DE60027311T2

DE60027311T2 - Nichtklebende elektrochirurgische Zange

Info

Publication number: DE60027311T2
Application number: DE60027311T
Authority: DE
Inventors: O. Jonathan Boulder THORNE
Original assignee: Link Technology Inc
Current assignee: Link Technology Inc
Priority date: 1999-08-27
Filing date: 2000-08-23
Publication date: 2007-01-04
Anticipated expiration: 2020-08-24
Also published as: US6293946B1; EP1210022B1; DE60027311D1; WO2001015615A1; ATE322869T1; EP1210022A4; EP1210022A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft generell eine elektrochirurgische Vorrichtung mit Zangen oder Klemmen, und insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine elektrochirurgische Zange mit Nichtklebe-Charakteristiken.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei der Elektrochirurgie wird elektrische Energie in Form von Wechselstrom bei Hochfrequenz- (HF-) Pegeln zum Schneiden und/oder Koagulieren von biologischem Gewebe verwendet. Die HF-Energie wird typischerweise von elektrochirurgischen Generatoren erzeugt und über Elektroden, die mit dem Generator verbunden sind, an das Gewebe angelegt. Elektrochirurgische Generatoren sind bekannt. Es wird eine Vielzahl unterschiedlicher Typen von herkömmlichen Elektroden für verschiedene Arten der Elektrochirurgie bei einer Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen verwendet.
Die Verwendung von herkömmlichen elektrochirurgischen Elektroden ist jedoch unter bestimmten Gesichtspunkten problematisch. Beispielsweise bewirken elektrochirurgische Elektroden durch elektrischen Strom eine Lichtbogenbildung zwischen der Elektrodenspitze und dem darunter liegenden Gewebe, statt dass sie den Strom gleichmäßig liefern. Die Lichtbogenbildung kann aufgrund der großen Menge und der Dichte der dem Gewebe über den Lichtbogenstrom zugeführten Energie eine starke Gewebeschädigung hervorrufen. Ferner bewirkt die Lichtbogenbildung, dass herkömmliche Elektroden Heißpunkte an den Stellen auf der Elektrodenfläche bilden, an denen der Lichtbogen die Elektrode berührt. Diese Heißpunkte verursachen Probleme, wenn sie mit dem Gewebe in Berührung kommen, da das Gewebe dazu neigt, an dem Heißpunkt kleben zu bleiben. Wenn die Elektrode dann bewegt oder anderweitig manipuliert wird, wird der kleben gebliebene Teil des Gewebes von dem ihn umgebenden Gewebe weggezogen, wodurch eine weiter Beschädigung auftritt. Ein solches Klebenbleiben des Gewebes an der Elektrode ist ein in der Chirurgie bekanntes Problem. Dieses Problem kann bei präzise durchzuführenden chirurgischen Verfahren besonders nachteilig sein. Insbesondere sind chirurgische Verfahren auf dem Gebiet der plastischen Chirurgie, Neurologie und Gynäkologie Bereiche, in denen ein Klebenbleiben für Patienten häufig gesundheitsgefährdend sein kann.
Zum Reduzieren dieser Klebe-Charakteristik sind Elektroden mit nichtklebender Beschichtung entwickelt worden. Leider ist der Erfolg dieser Beschichtungen begrenzt. Nichtklebende Beschichtungen aus Materialien, wie z.B. Fluorkohlenwasserstoff, Silicium und Kohlenstoff, werden zum Beschichten des Teils der Elektrode, der mit dem Gewebe in Berührung kommt, verwendet. Solche Beschichtungen sind in den US-Patenten 4,785,807, 4,333, 467 bzw. 4,074,718 beschrieben. Ein Problem mit solchen Beschichtungen besteht darin, dass mit der Zeit die Beschichtung aufgrund des sie durchfließenden HF-Stroms bricht. Natürlich verschlechtern sich bei einer Verschlechterung der Beschichtung auch die Nichtklebe-Charakteristiken.
Materialien mit höherer Wärmeleitfähigkeit, wie z.B. Kupfer oder Kupferlegierungen, werden ebenfalls zum Reduzieren des Klebenbleibens von Elektroden verwendet. Dies ist in den US-Patenten Nr. 4,492,231 und 5,423, 814 beschrieben. Kupfer ist jedoch nicht biokompatibel, somit sind Elektroden aus diesem Material nicht zur medizinische Verwendung geeignet. Ferner werden Zangen mit Nickel-Spitzen verwendet, die beim Reduzieren von Klebenbleiben zu einem gewissen Erfolg führen. Diese Erfindung ist in dem US-Patent Nr. 5,196,009 beschrieben. Obwohl Nickel biokompatibel ist und eine etwas höhere Wärmeleitfähigkeit hat als Edelstahl, der herkömmlicherweise für Zangenspitzen verwendet wird, tritt auch bei Zangen mit Nickel-Spitzen immer noch ein Klebenbleiben auf.
