Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb
eines HF-Chirurgiegerätes, bei dem ein HF-Arbeitsstrom
nach Betätigung eines Schalters von einer aktiven Elek
trode über einen zu behandelnden Körper zu einer neutra
len Elektrode gesandt wird. Die Erfindung bezieht sich
weiterhin auf eine Einrichtung zur Durchführung des Ver
fahrens.
HF-Chirurgiegeräte werden insbesondere für die Blutstil
lung in der Chirurgie eingesetzt. Sickerblutungen werden
durch kurzzeitiges Aufdrücken einer Kugel- oder Platten
elektrode einfach, schnell und sicher zum Stehen ge
bracht. Kleinere Gefäße faßt man zunächst mit einer Klem
me und berührt diese dann mit einer aktiven Elektrode;
das Gefäß wird durch Koagulation geschlossen und zugleich
mit der Umgebung verschweißt. Die Klemme kann danach so
fort wieder entfernt werden. Eine Ligatur ist bei kleinen
bis mittleren Gefäßen nicht mehr erforderlich (vgl. Pub
likation "Kleine Einführung in die Elektrochirurgie",
Siemens AG, Erlangen, Bestell-Nr. ME 390/1231, Seiten 1
bis 31).
Der im folgenden betrachtete HF-Strom eines HF-Chirurgie
gerätes ist in der Regel ein abwechselnd in beiden Rich
tungen fließender Strom. Lediglich für den Zweck der Ver
anschaulichung wird im folgenden dieser HF-Strom wie ein
Gleichstrom behandelt, der vom HF-Chirurgiegerät über
einen vom Operateur betätigten Schalter zur aktiven Elek
trode, von dort durch den Körper des Patienten zur neu
tralen Elektrode und von der neutralen Elektrode schließ
lich zurück zum HF-Chirurgiegerät fließt.
Im Idealfall wird der HF-Strom zwangsläufig in voller Hö
he von der aktiven Elektrode über den Patienten und die
neutrale Elektrode zum HF-Chirurgiegerät zurückfließen.
In der Praxis kommt es jedoch gelegentlich zu sogenannten
"ungewollten Verbrennungen" am Patienten. Hierbei handelt
es sich um Fehlerströme, die an kleinflächigen Übergangs
stellen fließen und dort zu Verbrennungen führen. Diese
Verbrennungen können an Stellen eines HF-Nebenschlusses
auftreten. Mit anderen Worten, der HF-Strom fließt nicht
vollständig von der aktiven zur neutralen Elektrode, son
dern teilweise von der aktiven Elektrode gegen Masse
(Schutzleiter) und von dort zum HF-Generator zurück. Bei
spielsweise kann ein Fehler- oder Nebenstrom über den Pa
tienten und die Kapazität, die zwischen einem geerdeten
Operationstisch und einem am Patienten anliegenden Kon
taktstück besteht, zur Erd- oder Masseleitung fließen. Am
Kontaktstück ergibt sich somit eine HF-Übergangsstelle.
Dabei entstehende Verbrennungen können bis zu einem Grad
auftreten, der lebensbedrohlich für den Patienten ist.
In der Druckschrift "tkb" mit dem Titel "Sicherheitstech
nische Anforderungen", Seiten 106 bis 108 (1983), ist auf
verschiedene Gefahren bei der Anwendung eines HF-Chirur
giegerätes mit isolierter Neutralelektrode hingewiesen.
In Fig. 7.11 wird ein Fehlerstromkreis gezeigt, der von
der aktiven Elektrode über eine Flüssigkeitsansammlung in
einer textilen OP-Tisch-Abdeckung, über den OP-Tisch und
eine kapazitive Kopplung zwischen Patient und OP-Tisch
zur neutralen Elektrode führt. Die vorliegende Erfindung
bezieht sich dagegen insbesondere auf den Fall, daß ein
Nebenstrom über Masse zum HF-Generator zurückfließen
kann.
