CN116773911A - 用于检查中性电极和患者之间电连接的电外科系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电外科系统和在电外科系统的操作期间可使用的方法。电外科系统具有电源装置以及连接到其的中性电极。可将测量信号施加或外加到中性电极，并且可确定由此产生的中性电极电流电路的阻抗实际值。在多个不同的测量频率下施加测量信号)，并且在每种情况下确定相应的测量频率的一个阻抗实际值。由此获得的多个阻抗实际值表征阻抗的频率相关进展，并且可借助于预定义的频率相关检查标准来检查。基于检查，识别中性电极和患者之间的导电连接是否符合由检查标准限定的规范。特别地，检查中性电极的足够大的面积部分是否导电地连接到患者，使得可避免在患者的组织)内部的中性电极的区域中过高的电流密度。

Description

用于检查中性电极和患者之间电连接的电外科系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于检查中性电极和患者之间电连接的电外科系统和方法。电外科系统可特别地构造成用于执行该方法。电外科系统特别地是具有单极器械和中性电极的系统，该单极器械和中性电极连接或可连接到电源装置。
背景技术
在电外科器械中，从电源装置到器械的操作电极并且从该操作电极返回到电源装置的电路在患者的处理期间必须闭合。为此，在单极器械的情况下，表示为中性电极的附加电极附接到患者。因此，电流可从电源装置经由工作电极、患者和中性电极流回到电源装置。
在中性电极处的电流密度不能变得太高，以避免在电外科系统的操作期间的内源性烧伤。因此，有必要将中性电极的提供的导电接触表面在足够大面积的部分在低电阻下电连接的情况下附接到患者。电连接到患者的接触表面的面积过小的部分可使电流密度增加，并且因此在靠近中性电极的组织中引起内源性烧伤。因此，不仅必须考虑中性电极在患者上的初始正确附接，而且必须在电外科系统的整个使用期间保持中性电极在患者上的正确附接。
EP2537479A1描述了依赖于中性电极阻抗的医疗装置的控制。将阻抗与预定义阈值进行比较，并且仅当中性电极的阻抗在预定义范围内，例如具有最多140欧姆的量时，才允许电外科系统或处理器械各自的操作。
这种具有阈值比较的阻抗测量是不够的。在所有情况下，借助于这种阻抗测量不能识别患者上的中性电极的接触表面的太小面积部分。
本发明基于这样的发现，即中性电极的阻抗变化取决于接触表面的表面部分脱离患者的中性电极的位置以及接触表面的表面区域仍然与患者导电连接的位置。在目前已知的方法(EP2537479A1)中，存在这样的危险，即不是在所有情况下都可识别中性电极和患者之间的不充分的电接触。
发明内容
因此，可认为本发明的目的是提供一种用于检查中性电极和患者之间的电连接的电外科系统和方法，其中中性电极和患者之间的导电连接的改进检查是可能的。
该目的借助于具有权利要求1的特征的电外科系统以及具有权利要求15的特征的方法来解决。
根据本发明的电外科系统包括具有中性连接的电源装置，中性电极连接到该中性连接。中性电极构造成与患者导电地连接。为此，中性电极可粘性地连接在患者的皮肤上，或者可以其它方式附接。
特别地周期性地变化的测量信号可借助于电源装置施加到针对中性电极的中性连接。测量信号可为交流电压测量信号或交流电流测量信号。交流电压测量信号引起流过中性电极的测量电流。交流电流测量信号引起施加到中性电极的测量电压。测量电流或测量电压可在电源装置的中性连接处测量，并且基于交流电压测量信号和测量电流或交流电流测量信号和测量电压可为中性电极确定阻抗实际值。
在优选实施例中，使用呈电压源形式的交流电压测量信号代替呈电流源形式的交流电流测量信号来测量阻抗，以便不测量非线性的、电压相关的阻抗部分。
根据本发明，阻抗实际值不仅在单个测量频率下确定，而且针对测量信号(交流电压测量信号或交流电流测量信号)的多个不同测量频率确定。为此，测量信号的测量频率在多个测量频率之间变化，并且分别针对测量频率中的每一个确定一个阻抗实际值。因此，阻抗实际值是频率相关的。这样，例如，可至少近似地确定频率相关的阻抗进展。
针对测量信号的测量频率可优选地从10Hz至1.0MHz的频率范围中选择。例如，对于至少10个或至少20个或至少50个不同的测量频率，可分别确定针对每个测量频率的一个阻抗实际值。优选地，可从10Hz直至100Hz的范围中选择至少一个测量频率。还优选地，可从100kHz至1.0MHz的范围中选择至少一个测量频率。选定的测量频率中的两个可等于整个可能频率范围的极限，使得根据示例，最低测量频率可为10Hz，并且最高测量频率可为1.0MHz。在从10Hz开始的指示的测量频率范围中，例如可选择具有不同量的每个数量级的十个测量频率。两个测量频率之间的频率间隔可相等，或者可随频率呈指数增长。
交流电压测量信号的振幅优选地小于0.1V。在一个实施例中，交流电压测量信号的振幅可为大约10mV。