Es wäre daher wünschenswert, verbesserte Elektrodenspitzen zur Verwendung bei elektrochirurgischen Verfahren bereitzustellen. Solche Elektrodenspitzen sollten in der Lage sein, eine Hochfrequenz-Energie ohne wesentliche Lichtbogenbildung oder Verkohlung gleichmäßig auf das Gewebe aufzubringen. Insbesondere sollten die Elektrodenspitzen die Hochfrequenz-Energie ohne Klebenbleiben aufbringen, so dass das Gewebe nicht beschädigt wird. Die Elektrodenspitzen sollten mit herkömmlichen elektrochirurgischen Energieversorgungseinrichtungen verwendbar sein und Geometrien aufweisen, die sowohl die Erreichbarkeit von Ziel-Stellen am Körper des Patienten als auch das Liefern der korrekten Energiedichte und des korrekten Energieflusses zum Durchführen von Koagulation und anderen herkömmlichen elektrochirurgischen Verfahren ermöglichen.
In jüngster Zeit hat sich ein Riss zwischen den Medizinern in Europa und den USA entwickelt. Der Wunsch nach Kostenreduzierung bei medizinischen Bedarfsgütern und somit medizinischen Verfahren hat dazu geführt, dass ein Teil der Mediziner wiederverwendbaren medizinischen Bedarfgütern und Instrumenten positiv gegenübersteht. Typischerweise werden solche Artikel mit einem Autoklav, Ethylenoxidgas oder einer anderen geeigneten Technik vor der Wiederverwendung sterilisiert. Solche wiederverwendbaren Artikel müssen in der Lage sein, einer mehrfachen Sterilisierung durch den Autoklav oder anderen Sterilisierprozessen standzuhalten. Ferner müssen wiederverwendbare Artikel derart ausgeführt sein, dass sie dem bei Mehrfachverwendung auftretenden Verschleiß standhalten. Andererseits vermeidet ein anderer Teil der Mediziner wiederverwendbare Materialien, um die Wahrscheinlichkeit einer Kontaminierung von Patienten und medizinischem Personal zu reduzieren. Zum Reduzieren einer solchen Kontamination werden überwiegend Einwegartikel oder zumindest Teile von Instrumenten und Bedarfgütern, die wegwerfbar sind, verwendet. Einige der Gründe, die für wiederverwendbare Artikel sprechen, sind, dass bei wiederverwendbaren Bedarfsgütern und Instrumenten teurere Materialien verwendet werden können, wenn diese teureren Materialien wünschenswerte Charakteristiken aufweisen, und dass ferner die Umweltbelastung durch Einwegartikel so groß ist.
In dem US-Patent Nr. 4,074,718 ist ein elektrochirurgisches Instrument mit Elektroden mit größerer Wärmeleitfähigkeit und mehreren daran angebrachten Wärmestrahlern beschrieben. Leider ist bei der Referenz die Bedeutung der Verwendung von biokompatiblen Materialien nicht erkannt worden, da mehrere biokompatible Materialien (Silber und Gold) als mit nichtkompatiblen Materialien, wie z.B. Kupfer, Aluminium und Beryllium, austauschbar beschrieben sind. Zumindest hinsichtlich der Biokompatibilität sind diese Materialien eindeutig nicht austauschbar, und sie sind wahrscheinlich auch in vielerlei anderer Hinsicht nicht austauschbar. Ferner sind die Wärmestrahler an den Elektroden inadäquat konzipiert und weisen eine unterschiedliche Effektivität an unterschiedlichen Positionen auf. Da die Strahler auf natürlicher Konvektion basieren, um der Elektrode Wärme zu entziehen, funktionieren die Wärmestrahler bei primär vertikaler Orientierung der Elektrode nicht adäquat, da die Wärmestrahler dann übereinander positioniert sind und eine Wärmekonvektion von den Strahlern weg nicht so einfach erfolgt. Ferner wird bei der in 3 und 4 dieser Referenz gezeigten Ausführungsform mit der Kugelelektrode die Wärme nicht auf effiziente Weise zu den Strahlern geleitet, da es einen Engpass in dem kleineren Durchmesserbereich zwischen der Kugel und den Wärmestrahlern gibt. Auf im Wesentliche gleiche Weise wird bei der in 1 und 2 dieser Referenz gezeigten Ausführungsform die Wärme nicht auf effiziente Weise zu den Wärmestrahlern geleitet, da die Elektrode eine Blattelektrode mit einem relativ kleinen Querschnittsbereich relativ zu ihrer Länge ist, wodurch der Wärmestrom eingeschränkt wird.
