DE2140832A1 - Verfahren und vorrichtung fuer die elektrische hochfrequenzchirurgie - Google Patents

Verfahren und vorrichtung fuer die elektrische hochfrequenzchirurgie

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DE2140832A1
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    • A61B2018/0066—Sensing and controlling the application of energy without feedback, i.e. open loop control

Description

Dr. Ing. E. BERKENFELD · Dipl.-I ng. H. B ERKEN FELD, Patentanwälte, Köln
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Anlage Aktenzeichen
zur Eingabe vom 15. Juli 1971 vA// Name d. Anm. Electro Medical Systems,
Inc.
Verfahren und Vorrichtung für die elektrische Hochfrequenzchirurgie
Die Erfindung bezieht sich auf medizinische elektronische Verfahren und Vorrichtungen sowie insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausführung einer elektrochirurgischen Behandlung in einer sicheren und höchst wirksamen Weise.
Die bisher ausgebildeten Vorrichtungen haben elektrische Hochfrequenzenergie zur Ausführung einer chirurgischen Behandlung, am menschlichen Körper verwendete Solche Vorrichtungen umfassen in typischer Weise eine schneidende Betriebsart, bei welcher eine durch einen Vakuumröhrengenerator erzeugte kontinuierliche Wellenform der Hochfrequenzenergie verwendet wurde, um mittels der erzeugten Hitze in das Körpergewebe einzuschneiden, sowie eine koagulierende Betriebsart, bei welcher eine durch einen getrennten Funkenstreckengenerator erzeugte gedämpfte Wellenform der Hochfrequenzenergie verwendet wurde, um das aus dem eingeschnittenen Gewebe ausfließende Blut zu koagulieren. Ein Nachteil dieser bekannten Vorrichtungen bestand darin, daß zur Ausführung der Schneid- und Koagulierungsfunktionen zwei getrennte Generatoren erforderlich waren, welche extrem hohe Spannungen auf die aktive Schneidelektrode zur Einwirkung brachten. Durch diese Vorrichtungen und insbesondere durch den Funkenstreckengenerator wurde infolgedessen das Gewebe in übermäßiger Weise zerstört. Außerdem brachte ihre Verwendung beträchtliche Gefahren sowohl für den Patienten als auch für den operierenden Arzt mit sich.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht demgemäß in der Ausbildung eines neuartigen Verfahrens und einer Vorrichtung zum Schneiden von Gewebe und zum Koagulieren des Blutes im Schnittbereich unter Verwendung des gleichen Hochfrequenzgenerators, welche dadurch gekennzeichnet sind, daß Gruppen oder Pakete elektrischer Hochfrequenzenergie in einer schwingenden Wellenform mit im wesentlichen konstanter Amplitude zur Einwirkung gebracht werden, die sich in vorher gewählten, im Abstand liegenden Zeitintervallen wiederholen.
Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht in der Ausbildung einer neuartigen Vorrichtung für die elektrische Hochfrequenzchirurgie, welche die vorstehend erwähnten Nachteile der bekannten Vorrichtungen durch Verwendung einer elektrischen Schaltung vermeidet, welche die Verwendung wesentlich niedrigerer Hochfrequenzspannungen ermöglicht als bisheijmöglich war und welche eine im wesentlichen unmodulierte schwingende Wellenform liefert.
Noch eine andere Aufgabe der Erfindung besteht in der Ausbildung einer neuartigen Vorrichtung für die elektrische Hochfrequenzchirurgie, welche sowohl eine schneidende Betriebsart als auch eine koagulierende Betriebsart entweder gleichzeitig oder unabhängig voneinander ausführen kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Ausbildung einer neuartigen Vorrichtung für die elektrische Hochfrequenzchirügie, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß sie einen Hochfrequenzgenerator und eine Steuerschaltung aufweist, die Festkörperelemente verwendet. Die Vorrichtung ist hochempfindlich, zuverlässig, und wirksam, dieselbe weist eine genaue Stromregelung auf und ist bei der Ausführung verschiedener ausgewählter chrirurgischer Vorgänge und Verfahren in einer sicheren und verläßlichen Weise genau einstellbar und regelbar.
Gemäß der Erfindung ist eine elektrische Vorrichtung zur Ausführung der elektrischen Hochfrequenzchirurgie vorgesehen, welche einen Hochfrequenzgenerator und einen Multivibrator von asymme-
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trischer Wirkungsweise zur Steuerung des Hochfrequenzgenerators enthält, um eine kombinierte schneidende und kopulierende Betriebsart sowie eine koagulierende Betriebsart auszuführen. Schalteinrichtungen sind vorgesehen, durch welche der Hochfrequenzgenerator kontinuierlich betätigt oder abwechselnd durch den FIuItivibrator gesteuert werden kanno Der Hochfrequenzgenerator ist mit einer Verstärkereinrichtung verbunden, um die durch den Hochfrequenzgenerator erzeugte Hochfrequenzgenergie zu verstärken und dieselbe auf eine aktive Elektrode zur Ein- \virkung zu bringen zwecks Verwendung beim Schneiden oder Koagulieren lebenden Körpergewebes. Eine Rückführungseinrichtung in Form einer Erdungsplatte wird am Patienten unterhalb des zu operierenden Körperbereichs angeordnet, um einene elektrischen Rücklaufweg zu der Verstärkereinrichtung vorzusehen. Eine Stromzuführungseinrichtung, führt der Schaltung der Vorrichtung verhältnismäßig niedrige Gleichspannungen zu. Auf diese Weise wird durch einen einzigen elektronischen Oszillatorstromkreis eine Reihe von Gruppen elektrischer Hochfrequenzenergie in einer schwingenden Wellenform mit im wesentlichen konstanter Amplitude erzeugt, wobei sich die Gruppen in gewählten, im Abstand liegenden Zeitintervallen wiederholen für die Koagulation des Blutes oder kombiniertes Schneiden und Koagulieren, oder die Energie wird in einer kontinuierlichen Wellenform erzeugt für das gewöhnliche Schneiden des Körpergewebes.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Elektrochirurgie, gekennzeichnet durch die Erzeugung von Schwingungen es» elektrischer Hochfrequenzenergie mit im wesentlichen konstanter Amplitude, die Regelung der Dauer und des Zeitabstandes zwischen jeder Reihe der erzeugten Schwingungen sowie die Anwendung der erzeugten Energie durch eine Elektrode zum Zwecke der Ausführung chirurgischer Einschnitte und des Koagulierens von Blut an der Einschnittstellec Ein üblicher Generator dient als Quelle der elektrischen Energie für verschiedene chirurgische Vorgänge, wobei die Dauer und der Abstand zwischen jeder Reihe von Schwingungen entsprechend ihrer beabsichtigten Anwendung genau geregelt werden, und zwar derart, daß die Strom-
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erfordernisse und die bei ihrer Verwendung möglichen Gefahren für den Arzt oder für den Patienten auf ein Mindestmaß herabge-. setzt werden.
