WO2013049903A1 - Multidirectional cardiac defibrillation device with optimised switching; method and use thereof - Google Patents

Multidirectional cardiac defibrillation device with optimised switching; method and use thereof Download PDF

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cardiac
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ALMEIDA Viana Marcelo DE
Rosana Almada BASSANI
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Universidade Estadual De Campinas - Unicamp
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Definitions

  • Patent Descriptive Report for: "DEVICE FOR MULTI-DIRECTIONAL HEART DEFIBRILATION WITH OPTIMIZED KEY; METHOD AND USE".
  • the present invention relates to the field of biomedical instrumentation. More specifically, the present invention relates to a key-optimized multidirectional cardiac defibrillation device and its method of use.
  • VF ventricular fibrillation
  • the main mechanism involved in the maintenance of VF is the recess, where a wave of depolarization, when propagated, finds, for example, electrically refractory, which results in wave division and reentrant propagation in relatively stable circuits.
  • the recess is favored by the increased spatial dispersion of refractoriness.
  • the mechanisms that initiate and maintain VF include arousal (ectopic activity) and propagation (recess) changes, which may be combined.
  • arousal ectopic activity
  • propagation recess
  • Pogwizd & Corr ' in a paper entitled "Mechanisms underlying the development of ventricular fibrillation during early yocardial ischemia" published in Circ Res, 66: 672-695 in 1990, proposed that the generation of reentrant circuits in myocardial ischemia may be associated.
  • intramural conduction delay which would allow the reexcitation of cells from adjacent regions whose excitability would have already been recovered, causing an ectopic activation.
  • this same phenomenon would favor transmural indentation, which would support the VF.
  • Ventricular defibrillation is recognized as a probabilistic event, however, a higher intensity of shock is associated with a higher percentage of defibrillation success, according to the work of Chen and colleagues entitled “Current concepts of ventricular defibrillation” published in J Cardiovasc Electrophysiol. , 9: 553-562 in 1998 and Chattipakorn & Chattipakorn entitled
  • Defibrillation success also depends on how quickly the normal heart rate is restored as it relates inversely to the duration of the event. fibrillation, with the probability of death after the onset of arrhythmia increasing by 10% for each minute without treatment.
  • Defibrillators are electromedical equipment designed to generate and apply intense and brief shocks of electrical current through electrodes positioned directly on the cardiac musculature, or indirectly through the thorax, in order to reverse arrhythmias.
  • Schwarz recommends in his paper entitled "Biphasic shocks compared with monophasic damped sine wave shocks for direct ventricular defibrillation during open heart surgery" published in Anesthesiology, 98: 1063-1069 in 2003 that the energy to begin single-phase transthoracic defibrillation should be 200 J and do not exceed 360 J, whereas with the biphasic waveform, lower energy values ( ⁇ 200 J) with equivalent or greater effectiveness are used.
  • the equipment is designed to limit the power to 50 J to prevent further damage to the myocardium.
  • the present invention will provide significant advantages over existing cardiac defibrillation devices, enabling an increase in their performance and having a more favorable cost / benefit ratio.
  • the power supply of the device of the present invention was powered by a DC voltage source consisting of a sealed lead acid rechargeable battery.
  • the circuit consisted of a voltage regulator that provided +5 V to the control circuit and the interface of the equipment with the user, and a switching power supply responsible for raising the voltage to the required load levels of three. capacitors in which they stored the defibrillatory discharge. Each capacitor discharged energy in each direction.
  • Figure 2 shows a schematic circuit of the power supply and switching source of the multidirectional defibrillation device of the present invention
  • Figure 4 shows a switching circuit, for example the multidirectional orientation 0 defibrillation device of the present invention
  • Figure 5 shows a clock graph for
  • Figure 6 shows the complete circuit of the multidirectional defibrillation device of the present invention
  • Figure 7 shows the electrodes, in the form of concave discs, formed by a spherical cap, part of a sphere cut by a plane;
  • Figures 8A, 8B, 8C, 8D, 8E and 8F show the electrode support piece developed by prototyping with polycarbonate / abs plastic material for the present invention
  • Figure 9 shows the 30-ms monodirectional (left) and multidirectional (right) defibrillatory discharge waveforms for energy levels 1 to 7J (indicated on each panel;
  • Figure 10 shows the 20-ms monodirectional (left) and multidirectional (right) defibrillatory discharge waveforms for energy levels 1 to 7J (indicated on each panel).
  • Figures 11A and 11B show graphs of defibrillation probability curves as a function of applied energy (J) obtained from single- and multi-directional pig heart (open chest) defibrillation using 30 (A) and 20 ms defibrillatory pulses duration (B).
  • J applied energy
  • A single- and multi-directional pig heart (open chest) defibrillation using 30
  • B 20 ms defibrillatory pulses duration
  • Figure 12 shows a graph of the defibrillation probability curves as a function of energy applied (J), obtained from mono and multidirectional defibrillation in 6 animals in which the paired design could be used.
  • the dots indicate the means and their standard error values;
  • Figure 13 shows the energy levels required for different probabilities of success in cardiac defibrillation determined in the same animals with mono and multidirectional shocks. Data are presented as mean ⁇ standard error. * P ⁇ 0.05 vs. monodirectional shock; and
  • Figure 14 shows a block diagram of the power circuit of the optimized keyed multidirectional cardiac defibrillation device of the present invention
  • Annex 1 shows the multidirectional defibrillation device of the present invention developed for application of defibrillatory pulses in three directions;
  • Annex 2 shows the defibrillation gauntlets, each with an arc in which are located 3 concave disc-shaped metal electrodes, charge (green) and trigger (red) buttons, and coiled cable with connector.
  • the effectiveness of the electric field in stimulating a cell is greatest when it is oriented parallel to the major axis of the cell.
  • the cells are arranged in different orientations, so a stimulus in a given direction should excite only one set of cells. For more widespread arousal, it is necessary to increase the intensity of the electrical stimulus.
  • a recognized cause of failure in electrical defibrillation is the excitement of cells in the so-called vulnerable period, which favors the resettlement of ventricular fibrillation by defibrillation shock itself.
  • the restart of fibrillation is minimized, which increases and defibrillation efficiency. This means greater cell recruitment without re-excitation.
  • the results obtained by a defibrillation modality of the present invention showed that the optimized switching multidirectional defibrillation allowed a significant reduction of the applied energy level, which is expected to reduce the incidence and severity of the deleterious effects caused by the high intensity electric fields. used for cardiac defibrillation, thus contributing to greater defibrillation success (decreasing the likelihood of arrhythmia recurrence) and a lower degree of myocardial injury.
  • the technique developed for cardiac defibrillation using a multidirectional defibrillator of the present invention is based on the delayed delivery of shocks in 3 different directions to electrically recruit more myocardial cells, but the stimulation process, which lasts less than of the refractory period, is brief enough that the cells are excited by only 1 of the shocks.
  • the device developed by the present invention allows defibrillation multi-directional optimized switching is applied using a single portable defibrillator (vs. multiple defibrillators coupled by a synchronizer device) and a single pair of gauges / paddles (as opposed to multiple pairs of heart-attached electrodes), which facilitates use of this method in the clinical condition.
  • the succession of multi-directional shocks with optimized lag allows rapid excitation of cells with different orientations to ensure that the myocardium is not stimulated during the period of vulnerability and that if the cardiac cell is excited by a given stimulus, it will not respond. others during the same stimulatory cycle, thus minimizing the onset of conduction block and reexcitation.
  • the non temporal overlap of the stimuli avoids the sum of electric vectors, avoiding the generation of very high fields over a given myocardial region.
  • Optimized multi-directional defibrillation of the present invention is a process whereby shocks in more than one direction are keyed with millisecond lag so that the sequence lasts less than the myocardial refractory period.
  • the multidirectional defibrillation device developed by the present invention is capable of applying single or two-phase sequential shocks in three different directions by passing electric current through three strategically separated electrode pairs within a period of less than 100 ms.
  • the equipment was powered by a DC voltage source consisting of a sealed lead-acid rechargeable battery.
  • the circuit consisted of a voltage regulator that provided +5 V to the control circuit and the interface of the equipment with the user, and a switched source responsible for raising the voltage to the required charging levels of three capacitors in which the discharge was stored. defibrillation. Each capacitor discharged the energy in one direction.
  • a microcontroller is responsible for generating sequential firing pulses (rectangular voltage pulses, 5 V) for the activation of semiconductor switches that allowed the defibrillatory shock to be discharged in all three directions.
  • the pulses were generated in such a way as to trigger with a slight lag the switching on each pair of electrodes. With each trigger command, only one pulse sequence is generated.
  • the switching circuit consists of three electronic switches (triacs) which, when triggered by the gate clocks, discharge the voltage stored in the capacitors, thus allowing the passage of electric current through the heart in each direction of stimulation. Current conduction is limited to clock duration only.
  • Pulse transformers were used to ensure triacs trip when a 1 kHz pulse train from the control circuit is maintained in one of its inputs, and also to electrically isolate the control circuit from the power circuit to be triggered.
  • the lateral electrodes were positioned at 60 2 with respect to the central hole to establish the directions of application of the shocks.
  • a circular base for an aluminum cylinder covered with electrostatic paint, for the purpose of coupling the part with the electrodes to the handle to protect the wiring connected to the electrodes, as well as to lengthen the part and thus facilitate the handling of the electrodes inside the cavity.
  • the grip handles were designed to minimize the possibility of operator contact with the electrodes and conductive parts, and contained a button to trigger the charging of capacitors and another to trigger the discharge tripping.
  • two coiled electrical cables through 5-way connectors were used.
  • the developed device of the present invention provides capacitive discharge monopolar waveform (RC - resistor / capacitor) voltage pulses and is capable of delivering shocks: a) in a single direction (monodirectional, ie as used in conventional defibrillators), by passing electric current between only one pair of electrodes (one electrode in each paddle); or b) sequential shocks in three different directions (multidirectional) by passing current through three strategically separated electrode pairs at an angle of 60 °.
  • Multidirectional discharge switching is designed to be fast enough (60-90 ms total) to allow direct electrical stimulation of the heart in all three directions within the duration of cardiac PA in large mammals (200 ms in swine at room temperature). 37 ° C, as shown in the work of Roscher et al.
  • the intensity of the defibrillator pulses was dependent on the energy level selected on a continuous scale from 0.48 to 7.31 J.
  • the energy delivered during a defibrillator shock was calculated according to the equation published in the works of Bardy et al. Entitled “Prospective comparison of sequential pulse and single pulse defibrillation with use of two different clinically available systems "published in J Am Col Cardiol, 14: 165-171 in 1989; and Dosdall & Sweeney's work entitled "Extended charge banking model of dual path shocks for implantable cardioverter defibrillators” published in Biomed Engin Online, 7: 22-35 in 2008, both of which are incorporated herein by reference in their entirety.
  • Table 1 represents the charge voltage required for power levels from 1 to 7 J using capacitors with fixed capacitance of 100 ⁇ . This capacitance was chosen with the purpose of reducing the charge voltage required for each energy level and, consequently, reducing the applied electric field (E, in V / cm) and the peak current during defibrillation, thus minimizing possible damage to the myocardium.
  • the equipment may use different capacitors to generate different levels of electrical voltage.
  • the isolation circuit is designed to ensure electrical isolation between the low voltage circuit (control circuit) of the high power circuit (switching circuit), and also to ensure that the switching actuation in each direction to trigger the defibrillation discharge.
  • the electronic circuits corresponding to each of the diagram blocks will be described as follows: Power Supply
  • the power supply of the device of the present invention was powered by a DC voltage source consisting of a sealed, valve-regulated rechargeable lead acid battery of 6.0 V and 4.5 Ah (mod. UP-645 Unipower, Unicoba Ind. Electronic Components, S ⁇ o Paulo, SP).
  • a DC voltage source consisting of a sealed, valve-regulated rechargeable lead acid battery of 6.0 V and 4.5 Ah (mod. UP-645 Unipower, Unicoba Ind. Electronic Components, S ⁇ o Paulo, SP).
  • an electronic sealed battery charger was used 6.0 V DC and 0.4 Ah (mod. FCB 64AL, Hayonik Ind. Com. Electronic Prod., Londrina, PR).
  • the voltage was high corresponding to the energy level to be applied, and was adjusted by a multi-turn potentiometer. 100 kQ (5% accuracy, linear). Under this output voltage was a voltage divider consisting of a 1 resist (1/8 W, 5%) resistor and a 20 kQ 3296 trimpot (10% adjustable vertical potentiometer, Kingtronics Int. Co., Hong Kong , China). Thus, there was a voltage of 0-5 V serving as a sample to the control circuit, and proportional to 141-382 V.
  • the switching on of the switching power source was initiated manually by a green push button switch (mod. R16-503AD) on one of the defibrillation knobs.
  • the PIC 16F818-I / P microcontroller was used. (Microchip Technol. Inc., Chandler, AZ, USA), an integrated circuit that pulls together all the circuits needed to make a complete programmable digital system. Structurally the device has 18 pins (16 input / output pins, V S if + V DD ), and consists of a processor, 128 bytes of data (RAM) and program memory (EEPROM), internal 4-oscillator MHz, and has 5 channels of integrated analog / digital (A / D) converters.
  • the programming of the functions to be performed by the microcontroller was developed in assembly language, and the program was written and loaded by the MPLAB ® IDE (Microchip Technol) recording software. Inc., Chandler, AZ, USA) for the microcontroller to execute all instruction cycles.
  • MPLAB ® IDE Microchip Technol
  • the YEAR port A / D converter (pin 17) was used to record the signal of the load voltage samples (0-5 V, analog magnitude) in order to generate the digital representation of these voltage levels and provide an LCD display (16 columns x 2 character lines, with blue backlight; mod. LCD-016 002B, Vishay Intertechnol., Shelton, CT, USA) the VOLTAGE (in V) and ENERGY (in J) variables.
  • the energy was calculated internally to the microcontroller through programming, according to equation 1, in which it stored at each moment in its memory registers samples of the capacitor charge voltage.
  • the microcontroller was configured to communicate with the display via the RA1, RA2, and RB0-RB3 ports (pins 18, 1, and 6 through 9, respectively), while the display received the microcontroller data on pins 4, 6, 11- 14
  • the display pins 1 and 3 accounted for the contrast, which was adjusted by a 10 kQ trimpot (10%, Kingtronics Int. Co., Hong Kong, China); pin 2 received +5 V power, pins 5, 7-10 were grounded (GND), and pins 15 and 16 were used for backlighting of the display.
  • port RB5 pin 11
  • pin 11 is responsible for selecting the single-way triggering mode (when a lever-type switch remained in the "open” position) or multi-directional triggering (when the switch was closed for GND) as shown.
  • Pins 5 V ss
  • 14 V DD
  • output RB4 pin 10
  • a 1 kHz pulse train was generated, which was used to ensure the triggering of the switching.
  • One-way firing was performed when the lever-type switch (pin 11) located on the front panel of the equipment was positioned in the one-way position.
  • the microcontroller was programmed to generate the clock only at output RA4 (pin 3). This output corresponded to the central electrodes of the gauntlets.
  • the microcontroller By selecting the multi-directional defibrillation mode, at the time of shock release, the microcontroller generated the trigger pulses following the three programmed outputs (pins 2, 3 and 16), corresponding to one pulse for each direction (0 o , 60 ° and 120 °).
  • the pulses were generated so as to trigger the switching delayed by 20 or 30 ms for each pair of electrodes, so that the last stimulus was applied 60 ms after the first trigger, and 20 or 30 ms after the second trigger, totaling an application time of 60 or 90 ms.
  • the switching was performed by three electronic switches that, when activated, discharged the voltage stored in the capacitors, thus allowing the passage of electric current through the heart in a given direction of stimulation.
  • Triode for Alternating Current (TRIAC TIC226M, 8.0 A, 600 V, Power Innov., Inc., Lindon, UT, USA) was connected, which is a component. semiconductor that conducts two-way electrical current and acts as a voltage-actuated electronic switch.
  • This component has the Anodol (pin 1), Anode2 (pin 2) terminals and a trip terminal (gate, pin 3), and remains in a non-conducting state until it receives a gate trip voltage pulse from the control.
  • the pulse transformer received the clocks via a BC548C transistor (Motorola Semiconductors, Hong Kong, China), in series with a 100 ⁇ (1/8 W, 5%) resistor. ) to limit current, and on the other input received, by means of a 470 ⁇ (1/8 W, 5%) resistor, in series with a BC548C transistor, 1 kHz constant frequency pulse train as a guarantee of the switching trip.
  • a BC548C transistor Motorola Semiconductors, Hong Kong, China
  • 470 ⁇ (1/8 W, 5%) resistor in series with a BC548C transistor, 1 kHz constant frequency pulse train as a guarantee of the switching trip.
  • the electrical circuit design for the multidirectional defibrillation device of the present invention was developed with ISIS software ( Figure 6), part of the Proteus Professional Suite Design 7.7 application (Labcenter Electronics, Ontario, Canada), which also contains ARES software for development. circuit board (PCI) layout template. After the project was carried out, a file was generated for PCI (Alfapress PCI, Campinas, SP) and subsequent welding of the components.
  • the PCI and battery were allocated in a bench cabinet type box (mod. BO 62609, of dimensions 307 x 257 x 65 mm, Phoenix Mecano With. Tec. Ltda., S ⁇ o Paulo, SP), and the components were connected to the front and rear panel.
  • the panels were constructed in APD / CEB / UNICAMP, made of PVC plastic, with adhesives attached to the front (indicating switch functions, power level selection and outputs for defibrillation electrodes, annex 1B) and rear (charge inlet). battery and fuse, attachment 1C).
  • APD / CEB / UNICAMP made of PVC plastic
  • adhesives attached to the front (indicating switch functions, power level selection and outputs for defibrillation electrodes, annex 1B) and rear (charge inlet). battery and fuse, attachment 1C).
  • a sticker with warnings and instructions on how to operate the equipment was attached.
  • the stickers were made using Coreldraw® Graphics Suite X5 (Corel Corporation, Ottawa
  • Each electrode was fitted with a stainless steel support shaft, 5 mm in diameter and 10 mm in length. Once the fixation was completed, an electrostatic powder painting with white paint (JPS Pinturas Especiais, Campinas, SP) was made on the back of the electrodes and on the shaft for electrical isolation of these parts, preventing some of the energy from being dissipated. contact with tissues other than the myocardium.
  • JPS Pinturas Especiais, Campinas, SP was made on the back of the electrodes and on the shaft for electrical isolation of these parts, preventing some of the energy from being dissipated. contact with tissues other than the myocardium.
  • the final piece was made of polycarbonate / abs, and had three 5 mm diameter holes for electrode installation (Figure 8A). Regarding the central hole, other holes were positioned at 60 ° to form the shock application direction (the 0, 60 ° and 120 °) as shown in Figure 8B.
  • the lateral rods were hollow ducts for passage of the welded wiring to the electrodes ( Figure 8C).
  • a circular base was built to fit an aluminum cylinder (9 mm in diameter and 140 mm in length), covered with electrostatic painting, with the purpose of coupling the part with the electrodes to the handle. handle to protect the wiring attached to the electrodes as well as to lengthen the part and thus facilitate the handling of the electrodes within the chest cavity (Figure 8D).
  • the grip handles are designed to minimize the possibility of operator contact with the electrodes and conductive parts as recommended by ABNT NBR IEC 60601-2-4 (2005), incorporated herein in its entirety by reference.
  • Two handles were constructed from 32 mm diameter and 140 mm long nylon dowels, which were later connected to the aluminum rod and polycarbonate / abs piece, with the three electrodes each.
  • push-buttons were fitted, one for charging the capacitors (green) and the other for discharging (red).
  • the multidirectional defibrillator tests were performed at APD / CEB / UNICAMP, and consisted of the waveform analysis of the monodirectional and multidirectional discharges, in terms of voltage versus time, according to the selected level of energy to be applied. Accordingly, the assay of the device of the present invention was performed by specifying the energy delivered to a resistive load of 50 ⁇ , which simulates the patient's impedance, as recommended by IEC 60601-2-4 (2005), incorporated herein by all by reference. Resistive load variations were made in order to observe the possible changes in the final waveform of the defibrillatory discharge.
  • the pulse waveforms released by the microcontroller and the defibrillator discharge performed by switching were acquired on a digital oscilloscope (mod. DSO3062A, Agilent Technologies Inc., Santa Clara, CA, USA) connected to a computer using the software.
  • DSO3000 Series Scope Connect Software (Version 04.02.10, Agilent Technologies Inc., Santa Clara, CA, 2005).
  • thoracotomy was performed by electrocautery (mod. SS 500, WEM, Ribeir ⁇ o Preto, SP), ribs spacing with Finochietto retractor and pericardium opening.
  • the heart was periodically moistened with saline during the experiments. The depth of anesthesia was constantly monitored, and additional doses of anesthetic were administered as needed.
  • Ventricular fibrillation was induced by brief direct contact of the terminals of a commercial 9.0 V DC battery with the ventricular surface to apply a microampere direct current as described by Viana (2007), incorporated herein in its entirety by reference.
  • the battery contact location was maintained the same for successive mono and multi-directional shock testing.
  • the specially developed pad arches were positioned, preferably orienting the electrode pairs in the baso-apical direction to allow direct contact of the electrodes with the cardiac surface.
  • defibrillatory shocks were applied.
  • the shocks were applied in alternating episodes, in mono and multidirectional modalities. From one episode to a given mode, 2 energy levels were obtained: one insufficient and the other sufficient to produce ventricular defibrillation. If the first applied level was successful, the energy of the next shocks (same mode) was reduced until it was unable to reverse the arrhythmia. If unsuccessful with the first level, energy was increased in subsequent shocks until defibrillation was produced. Then began a new episode for the other modality, and so on.
  • the selection of the monodirectional modality implies defibrillatory discharge only in the central electrode pair of the gauges, while when the multidirectional modality is selected, lagged shocks are delivered through the three electrode pairs.
  • the discharge desfibrilatória in each direction was activated whenever the charge switching TRIACs remained in the driving state. Therefore, the duration of the shocks was determined by the duration of the TRIAC gate clock train, which was initially set to 30 ms. So in In the monodirectional mode, a single shock lasting 30 ms was delivered, which was also the duration of the shock delivered in each of the 3 directions in the multidirectional mode, with a total duration of defibrillatory discharge of 90 ms. Subsequently, shorter shocks (20 ms) were applied, with a total duration of the 60 ms discharge period.
