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Unter dem Begriff der Hochfrequenz-Chirurgie ist die Anwendung von hochfrequenten Strömen zum Zwecke der Koagulation, des Schneidens, des Kautems oder des Fassens von Körpergewebe zu verstehen. Die Wirkung beruht auf der Entstehung von Wärme beim Durchfliessen von elektrischem Strom durch einen elektrischen Widerstand. Der HF-Strom erzeugt einen Überschlag an den Spitze, wodurch zB ein Gefäss verschlossen werden kann. Die Pinzetten müssen dazu an ihrem proximalen Ende über ein Verbindungskabel an einen handelsüblichen Hochfrequenzgenerator angeschlossen werden.
Der Frequenzbereich heutiger Gerätetype reicht etwa von 300-2000 kHz. Solche hohen Frequenzen sind erforderlich, um neuromuskuläre Kontraktionen zu vermeiden.
Die Wärme entsteht hierbei unmittelbar im Inneren des Gewebes. Hierbei müssen beide Pole des Stromkreises mit dem Patienten verbunden sein, bzw. einen Stromkreis bilden. Dies kann jedoch auf verschiedene Weise geschehen. Man spricht von bipolarem, monopolarem oder monoterminalen Stromkreisen.
In der bipolaren Anwendung werden beide Pole des Generators direkt an die Operationsstelle geführt, die Instrumente für diese Technik müssen also immer 2 gegeneinander isolierte Elektroden (3, 4) aufweisen. Der Strom fliesst lediglich im begrenzten Bereich des Gewebes zwischen benachbarten Elektroden im Bereich der Spitzen (1, 2).
Da sich die Pinzetten im Laufe der Operationen auf Grund ihres Ohm'schen Widerstandes stark erwärmen, tritt eine lokale Überhitzung des Gewebes in der Nähe der Pinzetten auf, und das zu operierende Gewebe klebt mit der Zeit an den Pinzettenspitzen (1, 2) fest, und schon koaguliert Stellen werden wieder aufgerissen und können zu bluten beginnen. Dieser Effekt ist an sich bekannt.
Die Anforderungen an die Pinzette sind also wie folgt : (a) Sehr gute elektrische und thermische Leitfähigkeit, um die Temperaturbelastung so gering wie möglich zu halten ;
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(b) Ausreichende mechanische Festigkeit, um eine plastische Deformation im Zustand "geschlossen" zu verhindern und ein Zurückfedern zu gewährleisten ; (c) Beständigkeit gegen Dampfsterilisation ; (d) Ergonomische Gestaltung und physiologische Unbedenklichkeit sämtlicher verwendeter
Materialien.
Die derzeit auf dem Markt befindlichen Pinzetten erfüllen entweder Punkt (a), (c) und (d) oder Punkt (b), (c) und (d). Die ersteren sind beispielsweise aus Kupfer-Eisen-Legierungen, die letzteren aus den verschiedensten Stählen (siehe Tabelle 1).
Eine mögliche ergonomische Gestaltung ist die Fertigung eines gerippten Griffteiles (5), mit einem runden oder elliptischen Querschnitt (siehe Fig. 1 und Fig. 3). Die für das Pinzettengrundmaterial verwendete Kupfer-Beryllium-Legierung vereint eine sehr gute elektrische und thermische Leitfähigkeit mit einer ausreichenden mechanischen Festigkeit. Die Legierung besteht hauptsächlich aus Kupfer und Beryllium und anderen sowohl der Steigerung der Festigkeit als auch der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit dienenden Zusätzen, wie Zn, Mn, Sn, Cd, Al usw.
Der Effekt des Festklebens von Gewebe ist an sich bekannt, der Einsatz der Legierung aus Anspruch 1 wird schon in der Deutschen Auslegeschrift DT 2006126 erwähnt.
