DE4438978A1 - Elektrochirurgiegerät und Verfahren zu dessen Betrieb - Google Patents
Elektrochirurgiegerät und Verfahren zu dessen BetriebInfo
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- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
- A61B18/04—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating
- 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
- A61B18/1206—Generators therefor
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines
Elektrochirurgiegerätes nach dem Oberbegriff des Anspruches
1 und ein Elektrochirurgiegerät nach dem Oberbegriff des
Patentanspruches 9.
Die Erfindung ist sowohl bei monopolaren als auch bei
bipolaren Instrumenten anwendbar.
Mit Hochfrequenzstrom arbeitende Elektrochirurgiegeräte zum
Schneiden und/oder Koagulieren menschlichen Gewebes mit
Hochfrequenzstrom sind in zahlreichen Ausführungen bekannt.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit solchen Elektro
chirurgiegeräten, die entweder nur zur Ausführung eines
Hochfrequenzstrom-Schneidvorganges ausgelegt sind oder
wahlweise auf die Betriebsart "Schneiden" oder "Koagulieren"
umgeschaltet werden können.
Bei der Betriebsart "Schneiden" wird zwischen der Schneid
elektrode und dem an geeigneter Stelle mit der Neutralelek
trode elektrisch leitend verbundenen Gewebe ein Lichtbogen
erzeugt, welcher aus einer in der Frequenz der verwendeten
Hochfrequenzspannung entsprechenden Anzahl von Funkenüber
schlägen besteht. Bei hoher Leistungsabgabe des Hochfrequenz
generators findet bei jeder positiven und negativen Halbwel
le des Hochfrequenzstromes ein Funkenüberschlag statt. Die
Frequenz von Hochfrequenzchirurgiegeräten liegt allgemein in
der Größenordnung von 500 kHz. Frequenzen unterhalb von
100 kHz sollten nicht verwendet werden. Ein vernünftiger Fre
quenzbereich erstreckt sich von ungefähr 300 kHz bis 2 MHz.
Es ist bereits bekannt geworden (DE-OS 25 04 280), die
Stärke des Hochfrequenzstromes durch einen automatischen und
hinreichend schnellen Regelvorgang so einzustellen, daß
jederzeit gerade eine solche Leistung dem Gewebe zugeführt
wird, daß einerseits eine für den Schneidvorgang geeignete
Erwärmung des Gewebes sichergestellt und andererseits aber
das Auftreten von Lichtbögen schädlichen Ausmaßen verhindert
wird. Geregelt wird im allgemeinen die Stromstärke, während
die vom Hochfrequenzgenerator abgegebene Spannung zumindest
innerhalb der beim Betrieb auftretenden Leistungsbereiche im
wesentlichen konstantgehalten wird.
Es ist schon versucht worden, die beim Hochfrequenzschneiden
auftretende Gleichspannungskomponente oder die durch Ver
zerrung des Stromverlaufs auftretenden Harmonischen für die
Regelung der Leistung des Hochfrequenzgenerators heranzu
ziehen. Abgesehen von dem relativ hohen technischen Aufwand
für die Messung der Harmonischen hat sich bei dieser Meß
methode der Lichtbogen im allgemeinen schon zu stark
entwickelt, bevor durch die Messung der Harmonischen eine
Gegensteuerung erfolgen kann. Auch die Bestimmung der Zeit
dauer der Strompause zwischen zwei Halbwellen kann hier
keine Abhilfe schaffen, da diese Strompausen erst bei hohen
Leistungen auftreten und der Lichtbogen dann auch schon so
stark entwickelt ist, daß das Gewebe geschädigt wird.