In dem US-Patent Nr. 5,423,814 ist eine bipolare Koagulationsvorrichtung für endoskopische Anwendungen beschrieben. Obwohl in dieser Referenz diskutiert wird, ob Metalle mit hoher Wärmeleitfähigkeit als Elektrodenmateri al verwendet werden müssen, ist in dem Patent eine Legierung solcher Materialien beschrieben, nämlich eine Legierung aus ungefähr 80 % Kupfer, 15 % Silber und 5 % Phosphor. Leider ist Kupfer nicht biokompatibel, und es wird angenommen, dass das Gleiche auch für Phosphor gilt. Eine spezielle Elektrodenform, die die Wärmeübertragung von der Elektrodenspitze weg verbessern soll, um ein Klebenbleiben am Gewebe zu reduzieren, ist in 9a dieser Referenz gezeigt. Die dargestellte konische Form hat den Nachteil, dass es möglicherweise keines adäquates Wärmereservoir gibt, dem die von der Elektrodenspitze weggeleitete Wärme zugeführt werden kann. Ferner wird durch die Breite der konisch geformten Spitze die Sicht des Chirurgen eingeschränkt. Es ist wünschenswert, dass die Elektrode den Blick des Chirurgen auf das Operationsgebiet so wenig wie möglich blockiert.
Es wird in der Medizinindustrie generell angenommen, dass Silber trotz hoher Wärmeleitfähigkeit nicht biokompatibel ist. Diese Annahme ist offensichtlich darauf zurückzuführen, dass normalerweise, wenn auch nicht immer, mit Silber Sterling-Silber gemeint ist. Sterling-Silber ist eine Legierung auf 92,5 % Silber und 7,5 % Kupfer. Da Kupfer eindeutig nicht biokompatibel ist, haben Tests ergeben, dass auch Sterling-Silber nicht biokompatibel ist. Ferner wird reines Silber fast nie für irgendwelche Anwendungen verwendet, das es zu weich oder verformbar ist. Dies ist ein Grund dafür, dass Sterling-Silber statt reinem Silber verwendet wird. Ferner ist reines (oder nahezu reines) Silber über Versorgungswege üblicherweise nicht erhältlich.
In dem US-Patent Nr. 3,685,518 ist eine chirurgische Zange oder ein ähnliches Instrument zur Verwendung bei der Hochfrequenz- (HF-) Chirurgie zum Koagulieren von Gewebe mittels HF-Strömen beschrieben, wobei mindestens die Anschlussteile der Backen des Instruments, die zum Einklemmen des Gewebes vorgesehen sind, derart ausgebildet sind, dass ein Überhitzen des Gewebes beim Leiten eines HF-Stroms zu dem Instrument verhindert wird. Das Mittel zum Verhindern eines Überhitzen des Gewebes durch die Anschlüsse beim Leiten von HF-Strom über diese Anschlüsse umfasst das Merkmal, dass die Flächen der Anschlüsse abgerundete Kanten aufweisen, so dass, wenn das Gewebe an den abgerundeten Kanten zwischen den Anschlüssen eingeklemmt ist, eine hohe Stromdichte verhindert wird. Ferner ist eine Zange beschrieben, bei der mindestens diejenigen Flächen der Anschlüsse, die zum Angreifen an dem zu koagulierenden Gewebe vorgesehen sind, aus einem Material mit höherer Wärme- und elektrischer Leitfähigkeit als Stahl gefertigt sind.
Vor diesem Hintergrund und angesichts des Wunsches, die beim Stand der Technik auftretenden Probleme zu lösen, ist die vorliegende Erfindung entwickelt worden.
ZUSAMMENFASSENDER ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung, wie sie in den beiliegenden Patentansprüchen dargelegt ist, betrifft eine elektrochirurgische Zange mit einem Paar voneinander getrennten und beabstandeten Elektroden zum Leiten von elektrochirurgischem Strom zwischen den Elektroden. Jede der beiden Elektroden weist eine Spitze mit einem distalen Enden und einem Wärmereservoirteil nahe dem distalen Ende auf, wobei das Wärmereservoir in einer von dem distalen Ende beabstandeten Position mit der Elektrodenspitze verbunden ist. Der Querschnittsbereich des Wärmespeichers ist generell größer als der Querschnittsbereich der Elektrodenspitze, um zwecks Reduzierung der Temperatur der Elektrodenspitze bei der Elektrochirurgie den Wärmestrom von der Elektrodenspitze zu dem Wärmereservoir zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine elektrochirurgische Zange mit einem Paar voneinander getrennter und beabstandeter Elektroden zum Leiten von elektrochirurgischem Strom zwischen den Elektroden, wobei jede der beiden Elektroden eine Spitze aus einem biokompatiblen Material mit einer Temperaturleitzahl von gleich oder größer als 3,0 × 10^–5 m²/s aufweist.
