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Selbsttätige Einschaltvorrichtung für Hochfrequenz-Chirurgiegeräte
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur selbsttätigen Einschaltung der Hochfrequenzspannung eines Hochfrequenz-Chirurgiegerätes. Bekannte derartige Vorrichtungen arbeiten grundsätzlich in der Weise, dass bei Berührung des Operationsobjektes mit der (aktiven) Operationselektrode über das Objekt ein Hilfsstromkreis geschlossen und damit das Steuerpotential einer Verstärkerröhre beeinflusst wird, die wiederum ein Relais zur Einschaltung des Hochfrequenzgenerators steuert.
Es ist bekannt, dass beim Schneidvorgang durch Funkenbildung an der Berührungsstelle zwischen der aktiven Elektrode und dem Patienten ein Gleichrichtereffekt auftritt. Bei geschlossenem Gleichstromkreis könnte die dadurch auftretende Gleichspannung zu faradischen Reizungen Anlass geben. Um einen solchen Gleichstromweg über den Ausgangskreis des Gerätes zu vermeiden, ist der Hochfrequenz-Stromkreis bei allen Chirurgiegeräten durch einen Kondensator gleichstrommässig unterbrochen. Neu ist in die- sem Zusammenhang die Erkenntnis, dass die genannte Gleichspannung bei handelsüblichen Geräten 150 Volt und mehr betragen kann, wobei der Pluspol dieser Gleichspannung an der aktiven Elektrode liegt.
Bei einer bekannten Ausführung einer Einschaltvorrichtung wird dem Gitter der das Einschaltrelais betätigenden Elektronenröhre über einen hochohmigen Widerstand negatives Sperrpotential von beispielsweise 20 Volt zugeführt und der Patientenkreis über eine Hochfrequenzdrossel parallel zur Gitter-Kathodenstrecke dieser Röhre gelegt. Wird jetzt das Gerät in Betrieb genommen, so erhält das Gitter der Verstärkerröhre von der aktiven Elektrode. über die für Gleichstrom niederohmige Hochfrequenzdrossel ein positives Potential. Dadurch wird die Gitter-Kathodenstrecke der Verstärkerröhre niederohmig, so dass im Patientenkreis ein nicht vernachlässigbarer Gleichstrom fliesst, der dem Patienten unerwünschte Reizungen (Muskelzuckungen) verursacht. Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, diesen Nachteil zu vermeiden.
Erfindungsgemäss ist die Einschaltvorrichtung für Hochfrequenz-Chirurgiegeräte, mit einem zwischen aktiver und neutraler Elektrode bestehendem und unter Vorspannung stehendem Gleichstromweg, dadurch gekennzeichnet. dass der Gleichstromweg aus der Serienschaltung einer Stromquelle, eines Hochfrequenzsperrgliedes und zweier hochohmiger Widerstände besteht, deren einer am Steuereingang eines Verstärkerelementes (z. B. Elektronenröhre) liegt. Hiedurch wird bewirkt, dass der Gesamtwiderstand des Gleich- stromweges in keinem Fall unter einen bestimmten Minimalwert sinken kann und somit der zu operierende Patient in sicherer Weise vor einer Gleichstromreizung geschützt ist.
An Hand der beigefügten Figuren sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung nachfolgend erläutert werden.
Gemäss Fig. 1 ist der Ausgang eines lediglich durch ein Schaltungssymbol angedeuteten Hochfrequenzgenerators 1 einseitig geerdet und kann mit seinem zweiten Pol über einen Schalter 2 mit der aktiven Elektrode 3 des Hochfrequenzchirurgieapparates verbunden werden. Die dem Behandlungsobjekt 4 anliegende neutrale Elektrode 5 ist ebenfalls geerdet. Ein Kondensator 6 dient zur gleichstrommässigen Unterbrechung des Behandlungsstromkreises.