可基于预定义的频率相关检查标准来检查阻抗实际值。因此，检查标准允许进行确定的阻抗实际值的频率相关评估。对于每个测量频率，可执行确定的阻抗实际值的评估。特别地，由此可更容易地识别和区分对阻抗实际值的电容性和电阻性影响。例如，频率相关的阻抗期望范围可被定义为检查标准，测量的阻抗实际值必须在该范围内。阻抗期望范围可由此根据测量频率具有线性或非线性的进展，并且特别地是非恒定的。
已经证明，由于在多个测量频率下中性电极的阻抗的测量和评估，可实现对中性电极和患者之间的电连接的改进评估。例如，可独立于中性电极的哪个空间表面面积部分未与患者导电连接来识别中性电极和患者之间的不充分的电连接。特别地，可独立于在电外科系统的操作期间中性电极脱离患者的位置或空间方向来识别中性电极和患者之间的不充分的电接触。
在不同测量频率下的阻抗的测量本身实际上是例如从阻抗谱已知的。然而，由此将有利于借助于电外科系统处理的组织类型的区别。例如，在EP1289415A1中描述了这样的方法。借助于用于处理的器械，将检查信号在不同的频率下施加到处理过的组织，并且基于测量的阻抗，对处理过的组织进行表征，以便识别不同的组织类型。
EP0813387A1公开了一种用于肿瘤的表征和处理的装置。这里，借助于器械处理的组织的阻抗也用于不同的组织类型的区别。
在从WO03/060462A2已知的方法中，将电脉冲引入组织中并检测其反射。基于反射，健康组织将与恶性组织实时地区分开。
在EP3496638A1中附加地描述了具有测量单元的电外科系统。在该专利中，借助于测量设备在不同频率下执行处理过的组织的阻抗测量。借助于测量设备，可将测量信号施加到组织。切换设备用于在用于组织的处理的电压和测量信号之间切换。借助于测量信号，在不同频率下确定组织的阻抗。
在DE102019209333A1中描述了用于确定身体组织的局部组织类型的另一种方法和相应的电外科系统。为了进行组织确定，测量信号(交流电压或交流电流)被耦合到组织中，其中频率可变化。例如，基于该信号可检测阻抗谱，并且由此可导出组织类型。
在电源装置、器械、患者和中性电极之间的电流电路中，阻抗根据多个参数变化，因此关于中性电极和患者之间电接触的结论是不可能的。与此不同的是，与现有技术相比，本发明允许对中性电极和患者之间的电连接的改进评估。
在优选实施例中，中性电极包括多个电极部段，例如两个或三个，它们彼此不直接电连接。因此，电极部段不短路。因此，它们可具有不同的电势。在中性电极内部，关于出现的电流和电压，电极部段彼此电绝缘，并且如果中性电极附接到患者，则电连接优选地仅仅经由患者间接地存在。例如，中性电极可具有导电的第一电极部段和导电的第二电极部段。
优选地，本发明的导电电极部段中的至少两个借助于导体与电源装置的中性连接连接。例如，第一电极部段可经由第一导体电连接，并且第二电极部段可经由第二导体与中性连接连接。对于出现的电流和电压，这两个导体相对于彼此电绝缘。
如果第一电极部段和第二电极部段具有相等的表面积和/或相同的几何形状，则是有利的。在优选实施例中，这两个电极部段彼此间隔地布置。它们可借助于中性电极的不导电连结板彼此电绝缘。
在一个实施例中，第一电极部段和第二电极部段可布置在基准平面的相对侧上，并且可相对于基准平面对称地布置。基准平面可沿着将两个电极部段彼此分离的连结板延伸。
优选地，中性电极包括导电的第三电极部段。对于中性电极内出现的电流和电压，第三电极部段相对于第一电极部段和第二电极部段电绝缘。两个或更多个电极部段之间的电连接可仅仅间接地建立，例如，借助于两个或更多个电极部段与导电结构(诸如患者，如果中性电极附接到患者)的导电连接。
第三电极部段可围绕第一电极部段和第二电极部段。优选地，第三电极部段沿着其延伸方向在多个部段中弯曲和/或弯折，并且进一步优选地构造成没有中断。例如，它可具有U形或C形延伸部。第三电极部段优选地仅在一个单一位置处开放，在该位置处存在用于第一电极部段和第二电极部段分别与第一导体或第二导体的电接触的连接区域。
第三电极部段的表面积可小于第一电极部段和/或第二电极部段的表面积。在优选实施例中，第三电极部段沿着其延伸方向的长度(优选地围绕第一电极部段和第二电极部段)具有比其正交于该延伸方向的最大宽度的量(长度)大约10或20倍的量。
如上文已经解释的，检查标准可基于一个或多个预定义的频率相关阻抗比较值。例如，可预定义频率相关的阻抗上限值和/或频率相关的阻抗下限值，将其与确定的阻抗实际值进行比较或与多个确定的阻抗实际值进行比较。基于该检查，可确定中性电极是否根据具有足够导电接触的规定抵接在患者上。
在优选实施例中，检查标准可基于预定义表征中性电极的模型阻抗。该模型阻抗可描述阻抗实际值对多个影响值或参数的依赖性。这些参数还涉及以低电阻方式与患者连接的中性电极的接触表面的表面部分或者在足够低的电阻下不具有到患者的电连接的中性电极的表面面积部分的空间依赖性。因此，例如，可考虑中性电极从其边缘开始脱离患者的空间方向。
