）。
次に、波形制御部１４１は、ｔが電圧印加終了のタイミングに達したか否かを判別する（ステップＳ２７）。
ｔが終了タイミングに達していない場合（ステップＳ２７：Ｎｏ）、ｔ＝ｔ＋１とｔを更新して（ステップＳ２８）、ステップＳ２５に戻り、次のタイミングｔについて同様の処理を行う。
ｔが終了タイミングに達している場合（ステップＳ２７：Ｙｅｓ）、複数回のステップＳ２５の処理で求めた一連のタイミングｔでのＰＷＭ制御御信号をＰＷＭ制御テーブル１３３に格納し、複数回のステップＳ２６の処理で求めた一連のタイミングｔでの極性制御信号を極性制御テーブル１３４に格納する（ステップＳ２９）。
こうして、波形制御部１４１のＤＳＰによる高速演算処理により、ＰＷＭ制御テーブル１３３と極性制御テーブル１３４が形成される。
続いて、図１０のステップＳ１５に進み、制御部１４は、内部タイマを起動する。
【0076】
次に、制御部１４は、ＰＷＭ制御テーブル１３３に記憶されているＰＷＭ制御信号のうち内部タイマの計測時間ｔ用のデータに基づいて、ＰＷＭ制御信号を第１ドライバ１６２に供給する（ステップＳ１６）。ＰＷＭ制御信号は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４の周期λとパルス幅ＰＷ１とＰＷ２，又は、デューティ比を示す。
【0077】
また、制御部１４は、極性制御テーブル１３４に記憶されている極性制御信号のうち計測時間ｔ用のデータに基づいて、極性制御信号を第２ドライバ１６６に供給する（ステップＳ１７）。
【0078】
続いて、制御部１４は、内部タイマの計測時間ｔに基づいて、高電圧パルスの印加が終了したか否かを判別する（ステップＳ１８）。
終了していない場合（ステップＳ１８：Ｎｏ）、処理は、ステップＳ１６にリターンし、高電圧パルスの印加を継続する。
一方、終了している場合（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、高電圧パルス印加処理は終了する。なお、自動的に、心電図を測定して表示する処理を開始してもよい。
終了していない場合（ステップＳ１８：Ｎｏ）、処理は、ステップＳ１６にリターンし、高電圧パルスの印加を継続する。
一方、終了している場合（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、高電圧パルス印加処理は終了する。なお、自動的に、心電図を測定して表示する処理を開始してもよい。
【0079】
ステップＳ１６で出力されるＰＷＭ制御信号に応答して、第１ドライバ１６２は、スイッチング素子Ｑ１とＱ４の組みと、Ｑ２とＱ３の組みを、指示されたデューティ比で交互にオン・オフする。これによりトランス１６３の一次巻線１６３ａに、デューティ比に対応する大きさの交流の一次電流Ｉinが流れ、二次巻線１６３ｂに巻き数比に対応する高圧交流電圧が発生する。この高圧交流電圧は全波整流回路１６４ａにより全波整流されて直流高電圧に変換され、さらに、平滑コンデンサＣ１により平滑化されて電圧Ｖ２として出力される。電圧Ｖ２は、図９（Ｂ）に例示したように、補正電圧波形Ｖaの絶対値波形に等しい波形を有する。
【0080】
ステップＳ１７で出力される極性制御信号に応答して、第２ドライバ１６６は、正極性の高電圧パルスを印加すべき期間、スイッチング制御信号Ｓ３をハイレベルにして、スイッチング素子Ｑ５とＱ８の組みをオンし、電極３０Ａと３０Ｂの間に順方向の電圧Ｖ２を印加し、被救護者に正極性の高電圧パルスＶoutを印加する。また、第２ドライバ１６６は、負極性の高電圧パルスを印加すべき期間、スイッチング制御信号Ｓ４をハイレベルにして、スイッチング素子Ｑ６とＱ７の組みをオンして、電極３０Ａと３０Ｂの間に順方向の電圧Ｖ２を印加し、被救護者に負極性の高電圧パルスＶoutを印加する。
【0081】
このようにして、被救護者には、図９（Ａ）に例示する補正電圧波形Ｖaを有する高電圧パルスが印加される。補正電圧波形Ｖaの高電圧パルスは、被救護者の個人差、電極３０Ａ,３０Ｂの装着状態の変動などに起因する生体インピーダンスの変動によらず、ほぼ一定エネルギーＥが印加される。
【0082】
以上説明したように、本発明の実施の形態のＡＥＤ１によれば、インバータ回路による直流交流変換とトランスを用いて高電圧を生成するため、高電圧を保持するための高耐圧コンデンサを使用する必要がなく、小型化が可能となる。また、高電圧パルスの電圧は、ＰＷＭ信号によって１パルス単位で制御されるフルブリッジインバータ回路１６１により時系列で調整される。従って、除細動に適した複雑な波形の高電圧パルスを容易に生成することが可能となる。さらに、極性反転信号によって制御される極性反転回路１６５によって、設定波形に応じた適切なタイミングで、整流平滑回路１６４の出力する電圧Ｖ２の極性が反転される。これにより、ＢＴＥ波形やＲＬＢ波形のような二相性波形の高電圧パルスを容易に生成することが可能となる。