Die Spitze kann aus reinem Silber oder einer biokompatiblen Legierung aus Silber gefertigt sein. Die Spitze kann aus reinem Gold oder einer biokompatiblen Legierung aus Gold gefertigt sein. Die Elektrode weist ein von der distalen Spitze der Elektrode beabstandetes Wärmereservoir auf. Das Wärmereservoir hat einen größeren Querschnittsbereich als die distale Spitze der Elektrode. Der Querschnittsbereich der Elektrode vergrößert sich von der distalen Spitze zu dem Wärmereservoir hin. Der Reinheitsgrad der Spitze kann größer sein als 97 % und kann 99,95 % oder mehr betragen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine elektrochirurgische Zange mit einem Paar voneinander getrennter und beabstandeter Elektroden zum Leiten von elektrochirurgischem Strom zwischen den Elektroden, wobei jede der beiden Elektroden eine Spitze mit einer dicken Beschichtung oder Plattierung aus einem biokompatiblen Material mit einer Temperaturleitzahl von gleich oder größer als 3,0 × 10^–5 m²/s aufweist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein elektrochirurgisches System mit einer herkömmlichen elektrochirurgischen Energieversorgungseinrichtung, einem elektrisch mit der Versorgungseinrichtung verbundenen Kabel und einer Ausführungsform der elektrischen Zange gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine detaillierte Ansicht der in 1 dargestellten elektrochirurgischen Zange.
3 zeigt eine Seitenansicht der elektrochirurgischen Zange mit einer Phantomdarstellung des Wegs des elektrischen Stroms sowie ein Detail des Spitzenteils der Zange.
4 zeigt eine vergrößerte Ansicht einer der Spitzenteile der in 3 dargestellten elektrochirurgischen Zange.
5 zeigt eine Querschnittsansicht des Spitzenteils der elektrochirurgischen Zange entlang der Linie 5-5 aus 4.
6 zeigt eine Querschnittsansicht des Wärmereservoirs in dem Spitzenteil der elektrochirurgischen Zange entlang der Linie 6-6 aus 4.
7 zeigt eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER SPEZIFISCHEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein biokompatibles Material mit hoher Temperaturleitzahl und hoher elektrischer Leitfähigkeit kann für bipolare Elektroden, wie z.B. eine Zange, verwendet werden. Wie oben beschrieben, erfolgt zusätzlich zu dem Klebenbleiben aufgrund von Erwärmung der gesamten Elektrode auf eine zu hohe Temperatur auch ein Klebenbleiben aufgrund von lokalen Heißpunkten, die bei der Elektrochirurgie durch Funkenbildung oder Lichtbogenbildung zwischen dem Gewebe und der Elektrode erzeugt werden. Durch diese Funkenbildung können lokal begrenzte Temperaturen von über 1000 °C erzeugt werden. Selbst wenn die mittlere Elektrodentemperatur niedrig ist, kann ein lokal begrenztes Klebenbleiben aufgrund von durch Lichtbogenbildung verursachten Heißpunkten auftreten.
Zur Realisierung einer effizienten nichtklebenden Elektrode muss die Elektrode derart ausgeführt sein, dass sowohl die Gesamttemperatur der Elektrode kontrolliert wird als auch durch Lichtbogenbildung lokal erzeugte Heißpunkte schnell abgeleitet werden. Die offenbarte Erfindung verhindert ein Klebenbleiben an den Zangenspitzen sowohl durch Kontrollieren der Gesamttemperatur als auch durch Ableiten von Heißpunkten.
Das Kontrollieren der Temperatur kann durch Schaffen eines Wärmereservoirs erfolgen. Dies geschieht dadurch, dass eine ausreichende Materialmasse mit einer angemessen hohen Wärmekapazität vorgesehen ist, damit verhindert wird, dass die Elektrode zu hohe Temperaturen erreicht. Dieses Wärmereservoir muss derart mit demjenigen Teil der Elektrode, der mit dem Gewebe in Berührung kommt, verbunden sein, dass Energie frei in das Reservoir fließen kann. Somit müssen durch den Querschnitt hervorgerufene Einschränkungen oder Isoliersperren zwischen dem Wärmereservoir und demjenigen Teil der Elektrode, der mit dem Gewebe in Berührung kommt, reduziert oder eliminiert werden.
Die Fähigkeit der Elektrode, Wärme von lokalen Heißpunkten abzuleiten, ist eine Funktion der Temperaturleitzahl (α) des Elektrodenmaterials in demjenigen Bereich der Elektrode, in dem die Funkenbildung oder Lichtbogenbildung auftritt. Je höher die Temperaturleitzahl ist, desto schneller erfolgt die Wärmeausbreitung durch ein Medium. Die Temperaturleitzahl eines Materials ist gleich der thermischen Leitfähigkeit (k) dividiert durch das Produkt der Dichte (ρ) und der Wärmekapazität (C_P).
Somit gilt: α = k/(ρ × C_p)
Je größer die Temperaturleitzahl ist, desto kürzer ist die Zeit, die die aufgebrachte Wärme von einem Funken bis zum Eindringen in die Tiefe der Elektrode oder bis zum Abgeleitetwerden benötigt.