  • the peak voltage reached during discharge for each power level was the same amplitude for both modes, and was proportional to the initial voltage required for the capacitor load as shown in Table 1.
  • the single phase RC discharge waveform of the developed equipment is characterized by voltage drop as an exponential function of time.
  • Figure 9 and 10 show the mono and multi-directional defibrillatory waveforms in tension according to the selected energy level (1-7 J) for the 30 and 20 ms durations, respectively. The tests were performed under a resistive load of 50 sim, simulating the impedance of the heart. Multidirectional Electric Defibrillation In Vivo
  • the result of the survival analysis is a set of points that describes the probability of defibrillation as a function of the energy applied. At these points, it was possible to successfully adjust a sigmoid function (R 2 > 0.97 in all cases), which allows the determination of the energy level required for a given probability of defibrillation success.
  • Table 2 and Figure 11A show the results obtained from experiments performed on 4 animals using 30 ms switching pulses for mono and multidirectional shock modalities. There was no significant difference in the curve Hill coefficient in the different modalities.
  • Table 2 shows the parameters of the defibrillation probability curve for mono and multidirectional shock modalities with 30 ms pulse duration.
  • E50 Shock energy required for a 50% probability of defibrillation success. Values are presented as mean ⁇ standard error, followed by the confidence interval of the mean to 95% (in parentheses).
  • Table 3 shows the parameters of the defibrillation probability curve for mono and multidirectional shock modalities with pulse duration of 20 ms.
  • E50 Shock energy required for a 50% probability of defibrillation success. Values are presented as mean ⁇ standard error, accompanied by the confidence interval from the average to 95% (in parentheses) and 99% (in brackets).
  • Table 4 and Figure 12 show the results obtained only in these animals.
  • E50 Shock energy required for a 50% probability of defibrillation success. Values are presented as mean ⁇ standard error, followed by the 95% confidence interval of the mean. (in parentheses) and 99% (in brackets).
  • Table 5 shows the mono and multidirectional defibrillatory shock energy (mean ⁇ standard error) required for the 50%, 75% and 90% probability of defibrillation success.
  • defibrillation is characterized by the end of VF after the application of high intensity electric shocks, with the resumption of temporal and spatial coordination of the spread of ventricular electrical activity.
  • E at a given intensity may or may not result in excitation (ie, bringing Vm to threshold), depending on their relative orientation;
  • excitation ie, bringing Vm to threshold
  • electroporation induction the muscle fibers are arranged in several directions, particularly in the ventricle, in whose walls the muscle bundles are organized in spiral and circular patterns.
  • a shock delivered between a pair of electrodes with a given orientation will have a different impact on different myocardial cells and may be harmless to some and even lethal to others, depending on their intensity. Therefore, pacing in more than one direction would, in theory, be an approach that could increase the effectiveness of electrical defibrillation.
  • the switch designed for the device of the present invention fulfilled the objective of applying multidirectional defibrillatory discharge over a period of 60-90 ms, shorter than the ventricular PA duration in pig ventricular myocytes, in which the up to 90% repolarization duration is about 210 ms at 37 ° C.
  • the TRIAC was used as the electronic component responsible for the switching of the multidirectional defibrillatory discharge, which differed from the previous project for multidirectional stimulation of isolated in vitro myocytes, in which the switching was performed by means of relays.
  • TRIAC was chosen to avoid the prolongation of total discharge duration due to delay caused during relay switching. The results of bench and in vivo tests showed that, in fact, there was no unwanted change in the duration of the discharge.
  • a device has been developed which has been tested for the direct application of mono and multidirectional defibrillator shocks.
  • In vivo testing revealed that multidirectional stimulation allowed for a 20% reduction in the required intensity of shocks over a wide range of defibrillatory success probabilities.
  • a PIC 16F818 microcontroller (11) was used for the control of the defibrillatory discharge switching, the selection of the monodirectional or multidirectional tripping mode, and the presentation of data regarding the selected voltage and the respective energy level.
  • an analog-to-digital converter present in the microcontroller (11) the signal of the load voltage samples (10) (0-5 V, analog quantity) was recorded in order to generate the digital representation of the voltage level. selected, convert it to energy levels and make them available on display (12).
  • a pulse train (13) at a frequency of 1 kHz was generated and used to ensure, by means of pulse transformers (17-19), the switching trigger (23-25).
  • the microcontroller (11) For triggering the defibrillatory discharge in only one direction, the microcontroller (11) has been programmed to generate a pulse firing only for the central electrodes of the gauntlets (15).
  • three triggers were generated in sequence (14-16), corresponding to one pulse for each one. stimulation direction (the 0, 60 ° and 120 °).
  • the pulses were generated in order to trigger the 20 ms delayed switching for each pair of electrodes, so that the last stimulus was applied 40 ms after the first trigger, and 20 ms after the second trigger, totaling an application time. 60 ms.
  • the switching was performed by three electronic keys (23-25) which, when activated, discharged the voltage stored in the capacitors (20-22), thus allowing the passage of electrical current through the heart in each direction of stimulation. .
  • the switched source 7 provided the charging voltage to capacitors 20-22 according to the selected power level 8 for application.
  • the source (7) was connected in parallel to the positive terminal of three (20-22) capacitors with 100 ⁇ capacitance through a rectifier diode, directly polarized to each one (26- 28). To the negative terminals of the capacitors, another diode was connected (29-31), directly polarized with the switched source GND (7).
  • a model TIC226 23-25 TRIAC was connected, a semiconductor component that conducts two-way electrical current and acts as an electronic switch. by tension.
  • These components (23-25) have the Anodol, Anode2 terminals and a gate terminal, and remain in a non-conducting state until they receive a gate trip voltage pulse (32-34) from the control circuit. (14-16).
  • the isolation circuit (3) consisted of pulse transformers (17-19) (1: 1 ratio of turns) and were used to trigger the TRIACs (23- 25) and also to ensure that the control circuit (2) were electrically isolated from the power circuit (4) to be triggered.
  • the pulse transformers (17-19) received the clocks via a BC548C transistor, in series with a 100 ⁇ resistor to limit current (14-16), and on the other input (13) received, by means of a 470 ⁇ resistor in series with a BC548C transistor, pulse train with a constant frequency of 1 kHz for guarantee of the switching trip.
  • one of the outputs of the pulse transformers (17-19) was connected to the gate of TRIACs 32-34, and the other to the Anodol (35-37).
  • the main application of the cardiac defibrillation device of the present invention is in the process of electrical defibrillation of the heart of humans and other animals, which is the only known procedure for the treatment of high lethal arrhythmias, both in the process of direct defibrillation, as well as transthoracic, and for different waveforms of defibrillatory shocks.
  • Stimulation technology as proposed, can also be applied to cardioverters and cardiac pacemakers (implantable or not) and other stimulators of multicellular preparations.
  • the new technique developed by the present invention for cardiac defibrillation by means of a multidirectional defibrillator is based on the delayed delivery of shocks in 3 different directions in order to electrically recruit more myocardial cells.
  • the stimulation process which lasts less than the refractory period, is brief enough that the cells are excited by only 1 of the shocks.
  • the developed device of the present invention allows optimal keyed multidirectional defibrillation to be applied using a single portable defibrillator (vs. multiple defibrillators coupled by a synchronizer device) and a single pair of handles / paddles (as opposed to multiple pairs of electrodes attached to the heart), which facilitates the use of this method in the clinical condition.

Abstract

The present invention relates to a multidirectional cardiac defibrillation device capable of applying successive monophase or biphase shocks in three different directions, in that an electric current flows through three pairs of strategically separated electrodes during a period of less than 100 ms. The present invention also relates to the method of use and to the use thereof.

Description

Relatório Descritivo de Patente de Invenção para: "DISPOSITIVO PARA DESFIBRILAÇÃO CARDÍACA MULTIDIRECIONAL COM CHAVEAMENTO OTIMIZADO; MÉTODO E SUA UTILIZAÇÃO" .  Patent Descriptive Report for: "DEVICE FOR MULTI-DIRECTIONAL HEART DEFIBRILATION WITH OPTIMIZED KEY; METHOD AND USE".
Campo da Invenção  Field of the Invention
A presente invenção se refere ao campo da instrumentação biomédica. Mais especificamente, a presente invenção se refere a um dispositivo para desfibrilação cardíaca multidirecional com chaveamento otimizado e seu respectivo método de utilização.  The present invention relates to the field of biomedical instrumentation. More specifically, the present invention relates to a key-optimized multidirectional cardiac defibrillation device and its method of use.
Antecedentes da Invenção  Background of the Invention
As doenças cardiovasculares têm sido responsáveis por mais de 30% da taxa de mortalidade humana nos últimos anos (Ministério da Saúde, 2008; World Health Organization, 2004; American Heart Association, 2011). A anomalia do ritmo cardíaco conhecida como fibrilação ventricular (FV) é um tipo de arritmia com alto potencial de letalidade, e a principal responsável pela morte súbita decorrente de parada cardíaca. Portanto, o estudo dos mecanismos associados a este tipo de arritmia e de abordagens terapêuticas para sua reversão é de fundamental importância.  Cardiovascular diseases have been responsible for more than 30% of the human mortality rate in recent years (Ministry of Health, 2008; World Health Organization, 2004; American Heart Association, 2011). The cardiac rhythm abnormality known as ventricular fibrillation (VF) is a type of arrhythmia with high lethality potential, and the main cause of sudden death due to cardiac arrest. Therefore, the study of the mechanisms associated with this type of arrhythmia and the therapeutic approaches for its reversal is of fundamental importance.
O principal mecanismo envolvido na manutenção da FV é o da reentrância, em que uma onda de despolarização, ao se propagar, encontra, por exemplo, áreas eletricamente refratárias, o que resulta em divisão da onda e propagação reentrante em circuitos de relativa estabilidade. De modo geral, a reentrância é favorecida pelo aumento da dispersão espacial de refratariedade . A existência de diversas pequenas ondas de despolarização se propagando ao mesmo tempo em diferentes direções, em diferentes regiões do músculo cardíaco, sustentam a fibrilação e o ritmo irregular . The main mechanism involved in the maintenance of VF is the recess, where a wave of depolarization, when propagated, finds, for example, electrically refractory, which results in wave division and reentrant propagation in relatively stable circuits. In general, the recess is favored by the increased spatial dispersion of refractoriness. The existence of several small waves of depolarization spreading simultaneously in different directions, in different regions of the heart muscle, support fibrillation and irregular rhythm.
Os mecanismos que iniciam e mantêm a FV incluem alterações de excitação (atividade ectópica) e de propagação (reentrância), que podem estar combinadas. Por exemplo, Pogwizd & Corr', no trabalho intitulado "Mechanisms underlying the development of ventricular fibrillation during early yocardial ischemia" publicado na Circ Res, 66: 672-695 em 1990, propuseram que a geração de circuitos reentrantes na isquemia miocárdica possa estar associada à ocorrência de atraso da condução intramural, que permitiria a reexcitação de células de regiões adjacentes cuja excitabilidade já teria sido recuperada, causando uma ativação ectópica. Por outro lado, este mesmo fenómeno favoreceria reentrância transmural, que sustentaria a FV. The mechanisms that initiate and maintain VF include arousal (ectopic activity) and propagation (recess) changes, which may be combined. For example, Pogwizd & Corr ' , in a paper entitled "Mechanisms underlying the development of ventricular fibrillation during early yocardial ischemia" published in Circ Res, 66: 672-695 in 1990, proposed that the generation of reentrant circuits in myocardial ischemia may be associated. the occurrence of intramural conduction delay, which would allow the reexcitation of cells from adjacent regions whose excitability would have already been recovered, causing an ectopic activation. On the other hand, this same phenomenon would favor transmural indentation, which would support the VF.
Para a reversão do quadro de FV, a desfibrilação elétrica é o único procedimento terapêutico disponível atualmente, vide trabalho de Koster e colaboradores, intitulado "Definition of successful defibrillation" publicado na Crit Care Med, 34: 423-426 em 2006. Segundo este trabalho, este procedimento consiste na aplicação de um estímulo elétrico de alta potência ao coração, diretamente ou através do tórax. A corrente elétrica que flui pelo coração é função da energia do choque e da impedância dos tecidos . Os principais fatores que determinam a impedância incluem o tamanho do eletrodo e o acoplamento adequado com a superfície cardíaca (no caso da desfibrilação direta) . For reversal of VF, electrical defibrillation is the only therapeutic procedure available today, see work by Koster and colleagues, entitled "Definition of successful defibrillation" published in Crit Care Med, 34: 423-426 in 2006. According to this work, this procedure consists of applying a high-powered electrical stimulus to the heart, either directly or through the chest. The electric current that flows through the heart is a function of shock energy and tissue impedance. Major factors that determine impedance include electrode size and proper coupling with the cardiac surface (in the case of direct defibrillation).
A desfibrilação ventricular é reconhecida como um evento de natureza probabilística, contudo, uma maior intensidade do choque está associada com uma maior percentagem de sucesso desfibrilatório, segundo os trabalhos de Chen e colaboradores, intitulado "Current concepts of ventricular defibrillation" publicado no J Cardiovasc Electrophysiol , 9: 553-562 em 1998 e de Chattipakorn & Chattipakorn, intitulado Ventricular defibrillation is recognized as a probabilistic event, however, a higher intensity of shock is associated with a higher percentage of defibrillation success, according to the work of Chen and colleagues entitled "Current concepts of ventricular defibrillation" published in J Cardiovasc Electrophysiol. , 9: 553-562 in 1998 and Chattipakorn & Chattipakorn entitled
"Electrophysiological concept of ventricular defibrillation mechanism" publicado no J Med Assoe Thai, 87: 1394-1401 em 2004. "Electrophysiological concept of ventricular defibrillation mechanism" published in J Med Assoe Thai, 87: 1394-1401 in 2004.
0 sucesso da desfibrilação também depende da rapidez com que o ritmo cardíaco normal é reestabelecido, uma vez que se relaciona inversamente com a duração do evento fibrilatório, com a probabilidade de óbito após o início da arritmia aumentando em 10% para cada minuto sem tratamento. Defibrillation success also depends on how quickly the normal heart rate is restored as it relates inversely to the duration of the event. fibrillation, with the probability of death after the onset of arrhythmia increasing by 10% for each minute without treatment.
Os desfibriladores são equipamentos eletromédicos destinados a gerar e aplicar choques intensos e breves de corrente elétrica, por meio de eletrodos posicionados diretamente na musculatura cardíaca, ou indiretamente através do tórax, com o objetivo de reverter arritmias.  Defibrillators are electromedical equipment designed to generate and apply intense and brief shocks of electrical current through electrodes positioned directly on the cardiac musculature, or indirectly through the thorax, in order to reverse arrhythmias.
Estes equipamentos são classificados de acordo com a forma de onda de saída, como monofásicos (onda senóide amortecida) ou bifásicos (onda exponencial truncada ou retilínea) . Seu funcionamento baseia-se no armazenamento de energia elétrica em um capacitor, com tensões de carga que variam de acordo com o valor da capacitância, e a manutenção desta condição de carga até o momento determinado para a descarga.  These devices are classified according to the output waveform as single phase (damped sine wave) or biphasic (truncated or rectilinear exponential wave). Its operation is based on the storage of electric energy in a capacitor, with charge voltages that vary according to the capacitance value, and the maintenance of this charge condition until the time determined for discharge.
Schwarz recomenda em seu trabalho intitulado "Biphasic shocks compared with monophasic damped sine wave shocks for direct ventricular defibrillation during open heart surgery" publicado na Anesthesiology, 98: 1063-1069 em 2003 que a energia para começar a desfibrilação transtorácica monofásica deve ser de 200 J e não exceder 360 J, enquanto que, com a forma de onda bifásica, são utilizados menores valores de energia (<200 J) , com equivalente ou superior efetividade. Para as descargas aplicadas diretamente ao coração, os equipamentos são projetados para limitar a energia em 50 J, para evitar maiores danos ao miocárdio. Schwarz recommends in his paper entitled "Biphasic shocks compared with monophasic damped sine wave shocks for direct ventricular defibrillation during open heart surgery" published in Anesthesiology, 98: 1063-1069 in 2003 that the energy to begin single-phase transthoracic defibrillation should be 200 J and do not exceed 360 J, whereas with the biphasic waveform, lower energy values (<200 J) with equivalent or greater effectiveness are used. For discharges applied directly to the At the heart, the equipment is designed to limit the power to 50 J to prevent further damage to the myocardium.
A calibração do desfibrilador é comumente realizada de acordo com a energia dissipada sobre uma carga resistiva de 50 Ω, correspondente à impedância cardíaca e/ou torácica.  Defibrillator calibration is commonly performed according to the energy dissipated over a 50 resist resistive load, corresponding to cardiac and / or thoracic impedance.
A estratégia considerada mais efetiva para terminar a FV é a aplicação de um choque elétrico intenso, segundo o trabalho de Dosdall e colaboradores, intitulado "Mechanisms of defibrillation" publicado no Annu Rev Biomed Engin, 12: 233-258 em 2010. Contudo, a aplicação de campos elétricos (E) de alta intensidade pode provocar efeitos indesejados, como depressão da função contrátil e lesão celular, provavelmente devido à eletroporação da membrana dos miócitos cardíacos e subsequente sobrecarga celular de Ca2+, como é descrito nos trabalhos de Tung intitulado "Detrimental effects of electric fields on cardiac muscle" publicado na Proc IEEE, 84: 366-378 em 1996; Krauthamer & Jones, intitulado "Calcium dynamics in cultured heart cells exposed to defibrillator-type electric shocks" publicado na Life Sei, 60: 1977-1985 em 1997; Soares no trabalho intitulado "Comprometimento Contrátil do Tecido Cardíaco Isolado após Estimulação com Campo Elétrico de Alta Intensidade. 74 p. Dissertação de Mestrado em Engenharia Biomédica pela Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação da Unicamp, Campinas, SP em 2003 e no trabalho de Oliveira e colaboradores, intitulado "Cytosolic Ca2+ accumulation in ventricular myocytes after stimulation with high-intensity electric fields (HEF) " publicado na Biophys J, 88 (suppl. 1), abstr 1514 em 2005. The most effective strategy for ending VF is the application of an intense electric shock, according to the work of Dosdall et al. Entitled "Mechanisms of defibrillation" published in Annu Rev Biomed Engin, 12: 233-258 in 2010. However, the The application of high intensity electric fields (E) can cause undesirable effects, such as depression of contractile function and cell damage, probably due to electroporation of the cardiac myocyte membrane and subsequent Ca 2+ cell overload, as described in Tung's work entitled "Detrimental effects of electric fields on cardiac muscle" published in Proc IEEE, 84: 366-378 in 1996; Krauthamer & Jones, entitled "Calcium dynamics in cultured heart cells exposed to defibrillator-type electric shocks" published in Life Sci, 60: 1977-1985 in 1997; Soares in a paper entitled "Contractile Commitment of Isolated Cardiac Tissue after High Intensity Electric Field Stimulation." 74 P. Master's Degree in Biomedical Engineering by the Faculty of Electrical and Computation of Unicamp, Campinas, SP in 2003 and in the paper by Oliveira and collaborators entitled "Cytosolic Ca 2+ accumulation in ventricular myocytes after stimulation with high-intensity electric fields (HEF)" published in Biophys J, 88 (suppl. 1) , abstr 1514 in 2005.
É importante ressaltar que a sobrecarga de Ca2+ pode gerar atividade espontânea em miócitos, gerando focos ectópicos. Além disso, a indução de despolarização persistente e/ou lesão celular em certas regiões pode favorecer a formação de bloqueios de condução que podem levar a um novo circuito de reentrância arritmogênico para perpetuação da arritmia, podendo contribuir para o insucesso da desfibrilação . Importantly, Ca 2+ overload can generate spontaneous activity in myocytes, generating ectopic foci. In addition, induction of persistent depolarization and / or cell damage in certain regions may favor the formation of conduction blocks that may lead to a new arrhythmogenic recess circuit for arrhythmia perpetuation, which may contribute to the failure of defibrillation.
A patente norte-americana US 7,096,063, depositada em 19 de março de 2004 em nome de MEDTRONIC, INC. e intitulada "Method and apparatus for delivering multi- directional defibrillation waveforms" descreve um método e dispositivo que armazena energia para a descarga através de uma pluralidade de eletrodos. No referido documento, ocorre uma sobreposição temporal, com choques simultâneos, o que pode envolver maior risco de efeitos deletérios dada a soma espacial dos vetores elétricos resultantes em regiões discretas do coração, de modo que certos conjuntos de células ficariam expostos a campos de alta intensidade, favorecendo o surgimento de bloqueio de condução e manutenção da arritmia. Além disso, no referido documento existe a possibilidade emprego de choques sequenciais sem período estabelecido para a defasagem entre a estimulação elétrica, o que pode levar a choques coincidentes ao período vulnerável do miocárdio, i.e., durante o período refratário relativo e logo após a repolarização, podendo dar origem a novas frentes de despolarização, provocando o reinício da arritmia. US Patent 7,096,063, filed March 19, 2004 in the name of MEDTRONIC, INC. and entitled "Method and apparatus for delivering multi-directional defibrillation waveforms" describes a method and device that stores energy for discharge through a plurality of electrodes. In this document, there is a temporal overlap with simultaneous shocks, which may involve a greater risk of deleterious effects given the spatial sum of the resulting electric vectors in discrete regions of the heart, so that certain sets of cells would be exposed to high intensity fields. , favoring the emergence of conduction block and arrhythmia maintenance. In addition, in that document there is the possibility of sequential shocks with no established time lag for electrical stimulation, which may lead to shocks coinciding with the vulnerable myocardial period, ie during the relative refractory period and soon after repolarization, may give rise to new depolarization fronts, causing the arrhythmia to restart.