Zwischen aktiver Elektrode 3 und neutraler Elektrode 5 ist über eine Hochfrequenz-Sperrdrossel 7, eine Hilfsspannungsquelle 8 und zwei hochohmige Widerstände 9, 10 ein Gleichspannungsweg geschaffen,
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der sich zu einem Gleichstromkreis über das Behandlungsobjekt schliesst, wenn dieses mit der aktiven Elektrode 3 berührt wird. Der dann einsetzende Steuergleichstrom erzeugt an dem Widerstand 10 einen Gleichspannungsabfall, der bei hinreichender Grösse nach Verstärkung durch den Verstärker 11 ein Relais 12 einschaltet, dessen Arbeitskontakt 2 den Hochfrequenzstromkreis schliesst.
Mit Einsetzen des Behandlungsstromes tritt durch einen Gleichrichtereffekt, der sich zwischen der aktiven Elektrode und dem behandelten Gewebe ausbildet, eine Gleichspannung am Patienten auf, die über den Hilfsstromkreis einen zusätzlichen Gleichstrom treibt. Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, dass die am Patienten auftretende Gleichspannung wesentlich höher ist, als die Gleichspannung der Hilfsspannungsquelle 8, die im Beispielsfall 12 Volt beträgt. Bei Versuchen mit einem handelsüblichen Chirurgiegerät wurde am Patienten eine Gleichspannung von zirka 150 Volt gemessen. Für die Dimensionierung des Hilfskreises im Hinblick auf eine Berechnung des Gleichstromes im Hilfskreis muss daher in erster Linie diese Spannung, deren Existenz in dieser Grösse bisher unbekannt war, zugrunde ge- legt werden.
Im Beispielsfall sind für die Widerstände 9 und 10 daher Werte von 10 MO und 1MH vorgesehen.
Bei der angegebenenDimensionierung ergibt sich eine Ansprechempfindlichkeit der Schaltautomatik, die durch einen bestimmten höchsten Patienten-Ersatzwiderstand ausgedrückt werden kann, d. h. die Automatik schaltet stets dann ein, wenn der Berührungswiderstand unter dem der Empfindlichkeit entsprechenden maximalen Ersatzwiderstand liegt. Für bestimmte Anwendungsfälle oder aus Sicherheitgründen kann es wünschenswert sein, die Ansprechempfindlichkeit herabzusetzen. Technisch kann diese Aufgabe entweder durch einen durch den Schalter 13 zum Widerstand 10 parallelgeschalteten Widerstand 14 oder durch Herabsetzung der Spannung der Hilfsstromquelle 8 erfolgen.
Der Kondensator 15 bewirkt mit dem Widerstand 9, dass niederfrequente Wechselspannungen und Gleichstromstörimpulse, die an die aktive Elektrode gelangen könnten, keine für eine Einschaltung des Apparates hinreichende Spannung am Gitter der Eingangsröhre des Verstärkers 11 verursachen. Damit sich anderseits durch den Kondensator 15 nach dem Abheben der Elektrode 3 vom Objekt 4 keine durch die Zeitkonstante im Gitterkreis verursachte störende Einschaltverzögerung ergibt, werden die Verhältnisse zweckmässig so gewählt, dass der Gitterstrom der Eingangsröhre des Verstärkers 11 bereits nach einer geringen Erhöhung der Gitterspannung einsetzt und dadurch eine höhere Aufladung des Kondensators 15 verhindert.
Die selbsttätige Einschalteinrichtung kann als getrennte Baueinheit ausgeführt werden, um damit nachträglich Chirurgiegeräte ausrüsten zu können. Sie kann jedoch auch organisch in die Schaltung des Chirurgiegerätes eingefügt werden. In der Fig. 2 ist die Kombination einer getrennten Baueinheit mit einem Chirurgiegerät dargestellt. Von dem durch das gestrichelte Rechteck 20 angedeuteten Chirurgiegerät sind nur einige Bauteile angedeutet, wie die Generatorröhre 21, der Schwingkreis 22, 23. die Auskopplungsspule 24 und der Trennkondensator 25. Die Buchsen 26, 27. dienen zum Anschluss der aktiven Elektrode 3 und der neutralen Elektrode 5. An die Buchsen 30,31 wird bei bekannten Geräten üblicherweise ein nicht dargestellter Fussschalter angeschlossen.