【0083】
また、本実施形態に係るＡＥＤ１によれば、トランス１６３で昇圧した電圧を平滑化する平滑回路を備えているため、脈流を抑えてより理想的な波形の高電圧パルスを生成することが可能となる。
【0084】
上記実施の形態では、高電圧パルスを被救護者に１回印加する例を示したが、複数回印加してもよい。以下、高電圧パルスを一定の時間を空けて複数回印加するモードをデュアルショックモードとよぶ。図１２に、デュアルショックモードで高電圧生成部１６が生成する高電圧パルスの例を示す。この例では、２ｓの時間間隔で、ＲＬＢ波形の高電圧パルスが２個連続的に生成されている。なお、デュアルショックモードでは、１回目と２回目で異なる波形の高電圧パルスを生成してもよい。また、２回より多くの高電圧パルスを連続的に生成して被救護者に印加してもよい。
【0085】
デュアルショックモードでは、ＡＥＤ１は、予め設定された時間間隔で、高電圧パルスを２連続で被救護者に印加する。例えば、操作者が、操作部１２を操作することで、ＡＥＤ１の動作モードをデュアルショックモードに切り替えることができる。また、操作者は、操作部１２を操作することで、２連続で照射する高電圧パルスの時間間隔を０．２５ｓ～３．００ｓの範囲で設定することができる。
【0086】
この場合、例えば、複数回分の波形データ全体を波形メモリ領域１３１に格納し、図１０に示す高電圧パルス印加処理で印加してもよい。
また、図１３のフローに示すように、設定波形の高電圧パルスを印加し（ステップＳ３１）、続いて、予め設定されている繰り返し回数だけ高電圧パルスが印加されているか否かを判別し（ステップＳ３２）、終了していない場合には、一定のインターバル時間を計測し（ステップＳ３３）、ステップＳ３１にリターンし、次の高電圧パルスを印加するようにしてもよい。なお、次に印加する高電圧パルスの波形はそれ以前に印加した高電圧パルスの波形と同一でも異なっていてもよい。また、３回以上印加する場合には、インターバルの長さも毎回異なっても同一でもよい。また、印加する波形とその順番を編集できるようにしてもよい。
また、図１３のフローに示すように、設定波形の高電圧パルスを印加し（ステップＳ３１）、続いて、予め設定されている繰り返し回数だけ高電圧パルスが印加されているか否かを判別し（ステップＳ３２）、終了していない場合には、一定のインターバル時間を計測し（ステップＳ３３）、ステップＳ３１にリターンし、次の高電圧パルスを印加するようにしてもよい。なお、次に印加する高電圧パルスの波形はそれ以前に印加した高電圧パルスの波形と同一でも異なっていてもよい。また、３回以上印加する場合には、インターバルの長さも毎回異なっても同一でもよい。また、印加する波形とその順番を編集できるようにしてもよい。
【0087】
ステップＳ３２で、終了と判別された際には、処理を終了する。
【0088】
図１３の処理の場合には、繰り返し回数、印加する高電圧パルスの波形と順番、インターバル期間を記憶部１３に予め記憶しておけば、複数パルス分の波形データ全体を波形メモリ領域１３１に記憶しておく必要はなく、記憶部１３の容量を抑えることができる。
【0089】
（変形例）
上記実施形態は、種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、高電圧パルスの波形をＭｏｎｏｐｈａｓｉｃ波形、ＢＴＥ波形、および、ＲＬＢ波形、の３つの中から設定することができると説明したが、設定できる波形の種類はこれらに限定されるものではない。また、ＡＥＤ１が出力できる高電圧パルスの波形を１つのみに固定してもよい。例えば、ＡＥＤ１が出力できる高電圧パルスの波形をＭｏｎｏｐｈａｓｉｃ波形のみに固定した場合は、高電圧生成部１６に極性反転回路１６５を設けなくてもよい。
上記実施形態は、種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、高電圧パルスの波形をＭｏｎｏｐｈａｓｉｃ波形、ＢＴＥ波形、および、ＲＬＢ波形、の３つの中から設定することができると説明したが、設定できる波形の種類はこれらに限定されるものではない。また、ＡＥＤ１が出力できる高電圧パルスの波形を１つのみに固定してもよい。例えば、ＡＥＤ１が出力できる高電圧パルスの波形をＭｏｎｏｐｈａｓｉｃ波形のみに固定した場合は、高電圧生成部１６に極性反転回路１６５を設けなくてもよい。