Der Einsatz dieser Legierung für medizinisch-technische Anwendungen und speziell für Operationen im Körperinneren wurde aber bisher immer als problematisch betrachtet. Durch die, beschriebene Spitzenbeschichtung kann nun ein Freiwerden von Beryllium nahezu ausgeschlossen werden. Ein Freiwerden von Beryllium aus der Kupfer-Beryllium-Legierung ist prinzipiell auf mehrere Arten denkbar. Das Beryllium könnte durch lokal auftretende Überhitzungen (Funkenüberschläge) verdampfen. Da Gold aber eine höhere Schmelztemperatur als Beryllium besitzt wirkt es als Dampfsperre für Beryllium. Das Beryllium könnte durch Lösung in Körperflüssigkeit in das Köperinnere kommen. Versuche zeigen, dass aus goldbeschichteten Kupfer-BerylliumProben um 6 Zehnerpotenzen weniger Beryllium in Lösung geht als die bei Toxizitätsstudien angegebenen schädlichen Mengen.
Da Beryllium in Gold eine vemachlässigbar kleine Diffusionskonstante aufweist, wirkt das Gold zusätzlich als Diffusionssperre. Die Goldbeschichtung hat ausserdem eine ähnlich gute elektrische und thermische Leitfähigkeit wie die Kupfer-BerylliumLegierung und zerstört daher nicht der+ Effekt des guten Wärmabtransports im Spitzenbereich der Pinzette.
Ein weiteres Problem der Kupfer-Beryllium-Legierung stellt ihre Korrosionsanfäl- ligkeit dar. Die sich mit der Zeit an der Oberfläche bildende Oxidschicht vergrössert den Übergangswiderstand Spitze-Spitze. Gold ist das edelste Metall, das es gibt und das am geringsten korrosionsanfällige. So kann mit einer Goldbeschichtung auch dieser bisher vorhandene Nachteil der Kupfer-Beryllium-Legierung überwunden werden.
Die Goldbeschichtung kann mit den üblichen technischen Mitteln wie Aufdampfen, galvanischem Beschichten, Sputtem, PVD-Beschichten oder ähnlichen Prozessen, aufgebracht werden. Eine
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Oberflächenbeschichtung mit anderen Edelmetallen oder Edelmetall-Legierungen wie Silber oder Platin, ist ebenfalls möglich.
Am proximalen Ende der Pinzette werden die derzeit auf dem Markt befindlichen Pinzettenelektroden an einen "männlichen" Stecker (6, 7) angebracht (gepresst, gelötet usw). Dieser Stecker wird dann an ein mit einem "weiblichen" Gegenstück (üblicherweise aus Stahl) versehenes, handelsübliches Hochfrequenzkabel und dieses an einen Hochfrequenzgenerator angeschlossen. Die Elektroden werden nunmehr durchgehend gefertigt (3, 4 ; 6, 7). Diese Möglichkeit ist an sich aus DE-OS-1 803 292 bekannt.
Die Möglichkeit dieser Fertigungsmethode wird aber hier erstmal durch eine Oberflächenbeschichtung im Steckerbereich (6, 7) möglich. Man hat nun daher einerseits den Vorteil, den ausgezeichneten elektrischen Widerstand der Cu-Legierung nutzen zu können, der im Vergleich zu Stahl um Grössenordnungen besser ist, und daher im Steckerbereich leitfähiger zu sein als handelsübliche Stahlstecker, und da sie andererseits keine Löt, Schweiss- oder andere Verbindung Elektroden-Stecker benötigen, den elektrischen Widerstand im Steckerbereich noch zusätzlich zu verkleinern. In eine zylindrische Steckerbuchse (9) wird die Pinzette mit Hilfe eines Kunststoffes gepresst (siehe Fig. 4).
Die Oberflächenbeschichtung des Bereiches der Pinzetten kann ausgeführt werden, wie ansich zB aus DE-36 12 646 A1 bekannt ist. Fig. 2 (3 ; 5). Die Beschichtung der Oberfläche in diesem Bereich ist notwendig, um die Pinzette ausreichend elektrisch zu isolieren, da die Pinzette in das Körperinnere eingeführt wird und das Gewebe nicht schon an der Oberfläche koagulieren soll.