Zu ausgeprägte Lichtbögen und damit zu starke, dem Gewebe
zugeführte Leistungen führen zu einer Verkohlung des
geschnittenen Gewebes, was wiederum den Heilungsprozeß
erschwert und verlängert.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Elektrochirur
giegerät und ein Verfahren zu dessen Betrieb zu schaffen,
mit deren Hilfe die Intensität des Lichtbogens bzw. der
Funkenüberschläge automatisch auf einen solchen Wert redu
ziert wird, daß einerseits ein problemloser und insbesondere
verklebungsfreier Schneidvorgang mittels der Schneidelek
trode erzielt wird, gleichwohl aber jedwede über das eigent
liche Schneiderfordernis hinausgehende Überhitzung und damit
Verkohlung des Gewebes vermieden wird. Insbesondere sollen
das erfindungsgemäße Elektrochirurgiegerät und Verfahren
eine automatische und schnelle Anpassung der vom Hochfre
quenzgenerator abgegebenen Leistung bewirken, wenn beim
Schneidvorgang verschiedene Gewebearten (z. B. Muskelfleisch
oder Fett) erfaßt werden, die unterschiedliche Leistungs
anforderungen haben.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale der kennzeich
nenden Teile der Ansprüche 1 und 9 vorgesehen.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß im Falle gerin
ger Leistungen bei einer ersten Berührung zwischen der
Schneidelektrode und dem menschlichen oder tierischen Gewebe
zunächst nur ein Ohm′scher oder kapazitiver Kontakt zwischen
Elektrode und Gewebe vorliegt, wo noch keine Abweichungen
von der Sinusform auftreten, und daß bei zunehmender
Leistung zunächst nur Überschläge bei einer Sorte von Halb
wellen jeder Periode, vorzugsweise der positiven Halbwellen
auftreten. Dies resultiert aus den unterschiedlichen Bedin
gungen, wie Feldverlauf, Temperatur, Austrittsarbeit an der
Schneidelektrode und am Gewebe. Im Zeitverlauf des Hochfre
quenzstroms sind die Überschläge als kurzzeitige Erhöhungen
bzw. Spitzen zu erkennen. Gleichzeitig kann sich die Span
nung an der Funkenstrecke entsprechend verringern, wenn
keine Konstantspannungscharakteristik verwendet wird. In der
jeweils anderen, vorzugsweise der negativen Halbwelle einer
Periode treten zunächst bei relativ geringer Leistungszufüh
rung noch keine wesentlichen Abweichungen von der vorgegebe
nen Sinusform auf. Erst mit weiter zunehmender Leistungs
zufuhr kommen auch bei den anderen, vorzugsweise negativen
Halbwellen zunächst einzelne und dann immer mehr Funkenüber
schläge vor.
Das bevorstehende Auftreten eines schädliche Ausmaße
annehmenden Lichtbogens kann also auch schon bei relativ
geringer Ausgangsleistung des Hochfrequenzgenerators dadurch
festgestellt werden, daß einzelne Überschläge innerhalb der
positiven Halbwelle ermittelt werden. Die Anzahl dieser auch
als Mikrolichtbögen zu bezeichnenden Funkenüberschläge läßt
sich mit einer hohen Dynamik sehr schnell bestimmen. Die
Bestimmung der Stärke des Lichtbogens kann somit durch eine
Zählung der während einer vorbestimmten Anzahl von Perioden
auftretenden Funkenüberschlägen oder Mikrolichtbögen
erfolgen.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfah
rens sind durch die Ansprüche 2 bis 8 gekennzeichnet, wäh
rend besonders bevorzugte Ausführungsformen des erfindungs
gemäßen Elektrochirurgiegerätes durch die Ansprüche 10 bis
20 definiert sind.
Die Division nach Anspruch 7 kommt nur bei Verwendung eines
monopolaren Instrumentes in Betracht.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der
Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:
Fig. 1 ein Übersichtsschaltbild eines Hochfrequenzchirur
giegerätes mit einem hinsichtlich seiner Ausgangs
leistung geregelten Hochfrequenzgenerator,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Leistungsmeßvorrichtung und
Regelstufe bei einem Hochfrequenzchirurgiegerät nach
Fig. 1 und
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Leistungsmeßvorrichtung mit der gleichen Regelstufe,
wie sie in Fig. 2 dargestellt ist.
Nach Fig. 1 speist ein beispielsweise mit einer Frequenz von
500 kHz arbeitender Hochfrequenzgenerator 11 über Leitungen
30, 31, in denen zur Gleichspannungsentkopplung Konden
satoren vorgesehen sein könnten, ein hochfrequenzchirur
gisches Schneidinstrument 32 mit einer Schneidelektrode 12
bzw. eine Neutralelektrode 13, die an geeigneter Stelle des
Körpers eines zu behandelnden Patienten elektrisch leitend
anzubringen ist.
Am Hochfrequenzgenerator 11 ist ein Einstellknopf 14 für die
Auswahl einer Leistungsgrundeinstellung vorgesehen. Mittels
dieses Einstellknopfes 14 kann der Chirurg eine bestimmte
Stärke des durchzuführenden Schneidvorganges vorbestimmen,
wobei die erfindungsgemäße Regelung so ausgebildet ist, daß
sie als Maximalwert diese voreingestellte Leistung berück
sichtigt, sie jedoch nach den Erfordernissen des behandelten
Gewebes in der erfindungsgemäßen Weise mehr oder weniger
reduziert.
In die Zuleitung 30 zur Schneidelektrode 12 ist ein Meßwider
stand 33 eingeschaltet, von dessen Enden eine Spannung UE
abgegriffen ist, die für den zur Schneidelektrode 12
fließenden Hochfrequenzstrom repräsentativ und an den Ein
gang einer erfindungsgemäßen Leistungsmeßvorrichtung 15
angelegt ist.
