DE2657702B2 - Elektrochirurgisches Gerät - Google Patents
Elektrochirurgisches GerätInfo
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- A61B18/12—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by passing a current through the tissue to be heated, e.g. high-frequency current
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- A61B18/1206—Generators therefor
- A61B18/1233—Generators therefor with circuits for assuring patient safety
Description
kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß der Bezugswert nicht mehr ein
konstanter, fest vorgegebener Wert, sondern die Größe des zwischen der ersten Ausgangsklemme und der
aktiven Elektrode fließenden Strom ist, wobei die Stromregelung in Abhängigkeit von dem Verhältnis
zwischen den beiden Stromgrößen erfolgt. Denn diese beiden Ströme können unabhängig und getrennt
voneinander sehr exakt gemessen werden, um die Stromregelung durchzuführen. Der in der aktiven
Elektrode fließende Strom hängt also direkt von der Differenz zwischen dem Strom in der aktiven Elektrode
und dem Strom in der Patientenelektrode ab, so daß er nicht durch etwaige Temperaturänderungen an der
aktiven Elektrode, bzw. der Patientenelektrode, wie sie aufgrund der Verdunstung der Flüssigkeit in der
Kontakt-Gaze auftreten, und insbesondere durch die Ali des zu zerschneidenden Gewebes beeinflußt wird.
Diese Regelung spricht äußerst rasch ai); etwaige
Änderungen der Umgebungsbedingungen, beisoielsweise der Temperatur und der Kontaktstelle Patientenelektrode/Haut
des Patienten, an, so daß keine hohen Stromdichten auftreten und damit Hautverbrennungen
des Patienten sicher vermieden werden können. Unc. schließlich ist diese Regelung vollkommen unabhängig
von der Art des erkrankten Gewebes und beruht nur auf der Erfassung von elektrischen, sehr genau zu
bestimmenden Größen, so daß die Regelung sehr exakt arbeitet, also mit hoher Genauigkeit auf einen
bestimmten Wert der Stromdichte eingestellt werden kann.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbcispielen unter Bezugnahme auf die
schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 das Schaltbild eines elektrochirurgischen Gerätes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 unu 3 verschiedene Einrichtungen zur Messung
des durch die aktive Elektrode fließenden Stroms.
Wie aus Fig.' ersichtlich, gelangt das Ausgangssignal
eines Oszillators 1, der ein Hochfrequenz.signal von beispielsweise 60OkHz erzeugt, über einen Eingangswiderstand
2 auf einen Spannungsverstärker 3, der so das Ausgaiigssignai des llochfrequenzos/illators 1
verstärkt. Eine Rückkopplungsschleife, die einen Widerstand 4 enthält, liegt zwischen der Ausgangsklemme und
der Eingangsklemme des Spannungsverstärkers Ϊ. Parallel zum Widerstand 4 liegt eine Serienschaltung
aus einem Widerstand 5 und einem normalerweise geöffneten Schalter 6 eines Relais.
Das Aiisgangssignal des Spannungsverstärkers }
gelangt auf einen Leistungsverstärker 7 und wird dort verstärkt. Danach gelangt es auf die Primärwindung
eines Transformators 8. In der Sekundärwindung des Transformators 8 wird ein hochfrequenten Strom von
600 kHz induziert. Das eine Ende tier Sekundärwindung
des Transformators 8 ist über einen Draht 9 mit einer Schneidelektrode 10 verbunden, während das andere
Ende der Sekundärwindung über einen anderen Draht Il mit einer Patientenelektrode 12 verbunden ist. Die
Patientenelektrode 12 wird von einer Metallplatte gebildet, die beispielsweise I 5 :m χ I 5 cm groß ist und
an dem Patienten I i anzubringen ist.
Die Drähte 9 und Il laufen ilurih ringförmige Kerne
14 bzw 15. Auf die Kern. 14 und 15 sind Spulen lh bzw.
17 gewickelt, die die gleiche Anzahl von Windungen aufweisen. Auf diese Weise bilden der Draht 9, der Kern
14 und die Spule 16 einen Transformator t8. Auf gleiche Weise wird ein Transformator 19 von dem Draht 11,
dem Kern 15 und der Spule 17 gebildet. Zwischen die Anschlüsse der Spule 16 ist ein Widerstand 20 und
zwischen die Anschlüsse der Spule 17 ein Widerstand 21 geschaltet Die beiden Widerstände 20 und 21 haben den
gleichen spezifischen Widerstand. Ein Anschluß des
in Widerstands 20 ist mit dem Divisor-Eingang einer Divisionsschaltung 22 und ein Anschluß des Widerstands
21 mit dem Dividend-Eingang der Divisionsschaltung 22 verbunden. Die beiden anderen Anschlüsse der
Widerstände 20 und 21 sind an Spannungsnull bzw. an Masse angeschlossen.