Es ist bereits bekannt, zur Erhöhung der Patientensicher
heit die neutrale Elektrode in zwei Teilelektroden zu un
terteilen. Bei einer solchen Einrichtung wird ein Meß
strom von einem Meßstromgeber zur einen Teilelektrode,
von dort über den Patienten zur anderen Teilelektrode und
von dieser schließlich zurück zum Meßstromgeber geleitet
und überwacht. Wenn dieser Stromkreis geschlossen ist,
dann ist sichergestellt, daß jede Teilelektrode praktisch
ganzflächig am Patienten anliegt, so daß der eigentliche
HF-Arbeitsstrom appliziert werden kann. Eine solche un
terteilte neutrale Elektrode ermöglicht zwar die Fest
stellung, ob diese richtig angebracht ist. Sie läßt je
doch keine Aussage darüber zu, ob eventuell Nebenströme
von der aktiven Elektrode zu einem in der Nähe des Pati
enten befindlichen Kontaktstück fließen und dadurch wäh
rend des HF-chirurgischen Einsatzes Verbrennungen herauf
beschwören können. Darüber hinaus sind unterteilte Elek
troden wesentlich teuerer als einstückige Elektroden, die
häufig als Einwegartikel ausgeführt sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs
genannten Art anzugeben, das die Patientensicherheit be
züglich der sogenannten ungewollten Verbrennungen verbes
sert. Weiterhin besteht die Aufgabe, eine Einrichtung zur
Durchführung des Verfahrens anzugeben. Verfahren und Ein
richtung sollen dabei mit normalen, d. h. einstückigen
neutralen Elektroden, auskommen, um die Kosten des Be
triebes gering zu halten.
Die Erfindung basiert auf der Überlegung, daß die zu den
genannten Verbrennungen führenden Nebenströme von dem aus
der aktiven Elektrode austretenden HF-Arbeitsstrom ab
zweigen und damit nicht mehr an der neutralen Elektrode
und an ihrem Anschluß im HF-Chirurgiegerät zur Verfügung
stehen. Ein Vergleich zwischen dem in die aktive Elektro
de gegebenen und dem aus der neutralen Elektrode zurück
geführten Strom muß daher einen Hinweis auf die Existenz
von Nebenstromzweigen geben.
Die genannte Aufgabe wird bei einem Verfahren der ein
gangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
vor dem Aussenden des HF-Arbeitsstromes ein HF-Meßstrom-
Impuls von vorgegebener Amplitude und vorgegebener Fre
quenz in die aktive Elektrode geleitet und bezüglich der
Amplitude mit dem von der neutralen Elektrode abgegrif
fenen HF-Meßstrom-Impuls verglichen wird.
Zeigt sich hierbei, daß der abgegriffene HF-Meßstrom-Im
puls wesentlich oder um einen vorgegebenen Prozentsatz
kleiner ist als der eingegebene HF-Meßstrom-Impuls, so
deutet dies auf einen HF-Nebenstromweg hin. In Abhängig
keit des Amplitudenvergleichs kann ein Freigabesignal ge
bildet werden, das entweder - sofern kein nennenswerter
Nebenstrom möglich ist - zur Freigabe des HF-Arbeitsstro
mes oder aber - sofern eine Verbrennung zu befürchten ist
- zur Freigabe eines Alarms oder der Blockade des HF-Ar
beitsstromes vorgesehen ist.
Die genannte Aufgabe wird bei einer Einrichtung zur Durch
führung des Verfahrens, die einen Oszillator zur Aussen
dung des HF-Arbeitsstromes besitzt, erfindungsgemäß da
durch gelöst, daß das HF-Chirurgiegerät einen weiteren
Oszillator enthält, der vor der Aussendung des HF-Arbeits
stromes einen HF-Meßstrom-Impuls aussendet.
Zu einem gerätetechnischen Vorteil führt es dabei, wenn
die Frequenz des HF-Meßstrom-Impulses gleich ist der
Grundfrequenz des pulsförmigen HF-Arbeitsstromes. In die
sem Fall können beide Ströme von ein und demselben HF-Os
zillator abgeleitet werden. Auch entspricht dabei das
Frequenzverhalten des Meßstromes dem des HF-Arbeitsstro
mes.
Als besonders wichtig wird es angesehen, daß die hier be
schriebene Schutzart auch bei sogenannten "floatenden"
HF-Chirurgiegeräten funtkioniert.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungs
beispielen, die in vier Figuren dargestellt sind, näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein HF-Chirurgiegerät mit einer Überwachungs
schaltung zur Anzeige der Gefahr ungewollter
Verbrennungen;
Fig. 2 eine Ableitung von HF-Arbeitsstrom und HF-
Meßstrom-Impuls aus ein und demselben HF-
Oszillator;
Fig. 3 ein erstes Zeitdiagramm, in dem ein in die
aktive Elektrode gesandter HF-Meßstrom-Impuls
und ein daran anschließender pulsförmiger HF-
Arbeitsstrom dargestellt sind, und
Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel für den zeit
lichen und amplitudenmäßigen Verlauf von HF-
Meßstrom-Impuls und pulsförmigem HF-Arbeits
strom.
