DE2657702A1 - Elektrische schneidvorrichtung fuer erkranktes gewebe - Google Patents

Elektrische schneidvorrichtung fuer erkranktes gewebe

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DE2657702A1
DE2657702A1 DE19762657702 DE2657702A DE2657702A1 DE 2657702 A1 DE2657702 A1 DE 2657702A1 DE 19762657702 DE19762657702 DE 19762657702 DE 2657702 A DE2657702 A DE 2657702A DE 2657702 A1 DE2657702 A1 DE 2657702A1
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    • A61B18/12Surgical 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
    • A61B18/14Probes or electrodes therefor
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    • A61B18/1206Generators therefor
    • A61B18/1233Generators therefor with circuits for assuring patient safety

Description

PATENTANWÄLTE
j PROF. DR. DR. J. REITSTÖTTER
DR.-ING. WOLFRAM BUNTE DR. WERNER KINZEBACH
D-eOOO MÜNCHEN 4O, BAUERSTRASSE 22 - FERNRUF (OBS) 37 65 63 · TELEX B21S2OB ISAR D
POSTANSCHRIFT: D-BOOO MÜNCHEN A3. POSTFACH 7βΟ
Ή.
München, 20. Dezember 1976 M/17316, M/17317
OLYMPUS OPTICAL CO. LTD.
43-2, 2-clromej Hatagaya,
Shibuya-ku
Tokio / Japan
Elektrische Schneidvorrichtung für erkranktes Gewebe
Die Erfindung betrifft eine elektrische Schneidvorrichtung, mit der unter Verwendung von hochfrequentem Strom erkrank- : tes Gewebe zugleich geschnitten und ausgebrannt werden kann. Eine derartige Schneidvorrichtung besfeht aus einer Schneidelektrode, die als Messer fungiert, und einer Patientenelektrode, die am Patienten angebracht werden muß.
Um erkranktes Gewebe zu entfernern oder aufzuschneiden, wird : die Patientenelektrode am Patienten befestigt und die Schneidelektrode wird der Patientenelektrode gegenüber angeordnet, so daß das erkrankte Gewebe zwischen ihnen liegt. Danach wird das Gerät eingeschaltet, und es fließt ein hochfrequenter Strom zwischen den Elektroden.
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Während der Entfernung oder des Schneidens des erkrankten Gewebes sollte ein guter elektrischer Kontakt zwischen dem Patienten und der Patientenelektrode bestehen. Wenn aber das Verhältnis zwischen dem verwendeten hochfrequenten Strom und der Kontaktfläche zwischen der Patientenelektrode und der Haut des Patienten kleiner als ein vorbestimmter Wert wird oder wenn ein Draht, der die Patientenelektrode mit der Stromquelle verbindet, unterbrochen wird, wird die Haut des Patienten oft verbrannt. Derartige Hautverbrennun- , gen treten auf, wenn die Stromdichte an der Kontaktfläche
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größer als ungefähr 100 mA/cm ist.
Um solche Hautverbrennungen zu vermeiden, werden Patientenelektroden verwendet, die eine Kontaktfläche von ungefähr 15 cm χ 15 cm haben. Zusätzlich wird eine mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit, wie z.B. Wasser, getränkte Gaze zwischen die Patientenelektrode und der Haut des Patienten gelegt. Wenn aber die Operation eine längere Zeit andauert, erwärmt sich die Flüssigkeit durch die Temperatur des Patienten und kann daher verdunsten. Wenn dies geschieht, kann der elektrische Kontakt zwischen dem Patienten und der Patientenelektrode auf einen kritischen Wert herabsinken.