Die Divisionsschaltung 22 ermittelt das Verhältnis der Spannung Ep an dem Anschluß des Widerstands 21 zu
der Spannung Ea an dem Anschluß des Widerstands 20. Ihr Ausgangssignal, das also den Wen EfJEa hat,
so gelangt auf ein Spannungsmeßgerät 23 und auf einen
Anschluß eines Potentiometers 24. D"r zweite Anschluß des Potentiometers 24 ist geerdet ui.H der Schleifer mit
der Eingangsklemme eines analogen Inverters 25 verbunden. Das Ausgangssignal des analogen Inverters
·>· 25 gelangt auf eine Schwellwertschaltung, die hiei durch
einen Schmitt-Trigger 26 gebildet ist. Der Ausgang des Schmitt-Triggers 26 ist mit der Basis eines Transistors
27 und der Anode einer Diode 28 verbunden. Die Kathode der Diode 28 ist an den Ausgang eines anderen
μ Schmitt-Triggers 29 angeschlossen.
Der Eingang des Schmitt-Triggers 29 ist mit dem Anschluß des Widerstands 20 verbunden, der nicht an
Masse liegt. Der Emitter des Transistors 27 ist an die Basis eines Transistors 31 angeschlossen, dessen Emitter
ti geerdet ist. Die Kollektoren der Transistoren 27 und 31
sind gemeinsam mit einem Anschluß einer Relaisspule 32 verbunden, deren anderes Ende an der Spannung + V
einer Spannungsqueiie liegt. Die Reiaisspuie 32 und der
normalerweise geöffnete Relaisschalter 6 sind Bestandin teile eines Relais. Wenn die Reiaisspuie 32 erregt wird,
wird der Relaisschalter 6 geschlossen. Die Transistoren 27 'nd 31 bilden eine Darlington-Schaltung.
Die elektrische Schaltvorrichtung, die in Fig. 1 dargestellt ist, arbeitet auf folgende Weise:
r. Wenn ein guter elektrischer Kontakt zwischen der Patientenelektrode 12 und dem Patien;en 13 besteht,
fließt ein Schneidstrom von etwa 0,4 A und einer Frequenz, von beispielsweise 600 kHz von der Schneidelektrode
10 durch den Patienten I) zu der Patientcne-
.n lektrode 12. In diesem Fall fließt praktisch kein
Leckstrom, und der Strom, der durch den Draht 9 fließt, ist im wesentlichen genauso groß wie der Strom, der
durch den Draht 11 fließt. Daher v/erden praktisch ciie
gleichen Spannungen in den Spulen 16 und 17 der
.. "ι ransforinatorcn 18 und 19 induziert. Somit liegt etwa
die gleiche Spannung an den entsprechend :n Anschlüssen der Widerstände 20 und 21, d. h. die Spannung E.\ ist
praktisch gleich der Spannung Ep. Diese Spannungen
gelangen auf die beiden Eingänge der Divisionsschjltung
22, die an ihj jm Ausgang eine Spannung erzeugt, die dem Verhältnis EiVE.\ gleich K gleich I entspricht.
Diese Spannung wird von dem Spannungsmeßi'crät 23
angezeigt. Gleichzeitig wird sie durch das Potentiometer 24 geteilt, am Inverter 25 invertiert und schließlich
dem Schmitt-Trigger 26 zugeführt.
Der Schmitt- Trigger 26 ist so ausgelegt, ilalJ er ein
Ausgiingssignal erzeugt, wenn das Atisgungssigiul des
Inverters 25 größer ist als ein vorbestimmler Wert. Das
bedeutet, daß der Schmitt-Trigger 26 getriggcrl wird,
wenn das Ausgangssigna! der Divisionsschaltung 22 bzw. das Ausgangssignal des Potentiometers 24
niedriger als ein vorbestimmter Wert ist. Dieser vorbestimmte Wert entspricht einem spezifischen Wer!
von Ep/Ea, der von dem Leckstrom abhängt. Insbesondere
hängt er von einem Grenzwert des Leckstroms ab, oberhalb dessen jeder Leckstrom Hautverbrcnnungen
verursachen kann. Der Schmitt-Trigger 26 erzeugt also kein Alisgangssignal, wenn nicht ein Leckstrom fließt,
der größer als der Grenzwert ist. Im Normalfall sind die Schalttransistoren 27 und .31 nicht leitend, die
Rclaisspulc 32 wird nicht erregt und der Relaisschalter 6 bleibt geöffnet. In diesem Schaltzustand bildet der
Widerstand 4 allein den Rückkopplungsweg des
Spannungsverstärker 3. und der Verstärkungsfaktor des Spannungsverstärkers 3 ist daher ausreichend groß.