Der Ausgang der Leistungsmeßvorrichtung 15 ist über Leitun
gen 34, 35 an den Eingang einer Regelstufe 16 angeschlossen,
die aus der festgestellten Ist-Leistung ein Regelsignal
erzeugt, welches über Leitungen 36, 37 einen Leistungsregel
eingang 17 des Hochfrequenzgenerators 11 so beaufschlagt,
daß der Hochfrequenzgenerator 11 auf die Ausgangsleitungen
30, 31 die für das gerade behandelte Gewebe optimale Lei
stung abgibt. Der Hochfrequenzgenerator 11 soll vorzugsweise
mit im wesentlichen konstanter Spannung arbeiten, während
zur Leistungsanpassung der Strom geregelt wird.
Die erfindungsgemäße Ausbildung der Leistungsmeßvorrichtung
15 und der Regelstufe 16 wird im folgenden anhand der Fig. 2
und 3 im einzelnen beschrieben.
Die dem Strom durch den Meßwiderstand 33 nach Fig. 1 propor
tionale Spannung UE liegt nach Fig. 2 an Eingangsklemmen 38,
39 der Leistungsmeßvorrichtung 15 an. Sie beaufschlagen
einen Hochpaß 40, der bei einer Frequenz des Hochfrequenz
generators 11 von 500 kHz beispielsweise auf eine Grenzfre
quenz von 10 kHz abgestimmt ist. An den Ausgang des Hoch
passes 40 ist ein Spannungsfolger 41 angeschlossen, dessen
Aufgabe darin besteht, Rückwirkungen der
Leistungsmeßvorrichtung 15 auf den Patientenstromkreis zu
verhindern.
An den Ausgang des Spannungsfolgers 41 sind parallel
zueinander zwei Funkenzählstufen 15′ bzw. 15′′ und eine
Referenzwerterzeugungsstufe 15′′′ angelegt.
Die Funkenzählstufe 15′ weist einen Komparator 18 auf,
dessen Plus-Eingang an den Ausgang des Spannungsfolgers 41
angeschlossen ist und welcher ein Monoflop 23 beaufschlagt,
an das wiederum ein Frequenz-Spannungswandler 25 ange
schlossen ist.
Die Funkenzählstufe 15′′ enthält eine vom Ausgang des Span
nungsfolgers 41 beaufschlagte Invertierungsstufe 42, welche
das Vorzeichen des Eingangssignals umkehrt. Der Ausgang der
Invertierungsstufe 42 liegt am Plus-Eingang eines weiteren
Komparators 19, dem ebenfalls ein Monoflop 24 folgt, an das
ein Frequenz-Spannungswandler 26 angeschlossen ist.
Die Referenzwert-Erzeugungsstufe 15′′′ enthält einen an den
Spannungsfolger 41 angeschlossenen Bandpaß 43, der auf die
Frequenz des Hochfrequenzgenerators von 500 kHz abgestimmt
ist und dem eine Gleichrichtungs-Effektivwertbildungsstufe
44 folgt, an die wiederum ein Verstärker 45 angeschlossen
ist. Der Ausgang des Verstärkers 45 ist an eine Invertie
rungsstufe 46 angelegt, an deren Ausgang ein Referenzsignal
anliegt, welches dem über mehrere Perioden der Hochfrequenz
spannung gemittelten Effektivwert der Hochfrequenzspannung
multipliziert mit einem vorbestimmten Faktor entspricht.
Dieses Referenzsignal ist an die Minus-Eingänge der
Komparatoren 18 bzw. 19 angelegt.
Aufgrund der beschriebenen Schaltung wertet die Referenz
werterzeugungsstufe 15′ die positiven, die Referenzwerter
zeugungsstufe 15′′ die negativen Halbwellen der Hochfrequenz
spannung aus.
Wenn eine positive Halbwelle des Hochfrequenzstroms am
Plus-Eingang des Komparators 18 ein größeres Signal als den
am Minus-Eingang anliegenden Referenzwert erzeugt, gibt der
Komparator 18 an das Monoflop 23 einen Impuls ab, welcher
dieses veranlaßt, einen Rechteckimpuls (TTL-Signal) zu
erzeugen, dessen zeitliche Länge nicht größer ist als die
zeitliche Länge einer Halbwelle der Hochfrequenzspannung.
Entsprechend löst eine negative Halbwelle über die Invertie
rungsstufe 42 am Komparator 19 ein Ausgangssignal aus, wenn
die Amplitude der Halbwelle so groß ist, daß das Signal am
Plus-Eingang des Komparators 19 den am Minus-Eingang an
liegenden Referenzwert übersteigt. Entsprechend wird das
Monoflop 24 gesetzt, so daß es einen Rechteckimpuls (TTL-
Signal) mit einer Länge kleiner als der Länge der Halbwellen
der Hochfrequenzspannung abgibt.