【0090】
また、基本波形テーブル１３２に格納される波形データを読み出して、波形を表示部１１に表示させながら操作部１２の操作に従って、加工・編集して、上書きあるいは別名で保存することにより、任意の高電圧パルス波形を生成及び編集可能である。さらに、外部のコンピュータ等で生成あるいは編集した波形データを通信部１５を介して記憶部１３に格納するようにしてもよい。
【0091】
ＡＥＤ１の電極３０Ａ、３０Ｂは、図１に示すような針状の電極に限定されるものではなく、種々の形状の電極が採用可能である。例えば、図１４に示すように、ＡＥＤ１は、針状の電極３０Ａ、３０Ｂに代えて、パッド状の電極５０Ａ、５０Ｂを備えていてもよい。また、パッド状の電極５０Ａ、５０Ｂの表面に、微細な針、刃、歯、凹凸等の被救護者の体表面との接触抵抗を小さくするための構成を備えていてもよい。
【0092】
また、本発明が適用される電極３０Ａ,３０Ｂは、それぞれ、図１５に例示するように、洗濯バサミ型の構成でもよい。図１５に示す電極３０は、握り部３０１と把持部３０２とを有している。救助者は、電極３０の握り部３０１を握ることで把持部３０２を開き、把持部３０２の間に皮膚Ｋを挿入して挟み、握り部３０１の握りを解除して把持部３０２に皮膚Ｋを把持させることで、電極３０を皮膚Ｋに装着させる。
【0093】
さらに、把持部３０２に剣山のような複数の針状部位３０３を配置してもよい。針状部位３０３のうち少なくとも一部が、皮膚Ｋの内部に存在するようになる。
【0094】
針状の電極、洗濯バサミ状の電極、微細な針等を有するパッド状電極等は、雨天など、前胸部が継続的に濡れてしまう環境でも、電極と被救護者との電気的接続を安定して確保ために有効である。
【0095】
その他、回路及び動作は適宜変更可能である。例えば、主に正論理で説明したが、不論理で回路を設計してもよい。また、実施の形態で例示した材料、数値は例示であり、限定されるものではない。
【0096】
また、生体インピーダンス以外にも、電池の内部インピーダンス、インバータ・トランス・整流回路の損失がある。このため、実測した出力電流と出力電圧に基づき、印加する高電圧パルスのエネルギーが目標値に一致するように、基本電圧波形Ｖrの波高値とパルスの長さを補正してもよい。
【0097】
また、損失の総量と補正内容とを対応付けた補正テーブルを用意し、総損失を求め、求めた総損失をキーに補正内容を求め、求めた補正内容に従って基本電圧波形Ｖrを補正するようにしてもよい。
【0098】
上記説明では、基本電圧波形Ｖrを補正することにより、各タイミングｔでの印加すべき電圧を求めた。この開示はこれに限定されない。例えば、基本電圧波形Ｖrを使用せずに、印加する高電圧波形を求めることも可能である。例えば、基本波形テーブル１３２を取り除き、波形メモリ領域１３１には、高電圧パルス電圧のエンベローブと印加する電気エネルギーの総量を記憶しておく。波形制御部１４１は、計測された生体インピーダンスの値Ｒbに基づいて、印加する高電圧パルスの総エネルギーが目標値Ｅに一致し、エンベローブが予め記憶している基本のエンベローブに一致するように各タイミングでの印加電圧を求める。
【0099】
上記実施の形態において、
フルブリッジインバータ回路１６１は、スイッチング制御信号に従ったデューティ比でスイッチング動作を行うことにより、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路の一例である。
トランス１６３は、インバータ回路が変換した交流電圧を昇圧するトランスの一例である。
全波整流回路１６４ａは、昇圧された電圧を整流する整流回路の一例である。
平滑コンデンサＣ１は、整流回路の出力する電圧を平滑化する平滑回路の一例である。
電極３０Ａ，３０Ｂは、整流回路の出力電圧に基づいた電気ショックを被救護者に印加する電極の一例である。
極性反転回路１６５は、整流回路の出力電圧を、極性制御信号に従って、順方向あるいは反転して電極に印加する極性反転回路の一例である。こので、スイッチング制御信号Ｓ３，Ｓ４は、極性制御信号の一例である。
フルブリッジインバータ回路１６１は、スイッチング制御信号に従ったデューティ比でスイッチング動作を行うことにより、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路の一例である。