Die Erfindung wird besser verständlich aus der nachstehenden genauen Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in welchen zeigt:
Fig. 1 teilweise ein Blockdiagramm und teilweise ein Schaltschema einer elektrischen Vorrichtung für die elektrische Hochfrequenzchirurgie gemäß der Erfindung,
Fig. 2 ein Schaltschema des Steuermultivibrators der Fig. 1, Fig. 3 ein Schaltschema des Hochfrequenzgenerators der Fig. 1, Fig. 4 ein Schaltschema des Leistungsverstärkers der Fig. 1,
Fig. 5 ein Schaltschema der Stromzuführungseinrichtung der Fig. 1,
Fig. 6 teilweise einen Grundriß der Erdungsplatte des Patienten der Fig. 1 und teilweise ein Schaltschema der Verbindung der ErdungöÄsplatte des Patienten mit der Schaltung der elektrischen Vorrichtung der Fig. 1 und
. Fig. 7 eine Darstellung der durch die Vorrichtung der Fig. 1 erzeugten Ausgangswellenformen in den verschiedenen Betriebsarten zusammen mit einem Vergleich der Wellenformen mit einem typischen Funkenstreckengenerator.
Die in Fig. 1 dargestellte elektrochirurgische Vorrichtung enthält im allgemeinen einen Steuermultivibratorstromkreis 10 zur Steuerung eines Hochfrequenzgeneratorstromkreises 20, dessen Ausgang auf einen Leistungsverstärkerstromkreis 30 zur Einwirkung kommt, um den Ausgangsstrom zu verstärken, sowie eine Stromzuführungseinrichtung 40, welche die Gleichspannung erzeugt, die
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für die oben erwähnten Stromkreise erforderlich ist. Dem in Fig. 1 dargestellten Hochfrequenzgenerator 20 wird eine Gleichspannung an den Generatorklemmen 22 und 23 zugeführt, während die Generatorklemme 24 mit Erde verbunden ist. Die den Klemmen 22 und 23 zugeführte Gleichspannung wird von der Stromzuführungseinrichtung 40 abgeleitet, welche Gleichspannungen an ihren Ausgangsklemmen 46 und 48 erzeugt, während die Ausgangsklemme 47 , geerdet ist. Eine Spannung V- zwischen der Klemme 47 und Erde kann irgendwo im Bereich von 0 bis 180 V liegen und wird auf die Generatorklemme 23 und auf die Klemme 22 über einen Widerstand 28 zur Einwirkung gebracht. Ein Hochfrequenzüberbrückungskondensator 29 ist zwischen die Klemme 22 und Erde eingeschaltet.
Der Hochfrequenzgenerator 20 weist eine Steuerklemme 21 auf, welche mit dem ortsfesten Kontakt einer Reihe von Relaiskontakten 100 des Relais 101 verbunden ist, welches nachstehend als das Schneidrelais bezeichnet wird. Eine auf dem Steuerpult angeordnete Lampe L3 ist zum Relais 101 parallel geschaltet, um, anzuzeigen, wenn sich die Vorrichtung in der schneidenden Betriebsart befindet. Der andere der Kontakte 100 ist ein Blindkontakt, während der bewegliche Kontaktarm über einen Umschalter 102 mit Erde verbunden ist. Der Schalter 102 wird nachstehend als Schneidschalter bezeichnet und ist ein auf dem Steuerpuls angeordneter Kippschalter. In der dargestellten Offenstellung ist der Schneidschalter 102 für den Schnitt 2 eingestellt und in der Schließstellung ist derselbe für den Schnitt 1 eingestellt.
Mit der Generatorklemme 21 ist auch die Ausgangsklemme 11 des Steuermultivibrators 10 verbunden. Den Klemmen 14 und 15 des Steuermultivibrators 10 wird Gleichspannung zugeführt. Die Klemme 14 ist geerdet und die Spannung B- der Stromzuführungseinrichtung 40 wird über die Erdungsplatte eines Patienten oder die indifferente Elektrode 103 der Klemme 15 zugeführt. Die durch die Stromzuführungseinrichtung 40 erzeugte Spannung B- kann beispielsweise -14 V betragen. Der bewegliche Kontaktarm der Relaiskontakte 104 des Relais 105 ist mit der Klemme 12 des Steuer-
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multivibrators 10 verbunden. Das Relais 105 dient als das Ko agulierungsrelais und eine auf dem Steuerpult angeordnete Lampe L2 ist zum Relais 105 parallel geschaltet, um anzuzeigen, wenn sich die Vorrichtung in der koagulierenden Betriebsart befindet. Die Klemme 13 des Multivibrators ist mit dem anderen ortsfesten Kontakt der Relaiskontakte 104 verbunden.
Der Hochfrequenzgenerator 20 ist mittels eines Aufwärtstransformators 110 mit dem Leistungsverstärker 30 gekuppelt. Die Ausgangsklemmen 25 bis 27 des Generators 20 sind mit der Primärwicklung des Transformators 110 verbunden. Die Eingangsklemmen 32, 33a, 33b und 34 des Leistungsverstärkers 30 sind mit dem Transformator 110 verbunden. V- und Erde sind mit den Klemmen 31 bzw. 35 des Verstärkers 30 verbunden, um demselben Gleichstrom zuzuführen.
