DE3044584A1

DE3044584A1 - Gleichspannungsgenerator fuer ionentherapiergeraet

Info

Publication number: DE3044584A1
Application number: DE19803044584
Authority: DE
Inventors: Franklin H. Rochester N.Y. Ellis
Original assignee: Sybron Corp
Current assignee: Sybron Transition Corp
Priority date: 1979-11-26
Filing date: 1980-11-26
Publication date: 1981-08-27
Also published as: US4292968A; GB2064178B; GB2064178A; JPS5685358A; CA1173112A

Description

Anmelderin: Sybron Corporation, Rochester, N.Y., USA

Gleichspannungsgenerator für ein Ionentherapie-

gerät

Die Erfindung betrifft einen Gleichspannungsgenerator für ein Ionentherapiegerät, insbesondere zur Zufuhr von Silberionen über an einem Patienten anzulegende Elektroden.

Bekanntlich können einem Gewebe zugeführte Silberionen ein breites Spektrum von Bakterien und anderen Mikroorganismen abtöten. Zu diesem Zwecke können dissoziierbare Silberionen verwendet werden, die örtlich dem infizierten Gewebe zugeführt werden.

Bekannte Ionentherapiegerate der eingangs genannten Art weisen eine silberhaltige Elektrode auf, die in unmittelbarer Nähe des zu behandelnden Gewebes angeordnet wird. Normalerweise ist die silberhaltige Elektrode die an einem Gleichstromgenerator angeschlossene Anode. Zum Schließen der Schaltung dient eine Rückführelektrode, die mit einem anderen Körperbereich des Patienten verbunden wird. Durch Gleichstrom werden Silberionen aus der anodalen Elektrode freigesetzt. Die Silberionen durchdringen das infizierte Gewebe in bakteriell verseuchten Bereichen bis zu einer Tiefe von etwa 1 cm. Wegen des begrenzten Durchdringungsvermögens muß der infizierte Bereich normalerweise vor der Behandlung chirurgisch präpariert werden.

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Zur Behandlung werden nur verhältnismäßig geringe Gleichstromstärken benötigt. Nach Arbeiten von R.O. Becker genügt eine Stromstärke von 300 ^A zur Behandlung von chronischer Osteomyelitis. Bei diesen.Arbeiten fand ein Gleichstromgenerator für konstante Stromstärke Verwendung. Die Ohm'sche Belastung des Gleichspannungsgenerators hängt sowohl von dem elektrischen Widerstand des behandelten Gewebes als auch von dem Widerstand der Zwischenfläche zwischen dem Gewebe und den Elektroden ab. Nach dem Ohm¹ sehen Gesetz steigt die Spannung zwischen den Elektroden bei Verwendung eines Generators für konstante Stromstärke mit dem Widerstand an. Bei einem hohen Widerstand kann die Spannung 1,1 Volt überschreiten, so daß eine Halbzellen-Elektrolyse auftreten kann, die zur Zerstörung des Gewebes führt.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Gleichspannungsgenerator für ein Ionentherapiegerät zu schaffen, das unter normalen Belastungsbedingungen einen konstanten Gleichstrom liefert, bei dem aber Auftreten derartiger Spannungen verhindert wird, die zur Verursachung einer Elektrolyse führen könnten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche,

Bei einem Gleichspannungsgenerator gemäß der Erfindung wird über die Elektroden dem Gewebe ein Gleichstrom zugeführt, um eine Ionentherapie durchzuführen. Der Generator liefert normalerweise eine konstante Stromstärke, begrenzt jedoch die Spannung zwischen den Elektroden auf 1,1 Volt oder weniger, um eine Beschädigung des Gewebes zu vermeiden. Wenn die Spannung begrenzt wird, kann Gleichstrom über die Elektroden und einen Nebenschlußwiderstand fließen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält eine der Elektroden Silber, so daß mit Hilfe des Gleichstroms Silberionen dem Gewebe zugeführt werden, um infiziertes lebendes Gewebe zu behandeln. Um Beschädigungen des Gewebes bei Spannungen von mehr als 1,1 Volt zu vermeiden, sind zwei Betriebsarten des Generators vorgesehen, so daß beim Erreichen einer Bezugsspannung von nicht mehr als 1,1 Volt die Ausgangsspannung abrupt auf eine konstante Spannung begrenzt wird. Zweckmäßiger Weise enthält der Gleichspannungsgenerator eine Anzeigeeinrichtung.