Nach Fig. 1 ist ein HF-Chirurgiegerät 2 vorgesehen, das
von konventioneller Bauart ist, zusätzlich aber eine
Überwachungsschaltung enthält, die im einzelnen noch
näher erläutert wird. Das HF-Chirurgiergerät 2 ist an ei
ne Netzversorgung 4 angeschlossen, die einen Erd- oder
Masseanschluß 6 aufweist. An einem HF-Anschluß 8 ist über
eine Verbindungsleitung 9 eine chirurgischer Handgriff 10
angeschlossen, der mit einem von Hand zu betätigenden
Schalter 12 zum Einschalten eines HF-Arbeitsstroms I o
ausgerüstet ist. Der Handgriff 10 ist mit einer aktiven
Elektrode 14 leitend verbunden, die beim Koagulieren auf
das zu stillende Blutgefäß im Patientenkörper 16 aufge
drückt wird. Am Patientenkörper 16 ist in konventioneller
Weise eine neutrale Elektrode 18 kontaktgebend befestigt.
Diese neutrale Elekrode 18 ist einstückig ausgebildet und
insbesondere als Wegwerfartikel ausgeführt. Von der neu
tralen Elektrode 18 führt eine Verbindungsleitung 19 zum
anderen HF-Anschluß 20 des HF-Chirurgiegeräts 2. Dieser
HF-Anschluß 20 ist geräteintern mit dem Masseanschluß 6
verbunden.
Der HF-Arbeitsstrom I o mit der Hochfrequenz f o wird im
Koagulationsbetrieb von einem ersten HF-Oszillator 22 er
zeugt. Zu diesem Zweck ist der eine Ausgang des ersten
HF-Oszillators 22 über eine Umschaltvorrichtung 24 mit
dem ersten HF-Anschluß 8 und der andere Ausgang mit dem
zweiten HF-Anschluß 20 verbunden. Die Umschaltvorrichtung
24 wird durch ein Freigabesignal g, das auf einer (ge
strichelt gezeichneten) Steuerleitung 26 zugeführt wird,
in die (nicht gezeigte) linke Schaltstellung überführt.
Die Ausgangslage ist somit die (eingezeichnete) rechte
Schaltstellung. Die Umschaltvorrichtung 24 bleibt nach
Einwirkung des Freigabesignals g in der linken Schalt
stellung, und zwar bis ein neues Schalten durch den Hand
schalter 12 erfolgt oder erfolgen soll. Hierbei kann ein
(nicht gezeigtes) Zeitglied die Rückführung in die Aus
gangslage übernehmen.
Schematisch sind in Fig. 1 zwei Fehler- oder Nebenstrom
wege eingezeichnet, die zu "ungewollten Verbrennungen"
führen können. Der eine Nebenstromweg umfaßt ein erstes,
verhältnismäßig kleines Kontaktstück 30, das über irgend
einen Strompfad, z. B. den OP-Tisch, direkt mit Masse 6
verbunden ist. Auf diesem ersten Nebenstromweg kann ein
HF-Nebenstrom I 1 fließen. Der andere Nebenstromweg umfaßt
ein zweites, ebenfalls verhältnismäßig kleines Kontakt
stück 32, das ebenfalls am Patientenkörper 16 anliegt,
sowie eine angeschlossene Kapazität 34, die mit Masse 6
verbunden ist. Die Kapazität 34 kann z. B. durch den tex
tilen Belag zwischen Patientenkörper 16 und Masse 6 ge
bildet sein. Auf diesem zweiten Nebenstromweg kann ein
HF-Nebenstrom I 2 fließen. Im Bereich beider Kontaktstücke
30, 32 kann es zu einer "ungewollten Verbrennung" kommen,
wenn der zugehörige HF-Nebenstrom I 1 bzw. I 2 nach Ein
schalten des Arbeitsstroms I o einen unzulässigen hohen
Wert annimmt.