トランス１６３は、インバータ回路が変換した交流電圧を昇圧するトランスの一例である。
全波整流回路１６４ａは、昇圧された電圧を整流する整流回路の一例である。
平滑コンデンサＣ１は、整流回路の出力する電圧を平滑化する平滑回路の一例である。
電極３０Ａ，３０Ｂは、整流回路の出力電圧に基づいた電気ショックを被救護者に印加する電極の一例である。
極性反転回路１６５は、整流回路の出力電圧を、極性制御信号に従って、順方向あるいは反転して電極に印加する極性反転回路の一例である。こので、スイッチング制御信号Ｓ３，Ｓ４は、極性制御信号の一例である。
【0100】
波形制御部１４１と第１ドライバ１６２は、インバータ回路にスイッチング制御信号を供給して、インバータ回路からトランスに供給される電気エネルギーを制御するデューティ比制御手段の一例である。
ＰＷＭ制御テーブル１３３は、被救護者に印加する電気ショックの電圧波形に対応して、時間の経過に対するデューティ比の変化を表すデータを記憶する記憶部の一例である。また、極性制御テーブル１３４は、被救護者に印加する電気ショックの印加電圧の極性を示すデータを記憶する記憶部の一例でもある。
操作部１２と制御部１４とは、複数の電圧波形から印加対象の１つを選択する選択手段の一例である。
制御部１４と状態検出部１８とは、被救護者に装着された前記電極間のインピーダンスを測定する測定手段の一例である。
操作部１２、制御部１４、通信部１５は、記憶部に記憶された時間に対するデューティ比の変化を示すデータを更新する手段の一例である。
波形制御部１４１と第２ドライバ１６６は、極性反転回路に極性制御信号を送信して、前記設定波形に応じた極性の電圧を前記電極に印加させる極性制御手段の一例である。
ＰＷＭ制御テーブル１３３は、被救護者に印加する電気ショックの電圧波形に対応して、時間の経過に対するデューティ比の変化を表すデータを記憶する記憶部の一例である。また、極性制御テーブル１３４は、被救護者に印加する電気ショックの印加電圧の極性を示すデータを記憶する記憶部の一例でもある。
操作部１２と制御部１４とは、複数の電圧波形から印加対象の１つを選択する選択手段の一例である。
制御部１４と状態検出部１８とは、被救護者に装着された前記電極間のインピーダンスを測定する測定手段の一例である。
操作部１２、制御部１４、通信部１５は、記憶部に記憶された時間に対するデューティ比の変化を示すデータを更新する手段の一例である。
波形制御部１４１と第２ドライバ１６６は、極性反転回路に極性制御信号を送信して、前記設定波形に応じた極性の電圧を前記電極に印加させる極性制御手段の一例である。
【0101】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明には、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲とが含まれる。以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記す。
【符号の説明】
【0102】
１…ＡＥＤ、１０…本体部、３０Ａ、３０Ｂ、５０Ａ、５０Ｂ…電極、４０Ａ，４０Ｂ…ケーブル、１１…表示部、１２…操作部、１３…記憶部、１３１…波形テーブル、１４…制御部、１４１…波形制御部、１５…通信部、１６…高電圧生成部、１６１…フルブリッジインバータ回路、１６２ 第１ドライバ、１６３ トランス、１６３ａ…一次巻線、１６３ｂ…二次巻線、１６４ 整流平滑回路、１６５ 極性反転回路、１６６ 第２ドライバ、Ｑ１～Ｑ８…スイッチング素子、Ｄ１～Ｄ４…ダイオード、Ｃ１…コンデンサ、１７…心電図信号取得部、１８…状態検出部、１９…電源部，２０…音声出力部
【要約】
自動体外式除細動器（ＡＥＤ）は、電源部（１９）と、電源部（１９）から印加される電圧を昇圧して高電圧パルスを生成する高電圧生成部（１６）と、高電圧パルスに基づいた電気ショックを被救護者に付与する一対の電極（３０Ａ、３０Ｂ）と、を備える。高電圧生成部（１６）は、電源部（１９）から印加される直流電圧を交流電圧に変換するフルブリッジインバータ回路（１６１）と、変換された交流電圧を昇圧するトランス（１６３）と、第１ドライバ（１６２）とを備える。制御部（１４）は、第１ドライバ（１６２）にＰＷＭ信号を送信して、フルブリッジインバータ回路（１６１）をＰＷＭ制御させ、フルブリッジインバータ回路（１６１）の出力電圧を、設定波形に応じて時系列で変化させる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