Der Ausgang des Leistungsverstärkers 30 ist durch einen Transformator 111 mit den Ausgangsleitungen 112 und 113 gekuppelt. Die Primärwicklung des Transformators 111 ist mit den Ausgangsklemmen 36, 37a, 37h und 33 des Verstärkers verbunden. Die Ausgangsleitungen 112 und 113 sind zur Sekundärwicklung des Transformators 111 parallel geschaltet. Ein Widerstand 118 ist zwischen die Ausgangsleitungen 112 und 113 eingeschaltet, parallel zu welchen die Ausgangsspannung des Transformators 111 entwikkelt wird.
Die Ausgangsleitung 112 ist eine abgeschirmte Leitung, deren Abschirmung mit Erde verbunden ist und die über Gleichstromisolierungskondensatoren 109, 114 und eine Verbindungsklemme 50 mit einer aktiven Elektrode 115 verbunden ist. Die Verbindungsklemme 50 ermöglicht, daß die Elektrode in das Steuerpult der Vorrichtung eingestöpselt werden kann. Die Ausgangsleitung 113 ist über einen Gleichstromisolierungskondensator 116 mit den beiden Verbindungsklemmen 51 und 52 der Erdungsplatte 103 des Patienten verbunden. Zwischen die Klemmen 51 und 52 ist eine· Kondensator 117 eingeschaltet, um zu verhindern, daß eine Spannung B- der Klemme 15 des Steuermultivibrators zugeführt wird,
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wenn die Erdungsplatte 103 des Patienten an den Klemmen 51 und 52 mit der elektrochirurgischen Vorrichtung nicht leitend verbunden ist. Mit der an die Klemme 51 angrenzenden Seite des Kondensators 117 ist ein geerdeter Kondensator 120 zwecks Gleichstromisolierung und eine induktive Hochfrequenzdrossel 121 verbunden, um die Stromzuführungseinrichtung 40 von der Hochfrequenzenergie zu isolieren» Ein Gleichstromisolierungskondensator 122 ist ferner mit der Seite der Drossel 121 verbunden, welcher die Spannung B- zugeführt wird.
Die Klemmen 51 und 52 sind beiderseits mit einem gemeinsamen Punkt verbunden und von diesem gemeinsamen Punkt über einen Gleichstromisolierungskondensator 123 mit der Erdungsplatte 103 des Patienten. Mit der an die Klemme 52 angrenzenden Seite des Kondensators 117 ist eine Klemme einer induktiven Hochfrequenzdrossel 124 verbundene Die andere Klemme der Drossel 124 ist über eine induktive Hochfrequenzdrossel 125 mit der Leitung 112 und auch mit dem beweglichen Kontakt eines Schalters 127 verbunden. Der Schalter 127 ist vorzugsweise ein Fußtrittschalter und wird vom Arzt mit dem Fuß betätigt. Der Schalter 127 weist ortsfeste Kontakte 128, 129 auf und wird verwendet, um die Betriebsart der elektrischen Vorrichtung zwischen Schneiden und Koagulieren umzuschalten.
Der ortsfeste Kontakt 128 des Schalters 127 ist über eine Diode 135 mit der Klemme 15 des Steuermultivibrators verbunden. In ähnlicher Weise ist der ortsfeste Kontakt 129 des Schalters 127 über eine Diode 136 mit der Klemme 15 des Steuermultivibrators verbunden. Die Spannung B- kann daher der Klemme 15 über den elektrischen Weg zugeführt werden, der durch die Drossel 121, die Klemmen 51 und 52, die Drossel 124, den Schalter 127 und die entsprechende Diode 135 oder 136 bestimmt wird. Auf diese V/eise kann der Fußtrittschalter 127 das Schneid- oder Koagulierungsrelais nur betätigen, wenn die Erdungsplatte 103 des Patienten in das Steuerpult der Vorrichtung eingestöpselt ist. Der Schalterkontakt 129 ist über einen Kondensator 137 mit Erde verbunden.
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Die elektrische Einrichtung zur Verbindung der Erdungsplatte 103 des Patienten mit der elektrochirurgischen Vorrichtung enthält • zusätzliche Klemmen 53 und 54, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Die Klemmen 53 und 54 sind miteinander verbunden und dienen dazu, eine Lampe L4 kurzzuschließen, sobald die Platte 103 in die Vorrichtung eingeschaltet ist. Wie Fig. 6 zeigt, sind die Klemmen 51 bis 54 auf einem gemeinsamen Stecker ^ angeordnet. Die Spannung B- wird der Lampe L4 über einen Widerstand 141 zugeführt. Die Lampe L4 ist vorzugsweise auf dem Steuerpult angeordnet und leuchtet auf, sobald die Erdungsplatte 103 des Patienten in das Steuerpult eingestöpselt ist.
Der in Fig. 2 dargestellte Steuermultivibrator 10 enthält einen üblichen Flip-Flop-Stromkreis mit Transistoren TR5 und TR6, die so angeordnet sind, daß sie in einer sich wiederholenden Reihenfolge abwechselnd leiten und ausgeschaltet werden,, Die Basen der Transistoren TR5 und TR6 sind mit Schaltkondensatoren C6 bzw. C5 verbunden. Ein dritter Schaltkondensator C30 ist zwischen eine ■&tf Seite des Kondensators C5 und die Klemme 12 eingeschaltet. Wenn daher die Klemmen 12 und 13 durch die Betätigung des Relais 105 miteinander verbunden werden, ist die Gesamtkapazität auf einer Seite des Flip-Flop-Stromkreises gleich der Summe der Kapazitäten der Kondensatoren C5 und C30, statt nur des Kondensators C5. Dies verkürzt die Leitungsperiode des Transistors TR5 und verändert dadurch den Arbeitszyklus des Flip-Flop-Stromkrieses. Veränderliche Widerstände R6 und R7, die mit den Kondensatoren C5 bzw. C6 verbunden sind, können ebenfalls eingestellt werden, um die Dauer des Arbeitszyklus auf jeder Seite des Flip-Flop-Stromkreises zu verändern. Wie Fig. 2 zeigt, enthält der Stromkreis 10 auch einen Transistor TR7, dessen Basis über den Widerstand R10 mit dem Kollektor des Transistors TR5 verbunden ist» Die Emitter-Kollektorverbindung des Transistors TR7 ist zwischen die Klemme 11 und die geerdete Klemme 14 eingeschaltet. Wenn der Transistor TR5 leitend ist, wird auf diese Weise auf die Basis des Transistors TR7 eine entsprechende Spannung zur Einwirkung gebracht, um zu ¥ bewirken, daß derselbe zwischen seinen Emitter- und Basiselektroden leitet und die
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Klemme 11 über den Transistor TR7 mit Erde oder Nullpotential verbunden wird, was ermöglicht, daß der Hochfrequenzgenerator während eines ausgewählten Zeitintervalls betätigt wird, wenn der Transistor TR5 leitend ist, und ausgeschaltet wird, wenn der Transistor TRf? ausgeschaltet ist, während der "Schnitt 2"- und llKoagulierungs"-Betriebsarfeeiten, wenn die Klemme 21 über die Kontakte 100 und den Schalter 102 nicht geerdet ist, wie nachstehend noch genauer beschrieben wird.