优选地，模型阻抗包括Warburg阻抗和/或恒定相位元件(CPE)。
Warburg阻抗可作为模型阻抗的一部分提供用于表征中性电极的行为的多个参数，例如直流电压电阻和时间常数。直流电压电阻和时间常数可通过模拟和/或经验来确定，并且依赖于中性电极的相应构造。
恒定相位元件是一种将恒定相移限定为可预定义参数的元件，特别是在0°至-90°的范围内，并且可表征电容性影响。根据借助于可选择参数限定的相移的规定，恒定相位元件可表征专门的欧姆电阻(相移0°)、理想电容器(相移-90°)或它们的组合。
在一个实施例中，模型阻抗具有并联连接，其中Warburg阻抗和恒定相位元件彼此并联连接。
此外，模型阻抗可包括至少一个电阻器。在优选实施例中，存在两个电阻器。一个电阻器串联连接到并联连接内部的Warburg阻抗，而另一个电阻器可串联连接到并联连接。因此，模型阻抗可对应于Randles电路。
借助于模型阻抗，可提供多个(例如五个)参数或变量，这些参数或变量可借助于模拟和/或测量来限定，以便关于阻抗的频率依赖性以及以导电方式抵靠患者的中性电极的面积部分的空间布置来描述中性电极。
除了基于至少一个频率相关阻抗比较值的检查标准之外或作为备选方案，还可执行使用至少一个分类器的分类。因此，分类器可直接应用于确定的阻抗实际值和/或基于确定的阻抗实际值和/或模型阻抗而确定的一个或多个替代参数。可获得这样的替代参数，例如，因为所有可用变量或参数借助于降维的方法转换成一个或多个替代参数。降维的方法是已知的，例如以主成分分析(PCA)的形式或通过诸如t-分布随机邻居嵌入(t-SNE)的数学或统计方法。
所有已知的分类器都可用作分类器，例如以下分类器中的一个或多个：贝叶斯分类器、支持向量机(SVM)、人工神经网络(例如，卷积神经网络(CNN)、决策树和/或k-最近邻算法(KNN)。
例如，对于每个阻抗实际值，即对于每个预定义的测量频率，人工神经网络可包括两个输入神经元，使得相应的阻抗实际值的两个维度(量/相位或实部/虚部)可被提供到人工神经网络的输入层中。可基于训练数据来训练人工神经网络，以便学习其中中性电极和患者之间不存在充分导电的接触的不同情况。训练数据可从实际操作数据和/或从实验室中的模拟和/或实验获得。
在优选实施例中，电外科系统具有电源连接，电外科器械可连接到该电源连接以处理患者的组织。电源装置可将针对器械的操作电压和/或操作电流施加到电源连接。操作电压或操作电流可根据外科应用(例如，根据组织是否应借助于器械来凝固、切割、消融或融合)借助于电源装置来预设。
器械具有操作电极。基于操作电压，电极电压可施加到操作电极，和/或基于操作电流，电极电流可流过操作电极并进一步进入待处理的组织。操作电压可用作电极电压和/或操作电流可用作电极电流。
在一个实施例中，器械构造成在电源连接处请求相应的操作电压或相应的操作电流。为此，器械的操作元件可借助于信号线与电源连接相连接。附加地或备选地，电源连接和操作电极之间的电流路径可借助于操作元件被解除阻止或中断或切换。因此，作为选项，有可能在从电源连接到操作电极的电路径内例如借助于转换器电路修改所提供的操作电压或所提供的操作电流，使得电极电压和/或电极电流不同于操作电压或操作电流。这样的修改也可用于在电源装置外部产生另一种类型的操作。
在一个实施例中，如果没有电极电压被施加到操作电极和/或没有电极电流流过操作电极进入组织，电外科系统可构造成仅将交流电压测量信号施加到中性连接和因此中性电极。因此，交流电压测量信号可在处理时段之间的一个或多个时段中施加到中性连接或中性电极，以用于确定一个或多个阻抗实际值。这样，测量电流不受操作电压或操作电流影响，并且阻抗实际值的确定与操作电压和操作电流无关。
除此之外或备选地，还有可能至少分阶段借助于操作电极同时处理组织(电极电压施加到操作电极和/或操作电流流过操作电极)，并且将交流电压测量信号施加到中性连接或中性电极。在处理时段和交流电压测量信号的施加重叠的时段中，交流电压测量信号的测量频率可被选择为不同于操作电压和/或操作电流和/或电极电压和/或电极电流的频率。这样，保证由交流电压测量信号产生的通过中性电极的测量电流可与电极电流和由此产生的电流区分开来，例如通过评估频率。同样，在这种情况下，阻抗实际值的充分准确的确定是可能的。
在根据本发明的用于检查中性电极和患者之间的电连接的方法中，中性电极附接到患者以建立到患者的导电连接。随后，呈交流电压测量信号或交流电流测量信号形式的测量信号施加或外加到中性电极、特别是经由根据上述实施例中的任何一个的电外科系统的电源装置的中性连接。这样，产生可被测量的测量电流或测量电压。因此，又可基于施加的交流电压测量信号和测量电流或施加的交流电流测量信号和测量电压来确定阻抗实际值(欧姆定律)。随后在多个不同的测量频率下特别地产生测量信号(交流电压测量信号或交流电流测量信号)，并且对于每个选择和设置的测量频率分别确定一个阻抗实际值。遍布于由测量频率限定的频率范围上的以这种方式获得的阻抗实际值可随后基于预定义的检查标准进行检查。该检查提供指示中性电极和患者之间是否存在充分的电连接的检查结果。
