DE2657702B2 - Elektrochirurgisches Gerät - Google Patents

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 Ε_Λ 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)

Patentansprüche:

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), i^r> 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