Der in Fig. 3 dargestellte Hochfrequenzgeneratorstromkreis 20 enthält einen Hochfrequenzoszillatorstromkreis 20a, der durch den Transformator TR2 mit einem üblichen Antriebsverstärkerstromkreis 20b gekuppelt ist. Der Antriebsverstärkerstromkreis enthält einen Transistor TR9 und hat die Aufgabe, den Strom vom Oszillatorstromkreis 20a zum Leistungsverstärkerstromkreis 30 zu verstärken und den Oszillatorstromkreis von demselben zu idolieren.
Der Oszillatorstromkreis 20a enthält einen Transistor TR8, dessen Kollektor mit einem Reihensresonanzkreis des Kondensators C28 und mit der Wicklung ¥1 des Transformators T2 verbunden ist, wobei ein Ende der Wicklung W1 mit der geerdeten Klemme 24 verbunden ist. Eine Hochfrequenzdrossel CH5 ist zwischen den Kollektor und die geerdete Klemme 24 eingeschaltet, um eine Hochfrequenzbelastung für den Transistor TR8 zu bilden. Der Emitter des Transistors TR8 ist über die Vorspannungswiderstände R12 und 28 mit der Spannung V- verbunden,, Ein Hochfrequenzüberbrückungskondensators C10 ist zwischen den Emitter und die geerdete Klemme 24 eingeschaltet. Die Basis des Transistors ist mit einem regenerierenden Rückkopplungsnetzwerk verbunden, das eine Rückkopplungswicklung W2 des Transformators T2 und die Diode D2 enthält, welche die in der Wicklung W2 induzierte Hochfrequenzenergie gleichrichtet, zusammen mit einem Ladekondensator C7, der zwischen die Diode D1 und die Klemme 22 eingeschaltet ist. Widerstände Rl 1 und R20 sind von einem beiderseitigen Verbindungspunkt mit der Diode D1 und dem Kondensator C7 verbunden, um die Klemme 21 zu regeln. Eine Steuerdiode D2 ist zwischen einen bei-
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derseitigen Verbindungspunkt der Widerstände R11 und R20 eingeschaltet und über den Widerstand 28 mit der Spannung V- verbunden.
Der Oszillatorstromkreis 20a schwingt, wenn sich die Klemme 21 entweder über die Kontakte 100 und den Schalter 102 oder über den leitenden Zustand des Transistors TR7 auf Erd- oder Millpotential befindet. Wenn sich die mit dem Widerstand R20 verbundene Klemme 21 auf Erd- oder Nullpotential befindet, weist das Rückkopplungsnetzwerk genügend Hochfrequenzenergie auf, um dem Resonanzstromkreis zu ermöglichen, die Schwingungen zu unterstützen. Anders ausgedrückt, wenn die Klemme 21 geerdet ist, ist die Diode D2 nach hinten vorgespannt und kann nicht leiten. Dies stellt einen Schalt Stromkreis von C7 und R11 plus R20 her und der Kondensator wird durch die von der Diode D1 gleichgerichtete Hochfrequenzenergie aufgeladen, was im Rückkopplungsnetzwerk genügend Energie erzeugt, um die Schwingungen zu unterstützen. Wenn jedoch die Klemme 21 nicht geerdet ist, wird die Diode D2 leitend, und wenn nur R11 und C7 den Schaltstromkreis für das Rückkopplungsnetzwerk bilden, dann ist nicht genügend Hochfrequenzenergie verfügbar, um die Schwingungen zu unterstützen, und der Resonanzstromkreis wird weiter schwingen und in die Wicklung W3 des Antriebsstromkreises Hochfrequenzenergie induzieren. Unter diesen Bedingungen befindet sich das Potential an der Klemme 21 über die Diode D2 und dem Widerstand R20 auf der Spannung V- und der Transistor TR7 wird nunmehr leiten jedesmal, wenn der Transistor TR5 leitet, und ausgeschaltet werden jedesmal, wenn der Transistor TR5 ausgeschaltet wird» Auf diese Weise arbeitet der Flip-Flop-Stromkreis kontinuierlich, wenn entweder das Relais 101 oder das Relais 105 betätigt wird, aber während der "Schnitt !"-Betriebsart wird der Steuermultivibrator ausgeschaltet, da dessen Kollektor über die Kontakte 100 und den Schalter 102 geerdet wirde
In Fig» 4 ist ein üblicher Gegentaktverstärker 30 dargestellt» Der Verstärker 30 weist auf jeder Seite drei hintereinander geschaltete Transistorverstärkerstufen auf, die auf einer Seite
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aus den Transistoren TR1, TR2, TR3 und auf der anderen Seite aus den Transistoren TR4, TR1O, TR11 bestehen. Der Verstärker 30 wirkt als ein Leistungsverstärker, um die durch den Hochfrequenzgenerator 20 erzeugte Hochfrequenzenergie zu verstärken. Der Leistungsverstärker wird durch den Antriebsverstärker verhältnismäßig stark angetrieben, um die gewünschte Leistung zu erzielen.