附图说明
本发明的有利实施例源自从属权利要求、附图和描述。在下文中，基于附图详细地解释了优选实施例。在附图中：
图1示出了电外科系统的实施例的示意性框图状图示，该电外科系统包括电源装置、中性电极和器械，
图2示出了中性电极的实施例的示意性基本图示，
图3示出了图2中的中性电极的电极表面之间的过渡电阻的示意性基本图示，
图4示出了依赖于与患者导电接触的中性电极的总可用接触区域的面积部分的根据图2和图3的中性电极的总电阻的示例性原理变化。
图5示出了表征根据图1和图2的中性电极的模型阻抗的框图，
图6示出了根据图1的电外科系统的实施例的框图，
图7示出了根据图1和图2的基于中性电极的多个确定的阻抗实际值的示例性阻抗进展，
图8示出了限定导电地连接到患者的可用接触区域的面积部分的示意性地且仅示例性地图示的场，该场依赖于两个主成分，
图9示出了操作电压和多个可能的交流电压测量信号的示例性时间相关进展，
图10示出了以高度示意性方式图示的操作电流和测量电流的频谱，以及
图11示出了根据本发明的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
在图1中示出了电外科系统15的实施例的基本图示。电外科系统15具有电源装置16，其具有电源连接17以及中性连接18。电源连接17用于将器械19与电源装置16电连接。电连接可为单极或多极连接。因此，可经由单极或多极线缆20建立连接。
器械19构造成用于患者的生物组织21的电外科处理。组织21是人或动物身体的生物组织。为了处理组织21，器械19具有至少一个或正好一个操作电极22。为了处理组织21，可在操作电极22和组织21之间建立导电连接。
在根据图1的电外科系统15中，器械19构造为单极器械。在电源装置16和器械19的操作电极22之间并且再次回到电源装置16的电流电路不是专门经由器械19建立的，而是另外经由导电地附接在患者上的单独电极建立的。该附加电极可表示为中性电极23。根据该示例，中性电极23经由多极线缆24与电源装置16的中性连接18电连接。例如，在图示实施例中，线缆24具有至少两个引线或导体以及第一导体25和第二导体26(图2)。
电源装置16可将用于操作电极22的操作电压UA(图9)施加到电源连接17。在操作电极22和组织21之间建立导电接触的情况下，操作电流IA流过操作电极22，进一步流过组织21到中性电极23，并且从那里到电源装置16的中性连接18。电流电路闭合。
操作电压UA是提供到器械19以用于组织21的处理的高频电压，并且在实施例中可作为电极电压施加到操作电极22。作为选项，在电源连接17处提供的操作电压UA可借助于逆变电路或另一修改电路转换成合适的电极电压。在该实施例中，可借助于器械19经由线缆20的信号线请求在电源连接17处的操作电压UA。然后，如图9中示意性地所图示，在电源连接17处的处理时段P期间，操作电压UA被施加到操作电极22。
在图2中图示了中性电极23的实施例。中性电极23具有根据示例的多个导电电极部段，并且在优选实施例中具有导电的第一电极部段30、导电的第二电极部段31和导电的第三电极部段32。电极部段30、31、32彼此间隔地布置，并且对于出现的电压和电流彼此电绝缘，使得每个电极部段30、31、32可具有不同的电势。在附接到患者的状态下，电极部段30、31、32经由患者仅仅间接地与彼此电连接。例如，电极部段30、31、32可彼此间隔地布置在中性电极23的不导电载体上。
电极部段30、31、32仅构造为在面向患者的一侧上的导电接触表面34，并且在相应的另一侧上借助于中性电极23的载体材料或其它绝缘材料电绝缘。
第一电极部段30和第二电极部段31具有相同的面积和相同的几何形状。第一电极部段30和第二电极部段31关于穿过中性电极23的基准平面B对称地布置。基准平面B与中性电极23的横向方向Q正交地延伸。在平行于基准平面B的纵向方向L上，不导电连结板33在第一电极部段30和第二电极部段31之间延伸。
第一电极部段30和第二电极部段31可分别包括基本上半圆形的接触表面34，该接触表面34构造成用于与患者抵接。第一电极部段30和第二电极部段31分别包括连接区域35，该连接区域35借助于相应的接触表面34的带形导体状延伸部来实现。从接触表面34开始，每个连接区域35可基本上在纵向方向L上延伸。在连接区域35中，第一电极部段30与第一导体25电连接，并且第二电极部段31与第二导体26电连接。
第三电极部段32不与电源装置16电连接。因此，它的电势不借助于电源装置16来限定。