Bei Betätigung des Fussschalters würden beide Buchsen 30,31 kurzgeschlossen und das Relais 32 erhielte Strom und schlösse seinen Arbeitskontakt 33 in der Anodenspannungsleitung der Generatorröhre 21. An Stelle des Fussschalters ist nun die selbsttätige Einschalteinrichtung an die Buchsen 30. 31 angeschlossen, u. zw. deren Schaltkontakt 34, der durch ein schematisch angedeutetes Transistorrelais 35 betätigt wird. Die Elemente 7,9, 10 und 15 stimmen mit den gleichbezifferten Elementen in Fig. 1 überein. Die Sperrdrossel 7 ist innerhalb des Apparategehäuses 20 untergebracht. Die Verstärkerröhre 36 erhält ihre Anodenspannung aus einem schematisch angedeuteten Stromversorgungsgerät 37, dessen Betriebsspannung die Heizspannungsquelle des Chirurgiegerätes lie- fert.
Für ein möglichst verzögerungsfreies Einschalten erfolgt bereits bei einer Gitterspannung von 1, 5 Volt der Gitterstromeinsatz. An dem Potentiometerwiderstand 38 kann die für den Hilfskreis wirksame Hilfsspannung und damit die Ansprechempfindlichkeit der Einschaltvorrichtung verändert werden. Mit Hilfe der Widerstände 39,40 wird dem Gitter der Röhre 36 ein gegenüber der Kathode negatives Ruhepotential vermittelt.
Zur Überprüfung der Schaltautomatik ist eine Prüftaste 42 vorgesehen, die im gedrückten Zustand eine Funktionskontrolle erlaubt. Dabei wird an Stelle des normalerweise über den Patienten geschlossenen Stromweges ein Prüfstromkreis über den vorgeschalteten Patientenersatzwiderstand 43 gebildet.
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Automatic switch-on device for high-frequency surgical devices
The invention relates to an arrangement for automatically switching on the high-frequency voltage of a high-frequency surgical device. Known devices of this type basically work in such a way that when the surgical object touches the (active) surgical electrode via the object, an auxiliary circuit is closed and the control potential of an amplifier tube is influenced, which in turn controls a relay for switching on the high-frequency generator.
It is known that a rectifier effect occurs during the cutting process due to the formation of sparks at the contact point between the active electrode and the patient. If the DC circuit is closed, the resulting DC voltage could give rise to faradic irritations. In order to avoid such a direct current path via the output circuit of the device, the high-frequency circuit in all surgical devices is interrupted for direct current by a capacitor. What is new in this context is the knowledge that the mentioned DC voltage can be 150 volts and more in commercially available devices, the positive pole of this DC voltage being on the active electrode.
In a known embodiment of a switch-on device, the grid of the electron tube actuating the switch-on relay is supplied with a negative blocking potential of, for example, 20 volts via a high-resistance resistor and the patient circuit is placed parallel to the grid-cathode path of this tube via a high-frequency choke. If the device is now put into operation, the grid of the amplifier tube receives from the active electrode. A positive potential via the low-resistance high-frequency choke for direct current. As a result, the grid-cathode section of the amplifier tube becomes low-resistance, so that a non-negligible direct current flows in the patient circuit, which causes undesirable irritation (muscle twitching) to the patient. The object of the invention is to avoid this disadvantage.
According to the invention, the switch-on device for high-frequency surgical devices is characterized with a direct current path that exists between the active and neutral electrode and is under tension. that the direct current path consists of the series connection of a current source, a high-frequency blocking element and two high-value resistors, one of which is connected to the control input of an amplifier element (e.g. electron tube). This has the effect that the total resistance of the direct current path can in no case fall below a certain minimum value and thus the patient to be operated on is safely protected from direct current stimulation.
Exemplary embodiments of the invention will be explained below with reference to the accompanying figures.
According to FIG. 1, the output of a high-frequency generator 1, indicated only by a circuit symbol, is grounded on one side and its second pole can be connected to the active electrode 3 of the high-frequency surgical apparatus via a switch 2. The neutral electrode 5 lying against the treatment object 4 is also grounded. A capacitor 6 is used to interrupt the treatment circuit with direct current.