Die Temperaturleitzahl wird in Einheiten von Länge im Quadrat dividiert durch die Zeit ausgedrückt. Silber hat sich als ideales Material zum Herstellen von nichtklebenden Zangenspitzen herausgestellt. Silber hat eine sehr hohe Temperaturleitzahl von 16,6 × 10^–5 m²/s. Silber in seiner reinsten Form hat sich ferner als biokompatibel herausgestellt. Gold weist ebenfalls eine ausreichend hohe Temperaturleitzahl auf und ist biokompatibel. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass Materialien mit einer Temperaturleitzahl von mehr als 3 × 10^–5 m²/s verbesserte Nichtklebe-Qualitäten aufweisen, jedoch viele dieser Materialien, wie z.B. Kupfer und Aluminium, nicht biokompatibel sind. Materialien, wie z.B. Nickel, zeigen hinsichtlich Nichtklebe-Charakteristiken eine leichte Verbesserung gegenüber Edelstahl, weisen jedoch aufgrund des niedrigen Temperaturleitzahl unzureichende Nichtklebe-Qualitäten für viele chirurgische Verfahren auf.
Die thermischen Eigenschaften verschiedener Elektrodenmaterialien sind in der nachstehenden Tabelle 1 aufgeführt: Tabelle 1
Gemäß 1 kann eine gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ausgeführte elektrochirurgische Zange 110 zusammen mit einer herkömmlichen elektrochirurgischen Energieversorgungseinrichtung 107 mit ei nem Elektrokabel 108 verwendet werden, dessen distales Verbindungsstück 109 die elektrochirurgische Zange mit der Energieversorgungseinrichtung verbindet. Die elektrochirurgische Energieversorgungseinrichtung 107 kann eine von einer Vielzahl von für elektrochirurgisches Schneiden und/oder Koagulieren vorgesehenen Energieversorgungseinrichtungen sein. Diese Energieversorgungseinrichtungen sind bei Lieferanten, wie z.B. ConMed Corp., Utica, New York und Valleylab, Inc., Boulder, Colorado erhältlich. Solche Energieversorgungseinrichtungen sind generell in der Lage, bei Hochfrequenzen von 500 Hz und Energiepegeln von 1 Watt bis 300 Watt zu arbeiten. Eine besonders geeignete Energieversorgungseinrichtung ist bei ConMed Corp., unter der Handelsbezeichnung Exalibur Plus PC^TM erhältlich.
Gemäß 2 weist die elektrochirurgische Zange ein Paar Blätter 115 auf, die normalerweise aus Edelstahl gefertigt sind. Ein Isolierstück 119 hält die Trennung der Blätter 115 aufrecht und enthält einen Teil des Blatts, der den elektrischen Strom zu den Verbindungsstücken 118 am proximalen Ende der elektrochirurgischen Zange transportiert.
Bei der bevorzugten Ausführungsform wird Silber oder ein anderes Material mit einer hohen Temperaturleitzahl als Material für die Spitzen 116 der Zange verwendet. Es sei darauf hingewiesen, dass Silber die höchste Temperaturleitzahl (a) von sämtlichen Materialien aufweist. Ferner bietet Silber den Vorteil, dass Silberoxid eines der wenigen Metalloxide ist, das elektrisch leitend ist. Dies bedeutet, dass der Stromfluss von einer kleinen Menge an sich bildendem Oxid nicht beeinträchtigt wird. Silber ist sehr leicht sauber zu polieren. Material, das an dem Silber kleben bleibt, klebt nur sehr schwach und kann leicht abgewischt werden. Am wichtigsten ist jedoch, dass Silber biokompatibel ist. Der Ausdruck biokompatibel bezieht sich auf Materialien, die den ISO 10993-Standards für "Biological Evaluation of Medical Devices" [Biologische Bewertung von medizinischen Vorrichtungen] entsprechen. Geeignete Materialien für die Elektrodenspitze umfassen Silber oder Gold oder eine biokompatible Legierung aus Silber oder Gold. Besonders bevorzugt sind Zangenspitzen aus angemessen reinem Silber mit einer Reinheit von mindestens 80 Gewichtsprozent Silber, bei einer stärker bevorzugten Variante von mindestens 99 Gewichtsprozent und bei der am stärksten bevorzugten Variante von 99,9 Gewichtsprozent. Die restliche Zangenspitze ist aus einem anderen biokompatibel Material gefertigt.
Gemäß 5 kann in Anbetracht der Tatsache, dass zahlreiche Materialien mit einer hohen Temperaturleitzahl, einschließlich Silber, ebenfalls in gewissem Maße verformbar sind, eine dünne Verlängerung des Blatts 115, die normalerweise aus Edelstahl oder einem anderen Material mit einem hohen Elastizitätsmodul gefertigt ist, zum Erreichen der strukturellen Steifigkeit in der Spitze verwendet werden. Dieser dünne Materialbereich ist normalerweise eine Verlängerung des Blatts 115 und ist von dem Material mit hoher Temperaturleitzahl der Spitze 116 umgeben.