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Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine grafische Darstellung zur Erläuterung der beiden Betriebsarten eines Ionentherapiegeräts mit einem Gleichspannungsgenerator gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels eines derartigen Gleichspannungsgenerators;

Fig. 3 ein Schaltbild einer Anzeigeschaltung für die beiden Betriebsarten eines Gleichspannungsgenerators gemäß der Erfindung; und

Fig. 4 eine Anzeigeschaltung für das Ausführungsbeispiel in Fig. 2.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Gleichspannungsgenerator vorgesehen, um über zwei Elektroden Gleichstrom durch einen Patienten hindurchzuleiten. Die anodale Elektrode besteht zumindest teilweise aus Silber, so daß aus der Elektrode austretende Silberionen bakterientötend in dem angrenzenden Gewebe in einer geschlossenen Schaltung mit niedriger Stromstärke wirken.

Gemäß der Erfindung weist der Gleichspannungsgenerator zwei Betriebsarten auf, die durch die Spannung zwischen den beiden Elektroden bestimmt sind. Diese Spannung ist von Bedeutung, weil festgestellt wurde, daß bei einer Überschreitung eines Grenzwerts der Betriebsspannung von 1,1 Volt zwischen den beiden Elektroden aufgrund einer Elektrolyse Beschädigungen des Gewebes auftreten können.

Fig. 1 zeigt den Zusammenhang zwischen Stromstärke und Betriebsspannung bei den beiden Betriebsarten in Abhängigkeit von dem elektrischen Widerstand zwischen den an den Patienten angelegten Elektroden. Bei Spannungen unterhalb eines vorherbestimmten Grenzwerts, der unter 1,1 Volt liegt, arbeitet der Gleichspannungsgenerator mit einer konstanten Stromstärke, die bei einer Silberionentherapie vorzugsweise etwa 300 Mikroampere beträgt, so daß bakterientötende Silberionen eintreten können. Während der Betriebsart mit konstanter Stromstärke wird von dem Gleichspannungsgenerator eine konstante Stromstärke unabhängig von Änderungen der Last zwischen den Elektroden geliefert. Belastungsänderungen

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können auf Widerstandsänderungen an der Zwischenfläche zwischen den Elektroden und dem Gewebe verursacht werden, beispielsweise wenn eine Elektrode verschoben wird, wenn eine Elektrode überzogen oder polarisiert wird oder wenn sich die elektrochemischen Eigenschaften des Gewebes ändern.

Wenn die Spannung zwischen.den Elektroden etwa den vorherbestimmten Grenzwert überschreitet, erfolgt ein Übergang zu einer Arbeitsweise mit einer konstanten Spannung. Dadurch wird verhindert, daß die Spannung zwischen den Elektroden auf Werte ansteigen kann, bei denen eine Beschädigung des Gewebes durch Elektrolyse verursacht werden kann. Um eine ausreichende Sicherheit vorzusehen, wird eine Spannung von weniger als 1,1 Volt als Grenzwert ausgewählt. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist aus Sicherheitsgründen ehe Spannung von maximal 0,9 Volt vorgesehen.