Für den Fall, daß der Draht 11 unterbrochen ist oder
daß das Wasser, mit dem die Gaze (nicht dargestellt) zwischen der Paticntcnclektrode 12 und dem Patienten
13 getränkt ist. verdunstet und dadurch den elektrischen Kontakt zwischen der Hlcktrode 12 und dem Patienten
13 vermindert, kann beispielsweise ein Leckstrom durch die Monitorelektroden eines F.lektrokardiographcn
(nicht dargestellt) oder den metallischen Teil eines Operationstisches (nicht dargestellt) fließen. Tritt solch
ein Fall ein. verändert sich der Strom durch den Draht 9 nicht sehr, aber der Strom durch den Draht 11 wird
vermindert. Daher sinkt die Spannung Er an der Sekundärwindung des Transformators 19 und bewirkt,
daß das Stromverhältnis K (= Ep/E^) kleiner als I wird.
Das hat zur Folge, daß die Ausgangsspannung der Divisionsschaltung 22 absinkt und daher die Ausgangsspannung
des Inverters 25 ansteigt.
Wenn die Ausgangsspannung des Inverters 25 einen vorbestimmten Wert übersteigt, wird der Schmitt-Trigger
26 getriggert, so daß er ein Ausgangssignal erzeugt. Dieses gelangt auf die Basis des Transistors 27 und
schaltet dadurch beide Transistoren 27 und 3i durch.
Daraufhin fließt Strom durch die Relaisspule 32 und der normalerweise geöffnete Relaisschalter 6 wird geschlossen.
Danach ist der Widerstand 5 zum Widerstand 4 parallel geschaltet, wodurch der Verstärkungsfaktor
des Spannungsverstärkers 3 geringer wird und dadurch der Strom, der über den Draht 9 zur Schneidelektrode
IO fließt, reduziert wird. Dadurch wird der absolute
Betrag des Leckstromes verkleinert, so daß ein Unfall, wie Hauiverbrennungen, verhindert wird.
Da die Divisionsschaltung 22 das Spannungsverhältnis K mißt (c1 h. das Verhältnis des Stromes Ep, der
durch den Draht 11 fließt, zu dem Strom Ea, der durch den Draht 9 fließt), wird der Schmitt Trigger 26 immer
geschaltet, wenn K kleiner als der vorbestimmte Wert ist, unabhängig davon, wie klein Ea und Ep sind. Wenn
die Ströme Ea und Ep kleiner als gewöhnlich sind, können auch für den Fall, daß Leckströme der oben
genannten Art auftreten, keine Hautverbrennungen vorkommen. In diesem Fall ist es daher trotz des
Ansprechens des Schmitt-Triggers 26 notwendig, das Durchschalten der Schalttransistorcn 27 und 31 zt
verhindern Zu diesem Zweck ist eine Regelschaltung vorgesehen.
Die Regelschaltung wird aus der Diode 28 und dem Schmitt-Trigger 29 gebildet. Wenn die Ausgang.span
nung ΕΛ des Transformators 18 größer oder gleich dem
normalen Niveau ist, wird der Schmitt-Trigger 29 geschaltet. In diesem Fall liegt am Ausgang des
Schmitt-Triggers 29 und damit an der Kathode dei Diode 28 das Ausgangssignal »high«. Dadurch ist die
Diode 28 in Spcrrichtung vorgespannt und daher gesperrt. Daraus folgt, daß die Schalttransistoren 27 und
31 ausschließlich in Abhängigkeit von dem Schmitt-Trigger 26 gesteuert werden.
Wenn die Alisgangsspannung E.\ des Transformators 18 niedriger als das normale Niveau ist. wird der
Schmitt-Trigger 29 nicht getriggert. Die Spannung ar seinem Ausgang sinkt ab, sein Ausgangssignal nimmt
den Zustand »low« ein. Das niedrige Potential liegt über die Diode 28 auch an der Basis des Transistors 29. Die
Basis des Transistors 27 bleibt unabhängig von den Ausgangssignal des Schmitt Triggers 26 auf dem
niedrigen Potential. Das hat zur Folge, daß die Relaisspule 32 unabhängig von dem Spannungsverhäll
nis K (= E//Ea) keine Stromregelung bewirkt, solange
der .Schneidstrom geringer als gewöhnlich ist und daher keine Gefahr eines Unfalls, wie /.. B. eine f lautvcrbren
nung, besteht. In diesem Fall tritt auch dann keine Regelung ein, wenn der Schneidstrom nicht voll zur
Patienu-nclcktrode 12 fließt, d.h. wenn Leckströme
auftreten.