Durch die im folgenden beschriebene Überwachungsschaltung
wird durch einen HF-Meßstrom I z, der vorzugsweise impuls
förmig abgegeben wird, der Stromweg von der aktiven Elek
trode 14 über den Patientenkörper 16 und die neutrale
Elektrode 18 zurück zum HF-Chirurgiegerät 2 vor dem ei
gentlichen Koagulationsvorgang überprüft. Erst bei voll
ständigem oder innerhalb einer festgelegten Toleranz Δ p
(mit Δ p+p=1) erfolgten Rückfluß des Meßstroms I z,
d. h. wenn die zu erwartenden Nebenströme I₁, I₂ unschäd
lich klein sein werden, wird schaltungstechnisch der ei
gentliche HF-Arbeitsstrom I o für den chirurgischen Ein
griff freigegeben.
Nach Fig. 1 umfaßt die Überwachungsschaltung eines zwei
ten HF-Oszillator 36 zur Aussendung eines HF-Meßstrom-Im
pulses I z von vorgegebener Amplitude I za und vorgegebener
Frequenz f z. Beispiele für einen solchen HF-Meßstrom-Im
puls I z sind in den Fig. 3 und 4 gezeigt. Der eine Aus
gang des zweiten HF-Oszillators 36 ist über die Umschalt
vorrichtung 24 mit dem ersten HF-Anschluß 8 und der ande
re Ausgang mit dem zweiten HF-Anschluß 20 verbunden. Der
HF-Meßstrom-Impuls I z wird somit über die Umschaltvor
richtung 24, die z. B. als Schalttransistor ausgeführt
ist, bei Betätigung des Schalters 12 in die aktive Elek
trode 14 geleitet. Die Amplitude I za ist dabei z. B. fest
eingestellt; sie kann auch von Hand vom Benutzer ein
stellbar sein. Ihr Wert wird mittels eines ersten Strom
sensors 38 erfaßt, und der so erfaßte Meßwert wird dem
einen Eingang einer Vergleichsschaltung 40 zugeleitet.
Der von der neutralen Elektrode 18 aufgenommene HF-Meß
strom-Impuls I′ z, dessen Amplitude I′ za u. U. um auf den
beiden Nebenstromwegen fließende Anteile kleiner ist als
die Amplitude I za, wird mittels eines zweiten Stromsen
sors 42 vor dem HF-Anschluß 20 erfaßt. Der hier erfaßte
Meßwert wird dem anderen Eingang der Vergleichsschaltung
40 zugeleitet.
Die Vergleichsschaltung 40 dient dem eigentlichen Nach
weis, ob wesentliche Nebenstromwege vorhanden sind oder
nicht. Sie vergleicht die Amplituden I za, I′ za miteinan
der. In Abhängigkeit des Vergleichs wird das Freigabesi
gnal g oder h gebildet. Wenn insbesondere die Amplitude
I′ za innerhalb einer vorgegebenen Toleranz von I za liegt,
d. h. oberhalb eines vorbestimmten Grenzwerts pI za, wird
das Freigabesignal g auf die Leitung 26 gegeben. Dieses
Freigabesignal g bewirkt eine optische Anzeige mittels
einer Lampe 44 und gleichzeitig die Umschaltung der Um
schaltvorrichtung 24 in die (nicht gezeigte) linke
Schaltstellung. Dieses Umschalten bewirkt den direkten
Beginn der HF-chirurgischen Behandlung. Natürlich können
Anzeige und Behandlungsbeginn auch voneinander getrennt
sein. Gegebenenfalls kann die Anzeige ganz entfallen.
Wenn die Amplitude I′ za dagegen unterhalb des vorbestimm
ten Grenzwerts pI za liegt, also innerhalb des vorgegebe
nen Teils p der Amplitude I za, dann kann über eine Lei
tung 46 das Freigabesignal h zur Freigabe eines Alarms
und/oder der Blockade des HF-Arbeitsstroms I o abgegeben
werden. Das Freigabesignal h ist also ein Signal zur An
zeige einer Gefahr und/oder zur Verhinderung der Koagu
lation. Nach Fig. 1 kann diese Gefahr mittels einer opti
schen Anzeige oder Lampe 48 angezeigt werden. Der genann
te vorgegebene Teil p kann beispielsweise 90% betragen.