Portanto, aperfeiçoar o procedimento estimulatório, tornando-o mais eficiente e seguro, é essencial para o tratamento eficaz de arritmias cardíacas. A estimulação multidirecional de células isoladas, buscando maximizar o efeito excitatório do campo elétrico, vem sendo estudada como uma abordagem para minimizar a intensidade do campo estimulatório; entre os trabalhos pode-se destacar Lima, intitulado: "Efeito da Direção do Campo Elétrico sobre o Limiar de Estimulação de Miócitos Ventriculares Isolados" publicado como Dissertação de Mestrado da Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação pela Unicamp, Campinas, SP em 1999 ; Bassani e colaboradores intitulado "Combining stimulus direction and waveform for optimization of threshold stimulation of isolated ventricular myocytes" publicado na Physiol Meas, 27 : 851- 863 , 2006 ; e Fonseca e colaboradores, intitulado "Estimulação multidirecional de células cardíacas: instrumentação e experimentação" apresentado no XXI Congresso Brasileiro de Engenharia Biomédica em Salvador, BA em Outubro de 2008 . Therefore, perfecting the stimulation procedure, making it more efficient and safer, is essential for the effective treatment of cardiac arrhythmias. Multidirectional stimulation of isolated cells, seeking to maximize the excitatory effect of the electric field, has been studied as an approach to minimize stimulatory field intensity; Among the works, we can highlight Lima, entitled: "Effect of Electric Field Direction on the Isolated Ventricular Myocyte Stimulation Threshold" published as Master's Dissertation of the School of Electrical and Computer Engineering by Unicamp, Campinas, SP in 1999; Bassani et al. Entitled "Combining stimulus direction and waveform for optimization of threshold stimulation of isolated ventricular myocytes" published in Physiol Meas, 27: 851- 863, 2006; and Fonseca and collaborators entitled "Multidirectional cardiac cell stimulation: instrumentation and experimentation" presented at the XXI Brazilian Congress of Biomedical Engineering in Salvador, BA in October 2008.
Esta abordagem também tem sido testada para aplicação no coração in situ, com estímulos sequenciais aplicados através de múltiplos pares de eletrodos em diferentes orientações e configurações, como destacado nos trabalhos de Chang e colaboradores, intitulado "Double and triple sequential shocks reduce ventricular defibrillation threshold in dogs with and without myocardial infarction" publicado no J Am Coll Cardiol, 8 : 1393 - 1405 em 1986 ; Jones e colaboradores, intitulado "Internai cardiac defibrillation in man: pronounced improvement with sequential pulse delivery in two different lead orientations" publicado em Circulation, 73 : 484 - 491 em 1986 ; Jones e colaboradores, intitulado n Internai cardiac defibrillation: single and sequential pulses and a variety of lead orientations" publicado em Pacing Clin Electrophysiol , 1 : 583 - 591 em 1988 ; Exner e colaboradores, intitulado " Combination biphasic waveform plus sequential pulse defibrillation improves defibrillation efficacy of a nonthoracotomy lead system" publicado em J" Am Coll Cardiol, 23 : 317 - 322 em 1994 ; Kerber e colaboradores, intitulado "Overlapping sequential pulses: a new waveform for transthoracic defibrillation" publicado em Circulation, 89: 2369-2379 em 1994; Thakur e colaboradores, intitulado " irect comparison of monophasic, biphasic and sequential pulse defibrillation over a single current pathway" publicado em Can J Cardiol, 12: 407-411 em 1996; Pagan- Carlo e colaboradores, intitulado "Encircling overlapping multipulse shock waveforms for transthoracic defibrillation" publicado em J Am Coll Cardiol, 32: 2065- 2071 em 1998; Zheng e colaboradores, intitulado "Reduction of the internai atrial defibrillation threshold with balanced orthogonal sequential shocks" publicado em J Cardiovasc Electrophysiol , 13: 904-909 em 2002. No entanto, nestes casos, o intervalo entre os choques em diferentes direções não tem sido levado em conta. This approach has also been tested for application in the heart in situ, with sequential stimuli applied across multiple electrode pairs in different orientations and configurations, as highlighted in the work of Chang and colleagues entitled "Double and triple sequential shocks reduce ventricular defibrillation threshold in dogs with and without myocardial infarction "published in the J Am Coll Cardiol, 8: 1393 - 1405 in 1986; Jones et al., Entitled "Internai cardiac defibrillation in man: pronounced improvement with sequential pulse delivery in two different lead orientations" published in Circulation, 73: 484 - 491 in 1986; Jones et al., Titled n Internai cardiac defibrillation: single and sequential pulses and a variety of lead orientations "published in Pacing Clin Electrophysiol, 1: 583 - 591 in 1988; Exner et al., Titled" Combination biphasic waveform plus sequential pulse defibrillation improves defibrillation nonthoracotomy efficacy of a lead system "published in J" Am Coll Cardiol, 23: 317-322 1994; Kerber et al. Entitled "Overlapping sequential pulses: a new waveform for transthoracic defibrillation" published in Circulation, 89: 2369-2379 in 1994; Thakur et al., Entitled "Irect Comparison of Monophasic, Biphasic, and Sequential Pulse Defibrillation over a Single Current Pathway" published in Can J Cardiol, 12: 407-411 in 1996; Pagan-Carlo et al., Entitled "Encircling overlapping multipulse shock waveforms for transthoracic defibrillation" published in J. Am Coll Cardiol, 32: 2065-2071 in 1998; Zheng et al. Entitled "Reduction of the internal atrial defibrillation threshold with balanced orthogonal sequential shocks" published in J Cardiovasc Electrophysiol, 13: 904-909 in 2002. However, in these cases, the interval between shocks in different directions has not been taken in consideration.
Fonseca e colaboradores, no trabalho de 2008, demonstraram que a aplicação de choques multidirecionais , chaveados num intervalo curto o suficiente para não exceder a duração do PA ventricular (rato) , produziu recrutamento excitatório comparável ou até superior àquele obtido pela aplicação de choques em diversas direções com intervalo > 2 s .  Fonseca et al., In their 2008 paper, demonstrated that the application of multidirectional shocks, keyed short enough to not exceed the duration of ventricular (rat) BP, produced excitatory recruitment comparable to or even greater than that of shocks in several directions with range> 2 s.
Como pode ser observado nenhum documento do estado da técnica descreve ou muito menos sugere abordagens utilizando a desfibrilação multidirecional com chaveamento otimizado, ou seja, com a descarga desfibrilatória aplicadas em diferentes direções e chaveadas de modo que a sequência dure menos que o período refratário do tecido miocárdico. As can be seen no prior art document describes or much less suggests using the optimized keyed multidirectional defibrillation, ie with the defibrillatory discharge applied in different directions and keyed so that the sequence lasts less than the refractory period of myocardial tissue.
Sumário da Invenção  Summary of the Invention
Para solucionar os problemas acima mencionados, a presente invenção propiciará vantagens significativas em relação aos dispositivos existentes para desfibrilação cardíaca, possibilitando um aumento do seu desempenho e apresentando uma relação custo/benefício mais favorável.  To solve the aforementioned problems, the present invention will provide significant advantages over existing cardiac defibrillation devices, enabling an increase in their performance and having a more favorable cost / benefit ratio.
A presente invenção se refere a um dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional capaz de aplicar choques sequenciais mono ou bifásicos em três diferentes direções, pela passagem de corrente elétrica através de três pares de eletrodos estrategicamente separados num período menor que 100 ms .  The present invention relates to a multidirectional cardiac defibrillation device capable of delivering mono- or biphasic sequential shocks in three different directions by passing electric current through three strategically separated electrode pairs within a period of less than 100 ms.
A alimentação do dispositivo da presente invenção foi feita por uma fonte de tensão DC, constituída por uma bateria recarregável chumbo-ácida selada. O circuito foi composto por um regulador de tensão que garantiu +5 V ao circuito de controle e de interface do equipamento com o utilizador, e por uma fonte chaveada responsável por elevar a tensão aos níveis requeridos para carga de três capacitores no qual armazenavam a descarga desfibrilatoria . Cada capacitor realizava a descarga da energia a cada direção . The power supply of the device of the present invention was powered by a DC voltage source consisting of a sealed lead acid rechargeable battery. The circuit consisted of a voltage regulator that provided +5 V to the control circuit and the interface of the equipment with the user, and a switching power supply responsible for raising the voltage to the required load levels of three. capacitors in which they stored the defibrillatory discharge. Each capacitor discharged energy in each direction.
Breve Descrição dos Desenhos  Brief Description of the Drawings
A estrutura e operação da presente invenção, juntamente com suas vantagens adicionais, pode ser melhor entendida mediante referência aos desenhos em anexo e a seguinte descrição:  The structure and operation of the present invention, together with its additional advantages, may be better understood by reference to the accompanying drawings and the following description:
A Figura 1 mostra um diagrama em blocos do dispositivo de desfibrilação multidirecional da presente invenção;  Figure 1 shows a block diagram of the multidirectional defibrillation device of the present invention;
A Figura 2 mostra um circuito esquemático da fonte de alimentação e fonte chaveada do dispositivo de desfibrilação multidirecional da presente invenção;  Figure 2 shows a schematic circuit of the power supply and switching source of the multidirectional defibrillation device of the present invention;
A Figura 3 mostra um circuito esquemático de controle do desfibrilador multidirecional do dispositivo de desfibrilação multidirecional da presente invenção;  Figure 3 shows a schematic control circuit of the multidirectional defibrillator of the multidirectional defibrillation device of the present invention;
A Figura 4 mostra um circuito de chaveamento, com exemplo para a orientação 0o do dispositivo de desfibrilação multidirecional da presente invenção; Figure 4 shows a switching circuit, for example the multidirectional orientation 0 defibrillation device of the present invention;
A Figura 5 mostra um gráfico do pulso de disparo para Figure 5 shows a clock graph for
20 ms, para ativação do chaveamento da descarga desfibrilatoria nas direções 0o, 60° e 120; 20 ms for the activation of the switching desfibrilatoria discharge in the directions 0, 60 and 120 °;
A figura 6 mostra o circuito completo do dispositivo de desfibrilação multidirecional da presente invenção; A Figura 7 mostra os eletrodos, na forma de discos côncavos, formados por uma calota esférica, parte de uma esfera cortada por um plano; Figure 6 shows the complete circuit of the multidirectional defibrillation device of the present invention; Figure 7 shows the electrodes, in the form of concave discs, formed by a spherical cap, part of a sphere cut by a plane;
As Figuras 8A, 8B, 8C, 8D, 8E e 8F mostram a peça de sustentação dos eletrodos, desenvolvida por prototipagem com material plástico em policarbonato/abs para a presente invenção;  Figures 8A, 8B, 8C, 8D, 8E and 8F show the electrode support piece developed by prototyping with polycarbonate / abs plastic material for the present invention;
A Figura 9 mostra as formas de onda da descarga desfibrilatória nas modalidades monodirecional (à esquerda) e multidirecional (à direita), com duração de 30 ms, para os níveis de energia de 1 a 7J (indicados em cada painel;  Figure 9 shows the 30-ms monodirectional (left) and multidirectional (right) defibrillatory discharge waveforms for energy levels 1 to 7J (indicated on each panel;
A Figura 10 mostra as formas de onda da descarga desfibrilatória nas modalidades monodirecional (à esquerda) e multidirecional (à direita) , com duração de 20 ms, para os níveis de energia de 1 a 7J (indicados em cada painel) .  Figure 10 shows the 20-ms monodirectional (left) and multidirectional (right) defibrillatory discharge waveforms for energy levels 1 to 7J (indicated on each panel).
As Figuras 11A e 11B mostram gráficos das curvas de probabilidade de desfibrilação em função da energia aplicada (J) , obtidas da desfibrilação nas modalidades mono e multidirecional em coração de porcos (tórax aberto) , utilizando pulsos desfibrilatórios de 30 (A) e 20 ms de duração (B) . Os pontos indicam as médias e respectivos valores de erro-padrão;  Figures 11A and 11B show graphs of defibrillation probability curves as a function of applied energy (J) obtained from single- and multi-directional pig heart (open chest) defibrillation using 30 (A) and 20 ms defibrillatory pulses duration (B). The dots indicate the means and their standard error values;
A Figura 12 mostra um gráfico das curvas de probabilidade de desfibrilação em função da energia aplicada (J) , obtidas da desfibrilação mono e multidirecional em 6 animais nos quais foi possível utilizar o design pareado. Os pontos indicam as médias e respectivos valores de erro-padrão; Figure 12 shows a graph of the defibrillation probability curves as a function of energy applied (J), obtained from mono and multidirectional defibrillation in 6 animals in which the paired design could be used. The dots indicate the means and their standard error values;
A Figura 13 mostra os níveis de energia necessários para diferentes probabilidades de sucesso na desfibrilação cardíaca, determinados nos mesmos animais com choques mono e multidirecionais . Os dados estão apresentados como média ± erro padrão. * P< 0,05 vs . choque monodirecional ; e  Figure 13 shows the energy levels required for different probabilities of success in cardiac defibrillation determined in the same animals with mono and multidirectional shocks. Data are presented as mean ± standard error. * P <0.05 vs. monodirectional shock; and
A figura 14 mostra um diagrama em blocos do circuito de alimentação do dispositivo para desfibrilação cardíaca multidirecional com chaveamento otimizado da presente invenção ;  Figure 14 shows a block diagram of the power circuit of the optimized keyed multidirectional cardiac defibrillation device of the present invention;
Anexo 1 (A, B e C) mostra o dispositivo de desfibrilação multidirecional da presente invenção desenvolvido para aplicação de pulsos desfibrilatórios em três direções; e  Annex 1 (A, B and C) shows the multidirectional defibrillation device of the present invention developed for application of defibrillatory pulses in three directions; and
Anexo 2 mostra as manoplas de desfibrilação, cada uma com um arco no qual se localizam 3 eletrodos metálicos em forma de disco côncavo, botões de carga (verde) e disparo (vermelho) e cabo elétrico espiralado com conector.  Annex 2 shows the defibrillation gauntlets, each with an arc in which are located 3 concave disc-shaped metal electrodes, charge (green) and trigger (red) buttons, and coiled cable with connector.
Descrição Detalhada da Invenção Detailed Description of the Invention
Embora a presente invenção possa ser suscetível a diferentes modalidades, é mostrada nos desenhos e na seguinte discussão detalhada, uma modalidade preferida com o entendimento de que a presente modalidade deve ser considerada uma exemplificação dos princípios da invenção e não pretende limitar a presente invenção ao que foi ilustrado e descrito aqui. Although the present invention may be susceptible to different embodiments, it is shown in the drawings and in the Following detailed discussion, a preferred embodiment with the understanding that the present embodiment is to be considered an exemplification of the principles of the invention and is not intended to limit the present invention to that illustrated and described herein.
A efetividade do campo elétrico em estimular uma célula é maior quando este se orienta paralelamente ao eixo maior da célula. No coração, as células estão dispostas em diferentes orientações, portanto, um estímulo em uma dada direção deverá excitar apenas um conjunto de células. Para excitação mais generalizada, é necessário aumentar a intensidade do estímulo elétrico.  The effectiveness of the electric field in stimulating a cell is greatest when it is oriented parallel to the major axis of the cell. In the heart, the cells are arranged in different orientations, so a stimulus in a given direction should excite only one set of cells. For more widespread arousal, it is necessary to increase the intensity of the electrical stimulus.
Com a estimulação em mais de uma direção (multidirecional ) , é possível excitar um número maior de células com uma menor intensidade do estímulo. No caso da desfibrilação cardíaca, na qual usualmente se emprega choques fortes que podem lesar o miocárdio, a redução da intensidade do choque pela estimulação multidirecional implica em maior segurança no processo de desfibrilação .  With stimulation in more than one direction (multidirectional), it is possible to excite a larger number of cells with a lower stimulus intensity. In the case of cardiac defibrillation, which usually employs strong shocks that can damage the myocardium, reducing the intensity of shock by multidirectional stimulation implies greater safety in the defibrillation process.
Uma causa reconhecida de insucesso na desfibrilação elétrica é a excitação de células no chamado período vulnerável, o que favorece a reinstalação da fibrilação ventricular pelo próprio choque desfibrilatório . Com a aplicação de choques multidirecionais num período inferior à duração do período refratário miocárdico, quando a célula pouco excitável eletricamente, o reinício da fibrilação é minimizado, o que aumenta e eficiência da desfibrilação . Isto significa maior recrutamento de células sem re- excitação. A recognized cause of failure in electrical defibrillation is the excitement of cells in the so-called vulnerable period, which favors the resettlement of ventricular fibrillation by defibrillation shock itself. With the application of multidirectional shocks in a shorter period to the duration of the myocardial refractory period, when the cell is not electrically excitable, the restart of fibrillation is minimized, which increases and defibrillation efficiency. This means greater cell recruitment without re-excitation.
Os resultados obtidos por meio de uma modalidade de desfibrilação da presente invenção mostraram que a desfibrilação multidirecional com chaveamento otimizado permitiu a redução significativa do nível de energia aplicada, o que é esperado reduzir a incidência e severidade dos efeitos deletérios causados pelos campos elétricos de alta intensidade utilizados para desfibrilação cardíaca, e assim contribuir para maior sucesso na desfibrilação (diminuindo a probabilidade de reincidência da arritmia) e menor grau de lesão miocárdica.  The results obtained by a defibrillation modality of the present invention showed that the optimized switching multidirectional defibrillation allowed a significant reduction of the applied energy level, which is expected to reduce the incidence and severity of the deleterious effects caused by the high intensity electric fields. used for cardiac defibrillation, thus contributing to greater defibrillation success (decreasing the likelihood of arrhythmia recurrence) and a lower degree of myocardial injury.
A técnica desenvolvida para desfibrilação cardíaca, por meio de um desfibrilador multidirecional da presente invenção, se baseia na aplicação defasada de choques em 3 direções diferentes, de modo a recrutar eletricamente mais células do miocárdio, porém o processo de estimulação, que tem duração inferior à do período refratário, é breve o suficiente para que as células sejam excitadas por apenas 1 dos choques. Além disso, o dispositivo desenvolvido pela presente invenção permite que a desfibrilação multidirecional com chaveamento otimizado seja aplicada usando-se um único desfibrilador portátil (vs. vários desfibriladores acoplados por um dispositivo sincronizador) e um único par de manoplas/pás (em contraposição a múltiplos pares de eletrodos fixados ao coração) , o que facilita a utilização deste método na condição clínica. The technique developed for cardiac defibrillation using a multidirectional defibrillator of the present invention is based on the delayed delivery of shocks in 3 different directions to electrically recruit more myocardial cells, but the stimulation process, which lasts less than of the refractory period, is brief enough that the cells are excited by only 1 of the shocks. In addition, the device developed by the present invention allows defibrillation multi-directional optimized switching is applied using a single portable defibrillator (vs. multiple defibrillators coupled by a synchronizer device) and a single pair of gauges / paddles (as opposed to multiple pairs of heart-attached electrodes), which facilitates use of this method in the clinical condition.
Portanto, a sucessão de choques multidirecionais com defasagem otimizada permite a rápida excitação de células com diferentes orientações, de modo a garantir que o miocárdio não seja estimulado no período de vulnerabilidade, e que se a célula cardíaca for excitada por um dado estímulo, não responderá aos próximos, durante o mesmo ciclo estimulatório, minimizando desta forma, o surgimento de bloqueio de condução e reexcitação. A não sobreposição temporal dos estímulos evita a soma de vetores elétricos, evitando a geração de campos muito elevados sobre uma dada região do miocárdio.  Therefore, the succession of multi-directional shocks with optimized lag allows rapid excitation of cells with different orientations to ensure that the myocardium is not stimulated during the period of vulnerability and that if the cardiac cell is excited by a given stimulus, it will not respond. others during the same stimulatory cycle, thus minimizing the onset of conduction block and reexcitation. The non temporal overlap of the stimuli avoids the sum of electric vectors, avoiding the generation of very high fields over a given myocardial region.
A desfibrilação multidirecional com chaveamento otimizado da presente invenção é um processo pelo qual são aplicados choques em mais de uma direção, chaveados com defasagem de milissegundos, de modo que a sequência dure menos que o período refratário miocárdico.  Optimized multi-directional defibrillation of the present invention is a process whereby shocks in more than one direction are keyed with millisecond lag so that the sequence lasts less than the myocardial refractory period.
O dispositivo de desfibrilação multidirecional desenvolvido pela presente invenção é capaz de aplicar choques sequenciais mono ou bifásicos em três diferentes direções, pela passagem de corrente elétrica através de três pares de eletrodos estrategicamente separados num período menor que 100 ms . The multidirectional defibrillation device developed by the present invention is capable of applying single or two-phase sequential shocks in three different directions by passing electric current through three strategically separated electrode pairs within a period of less than 100 ms.
A alimentação do equipamento foi feita por uma fonte de tensão DC, constituída por uma bateria recarregável chumbo-ácida selada. O circuito foi composto por um regulador de tensão que garantiu +5 V ao circuito de controle e de interface do equipamento com o utilizador, e por uma fonte chaveada responsável por elevar a tensão aos níveis requeridos para carga de três capacitores no qual armazenavam a descarga desfibrilatória . Cada capacitor realizava a descarga da energia em uma direção.  The equipment was powered by a DC voltage source consisting of a sealed lead-acid rechargeable battery. The circuit consisted of a voltage regulator that provided +5 V to the control circuit and the interface of the equipment with the user, and a switched source responsible for raising the voltage to the required charging levels of three capacitors in which the discharge was stored. defibrillation. Each capacitor discharged the energy in one direction.
Um microcontrolador é responsável por gerar pulsos sequenciais de disparo (pulsos retangulares de tensão, 5 V) para o acionamento de chaves semicondutoras que permitiram realizar a descarga do choque desfibrilatório nas três direções. Os pulsos eram gerados de modo a acionar com uma pequena defasagem o chaveamento a cada par de eletrodos. A cada comando de disparo, apenas uma sequência de pulsos é gerada. 0 circuito de chaveamento é constituído por três chaves eletrônicas (triacs) que, quando acionadas pelos pulsos de disparo no gate, realizam a descarga da tensão armazenada nos capacitores, permitindo, desta maneira, a passagem de corrente elétrica através do coração em cada direção de estimulação. A condução da corrente é limitada apenas a duração do pulso de disparo. A microcontroller is responsible for generating sequential firing pulses (rectangular voltage pulses, 5 V) for the activation of semiconductor switches that allowed the defibrillatory shock to be discharged in all three directions. The pulses were generated in such a way as to trigger with a slight lag the switching on each pair of electrodes. With each trigger command, only one pulse sequence is generated. The switching circuit consists of three electronic switches (triacs) which, when triggered by the gate clocks, discharge the voltage stored in the capacitors, thus allowing the passage of electric current through the heart in each direction of stimulation. Current conduction is limited to clock duration only.
Transformadores de pulso foram utilizados para garantir o disparo dos triacs quando é mantida em uma de suas entradas um trem de pulsos de frequência de 1 kHz proveniente do circuito de controle, e também, para isolar eletricamente o circuito de controle do circuito de potência a ser acionado.  Pulse transformers were used to ensure triacs trip when a 1 kHz pulse train from the control circuit is maintained in one of its inputs, and also to electrically isolate the control circuit from the power circuit to be triggered.