Je nach dem, wie viele positive oder negative Halbwellen das
Monoflop 23 bzw. 24 setzen, entsteht am Ausgang der Mono
flops 23, 24 ein Signal von höherer oder niedrigerer Fre
quenz, welches in den Frequenz-Spannungswandlern 25, 26 in
ein Spannungssignal umgewandelt wird. Die betreffende
Ausgangsspannung liegt einerseits jeweils einem Kontakt
eines Dreistellungs-Wahlschalters 27 und andererseits an
jeweils einem Eingang einer Verknüpfungsstufe 28 an, deren
Ausgang mit dem dritten Kontakt des Dreistellungs-Wahl
schalters 27 verbunden ist. Der Mittelkontakt des Dreistel
lungs-Wahlschalters 27 liegt seinerseits am Eingang der
Regelstufe 16 an.
In der Regelstufe 16 ist zunächst ein Spannungsfolger 47
vorgesehen, der wieder eine Rückkopplung auf die vorange
hende Leistungsmeßvorrichtung 15 verhindern soll. Ihm folgt
eine Differenzstufe 29, deren Pluseingang als Sollwert eine
für die konstant zu haltende Anzahl von Funkenüberschlägen
repräsentative Regelspannung zugeführt ist, die durch einen
Regelwiderstand 55 veränderbar ist. An die Differenzstufe 29
ist über einen Regelwiderstand 56 ein PI-Regler 48 ange
schlossen, dessen Rückkopplungskondensator 49 und Rückkopp
lungswiderstand 50 so gewählt sind, daß zusammen mit dem
Regler 56 sich eine Zeitkonstante im Millisekunden-Bereich
ergibt. Bevorzugt liegen die Regelzeiten des PI-Reglers 48
zwischen 0,5 und 10 ms.
Die Ausgangsspannung des PI-Reglers 48 wird in einem Verstär
ker 51 auf eine gewünschte Signalstärke verstärkt und über
eine Invertierungsstufe 52 an einen Bipolartransistor 53
angelegt, der als Senke für den Regeleingang 17 des Hochfre
quenzgenerators 11 dient und über die Leitungen 36, 37 nach
Fig. 1 an den Regeleingang 17 des Hochfrequenzgenerators 11
angelegt wird.
Die in den Ausgangskreis des Bipolartransistors 53 gelegte
Zenerdiode 54 dient dazu, den Transistor vor Überspannung zu
schützen.
Die Referenzwerterzeugungsstufe 15′′′ nach Fig. 2 definiert
somit einen dynamischen Schwellenwert, der immer um einen
festen Faktor größer ist als die mittlere Amplitude des
Meßsignals. Dieser Schwellen- oder Referenzwert dient dazu
zu entscheiden, ob ein zu zählender Funkenüberschlag statt
gefunden hat oder nicht. Ist die momentane Stromamplitude
größer als der Schwellenwert und somit größer als die mit
einem festen Faktor multiplizierte mittlere Stromamplitude,
so liegt ein zu berücksichtigender Funkenüberschlag vor. Um
dies zu überprüfen, werden sowohl der Schwellwert wie auch
die Meßgröße den Komparatoren 18 bzw. 19 zugeführt. Ist der
Meßwert größer als der Schwellenwert, so liefert der
Komparator 18 bzw. 19 eine positive Ausgangsspannung. Ist
der Meßwert kleiner als der Schwellenwert, so liegt am
Ausgang eine negative Spannung (bzw. Massepotential) an, und
es erfolgt keine Setzung der anschließenden Monoflops 23
bzw. 24.
Da die zeitliche Ausdehnung der Überschläge im Verhältnis
zur Periodendauer der Hochfrequenzschwingung kurz und undefi
niert ist, entstehen am Ausgang kurze positive Spannungs
impulse. Um diesen Impulsen eine definierte Form zu geben,
werden sie dem Monoflop 23 bzw. 24 zugeführt, deren Ausgangs
impulsbreite (Länge des Ausgangsimpulses) geringer als die
halbe Periodendauer der Grundschwingung ist. Die so aufbe
reiteten Komparatorsignale werden nun den Frequenz-Spannungs
wandlern 25 bzw. 26 zugeführt, welche eine Umsetzung der
Impulsanzahl pro Zeiteinheit in eine analoge, der Zahl der
Überschläge proportionale Spannung vornehmen. Diese Spannung
dient als Regelgröße zum Konstanthalten der Stärke des Licht
bogens zwischen der Schneidelektrode 12 und der Neutralelek
trode 13. Wichtig ist hierbei, daß diese Spannung monoton
mit der eingekoppelten Leistung ist. Erfindungsgemäß werden
also weder die Amplitude noch der zeitliche Verlauf der
Stromverzerrungen ausgewertet, sondern nur die Häufigkeit
der Funkenüberschläge.