Wenn weiterhin Monitorelektroden eines Elektrokardiographen an der Brust des Patienten angebracht sind oder wenn der Patient metallische Teile des Operationstisches berührt, fließt der hochfrequente Strom von der Schneidelektrode oft nicht zur Patientenelektrode, sondern zu den Elektroden des Elektrokardiographen oder zu dem metallischen Teil des Operationstisches. Wenn die Kontaktfläche zwischen der Haut und den Monitorelektroden oder dem metallischen Teil so
klein ist, daß die Stromdichte die oben erwähnten 100 mA/cm übersteigt, tritt oft eine Hautverbrennung auf.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Schneidvorrichtung zu erstellen, bei der Unfälle, wie z.B. Hautverbrennungen durch hochfrequente elektrische Ströme oder durch die Unterbrechung eines Drahtes, nicht auftreten können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Schneidvorrichtung der oben erwähnten Art gelöst durch einen ersten Stromdetektor zur Messung des Stromes zwischen der ersten Ausgangsklemme der hochfrequenten Stromquelle und der Schneidelektrode, durch einen zweiten Stromdetektor zur Messung des Stromes zwischen der zweiten Ausgangsklemme der hochfrequenten Stromquelle und der Patientenelektrode, durch eine Divisionsschal tung zur Ermittlung des Verhältnisses zwischen den Ausgangssignalen der beiden Stromdetektoren und durch eine Regelvorrichtung zur Regelung des hochfrequenten Stromes, der durch die Schneidelektrode fließt, in Abhängigkeit von dem durch die Divisionsschaltung ermittelten Verhältnis der Ausgangssignale der Stromdetektoren.
Vorteile der Erfindung, weitere Ausgestaltungen sowie deren Vorteile sind der nachfolgenden Beschreibung von in der Zeichnung dargestellten Ausführunqsbeispielen zu entnehmen.
Es zeigen:
Figur 1 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung j
Figuren 2 und 3 verschiedene Anordnungen zur Messung
des durch die Schneidelektrode fließenden Stroms
Wie aus Figur 1 ersichtlich, gelangt das Ausgangssignal eines Oszillators 1, der ein Hochfrequenzsignal von beispielsweise
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600 kHz erzeugt, über einen Eingangswiderstand 2 auf einen Spannungsverstärker 3, der so das Ausgangssignal des Hochfrequenzoszillators 1 verstärkt. Eine RUckkopplungsschleife, die einen Widerstand 4 enthält, liegt zwischen der Ausgangsklemme und der Eingangsklemme des SpannungsVerstärkers 3. Parallel zum Widerstand 4 liegt eine Serienschaltung aus einem Widerstand 5 und einem normalerweise geöffneten Scha-lter 6 eines Relais.
Das Ausgangssignal des Spannungsverstärkers 3 gelangt auf eines Leistungsverstärker 7 und wird dort verstärkt. Danach gelangt es auf die Primärwindung eines Transformators 8. In der Sekundärwi ndung des Transformators 8 wird ein hochfrequenter Strom von 600 kHz induziert. Das eine Ende der Sekundärwindung des Transformators 8 ist über einen Draht 9 mit einer Schneidelektrode 10 verbunden, während das andere Ende der Sekundärwindung über einen anderen Draht 11 mit einer Patientenelektrode 12 verbunden ist. Die Patientenelektrode 12 wird von einer Metallplatte gebildet, die beispielsweise 15 cm χ 15 cm groß ist und an dem Patienten 13 anzubringen ist.
Die Drähte 9 und 11 laufen durch ringförmige Kerne 14 bzw. Auf die Kerne 14 und 15 sind Spulen 16~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 18. Auf gleiche Weise wird ein Transformator 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 Widerstands 20 ist mit dem Divisor-Eingang einer Divisionsschaltung 22 und ein Anschluß des Widerstands 21 mit dem Dividend-Eingang der
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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 E» an dem Anschluß des Widerstands 20. Ihr Ausgangssignal, das also den Wert Ep/EA hat, gelangt auf ein Spannungsmeßgerät 23 und auf einen Anschluß eines Potentiometers 24. Der zweite Anschluß des Potentiometers 24 ist geerdet und der Schleifer mit der Eingangsklemme eines analogen Inverters 25 verbunden. Das Ausgangssignal des analogen Inverters 25 gelangt auf eine Schwellwertschaltung, die hier 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 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 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 Spannungsquelle liegt. Die Relaisspule 32 und der normalerweise geöffnete Relaisschalter 6 sind Bestandteile eines Relais. Wenn die Relaisspule 32 erregt wird, wird der Relaisschalter 6 geschlossen. Die Transistoren 27 und 31 bilden eine Dar!ington-Schaltung.