4 zeigt eine Detailansicht des Spitzenbereichs 116 der Zange. 6 zeigt einen Teil des Spitzenbereichs 116 mit einem größeren Querschnittsbereich (relativ zu dem distalen Ende oder Kopf der Spitze) zum Bilden eines Wärmereservoirs 117. Wie oben beschrieben, dient dieses Wärmereservoir 117 zum Reduzieren der Gesamttemperatur der Zangenspitze, wodurch ein Klebenbleiben von biologischem Gewebe an der Spitze reduziert wird. Der Spitzenbereich 116 kann entweder aus einem Material mit hoher Temperaturleitzahl, das ein anderes Material, wie z.B. Edelstahl, umgibt oder bei einer Ausführungsform, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, aus einem massiven Material mit hoher Temperaturleitzahl gefertigt sein.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann eine Klemme mit einer im Wesentlichen gleichen Spitzenkonfiguration hergestellt werden. Diese Konfiguration kann in einer Vorrichtung verwendet werden, die von Chirurgen üblicherweise als Kleppinger-Zange bezeichnet wird, welche häufig bei der gynäkologischen Chirurgie verwendet wird. Diese Zange ist bei Richard Wolf Instruments, Vernon Hill, Illinois, erhältlich. Eine Kleppinger-Zange mit der in der Zange integrierten Erfindung ist in 7 gezeigt. Bei der Kleppinger-Zange wird ein Rohr 121 verwendet, das über den isolierten Teil der Zangenblätter 122 hin- und hergleitet und somit bewirkt, dass die Blätter zusammengedrückt und geschlossen werden. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist der distale Teil 124 des Blatts 123 aus Silber oder einem anderen biokompatibeln Material mit hoher Temperaturleitzahl gefertigt. Ein Bereich des distalen Teils 124 der Blätter 123 weist genügend Silber auf, um ein Wärmereservoir 125 zu bilden.
Bei beiden Ausführungsformen ist die Spitze 116 oder der distale Teil 124 aus einem Material gefertigt, das sowohl eine hohe elektrische Leitfähigkeit als auch eine hohe Temperaturleitzahl aufweist und das biologisch kompatibel (biokompatibel) ist, wenn sie/er zum Anlegen einer Hochfrequenz-Energie an das Gewebe und/oder schmelzbare Materialien verwendet wird. Vorzugsweise ist dieser Teil der Elektrode aus einem im Wesentlichen reinen Material mit den gewünschten elektrischen und thermischen Charakteristiken gefertigt. Geeignete Metalle umfassen Silber und Gold oder Legierungen aus Silber und Gold. Besonders bevorzugt sind Elektrodenkerne aus im Wesentlichen reinen Silber, vorzugsweise mit einer Reinheit von mindestens 90 Gewichtsprozent, bei einer stärker bevorzugten Variante von mindestens 99 Gewichtsprozent und bei der am stärksten bevorzugten Variante von 99,9 Gewichtsprozent. Die restliche Elektrode ist aus einem anderen biokompatiblen Material gefertigt.
Alternativ ist es möglich, eine Vielzahl von zusammengesetzten, laminierten und beschichteten Strukturen als Elektrode zu verwenden. Beispielsweise ist es möglich, einen Aluminium-Mittelkern zu verwenden, der mit einer Beschichtung aus Silber, Gold oder Wolfram, vorzugsweise Silber, versehen ist. Die Beschichtung des Außenmetalls sollte relativ dick sein, typischerweise eine ringförmige Dicke von mindestens ungefähr 0,25 mm (0,01 Inch) aufweisen und vorzugsweise im Bereich von 1,27 mm (0,05 Inch) oder mehr liegen. Die Dicke der Beschichtung ist wichtig, da es höchst wünschenswert ist, dass die Beschichtung eine ausreichende Dicke und ein ausreichendes Volumen aufweist, damit Wärme in den Mittelbereich der Beschichtung geleitet werden kann. Dies bietet mindestens zwei Vorteile. Erstens ist es wünschenswert, die Wärmemenge an der Außenfläche der Elektrode zu reduzieren. Zweitens ist es bei einem im Wesentlichen dreidimensionalen Volumen der Beschichtung leichter, die Wärme von der Spitze der Elektrode wegzuleiten als bei einer dünnen Beschichtung, die ein Volumen mit einem kleineren Querschnitt aufweist. Die Dicke der Beschichtung ist besonders wichtig, wenn der Elektrodenkern aus einem Material mit einer wesentlichen niedrigere Temperaturleitzahl als dem der Beschichtung gefertigt ist, wie z.B. aus Edelstahl.
Der Mittelkern sollte aus einem Material mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als der von Edelstahl gefertigt sein, z.B. aus Aluminiumoder Kupfer. Noch weniger bevorzugt ist die Variante, bei der kohlenstoffbeschichtete Elektroden aus Edelstahl, wie z.B. die im US-Patent Nr. 4,074,718 beschriebenen, zum Durchführen der erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden. Solche kohlenstoffbeschichteten Elektroden weisen jedoch nicht die optimalen Leistungscharakteristiken der bevorzugten Elektroden aus reinem Metall, z.B. reinem Silber, auf.