Gemäß Fig. 5 weist die Stromzuführungseinrichtung 40 Eingangsklemmen 41 und 42 auf, zu welchen der Signalgenerator 200 einer elektrischen Wechselstromquelle parallel geschaltet ist. Die elektrische Wechselstromquelle kann beispielsweise eine übliche Stromquelle mit 115 V und 60 Perioden sein, mit welcher die Stromzuführungseinrichtung 40 verbunden ist. Die Stromzuführungseinrichtung 40 enthält auch einen üblichen Steuerstromkreis 199 zur Veränderung des Wechselstromeingangs durch Veränderung der Phase und Amplitude desselben, der unter der Bezeichnung G.E. TRIAC Nr. S100B3 von der Firma General Electric Co. verkauft wird. Dieser Stromkreis enthält ein TRIAC-Element 201 und ein mit einer Scheibe oder einer doppelten Basis versehenes Diodenelement 202, das mit der Steuerelektrode des TRIAC-Elements 201 verbunden ist. Ein Paar Klemmen 43a, 44 sind vorgesehen zur v/ahlweisen Einschaltung eines veränderlichen Widerstandes 203 in den Steuerstromkreis 199, um dessen Ausgang für die "Koagulierungs"-Betriebsart zu verändern, ebenfso wie ein Paar Klemmen 43b, 44 zur wahlweisen Einschaltung eines veränderlichen Widerstandes 204 in den Steuerstromkreis 199, um dessen Ausgang während der "SchneidH-Betriebsart zu verändern. Die Widerstände 203, 2OA sind auf dem Steuerpult angeordnet und entsprechend dem für jede Betriebsart gewünschten Strom voreingestellt. Die Klemmen 43a und 44 sind als ortsfeste Kontakte dargestellt, welche durch einen beweglichen Kontaktarm des Relais 105 geschlossen werden, das für die "Koagulierungs"-Betriebsart wahlweise erregt wird. Ebenso sind die Klemmen 43b und 45 als ortsfeste Kontakte dar freistellt, welche durch einen beweglichen Kontaktarm des Relais 101 geschlossen werden, das für die "Schneid"-Betriobsrart wahüwujse erregt wird, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Der
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Steuerstromkreis 199 ist auch mittels des veränderlichen Widerstandes 205 einstellbar, um den Ausgang der Stromzuführungsein-• richtung zu verändern.
Die Stromzuführungseinrichtung enthält einen Transformator 206, welcher den Ausgang der Stromquelle 200 mit einer Diodenbrücke 207 kuppelt, um parallel zu den Klemmen 47 und 48 eine Gleichspannung B- vorzusehen, während ein Transformator 208 den Ausgang des Steuerstromkreises 199 mit einer Diodenbrücke 209 kuppelt, um parallel zu den Klemmen 46 und 47 eine Gleichspannung V- vorzusehen. Ein auf dem Steuerpult angeordneter Schalter 211 verbindet den Eingang der Stromquelle 200 mit dem Steuerstromkreis 199 und eine Lampe L1 zeigt an, wenn der Strom für die Stromzuführungseinrichtung eingeschaltet ist. Ein Kondensator 212 ist zu den Klemmen 47 und 48 parallel geschaltet, um den 60-Perioden-Strom zu filtern. Zu den Klemmen 47 und 46 sind ein Widerstand 213 und ein Kondensator 214 parallel geschaltet, wobei der letztere ebenfalls dazu verwendet wird, den 60-Perioden-Strom zu filtern, um zu verhindern, daß derselbe auf die Elektroden zur Einwirkung kommt. Auf diese Weise wird die Wellenform der durch den Hochfrequenzgenerator erzeugten Energie durch die 60-Perioden-Stromquelle 200 nicht wesentlich amplitudenmoduliert. Die früher für das Schneiden von Gewebe verwendeten Vakuumröhrengeneratoren erzeugen eine amplitudenmodulierte Wellenform, welche durch die 60-Perioden-Eingangsstromleitung in dem Maße moduliert wird, daß sie vollständig auf 120 Perioden moduliert wird. Die Wirkung einer solchen Amplitudenmodulation besteht darin, eine Reihe oder Gruppe von Hochfrequenzenergieschwingungen zu erzeugen, welche bei jeder Widerholung an einer Stelle im wesentlichen auf die Amplitude Null abnehmen.
Bei der in Fig» 1 dargestellten elektrochirurgischen Vorrichtung gemäß der Erfindung ist im Betrieb die aktive Elektrode 115 so angeordnet, daß sie auf einem Patienten 220 einwirkt. Die indifferente Elektrode oder die Erdungsplatte 103 des Patienten wird gegen den Körper des Patienten angelegt, gewöhnlich indem der Patient auf der Platte 103 liegt. Der Stromzuführungsschalter
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211 wird eingeschaltet und die Widerstände 203 und 204 werden auf die gewünschten Stromstärken eingestellt. Um einen Schnitt auszuführen, wird dann der Schneidschalter 102 für die "Schnitt 1"-Betriebsart geschlossen. Der Fußtrittschalter 127 wird durch den Arzt mit dem Fuß betätigt, wodurch der bewegliche Kontaktarm des Schalters 127 mit dem ortsfeaen Kontakt 128 verbunden wird. Das Relais 101 wird daher erregt, so daß die Klemmen 43b und 45 der Stromzuführungseinrichtung 40 geschlossen werden und der Schalter 102 geschlossen wird, um die Klemme 21 des Hochfrequenzgenerators 20 zu erden, damit derselbe eingeschaltet wird, um elektrische Hochfrequenzenergie in einer schwingenden Wellenform mit im wesentlichen konstanter Amplitude zu erzeugen, wie bei C in Fig. 7 dargestellt ist. Diese elektrische Hochfrequenzenergie wird dann durch den Leistungsverstärker 30 verstärkt und durch den Transe-formator mit der e Elektrode 15 und der Platte 103 gekuppelte Die Hochfrequenzenergie strömt dann von der aktiven Elektrode 115, um wahlweise das Körpergewebe des Patienten 220 zu zerschneiden, worauf die Energie zu der Platte 103 zu-< rückkehrt. Nach dem Durchgang durch die Platte 103 wird die Hochfrequenzenergie in den Hochfrequenzdrosseln 121, 124 und 125 verteilt.