Para desfibrilação direta ( i . e . , contato dos eletrodos com a superfície do coração, na condição de tórax aberto) , foi desenvolvido um modelo de manopla/pá que apresenta, cada uma, 3 (três) eletrodos em forma de discos côncavos, de aço inoxidável cirúrgico 304, polido e escovado, com espessura de 1 mm. Cada eletrodo foi fixado a um eixo de sustentação preso a um arco, que contém canaletas internas para passagem dos fios. A base de sustentação dos eletrodos foi desenvolvida por técnica de prototipagem, constituída de policarbonato/abs , e apresenta três orifícios de 5 mm de diâmetro para instalação dos eletrodos.  For direct defibrillation (i.e. contact of the electrodes with the heart surface under open chest condition), a handle / shovel model has been developed which each presents three (3) concave disc-shaped electrodes, 304 surgical stainless steel, polished and brushed, 1 mm thick. Each electrode was fixed to a support shaft attached to an arc, which contains internal channels for the wires to pass through. The support base of the electrodes was developed by prototyping technique, consisting of polycarbonate / abs, and has three holes of 5 mm diameter for electrode installation.
Os eletrodos laterais foram posicionados em 602 com relação ao orifício central para estabelecer as direções de aplicação dos choques. Na parte superior do orifício central, foi construída uma base circular para encaixe de um cilindro de alumínio, coberto com pintura eletrostática, com a finalidade de acoplamento da peça com os eletrodos à manopla de pega, para proteger a fiação ligada aos eletrodos, bem como para alongar a peça e assim facilitar o manuseio dos eletrodos no interior da cavidade torácica. As manoplas de pega foram projetadas para minimizar a possibilidade de contato do operador com os eletrodos e as partes condutivas, e continham um botão para acionar o carregamento dos capacitores e outro para acionar o disparo da descarga. Para ligação do contato entre todos os eletrodos e das chaves ao desfibrilador, foram utilizados dois cabos elétricos espiralados através de conectores de 5 vias . The lateral electrodes were positioned at 60 2 with respect to the central hole to establish the directions of application of the shocks. In the upper part of the central hole, a circular base for an aluminum cylinder, covered with electrostatic paint, for the purpose of coupling the part with the electrodes to the handle to protect the wiring connected to the electrodes, as well as to lengthen the part and thus facilitate the handling of the electrodes inside the cavity. thoracic The grip handles were designed to minimize the possibility of operator contact with the electrodes and conductive parts, and contained a button to trigger the charging of capacitors and another to trigger the discharge tripping. To connect the contact between all electrodes and switches to the defibrillator, two coiled electrical cables through 5-way connectors were used.
Modalidade Preferencial da Presente Invenção  Preferred Modality of the Present Invention
Desfibrilador multidirecional Multidirectional defibrillator
O desfibrilador multidirecional da presente invenção foi desenvolvido com base no circuito de chaveamento que permite a estimulação elétrica de miócitos ventriculares isolados em 3 direções e ângulo de separação de 60°, tal como no trabalho de Fonseca e colaboradores intitulado: "Estimulação multidirecional de células cardíacas: instrumentação e experimentação" apresentado no XXI Congresso Brasileiro de Engenharia Biomédica. Salvador, BA em outubro de 2008 e incorporado aqui em sua totalidade por referência, bem como no protótipo de um desfibrilador convencional que fornece descarga desfibrilatória interna senoidal monofásica amortecida, apresentado no trabalho de Viana intitulado: "'Montagem de Protótipo de Desfibrilador e Análises Experimentais em Cães Anestesiados" - Trabalho de Conclusão de Curso em Engenharia Elétrica - Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, Poços de Caldas, MG. 2007, também incorporado aqui em sua totalidade por referência . The multidirectional defibrillator of the present invention was developed based on the switching circuit that allows electrical stimulation of isolated ventricular myocytes in 3 directions and 60 ° separation angle, as in the work of Fonseca et al. Entitled: "Multidirectional cardiac cell stimulation" : instrumentation and experimentation "presented at the 21st Brazilian Congress of Biomedical Engineering. Salvador, BA in October 2008 and incorporated herein in its entirety by reference, as well as in the prototype of a conventional defibrillator that provides cushioned single-phase internal sinusoidal defibrillation discharge, presented in Viana's paper entitled: "'Defibrillator Prototype Assembly and Experimental Analysis in Anesthetized Dogs" - Electrical Engineering Degree - Pontifical Catholic University of Minas Gerais, Poços de Caldas, MG. 2007, also incorporated herein in its entirety by reference.
O dispositivo desenvolvido da presente invenção fornece pulsos de tensão com forma de onda monopolar de descarga capacitiva (RC - resistor/capacitor) e é capaz de aplicar choques: a) em uma única direção (monodirecional , i.e., como utilizado em desfibriladores convencionais), pela passagem de corrente elétrica entre apenas um par de eletrodos (um eletrodo em cada pá) ; ou b) choques sequenciais em três diferentes direções (multidirecional ) , pela passagem de corrente através de três pares de eletrodos estrategicamente separados em ângulo de 60°. O chaveamento da descarga multidirecional foi projetado para ser suficientemente rápido (total de 60-90 ms) para permitir a estimulação elétrica direta do coração nas três direções dentro do período de duração do PA cardíaco em mamíferos grandes (200 ms em suínos, à temperatura de 37 °C, como mostrado no trabalho de Roscher e colaboradores, intitulado "Effects of dopamine on porcine myocardial action potentials and contractions at 37 °C and 32 °C" publicado em Acta Anaesthesiol Scand, 45: 421-426 em 2001). Desta maneira, a maior parte das células cardíacas responde a apenas um dos estímulos aplicados. The developed device of the present invention provides capacitive discharge monopolar waveform (RC - resistor / capacitor) voltage pulses and is capable of delivering shocks: a) in a single direction (monodirectional, ie as used in conventional defibrillators), by passing electric current between only one pair of electrodes (one electrode in each paddle); or b) sequential shocks in three different directions (multidirectional) by passing current through three strategically separated electrode pairs at an angle of 60 °. Multidirectional discharge switching is designed to be fast enough (60-90 ms total) to allow direct electrical stimulation of the heart in all three directions within the duration of cardiac PA in large mammals (200 ms in swine at room temperature). 37 ° C, as shown in the work of Roscher et al. Entitled “Effects of dopamine on porcine myocardial action potentials and contractions at 37 ° C and 32 ° C” published in Acta Anaesthesiol Scand, 45: 421-426 in 2001). Thus, most cardiac cells respond to only one of the stimuli applied.
A intensidade dos pulsos desfibrilatórios foi dependente do nível de energia selecionado numa escala contínua de 0,48 a 7,31 J. A energia entregue durante um choque desfibrilatório foi calculada segundo a equação publicada nos trabalhos de Bardy e colaboradores, intitulado "Prospective comparison of sequential pulse and single pulse defibrillation with use of two different clinically available systems" publicado no J Am Col Cardiol, 14: 165-171 em 1989; e no trabalho de Dosdall & Sweeney, intitulado "Extended charge banking model of dual path shocks for implantable cardioverter defibrillators" publicado na Biomed Engin Online, 7: 22-35 em 2008, ambos trabalhos incorporados aqui em sua totalidade por referência.  The intensity of the defibrillator pulses was dependent on the energy level selected on a continuous scale from 0.48 to 7.31 J. The energy delivered during a defibrillator shock was calculated according to the equation published in the works of Bardy et al. Entitled "Prospective comparison of sequential pulse and single pulse defibrillation with use of two different clinically available systems "published in J Am Col Cardiol, 14: 165-171 in 1989; and Dosdall & Sweeney's work entitled "Extended charge banking model of dual path shocks for implantable cardioverter defibrillators" published in Biomed Engin Online, 7: 22-35 in 2008, both of which are incorporated herein by reference in their entirety.
1 ,  1 ,
Energia =— C V (equação 1 )  Energy = - C V (equation 1)
2  2
onde a Energia é dada em J, C é a capacitância (em Ρ) dos capacitores de armazenamento da energia, e V é a tensão elétrica (em V) de carga dos capacitores necessária para cada nível de energia. where Energy is given in J, C is the capacitance (in Ρ) of the energy storage capacitors, and V is the voltage capacitor load (V) required for each power level.
A Tabela 1 representa a tensão de carga requerida para os níveis de energia de 1 a 7 J utilizando capacitores com capacitância fixa de 100 μΡ. Esta capacitância foi escolhida com o propósito de reduzir a tensão de carga necessária para cada nível de energia e, consequentemente, diminuir o campo elétrico ( E, em V/cm) aplicado e o pico de corrente durante a desfibrilação, minimizando deste modo, possíveis danos ao miocárdio. Porém, o equipamento pode utilizar diferentes capacitores para gerar diferentes níveis de tensão elétrica.  Table 1 represents the charge voltage required for power levels from 1 to 7 J using capacitors with fixed capacitance of 100 μΡ. This capacitance was chosen with the purpose of reducing the charge voltage required for each energy level and, consequently, reducing the applied electric field (E, in V / cm) and the peak current during defibrillation, thus minimizing possible damage to the myocardium. However, the equipment may use different capacitors to generate different levels of electrical voltage.
A Tabela 1 mostra a tensão de carga dos capacitores calculada (equação 1) para níveis energia a ser selecionados para a descarga desfibrilatória direta, e a respectiva corrente elétrica X, calculada pela lei de Ohm (V = R . I) , onde R = 50 Ω, para simular a impedância do coração de acordo com Associação Brasileira de Normas Técnicas .  Table 1 shows the capacitor charge voltage calculated (equation 1) for energy levels to be selected for direct defibrillation discharge, and the respective electric current X, calculated by Ohm's law (V = R. I), where R = 50 Ω, to simulate heart impedance according to the Brazilian Association of Technical Standards.
Energia (J) Tensão de carga (V) Corrente  Energy (J) Charge Voltage (V) Current
1,0 141, 4 2, 8  1.0 141.4 2.8
2,0 200, 0 4,0  2.0 200.0 4.0
3,0 244, 9 4,9 4,0 282, 8 5,6 3.0 244.9 4.9 4.0 282.8 5.6
5,0 316, 2 6,3  5.0 316, 6.3
6,0 346,4 6,9  6.0 346.4 6.9
7,0 374,1 7,4  7.0 374.1 7.4
O desfibrilador multidirecional , como monstrado no diagrama em blocos da Figura 1, consiste de uma fonte de alimentação que fornece uma tensão regulada aos circuitos de controle e de interface do equipamento, além de fornecer a tensão de carga dos capacitores, de acordo com o nível de energia selecionado (Tabela 1) .  The multi-directional defibrillator, as shown in the block diagram of Figure 1, consists of a power supply that supplies a regulated voltage to the control and interface circuits of the equipment, as well as providing the capacitor charging voltage according to the level. selected power (Table 1).
O circuito de isolação foi projetado para garantir o isolamento elétrico entre o circuito de baixa tensão (circuito de controle) do circuito de alta potência (circuito de chaveamento) , e também garantir o acionamento do chaveamento a cada direção para o disparo da descarga desfibrilatória . Os circuitos eletrônicos correspondentes a cada um dos blocos do diagrama serão descritos a seguir: Fonte de Alimentação  The isolation circuit is designed to ensure electrical isolation between the low voltage circuit (control circuit) of the high power circuit (switching circuit), and also to ensure that the switching actuation in each direction to trigger the defibrillation discharge. The electronic circuits corresponding to each of the diagram blocks will be described as follows: Power Supply
A alimentação do dispositivo da presente invenção foi feita por uma fonte de tensão DC, constituída por uma bateria recarregável chumbo-ácida selada, regulada por válvula de 6,0 V e 4,5 Ah (mod. UP-645 Unipower, Unicoba Ind. Componentes Eletrônicos, São Paulo, SP) . Para recarga, foi utilizado um carregador eletronico para bateria selada de 6,0 VDC e 0,4 Ah (mod. FCB 64AL, Hayonik Ind. Com. Prod. Eletrônicos, Londrina, PR) . The power supply of the device of the present invention was powered by a DC voltage source consisting of a sealed, valve-regulated rechargeable lead acid battery of 6.0 V and 4.5 Ah (mod. UP-645 Unipower, Unicoba Ind. Electronic Components, São Paulo, SP). For recharging, an electronic sealed battery charger was used 6.0 V DC and 0.4 Ah (mod. FCB 64AL, Hayonik Ind. Com. Electronic Prod., Londrina, PR).
Este circuito foi composto de um regulador de tensão (mod. LM2940CT-5.0, National Semiconductor Co., Santa Clara, CA, USA) , que garantiu +5 V ao circuito de controle e de interface do equipamento com o usuário, e por uma fonte chaveada responsável por elevar a tensão aos níveis requeridos para carga dos capaçitores responsáveis pelo armazenamento da descarga desfibrilatória (0 a 382 V) . A fonte chaveada incorpora um regulador chaveado ajustável (mod. LM2577-ADJ, National Semiconductor Co., Santa Clara, CA, USA) que chaveia a corrente em elevada frequência, de forma a manter uma tensão de saída DC estabilizada. O regulador chaveado foi ligado a um transformador (mod. TR 70415, Ralp Industrial, Alvorada, RS), projetado sobre o núcleo Thornton NP-23/17-4900-IP6 para relação de espiras de 1:10, com Ni = 4 espiras, Li = 78,4 μΗ, N2 = 40 espiras, L2 = 7,84 mH, e frequência de 52 kHz) , e sua saída foi conectada a um diodo retificador rápido UF4007 (1,0 A, 1000 V, Fairchild Semiconductor, San Jose, CA, USA) , como mostrado na Figura 2. This circuit was comprised of a voltage regulator (mod. LM2940CT-5.0, National Semiconductor Co., Santa Clara, CA, USA), which provided +5 V to the control circuit and the user interface, and a switching power supply responsible for raising the voltage to the required load levels of the capacitors responsible for storing the defibrillation discharge (0 to 382 V). The switching power supply incorporates an adjustable switching regulator (mod. LM2577-ADJ, National Semiconductor Co., Santa Clara, CA, USA) that switches the high frequency current to maintain a stabilized DC output voltage. The switched regulator was connected to a transformer (mod. TR 70415, Ralp Industrial, Alvorada, RS), designed on the Thornton NP-23 / 17-4900-IP6 core for 1:10 loop ratio, with Ni = 4 turns , Li = 78.4 μΗ, N 2 = 40 turns, L 2 = 7.84 mH, and 52 kHz frequency), and its output was connected to a fast rectifier diode UF4007 (1.0 A, 1000 V, Fairchild Semiconductor, San Jose, CA, USA), as shown in Figure 2.
Assim, na saída do transformador, a tensão encontrou- se elevada em correspondência ao nível de energia a ser aplicado, e foi ajustada por um potenciometro multivoltas de 100 kQ (precisão de 5%, linear) . Sob esta tensão de saída, havia um divisor de tensão constituído por um resistor de 1 ΜΩ (1/8 W, 5%) e um trimpot 3296 de 20 kQ (potenciômetro vertical ajustável, 10%, Kingtronics Int. Co. , Hong Kong, China) . Desta forma, teve-se uma tensão de 0-5 V servindo como amostra ao circuito de controle, e proporcional a 141-382 V. Thus, at the transformer output, the voltage was high corresponding to the energy level to be applied, and was adjusted by a multi-turn potentiometer. 100 kQ (5% accuracy, linear). Under this output voltage was a voltage divider consisting of a 1 resist (1/8 W, 5%) resistor and a 20 kQ 3296 trimpot (10% adjustable vertical potentiometer, Kingtronics Int. Co., Hong Kong , China). Thus, there was a voltage of 0-5 V serving as a sample to the control circuit, and proportional to 141-382 V.
O acionamento da fonte chaveada para início da carga dos capacitores era feito manualmente por uma chave push button (mod. R16-503AD) na cor verde, presente em uma das manoplas de desfibrilação .  The switching on of the switching power source was initiated manually by a green push button switch (mod. R16-503AD) on one of the defibrillation knobs.
Circuito de controle Control circuit
Para o controle do chaveamento da descarga desfibrilatória, a seleção do modo de disparo mono ou multidirecional , e a apresentação via display de LCD dos dados referentes à tensão selecionada e o respectivo nível de energia, utilizou-se o microcontrolador PIC 16F818-I/P (Microchip Technol . Inc., Chandler, AZ, USA), um circuito integrado que reúne em um único dispositivo todos os circuitos necessários para realizar um completo sistema digital programável. Estruturalmente o dispositivo apresenta 18 pinos (16 pinos de entrada/saída, VSs e +VDD) , e é constituído de um processador, 128 bytes de memória de dados (RAM) e de programa (EEPROM) , oscilador interno de 4 MHz, e possui 5 canais de conversores analógico/digital (A/D) integrados. To control the defibrillation discharge switching, the selection of the single or multidirectional triggering mode, and the presentation via LCD display of the data regarding the selected voltage and the respective power level, the PIC 16F818-I / P microcontroller was used. (Microchip Technol. Inc., Chandler, AZ, USA), an integrated circuit that pulls together all the circuits needed to make a complete programmable digital system. Structurally the device has 18 pins (16 input / output pins, V S if + V DD ), and consists of a processor, 128 bytes of data (RAM) and program memory (EEPROM), internal 4-oscillator MHz, and has 5 channels of integrated analog / digital (A / D) converters.
A programação das funções a serem realizadas pelo microcontrolador foi desenvolvida em linguagem de montagem (assembly) , e o programa foi escrito e carregado pelo software gravador MPLAB® IDE {Microchip Technol . Inc., Chandler, AZ, USA) para que o microcontrolador executasse todos os ciclos de instruções. The programming of the functions to be performed by the microcontroller was developed in assembly language, and the program was written and loaded by the MPLAB ® IDE (Microchip Technol) recording software. Inc., Chandler, AZ, USA) for the microcontroller to execute all instruction cycles.
O conversor A/D da porta ANO (pino 17) foi utilizado para realizar o registro do sinal das amostras de tensão de carga (0-5 V, grandeza analógica) com a finalidade de gerar a representação digital destes níveis de tensão e disponibilizar em um display de LCD (16 colunas x 2 linhas de caracteres, com backlight azul; mod. LCD-016 002B, Vishay Intertechnol . , Shelton, CT, USA) as variáveis de TENSÃO (em V) e ENERGIA (em J) . A energia foi calculada internamente ao microcontrolador por meio da programação, conforme a equação 1, no qual armazenava a cada instante em seus registradores de memória, amostras da tensão de carga dos capacitores.  The YEAR port A / D converter (pin 17) was used to record the signal of the load voltage samples (0-5 V, analog magnitude) in order to generate the digital representation of these voltage levels and provide an LCD display (16 columns x 2 character lines, with blue backlight; mod. LCD-016 002B, Vishay Intertechnol., Shelton, CT, USA) the VOLTAGE (in V) and ENERGY (in J) variables. The energy was calculated internally to the microcontroller through programming, according to equation 1, in which it stored at each moment in its memory registers samples of the capacitor charge voltage.
O microcontrolador foi configurado para se comunicar com o display por meio das portas RAl, RA2 e RB0-RB3 (pinos 18, 1 e 6 a 9, respectivamente), enquanto o display recebeu os dados do microcontrolador nos pinos 4, 6, 11-14. Os pinos 1 e 3 do display foram responsáveis pelo contraste, que foi ajustado por um trimpot de 10 kQ (10%, Kingtronics Int. Co., Hong Kong, China); o pino 2 recebeu a alimentação de +5 V, os pinos 5, 7-10 foram ligados ao ground (GND) , e os pinos 15 e 16 foram utilizados para iluminação de fundo do display. The microcontroller was configured to communicate with the display via the RA1, RA2, and RB0-RB3 ports (pins 18, 1, and 6 through 9, respectively), while the display received the microcontroller data on pins 4, 6, 11- 14 The display pins 1 and 3 accounted for the contrast, which was adjusted by a 10 kQ trimpot (10%, Kingtronics Int. Co., Hong Kong, China); pin 2 received +5 V power, pins 5, 7-10 were grounded (GND), and pins 15 and 16 were used for backlighting of the display.
A programação foi configurada para que a porta RB5 (pino 11) fosse responsável pela seleção do modo de disparo monodirecional (quando uma chave do tipo alavanca permaneceu na posição "aberta") ou multidirecional (quando a chave foi fechada para GND) , como mostrado na Figura 3. Os pinos 5 (Vss) e 14 (VDD) foram ligados ao GND e à alimentação de +5 V, respectivamente. Na saída RB4 (pino 10) , gerou-se um trem de pulsos na frequência de 1 kHz, que foi utilizado para garantir o disparo do chaveamento. Programming has been configured so that port RB5 (pin 11) is responsible for selecting the single-way triggering mode (when a lever-type switch remained in the "open" position) or multi-directional triggering (when the switch was closed for GND) as shown. in Figure 3. Pins 5 (V ss ) and 14 (V DD ) were connected to GND and +5 V power respectively. At output RB4 (pin 10), a 1 kHz pulse train was generated, which was used to ensure the triggering of the switching.
Controle do Disparo Monodirecional Monodirectional Shooting Control
O disparo em apenas uma direção era efetuado quando a chave do tipo alavanca (pino 11) , localizada no painel frontal do equipamento, estava posicionada na posição monodirecional. Desta forma, o microcontrolador estava programado para gerar o pulso de disparo apenas na saída RA4 (pino 3) . Essa saída correspondeu aos eletrodos centrais das manoplas.  One-way firing was performed when the lever-type switch (pin 11) located on the front panel of the equipment was positioned in the one-way position. In this way, the microcontroller was programmed to generate the clock only at output RA4 (pin 3). This output corresponded to the central electrodes of the gauntlets.
Controle do Disparo Multidirecional Com a seleção do modo de desfibrilação multidirecional , no momento do acionamento da descarga do choque, o microcontrolador gerava os pulsos de disparo na sequência das três saídas programadas (pinos 2, 3 e 16), correspondendo a um pulso para cada direção (0o, 60° e 120°) . Os pulsos eram gerados de modo a acionar o chaveamento defasados em 20 ou 30 ms a cada par de eletrodos, de modo que o último estímulo fosse aplicado 60 ms após o disparo do primeiro, e 20 ou 30 ms após o disparo do segundo, totalizando um tempo de aplicação de 60 ou 90 ms . Multidirectional Shooting Control By selecting the multi-directional defibrillation mode, at the time of shock release, the microcontroller generated the trigger pulses following the three programmed outputs (pins 2, 3 and 16), corresponding to one pulse for each direction (0 o , 60 ° and 120 °). The pulses were generated so as to trigger the switching delayed by 20 or 30 ms for each pair of electrodes, so that the last stimulus was applied 60 ms after the first trigger, and 20 or 30 ms after the second trigger, totaling an application time of 60 or 90 ms.