Die Anforderungen (a) bis (e) werden zB von Kunststoffen auf Fluor-Copolymer-Basis, Teflon, Polyamiden oder ähnlichen auf dem Markt befindlichen Kunststoffen, die in den verschiedensten gebräuchlichen Verfahren (Tauchen, Flammspritzen, Wirbelsintem) aufgebracht werden können, erfüllt.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer möglichen geometrischen Ausführungsform der Pinzette.
Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf die Pinzette Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch den Pinzettengriff (5).
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch den Stecker (9) Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer möglichen geometrischen Ausführungsform der Pinzette. Es sind auch andere geometrische Ausführungsformen möglich (abgewinkelt, Pinzettenschenkel in Form von Greifarmen etc), die in den verschiedensten Operationsbereichen ihren Einsatz finden.
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Die Ansicht zeigt die Spitzen (1, 2), die beiden Pinzettenschenkel (3, 4), den Griffteil (5), der aus ergonometrischen Gründen gerippt sein kann, ein Führungsrohr aus Kunststoff (8), das ein Überschneiden der Spitzen (1, 2) bei zu starkem Zusammendrücken der Pinzettenschenkel (3, 4) verhindem soll. Am proximalen Ende der Pinzette befindet sich eine zylindrische Steckerbuchse (9) und die Steckerelektrodenflächen (6, 7). Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf die Pinzette. Die unterschiedliche Musterung im Spitzen- (1 ; schraffiert) und Steckerbereich (7 ; schraffiert) und im Restbereich (3 ; 5 ; punktiert) der Pinzette soll die unterschiedliche Beschichtungen der Anspruch 3,4 und 5 schematisch darstellen.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch den Pinzettengriff (5). Er kann aus ergonometrischen Gründen sowohl einen kreisförmigen, elliptischen oder anderen Querschnitt haben.
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch den Stecker. Die Elektroden (6, 7) sind mit Hilfe eines Kunststoffes (10) in die zylindrische Steckerbuchse (9) eingepresst.
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The term high-frequency surgery means the use of high-frequency currents for the purpose of coagulation, cutting, chewing or grasping body tissue. The effect is based on the generation of heat when electrical current flows through an electrical resistor. The HF current creates a flashover at the tip, which can be used to close a vessel, for example. The tweezers must be connected to a commercially available high-frequency generator at their proximal end via a connecting cable.
The frequency range of today's device type ranges from about 300-2000 kHz. Such high frequencies are necessary to avoid neuromuscular contractions.
The heat is generated directly inside the tissue. Both poles of the circuit must be connected to the patient or form a circuit. However, this can be done in several ways. One speaks of bipolar, monopolar or monoterminal circuits.
In the bipolar application, both poles of the generator are led directly to the operation site, so the instruments for this technique must always have 2 electrodes (3, 4) insulated from each other. The current flows only in the limited area of the tissue between adjacent electrodes in the area of the tips (1, 2).
Since the tweezers heat up considerably during the operations due to their ohmic resistance, the tissue near the tweezers overheats locally and the tissue to be operated sticks to the tweezer tips (1, 2) over time, and already coagulated areas are torn open again and can start to bleed. This effect is known per se.
The requirements for the tweezers are as follows: (a) Very good electrical and thermal conductivity in order to keep the temperature load as low as possible;
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(b) Sufficient mechanical strength to prevent plastic deformation in the "closed" state and to ensure springback; (c) resistance to steam sterilization; (d) Ergonomic design and physiological safety of all used
Materials.
The tweezers currently on the market fulfill either point (a), (c) and (d) or point (b), (c) and (d). The former are made, for example, of copper-iron alloys, the latter from a wide variety of steels (see Table 1).
A possible ergonomic design is the production of a ribbed handle part (5) with a round or elliptical cross section (see FIGS. 1 and 3). The copper-beryllium alloy used for the tweezers base material combines very good electrical and thermal conductivity with sufficient mechanical strength. The alloy consists mainly of copper and beryllium and other additives such as Zn, Mn, Sn, Cd, Al etc. which serve to increase the strength as well as the electrical and thermal conductivity.
The effect of tissue sticking is known per se, the use of the alloy from claim 1 has already been mentioned in German Ausleschrift DT 2006126.