In der bevorzugten Ausführungsform wird bei Aufsetzen und
Einschalten des Handgriffs 10 mittels des Schalters 12
ein HF-Meßstrom I z mit fester Frequenz f z von ca. 100 kHz
bis 1 MHz und einer festen Amplitude I za von ca. 100 mA
freigegeben. Beim Rückfluß über den Patientenkreis wird
meßtechnisch überprüft, ob dieser Wert von ca. 100 mA
oder ein akzeptabler Teil p hiervon am zweiten HF-Gene
rator 36 ankommt. Ist dies der Fall, kann davon ausge
gangen werden, daß keine nennenswerten Nebenschlüsse vor
handen sind, und der HF-Arbeitsstrom I o, der in der Regel
vom Benutzer einstellbar ist nach Stromstärke und Modula
tionsfrequenz, wird freigegeben. Die Funktion "Arbeits
kreis in Ordnung" wird dem Benutzer durch die Lampe 44
optisch angezeigt.
Es soll betont werden, daß die Ströme I z und I′ z ohne er
höhten Meßaufwand zu vergleichen sind, wenn eine fest
eingeprägte Frequenz f z und ein fest eingeprägter Strom
I z verwendet wird. Hierfür gibt es Meßinstrumente, z. B.
Thermokreuze. Der Vergleich ist auch durch Differenz
strommessung über eine Brückenschaltung möglich, z. B.
auch durch gegeneinander geschaltete Dioden. Wenn aber
beispielsweise ein fest eingeprägter Strom I za von 100 mA
vorgegeben wird, dann reicht es aus, mit einem Instrument
den unteren Bereich (z. B. 0 bis 90 mA) in einer ersten
Farbe und den oberen Bereich (z. B. 91 bis 100 mA) in
einer zweiten Farbe anzuzeigen; Dioden sind dann nicht
erforderlich.
Es soll noch darauf hingewiesen werden, daß im vorliegen
den Fall der zweite HF-Oszillator 36 vom Benutzer mit
demselben Schalter 12 aktiviert wird, mit dem auch der
erste HF-Oszillator 22 aktiviert wird. Selbstverständlich
können am Handgriff 10 für die Einschaltung des HF-Ar
beitsstroms I o und des HF-Meßstrom-Impulses I z (nicht ge
zeigte) getrennte Schalter vorgesehen sein.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der der
erste Oszillator 22 und der zweite HF-Oszillator 36 von
einem gemeinsamen HF-Oszillator 50 der Hochfrequenz f o
gesteuert sind. Mittels einer ersten Schaltung 22 a wird
hieraus der Arbeitsstrom I o und mittels einer zweiten
Schaltung 36 a der HF-Meßstrom-Impuls I z gebildet.
In den Fig. 3 und 4 sind zwei Ausführungsbeispiele darge
stellt, aus denen das Verhältnis des HF-Meßstrom-Impulses
I z zum pulsförmigen HF-Arbeitsstrom I o hervorgeht. In
Fig. 3 ist gezeigt, daß sich an den HF-Meßstrom-Impuls I z
unmittelbar der erste Impuls des pulsförmigen HF-Arbeits
stromes I o anschließt. Dagegen besteht zwischen diesen
beiden Impulsen nach Fig. 4 eine Pause P. Letztere kann
einstellbar ausgeführt sein.
Aus den Fig. 3 und 4 geht weiter hervor, daß die Amplitu
de I za unabhängig ist von der Amplitude I oa des Arbeits
stromes. Sie ist vorzugsweise um einiges kleiner, damit
während der Messung kein Hochfrequenz-Effekt auftritt.
Aus beiden Fig. 3 und 4 wird auch deutlich, daß der
HF-Meßstrom-Impuls I z während seiner gesamten Dauer D ei
ne gleichmäßige Amplitude I za aufweist, z. B. den bereits
erwähnten Wert von 100 mA, während die Amplitude eines
HF-Arbeitsstromimpulses I o in bekannter Weise im Laufe
der Zeit t abnimmt. Nach Fig. 3 ist, entsprechend Fig. 2,
die Frequenz f z vorzugsweise gleich der Grundfrequenz f o
des HF-Arbeitsstromes I o gewählt. Mit T o ist die Pulsdau
er bezeichnet, so daß T o /T das einstellbare Puls-Pausen
verhältnis charakterisiert.
Zur Länge D des HF-Meßstrom-Impulses I z ist folgendes zu
sagen: Sie sollte so kurz wie möglich gewählt sein, um
keine unerwünschten Effekte zu verursachen. Die Länge D
wird im allgemeinen bestimmt durch den Meßwert und durch
die Meßwertverarbeitung. Da ihr optimaler Wert von eini
gen Parametern abhängig ist, ist sie bevorzugt einstell
bar, beispielsweise durch ein (nicht gezeigtes) Einstell
organ am zweiten HF-Oszillator 36.