Circuitos de chaveamento, isolação e armazenamento de energia  Switching, isolation and energy storage circuits
O chaveamento foi realizado por três chaves eletrônicas que, quando acionadas, realizavam a descarga da tensão armazenada nos capacitores, permitindo, desta maneira, a passagem de corrente elétrica através do coração em uma dada direção de estimulação.  The switching was performed by three electronic switches that, when activated, discharged the voltage stored in the capacitors, thus allowing the passage of electric current through the heart in a given direction of stimulation.
A fonte chaveada fornecia a tensão de carga aos capacitores de acordo com o nível de a energia selecionado para aplicação. A fonte era ligada em paralelo ao terminal positivo de três capacitores com capacitância de 100 iF (mod. UPT2G101MHD, Nichicon Corp., Kyoto, Japão) por meio de um diodo retificador 6A10 (6,0 A, 1000 V, Rectron Semiconductor Inc., Chino, CA, USA), âiretamente polarizado a cada um deles. Aos terminais negativos dos capacitores, outro diodo 6A10 era ligado, diretamente polarizado com o GND da fonte chaveada, como mostrado na Figura 4. The switching source provided the charging voltage to the capacitors according to the energy level selected for application. The power supply was connected in parallel to the positive terminal of three 100 iF capacitors (mod. UPT2G101MHD, Nichicon Corp., Kyoto, Japan) via a 6A10 rectifier diode (6.0 A, 1000 V, Rectron Semiconductor Inc., Chino, CA, USA), directly polarized to each of them. To the negative terminals of the capacitors, another 6A10 diode was connected, directly polarized with the switched source GND, as shown in Figure 4.
Entre o cátodo do diodo e o terminal positivo de cada capacitor, foi ligado um Triode for Alternating Current (TRIAC TIC226M, 8,0 A, 600 V, Power Innov. , Inc., Lindon, UT, USA) , que é um componente semicondutor que conduz corrente elétrica nos dois sentidos e que atua como um interruptor eletrônico acionado por tensão. Este componente possui os terminais Anodol (pino 1), Anodo2 (pino 2) e um terminal de disparo (gate, pino 3), e permanece em estado de não condução até receber um pulso de tensão de disparo no gate, proveniente do circuito de controle. Assim, uma vez carregados os capacitores, a descarga ocorre com a passagem da corrente pelos TRIACs somente quando o pulso de disparo é recebido no gate, e a tensão armazenada nos capacitores é descarregada apenas durante o período do pulso de disparo, como mostrado na Figura 5. A ligação do circuito de controle ao gate dos TRIACs foi realizada por transformadores de pulso (com relação 1:1, mod. TP-1:1/4T, Thornton Eletrônica, Vinhedo, SP) , componentes alimentados por pulsos de tensão em sua entrada, para que realizassem o disparo dos TRIACs, evitar o curto circuito nas chaves semicondutoras e garantir que o circuito de controle fosse isolado eletricamente do circuito de potência a ser acionado. Desta forma, em uma de suas entradas, o transformador de pulso recebeu os pulsos de disparo por meio de um transistor BC548C (Motorola Semiconductors, Hong Kong, China) , em série com um resistor de 100 Ω (1/8 W, 5%) para limitar a corrente, e na outra entrada recebeu, por meio de um resistor de 470 Ω (1/8 W, 5%) , em série com um transistor BC548C, trem de pulsos com a frequência constante de 1 kHz, para garantia do disparo do chaveamento. Por fim, uma das saídas dos transformadores de pulso foi ligada ao gate dos TRIACs, e a outra, ao Ânodo1. Montagem do desfibrilador multidirecional Between the diode cathode and the positive terminal of each capacitor, a Triode for Alternating Current (TRIAC TIC226M, 8.0 A, 600 V, Power Innov., Inc., Lindon, UT, USA) was connected, which is a component. semiconductor that conducts two-way electrical current and acts as a voltage-actuated electronic switch. This component has the Anodol (pin 1), Anode2 (pin 2) terminals and a trip terminal (gate, pin 3), and remains in a non-conducting state until it receives a gate trip voltage pulse from the control. Thus, once the capacitors are charged, the discharge occurs with current passing through the TRIACs only when the clock is received at the gate, and the voltage stored in the capacitors is discharged only during the clock period, as shown in Figure 5. The connection of the control circuit to the gate of the TRIACs was performed by pulse transformers (with 1: 1 ratio, mod. TP-1: 1 / 4T, Thornton Eletrônica, Vinhedo, SP), components powered by voltage pulses in TRIACs should be tripped to prevent short circuiting of the switches. semiconductors and ensure that the control circuit is electrically isolated from the power circuit to be driven. Thus, at one of its inputs, the pulse transformer received the clocks via a BC548C transistor (Motorola Semiconductors, Hong Kong, China), in series with a 100 Ω (1/8 W, 5%) resistor. ) to limit current, and on the other input received, by means of a 470 Ω (1/8 W, 5%) resistor, in series with a BC548C transistor, 1 kHz constant frequency pulse train as a guarantee of the switching trip. Finally, one of the outputs of the pulse transformers was connected to the TRIACs gate and the other to Anode1. Multidirectional defibrillator assembly
O design do circuito elétrico para o dispositivo de desfibrilação multidirecional da presente invenção foi desenvolvido com o software ISIS (Figura 6) , parte do aplicativo Proteus Professional Suite Design 7.7 (Labcenter Electronics, Ontário, Canadá) , que também contém o software ARES para desenvolvimento de layout para placa de circuito impresso (PCI) . Realizado o projeto, gerou-se um arquivo para confecção da PCI (Alfapress PCI, Campinas, SP) e posterior soldagem dos componentes.  The electrical circuit design for the multidirectional defibrillation device of the present invention was developed with ISIS software (Figure 6), part of the Proteus Professional Suite Design 7.7 application (Labcenter Electronics, Ontario, Canada), which also contains ARES software for development. circuit board (PCI) layout template. After the project was carried out, a file was generated for PCI (Alfapress PCI, Campinas, SP) and subsequent welding of the components.
Conforme mostrado no anexo IA, a PCI e a bateria foram alocadas em uma caixa do tipo gabinete de bancada (mod. BO 62609, de dimensões 307 x 257 x 65 mm, Phoenix Mecano Com. Tec. Ltda., São Paulo, SP), e foi feita a conexão dos componentes ao painel frontal e traseiro. Os painéis foram construídos na APD/CEB/UNICAMP, em plástico PVC, com adesivos fixados na parte frontal (indicando as funções das chaves , seleção do nível de energia e saídas para os eletrodos de desfibrilação, anexo 1B) e traseira (entrada para carga da bateria e fusível, anexo 1C) . Na parte superior da caixa, foi fixado um adesivo com advertências e instruções sobre o modo de operação do equipamento. Os adesivos foram confeccionados com o programa Coreldraw® Graphics Suite X5 (Corel Corporation, Ottawa, Canadá) . As shown in Annex IA, the PCI and battery were allocated in a bench cabinet type box (mod. BO 62609, of dimensions 307 x 257 x 65 mm, Phoenix Mecano With. Tec. Ltda., São Paulo, SP), and the components were connected to the front and rear panel. The panels were constructed in APD / CEB / UNICAMP, made of PVC plastic, with adhesives attached to the front (indicating switch functions, power level selection and outputs for defibrillation electrodes, annex 1B) and rear (charge inlet). battery and fuse, attachment 1C). On the top of the box, a sticker with warnings and instructions on how to operate the equipment was attached. The stickers were made using Coreldraw® Graphics Suite X5 (Corel Corporation, Ottawa, Canada).
Manoplas e Eletrodos de Desfibrilação Defibrillation Gauntlets and Electrodes
Os eletrodos foram utilizados como meio de contato entre o desfibrilador e a superfície do coração, para aplicação da descarga desfibrilatoria . Devido à necessidade do uso de 3 pares de eletrodos (vs. apenas 1, na desfibrilação convencional) e do estabelecimento de contado dos 6 eletrodos com a superfície cardíaca, houve a preocupação com o tamanho dos eletrodos. Embora a redução da área da superfície dos eletrodos fosse necessária para o contato adequado, ela não poderia ser muito reduzida, pois um aumento excessivo na densidade de corrente elétrica poderia causar queimaduras no tecido cardíaco durante a desfibrilação . Adotou-se, para cada eletrodo, a área mínima preconizada para eletrodos de desfibrilação para uso interno em pediatria (900 mm2; ASSOCIATION FOR THE ADVANCEMENT OF MEDICAL INSTRUMENTATION. Cardiac defibrillator devices. ANSI/AAMI DF2-1996. Arlington (VA): AAMI em 1996. American National Standard.; ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Equipamento eletromédico - Parte 2-4: Prescrições particulares para segurança de desfibriladores cardíacos. ABNT NBR IEC 60601-2- 4: 2005. Rio de Janeiro em 2005, incorporado aqui em sua totalidade por referência) . The electrodes were used as a means of contact between the defibrillator and the heart surface to apply the defibrillator discharge. Due to the need for the use of 3 pairs of electrodes (vs. only 1 in conventional defibrillation) and the establishment of contact of the 6 electrodes with the cardiac surface, there was concern about the size of the electrodes. Although reducing the surface area of the electrodes was necessary for proper contact, it could not be greatly reduced as an excessive increase in electrical current density could cause burns to the cardiac tissue during defibrillation. The minimum recommended area for defibrillation electrodes for internal use in pediatrics (900 mm 2 ; ASSOCIATION FOR THE ADVANCEMENT OF MEDICAL INSTRUMENTATION. Cardiac defibrillator devices. ANSI / AAMI DF2-1996. Arlington (VA)) was adopted for each electrode. AAMI in 1996. American National Standard., BRAZILIAN ASSOCIATION OF TECHNICAL STANDARDS Electromedical Equipment - Part 2-4: Particular Requirements for the Safety of Cardiac Defibrillators ABNT NBR IEC 60601-2-4: 2005. Rio de Janeiro, 2005, incorporated herein in its entirety by reference).
Foram fabricados 6 discos côncavos, em aço inoxidável cirúrgico 304, polido e escovado, com espessura de 1 mm (Nova Inox, Campinas, SP) . A altura da concavidade, cujo objetivo é melhorar o contato com a superfície do coração, foi de 2 mm, a mesma dos eletrodos comercializados para desfibrilação interna pediátrica (mod. 7252-4, Instramed, Porto Alegre, RS) utilizados por Viana (2007), incorporado aqui em sua totalidade por referência. O diâmetro do disco foi calculado, levando em consideração a área de uma calota esférica, conforme o trabalho de Harris & Stocker, intitulado " Spherical segment (spherical cap) . In: Handbook of Mathematics and Computational Science. New York: Springer-Verlag, 1998, e incorporado aqui em sua totalidade por referência, conforme mostrado na Figura 7. Six concave discs were manufactured in polished and brushed 304 surgical stainless steel with a thickness of 1 mm (Nova Inox, Campinas, SP). The height of the concavity, which aims to improve contact with the heart surface, was 2 mm, the same as the electrodes sold for pediatric internal defibrillation (mod. 7252-4, Instramed, Porto Alegre, RS) used by Viana (2007). ), incorporated herein in its entirety by reference. The disk diameter was calculated by taking into account the area of a spherical cap, according to the work of Harris & Stocker entitled "Spherical cap. In New: Handbook of Mathematics and Computational Science. New York: Springer-Verlag, 1998, and incorporated herein in its entirety by reference as shown in Figure 7.
Calculou-se o diâmetro adotando uma área mínima da calota esférica de 900 mm2 e altura da concavidade de 2 mm, chegando-se ao valor de 34 mm, o qual está em concordância com as normas ABNT NBR IEC 60601-2 -4 ( 2005 ) e AAMI/ANSI DF 2 ( 1996 ) , incorporado aqui em sua totalidade por referência. The diameter was calculated by adopting a minimum spherical cap area of 900 mm 2 and a concavity height of 2 mm, reaching a value of 34 mm, which is in accordance with ABNT NBR IEC 60601-2 -4 ( 2005) and AAMI / ANSI DF 2 (1996), incorporated herein in its entirety by reference.
A cada eletrodo foi fixado um eixo de sustentação, de aço inox, com 5 mm de diâmetro e 10 mm de comprimento. Uma vez finalizada a fixação, foi feita uma pintura eletrostática a pó com tinta branca (JPS Pinturas Especiais, Campinas, SP), na parte de trás dos eletrodos e no eixo, para isolação elétrica destas partes, evitando que parte da energia fosse dissipada em contato com outros tecidos além do miocárdio.  Each electrode was fitted with a stainless steel support shaft, 5 mm in diameter and 10 mm in length. Once the fixation was completed, an electrostatic powder painting with white paint (JPS Pinturas Especiais, Campinas, SP) was made on the back of the electrodes and on the shaft for electrical isolation of these parts, preventing some of the energy from being dissipated. contact with tissues other than the myocardium.
A base de sustentação dos eletrodos foi desenvolvida por técnica de prototipagem, que consiste em fabricar objetos físicos diretamente a partir de objetos virtuais tridimensionais gerados por software, por um processo de modelagem por deposição de material fundido, pela extrusão de filamentos de plásticos aquecidos, em sucessivas camadas até a formação por completo do objeto. As diversas camadas recebem tanto o material para a construção do objeto, como um material utilizado como suporte para superfícies suspensas, sendo este removido por pós-processamento com ultra-som. The support base of the electrodes was developed by prototyping technique, which consists of manufacturing physical objects directly from three-dimensional virtual objects generated by software, by a melt deposition modeling process, by extrusion of heated plastic filaments, in successive layers until the formation of the object completely. The various layers receive both the material for the construction of the object and a material used as a support for suspended surfaces, which is removed by post-processing with ultrasound.
A peça final foi constituída de policarbonato/abs , e apresentava três orifícios de 5 mm de diâmetro para instalação dos eletrodos (Figura 8A) . Com relação ao orifício central, os demais orifícios foram posicionados em 60° para formar as direções de aplicação do choque (0o, 60° e 120°), como mostrado na Figura 8B. As hastes laterais eram dutos ocos para passagem da fiação soldada aos eletrodos (Figura 8C) . Na parte superior do orifício central, foi construída uma base circular para encaixe de um cilindro de alumínio (com diâmetro de 9 mm e comprimento de 140 mm) , coberto com pintura eletrostática, com a finalidade de acoplamento da peça com os eletrodos à manopla de pega, para proteger a fiação ligada aos eletrodos, bem como para alongar a peça e assim facilitar o manuseio dos eletrodos no interior da cavidade torácica (Figura 8D) . The final piece was made of polycarbonate / abs, and had three 5 mm diameter holes for electrode installation (Figure 8A). Regarding the central hole, other holes were positioned at 60 ° to form the shock application direction (the 0, 60 ° and 120 °) as shown in Figure 8B. The lateral rods were hollow ducts for passage of the welded wiring to the electrodes (Figure 8C). In the upper part of the central hole, a circular base was built to fit an aluminum cylinder (9 mm in diameter and 140 mm in length), covered with electrostatic painting, with the purpose of coupling the part with the electrodes to the handle. handle to protect the wiring attached to the electrodes as well as to lengthen the part and thus facilitate the handling of the electrodes within the chest cavity (Figure 8D).
Todos os orifícios continuaram vazados até a parte traseira da peça, e sua abertura foi aumentada para permitir a soldagem dos fios (Figura 8E) . O espaço vazio desta área de soldagem foi posteriormente preenchido com borracha de silicone Siqmol (dureza: 6022, cinza, Siqplás Ind. Com. , São Paulo, SP) para impedir a entrada de resíduos, e por fim fechado com tampas feitas do mesmo material da peça (Figura 8F) . All holes remained hollow to the rear of the part, and their opening was enlarged to allow welding of the wires (Figure 8E). The void space of this welding area was subsequently filled with Siqmol silicone rubber (hardness: 6022, gray, Siqplás Ind. Com., Sao Paulo, SP) to prevent waste from entering, and finally closed with caps made of the same. part material (Figure 8F).
As manoplas de pega foram projetadas para minimizar a possibilidade de contato do operador com os eletrodos e as partes condutivas, como recomendado pela ABNT NBR IEC 60601-2-4 (2005) , incorporado aqui em sua totalidade por referência. Foram construídas duas manoplas a partir de tarugos de nylon com 32 mm de diâmetro e 140 mm de comprimento, que foram posteriormente conectadas à haste de alumínio e à peça de policarbonato/abs, com os três eletrodos cada. Na parte superior de cada manopla, foram encaixados os botões do tipo push button responsáveis um para carga dos capacitores (cor verde) e outro de disparo da descarga (cor vermelha) . Para ligação do contato entre todos os eletrodos e das chaves ao desfibrilador, foram utilizados dois cabos elétricos espiralados de 5300 mm de comprimento e 5 mm de diâmetro, com 5 vias trançadas de contato, sendo 3 vias para conexão com os eletrodos e 2 para as chaves (Seat Telecom Ind. Com. Fios e Cabos Ltda., Salto, SP) .  The grip handles are designed to minimize the possibility of operator contact with the electrodes and conductive parts as recommended by ABNT NBR IEC 60601-2-4 (2005), incorporated herein in its entirety by reference. Two handles were constructed from 32 mm diameter and 140 mm long nylon dowels, which were later connected to the aluminum rod and polycarbonate / abs piece, with the three electrodes each. At the top of each handle, push-buttons were fitted, one for charging the capacitors (green) and the other for discharging (red). To connect the contact between all the electrodes and the switches to the defibrillator, two 5300 mm long and 5 mm diameter coiled electric cables were used, with 5 twisted contact paths, 3 ways for connection to the electrodes and 2 for the keys (Seat Telecom Ind. Com. Fios e Cabos Ltda., Salto, SP).
Para finalizar, foi acrescentado a cada extremidade dos cabos elétricos, um conector cabo de 5 contatos macho Ml6 (ITC Conectores, Embú Guaçu, SP) para conexão das manoplas-eletrodos aos respectivos conectores de 5 contatos fêmea M16, localizados no painel do desfibrilador multidirecional . O anexo 2 mostra o conjunto final das manoplas-eletrodos . Finally, an Ml6 male 5-wire cable connector (ITC Connectors, Embú Guaçu, SP) was added to each end of the electrical cables to connect the lead leads to the respective M16 female 5-wire connectors located on the defibrillator panel. multidirectional. Annex 2 shows the final set of electrode handles.
Os testes do desfibrilador multidirecional foram realizados na APD/CEB/UNICAMP, e consistiram da análise da forma de onda das descargas monodirecional e multidirecional, em termos da tensão em função do tempo, de acordo com o nível selecionado de energia a ser aplicado. Deste modo, o ensaio do dispositivo da presente invenção foi realizado especificando a energia entregue a uma carga resistiva de 50 Ω, que simula a impedância do paciente, conforme recomendado pela ABNT NBR IEC 60601-2-4 (2005) , incorporado aqui em sua totalidade por referência. Variações na carga resistiva foram efetuadas com a finalidade de observar as possíveis alterações na forma de onda final da descarga desfibrilatoria .  The multidirectional defibrillator tests were performed at APD / CEB / UNICAMP, and consisted of the waveform analysis of the monodirectional and multidirectional discharges, in terms of voltage versus time, according to the selected level of energy to be applied. Accordingly, the assay of the device of the present invention was performed by specifying the energy delivered to a resistive load of 50 Ω, which simulates the patient's impedance, as recommended by IEC 60601-2-4 (2005), incorporated herein by all by reference. Resistive load variations were made in order to observe the possible changes in the final waveform of the defibrillatory discharge.
As formas de onda dos pulsos de disparo liberados pelo microcontrolador e da descarga do desfibrilador realizada pelo chaveamento foram adquiridas em um osciloscópio digital (mod. DSO3062A, Agilent Technologies Inc., Santa Clara, CA, USA) conectado a um computador, utilizando o software DSO3000 Series Scope Connect Software (Version 04.02.10, Agilent Technologies Inc., Santa Clara, CA, 2005) .  The pulse waveforms released by the microcontroller and the defibrillator discharge performed by switching were acquired on a digital oscilloscope (mod. DSO3062A, Agilent Technologies Inc., Santa Clara, CA, USA) connected to a computer using the software. DSO3000 Series Scope Connect Software (Version 04.02.10, Agilent Technologies Inc., Santa Clara, CA, 2005).
Metodologia dos testes in vivo Foram utilizados 10 porcos Large-White fêmeas jovens (8 semanas de idade) , peso médio de 20 ± 3 kg, com padrão sanitário convencional, provenientes de criador especializado (Geraldo Vermeulen, Holambra, SP) . Os animais foram alojados em baias individuais no Biotério da Disciplina de Técnica Cirúrgica do NMCE/FCM/UNICAMP, recebendo água clorada filtrada e ração industrial ad libitum, onde não sofreram manipulação experimental até a realização dos experimentos. Não foi observado um período de jejum previamente à realização dos experimentos. In vivo testing methodology Ten young (8 weeks old) Large-White female pigs, average weight 20 ± 3 kg, with conventional sanitary standard, from a specialized breeder (Geraldo Vermeulen, Holambra, SP) were used. The animals were housed in individual pens at the NMCE / FCM / UNICAMP Surgical Technique Discipline, receiving filtered chlorinated water and industrial feed ad libitum, where they did not undergo experimental manipulation until the experiments were performed. No fasting period was observed prior to the experiments.
O protocolo experimental e de manutenção dos animais foi aprovado pela Comissão de Ética no Uso de Animais, Instituto de Biologia, UNICAMP (CEUA/IB/UNICAMP; protocolo n2. 2251-1) . The experimental and animal maintenance protocol was approved by the Ethics Committee on Animal Use, Institute of Biology, UNICAMP (CEUA / IB / UNICAMP; Protocol No 2 2251-1.).