第三电极部段32完全围绕第一电极部段30和第二电极部段31延伸到连接区域35的外部。第三电极部段32的面积优选地小于第一电极部段30和第二电极部段31的面积。第三电极部段32沿着其延伸方向或在围绕第一电极部段30和第二电极部段31的周向方向上具有长度，正交于其延伸方向观察，该长度的绝对值显著高于其宽度的绝对值。因此，第三电极部段32可为线形或带状导体形。除了连接区域35之外，第三电极部段32连续地无间断地构造。
在该实施例中，第三电极部段32是延伸穿过基准平面B的唯一电极部段。它可具有两个弧形且特别是圆弧形的端部部段，所述端部部段优选地经由优选地直的连接部段彼此连接。
图2中所示的中性电极在其中其附接到患者的操作位置中具有在第一电极部段30和第二电极部段31之间的不同电过渡电阻Rk(k＝1,2,…,n)，该电过渡电阻根据空间位置(依赖于在纵向方向L上和在横向方向Q上的位置)而变化。过渡电阻Rk(k＝1,2,…,n)根据在接触表面34或电极部段30、31处的位置而变化，在接触表面34或电极部段30、31之间测量过渡电阻Rk。在根据图3的基本草图中，以示例的方式图示了六个过渡电阻R1至R6。在不邻接连结板33并背对连结板33的电极部段30、31的边缘之间有效的过渡电阻(在示例中：R1、R5和R6)显著大于在直接邻接连结板33的电极部段30、31的边缘之间的过渡电阻(在示例中：R2、R3和R4)。因此，可近似地假设以下情况：
R1≈R5≈R6≈Ra(1)
R2≈R3≈R4≈Ri(2)
Ra >> Ri (3)
由于这些过渡电阻Ra和Ri具有不同的量值，在第一电极部段30和第二电极部段31之间的总电阻Rges不仅根据当接触表面34的面积的减小发生时实际上导电地附接到患者的接触表面34的面积部分变化，而且根据该面积部分位于中性电极23上的位置(即，例如根据中性电极是在纵向方向L上还是在横向方向Q上脱离患者)变化。
在图4中，仅通过示例和以示意性方式，图示了针对中性电极23在横向方向Q(图4中的连续线)上和纵向方向L(图4中的虚线)上的脱离的测量。由此显而易见的是，第一电极部段30和第二电极部段31之间的总电阻Rges不容易得出实际上与患者导电连接的接触表面34的面积含量的结论。这里，作为总电阻Rges，确定第一导体25和第二导体26之间经由组织21的电连接的阻抗的实部。
根据本发明，将实现对中性电极23和患者之间的电连接的改进的监测。因此，规定借助于在不同测量频率ω下的交流电压测量信号US或交流电流测量信号IS来确定第一电极部段30和第二电极部段31之间的阻抗Z。例如，由此可确定多个阻抗实际值Zist的频率相关阻抗进展。在图7中，阻抗实际值Zist、阻抗实际值Zist的实部Re(Z)和虚部Im(Z)根据测量频率ω图示为奈奎斯特图(测量频率ω从与横坐标的交点开始增加)。
从图7中还显而易见的是，可检查频率相关的阻抗进展或单个阻抗实际值Zist是否在允许范围内。基于该检查标准，可判定中性电极23和患者之间是否存在足够好的电接触，并且因此电极部段30、31的可用接触表面34的足够大的面积部分导电地抵接在患者上。在根据图7的实施例中，检查标准因此是测量的阻抗实际值Zist与一个或多个频率相关的阻抗比较值的比较。例如，作为阻抗比较值，可预定义阻抗上限值Zmax和/或阻抗下限值Zmin。如果确定测量的阻抗实际值Zist中的一个或多个不在预定义范围内，则可推断中性电极23和患者之间的不正确的电连接。
通过使用在不同的测量频率ω下的交流电压测量信号US或交流电流测量信号IS来评估中性电极电流电路(即第一电极部段30和第二电极部段31或第一导体25和第二导体26之间的电连接)的阻抗Z，可独立于中性电极23上的空间位置更准确地确定中性电极23是否以其至少一个接触表面34的足够大的面积部分紧密抵靠患者，以及因此电连接是否符合要求。在根据本发明的评估中，中性电极23是否例如在纵向方向L上、在横向方向Q上或相对于这些方向倾斜地从患者脱离并不起任何作用。在所有情况下，都可以足够的精度评估电气连接的质量。
本发明基于这样的发现，即在第一电极部段30和第二电极部段31之间的中性电极电流电路的阻抗可由模型阻抗39表征，该模型阻抗39以框图的形式图示在图5和图6中。模型阻抗39包括根据该示例的Warburg阻抗40。Warburg阻抗具有频率相关的阻抗值W(ω)：
其中，AW是Warburg阻抗40的Warburg系数，并且ω是角频率。Warburg系数AW可借助于测量和/或模拟来确定，并且可特别地依赖于中性电极23的尺寸和/或几何形状。
除了Warburg阻抗40之外，模型阻抗39还包括恒定相位元件41(CPE)。恒定相位元件41是包括在0°至-90°的范围内的相移的部件。因此，恒定相位元件41可对应于理想电容器、欧姆电阻器或它们的组合。
如图5和图6中所图示，模型阻抗39包括并联连接42和与并联连接42串联的第一电阻器43。在并联连接42内，恒定相位元件41并联连接到Warburg阻抗40。在并联连接内，第二电阻器44可串联连接到Warburg阻抗40。
因此，在该实施例中，模型阻抗39对应于Randles电路。
模型阻抗39以足够好的近似度或精度映射中性电极23的行为。