Wach jedem Schneidvorgang oder periodisch bei dem Schneidverfah ren oder der chrirurgischen Behandlung ist es notwendig, das aus dem geschnittenen Gewebe herausfließende Blut zu koagulieren. Dies geschieht durch Betätigung des Fußtrittschalters 127» um den beweglichen Kontaktarm desselben mit dem ortsfesten Kontakt 129 zu verbinden. Das Relais 101 wird stromlos gemacht, während das Relais 105 erregt wird. Die Kontakte 100 öffnen sich daher und die Klemme 21 ist nicht mehr geerdet. Die Kontakte 104 schließen die Klemmen 12 und 13 des Steuermultivibrators 10, um den Kondensator C30 zu C5 parallel zu schalteno Auch die Klömmen 43a und 44 der -Stromzuführungseinrichtung 40. werden geschlossen, so daß durch dieselbe parallel zu den Ausgangsklemmen. 4f> und 47 ein stärkerer Strom erzeugt wird. Bei der llKoaguliei-unfe-...t_-|l-betx'iebi-'arb verändert sich das Potential an den Klemm·---.!. 1 i und 21 abwechselnd, zwischen zwei verschiedenen elektrischer· Fotential-
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niveaus, wobei jedes Niveau eine ausgewählte Dauer aufweist, welche durch den Arbeitszyklus des Flip-Flop-Stromkreises bestimmt wird. Diese Potentialniveaus regeln ihrerseits die Ein- und Ausschaltzeit des Oszillatorstromkreises 20a. Die Spannungswellenform am Ausgang des Steuermultivibrators 10 kann daher durch die in Fig. 7 gezeigte impulsförmige Wellenform B dargestellt werden. Die Spannung oder das Potentialniveau zum Einschalten des Oszillatorstromkreises ist das Erd- oder Nullpotential. Wie oben beschrieben wurde, geschieht dies jedesmal, wenn die Transistoren TR5 und TR7 leiten. Wenn jedoch der Transistor TR5 ausgeschaltet wird, wird auch der Transistor TR7 ausgeschaltet und das Potential an den Klemmen 11 und 21 ist eine Spannung V-, die über den Widerstand 28, die Diode D2 und den Widerstand R20 zugeführt wird. Der Oszillatorstromkreis wird daher ausgeschaltet, bis der Transistor TR7 wieder leitet, wie oben beschrieben wurde. Die Hochfrequenzenergie in Form einer Reihe oder Gruppe von Schwingungen wird daher durch den Generator 20 für jede Einschaltzeit " der Transistoren TR5 und TR7 erzeugt, wie bei E in Fig. 7 dargestellt ist. Diese Hochfrequenzenergie wird durch den Leistungsverstärker 30 verstärkt und auf die Elektrode 115 und die Platte 103 zur Einwirkung gebracht» Diese elektrische Hochfrequenzenergie kann charakterisiert werden als Gruppen- oder Pakete von verhältnismäßig kurzer Dauer, die sich in regelmäßigen Intervallen wieederholen, und wird durch die aktive Elektrode 115 xtfirksam, um das Blut zu koagulieren, das aus den verletzten Blutgefäßen längs des früher aufgeschnittenen Körpergewebes ausfließt.
Eine dritte Betriebsart, für welche die Vorrichtung verwendet werden kann, wird als "Schnitt 2"-Betriebsart bezeichnet und ist in Wirklichkeit eine Betriebsart, bei welcher die aktive Elektrode 115 sowohl schneidet als auch koaguliert» Bei der "Schnitt 2"-Betriebsart kann der Fußtrittschalter 127 in der S ohne ids te llung verbleiben., um die Erregung des Relais 101 und den Schneidstrom an üen Klemmen 46 udd 47 aufrecht ^u. erh.:.ict-;-l3 Der Schalter 102 wird jedoch in die "Schnitt 2"-Stellung tevf&.f.;; was die; Erdtüagungsv^rbindu-ig der Klemme 21 öffnet. Au.J d.i.^e Weiße steuert der feit!vibrator 10 die Sinschaltzelt für ü-m
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Hochfrequenzgenerator 20 und die Ausschaltzeit für denselben in der gleichen Weise, wie vorstehend für die "Koagulierungs"-Betriebsart beschrieben wurde. Die Klemmen 12 und 13 des Steuermultivibrators 10 sind jedoch geöffnet und der Kondensator C30 ist ausgeschaltet, so daß die Einschaltzeit langer und die Ausschaltzeit kürzer ist, wie durch die Wellenform A in Fig. 7 dargestellt wird. Der Hochfrequenzgeneratoir erzeugt dann eine Reihe von Gruppen der Hochfrequenzenergieschwingungen von längerer Dauer mit kürzeren Zeitintervallen zwischen jeder Reihe. Diese Energie wird verstärkt und auf die Elektrode 115 und die Platte 103 zur Einwirkung gebracht. Diese Hochfrequenzenergie an der aktiven Elektrode 115 bewirkt teilweise eine Schneidwirkung und teilweise eine Koagulierungswirkung am Körpergewebe des Patienten 220o
Es wird nunmehr auf die Wellenformen der Fige. 7 Bezug genommen, um die Vorteile der Erfindung zu erklären. Der elektrische Widerstand des Körper gewebe s, durch welches der Hochfrequenzstrom fließt, ist im wesentlichen ein Impedanzwiderstand. Die Wellenformen des Hochfrequenzstromes, der Hochfrequenzspannung und der augenblicklichen Hochfrequenzenergie sind daher im wesentlichen gleich, wie durch die Wellenform C dargestellt wird. Sie können dadurch charakterisiert werden, daß sie schwingend sind und eine im wesentlichen konstante Amplitude aufweisen» Eine bevorzugte Frequenz dieser Hochfrequenzenergie ist 0,5 Hz, so daß die Periode jedes Zyklus der reziproke Wert der Frequenz oder gleich 2 Mikrosekunden ist. Die Dauer der Einschaltzeit und der "Koagulierungs"-Betriebsart beträgt etwa 10 Mikrosekunden und es wurde gefunden, daß ein Zeitintervall der Ausschaltzeit von etwa 40 Mikrosekunden oder ein Verhältnis von 1:4 ausgezeichnete Ergebnisse der Blutkoagulierung liefert. Demgemäß wird eine Reihe von Schwingungen der elektrischen Hochfrequenzenergie von gleicher Dauer erzeugt, die sich in regelmäßigen Intervallen wiederholen, wie durch die Wellenform E dargestellt wird. Die vorstehend verwendeten Bezeichnungen "Gruppe" oder "Paket" sollen sich daher auf eine Reihe von Hochfrequenzenergieschwingungen beziehen, die während einer besonderen Dauer oder eines vor-