Es hat sich herausgestellt, dass es beim Beschichten eines Elektrodenkerns aus Edelstahl mit Silber viel leichter ist, den Edelstahl zu beschichten, wenn zuerst ein Säureätzen durchgeführt wird, worauf eine Basisschicht aus Gold folgt. Die Silberbeschichtung oder -schicht kann dann mit etwas größerer Dicke auf die Basisschicht aus Gold aufgebracht werden als in dem Endprodukt vorhanden sein wird. Die Dicke der Silberschicht wird dann bei der Endbearbeitung etwas reduziert. Andere geeignete Beschichtungsverfahren können ebenfalls angewendet werden.
Ein Problem bei solchen hohen Reinheitsgraden von Silber ist die Verformbarkeit von reinem (oder nahezu reinem) Silber. Aufgrund dessen wird bevorzugt, das Silber einem Kaltverfestigen durch eine mindestens 10 %ige Bereichsreduzierung auf herkömmliche Weise zu unterziehen. Wenn das Silber auf diese Weise verfestigt worden ist, kann es zu einem verwendbaren Instrument, wie z.B. einer erfindungsgemäßen Elektrode, geformt werden. Bei einer stärker bevorzugten Variante wird Silber durch eine 50 %ige Bereichsreduzierung verfestigt. Es hat sich herausgestellt, dass das Verfestigen die Wärmeleitfähigkeit des Materials nicht wesentlich beeinträchtigt, während es jedoch widerstandsfähiger gegen Beschädigung wird.
Die Fähigkeit zum Leiten von Wärme von der Elektrodenspitze weg ist ein wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnungen. Die Verwendung von Silber oder Gold (oder anderer wärmeleitfähiger Materialien) als Kernmaterial (für massive Elektroden) sowie die Form der Elektroden sind in erster Linien für die verbesserte Wärmeübertragung verantwortlich. Die Wärmeübertragung wird durch den größeren Querschnittsbereich des Kernelements weiter verbessert. Dieser vergrößerte Querschnittsbereich hilft bei der Begünstigung des Wärmestroms von der Elektrodenspitze weg, da der Wärmestrom proportional zu der Wärmeleitfähigkeit des Metalls, dem Querschnittsbereich der betreffenden Region und dem Temperaturunterschied über die betreffende Region ist. Der Wärmestrom ist umgekehrt proportional zu der Länge der betreffenden Region. Es sei angemerkt, dass sich die vorliegende Erfindung direkt mit den Wärmeleitfähigkeits- und Querschnittsbereichs-Variablen der Wärmestrom-Gleichung befasst.
Ein Faktor beim Festlegen der Gesamtbreite der Elektrodenspitze ist das Erfordernis, den Blick des Chirurgen auf das Operationsfeld freizuhalten, während dieser einen elektrochirurgischen Vorgang mit der Elektrode durchführt. Aus diesem Grund ist die Elektrodenspitze auf eine angemessene Breite beschränkt und mit einem nicht allzu weit entfernt angeordneten Wärme-Sreservoir verbunden. Auf diese Weise bleibt die Sicht auf das Operationsfeld erhalten.
Es sei angemerkt, dass die erfindungsgemäßen Silber- oder Gold-Elektroden autoklaviert oder anderen Sterilisierverfahren unterzogen werden können und somit als wiederverwendbare Instrumente geeignet sind. Ferner können die oben beschriebenen speziellen Isolierhülsen sowie das Verbindungsstück ebenfalls sterilisiert werden.
Vorstehend ist zwar eine vollständige Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung gegeben worden, es können jedoch auch verschiedene Alternativen, Modifikationen und Äquivalente verwendet werden. Daher darf die vorstehende Beschreibung nicht als den Umfang der Erfindung, der in den beiliegenden Patentansprüchen definiert ist, einschränkend angesehen werden.

Claims

Elektrochirurgische Zange (110) mit: ersten und zweiten länglichen und voneinander beabstandeten Elektrodenarmen zum Leiten von für die Elektrochirurgie benötigtem Strom zwischen den Elektrodenarmen bei der Verwendung in einem elektrochirurgischen Verfahren; wobei der erste längliche Elektrodenarm einen Spitzenteil aufweist, der von einem Spitzenteil des zweiten länglichen Elektrodenarms beabstandet ist; wobei der erste Elektrodenarm einen ersten Metallkern (115, 123) aufweist, wobei der Spitzenteil des Elektrodenarms eine Schicht aus biokompatiblem Metall (116, 124) mit einer Temperaturleitzahl, die gleich oder größer als ungefähr 3,0 × 10^–5 m²/s ist, und mit einer relativ großen Schichtdicke, die derart ausgewählt ist, dass die während eines elektrochirurgischen Verfahrens erzeugte Wärme schnell über die gesamte Schichtdicke abgeleitet werden kann, aufweist; und wobei der zweite Elektrodenarm einen zweiten Metallkern (115, 123) aufweist, wobei der Spitzenteil des Elektrodenarms eine Schicht aus biokompatiblem Metall (116, 124) mit einer Temperaturleitzahl, die gleich oder größer als ungefähr 3,0 × 10^–5 m²/s ist, und mit einer relativ großen Schichtdicke, die derart ausgewählt ist, dass die während eines elektrochirurgischen Verfahrens erzeugte Wärme schnell über die gesamte Schichtdicke abgeleitet werden kann, aufweist; gekennzeichnet durch: erste und zweite Wärmereservoirs (117, 125), die jeweils als Teile der ersten und zweiten Schichten (116, 124) aus biokompatiblem Metall ausgebildet sind, wobei die Wärmereservoirs (117, 125) von einem distalen Ende des Spitzenteils beabstandet sind und einen größeren Querschnittsbereich aufweisen als dieses, wobei sich der Querschnittsbereich jeder Elektrode von dem distalen Ende der Spitze zu dem Wärmereservoir (117, 125) vergrößert, um den Wärmestrom von der Elektrodenspitze zu dem Wärmereservoir (117, 125) zwecks Reduzierung der Temperatur der Elektrodenspitze bei der Elektrochirurgie zu verstärken.