In dem in F" i g. 1 dargestellten Ausführungsbcispie
wird der Verstärkungsfaktor des Spannungsverstärkers 3 verringert, um den Schneidstrom zu reduzieren, wenn
die Rclaisspule 32 erregt wird. Um eine Warnung vor einem möglichen Unfall zu ermöglichen, kann eine
Warnlampe oder ein Warnsummer vorgesehen werden der einen Alarm gibt, wenn die Reiaisspule 32 erregt
In dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispic wird der Strom E.\, der durch die Schneidelektrode 10
fließt, und der Strom Er. der durch die Patientcnelektrode 12 fließt, durch die Transformatoren 18 bzw. 19
gemessen. Stattdessen kann der Strom E.\. der durch den Draht 9 fließt, durch ein Thermoampcremeter 40
gemessen werden, wie es in F i g. 2 dargestellt ist. Eine weitere Möglichkeit, den Strom En zu messen, besteht
darin, einen Photokoppler 51. der aus einer Leuchtdiode 52 und einer Photodiode 53 besteht (Fig. 3). so
anzuordnen, daß die Leuchtdiode 52 sich in der Leitung 9 befindet. Die Leuchtdiode 52 sendet Licht mit einer
Intensität aus, die von dem Strom abhängt, der durrh die
Leitung 9 fließt. Die Photodiode 53 empfängt das Licht und wandelt es in Strom um. Auf diese Weise kann der
Schneidstrom in Form einer an den beiden Enden eine Widerstandes 54 auftretenden Spannung gemessen
werden, wobei der Widerstand parallel zu der Photodiode 53 angeordnet ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Elektrochirurgisches Gerat mit einer Hochfrequenz-Stromquelle mit zwei Ausgangsklemmen, mit
einer mit der ersten Ausgangsklemme verbundenen aktiven Elektrode, mit einer mit der zweiten
Ausgangsklemme verbundenen Patientenelektrode und mit einer Einrichtung zur Regelung des durch
die aktive Elektrode fließenden Stroms durch Messung des zwischen der zweiten Ausgangsklemme
und der Patientenelektrode fließenden Stroms und durch Vergleich der Größe dieses Stroms mit
einem Bezugswert, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugswert die Größe des zwischen
der ersten Ausgangsklemme (9) und der aktiven Elektrode (10) fließenden Stroms (U) ist, wobei die
Stromregelung in Abhängigkeit von dem Verhältnis zwischen den beiden Stromgrößen erfolgt.
2. Elektrochirurgisches Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Divisionsschaltung (22)
zur Bildum? des Verhältnisses zwischen den beiden StromgröBen, durch einen beim Absinken des
Ausgangssignals der Divisionsschaltung (22) unter einen vorgegebenen Wert schaltenden Schmitt-Trigger
(26), und durch eine durch das Ausgangssi- 2ί
gnal des Schmitt-Triggers (26) betätigte und einen gesteuerten Sicherheitsschalter (32, 6) schließende
Schaltstufe (27,31).
3. Elektrochirurgisches Gerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen ersten, ringförmigen i»
Kern (14), der mit der ersten Ausgangsklemme und der aktiven Elektrode (10) verbunden ist, durch eine
erste, mit einem Eingang der Divisionsschaliung (22)
verbundene erste Wicklung (Ό) für den ersten Kern
(14), durch einen zweiten, ringförmigen Kern (15), ir>
der mit der zweiten Ausgab sklcmmc und der Patientenelektrode (12) verbunden ist, und durch
eine zweite, mit dem anderen Eingang der Divisionsschaltung (22) verbundene Wicklung (17)
für den zweiten Kern (15). -to
4. Elektrochirurgisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein
Thermoamperemeter (40) für die Messung des zwischen der ersten Ausgangsklemme (9) und der
aktiven Elektrode (10) fließenden Stroms (l.\). η
5. Elektrochirurgisches Gerät nach einem der Ansprüche I oder 2, gekennzeichnet durch einen
Fotokoppler (51) zur Messung des /wischen der ersten Ausgangsklemme (9) und der aktiven
Elektrode (10) fließenden Stroms (I\). '■"
6. Elektrochirurgisches Gerät nach einem der Ansprüche I bis 5, gekennzeichnet durch eine die
Einrichtung zur Regelung des durch die aktive Elektrode (10) fließenden Stroms abschaltende
Einrichtung (28, 29), wenn dieser Strom einen '·'>
vorgegebenem Wert unterschreitet.