Diese Spannung wird im Sollwertkomparator 29 mit einem
Sollwert verglichen, dem PI-Regler 48 zugeführt und schließ
lich in den Hochfrequenzgenerator 11 zurückgekoppelt. Ist
die Zahl der Funkenüberschläge und somit der Strom bzw. die
Spannung zu groß, so wird die Ausgangsleistung des Genera
tors über die Rückkopplung reduziert. Ist die Anzahl der
Funkenüberschläge zu gering, so wird die Ausgangsleistung
des Hochfrequenzgenerators 11 dementsprechend erhöht.
Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1 und 2 ist wie
folgt:
Nach Einschalten des Hochfrequenzgenerators 11 wird das Schneidinstrument 32 mit der Schneidelektrode 12 dem Gewebe des Patienten genähert, der an anderer Stelle elektrisch leitend mit der Neutralelektrode 13 verbunden ist. Hierbei fließt zunächst ein Ohm′scher Strom mit Sinusform, welcher über die Leistungsmeßvorrichtung 15 und die Regelstufe 16 noch keine Leistungsbegrenzung des Hochfrequenzgenerators 11 auslöst.
Nach Einschalten des Hochfrequenzgenerators 11 wird das Schneidinstrument 32 mit der Schneidelektrode 12 dem Gewebe des Patienten genähert, der an anderer Stelle elektrisch leitend mit der Neutralelektrode 13 verbunden ist. Hierbei fließt zunächst ein Ohm′scher Strom mit Sinusform, welcher über die Leistungsmeßvorrichtung 15 und die Regelstufe 16 noch keine Leistungsbegrenzung des Hochfrequenzgenerators 11 auslöst.
Wenn mit zunehmender Leistung während einiger positiver Halb
wellen Funkenüberschläge stattfinden, entstehen während die
ser Halbwellen Stromspitzen, die, wenn sie dazu führen, daß
das Signal am Plus-Eingang des Komparators 18 größer wird
als am Referenzeingang (-), das Monoflop 23 setzen und am
Ausgang des Frequenz-Spannungswandlers 25 eine entsprechende
Spannung hervorrufen.
Bei je mehr Halbwellen Funkenüberschläge und damit Strom
spitzen entstehen, um so höher wird die Ausgangsspannung des
Frequenz-Spannungswandlers 25.
Bei noch höheren Leistungen bilden sich auch bei den negati
ven Halbwellen Funken, wodurch über den Komparator 19 das
Monoflop 24 entsprechend gesetzt und am Ausgang des Fre
quenz-Spannungswandlers 26 eine der Zahl der festgestellten
Stromspitzen bzw. Funken entsprechende Spannung anliegt.
Nach Fig. 2 ist der Wahlschalter 27 an den Ausgang des
Frequenzspannungswandlers 25 angelegt, so daß dessen
Ausgangssignal, welches der in einem vorbestimmten Zeitraum
festgestellten Funkenzahl proportional ist, am Eingang der
Regelstufe 16 anliegt, die daraus ein Regelsignal UA bildet,
welches die Leistung des Hochfrequenzgenerators 11 zurück
regelt, wenn die während einer vorbestimmten Zahl von
Perioden des Hochfrequenzstroms auftretende Zahl von Funken
überschlägen geringfügig überschritten wird. Umgekehrt wird
die Leistung des Hochfrequenzgenerators 11 hinaufgeregelt,
wenn zu wenig Funken festgestellt werden.
Durch Umlegen des Wahlschalters 27 in die in Fig. 2 untere
Position wird das Ausgangssignal des Frequenz-Spannungs
wandlers 26 an die Regelstufe 16 angelegt, so daß nunmehr
die Zahl der innerhalb der vorbestimmten Zahl von Perioden
bei den negativen Halbwellen auftretenden Funken für das an
den Eingang der Regelstufe 16 angelegte Eingangssignal
verantwortlich ist. Je nach dem, wie viele Funken bzw.
Stromspitzen bei den negativen Halbwellen von der Funken
zählstufe 15′′ gezählt werden, regelt das Ausgangssignal UA
der Regelstufe 16 die Leistung des Hochfrequenzgenerators 11
zurück oder hinauf. Bei einem Konstant-Spannungshochfre
quenzgenerator 11 entspricht dies einer Zurückregelung des
Effektivwertes des Hochfrequenzstroms.
Befindet sich der Wahlschalter 27 nach Fig. 2 in seiner
Mittelstellung, so ist für die Beaufschlagung der Regelstufe
16 das Ausgangssignal A der Verknüpfungsschaltung 28 maßge
bend, welches beispielsweise den Quotienten E1/E2 der beiden
Ausgangssignale der Frequenz-Spannungswandler 25 bzw. 26
bildet.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 bezeichnen gleiche
Bezugszahlen entsprechende Bauelemente wie in Fig. 2. Die
Schaltung ist gegenüber Fig. 2 dadurch wesentlich verein
facht, daß die Referenzwerterzeugungsstufe 15′′′ entfällt.