对于阻抗实际值Zist的测量，测量信号(交流电压测量信号US或交流电流测量信号IS)被施加到或外加在电源装置16的中性连接18，并且经由线缆24供应到中性电极23。测量信号US、IS以这种方式在第一导体25和第二导体26之间并且因此在中性电极23的第一电极部段30和第二电极部段31之间有效。经由附接到患者的中性电极23，第一电极部段30和第二电极部段31之间的电流电路闭合。由于交流电压测量信号US，测量电流IM流过中性电极23，或者交流电流测量信号IS在中性连接18上产生测量电压UM。该测量电流IM或该测量电压UM可在电源装置16中检测，例如在电源装置16的测量单元45中(图6)检测。基于交流电压测量信号US和测量电流IM或基于交流电流测量信号IS和测量电压UM，对于测量信号US、IS的分别实际上设置的测量频率ω，可确定阻抗或相应的阻抗实际值Zist。
还如图6中所图示，电源装置16可连接到外部能量供应装置，例如电网电压源46。测量单元可配置成从电网电压源46的供应电压产生测量信号US、IS。
在根据图6的等效电路中，由器械19、操作电极22和从操作电极22到组织21的过渡形成的阻抗由第一阻抗48图示。与其串联的第二阻抗49表示从操作电极22与组织21的接触位置到中性电极23的阻抗以及组织21和中性电极23之间的过渡阻抗。
如已经解释的，在电源连接17处提供针对器械19的操作电压UA和/或操作电流IA。在图6中图示的示例中，操作电压UA作为电极电压施加到操作电极22。操作电压UA可借助于电源装置16的逆变电路50提供，例如从电网电压源46的供应电压提供。附加地或备选地，也有可能在器械19中或在电源连接17和操作电极22之间的另一合适位置处布置逆变电路，以便基于适合于相应处理的操作电压UA产生电极电压。
操作电压UA对应于操作电势和参考电势(例如地GND)之间的电势差。
在图9中示意性地和示例性地图示了针对操作电压UA以及测量信号US、IS的时间相关进展，其中为了区别，在图9中引入了第一测量信号M1和第二测量信号M2。这种区别只是为了清楚起见，以便能够更好地彼此区分下面描述的可能性。
如果没有借助于操作电极22进行对组织21的处理，则这里表示为第一测量信号M1的测量信号US、IS仅被施加到中性连接17或中性电极23。因此，第一测量信号M1在处理时段P之外被施加。这样，保证一方面的操作电压UA或操作电流IA与由此产生的第一测量信号M1或测量电流之间不存在相互影响。
对于第一测量信号M1，在图9中可看出，在两个后续处理时段P之间的时间段中，测量频率ω可为恒定的，或者也可被修改。在图示的示例中，在所考虑的时间段中，图示了第一测量信号M1的四个不同的测量频率ω1、ω2、ω3和ω4。使用的测量频率ω的数量可变化，并且可根据应用来选择。使用的测量频率选自10Hz至1.0MHz的频率范围。
交流电压测量信号US的振幅(峰值或最大值)特别地小于0.1V或小于50mV。在该实施例中，使用10mV的振幅。交流电流测量信号IS的振幅(峰值或最大值)特别地低于1.0mA或低于100μA。
在测量频率ω不变的情况下施加测量信号US、IS的持续时间或时段数可变化。该持续时间必须仅足够长，以便检测由此产生的测量电流IM或由此产生的测量电压UM，从而可根据欧姆定律从施加的交流电压测量信号US和测量电流IM确定阻抗实际值Zist。
附加地或备选地，测量信号US、IS可在一个或多个处理时段P期间至少在时间段内施加到中性连接18或中性电极23，其在图9中由表示为第二测量信号M2的测量信号US、IS图示。在这种情况下，在处理时段P期间使用的测量频率ω被选择为与操作电压UA和/或操作电流IA的操作频率充分不同。由于该措施，可区分交流电流测量信号IS或所得的测量电流IM和操作电流IA，从而可以足够的精度执行阻抗实际值Zist的确定。
除此之外，就像第一测量信号M1一样，这同样适用于第二测量信号M2。
除了时域中的评估之外或作为备选方案，还可执行频域中的评估。在图10中，操作电流IA的频谱FA用连续线高度示意性地图示，并且测量电流IM的频谱FM由虚线中示出的频谱线高度简化地图示。在时域中，可叠加操作电压UA和交流电压测量信号US和/或操作电流IA和交流电流测量信号IS或测量电流IM。因此，可选择测量信号US、IS在时域中的信号进展，使得交流测量信号IS或测量电流IM的频谱FM的频谱线位于操作电流IA的频谱FA的频谱线附近，使得在频域中信号分离是可能的，并且因此可在基本上不受操作电压UA或操作电流IA的影响的情况下确定阻抗实际值。
如上文所解释，确定的阻抗实际值Zist可借助于预设的阻抗比较值来检查。附加地或备选地，也可使用其它检查标准或检查方法。例如，分类器可应用于阻抗实际值，以便从其确定电连接的质量(例如，可用接触表面34中实际上导电地附接到患者的部分)。为此，可使用分类器，诸如贝叶斯分类器、SVM(支持向量机)、人工神经网络、决策树或其它数学或统计方法。