7. Flektrochirurgisches Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschalteinrichliing
einen zweiten Schmitt Trigger (29), dem ein der Große des /wischen der ersten Ausgangsklemme (9) - '
und der aktiven Elektrode (10) fließenden Stroms
(!ή proportionales .Signal zugeführt wird, und eine
mit dem Schmitt-Trigger (29) in Reihe liegende Diode (28) aufweist, die mil dem Ausgang des ersten
Schmitt-Triggers(26) verbunden ist.
Die Erfindung betrifft ein elektrochirurgisches Gerät der im Oberbegriff des Anspruchs I angegebenen
Gattung.
Mit einem solchen Gerät kann erkranktes Gewebe gleichzeitig geschnitten und ausgebrannt werden.
Aus der US-PS 39 13 583 ist eine Steuerschaltung für
ein elektrochirurgisches Gerät bekannt, bei der eine Sättigungsdrossel vorgesehen ist, deren Blindwiderstand
eine Funktion der Impedanz Patient/Patientenelektrode ist; da für den Regelkreis dieses Gerätes
erforderlich ist, daß ein ausreichender Flächenkontakt zwischen dem Patienten und der Patientenelektrode
besteht, läßt sich auf diese Weise feststellen, ob der
Patient die Patientenelektrode berührt oder nicht.
Weiterhin ist aus der US-PS 36 83 923 eine Sicherheitsschaltung für ein elektrochirurgisches Gerät
bekannt, bei der ein als Stromfühler dienender Transformator vorgesehen ist, dessen Primärwicklungen
so geschaltet sind, daß der einer Schneideelektrode zugeführte Strom mit dem Ausgangsstrom von der
Patientenelektrode verglichen wird. Bei Ungleichheit der beiden Ströme erzeugt die Fühlwicklung des
Transformators ein Fehlersignal, so daß der Operateur davon unterrichtet wird, daß beim weiteren Arbeiten
mit den vorliegenden Betriebsbedingungen Verbrennungen zu befürchten sind.
Schließlich ist aus der US-PS 36 01 126 ein elektrochirurgisches
Gerät dc~ angegebenen Gattung bekannt, bei
welchem der durch die aktive Elektrode fließende Strom auf folgende Weise geregelt wird: Die Größe des
/.wischen der zweiten Ausgangsklemme und der Patientenelektroüe fließenden Stroms wird gemessen
und mit einem Bezugswert verglichen; in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieses Vergleichs wird die Stromquelle
dann so eingestellt, daß ein Strom mit der gewünschten Amplitude dem Gerät zugeführt wird.
Bekanntlich treten Verbrennungen an der Haut eines Patienten auf. wenn die Stromdichte an der Kontaktiläche
Haut/Patientenelektrode größer als ca. 100 niA/cm2
ist. Um solche Hautverbrennunwen /u vermeiden,
werden Patientenelektroden verwendet, die eine Kontaktfläche von näherungsweise 15 cm χ 15 cm haben.
Zusätzlich wird im allgemeinen mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, getränkte
Gaze zwischen die Patientenelektrode und die Haut des Patienten gelegt. Bei länger dauernden
Operationen erwärmt sich jedoch die Flüssigkeit durch die von dem Patienten abgegebene Wärme und kann
verdunsten. Sobald dies geschieht, verringert sich der elektrische Kontakt zwischen dem Patienten und der
Patientenelektrode, so daß der oben erwähnte, kritische Wert der Stromdichte erreicht werden kann.
Dieser Effekt kann auch mil dem elektrochirurgischen
Gerät nach der US-PS 36 01 126 nicht festgestellt
werden, da hierbei nur die Größe des von der Palicntenelektrode abfließenden Stroms gemessen
wird. Es kann also der Fall eintreten, daß die Größe dieses Stroms gleich bleibt, obwohl die Größe des von
der aktiven Elektrode /[!geführten Stroms und damit die Stromdichte an der Koniaktfliicne zunimmt, so daß die
Ciefahr von I lautvcrbrcnmingen besieht.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde.
ein eleklrochinirgisches Gerat der angegebenen Gattung
/u schaffen, bei dem die Gefahr von Unfällen aufgrund von I laiilverbreniiiingen durch hochfrequente,
elektrische Ströme oder durch die Unterbrechung einer Stromleitung sicher vermieden wird
Diese Aufgabe wird erfiiidungsgemiil.) durch die im
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