Die elektrische Schaltvorrichtung, die in Figur 1 dargestellt ist, arbeitet auf folgende Weise:
Wenn ein guter elektrischer Kontakt zwischen der Patienten-
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elektrode 12 und dem Patienten 13 besteht, fließt ein Schneidstrom von etwa 0,4 A und einer Frequenz von beispielsweise 600 kHz von der Schneidelektrode 10 durch den Patienten 13 zu der Patientenelektrode 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 fleißt. Daher werden praktisch die gleichen Spannungen in den Spulen 16 und 17 der Transformatoren 18 und 19 induziert. Somit liegt etwa die gleiche Spannung an den entsprechenden Anschlüssen der Widerstände 20 und 21» d.h. di"e Spannung Eft ist praktisch gleich der Spannung Ep. Diese Spannungen gelangen auf die beiden Eingänge der Divisionsschaltung 22, die an ihrem Ausgang eine Spannung erzeugt, die dem Verhältnis Ep/E« gleich K gleich 1 entspricht. Diese Spannung wird von dem Spannungsmeßgerät 23 angezeigt. Gleichzeitig wird sie durch das Potentiometer 24 geteilt, am Inverter 25 invertiert und schließlich dem Schmitt Trigger 26 zuführt.
Der Schmitt Trigger 26 ist so ausgelegt, daß er ein Ausgangssignal erzeugt, wenn das Ausgangssignal des Inverters 25 größer ist als ein vorbestimmter Wert. Das bedeutet, daß der Schmitt Trigger 26 getrigns**t wird, wenn das Ausganggsignal der Divisionsschaltung c? bzw. das Ausgangssignal des Potentiometers 24 niedMaer als ein vorbesti nrnter Wert ist. Dieser vorbestimmte Wert entspricht einem spezifischen Wert von Ep/E., aer von dem Leckstrom abhängt. Insbesondere hängt er von einem Grenzwert des Leckstroms ab, oberhalb dessen jeder Leckstrom Hautverbrennungen verursachen kann. Der Schmitt Trigger 26 erzeugt also kein Ausgangssignal, wenn nicht ein Leckstrom fließt, der größer als der Grenzwert ist. Im Normalfall sind die Schalttransistoren 27 und 31 nicht leitend, die Relaisspule 32 wird nicht erregt und der Relaisschalter 6 bleibt geöffnet. In diesem Schaltzustand bildet der Widerstand 4 allein den Rück-
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kopplungsweg des Spannungsverstärkers 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 Patientenelektrode 12 und dem Patienten 13 getränkt ist, verdunstet und dadurch den elektrischen Kontakt zwischen der Elektrode 12 und dem Patienten 13 vermindert, kann beispielsweise ein Leckstrom durch die Monitorelektroden einen Elektrokardiographen (nicht dargestellt) oder den metallischen Teil eines Operationstisches (ni cht· dargestel 11) 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 Ep an der Sekundärwindung des Transformators 19 und bewirkt, daß das Stromver-häl tnis K (=Ep/E.) kleiner als 1 wird. Das hat zur Folge, daß die Ausgangs-, spannung 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 31 durch. Daraufhin fliegt Strom durch die Relaisspule 32 und der normalerweise geöffnete Relaisschalter 6 wird geschlossen. Danach ist der Widerstand 5 zum Widerstand 4 paralIeI geschaltet, wodurch der Verstärkungsfaktor des Spannungsverstärkers 3 geringer wird und dadurch der Strom, der über den Draht 9 zur Schneidelektrode 10 fließt, reduziert wird. Dadurch wird der absolute Betrag des Leckstromes verkleinert, so daß ein Unfall, wie Hautverbrennungen, verhindert wird.