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her gewählten Zeitintervalls auftreten. Da die durch den Generator 20 erzeugten Schwingungen eine im wesentlichen konstante Amplitude aufweisen, begrenzen die positiven und negativen Spitzen einen rechteckigen Bereich, der als eine im wesentlichen rechteckförmige Umhüllung der Hochfrequenzenergie angesehen werden kann» Dies ist zu unterscheiden von der durch einen Funkenstrekkengenerator erzeugten Hochfrequenzenergie, welche gedämpfte Schwingungen aufweist und deren augenblickliche Leistung rasch abnimmt, wie durch die Wellenform G in Fig. 7 dargestellt wird«
Die Bedeutung des Unterschiedes zwischen den beiden wird am besten verständlich, wenn die durchschnittlichen Leistungswellenformen für die beiden Arten der Generatoren in Betracht gezogen werden, die durch die Wellenformen F und H dargestellt sind. Der Generator 20 erzeugt eine Reihe oder Gruppe von Hochfrequenzwellenformen E, welche eine im wesentlichen flache durchschnittliche Leistungscharakteristik über die Dauer der Wellenform aufweist, wie bei F dargestellt ist, während die Wellenform des Funkenstreckengenerators längs einer parabolisch geformten Kurve von progressiv abnehmender Neigung rasch auf Null abnimmt, wie bei H dargestellt ist. Um daher eine äquivalente durchschnittliche Leistung über einen ähnlichen Arbeitszyklus zu erzielen, erfordert der Funkenstreckengenerator beträchtlich höhere Hochfrequenzspannungen und -ströme.
Vergleichende Versuche haben gezeigt, daß die vorstehend beschriebene Vorrichtung bei etwa 2400 V von Spitze zu Spitze an der aktiven Elektrode arbeitet, während ein vergleichbarer Funkenstreckengenerator etwa 6500 V von Spitze zu Spitze erfordert. Dieser Unterschied der Betriebsspannungen ist ein wichtiger Faktor vom Standpunkt der Sicherheit für den Patienten, das Personal und den Arzt«, Außerdem ist der Eingangswellenstrom zum Vakuumröhrengenerator gewöhnlich in der g Größenordnung von 1000 V bei 60 Perioden im Vergleich zu den 117 V für die »Schnitt 1»- Betriebsart bei der vorliegenden Vorrichtung, sowie der Gleichstrom von etwa 1000 V für den Vakuumröhrengenerator im Vergleich zu dem Maximum von 180 V bei der vorliegenden Vorrichtung,,
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Um die Schneidstrom- und Koagulierungsstromerfordernisse zu erfüllen, beträgt die durchschnittliche Leistung der vorliegenden Vorrichtung etwa 500 ¥ und maximal 700 bis 800 V, Die Ausgangsleistung des Hochfrequenzgenerators 20 der vorliegenden Vorrichtung liegt im Bereich von etwa 0 bis 300 V für die »Schnitt 1"-Betriebsart und von etwa 0 bis 400 V für die "Schnitt 2"-Betriebsart und die "Koagulierungs"-Betriebsarte Die Ausgangsspannung an der aktiven Elektrode liegt im Bereich von etwa 0 bis 1,1 kV für die "Schnitt 1"-Betriebsart und von etwa 0 bis 1S5 kV für die "Schnitt 2"- und die "Koagulierungs"-Betriebsart, Mit diesen Zahlenangaben ist für die Koagulation mit dem Funkenstreckengenerator eine Spitzenspannung von etwa 4,5 kV und eine Spitzenleistung von etwa 6,5 kW zu vergleichen.
Außerdem ergeben die verwendeten Festkörperelemente einen Stromkreis von stark verbesserter Zuverlässigkeit und Wirksamkeit, sowie eine genauere Stromregelung für die elektrochirurgischen Instrumente, als bisher vorgesehen war« Die verhältnismäßig niedrige Gleichspannung von -14 V, die als Vorspannung für die Transistoren verwendet wird, und der Fußtrittschalter 127, der vorzugsweise explosionsgeschützt ist, tragen zu der Sicherheit bei. In der vorstehend beschriebenen Schaltung sind die Gleichspannung und die 60-Perioden-Wechselstromspannung wirksam von den Elektroden isoliert, um die Modulation der 60-Perioden-Hauptstromfrequenz auf ein Mindestmaß herabzusetzen, welche sonst die Ausgangsleistung des Hochfrequenzgenerators und die Sicherheit des Patienten beeinflussen könnte.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte und beschriebene beispielsweise Ausführungsform beschränkt, die verschiedene Abänderungen erfahren kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Patentansprüche;
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Claims (1)

  1. Dr. Ing. E. BERKENFELD · Dipl.-l ng. H. B ERKEN FELD, Patentanwälte, Köln
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    Anlage Aktenzeichen
    zur Eingabe vom 15„ Juli 1971 VA// Name d. Anm. Electro Μβ(1ίθβ1
    Inc.