Das Ausgangssignal des Gleichspannungsgenerators wird entsprechend der Spannung zwischen den Elektroden bestimmt. Bei einer Spannung von weniger als 0,9 Volt arbeitet der Gleichspannungsgenerator mit konstanter Stromstärke, welcher Bereich durch den Kurventeil A in Fig. 1 bestimmt ist. Bei dieser Betriebsart wird der Ausgangsstrom nicht durch Änderungen des Widerstands zwischen den Elektroden beeinflußt. Die Spannung steigt dann jedoch proportional mit dem Widerstand an. Die konstante Stromstärke wird beibehalten, bis die Spannung zwischen den Elektroden 0,9 Volt erreicht, woraufhin ein abrupter Übergang zwischen der Betriebsart mit konstanter Stromstärke und der Betriebsart mit konstanter Spannung erfolgt. Der Übergang erfolgt entsprechend dem stark gekrümmten Kurventeil B. Bei einem weiteren Anstieg des Widerstands .bleibt die Spannung im Bereich C konstant, während die Stromstärke entsprechend dem Ohm¹ sehen Gesetz abfällt. Weil die Spannung auf einen Grenzwert unterhalb 1,1 Volt begrenzt ist, kann eine Elektrolyse nicht auftreten.

Der Übergang zwischen den beiden Betriebsarten erfolgt wesentlich abrupter als es bei einem Dioden-Spannungsbegrenzer der Fall wäre, der keinen scharfen Übergang ermöglicht, weil diese Einrichtung nach einem quadratischen Gesetz arbeitet.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält der Gleichspannungsgenerator 10 einen Generator 12 für

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konstante Stromstärke und eine Spannungsbegrenzerschaltung 14. Als Generator 12 für die konstante Stromstärke kann eine an sich bekannte Schaltung mit einem Feldeffekttransistor 16 Verwendung finden, dessen Gateelektrode durch die Spannung über einen Widerstand 18 vorgespannt ist. Die Generatorstromstärke wird durch den Wert des Widerstands 18 bestimmt und ist unabhängig von normalen Belastungsänderungen. Der Widerstand 18 kann aus einer Anzahl von auswählbaren Widerständen oder einem veränderlichen Widerstand bestehen, so daß unterschiedliche Stromstärken erzielt werden können. Vorzugsweise beträgt die Stromstärke etwa 300 Mikroampere. Während der Betriebsart mit konstanter Stromstärke fließt der gesamte Strom von dem Gleichspannungsgenerator über die Last und Elektroden 20, 22 und einen Widerstand 24.

Die Spannungsbegrenzerschaltung 14 ist als Nebenschlußschaltung zu den Elektroden 20, 22 vorgesehen, um die Ausgangsspannung zwischen den Elektroden auf einen Grenzwert unterhalb 1,1 Volt zu begrenzen. Die Spannungsbegrenzerschaltung 14 wirkt als veränderlicher Widerstandsweg parallel zu den Elektroden 20,22. Wenn die Spannung zwischen den Elektroden weniger als 0,9 Volt beträgt, weist die Spannungsbegrenzerschaltung 14 einen hohen Widerstand auf, so daß der gesamte von dem Generator abgegebene Strom durch die Elektroden 20,22 fließt. Wenn die Spannung zwischen den Elektroden 0,9 Volt erreicht, fällt der Widerstand der Spannungsbegrenzerschaltung 14 ab, so daß eine Verteilung des Stroms von dem Generator zwischen dem Elektrodenweg und dem Weg durch die Begrenzerschaltung erfolgt. Der Widerstand der Begrenzerschaltung sinkt entsprechend ab, um die Spannung zwischen den Elektroden auf 0,9 Volt zu begrenzen.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel enthält eine an sich bekannte, im Handel erhältliche integrierte Schaltung 26 die Spannungsbegrenzerschaltung. Vorzugsweise findet eine bipolare monolithische Schaltung mit einem sehr geringen Leistungsverbrauch Verwendung, die eine interne Bezugsspannung von 1,15 Volt aufweist, einen Vergleicher und zwei Puffer-Treiber. Fünf Steckanschlüsse dienen zum Anschluß an die integrierte Schaltung. Es ist ein Anschluß 28 für den positiven Pol einer Batterie 38, ein Hysteresis-Anschluß 30, ein Schwellwert-Anschluß 32, ein Ausgangs-Anschluß 34 und ein Anschluß 36 für den negativen Pol der Batterie

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38 über eine Leitung 40 vorgesehen.