Da die Divisionsschaltung 22 das Spannungsverhältnis K mißt (d.h. das Verhältnis des Stromes Ep, der durch den Draht 11
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fließt, zu dem Strom E^, 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 E^ und Ep sind. Wenn die Ströme E« 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 Schalttransistoren 27 und 31 zu verhindern. Zu diesem Zweck ist eine Regelschaltung vorgesehen.
Die Regelschaltung wird aus der D->ode 28 und dem Schmitt Trigger 29 gebi1det.Wenn die Ausgangsspannung E. des Transformators 18 größer oder gleich dem normalen Niveau ist, wird der Schmitt Trigger 29 geschadet. In diesem Fall liegt am Ausgang des Schmitt Triggers 29 und damit an der Kathode der Diode 28 das Ausgangssignal "high". Dadurch ist die Diode 28 in Sperrichtung vorgespannt und daher gesperrt. Daraus folgt, daß die Schalttransistoren 27 und 31 ausschließlich in Abhängigkeit von de"i Schmitt Trigger 26 gesteuert werden.
Wenn die Ausgangsspannung Ea des Transformators 18 niedriger als das normale Niveau ist, wird der Schmitt Trigger 29 nicht getriggert. Die Spannung an 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 dem Ausgangssignal des Schmitt Triggers auf dem niedrigen Potential. Das hat zur Folge, daß die Relaisspule 32 unabhängig von dem Spannungsverhältnis K (=Ep/E.) keine Stromregelung bewirkt, so lange der Schneidstrom geringer als gewöhnlich ist ur.d daher keine Gefahr eines Unfalls, wie z.B. eine Hautverbrennung, besteht. In diesem Fall tritt auch dann keine Regelung ein, wenn der
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Schneidstrom nicht voll zur Patientenelektrode 12 fließt, d.h. wenn Leckströme auftreten.
In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Verstärkungsfaktor des SpannungsVerstärkers 3 verringert, um den Schneidstrom zu reduzieren, wenn die Relaisspule 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 Relaisspule 32 erregt wird.
In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Strom E,, der durch die Schneidelektrode 10 fließt, und der Strom Ep, der durch die Pati entent"1 ektrode 12 fließt, durch die Transformatoren 18 bzw. 19 gemessen. Stattdessen kann der Strom E», der durch den Draht 9 fließt, durch ein Thermoamperemeter 40 gemessen werden j wie es in Figur 2 dargestellt ist. Eine weitere Möglichkeit, den Strom E^ zu messen, besteht darin, einen Photokoppler 51, der aus einer Leuchtdiode 52 und einer Photodioce 53 besteht (Figur 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 abnar-gt, der durch die Leitung fließt. Die Photodiode 53 empfängt oas Licht und wandelt es in Strom um. Auf diese Weist kann der Schnei dstron, in Form einer an den beiden Enden eines Widerstandes 54 auftretenden Spannung gemessen werden, wobei der Widerstand parallel zu der Photodiode 53 angeordnet ist.