Elektrochirurgische Zange nach Anspruch 1, bei der die ersten und zweiten Schichten aus biokompatiblem Metall (116, 124) eine Schichtdicke im Bereich von ungefähr 0,25 mm (0,01 Inch) bis ungefähr 1,27 mm (0,05 Inch) aufweisen.
Elektrochirurgische Zange nach Anspruch 1 oder 2, bei der die ersten und zweiten länglichen Elektrodenarme Kerne aus Edelstahl und zwischen den Kernen (115, 123) aus Edelstahl und den Schichten aus biokompatiblem Metall (116, 123) angeordnete Basisschichten aufweisen.
Elektrochirurgische Zange nach Anspruch 3, bei der die Basisschichten aus einem Metall gebildet sind, das sich von dem Edelstahl und dem biokompatiblen Metall (116, 124) unterscheidet.
Elektrochirurgische Zange nach Anspruch 3 oder 4, bei der die Basisschichten aus Gold gebildet sind.
Elektrochirurgische Zange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das biokompatible Metall (116, 124) aus der Gruppe bestehend aus reinem Silber und reinem Gold ausgewählt ist.
Elektrochirurgische Zange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das biokompatible Metall (116, 124) einen Reinheitsgrad von mindestens ungefähr 97 % und vorzugsweise mehr als ungefähr 99,95 % aufweist.
Elektrochirurgische Zange nach Anspruch 1 oder 2, bei der jeder der ersten und zweiten Metallkerne (115, 123) aus Edelstahl gebildet ist, und die ersten und zweiten Schichten aus biokompatiblem Metall (116, 124) aus der Gruppe bestehend aus reinem Silber und reinem Gold ausgewählt sind.
Elektrochirurgische Zange nach Anspruch 8, bei der der Reinheitsgrad des biokompatiblen Metalls (116, 123) mindestens 97 % und vorzugsweise mehr als ungefähr 99,95 % beträgt.
Elektrochirurgische Zange nach Anspruch 1, bei der: jede der Spitzen einen relativ festen Metallkern (115, 123) aufweist, der mit einem aus der Gruppe bestehend aus Silber und Gold ausgewählten biokompatiblen Metall (116, 124) beschichtet ist; und jedes der Wärmereservoirs (117, 125) aus einem aus der Gruppe bestehend aus Silber und Gold ausgewählten biokompatiblen Material gebildet ist.
Elektrochirurgische Zange nach Anspruch 1 oder 2, bei der: jede der Spitzen aus einem aus der Gruppe bestehend aus reinem Silber und reinem Gold ausgewählten biokompatiblen Material mit einem Reinheitsgrad von mindestens ungefähr 97 % gebildet ist; und jedes der Wärmereservoirs (117, 125) aus einem aus der Gruppe bestehend aus Silber und reinem Gold ausgewählten biokompatiblen Material gebildet ist.
Elektrochirurgische Zange nach Anspruch 1, bei der: der erste Elektrodenarm einen ersten länglichen Kern (115, 123) aus Edelstahl mit einem Spitzenteil aufweist, der mit einer metallischen Basisschicht beschichtet ist, welcher eine Schicht aus einem aus der Gruppe bestehend aus reinem Silber und reinem Gold ausgewählten Metall folgt; und der zweite Elektrodenarm einen zweiten länglichen Kern aus Edelstahl mit einem Spitzenteil aufweist, der mit einer metallischen Basisschicht beschichtet ist, welcher eine Schicht aus einem aus der Gruppe bestehend aus reinem Silber und reinem Gold ausgewählten Metall folgt.
Elektrochirurgische Zange nach Anspruch 1, bei der die ersten und zweiten länglichen Metallarme Kerne aus Edelstahl und Basisschichten zwischen den Metallkernen (115, 123) und den Schichten aus biokompatiblem Metall (116, 124) aufweisen.
Elektrochirurgische Zange nach Anspruch 13, bei der die Basisschichten aus einem Metall gebildet sind, das sich von dem Edelstahl und dem biokompatiblen Metall unterscheidet.