Der Ausgang des Generators 12, des Schwellwert-Anschlusses 32 und des Anschlusses 34 sind elektrisch miteinander und mit der positiven Elektrode 20 verbunden. Zum Zwecke der Silberionentherapie enthält die Elektrode 20 Silber. Ein mit der Rückleitung 40 zu der Batterie verbundener Kondensator 42 verhindert Schwingungen. Der Hysteresis-Anschluß 30 ist kapazitiv über einen Kondensator 44 mit der Leitung 40 zur Vermeidung von Geräusch verbunden. Zwei Reihenwiderstände 46,48 bilden eine Spannungsteilerschaltung, welche die negative Elektrode um 0,25 Volt über der Leitung 40 vorspannt. Wenn die Spannung zwischen den Elektroden 0,9 Volt beträgt, ist die Spannung zwischen der Elektrode 20 und der Leitung 40 etwa gleich der interen Bezugsspannung von 1,15 Volt. Weil dieser Wert durch die interene Bezugsspannung und eine festliegende Vorspannung bestimmt ist, ist in diesem Zusammenhang von einer Bezugsspannung die Rede. Diese Spannung tritt an dem Anschluß 32 auf, wodurch ein gradueller Nebenschluß zu dem Anschluß 39 von den Elektroden 20,22 bewirkt wird. Durch den Nebenschluß wird so viel Strom abgeleitet, wie zur Begrenzung der Spannung zwischen den Elektroden auf 0,9 Volt erforderlich ist.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ferner eine Anzeigeschaltung 47 mit einer Leuchtdiode vorgesehen, sowie eine Schutzdiode 49. Die Verwendung einer Zenerdiode 64 soll in Verbindung mit Fig. 4 erläutert werden.

Vorzugsweise ist eine Anzeigeeinrichtung zur Anzeige der Betriebsart des Gleichspannungsgenerators vorgesehen. Fig. 3 zeigt eine binäre Anzeigeeinrichtung 50 mit zwei Leuchtdioden 52, 54, welchen den beiden Betriebsarten zugeordnet sind. Die Spannung an dem Hysteresis-Anschluß 30 beträgt während der Betriebsart mit konstanter Stromstärke weniger als 0,1 Volt, und beträgt während der Betriebsart mit konstanter Spannung 0,4 Volt. Diese Spannungen werden zwei Vergleichern 56, 58 zugeführt, welcher sie mit einer Bezugsspannung von etwa 0,1 Volt vergleicht, die durch Widerstände geliefert wird. An den Ausgang der Vergleicher 56,58 ist die Leuchtdiode 52 bzw. 54 angeschlossen. Die Ausgangssignale sind entgegengesetzt und ändern sich entsprechend der Betriebsart.

Fig. 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer Anzeigeeinrich-

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tung. Ein digitales Voltmeter 60 zeigt den Behandlungsstrom zwischen den Elektroden 20, 22 an, der über den in Reihe geschalteten Widerstand 24 nachgewiesen wird. Die Spannung über dem Widerstand 2 4 entspricht der Stromstärke und wird einem A/D-Wandler 62 zugeführt. Eine Zenerdiode 64 kann erforderlich sein, um den Eingang auf einen Wert vorzuspannen, der für den A/D-Wandler 62 geeignet ist. Der Ausgang des Wandlers 62 dient zum Antrieb einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung 66, die kontinuierlich den Behandlungsstrom anzeigt. Durch einen Stromabfall wird beispielsweise angezeigt, daß die Verbindung eines Kabels zu der Elektrode unterbrochen ist, oder daß eine Elektrode fehlt.

Für die beschriebene Schaltung kann eine Batterie von 9 Volt als Spannungsquelle vorgesehen sein. Vorzugsweise findet eine Anzeigeeinrichtung 68 für die Spannung der Batterie Verwendung. Eine integrierte Schaltung 70 (ICL8212) gibt normalerweise den A/D-Wandler 62 frei. Wenn die Batteriespannung auf etwa 7,5 Volt abfällt, wird der A/D-Wandfer 62 über die Schaltung 70 abgeschaltet. Die Anzeigeeinrichtung 66 wird überblendet bis die Batterie 8,10 Volt überschreitet. Die Anzeigeeinrichtung 66 wird ausgeschaltet bis die Batteriespannung 8,0 Volt überschreitet.