However, the use of this alloy for medical-technical applications and especially for operations inside the body has always been considered problematic. As a result of the tip coating described, the liberation of beryllium can now be virtually excluded. In principle, beryllium can be released from the copper-beryllium alloy in several ways. The beryllium could evaporate due to local overheating (arcing). However, since gold has a higher melting temperature than beryllium, it acts as a vapor barrier for beryllium. The beryllium could enter the body through dissolution in body fluid. Experiments show that gold-coated copper-beryllium samples dissolve 6 orders of magnitude less beryllium than the harmful amounts indicated in toxicity studies.
Since beryllium in gold has a negligibly small diffusion constant, the gold also acts as a diffusion barrier. The gold coating also has a similarly good electrical and thermal conductivity as the copper-beryllium alloy and therefore does not destroy the + effect of good heat dissipation in the tip area of the tweezers.
Another problem with the copper-beryllium alloy is its susceptibility to corrosion. The oxide layer that forms on the surface over time increases the contact resistance between tip and tip. Gold is the noblest metal there is and the least susceptible to corrosion. With a gold coating, this previously existing disadvantage of the copper-beryllium alloy can also be overcome.
The gold coating can be applied using the usual technical means such as vapor deposition, electroplating, sputtering, PVD coating or similar processes. A
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Surface coating with other precious metals or precious metal alloys such as silver or platinum is also possible.
At the proximal end of the forceps, the forceps electrodes currently on the market are attached (pressed, soldered, etc.) to a "male" connector (6, 7). This plug is then connected to a commercial high-frequency cable provided with a "female" counterpart (usually made of steel) and this is connected to a high-frequency generator. The electrodes are now manufactured continuously (3, 4; 6, 7). This possibility is known per se from DE-OS-1 803 292.
The possibility of this manufacturing method is made possible here first by a surface coating in the connector area (6, 7). One now has the advantage, on the one hand, of being able to use the excellent electrical resistance of the Cu alloy, which is orders of magnitude better than that of steel, and therefore of being more conductive in the plug area than standard steel plugs, and because, on the other hand, it does not require soldering, welding or or another connection between the electrode and the plug need to further reduce the electrical resistance in the plug area. The tweezers are pressed into a cylindrical socket (9) using a plastic (see Fig. 4).
The surface coating of the area of the tweezers can be carried out, as is known for example from DE-36 12 646 A1. Fig. 2 (3; 5). The coating of the surface in this area is necessary to insulate the tweezers sufficiently electrically, since the tweezers are inserted into the inside of the body and the tissue should not already coagulate on the surface.
The requirements (a) to (e) are met, for example, by fluorocopolymer-based plastics, Teflon, polyamides or similar plastics on the market that can be applied in a wide variety of common processes (dipping, flame spraying, vertebrate sinter).
Fig. 1 shows a side view of a possible geometric embodiment of the tweezers.
Fig. 2 shows a top view of the tweezers. Fig. 3 shows a cross section through the tweezers handle (5).
Fig. 4 shows a cross section through the plug (9). Fig. 1 shows a side view of a possible geometric embodiment of the tweezers. Other geometric embodiments are also possible (angled, tweezer legs in the form of gripper arms, etc.), which are used in a wide variety of surgical areas.
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The view shows the tips (1, 2), the two tweezers legs (3, 4), the handle part (5), which may be ribbed for ergonomic reasons, a plastic guide tube (8) that overlaps the tips (1, 2) should prevent the tweezers legs (3, 4) from being compressed too much. At the proximal end of the tweezers there is a cylindrical plug socket (9) and the plug electrode surfaces (6, 7). Fig. 2 shows a top view of the tweezers. The different patterns in the tip (1; hatched) and plug area (7; hatched) and in the remaining area (3; 5; dotted) of the tweezers are intended to represent the different coatings of claims 3, 4 and 5 schematically.
Fig. 3 shows a cross section through the tweezers handle (5). For ergonomic reasons, it can have a circular, elliptical or other cross-section.
Fig. 4 shows a cross section through the connector. The electrodes (6, 7) are pressed into the cylindrical socket (9) with the aid of a plastic (10).