Statt dessen ist an den Ausgang des Spannungsfolgers 41 ein
Hochpaß 20 angeschlossen, welcher auf eine etwas höhere
Frequenz als die des Hochfrequenzgenerators abgestimmt ist.
Beträgt die Frequenz des Hochfrequenzgenerators 500 kHz soll
der Hochpaß 20 beispielsweise auf eine Frequenz von 600 kHz
abgestimmt sein.
Auf diese Weise passieren den Hochpaß 20 lediglich die
wesentliche steileren Stromspitzen, die bei Vorliegen eines
Funkens während einer Halbwelle auftreten. Die bei Funken
bildung vom Hochpaß 20 abgegebenen Signale sind parallel an
einen Komparator 21 und - über die Invertierungsstufe 42 an
einen Komparator 22 angelegt, die an ihrem Referenzeingang
jeweils von einer vorzugsweise einstellbaren Referenzspan
nung beaufschlagt sind. Die Spannung ist frei wählbar und
bestimmt den Schwellenwert, bei dessen Überschreiten durch
die Amplitude Funkenüberschläge gezählt werden.
Auf diese Weise entstehen an den Ausgängen der Komparatoren
21, 22 bei übermäßiger Funkenbildung während einer positiven
oder negativen Halbwelle entsprechende Signale wie beim
Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, welche dann in der gleichen
Weise über die Monoflops 23, 24, die Frequenz-Spannungs
wandler 25, 26 verarbeitet und über den Wahlschalter 27 bzw.
die Verknüpfungsschaltung 28 und den Wahlschalter 27 an die
Regelstufe 16 angelegt sind.
Die Bildung der Referenzspannung für die Komparatoren 18, 19
nach Fig. 2 erfolgt also dynamisch durch Auswertung des
Effektivwertes des zur Schneidelektrode 12 fließenden Stro
mes, wobei im Verstärker 45 eine Multiplikation mit einem
festen Faktor erfolgt, wodurch erst bei einer vorbestimmten
Amplitude der Stromspitzen die Schwellen der Komparatoren 18
bzw. 19 überschritten werden.
Die Spannung am Ausgang der Frequenz-Spannungswandler 25, 26
ist monoton zur Zahl der Funkenüberschläge. Demgegenüber
wird der Referenzwert für die Komparatoren 21, 22 nach Fig.
3 durch eine Gleichspannung vorgegeben, während der Plus-
Eingang durch den Hochpaß 20 mit einer Grenzfrequenz beauf
schlagt wird, die höher als die Frequenz des Hochfrequenz
generators 11 ist.
Anstelle des Frequenz-Spannungswandlers 25 bzw. 26 kann auch
ein digitaler Zähler verwendet werden, was die Realisierung
der Regelung mit einem digitalen Regelkreis ermöglicht.
Die Mittenfrequenz des Bandpaßfilters 43 nach Fig. 2 ent
spricht der Betriebsfrequenz des Hochfrequenzgenerators.
Durch eine ausreichend hohe Güte des Bandpaßfilters 43 wird
sichergestellt, daß nur die Grundschwingung und keine
Marmonischen übertragen werden.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird anstelle der
Bestimmung der mittleren Stromamplitude die Grundschwingung
mit Hilfe des Hochpasses 20 aus dem Eingangssignal heraus
gefiltert. Die Harmonischen bleiben hier alle erhalten. Dies
erlaubt die Festlegung eines statischen Schwellenwertes für
die Entscheidung, ob ein Überschlag vorliegt oder nicht.
Dieser Schwellenwert kann einfach mit Hilfe eines Spannungs
teilers aus der Betriebsspannung erzeugt werden.