Im folgenden sollen einige in der Schaltung verwendeten Komponenten bezeichnet werden.

Halbleiter

FET 16	56	2N5461
IC 26	58	Intersel ICL8212CPA
Diode 49	62	IN 914
Vergleicher	64	1/2 LM 339
Vergleicher		1/2 LM 339
A/D-Wandler	Intesil ICL 7106
Zenerdiode	IN5231B 5,1 Volt
IC 70	Intersil ICL8212CPA
	Widerstände

18 5,6 bis 6,6 k

24 100

46 3,9 bis 4,9 K

48 150

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- Sr- AO

Kondensatoren

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

Π.)Gleichspannungsgenerator für ein Ionentherapiegerät zur Zufuhr von Ionen über an einen Patienten anzulegende Elektroden , dadurch gekennzeichnet, daß ein Generator (12) zur Zufuhr eines konstanten Gleichstroms über die Elektroden (20,22) vorgesehen ist, wenn die Spannung zwischen den Elektroden weniger als eine Bezugsspannung von nicht mehr als 1,1 Volt beträgt, und daß eine Spannungsbegrenzerschaltung (14) zum abrupten Begrenzen der maximalen Spannung zwischen den Elektroden auf die Bezugsspanhung vorgesehen
ist, um Beschädigungen des Gewebes durch zu hohe Spannungen zu vermeiden.
2. Gleichspannungsgenerator für ein Ionentherapiegerät nach
Anspruch 1, dadurch gek ennz eich net, daß der Generator (12) in Reihenschaltung mit den Elektroden (20,22) vorgesehen ist, daß die Spannungsbegrenzerschaltung (14) in einer Nebenschlußschaltung zu den Elektroden vorgesehen ist, und daß der Generator eine konstante Stromstärke liefert, die zwischen den Elektroden und der Spannungsbegrenzerschaltung verteilt wird, wenn die Spannung zwischen den Elektroden die Bezugsspannung erreicht.
3. Gleichspannungsgenerator für ein Ionentherapiegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß eine Einrichtung

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vorgesehen ist, welches dem Elektrodenzustand bei konstanter Stromstärke oder konstanter Spannung entspricht.

Gleichspannungsgenerator für ein Ionentheraphiegerät nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß eine Stromstärke-Anzeigeeinrichtung vorgesehen ist, welche auf die Stromstärke durch die Elektroden anspricht.

Gleichspannungsgenerator für ein Ionentherapiegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zur Zufuhr von Silberionen, dadurch gekennz eichnet, daß eine Silber enthaltende Elektrode vorgesehen ist, die angrenzend an das zu behandelnde Gewebe anzulegen ist, daß eine Rückführelektrode vorgesehen ist, die in elektrischer Verbindung mit dem zu behandelnden Gewebe anzulegen ist, daß ein Generator zur Erzeugung eines konstanten Gleichstroms zwischen den Elektroden vorgesehen ist, so lange die Spannung zwischen den Elektroden weniger als eine Bezugsspannung von nicht mehr als 1,1 Volt beträgt, und daß eine Spannungsbegrenzerschaltung zum abrupten Begrenzen der maximalen Spannung zwischen den Elektroden auf die Bezugsspannung vorgesehen ist, um eine Beschädigung des Gewebes durch eine zu hohe Spannung zu vermeiden.

Gleichspannungsgenerator für ein Ionentherapiegerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator in Reihenschaltung mit den Elektroden angeschlossen ist, daß die Spannungsbegrenzerschaltung in einer Nebenschlußschaltung zu den Elektroden vorgesehen ist, und daß die von dem Generator gelieferte konstante Stromstärke zwischen den Elektroden und der Begrenzerschaltung verteilt wird, wenn die Spannung zwischen den Elektroden die Bezugsspannung erreicht.

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