Antes do início dos experimentos, todos os animais receberam medicação pré-anestésica de quetamina (10 mg/kg. , i.m.). O animal foi, então, levado para a sala de cirurgia e colocado na goteira de Claude-Bernard. Foi realizado acesso venoso no pavilhão auricular para administração de cloridrato de fentanila e tiopental sódico (12,5 μg/kg e 25 mg/kg, respectivamente, i.v.). Após entubação orotraqueal, o animal foi mantido em ventilação controlada (volume corrente de 10 ml /kg e fração inspirada de oxigénio de aproximadamente 50%) . Foram conectados eletrodos de eletrocardiograma para monitoração da atividade elétrica cardíaca (fisiógrafo, mod. Biomonitor 7, Bese-Bio Engenharia de Sistema e Equipamentos S.A., Belo Horizonte, MG) . Após assepsia local com álcool iodado foi feita toracotomia por meio de eletrocautério (mod. SS 500, WEM, Ribeirão Preto, SP) , afastamento das costelas com afastador Finochietto e abertura do pericárdio. O coração foi umedecido periodicamente com solução salina durante os experimentos. A profundidade da anestesia foi constantemente monitorada, e doses adicionais de anestésico foram administradas, quando necessário. Prior to the start of the experiments, all animals received pre-anesthetic ketamine medication (10 mg / kg. Im). The animal was then taken to the operating room and placed in Claude-Bernard's gutter. Venous access was performed in the auricle for administration of fentanyl hydrochloride and sodium thiopental (12.5 μg / kg and 25 mg / kg, respectively, iv). After orotracheal intubation, the animal was maintained on controlled ventilation (tidal volume of 10 ml / kg and approximately 50% inspired oxygen fraction). Were connected electrodes electrocardiogram for monitoring cardiac electrical activity (physiographer, mod. Biomonitor 7, Bese-Bio System Engineering and Equipment SA, Belo Horizonte, MG). After local asepsis with iodized alcohol, thoracotomy was performed by electrocautery (mod. SS 500, WEM, Ribeirão Preto, SP), ribs spacing with Finochietto retractor and pericardium opening. The heart was periodically moistened with saline during the experiments. The depth of anesthesia was constantly monitored, and additional doses of anesthetic were administered as needed.
Protocolo Experimental Experimental Protocol
Foram realizados 2 experimentos preliminares para familiarização do experimentador com o novo sistema de pás, bem como para teste do design do equipamento e das manoplas/eletrodos , e determinação da faixa de potência dos choques requerida para reverter a fibrilação. Com base nos resultados desses testes, foram feitas as adaptações necessárias no tamanho dos eletrodos e na peça de sustentação.  Two preliminary experiments were performed to familiarize the experimenter with the new paddle system, as well as to test the equipment design and the handles / electrodes, and to determine the power range of shocks required to reverse fibrillation. Based on the results of these tests, the necessary adaptations were made to the size of the electrodes and the support piece.
No grupo experimental (N = 10) , utilizou-se no mesmo animal, as duas modalidades de choque (mono e multidirecional) , buscando minimizar diferenças entre animais que pudessem interferir nos resultados. Choques das 2 modalidades foram aplicados alternadamente durante o curso do experimento, para que ambas modalidades fossem testadas paralelamente durante diferentes fases do experimento, nas quais pôde-se observar variação temporal do nível de energia requerido para desfibrilação . In the experimental group (N = 10), it was used in the same animal, the two modalities of shock (mono and multidirectional), trying to minimize differences between animals that could interfere in the results. Shocks from Two modalities were applied alternately during the course of the experiment, so that both modalities were tested in parallel during different phases of the experiment, in which time variation of the energy level required for defibrillation could be observed.
A fibrilação ventricular foi induzida por breve contato direto dos terminais de uma bateria comercial de 9.0 VDC com a superfície ventricular, de modo a aplicar uma corrente contínua da ordem de microampères , conforme descrito por Viana (2007) , incorporado aqui em sua totalidade por referência. Ventricular fibrillation was induced by brief direct contact of the terminals of a commercial 9.0 V DC battery with the ventricular surface to apply a microampere direct current as described by Viana (2007), incorporated herein in its entirety by reference.
O local de contato com a bateria foi mantido o mesmo para testes sucessivos de choques mono e multidirecionais . Imediatamente antes da indução da fibrilação ventricular, os arcos das pás especialmente desenvolvidas para este fim foram posicionados, preferencialmente orientando os pares de eletrodos no sentido baso-apical, de modo a permitir o contato direto dos eletrodos com a superfície cardíaca.  The battery contact location was maintained the same for successive mono and multi-directional shock testing. Immediately prior to induction of ventricular fibrillation, the specially developed pad arches were positioned, preferably orienting the electrode pairs in the baso-apical direction to allow direct contact of the electrodes with the cardiac surface.
Após confirmação do estabelecimento de FV, eram aplicados os choques desfibrilatórios . Os choques eram aplicados em episódios alternados, nas modalidades mono e multidirecional . De um episódio para uma dada modalidade, eram obtidos 2 níveis de energia: um deles insuficiente, e o outro suficiente para produzir desfibrilação ventricular. Se o primeiro nível aplicado mostrava sucesso, a energia dos próximos choques (mesma modalidade) era reduzida até que não fosse capaz de reverter a arritmia. Caso não se obtivesse sucesso com o primeiro nível, a energia era aumentada nos choques subsequentes até que a desfibrilação fosse produzida. A seguir, iniciava-se um novo episódio para a outra modalidade, e assim sucessivamente. After confirmation of the establishment of VF, defibrillatory shocks were applied. The shocks were applied in alternating episodes, in mono and multidirectional modalities. From one episode to a given mode, 2 energy levels were obtained: one insufficient and the other sufficient to produce ventricular defibrillation. If the first applied level was successful, the energy of the next shocks (same mode) was reduced until it was unable to reverse the arrhythmia. If unsuccessful with the first level, energy was increased in subsequent shocks until defibrillation was produced. Then began a new episode for the other modality, and so on.
No caso de insucesso do desfibrilador em teste em reverter a fibrilação ventricular, utilizou-se um desfibrilador transtorácico convencional (mod. Cardiomax, Instramed, Porto Alegre, RS) , com a aplicação de choques bifásicos de 360 J. Nesta situação, era retirado o afastador, as costelas eram aproximadas, e os choques eram aplicados externamente à cavidade torácica. Adicionalmente, também foi utilizado para este fim, o protótipo de desfibrilador interno desenvolvido por Viana (2007) , incorporado aqui em sua totalidade por referência, aplicando-se diretamente ao coração choques monofásicos com energia de 5-7 J através de pás pediátricas (mod. 7252-4, Instramed, Porto Alegre, RS), para reversão da fibrilação. No período requerido para recarga do desfibrilador, procedeu-se massagem cardíaca interna, para evitar completa interrupção da circulação.  In case of failure of the defibrillator under test to reverse ventricular fibrillation, a conventional transthoracic defibrillator (mod. Cardiomax, Instramed, Porto Alegre, RS) was used, with the application of biphasic 360 J shocks. retractor, the ribs were approximated, and the shocks were externally applied to the thoracic cavity. In addition, the internal defibrillator prototype developed by Viana (2007), incorporated herein in its entirety by reference, was also used for this purpose, directly applying to the heart 5-7 J single-phase shocks through pediatric paddles (mod 7252-4, Instramed, Porto Alegre, RS) for reversal of fibrillation. In the period required for defibrillator recharging, internal cardiac massage was performed to prevent complete disruption of circulation.
0 restabelecimento do ritmo sinusal pós-choque (i.e., sucesso do procedimento desfibrilatório) foi observado visualmente e pelo registro eletrocardiográfico . Um intervalo de 5-15 minutos foi observado entre sucessivas tentativas de indução de fibrilação-desfibrilação . 0 restoration of sinus rhythm after shock (ie, successful defibrillation procedure) was observed visually and by electrocardiographic A 5-15 minute interval was observed between successive attempts to induce fibrillation-defibrillation.
Os testes em cada animal prosseguiam até que se observasse refratariedade da fibrilação induzida a reversão por choques aplicados com o desfibrilador transtorácico ou com o protótipo de Viana (2007) , incorporado aqui em sua totalidade por referência. A anestesia era então aprofundada e procedia-se à eutanásia pela administração de injeção letal de KC1 19,1%, com verificação da morte do animal durante observação por 20 minutos.  Testing on each animal continued until refraction-induced shock reversal fibrillation was observed with either the transthoracic defibrillator or the Viana (2007) prototype, incorporated herein in its entirety by reference. Anesthesia was then deepened and euthanized by lethal injection of 19.1% KC1, with observation of the animal's death during observation for 20 minutes.
Descarga mono e multidirecional Mono and multidirectional discharge
Conforme já mencionado, a seleção da modalidade monodirecional implica na descarga desfibrilatória apenas no par de eletrodos centrais das manoplas, enquanto que, quando a modalidade multidirecional é selecionada, são aplicados choques defasados através dos três pares de eletrodos. A descarga desfibrilatória em cada direção (0o, 60° e 120°) era acionada sempre que os TRIACs responsáveis pelo chaveamento permaneciam no estado de condução. Portanto, a duração dos choques era determinada pela duração do trem de pulsos de disparo no gate dos TRIACs, a qual foi inicialmente programada para 30 ms . Assim, na modalidade monodirecional , era aplicado um único choque com duração de 30 ms, a qual também foi a duração do choque aplicado em cada uma das 3 direções na modalidade multidirecional , com uma duração total da descarga desfibrilatória de 90 ms. Posteriormente, aplicou-se choques de menor duração (20 ms) , com duração total do período de descarga de 60 ms . As already mentioned, the selection of the monodirectional modality implies defibrillatory discharge only in the central electrode pair of the gauges, while when the multidirectional modality is selected, lagged shocks are delivered through the three electrode pairs. The discharge desfibrilatória in each direction (the 0, 60 ° and 120 °) was activated whenever the charge switching TRIACs remained in the driving state. Therefore, the duration of the shocks was determined by the duration of the TRIAC gate clock train, which was initially set to 30 ms. So in In the monodirectional mode, a single shock lasting 30 ms was delivered, which was also the duration of the shock delivered in each of the 3 directions in the multidirectional mode, with a total duration of defibrillatory discharge of 90 ms. Subsequently, shorter shocks (20 ms) were applied, with a total duration of the 60 ms discharge period.
O pico de tensão atingido durante a descarga para cada nível de energia apresentou a mesma amplitude para as duas modalidades, e foi proporcional à tensão inicial requerida para a carga dos capacitores conforme mostrado na Tabela 1.  The peak voltage reached during discharge for each power level was the same amplitude for both modes, and was proportional to the initial voltage required for the capacitor load as shown in Table 1.
A forma de onda de descarga RC monofásica do equipamento desenvolvido caracteriza-se pela queda da tensão como uma função exponencial do tempo. Na Figura 9 e 10, são apresentadas as formas de onda desfibrilatórias mono e multidirecionais em tensão, de acordo com o nível selecionado de energia (1-7 J) para as durações de 30 e 20 ms, respectivamente. Os ensaios foram realizados sob uma carga resistiva de 50 Ω, simulando a impedância do coração. Desfibrilação Elétrica Multidirecional In Vivo  The single phase RC discharge waveform of the developed equipment is characterized by voltage drop as an exponential function of time. Figure 9 and 10 show the mono and multi-directional defibrillatory waveforms in tension according to the selected energy level (1-7 J) for the 30 and 20 ms durations, respectively. The tests were performed under a resistive load of 50 sim, simulating the impedance of the heart. Multidirectional Electric Defibrillation In Vivo
O resultado da análise de sobrevivência é um conjunto de pontos que descreve a probabilidade de desfibrilação em função da energia aplicada. A esses pontos, foi possível ajustar com sucesso uma função sigmóide (R2> 0,97 em todos os casos) , que permite a determinação do nível de energia requerido para uma dada probabilidade de sucesso desfibrilatório . A Tabela 2 e Figura 11A mostram os resultados obtidos de experimentos realizados em 4 animais, utilizando pulsos de chaveamento de 30 ms para as modalidades de choque mono e multidirecional . Não foi observada diferença significativa do coeficiente de Hill da curva nas diferentes modalidades. The result of the survival analysis is a set of points that describes the probability of defibrillation as a function of the energy applied. At these points, it was possible to successfully adjust a sigmoid function (R 2 > 0.97 in all cases), which allows the determination of the energy level required for a given probability of defibrillation success. Table 2 and Figure 11A show the results obtained from experiments performed on 4 animals using 30 ms switching pulses for mono and multidirectional shock modalities. There was no significant difference in the curve Hill coefficient in the different modalities.
Embora a curva para choques multidirecionais tenha se mostrado deslocada a esquerda (Figura 11A) , a diferença entre os valores de energia requeridos para uma probabilidade de desfibrilação de 50% (E50) não atingiu significância estatística, dada a sobreposição de seus intervalos de confiança para 95% (P> 0,05), a qual, no entanto, foi mínima (Tabela 3) .  Although the curve for multidirectional shocks was shown to be shifted to the left (Figure 11A), the difference between the energy values required for a 50% defibrillation probability (E50) did not reach statistical significance given the overlap of their confidence intervals for 95% (P> 0.05), which, however, was minimal (Table 3).
Por outro lado, para pulsos com 20 ms de duração (6 animais; Tabela 4 e Figura 11B) , foi observado um nítido desvio paralelo (caracterizado por valores de coeficiente de Hill mais próximos em ambas as curvas) à esquerda da curva referente à estimulação multidirecional. Para esta duração de choque, os valores de E50 foram marcantemente menores (P< 0,01) para a modalidade multidirecional. Podemos observar que esta diferença se deveu primariamente ao aumento da eficiência da modalidade multidirecional, e não à queda de eficiência dos choques monodirecionais. On the other hand, for 20 ms long pulses (6 animals; Table 4 and Figure 11B), a clear parallel deviation (characterized by closer Hill coefficient values in both curves) to the left of the stimulation curve was observed. multidirectional. For this shock duration, E50 values were markedly lower (P <0.01) for the multidirectional modality. We can see that this difference was primarily due to the increased efficiency of the multidirectional mode, and no to the drop in efficiency of one-way shocks.
A Tabela 2 mostra os parâmetros da curva de probabilidade de desfibrilação para as modalidades de choque mono e multidirecional , com pulsos de duração de 30 ms . E50: energia do choque necessária para uma probabilidade de 50% de sucesso na desfibrilação . Os valores estão apresentados como média ± erro-padrão, acompanhados do intervalo de confiança da média para 95% (entre parênteses) .  Table 2 shows the parameters of the defibrillation probability curve for mono and multidirectional shock modalities with 30 ms pulse duration. E50: Shock energy required for a 50% probability of defibrillation success. Values are presented as mean ± standard error, followed by the confidence interval of the mean to 95% (in parentheses).
Tabela 2: Parâmetros da curva de probabilidade de desfibrilação para as modalidades de choque mono e multidirecional Table 2: Defibrillation probability curve parameters for mono and multidirectional shock modalities
Modalidade Monodirecional Multidirecional Multidirectional Monodirectional Mode
E50 (J) 4,701 ± 0,147 4,179 ± 0,084 E50 (J) 4.701 ± 0.147 4.179 ± 0.084
(4,363-5, 040) (3,992-4,365) (4,363-5,040) (3,992-4,365)
Coeficiente de 0,486 ± 0,064 0,356 ± 0,027Coefficient of 0.486 ± 0.064 0.356 ± 0.027
Hill (0,338-0, 634) (0,296-0,416) Hill (0.338-0.63) (0.296-0.416)
A Tabela 3 mostra os parâmetros da curva de probabilidade de desfibrilação para as modalidades de choque mono e multidirecional, com pulsos de duração de 20 ms . E50: energia do choque necessária para uma probabilidade de 50% de sucesso na desfibrilação . Os valores estão apresentados como média ± erro-padrão, acompanhados do intervalo de confiança da média para 95% (entre parênteses) e 99% (entre colchetes) . Table 3 shows the parameters of the defibrillation probability curve for mono and multidirectional shock modalities with pulse duration of 20 ms. E50: Shock energy required for a 50% probability of defibrillation success. Values are presented as mean ± standard error, accompanied by the confidence interval from the average to 95% (in parentheses) and 99% (in brackets).
Modalidade Monodirecional Multidirecional Multidirectional Monodirectional Mode
E50 (J) 4,011 ± 0,062 2,893 ± 0,035 E50 (J) 4.011 ± 0.062 2.893 ± 0.035
(3, 880-4, 141) (2, 820-2, 965)  (3,880-4,141) (2,820-2,965)
[3, 833-4, 188] [2,795-2,991]  [3,833-4,188] [2,795-2,991]
Coeficiente de 0,401 ± 0,021 0,424 ± 0,012  Coefficient 0.401 ± 0.021 0.424 ± 0.012
Hill (0, 358-0,444) (0,395-0,452)  Hill (0.358-0.444) (0.395-0.452)
[0,342-0,459] [0,386-0,462]  [0.342-0.459] [0.386-0.462]
Para uma comparação mais detalhada, foram utilizados dados obtidos de 6 animais, nos quais foi possível obter um número de pontos suficientes com cada modalidade (mínimo de 5 pares de valores de energia) para que se pudesse obter uma curva com ajuste satisfatório (R2> 0,97 em todos os casos) . Neste caso, a partir de curvas individuais para ambas as modalidades, foi possível determinar médias e respectivos erros-padrões de valores de energia requeridos para diferentes probabilidades de desfibrilação, utilizando-se o design pareado para comparação da eficiência das 2 modalidades de desfibrilação (i.e., no mesmo animal) . Isto é de grande importância, pois, embora tenha-se cuidado em padronizar ao máximo as condições experimentais, observou-se grande variabilidade da susceptibilidade à desfibrilação na população de suínos estudada (P< 0,001 entre curvas de diferentes animais; teste de logrank de Mantel-Haenszel ) . For a more detailed comparison, data obtained from 6 animals were used, in which it was possible to obtain a sufficient number of points with each modality (minimum of 5 pairs of energy values) to obtain a satisfactory fit curve (R 2 > 0.97 in all cases). In this case, from individual curves for both modalities, it was possible to determine means and respective standard errors of energy values required for different defibrillation probabilities, using the paired design to compare the efficiency of the 2 defibrillation modalities (ie in the same animal). This is of great importance because, although care has been taken to standardize the experimental conditions as much as susceptibility to defibrillation in the pig population studied (P <0.001 between curves of different animals; Mantel-Haenszel logrank test).
Na Tabela 4 e Figura 12, estão apresentados os resultados obtidos somente nesses animais . As curvas da Figura 12 foram determinadas a partir do conjunto {pool) de todos os pontos levantados experimentalmente (i.e, curva geral, e não individual). Pode-se observar um marcante desvio à esquerda da curva para a desfibrilação multidirecional (P< 0,01; Tabela 4). O desvio observado foi paralelo, a julgar pelos valores semelhantes do coeficiente de Hill. Esta similaridade também foi observada na comparação das médias dos valores individuais (monodirecional : 0,901 ± 0,119; multidirecional: 0,944 ± 0,109; P= 0,833, teste t de Student para amostras pareadas) , embora estes valores tenham se mostrado superiores àqueles estimados para a curva geral.  Table 4 and Figure 12 show the results obtained only in these animals. The curves of Figure 12 were determined from the pool of all experimentally surveyed points (i.e. general curve, not individual). A marked left shift of the curve for multidirectional defibrillation can be observed (P <0.01; Table 4). The observed deviation was parallel, judging by the similar values of the Hill coefficient. This similarity was also observed when comparing the means of the individual values (single direction: 0.901 ± 0.119; multidirectional: 0.944 ± 0.109; P = 0.833, Student's t-test for paired samples), although these values were higher than those estimated for the curve. general.
A Tabela 4 mostra os parâmetros da curva de probabilidade de desfibrilação para as modalidades de choque mono e multidirecional, aplicados na mesma população de suínos (N= 6). E50: energia do choque necessária para uma probabilidade de 50% de sucesso na desfibrilação . Os valores estão apresentados como média ± erro-padrão, acompanhados do intervalo de confiança da média para 95% (entre parênteses) e 99% (entre colchetes) . Table 4 shows the parameters of the defibrillation probability curve for mono and multidirectional shock modalities applied to the same pig population (N = 6). E50: Shock energy required for a 50% probability of defibrillation success. Values are presented as mean ± standard error, followed by the 95% confidence interval of the mean. (in parentheses) and 99% (in brackets).
Tabela 4: Parâmetros da curva de probabilidade de desfibrilação para as modalidades de choque mono e multidirecional, aplicados na mesma população de suínos  Table 4: Defibrillation probability curve parameters for mono and multidirectional shock modalities, applied to the same pig population
Modalidade Monodirecional Multidirecional Multidirectional Monodirectional Mode
E50 (J) 3,996 ± 0,042 2,965 ± 0,035 E50 (J) 3.996 ± 0.042 2.965 ± 0.035
(3,908-4,083) (2, 892-3, 037)  (3,908-4,083) (2,892-3,037)
[3, 877-4, 114] [2,867-3,063] [3,877-4,114] [2,867-3,063]
Coeficiente de 0,455 ± 0,019 0,447 ± 0-, 015Coefficient of 0.455 ± 0.019 0.447 ± 0.0-015
Hill (0, 416-0, 495) (0,417-0,477) Hill (0.4160.495) (0.417-0.477)
[0, 402-0, 509] [0, 406-0, 487]  [0.440-0.509] [0.406-0.487]
O desvio paralelo à esquerda da curva obtida com aplicação de choques multidirecionais implicaria na maior eficiência desta nova modalidade de desfibrilação, comparada à monodirecional, para uma ampla faixa de probabilidade de sucesso desfibrilatório . Para testar esta predição, foi realizada a comparação dos valores médios de energia requeridos para probabilidades de 50, 75 e 90% de sucesso. As médias, calculadas a partir dos valores individuais obtidos das curvas ajustadas aos pontos experimentais de cada animal, estão apresentadas na Tabela 5 e na Figura 13. The left parallel deviation of the curve obtained with the application of multidirectional shocks would imply a greater efficiency of this new defibrillation modality, compared to the monodirectional one, for a wide probability range of defibrillation success. To test this prediction, the average energy values required for the probability of 50, 75 and 90% of success were compared. The averages, calculated from the individual values obtained from the curves adjusted to the experimental points of each animal, are presented in Table 5 and Figure 13.
Como pode ser observado, em todos os casos, mesmo para uma alta probabilidade de sucesso (90%) , os níveis de energia do pulso requeridos para a reversão da fibrilação ventricular foram significativamente menores com a estimulação multidirecional do que com o uso da estimulação monodirecional (P< 0,05; teste t de Student para amostras pareadas) . As can be observed in all cases, even for a high probability of success (90%), pulse energy levels required for ventricular fibrillation reversal were significantly lower with multidirectional pacing than with monodirectional pacing (P <0.05;Student's t-test for paired samples).