例如，阻抗实际值Zist的虚部Im(Z)和实部Re(Z)或者备选地阻抗实际值Zist的绝对值和相位可作为整个频率范围(例如从10Hz至1MHz)内的每个限定的测量频率ω的输入神经元提交给人工神经网络。因此，对于每个限定的测量频率，导出神经网络的两个输入神经元。人工神经网络可借助于训练数据来训练，并且由此识别中性电极23和患者之间不允许的有缺陷的电连接。
命名的分类器还可应用于预处理值或替代参数，这些预处理值或替代参数例如从一个或多个测量的阻抗实际值Zist和/或模型阻抗39的可用参数导出。例如，从这里使用的模型阻抗得出限定模型阻抗39的多个变量或参数。在根据图5的实施例中，这可为五个参数，即电阻器43、44的绝对值、恒定相位元件41的相位置、Warburg阻抗40的直流电阻以及Warburg阻抗40的时间常数。借助于可选的降维，可减少分类器所应用于的参数的数目。
仅作为示例，图6图示了分类器被应用于两个替代参数，即第一主成分HK1和第二主成分HK2，它们借助于主成分分析(PCA)基于模型阻抗39的参数来确定。剩余的替代参数的数目低于模型阻抗39的参数的数目，并且还可大于或小于与图8中的图示不同的两个。
作为示例，在图8中图示了指示实际上与患者导电连接的接触表面34的百分比部分的场。由此，借助于分类器的应用，可确定中性电极23和患者之间的充分电连接以及不充分电连接。
在图11中，图示了方法60的实施例的流程图，借助于该方法可检查中性电极23和患者之间的电连接。
在第一方法步骤61中，中性电极23连接到中性连接18并附接到患者。
在第二方法步骤62中，选择第一测量频率，并且在选定的测量频率下将测量信号US、IS施加到中性连接18。检测由此产生的测量电流IM或由此产生的测量电压UM，使得可针对第一测量频率确定第一阻抗实际值Zist(第三步骤63)。
在第四方法步骤64中，检查是否应针对附加的测量频率ω执行阻抗值确定。例如，可针对最少10个测量频率、最少20个测量频率或更多测量频率来确定阻抗实际值。如果尚未对所有限定的测量频率执行阻抗实际值确定(第四方法步骤64中的分支“是”)，则选择与迄今为止已经确定阻抗实际值的一个或多个测量频率不同的附加测量频率。在第五方法步骤65之后，在第二方法步骤62中继续该方法。
否则(第四方法步骤64中的分支“否”)，在第六方法步骤66中继续该方法。
在第六方法步骤66中，将在不同测量频率ω下确定的阻抗实际值Zist与预设检查标准进行比较。例如，检查标准可包括与多个预设的频率相关阻抗比较值的比较。另外或作为备选方案，可包括对确定的阻抗实际值和/或由此导出的参数使用一个或多个分类器。
在第六方法步骤66中确定的检查结果指示在中性电极23和患者之间的导电连接是否符合规范，或者是否不够，使得在中性电极23的范围内可能由此在组织21内部产生不允许的高电流密度。这又可能导致组织21内部的内源性烧伤。
在第七方法步骤67中，根据检查结果启动测量。例如，可向操作人员输出(例如经由电源装置16上的接口)关于中性电极23和患者之间的电连接是否符合规范的通知。通知还可包含关于电连接的质量的信息，并且可为例如全部可用接触表面34中导电地连接到患者的部分的特征。
如果在第七方法步骤67中在中性电极23和患者之间的电接触不足，使得存在烧伤的危险，则可停止器械19的操作，使得没有进一步的操作电流IA可经由操作电极流入组织21。例如，可阻止操作电压UA或操作电流IA的产生和向电源连接17的施加。
本发明涉及电外科系统15和可在电外科系统15的操作期间使用的方法60。电外科系统15具有电源装置16以及连接到其的中性电极23。可将交流电压测量信号US施加到中性电极23，或者可外加流入中性电极23的交流测量信号IS，并且可确定由此产生的中性电极电流电路的阻抗实际值Zist。在多个不同的测量频率ω下施加或外加测量信号(交流电压测量信号US或交流电流测量信号IS)，并且在每种情况下针对相应的测量频率ω确定一个阻抗实际值Zist。由此获得的阻抗实际值表征阻抗的频率相关进展，并且可用预定义的频率相关检查标准来检查。基于检查，确定中性电极23和患者之间的导电连接是否符合由检查标准限定的规范。特别地检查中性电极23的足够大的面积部分是否导电地连接到患者，使得可避免在患者的组织21内部的中性电极23的范围内的过高的电流密度。
附图标记列表：
15 电外科系统
16 电源装置
17 电源连接
18 中性连接
19 器械
20 针对器械的线缆
21 组织
22 操作电极
23 中性电极
24 针对中性电极的线缆
25 第一导体
26 第二导体
30 第一电极部段
31 第二电极部段
32 第三电极部段
33 连结板
34 接触表面
35 连接区域
39 模型阻抗
40Warburg阻抗
41 恒定相位元件
42 并联连接
43 第一电阻器
44 第二电阻器
45 测量单元
46 电网电压源
48 第一阻抗
49 第二阻抗
50 逆变电路