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Claims (9)

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    Patentansprüche
    Elektrische Schneidvorrichtung mit einer Hochfrequenz-Stromquelle, die zwei Ausgangsklemmen aufweist, einer mit der ersten Ausgangsklemme verbundenen Schneidelektrode, und einer mit der zweiten Ausgangsklemme verbundenen Patientenelektrode, die elektrisch an dem Patienten anzubringen ist, gekennzeichnet durch einen ersten St.romdetektor (18) zur Messung des Stromes zwischen der ersten Ausgangsklemme und der Schneidelektrode (10), einen zweiten Stromdetektor (19) zur Messung des Stromes zwischen der zweiten Ausgangsklemme und der Patientenelektrode (12^ eine Divisionsschaltung (22) zur Ermittlung des Verhältnisses zwischen den Ausgangssignalen der beiden Stromdetektoren (18, 19) und durch eine Regelvorrichtung zur Regelung des hochfrequenten Stromes, der durch die Schneidelektrode (10) fließt, in Abhängigkeit von dem durch die Divisionsschaltung (22) ermittelten Verhältnis der Ausgangssignale der Stromdetektoren (18, 19).
  2. 2. Elektrische Schneidvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenz-Stromquelle nacheinandergeschaltet einen Hochfrequenz-Oszillator (1), einen Spannungsverstärker (3), einen Leistungsverstärker (7) und einen Transformator (8) aufweist, dessen Sekundärwindung mit der Schneidelektrode (10) und der Patientenelektrode (12) verbunden ist.
  3. 3. Elektrische Schneidvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
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    dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung aufgebaut ist aus einem Schmitt Trigger (26), der geschaltet wird, wenn das Ausgangssignal der Divisionsschaltung (22) unter einen vorbestimmten Wert sinkt, einer Schaltstufe (27, 31), die durch das Ausgangssignal des Schmitt Triggers (26) geschaltet wird und dabei einen gesteuerten Schalter (32, 6) schließt, der in Serie zu einem Widerstand (5) zwischen den Eingang und den Ausgang des Spannungsverstärkers (3) geschaltet ist.
  4. 4. Elektrische Schneidvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gesteuerte Schalter (32, 6) aus einem Relais besteht, dessen Relaisspule nach dem Schaltvorgang in der Schaltstufe (27, 31) erregt wird und den Relaisschalter (6) schließt.
  5. 5. Elektrische Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Stromdetektor (18) aus einem ersten ringförmigen Kern (14) besteht, durch den eine erste Verbindungsleitung (9) zwischen der ersten Ausgangski e-nme der Hochspannungs-Stromquelle und der Schnei deleKtrode (10) hindurchläuft und um den eine erste Spule (16) gewickelt ist, deren erster Anschluß mit einem Eingang, der Divisionsschaltung (22) und deren zweiter Anschluß mit Schaltunsnull verbunden ist, und daß der zweite Stromdetektor (19) aus einem zweiten ringförmigen Kern (15) besteht, durch den eine zweite Verbindungsleitung (11) zwischen der zweiten Ausgangsklemme der Hochspannungs-Stromquelle und der Patientenelektrode (12) hindurchläuft und um dem eine zweite Spule (17) gewickelt ist, deren erster Anschluß mit dem anderen Eingang der Divisionsschaltung (22)
    und deren zweiter Anschluß mit Schaltungsnull verbunden ist.
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  6. 6. Elektrische Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Stromdetektor aus einem Thermoamperemeter (40) besteht.
  7. 7. Elektrische Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Stromdetektor aus einem Photokoppler (51) besteht.
  8. 8- Elektrische Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Regelvorrichtung (28, 29), die* zwischen dem Ausgang des ersten Stromdetektors (18, 40, 51) und der genannten Regelvorrichtung angeordnet ist und die Regelvorrichtung unwirksam schaltet, wenn der hochfrequente Strom, der durch die Schneidelektrode (10) fließt, einen vorbestimmten Wert unterschreitet.
  9. 9. Elektrische Schneidvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Regelvorrichtung aus einem zweiten Schmitt Trigger (29), dem das Ausgangssignal des ersten Stromdetektors (18, 40, 51) zugeführt wird, und einer mit ihm in Reihe geschalteten Diode (28) besteht, die mit dem Ausgang des ersten Schmitt Triggers (26) verbunden ist.
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DE2657702A 1975-12-20 1976-12-20 Elektrochirurgisches Gerät Ceased DE2657702B2 (de)

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