A Tabela 5 mostra a energia do choque desfibrilatório mono e multidirecional (média ± erro-padrão) requerida para as probabilidades de 50%, 75% e 90% de sucesso desfibrilatório .  Table 5 shows the mono and multidirectional defibrillatory shock energy (mean ± standard error) required for the 50%, 75% and 90% probability of defibrillation success.
Tabela 5: Energia do choque desfibrilatório mono e multidirecional  Table 5: Mono and Multidirectional Defibrillation Shock Energy
Probabilidade 0, 50 0, 75 0,90 de desfibrilação  Probability 0, 50 0, 75 0.90 defibrillation
Energia (J) , odalidade 3 , 95±0, 47 4, 52±0, 45 5, 09±0, 43 monodirecional  Energy (J), odality 3, 95 ± 0, 47 4, 52 ± 0, 45 5, 09 ± 0, 43 monodirectional
Energia (J) , modalidade 3,16+0,53* 3,68±0,58* 4,25±0, 63* mui tidirecional  Energy (J), mode 3.16 + 0.53 * 3.68 ± 0.58 * 4.25 ± 0.63 * very directional
O sucesso da desfibrilação é caracterizado pelo término da FV após a aplicação de choques elétricos de alta intensidade, com a retomada da coordenação temporal e espacial da propagação da atividade elétrica ventricular.  The success of defibrillation is characterized by the end of VF after the application of high intensity electric shocks, with the resumption of temporal and spatial coordination of the spread of ventricular electrical activity.
Para o sucesso da desfibrilação elétrica do coração, é requerida a aplicação de campos de alta intensidade (que podem chegar a 100 V/cm, os quais, no entanto podem causar efeitos que favorecem a reinstalação da FV (como bloqueio de condução) e efeitos deletérios sobre as células miocárdicas, como disfunção contrátil e eletroporação persistente, que resulta em despolarização, sobrecarga de cálcio, e morte celular. Por outro lado, existe uma relação positiva entre o sucesso da desfibrilação e a intensidade do choque (ver Figuras 11 e 12) . Portanto, o desenvolvimento de abordagens que permitam desfibrilação efetiva com menor intensidade do estímulo é um importante desafio nas áreas de Cardiologia e Engenharia Biomédica. Successful electrical defibrillation of the heart requires the application of high intensity fields may reach 100 V / cm, which, however, may cause effects favoring the resettlement of VF (such as conduction block) and deleterious effects on myocardial cells, such as contractile dysfunction and persistent electroporation, which results in depolarization, overload of calcium, and cell death. On the other hand, there is a positive relationship between defibrillation success and shock intensity (see Figures 11 and 12). Therefore, the development of approaches that allow effective defibrillation with lower stimulus intensity is an important challenge in the areas of Cardiology and Biomedical Engineering.
Sabe-se que a produção de efeitos, tanto excitatórios quanto deletérios, de campos elétricos sobre o coração depende da orientação do campo com relação ao eixo da célula ou do feixe de fibras miocárdicas: menores intensidades são requeridas quando o campo é aplicado paralelamente ao eixo maior do que quando a aplicação é transversal a este. Isto tem sido atribuído a diferença na efetividade do campo em afetar a redistribuição de cargas nas faces da membrana celular, a qual gera variação do Vm que leva à abertura de canais iónicos ou formação de eletroporos .  The production of both excitatory and deleterious effects of electric fields on the heart is known to depend on the orientation of the field relative to the cell axis or the myocardial fiber bundle: lower intensities are required when the field is applied parallel to the axis. greater than when the application is transversal to it. This has been attributed to the difference in the field's effectiveness in affecting the redistribution of charges on the cell membrane faces, which generates Vm variation that leads to ion channel opening or electropore formation.
Assim, a aplicação de E em uma dada intensidade pode ou não resultar em excitação (i.e., levar o Vm ao valor limiar) , dependendo de sua orientação relativa; o mesmo se aplicaria com relação à indução de eletroporação . No entanto, no coração, as fibras musculares estão dispostas em diversas direções, particularmente no ventrículo, em cujas paredes os feixes de musculatura organizam-se nos padrões espiral e circular. Um choque aplicado entre um par de eletrodos com uma dada orientação terá diferente impacto em diferentes células miocárdicas, podendo ser inócuo para algumas e até letal para outras, dependendo de sua intensidade. Portanto, a estimulação em mais de uma direção seria, em tese, uma abordagem que poderia aumentar a eficácia da desfibrilação elétrica. Thus, the application of E at a given intensity may or may not result in excitation (ie, bringing Vm to threshold), depending on their relative orientation; The same would be true for electroporation induction. However, in the heart, the muscle fibers are arranged in several directions, particularly in the ventricle, in whose walls the muscle bundles are organized in spiral and circular patterns. A shock delivered between a pair of electrodes with a given orientation will have a different impact on different myocardial cells and may be harmless to some and even lethal to others, depending on their intensity. Therefore, pacing in more than one direction would, in theory, be an approach that could increase the effectiveness of electrical defibrillation.
O chaveamento projetado para o dispositivo da presente invenção cumpriu o objetivo de aplicar a descarga desfibrilatoria multidirecional num período de 60-90 ms, inferior à duração do PA ventricular em miócitos ventriculares de porco, nos quais a duração até 90% de repolarização é cerca de 210 ms a 37 °C.  The switch designed for the device of the present invention fulfilled the objective of applying multidirectional defibrillatory discharge over a period of 60-90 ms, shorter than the ventricular PA duration in pig ventricular myocytes, in which the up to 90% repolarization duration is about 210 ms at 37 ° C.
Na presente invenção, foi utilizado o TRIAC como componente eletrônico responsável pelo chaveamento da descarga desfibrilatoria multidirecional, o que diferiu do projeto anterior para estimulação multidirecional de miócitos isolados in vitro, no qual o chaveamento foi feito por meio de relés. Optou-se pelo TRIAC para evitar o prolongamento da duração total da descarga devido a atraso causado durante a comutação de relés. Os resultados dos testes em bancada e in vivo mostraram que, de fato, não houve alteração indesejada da duração da descarga. In the present invention, the TRIAC was used as the electronic component responsible for the switching of the multidirectional defibrillatory discharge, which differed from the previous project for multidirectional stimulation of isolated in vitro myocytes, in which the switching was performed by means of relays. TRIAC was chosen to avoid the prolongation of total discharge duration due to delay caused during relay switching. The results of bench and in vivo tests showed that, in fact, there was no unwanted change in the duration of the discharge.
Os resultados dos experimentos com design pareado indicam que a aplicação de choques em mais de uma direção representou um aumento da eficiência do processo desfibrilatório, uma vez que, para uma dada intensidade do estimulo, a probabilidade de sucesso na desfibrilação foi maior. Com esta modalidade de estimulação, o nível de energia requerido por choque foi cerca de 20% menor do que com a desfibrilação convencional (monodirecional) , para praticamente toda a faixa de probabilidade de desfibrilação . Com base na demonstração de Fonseca e colaboradores (2008), que a estimulação multidirecional é mais efetiva por promover recrutamento excitatorio de maior número de células com uma dada intensidade de estímulo, parece plausível supor que, no caso do presente estudo, este mecanismo estaria envolvido na desfibrilação multidirecional. Em outras palavras, em níveis de energia insuficientes para desfibrilação monodirecional, a estimulação multidirecional recrutaria miócitos cuja orientação espacial seria desfavorável para recrutamento pelo choque aplicado em apenas uma direção, levando ao sucesso desfibrilatório . The results of the paired design experiments indicate that the application of shocks in more than one direction represented an increase in the defibrillation process efficiency, since the probability of defibrillation success was higher for a given stimulus intensity. With this pacing mode, the energy level required by shock was about 20% lower than with conventional (monodirectional) defibrillation for virtually the entire defibrillation probability range. Based on the demonstration by Fonseca et al. (2008), that multidirectional stimulation is more effective by promoting excitatory recruitment of larger numbers of cells with a given stimulus intensity, it seems plausible to suppose that, in the case of the present study, this mechanism would be involved. in multidirectional defibrillation. In other words, at insufficient energy levels for monodirectional defibrillation, multidirectional stimulation would recruit myocytes whose spatial orientation would be unfavorable for recruitment by shock delivered in only one direction, leading to defibrillatory success.
Em resumo, na presente invenção desenvolveu-se um dispositivo que foi testado para a aplicação direta de choques desfibrilatorios mono e multidirecionais. Os testes in vivo revelaram que a estimulação multidirecional permitiu a redução em 20% da intensidade requerida dos choques, numa ampla faixa de probabilidades de sucesso desfibrilatório .  In summary, in the present invention a device has been developed which has been tested for the direct application of mono and multidirectional defibrillator shocks. In vivo testing revealed that multidirectional stimulation allowed for a 20% reduction in the required intensity of shocks over a wide range of defibrillatory success probabilities.
Modalidade Preferencial da Presente Invenção  Preferred Modality of the Present Invention
A figura 14 mostra um circuito de alimentação (1) do dispositivo constituído por uma fonte de tensão DC, proveniente de uma bateria recarregável chumbo-ácida selada (5) . Este circuito (1) foi composto por um regulador de tensão (6), que garantiu +5 V ao circuito de controle (2), e por uma fonte chaveada (7) responsável por elevar a tensão aos níveis requeridos para carga dos capacitores (20-22) responsáveis pelo armazenamento da descarga desfibrilatória . A fonte chaveada (7) incorpora um regulador chaveado ajustável, que chaveia a corrente em elevada frequência, de forma a manter uma tensão de saída DC estabilizada. 0 regulador chaveado foi ligado a um transformador e sua saída foi conectada a um diodo retificador rápido. Assim, a tensão encontrou-se elevada (9) em correspondência ao nível de energia a ser aplicado, e foi ajustada por um potenciômetro multivoltas (8) . Um divisor resistivo de tensão (10) garantiu uma tensão máxima de 5 V ao circuito de controle (2) disponibilizando, assim, uma amostra da tensão de carga dos capacitores (20-22) e proporcional à tensão de saída da fonte (9) . 0 acionamento da fonte chaveada (7) para início da carga era feito manualmente por uma chave presente em uma das manoplas de desfibrilação . Figure 14 shows a device power circuit (1) consisting of a DC voltage source from a sealed lead acid rechargeable battery (5). This circuit (1) consisted of a voltage regulator (6), which provided +5 V to the control circuit (2), and a switched source (7) responsible for raising the voltage to the required capacitor charging levels ( 20-22) responsible for storing the defibrillation discharge. The switching source (7) incorporates an adjustable switching regulator which switches the high frequency current to maintain a stabilized DC output voltage. The switched regulator was connected to a transformer and its output was connected to a fast rectifier diode. Thus, the voltage was high (9) corresponding to the energy level to be applied, and was adjusted by a multi-turn potentiometer (8). A resistive voltage divider (10) provided a maximum voltage of 5 V to the control circuit (2), thus providing a sample of the capacitor charging voltage (20-22) and proportional to the source output voltage (9). . The actuation of the switching source (7) to initiate the load was done manually by a key present in one of the defibrillation handles.
Um microcontrolador PIC 16F818 (11) foi utilizado para o controle do chaveamento da descarga desfibrilatoria, a seleção do modo de disparo monodirecional ou multidirecional , e a apresentação dos dados referentes à tensão selecionada e o respectivo nível de energia. Por meio de um conversor analógico-digital presente no microcontrolador (11) foi realizado o registro de sinal das amostras de tensão de carga (10) (0-5 V, grandeza analógica) com a finalidade de gerar a representação digital do nível de tensão selecionada, convertê-la em níveis de energia e disponibilizá-las em display (12) . Um trem de pulsos (13) na frequência de 1 kHz foi gerado e utilizado para garantir por meio de transformadores de pulso (17-19) , o disparo do chaveamento (23-25) . Para o disparo da descarga desfibrilatoria em apenas uma direção, o microcontrolador (11) foi programado para gerar um pulso de disparo referente apenas aos eletrodos centrais das manoplas (15). Com a seleção do modo de desfibrilação multidirecional , no momento do acionamento da descarga do choque, efetuado manualmente por uma chave presente na segunda manopla de desfibrilação, três pulsos de disparo eram gerados em sequência (14-16) , correspondendo a um pulso para cada direção de estimulação (0o, 60° e 120°) . Os pulsos eram gerados de modo a acionar o chaveamento defasados de 20 ms a cada par de eletrodos, de modo que o último estímulo fosse aplicado 40 ms após o disparo do primeiro, e 20 ms após o disparo do segundo, totalizando um tempo de aplicação de 60 ms . A PIC 16F818 microcontroller (11) was used for the control of the defibrillatory discharge switching, the selection of the monodirectional or multidirectional tripping mode, and the presentation of data regarding the selected voltage and the respective energy level. By means of an analog-to-digital converter present in the microcontroller (11), the signal of the load voltage samples (10) (0-5 V, analog quantity) was recorded in order to generate the digital representation of the voltage level. selected, convert it to energy levels and make them available on display (12). A pulse train (13) at a frequency of 1 kHz was generated and used to ensure, by means of pulse transformers (17-19), the switching trigger (23-25). For triggering the defibrillatory discharge in only one direction, the microcontroller (11) has been programmed to generate a pulse firing only for the central electrodes of the gauntlets (15). With the selection of the multidirectional defibrillation mode, at the moment of the shock discharge triggering, manually performed by a key present in the second defibrillation handle, three triggers were generated in sequence (14-16), corresponding to one pulse for each one. stimulation direction (the 0, 60 ° and 120 °). The pulses were generated in order to trigger the 20 ms delayed switching for each pair of electrodes, so that the last stimulus was applied 40 ms after the first trigger, and 20 ms after the second trigger, totaling an application time. 60 ms.
O chaveamento foi realizado por três chaves eletrônicas (23-25) que, quando acionadas, realizavam a descarga da tensão armazenada nos capacitores (20-22) , permitindo, desta maneira, a passagem de corrente elétrica através do coração em cada direção de estimulação. Como mencionado, a fonte chaveada (7) fornecia a tensão de carga aos capacitores (20-22) de acordo com o nível de a energia selecionado 8 para aplicação. A fonte (7) era ligada em paralelo ao terminal positivo de três (20-22) capacitores com capacitância de 100 μΡ por meio de um diodo retificador, diretamente polarizado a cada um deles (26- 28) . Aos terminais negativos dos capacitores, outro diodo era ligado (29-31), diretamente polarizado com o GND da fonte chaveada (7) . Entre o cátodo do diodo (26-28) e o terminal positivo de cada capacitor (20-22) , foi ligado um TRIAC modelo TIC226 23-25, componente semicondutor que conduz corrente elétrica nos dois sentidos e que atua como um interruptor eletrônico acionado por tensão. Estes componentes (23-25) possuem os terminais Anodol, Anodo2 e um terminal de disparo (gate) , e permanece em estado de não condução até receber um pulso de tensão de disparo no gate (32-34) , proveniente do circuito de controle (14-16) . Assim, uma vez carregados os capacitores (20-22), a descarga ocorre com a passagem da corrente pelos TRIACs (23-25) somente quando o pulso de disparo é recebido no gate (32-34), e a tensão armazenada nos capacitores (20-22) é descarregada apenas durante o período do pulso de disparo . The switching was performed by three electronic keys (23-25) which, when activated, discharged the voltage stored in the capacitors (20-22), thus allowing the passage of electrical current through the heart in each direction of stimulation. . As mentioned, the switched source 7 provided the charging voltage to capacitors 20-22 according to the selected power level 8 for application. The source (7) was connected in parallel to the positive terminal of three (20-22) capacitors with 100 μΡ capacitance through a rectifier diode, directly polarized to each one (26- 28). To the negative terminals of the capacitors, another diode was connected (29-31), directly polarized with the switched source GND (7). Between the diode cathode (26-28) and the positive terminal of each capacitor (20-22), a model TIC226 23-25 TRIAC was connected, a semiconductor component that conducts two-way electrical current and acts as an electronic switch. by tension. These components (23-25) have the Anodol, Anode2 terminals and a gate terminal, and remain in a non-conducting state until they receive a gate trip voltage pulse (32-34) from the control circuit. (14-16). Thus, once the capacitors 20-22 are charged, the discharge occurs with current passing through the TRIACs 23-25 only when the clock is received at gate 32-34, and the voltage stored in the capacitors (20-22) is discharged only during the clock period.
O circuito de isolação (3) foi constituído de transformadores de pulso (17-19) (relação de espiras 1:1), e foram utilizados para realizar o disparo dos TRIACs (23- 25) e garantir também, que o circuito de controle (2) fosse isolado eletricamente do circuito de potência (4) a ser acionado. Desta forma, em uma de suas entradas, os transformadores de pulso (17-19) recebeu os pulsos de disparo por meio de um transistor BC548C, em série com um resistor de 100 Ω para limitar a corrente (14-16) , e na outra entrada (13) recebeu, por meio de um resistor de 470 Ω em série com um transistor BC548C, trem de pulsos com a frequência constante de 1 kHz, para garantia do disparo do chaveamento. Por fim, uma das saídas dos transformadores de pulso (17-19) foi ligada ao gate dos TRIACs 32-34, e a outra, ao Anodol (35-37) . The isolation circuit (3) consisted of pulse transformers (17-19) (1: 1 ratio of turns) and were used to trigger the TRIACs (23- 25) and also to ensure that the control circuit (2) were electrically isolated from the power circuit (4) to be triggered. Thus, at one of its inputs, the pulse transformers (17-19) received the clocks via a BC548C transistor, in series with a 100 Ω resistor to limit current (14-16), and on the other input (13) received, by means of a 470 Ω resistor in series with a BC548C transistor, pulse train with a constant frequency of 1 kHz for guarantee of the switching trip. Finally, one of the outputs of the pulse transformers (17-19) was connected to the gate of TRIACs 32-34, and the other to the Anodol (35-37).
Conforme pode ser observado acima à principal aplicação do dispositivo de desfibrilação cardíaca da presente invenção é no processo de desfibrilação elétrica do coração de humanos e outros animais, que é o único procedimento conhecido para o tratamento de arritmias de alto potencial letal, tanto no processo de desfibrilação direta, quanto transtorácica, e para diferentes formas de onda dos choques desfibrilatórios . A tecnologia de estimulação, da forma proposta, também pode ser aplicada, para cardioversores e marca-passos cardíacos (implantáveis ou não) e outros estimuladores de preparações multicelulares .  As can be seen above the main application of the cardiac defibrillation device of the present invention is in the process of electrical defibrillation of the heart of humans and other animals, which is the only known procedure for the treatment of high lethal arrhythmias, both in the process of direct defibrillation, as well as transthoracic, and for different waveforms of defibrillatory shocks. Stimulation technology, as proposed, can also be applied to cardioverters and cardiac pacemakers (implantable or not) and other stimulators of multicellular preparations.
Portanto, a nova técnica desenvolvida pela presente invenção para desfibrilação cardíaca, por meio de um desfibrilador multidirecional , se baseia na aplicação defasada de choques em 3 direções diferentes, de modo a recrutar eletricamente mais células do miocárdio, porém o processo de estimulação, que tem duração inferior à do período refratário, é breve o suficiente para que as células sejam excitadas por apenas 1 dos choques. Therefore, the new technique developed by the present invention for cardiac defibrillation by means of a multidirectional defibrillator is based on the delayed delivery of shocks in 3 different directions in order to electrically recruit more myocardial cells. The stimulation process, which lasts less than the refractory period, is brief enough that the cells are excited by only 1 of the shocks.
Além disso, o dispositivo desenvolvido da presente invenção permite que a desfibrilação multidirecional com chaveamento ótimo seja aplicada usando-se um único desfibrilador portátil (vs. vários desfibriladores acoplados por um dispositivo sincronizador) e um único par de manoplas/pás (em contraposição a múltiplos pares de eletrodos fixados ao coração) , o que facilita a utilização deste método na condição clínica.  In addition, the developed device of the present invention allows optimal keyed multidirectional defibrillation to be applied using a single portable defibrillator (vs. multiple defibrillators coupled by a synchronizer device) and a single pair of handles / paddles (as opposed to multiple pairs of electrodes attached to the heart), which facilitates the use of this method in the clinical condition.
Assim, embora tenham sido mostradas apenas algumas modalidades da presente invenção, será entendido que várias omissões, substituições e alterações no dispositivo para desfibrilação cardíaca multidirecional com chaveamento otimizado da presente invenção e no seu respectivo método podem ser feitas por um técnico versado no assunto, sem se afastar do espírito e escopo da presente invenção.  Thus, while only some embodiments of the present invention have been shown, it will be appreciated that various omissions, substitutions and changes in the optimized keyed multidirectional cardiac defibrillation device of the present invention and its method may be made by one of ordinary skill in the art without depart from the spirit and scope of the present invention.
É expressamente previsto que todas as combinações dos elementos que desempenham a mesma função substancialmente da mesma forma, para alcançar os mesmos resultados, estão dentro do escopo da invenção. Substituições de elementos de uma modalidade descrita para outra são também totalmente pretendidas e contempladoas . Também é preciso entender que os desenhos não estão necessariamente em escala, mas que eles são apenas de natureza conceituai. A intenção é, portanto, ser limitada, tal como indicado pelo escopo das reivindicações anexas . It is expressly provided that all combinations of elements that perform the same function in substantially the same manner, to achieve the same results, are within the scope of the invention. Substitutions of elements from one described embodiment to another are also fully intended and contemplated. One must also understand that the drawings are not necessarily to scale, but that they are only of a conceptual nature. The intent is therefore to be limited as indicated by the scope of the appended claims.

Claims

REINVIDICAÇÕES
1. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional caracterizado pelo fato de que compreende a aplicação defasada de choques em 3 (três) direções com chaveamento otimizado, em que compreende uma fonte de alimentação que fornece uma tensão regulada aos circuitos de controle e de interface do equipamento, além de fornecer a tensão de carga dos capacitores, de acordo com o nível de energia selecionado.  1. Multidirectional cardiac defibrillation device characterized by the fact that it provides shock-shifted 3-way shifting with a power supply that provides a regulated voltage to the control and interface circuits of the equipment; It also provides the charging voltage of the capacitors according to the selected power level.
2. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que permite que a desfibrilação multidirecional com chaveamento otimizado é aplicada usando-se um único desfibrilador portátil e um único par de manoplas/pás .  Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 1, characterized in that it allows optimized keyed multidirectional defibrillation to be applied using a single portable defibrillator and a single pair of handles / paddles.
3. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a aplicação dos choques sucessivos em diferente direções é breve o suficiente para que as células sejam excitadas por apenas 1 dos choques .  Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 1, characterized in that the application of successive shocks in different directions is brief enough that the cells are excited by only 1 of the shocks.
4. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a sucessão de choques multidirecionais com defasagem otimizada permite a rápida excitação de células com diferentes orientações, garantindo que o miocárdio não seja estimulado no período de vulnerabilidade. Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 1, characterized in that the succession of shocks Multidirectional with optimized lag allows rapid excitation of cells with different orientations, ensuring that the myocardium is not stimulated during the period of vulnerability.
5. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional , de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, quando a célula cardíaca for excitada por um dado estímulo, não responderá aos próximos, durante o mesmo ciclo estimulatório, minimizando, desta forma, o surgimento de bloqueio de condução e reexcitação.  Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 1, characterized in that when the cardiac cell is excited by a given stimulus, it will not respond to the next during the same stimulatory cycle, thereby minimizing the onset of conduction block and reexcitation.
6. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que é capaz de aplicar choques sequenciais monofásicos ou bifásicos, estrategicamente separados em um período menor que 100 ms, em três diferentes direções, pela passagem de corrente elétrica através de três pares de eletrodos.  Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 1, characterized in that it is capable of delivering sequentially single-phase or two-phase sequential shocks within a period of less than 100 ms in three different directions by passing electric current through three pairs of electrodes.
7. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a alimentação do referido dispositivo é feita por uma fonte de tensão DC, constituída por uma bateria recarregável.  Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 1, characterized in that the power to said device is supplied by a DC voltage source consisting of a rechargeable battery.
8. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional , de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o circuito da fonte chaveada é responsável por elevar a tensão aos níveis requeridos para carga de três capacitores, no qual armazenam a energia para a descarga desfibrilatoria. 8. Cardiac defibrillation device Multidirectional power supply according to Claim 1, characterized in that the switching power supply circuit is responsible for raising the voltage to the levels required for charging three capacitors, in which they store the energy for the defibrillatory discharge.
9. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que cada capacitor realiza a descarga da energia a cada direção.  Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 8, characterized in that each capacitor discharges energy in each direction.
10. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que um microcontrolador é responsável por gerar pulsos sequenciais de disparo para o acionamento de chaves semicondutoras que permitem realizar a descarga do choque desfibrilatório nas três direções .  Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 8, characterized in that a microcontroller is responsible for generating sequential firing pulses for the activation of semiconductor switches that enable the defibrillatory shock to be discharged in all three directions.
11. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que os referidos pulsos sequenciais são pulsos retangulares de tensão de 5 V.  Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 10, characterized in that said sequential pulses are rectangular 5 V voltage pulses.
12. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que os pulsos são gerados de modo a acionar o chaveamento defasado a cada par de eletrodos . Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 10, characterized in that the pulses are generated in such a way as to trigger the delayed switching at each pair of electrodes.
13. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional , de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que, a cada comando de disparo, apenas uma sequência de pulsos é gerada.  Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 10, characterized in that only one pulse sequence is generated at each trigger command.
14. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o circuito de chaveamento é constituído por três chaves eletrônicas (TRIACs) que, quando acionadas pelos pulsos de disparo no gate, realizam a descarga da tensão armazenada nos capacitores, permitindo, desta maneira, a passagem de corrente elétrica através do coração em cada direção de estimulação .  Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 8, characterized in that the switching circuit consists of three electronic switches (TRIACs) which, when triggered by the gate clocks, discharge the stored voltage in the capacitors, thus allowing electrical current to pass through the heart in each direction of stimulation.
15. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que transformadores de pulso são utilizados para garantir o disparo dos triacs, quando é mantida em uma de suas entradas um trem de pulsos de frequência de 1 kHz proveniente do circuito de controle, e também, para isolar eletricamente o circuito de controle do circuito de potência a ser acionado.  Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 14, characterized in that pulse transformers are used to ensure triac triggering when a 1 kHz pulse train from one of its inputs is maintained. control circuit and also to electrically isolate the control circuit from the power circuit to be driven.
16. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que para desfibrilação direta utiliza-se uma manopla/pá que apresenta, cada uma, 3 (três) eletrodos em forma de discos côncavos. Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 1, characterized by the fact that for direct defibrillation is used a handle / shovel that each has 3 (three) electrodes in the form of concave discs.
17. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional , de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que cada eletrodo, que consiste em um disco côncavo de aço cirúrgico escovado, foi fixado foi fixado em um eixo de sustentação preso a um arco, que contém canaletas internas para passagem dos fios.  Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 16, characterized in that each electrode, consisting of a concave brushed surgical steel disc, was fixed to a support shaft attached to an arch containing internal channels for wire passage.
18. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que com a referida técnica de prototipagem apresenta três orifícios de -5 mm de diâmetro para instalação dos eletrodos.  Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 17, characterized in that with said prototyping technique it has three holes of -5 mm in diameter for electrode installation.
19. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que os eletrodos laterais estão posicionados na base de sustentação em 60 a com relação ao eletrodo central para estabelecer as direções de aplicação do choque. 19. Multi cardiac defibrillation device according to claim 17, characterized by the fact that the side electrodes are positioned on the support base 60 with respect to the central electrode to establish the shock application direction.
20. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que, na parte superior do orifício central, é construída uma base circular para encaixe de um cilindro de alumínio, coberto com pintura eletrostática para acoplamento da peça com os eletrodos à manopla de pega, protegendo a fiação ligada aos eletrodos, bem como para alongar a peça e facilitar o manuseio dos eletrodos no interior da cavidade torácica. Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 17, characterized in that at the top of the central hole, a circular base is fitted for the fitting of an aluminum cylinder, covered with electrostatic paint for coupling the part with the electrodes to the handle handle, protecting the wiring attached to the electrodes, as well as for lengthening the part and facilitating the handling of the parts. electrodes inside the thoracic cavity.
21. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional , de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que as manoplas de pega foram projetadas para minimizar a possibilidade de contato do operador com os eletrodos e as partes condutivas, e contém um botão para acionar o carregamento dos capacitores e outro para acionar o disparo da descarga.  Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 20, characterized in that the grip handles are designed to minimize the possibility of operator contact with the electrodes and conductive parts, and contain a button to trigger charging. capacitors and another to trigger the discharge trip.
22. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que, para ligação do contato entre todos os eletrodos e das chaves ao desfibrilador, são utilizados dois cabos elétricos espiralados através de conectores de 5 vias .  Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 16, characterized in that for connecting the contact between all electrodes and switches to the defibrillator, two coiled electrical cables through 5-way connectors are used.
23. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que fornece pulsos de tensão com forma de onda monopolar de descarga capacitiva (RC - resistor/capacitor, ou ainda, pode fornecer uma descarga monopolar amortecida, RLC - resistor/indutor/capacitor, e também a forma de onda bipolar exponencial truncada ou retilínea) e é capaz de aplicar choques: Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 1, characterized in that it provides voltage pulses with capacitive discharge monopolar waveform (RC - resistor / capacitor, or may provide discharge). single-pole, RLC - resistor / inductor / capacitor, as well as truncated or rectilinear exponential bipolar waveform) and is capable of delivering shocks:
a) em uma única direção (monodirecional) ; ou  a) in a single direction (monodirectional); or
b) choques sequenciais em três diferentes direções b) sequential shocks in three different directions
(multidirecional ) . (multidirectional).
24. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que o chaveamento da descarga multidirecional é projetado para ser suficientemente rápido em um total de aproximadamente 60-90 ms para permitir a estimulação elétrica direta do coração nas três direções dentro do período de duração do PA cardíaco em mamíferos grandes.  Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 23, characterized in that the multidirectional discharge switch is designed to be fast enough for a total of approximately 60-90 ms to allow direct electrical stimulation of the heart in the three directions within the duration of cardiac BP in large mammals.
25. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que a direção monodirecional acontece pela passagem de corrente elétrica entre apenas um par de eletrodos, isto é, um eletrodo em cada pá.  Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 23, characterized in that the monodirectional direction occurs by the passage of electric current between only one pair of electrodes, that is, one electrode in each paddle.
26. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que a direção multidericional acontece pela passagem de corrente através de três pares de eletrodos estrategicamente separados em ângulo de 60°. Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 23, characterized in that the multideritional direction occurs by passing current through three strategically separated electrode pairs at an angle of 60 °.
27. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional , de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a intensidade dos pulsos desfibrilatórios pode é dependente do nível de energia selecionado em um botão no painel frontal do instrumento. Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 1, characterized in that the intensity of the defibrillatory pulses may be dependent on the energy level selected on a button on the instrument front panel.
28. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o circuito de isolação é projetado para garantir o isolamento elétrico entre o circuito de baixa tensão (circuito de controle) do circuito de alta potência (circuito de chaveamento) , e também garantir o acionamento do chaveamento a cada direção para o disparo da descarga desfibrilatoria .  Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 1, characterized in that the isolation circuit is designed to ensure electrical isolation between the low voltage circuit (control circuit) of the high power circuit (control circuit). keying), and also ensure the activation of the switching in each direction to trigger the defibrillatory discharge.
29. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que para recarga do dispositivo é utilizado um carregador eletrônico para bateria selada.  Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 1, characterized in that an electronic sealed battery charger is used for recharging the device.
30. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fonte chaveada incorpora um regulador chaveado ajustável que chaveia a corrente em elevada frequência, de forma a manter uma tensão de saída DC estabi1izada . Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 1, characterized in that the switching source incorporates an adjustable switching regulator which switches the high-frequency current to maintain a stabilized DC output voltage.
31. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional , de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o regulador chaveado é ligado a um transformador, projetado sobre o núcleo Thornton NP-23 /17-4900-IP6 para relação de espiras de 1:10, com Ni = 4 espiras, Li = 78,4 μΗ, N2 = 40 espiras, L2 = 7,84 mH, e frequência de 52 kHz) , e sua saída foi conectada a um diodo retificador rápido UF4007 1,0 A, 1000 V. Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 1, characterized in that the keyed regulator is connected to a transformer designed on the Thornton NP-23 / 17-4900-IP6 core for 1: 10, with Ni = 4 turns, Li = 78.4 μΗ, N 2 = 40 turns, L 2 = 7.84 mH, and 52 kHz frequency), and its output was connected to a fast rectifier diode UF4007 1.0 A, 1000 V.
32. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, na saída do transformador, a tensão encontra-se elevada em correspondência ao nível de energia a ser aplicado, sendo ajustada por um potenciômetro multivoltas .  Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 1, characterized in that the voltage at the transformer output is high corresponding to the energy level to be applied and is adjusted by a multivolt potentiometer.
33. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 36, caracterizado pelo fato de que, sob esta tensão de saída, existe um divisor de tensão para retirar amostras da tensão de carga dos capacitores.  Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 36, characterized in that under this output voltage there is a voltage divider for taking samples of the charging voltage from the capacitors.
34. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que para o controle do chaveamento da descarga desfibrilatória, a seleção do modo de disparo mono ou multidirecional e a apresentação via display de LCD dos dados referentes à tensão selecionada e o respectivo nível de energia, utiliza-se um microcontrolador , um circuito integrado que reúne em um único dispositivo todos os circuitos necessários para realizar um completo sistema digital programável. Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 1, characterized in that for the control of the defibrillatory discharge single or multi-directional triggering mode and the LCD display of the data for the selected voltage and its power level, a microcontroller is used, an integrated circuit that gathers in one device all the circuits necessary to make a complete system. programmable digital.
35. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que o sistema digital do microcontrolador apresenta pinos de entrada/saída, VSs e +VDD, e é constituído de um processador, bytes de memória de dados (RAM) e de programa (EEPROM) , oscilador interno, e possui canais de conversores analógico,/digital (A/D) integrados . Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 34, characterized in that the digital microcontroller system has input / output pins, V S if + V DD , and consists of a processor, memory bytes of (RAM) and program (EEPROM), internal oscillator, and has integrated analog / digital (A / D) converter channels.
36. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que o a programação das funções a serem realizadas pelo microcontrolador foi desenvolvida em linguagem de montagem (assembly) , e o programa foi escrito e carregado pelo software gravador MPLAB® IDE para que o microcontrolador realize todos os ciclos de instruções . Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 34, characterized in that the programming of the functions to be performed by the microcontroller was developed in assembly language, and the program was written and loaded by the MPLAB recorder software. ® IDE for the microcontroller to perform all instruction cycles.
37. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 35, caracterizado pelo fato de que o conversor A/D é utilizado para realizar o registro do sinal das amostras de tensão de carga (0-5 V, grandeza analógica) , gerando a representação digital destes níveis de tensão e disponibilizando em um display de LCD as variáveis de TENSÃO (em V) e ENERGIA (em J) . Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 35, characterized by the fact that the A / D converter is used to perform the signal recording of the load voltage samples (0-5 V, analog quantity), generating the digital representation of these voltage levels and making available on an LCD display the TENSION (in V) and ENERGY (in J) variables.
38. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional , de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato de que a energia é calculada internamente ao microcontrolador por meio da programação, o qual armazena a cada instante em seus registradores de memória, amostras da tensão de carga dos capacitores.  Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 37, characterized in that the energy is calculated internally to the microcontroller by means of programming which at each moment stores in its memory registers samples of the load voltage of the capacitors.
39. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que o microcontrolador é configurado para se comunicar com um display.  Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 34, characterized in that the microcontroller is configured to communicate with a display.
40. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com as reivindicações 34 a 39, caracterizado pelo fato de que no display é possível o ajuste do contraste e da iluminação de fundo.  Multidirectional cardiac defibrillation device according to any one of claims 34 to 39, characterized in that the contrast and backlight adjustment are possible on the display.
41. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que a programação é configurada para que o microcontrolador seja responsável pelo controle da seleção do modo de disparo monodirecional ou multidirecional . Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 34, characterized in that the programming is configured so that the microcontroller is responsible for controlling selecting the one-way or multi-directional shooting mode.
42. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que em uma das saídas do microcontrolador é gerado um trem de pulsos na frequência de 1 kHz, que é utilizado para garantir o disparo do chaveamento .  Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 34, characterized in that a pulse train at the frequency of 1 kHz is generated at one of the microcontroller outputs, which is used to ensure the triggering of the switch.
43. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que o disparo em apenas uma direção é efetuado quando a chave, localizada no painel frontal do dispositivo, está posicionada na posição monodirecional .  Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 34, characterized in that the firing in only one direction is effected when the switch, located on the front panel of the device, is positioned in the monodirectional position.
44. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que com a seleção do modo de desfibrilação multidirecional, no momento do acionamento da descarga do choque, o microcontrolador gera três pulsos de disparo, defasados e na sequência das três saídas programadas, correspondendo a um pulso para cada direção (0o, 60° e 120°) . Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 34, characterized in that with the selection of the multidirectional defibrillation mode, at the moment of the shock discharge triggering, the microcontroller generates three lagged, sequentially triggered pulses. the three outputs programmed, corresponding to a pulse for each direction (0 o, 60 ° and 120 °).
45. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o chaveamento é realizado por três chaves eletrônicas que, quando acionadas, realizavam a descarga da tensão armazenada nos capacitores, permitindo, desta maneira, a passagem de corrente elétrica através do coração em uma dada direção de estimulação. Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 1, characterized by the fact that the switching is performed by three electronic switches that, when activated, discharged the voltage stored in the capacitors, thus allowing the passage of electric current through the heart in a given direction of stimulation.
46. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional , de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fonte chaveada, responsável por fornecer a tensão de carga é ligada em paralelo ao terminal positivo de três capacitores por meio de um diodo retificador de potência, diretamente polarizado a cada um deles .  Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 1, characterized in that the switching source responsible for supplying the charging voltage is connected in parallel to the positive terminal of three capacitors by means of a power rectifier diode; directly polarized to each of them.
47. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 46, caracterizado pelo fato de que aos terminais negativos dos capacitores, outro diodo de potência ligado, diretamente polarizado com o GND da fonte chaveada.  Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 46, characterized in that to the negative terminals of the capacitors, another connected power diode, directly polarized with the switching source GND.
48. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 46, caracterizado pelo fato de que entre o cátodo do diodo e o terminal positivo de cada capacitor, é ligado um Trioãe for Alternating Current (TRIAC TIC226M, 8,0 A, 600 V), ou podem ser utilizados outros elementos de chaveamentos como Field Effect Transistor (FETs), Insulated Gate Bipolar Junction Transistors (IGBTs), Silicon Controlled Rectifiers (SCRs) , para alternar a descarga da tensão do capacitor e construir a forma de onda de desfibrilação . Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 46, characterized in that between the diode cathode and the positive terminal of each capacitor, a Triad for Alternating Current (TRIAC TIC226M, 8.0 A, 600) is connected. V), or other switching elements such as Field Effect Transistor (FETs), Insulated Gate Bipolar Junction may be used. Transistors (IGBTs), Silicon Controlled Rectifiers (SCRs), to alternate capacitor voltage discharge and build the defibrillation waveform.
49. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional , de acordo com a reivindicação 48, caracterizado pelo fato de que o TRIAC é um componente semicondutor que conduz corrente elétrica nos dois sentidos e possui os terminais Anodol (pino 1), Anodo2 (pino 2) e um terminal de disparo (gate, pino 3), e permanece em estado de não condução até receber um pulso de tensão de disparo no gate, proveniente do circuito de controle.  Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 48, characterized in that the TRIAC is a semiconductor component conducting two-way electrical current and having the terminals Anodol (pin 1), Anode2 (pin 2) and a trip terminal (gate, pin 3), and remains in a non-conducting state until it receives a gate trip voltage pulse from the control circuit.
50. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 49, caracterizado pelo fato de que uma vez carregados os capacitores, a descarga ocorre com a passagem da corrente pelos TRlACs somente quando o pulso de disparo é recebido no gate, e a tensão armazenada nos capacitores é descarregada apenas durante o período do pulso de disparo, interrompendo o chaveamento e o fluxo de corrente.  Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 49, characterized in that once the capacitors are charged, the discharge occurs with current passing through the TRlACs only when the clock is received at the gate, and the voltage stored in capacitors is discharged only during the clock period, interrupting the switching and current flow.
51. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que os eletrodos são utilizados como meio de contato entre o desfibrilador e a superfície do coração ou do tórax, para aplicação da descarga desfibrilatória . Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 6, characterized in that the electrodes are used as a means of contact between the defibrillator and the surface of the heart or chest for delivery of the discharge. defibrillation.
52. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional , de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que, para desfibrilação direta, foram construídas duas manoplas a partir de tarugos de nylon, que foram posteriormente conectadas à uma haste e à peça de policarbonato/abs , com os três eletrodos cada.  Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 16, characterized in that for direct defibrillation two handles were constructed from nylon billets which were subsequently connected to a rod and the polycarbonate / abs piece. , with the three electrodes each.
53. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 52, caracterizado pelo fato de que na parte superior de cada manopla, foram encaixados os botões do tipo push button responsáveis um para carga dos capacitores e outro de disparo da descarga.  Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 52, characterized in that the push-button buttons responsible for charging the capacitors and the other triggering the discharge are fitted to the top of each handle.
54. Dispositivo de desfibrilação cardíaca multidirecional, de acordo com a reivindicação 53, caracterizado pelo fato de que adicionalmente foram utilizados dois cabos elétricos espiralados e a cada extremidade dos cabos, acrescentou-se um conector cabo de 5 contatos macho para conexão das manoplas-eletrodos aos respectivos conectores de 5 contatos fêmea, localizados no painel do desfibrilador multidirecional.  Multidirectional cardiac defibrillation device according to claim 53, characterized in that in addition two coiled electrical cables were used and at each end of the cables a 5-contact male cable connector was added for connection of the lead electrodes. to the respective 5-contact female connectors located on the multidirectional defibrillator panel.
55. Método de utilização do dispositivo conforme definido pelas reivindicações 1 a 54 caracterizado pelo fato de que o dispositivo de desfibrilação cardíaco multidirecional com chaveamento otimizado aplica choques em mais de uma direção, chaveados com defasagem de milissegundos, de modo que a sequência dure menos que o período refratário miocárdico. Method of using the device as defined by claims 1 to 54, characterized in that the cardiac defibrillation device Multidirectional with optimized switching delivers shocks in more than one direction, keyed with millisecond lag, so that the sequence lasts less than the myocardial refractory period.
56. Método de utilização, de acordo com a reivindicação 55, caracterizado pelo fato de que os pulsos são gerados de modo a acionar o chaveamento defasados de 20-30 ms a cada par de eletrodos, de modo que o último estímulo fosse aplicado 40-60 ms após o disparo do primeiro, e 20-30 ms após o disparo do segundo, totalizando um tempo de aplicação de 60-90 ms .  Method of use according to claim 55, characterized in that the pulses are generated so as to trigger the 20-30 ms delayed switching for each pair of electrodes, so that the last stimulus is applied 40-40. 60 ms after the first trigger, and 20-30 ms after the second trigger, totaling an application time of 60-90 ms.
57. Uso do dispositivo conforme definido pelas reivindicações 1 a 54 caracterizado pelo fato de que é para a aplicação de desfibrilação elétrica do coração de humanos e outros animais.  Use of the device as defined by claims 1 to 54 characterized in that it is for the application of electrical defibrillation of the heart of humans and other animals.
58. Uso do dispositivo, de acordo com a reivindicação 57 , caracterizado pelo fato de que é para o tratamento de arritmias de alto potencial letal, tanto no processo de desfibrilação direta, quanto transtorácica .  Use of the device according to claim 57, characterized in that it is for the treatment of high lethal arrhythmias in both direct and transthoracic defibrillation processes.
59. Uso do dispositivo, de acordo com a reivindicação 59. Use of the device according to claim
57, caracterizado pelo fato de que pode ser aplicado para desfibriladores , cardioversores e marca-passos cardíacos e outros estimuladores de preparações multicelulares . 57, characterized by the fact that it can be applied to defibrillators, cardioversors and cardiac pacemakers and other stimulators of multicellular preparations.
60. Uso do dispositivo, de acordo com a reivindicação 59, caracterizado pelo fato de que os referidos marca- passos cardíacos podem ser implantáveis ou não. 60. Use of the device according to claim 59, characterized by the fact that said cardiac pacemakers may or may not be implantable.
61. Uso do dispositivo, de acordo com as reivindicações 57 a 59, caracterizado pelo fato de que pode ser aplicados para choques desfibrilatórios monofásicos (seja de polaridade positiva ou negativa) , bifásicos (tendo um pulso de polaridade positiva e polaridade negativa) .  Use of the device according to any one of claims 57 to 59, characterized in that it can be applied to single-phase (either positive or negative polarity), biphasic (having a positive polarity and negative polarity pulse) shocks.
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