Bezugszeichenliste
11 Hochfrequenzgenerator
12 Schneidelektrode
13 Neutralelektrode
14 Einstellknopf für Leistungsgrundeinstellung
15 Leistungsmeßvorrichtung
16 Regelstufe
17 Leistungsregeleingang
18 Komparator
19 Hochpaß
20 Hochpaß
21 Komparator
22 Komparator
23 Monoflop
24 Monoflop
25 Frequenz-Spannungswandler
26 Frequenz-Spannungswandler
27 Wahlschalter
28 Verknüpfungsstufe
29 Differenzstufe
30 Leitung
31 Leitung
32 Schneidinstrument
33 Meßwiderstand
34 Leitung
35 Leitung
36 Leitung
37 Leitung
38 Eingangsklemme
39 Eingangsklemme
40 Hochpaß
41 Spannungsfolger
42 Invertierungsstufe
43 Bandpaß
44 Gleichrichtungs-Effektivwertbildungsstufe
45 Verstärker
46 Invertierungsstufe
47 Spannungsfolger
48 PI-Regler
49 Rückkopplungskondensator
50 Rückkopplungswiderstand
51 Verstärker
52 Invertierungsstufe
53 Bipolartransistor
54 Zenerdiode
55 Regelwiderstand
56 Regelwiderstand
12 Schneidelektrode
13 Neutralelektrode
14 Einstellknopf für Leistungsgrundeinstellung
15 Leistungsmeßvorrichtung
16 Regelstufe
17 Leistungsregeleingang
18 Komparator
19 Hochpaß
20 Hochpaß
21 Komparator
22 Komparator
23 Monoflop
24 Monoflop
25 Frequenz-Spannungswandler
26 Frequenz-Spannungswandler
27 Wahlschalter
28 Verknüpfungsstufe
29 Differenzstufe
30 Leitung
31 Leitung
32 Schneidinstrument
33 Meßwiderstand
34 Leitung
35 Leitung
36 Leitung
37 Leitung
38 Eingangsklemme
39 Eingangsklemme
40 Hochpaß
41 Spannungsfolger
42 Invertierungsstufe
43 Bandpaß
44 Gleichrichtungs-Effektivwertbildungsstufe
45 Verstärker
46 Invertierungsstufe
47 Spannungsfolger
48 PI-Regler
49 Rückkopplungskondensator
50 Rückkopplungswiderstand
51 Verstärker
52 Invertierungsstufe
53 Bipolartransistor
54 Zenerdiode
55 Regelwiderstand
56 Regelwiderstand
Claims (20)
1. Verfahren zum Betrieb eines Elektrochirurgiegerätes mit
einem einen Leistungsregeleingang (17) aufweisenden Hoch
frequenzgenerator (11), der eine vorzugsweise veränder
bare (14) Leistungsgrundeinstellung aufweist und an den
eine Schneidelektrode (12) sowie eine Neutralelektrode
(13) angeschlossen bzw. anschließbar sind, die mit einer
solchen Hochfrequenzwechselspannung und einem solchen
Hochfrequenzwechselstrom beaufschlagbar sind, daß zumin
dest während eines Teils der Perioden des Hochfrequenz-
Wechselstroms wenigstens ein Funkenüberschlag erfolgt,
wobei an die Elektroden (12, 13) eine Leistungsbestim
mungsvorrichtung (15) angeschlossen ist, die eine Regel
stufe (16) beaufschlagt, welche an den Leistungsregel
eingang (17) des Hochfrequenzgenerators (11) angelegt
ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Funkenüber
schläge innerhalb einer vorbestimmten Mehrzahl von
Perioden bestimmt und durch Veränderung der Ausgangs
leistung des Hochfrequenzgenerators (11) auf einen
konstanten Wert eingeregelt wird, der unterhalb des
Doppelten der vorbestimmten Mehrzahl, vorzugsweise
unterhalb der vorbestimmten Mehrzahl liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die vorbestimmte Mehrzahl von Perioden zwischen 100,
insbesondere 1000 und 10 000, bevorzugt 300, insbesondere
3000 bis 8000 und vorzugsweise bei etwa 5000 liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß der eingeregelte konstante Wert 1 bis 20%,
vorzugsweise 1 bis 10% und insbesondere 1 bis 2% der
vorbestimmten Mehrzahl beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß als Maß für das Auftreten eines
Funkens die Überschreitung bzw. Unterschreitung eines
vorbestimmten Schwellenstromwertes verwendet wird, wobei
die Hochfrequenzspannung zumindest im wesentlichen kon
stantgehalten werden soll.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß für die Regelung nur die
während der positiven Halbwellen oder die während der
negativen Halbwellen oder während aller Halbwellen inner
halb der vorbestimmten Mehrzahl von Perioden festgestell
ten Funkenüberschläge herangezogen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
bei Heranziehung der während aller Halbwellen innerhalb
der vorbestimmten Mehrzahl von Perioden festgestellten
Funkenüberschläge die Zahl der während der positiven und
der negativen Halbwellen festgestellten Zahlen von
Funkenüberschlägen mathematisch miteinander verknüpft
werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die mathematische Verknüpfung dadurch geschieht, daß die
festgestellten Anzahlen von Funkenüberschlägen während
der positiven und negativen Halbwellen addiert, subtra
hiert, multipliziert oder dividiert werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der konstante Wert der
Anzahl von Funkenüberschlägen einstellbar ist.