    PATENTANSPRÜCHE
    1.7 Verfahren für die elektrische Hochfrequenzchirurgie, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
    daß Gruppen von Schwingungen elektrischer Hochfrequenzenergie von ausgewählter Dauer in einer schwingenden Wellenform mit im wesentlichen konstanter Amplitude erzeugt werden, wobei sich die Gruppen in ausgewählten, im Abstand liegenden Zeitintervallen wiederholen, und
    daß die erzeugte Energie auf einen Körper zur Einwirkung gebracht wird.
    2o Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Zeitintervalls zwischen den Gruppen der Hochitequenzenergie zu der Dauer der Gruppen eine Größenordnung von 4 : 1 aufweist, um das aus einem geschnittenen Körper ausfließende Blut zu koagulieren.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Zeitintervalls zwischen den Gruppen der Hochfrequenzenergie zu der Dauer der Gruppen eine Größenordnung von 0,75 : 1 aufweist, um sowohl den Körper zu schneiden als auch das aus dem Körper ausfließende Blut zu koagulieren.
    4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Energie mit einer Frequenz von etwa 0,5 Hz schwingt.
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    5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen der Hochfrequenzenergie eine Dauer von etwa 10 Mikrosekunden aufweisen und daß das Zeitintervall zwischen den Gruppen etwa 40 Mikrosekunden beträgt.
    6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen der Hochfrequenzenergie eine Dauer von etwa 15 MikroSekunden aufweisen und daß das Zeitintervall zwischen den Gruppen etwa 20 MikroSekunden beträgt«
    7« Elektrochirurgische Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 65 gekennzeichnet
    durch einen Generator zum Erzeugen von Schwingungen der elektrischen Hochfrequenzenergie mit im wesentlichen konstanter Amplitude einschließlich einer Einrichtung zum Steuern der Dauer der Erzeugung der Energie, um eine Reihe der Schwingungen währaid eines vorherbestimmten Zeitintervalls zu erzeugen, sowie zum Steuern des Zeitabstandes zwischen jeder erzeugten Reihe, und
    durch Elektroden, die mit dem Generator gekuppelt sind, um die erzeugte Energie zur Einwirkung zu bringen.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator Hochfrequenzenergie erzeugen kann.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, welche elektrischen Wechselstrom von niedriger Frequenz auf die Vorrichtung zur Einwirkung bringt, und durch eine ■Einrichtung, welche den elektrischen Strom von den Elektroden isoliert, um an den Elektroden eine Wellenform zu erzeugen, die durch den elektrischen Strom niedriger Frequenz im wesentlichen unmoduliert ist.
    10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden bestehen:
    aus einer indifferenten Elektrode, welche gegen einen Körper angelegt wird, an welchem die chirurgische Behandlung
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    auszuführen ist, und
    aus einer aktiven Elektrode, welche so angeordnet ist, daß die erzeugte elektrische Hochfrequenzenergie wahlweise auf den Körper zur Einwirkung gebracht wird.
    11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator einen Hochfrequenzoszillatorstromkreis enthält, welcher einen Resonanzstromkreis und ein Rückkopplungsnetzwerk aufweist, um die Schwingungen im Resonanzstromkreis zu unterstützen, wobei der Oszillatorstromkreis durch den Steuermultivibrator ausgeschaltet wird, indem das Rückkopplungsnetzwerk stromlos gemacht wird.
    12. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuermultivibrator einen Flip-Flop-Stromkreis enthält und einen Transistor, der so angeordnet ist, daß derselbe durch eine Seite des Flip-Flop-Stromkreises betätigt wird, um den Hochfrequenzgenerator abwechselnd ein- und auszuschalten.
    13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator enthält:
    einen Hochfrequenzoszillatorstromkreis und
    eine Einrichtung, die mit dem Hochfrequenzoszillatorstromkreis gekuppelt ist, um die durch denselben erzeugte Hochfrequenzenergie zu verstärken.
    14. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Stromzuführungseinrichtung, welche der elektrischen Vorrichtung Strom zuführt, wobei die Stromzuführungseinrichtung ein erstes Stromniveau zuführt, sobald die elektrochirurgische Vorrichtung zum Schneiden von Körpergewebe verwendet werden soll, und ein zweites Stromniveau, sobald die elektrochirurgische Vorrichtung zum Koagulieren des aus dem Körpergewebe ausfließenden Blutes verwendet werden soll.
    15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
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    daß das zugeführte erste Stromniveau niedriger ist als das zweite Stromniveau.
    16. Vorrichtung nach Anspruch 15». gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur wahlweisen Veränderung der ersten und zweiten Stromniveaus, welche durch die Stromzuführungseinrichtung zugeführt werden.
    17. Elektrochirurgische Vorrichtung, gekennzeichnet
    durch einen Generator zum Erzeugen von Gruppen elektrischer Hochfrequenzenergie von ausgewählter Dauer, wobei die Energie eine schwingende Wellenform mit im wesentlichen konstanter Amplitude aufweist und die Gruppen sich in regelmäßigen, im Abstand liegenden Zeitintervallen wiederholen,
    durch Elektroden, die mit dem Generator gekuppelt sind, um die Gruppen der erzeugten elektrischen Energie auf einen Körper zur Einwirkung zu bringen, und
    durch eine Einrichtung zur wahlweisen Steuerung der Erzeugung der elektrischen Hochfrequenzenergie durch den Generator, damit die durch die Elektroden auf den Körper zur Einwirkung gebrachte Energie geregelt wird, um den Körper zu schneiden und das aus demselben ausfließende Blut zu koagulieren.
    18. Vorrichtung nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur wahlweisen Steuerung der Erzeugung der elektrischen Hochfrequenzenergie durch den Generator umfaßt:
    einai Steuermultivibrator zur Steuerung der Tätigkeit des Generators und
    einen Schalter zur wahlweisen Verbindung des Steuermultivibrators mit dem Generator.
    19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuermultivibrator einen Flip-Flop-Stromkreis enthält, welcher den Generator während einer vorherbestimmten Periode jedes Zyklus des Multivibrators einschaltet und welcher derra Generator
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    während des restlichen Teils des Zyklus ausschaltet.
    20. Vorrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Auswahl der Zeitperiode, während welcher der Generator eingeschaltet und ausgeschaltet ist.
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