เครื่องกระตุ้นหัวใจเป็นเครื่องที่สร้างไฟฟ้าช็อตในช่วงเวลาสั้นๆ เพื่อให้หัวใจกลับมาเต้นอย่างมั่นคง โดยปกติตัวเก็บประจุจะใช้ในเครื่องกระตุ้นหัวใจแทนการใช้แบตเตอรี่เพื่อให้การกระตุ้นหัวใจในทันที อย่างไรก็ตาม ในเครื่องกระตุ้นหัวใจด้วยไฟฟ้าแบบพกพา แบตเตอรี่จะใช้เป็นแหล่งพลังงานเพื่อชาร์จตัวเก็บประจุ
ตัวเก็บประจุคือการจัดเก็บอุปกรณ์ที่ดูดซับพลังงานพิเศษใดๆ ในวงจรหรือภาวะชั่วคราวในระบบ แล้วปล่อยประจุที่เก็บไว้ในอุปกรณ์เหล่านั้นเมื่อจำเป็น นอกจากนี้ ยังทำหน้าที่เป็นแบตเตอรี่ระยะสั้นที่ชาร์จและคายประจุได้ค่อนข้างเร็วไม่เหมือนกับแบตเตอรี่ทั่วไป แม้ว่าจะไม่สามารถเก็บประจุไว้ได้นานกว่าก็ตาม
โครงร่าง:
เครื่องกระตุ้นหัวใจทำงานอย่างไร?
เพื่อให้เข้าใจถึงสาเหตุที่ใช้ตัวเก็บประจุในเครื่องกระตุ้นหัวใจ จึงจำเป็นต้องทราบการทำงานของเครื่องกระตุ้นหัวใจ ดังนั้น เครื่องกระตุ้นหัวใจด้วยไฟฟ้าจึงมีวงจรสองวงจร วงจรหนึ่งมีหน้าที่ชาร์จตัวเก็บประจุ และอีกวงจรหนึ่งทำหน้าที่คายประจุตัวเก็บประจุ กระบวนการชาร์จและการคายประจุทำได้โดยใช้คอมพิวเตอร์ขนาดเล็กภายในเครื่องกระตุ้นหัวใจ แต่เพื่อแสดงให้เห็นนี่คือวงจรง่ายๆ ของเครื่องกระตุ้นหัวใจ:
ในสวิตช์วงจรข้างต้น A และ B มีหน้าที่รับผิดชอบในการชาร์จตัวเก็บประจุ ในขณะที่สวิตช์ 1,2,3,4 มีหน้าที่รับผิดชอบในการคายประจุตัวเก็บประจุ เมื่อเปิดเครื่องสวิตช์ A และ B จะอยู่ในสถานะเปิดและเริ่มการชาร์จตัวเก็บประจุ:
เมื่อตัวเก็บประจุและระบบการชาร์จมีศักยภาพเท่ากัน สวิตช์ A และ B จะเข้าสู่สถานะ OFF ซึ่งหมายความว่าตัวเก็บประจุชาร์จเต็มแล้ว
ขณะนี้เมื่อติดหัววัดของเครื่องกระตุ้นหัวใจเข้ากับบริเวณที่กำหนดของร่างกาย ตัวเก็บประจุจะเริ่มคายประจุส่งผลให้หัวใจช็อตทันที สวิตช์ตัวแรกที่ 1 และ 4 จะถูกปิด และกระแสเริ่มไหล และทิศทางของกระแสนี้เรียกว่าทิศทางไปข้างหน้า
หลังจากนั้นครู่หนึ่ง ทิศทางของกระแสน้ำจะเปลี่ยนและจะเริ่มไหลในทิศทางตรงกันข้าม รูปคลื่นที่แสดงนั้นเรียกว่ารูปคลื่นแบบสองเฟส
ตอนนี้เมื่อกราฟถึงศูนย์อย่างถาวร หมายความว่าตัวเก็บประจุคายประจุจนหมด และนี่คือรูปคลื่นของเครื่องกระตุ้นหัวใจ:
ช่วงเวลาการสลับที่นี่คือเวลาที่กระแสเปลี่ยนทิศทางและสวิตช์ทั้งสี่ของวงจรคายประจุจะเข้าสู่สถานะปิดเพื่อหลีกเลี่ยงการลัดวงจร
เหตุใดจึงใช้ตัวเก็บประจุในเครื่องกระตุ้นหัวใจ
ตัวเก็บประจุสามารถเก็บประจุได้อย่างรวดเร็วเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ เนื่องจากมีขนาดเล็กกว่าและมีเทคโนโลยีขั้นสูง นอกจากนี้ เครื่องกระตุ้นหัวใจยังต้องการแรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตเป็นจำนวนมาก ซึ่งแบตเตอรี่ไม่สามารถจ่ายได้เนื่องจากข้อจำกัดด้านขนาด
โดยปกติแบตเตอรี่จะใช้ปฏิกิริยาเคมีเพื่อกักเก็บและปล่อยพลังงาน ซึ่งจำกัดความเร็วในการชาร์จ และคายประจุก็เช่นเดียวกัน ยิ่งไปกว่านั้น แบตเตอรี่เริ่มเสื่อมเร็วขึ้นเมื่อเทียบกับตัวเก็บประจุ และทำให้ความสามารถในการชาร์จลดลงด้วย นี่สรุปได้ว่าแบตเตอรี่ไม่สามารถเก็บระดับแรงดันไฟฟ้าสูงไว้เป็นระยะเวลานานได้
ในทางกลับกัน ตัวเก็บประจุเนื่องจากองค์ประกอบสามารถเก็บแรงดันไฟฟ้าสูงได้ค่อนข้างง่ายในระยะเวลาที่น้อยลง นอกจากนี้อายุการใช้งานของตัวเก็บประจุเกี่ยวกับความสามารถในการเก็บประจุนั้นค่อนข้างสูงโดยเฉพาะเมื่อพูดถึงซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ ด้วยตัวเก็บประจุ จึงสามารถส่งกระแสไฟฟ้าช็อตทันทีได้อย่างง่ายดายเนื่องจากการคายประจุอย่างรวดเร็วด้วยกระแสที่ไหลคงที่โดยไม่มีประกายไฟ
บทสรุป
เครื่องกระตุ้นหัวใจด้วยไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ทำให้เกิดอาการช็อกที่ช่วยให้หัวใจกลับมามีจังหวะการเต้นที่มั่นคงหรือให้การรักษาภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะ โดยปกติแล้ว เพื่อทำให้เกิดไฟฟ้าแรงสูงช็อตที่หัวใจ จะต้องมีตัวเก็บประจุที่ใช้ซึ่งชาร์จด้วยแหล่งจ่ายไฟหรือแบตเตอรี่ แนะนำให้ใช้ตัวเก็บประจุเนื่องจากมีการชาร์จและการคายประจุที่รวดเร็ว ความสามารถในการจัดเก็บแรงดันไฟฟ้าสูงและเอาต์พุตที่เสถียร