9. Elektrochirurgiegerät mit einem einen Leistungsregelein
gang (17) aufweisenden Hochfrequenzgenerator (11), der
eine vorzugsweise veränderbare (14) Leistungsgrundein
stellung aufweist und an den eine Schneidelektrode (12)
sowie eine Neutralelektrode (13) angeschlossen bzw.
anschließbar sind, die mit einer solchen Hochfrequenz
wechselspannung und einem solchen Hochfrequenzwechsel
strom beaufschlagbar sind, daß zumindest während eines
Teils der Perioden des Hochfrequenzwechselstroms wenig
stens ein Funkenüberschlag erfolgt, wobei an die Elektro
den (12, 13) eine Leistungsbestimmungsvorrichtung (15)
angeschlossen ist, die eine Regelstufe (16) beauf
schlagt, welche an den Leistungsregeleingang (17) des
Hochfrequenzgenerators (11) angelegt ist, insbesondere
zur Ausführung des Verfahrens nach einem der voran
gehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsmeßvorrichtung
wenigstens eine Funkenzählstufe (15′, 15′′) aufweist, die
die Funkenzahl innerhalb einer vorbestimmten Mehrzahl
von Perioden während der positiven oder während der nega
tiven Halbwellen oder während aller Halbwellen bestimmt
und die Regelstufe (16) mit einem für die festgestellte
Funkenzahl oder eine mathematische Verknüpfung der fest
gestellten Funkenzahlen repräsentativen Signal beauf
schlagt, und daß die Regelstufe (16) daraus ein Regel
signal erzeugt, welches die Ausgangsleistung des Hochfre
quenzgenerators (11) im Sinne einer Konstanthaltung der
innerhalb der vorbestimmten Mehrzahl von Perioden vorhan
denen Funkenzahl auf einen Wert, der unterhalb des Dop
pelten der vorbestimmten Mehrzahl, vorzugsweise unter
halb der vorbestimmten Mehrzahl liegt, regelt.
10. Elektrochirurgiegerät nach Anspruch 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß als Maß für das Vorliegen eines Funkens
die Überschreitung bzw. Unterschreitung eines vorbe
stimmten Schwellenstromwertes während der Halbwelle
einer Periode verwendet wird, wobei der Hochfrequenz
generator (11) vorzugsweise eine Konstantspannungs
charakteristik aufweist.
11. Elektrochirurgiegerät nach Anspruch 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß aus den den Stromschwellenwert über- bzw.
unterschreitenden Meßwerten ein entsprechendes Frequenz
signal gebildet und in eine die Regelstufe (16) beauf
schlagendes Spannungssignal umgewandelt wird.
12. Elektrochirurgiegerät nach Anspruch 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß in der Funkenzählvorrichtung (15) wenig
stens ein Komparator (18, 19) vorgesehen ist, dem das
aktuelle Strommeßsignal und der über eine vorbestimmte
Zahl von Perioden ermittelte Stromeffektivwert zugeführt
sind, wobei der Komparator (18, 19) einen Ausgangsimpuls
abgibt, wenn das aktuelle Strommeßsignal die vom Strom
effektivwert abgeleitete Komparatorschwelle über- bzw.
unterschreitet.
13. Elektrochirurgiegerät nach Anspruch 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß in der Funkenzählstufe (15) ein Hochpaß
(20) vorgesehen ist, der lediglich die steilere Anstiege
aufweisenden Stromspitzen durchläßt, welche bei Funken
überschlägen bestimmter Intensität auftreten.
14. Elektrochirurgiegerät nach Anspruch 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß an den Hochpaß (20) wenigstens ein Kompa
rator (21, 22) angeschlossen ist, der eine vorzugsweise
einstellbare Schwelle für die Stromspitzen darstellt.
15. Elektrochirurgiegerät nach Anspruch 11 und einem der
Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß an den
Komparator (18, 19; 21, 22) jeweils ein Monoflop (23,
24) mit einer deutlich kürzeren Schaltzeit als die halbe
Periode des Hochfrequenzstromes angelegt ist, dem ein
Frequenz-Spannungswandler (25, 26) folgt.
16. Elektrochirurgiegerät nach einem der Ansprüche 9 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß für die positiven und nega
tiven Halbwellen des Hochfrequenzstromes eine separate
Funkenzählung erfolgt.
17. Elektrochirurgiegerät nach Anspruch 16, dadurch gekenn
zeichnet, daß entweder nur die während der positiven
oder negativen Halbwellen gezählten Funken oder eine
mathematische Verknüpfung beider Funkenarten erfolgt.
18. Elektrochirurgiegerät nach Anspruch 17, dadurch gekenn
zeichnet, daß am Ausgang des Frequenz-Spannungswandlers
(25, 26) ein vorzugsweise drei Stellungen aufweisender
Wahlschalter (27) und/oder eine mathematische Ver
knüpfungsschaltung (28) vorgesehen sind.
19. Elektrochirurgiegerät nach Anspruch 17 oder 18, dadurch
gekennzeichnet, daß die mathematische Verknüpfung in der
Quotientenbildung des separat bei den positiven Halb
wellen und bei den negativen Halbwellen erzeugten
Zählsignals besteht.
20. Elektrochirurgiegerät nach einem der Ansprüche 9 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, daß die Regelstufe (16) eine
vorzugsweise einstellbare Differenzstufe (29) umfaßt, an
der der konstante Wert von Funkenüberschlägen einge
stellt werden kann.
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