60 方法
61 第一方法步骤
62 第二方法步骤
63 第三方法步骤
64 第四方法步骤
65 第五方法步骤
66 第六方法步骤
67 第七方法步骤
ω 测量频率
AW Warburg阻抗的Warburg系数
B 基准平面
GND 地
HK1 第一主要部件
HK2 第二主要部件
IM 测量电流
IS 交流电流测量信号
L 纵向方向
M1 第一测量信号
M2 第二测量信号
P 处理时段
Q 横向方向
UA 操作电压
UM 测量电压
US 交流电压测量信号
Z 阻抗
Zist 阻抗实际值
Zmax 阻抗上限值
Zmin 阻抗下限值

Claims (15)

1.一种电外科系统(15)，包括具有中性连接(18)和连接到所述中性连接(18)的中性电极(23)的电源装置(16)，所述中性电极构造成导电地连接到患者，
其中，所述电源装置(16)构造成：在多个不同的测量频率(ω)下将测量信号(US,IS)提供到所述中性连接(18)，并且针对每个测量频率(ω)确定所述中性电极(23)的阻抗实际值(Zist(ω))，并且基于预定义的频率相关检查标准来检查所述阻抗实际值(Zist(ω))。
2.根据权利要求1所述的电外科系统，其中，所述中性电极(23)包括导电的第一电极部段(30)和导电的第二电极部段(31)，所述导电的第一电极部段(30)和所述导电的第二电极部段(31)的电势彼此分离。
3.根据权利要求2所述的电外科系统，其中，所述第一电极部段(30)经由第一导体(25)与所述中性连接(18)电连接，并且所述第二电极部段(31)经由第二导体(26)与所述中性连接(18)电连接。
4.根据权利要求2或3所述的电外科系统，其中，所述第一电极部段(30)和所述第二电极部段(31)包括具有相等大小和/或相同几何形状的区域。
5.根据权利要求2至4中的一项所述的电外科系统，其中，所述第一电极部段(30)和所述第二电极部段(31)彼此间隔地且相对于穿过所述中性电极(23)的基准平面(B)对称地布置。
6.根据权利要求2至5中的任一项所述的电外科系统，其中，所述中性电极(23)包括导电的第三电极部段(32)，所述导电的第三电极部段(32)的电势与所述第一电极部段(30)和所述第二电极部段(31)的电势分离。
7.根据权利要求6所述的电外科系统，其中，所述第三电极部段(32)围绕所述第一电极部段(30)和所述第二电极部段(31)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电外科系统，其中，所述检查标准基于至少一个预定义的频率相关阻抗比较值(Zmax(ω),Zmin(ω))。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电外科系统，其中，所述检查标准基于频率相关的模型阻抗(39)。
10.根据权利要求9所述的电外科系统，其中，所述模型阻抗(39)包括Warburg阻抗(40)。
11.根据权利要求10所述的电外科系统，其中，所述模型阻抗(39)包括其中所述Warburg阻抗(40)和恒定相位元件(41)彼此并联连接的并联连接(42)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的电外科系统，其中，所述电源装置(16)包括电源连接(17)和具有操作电极(22)并电连接到所述电源连接(17)的器械(19)，其中，所述电源装置(16)和/或所述器械(19)构造成向所述操作电极(22)供应操作电压(UA)和/或操作电流(IA)。
13.根据权利要求12所述的电外科系统，其中，所述电源装置(16)构造成仅当没有操作电压(UA)和操作电流(IA)被供应到所述操作电极(22)时才将所述测量信号(US,IS)施加到所述中性连接(18)。
14.根据权利要求12所述的电外科系统，其中，所述电源装置(16)构造成：如果所述测量信号(US,IS)被提供到所述中性连接(18)而所述操作电极(22)被供应以操作电压(UA)和/或操作电流(IA)，则将所述测量信号(US,IS)的所述测量频率(ω)设置成与所述操作电压(UA)和/或所述操作电流(IA)的所述操作频率相比不同。
15.一种用于检查中性电极(23)和患者之间的电连接的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
-将所述中性电极(23)附接到所述患者，使得在所述中性电极(23)和所述患者之间存在导电连接，
-分别在多个不同测量频率(ω)下将一个测量信号(US,IS)施加到所述中性电极(23)，
-针对测量信号(US,IS)的每个测量频率(ω)确定阻抗实际值(Zist(ω))，
-基于预定义的检查标准检查所述阻抗实际值(Zist(ω))，以及
-根据所述检查结果启动测量。
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