A direct voltage path is created between the active electrode 3 and the neutral electrode 5 via a high-frequency blocking choke 7, an auxiliary voltage source 8 and two high-resistance resistors 9, 10.
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which closes to a direct current circuit over the treatment object when this is touched with the active electrode 3. The control direct current which then sets in generates a direct voltage drop across the resistor 10 which, when it is sufficiently large and amplified by the amplifier 11, switches on a relay 12, the working contact 2 of which closes the high-frequency circuit.
When the treatment current starts, a rectifier effect that develops between the active electrode and the treated tissue causes a direct voltage on the patient, which drives an additional direct current via the auxiliary circuit. The invention is now based on the knowledge that the direct voltage occurring on the patient is significantly higher than the direct voltage of the auxiliary voltage source 8, which in the example is 12 volts. In tests with a commercially available surgical device, a direct voltage of around 150 volts was measured on the patient. For the dimensioning of the auxiliary circuit with a view to calculating the direct current in the auxiliary circuit, this voltage, the existence of which was previously unknown, must be used as a basis.
In the example, values of 10 MO and 1MH are provided for resistors 9 and 10.
The specified dimensioning results in a response sensitivity of the automatic switching system, which can be expressed by a certain highest equivalent patient resistance, i.e. H. the automatic system always switches on when the contact resistance is below the maximum equivalent resistance corresponding to the sensitivity. For certain applications or for safety reasons, it may be desirable to reduce the sensitivity. Technically, this task can be performed either by a resistor 14 connected in parallel to resistor 10 by switch 13 or by reducing the voltage of auxiliary power source 8.
The capacitor 15 and the resistor 9 ensure that low-frequency alternating voltages and direct current interference pulses which could reach the active electrode do not cause a voltage on the grid of the input tube of the amplifier 11 that is sufficient to switch on the apparatus. On the other hand, so that there is no disruptive switch-on delay caused by the time constant in the grid circle due to the capacitor 15 after the electrode 3 is lifted off the object 4, the conditions are expediently chosen so that the grid current of the input tube of the amplifier 11 starts after a slight increase in the grid voltage and thereby prevents the capacitor 15 from being charged to a higher level.
The automatic switch-on device can be designed as a separate structural unit in order to be able to retrofit surgical devices with it. However, it can also be integrated organically into the circuitry of the surgical device. In FIG. 2, the combination of a separate structural unit with a surgical device is shown. Of the surgical device indicated by the dashed rectangle 20, only a few components are indicated, such as the generator tube 21, the resonant circuit 22, 23, the decoupling coil 24 and the separating capacitor 25. The sockets 26, 27 are used to connect the active electrode 3 and the neutral electrode Electrode 5. In known devices, a foot switch (not shown) is usually connected to the sockets 30, 31.
When the foot switch is actuated, both sockets 30,31 would be short-circuited and the relay 32 would receive power and close its working contact 33 in the anode voltage line of the generator tube 21. Instead of the foot switch, the automatic switch-on device is now connected to the sockets 30. 31, and between their switching contact 34, which is actuated by a schematically indicated transistor relay 35. The elements 7, 9, 10 and 15 correspond to the elements with the same number in FIG. 1. The blocking throttle 7 is accommodated within the apparatus housing 20. The amplifier tube 36 receives its anode voltage from a schematically indicated power supply device 37, the operating voltage of which is supplied by the heating voltage source of the surgical device.
In order to switch on with as little delay as possible, the grid current is used at a grid voltage of 1.5 volts. The auxiliary voltage effective for the auxiliary circuit and thus the sensitivity of the switch-on device can be changed at the potentiometer resistor 38. With the help of the resistors 39, 40 the grid of the tube 36 is given a negative rest potential with respect to the cathode.
To check the automatic switching, a test button 42 is provided, which allows a function check when pressed. In this case, instead of the current path normally closed via the patient, a test circuit is formed via the upstream patient equivalent resistor 43.