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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Hochfrequenz-Chirurgiegerätes, mit
welchem man eine Hochfrequenz-Ausgangsspannung erzeugt, die über an Körpergewebe
angelegte Elektroden ohne Ausbildung eines Funkens oder Lichtbogens
einen durch dieses hindurchfließenden
Hochfrequenz-Strom hervorruft.
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Außerdem betrifft
die Erfindung ein Hochfrequenz-Chirurgiegerät zur Erzeugung eines durch Körpergewebe
ohne Ausbildung eines Funkens oder Lichtbogens hindurchfließenden Hochfrequenz-Stromes
mit einem Ausgang zum Anschluß von
an das Körpergewebe
anlegbaren Elektroden, an dem eine Hochfrequenz-Ausgangsspannung
anliegt, mit einer Meßeinrichtung
zur Bestimmung des Anteils des Hochfrequenz-Stromes mit einer höheren Harmonischen
der Grundfrequenz der Hochfrequenz-Ausgangsspannung und mit einer
Steuereinrichtung für das
Hochfrequenz-Chirurgiegerät,
welches mit der Meßeinrichtung
verbunden ist und deren Meßsignal bei
der Steuerung des Hochfrequenz-Chirurgiegerätes verarbeitet.
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In
der DE-35 10 586 C2 und der
DE
41 26 607 A1 ist ein Hochfrequenz-Chirurgiegerät beschrieben, welches mit
einer rein sinusförmigen Hochfrequenz-Ausgangsspannung
arbeitet, die mit einer Grundfrequenz abgegeben wird. Am Ende des Koagulationsvorganges
werden im Hochfrequenz-Strom durch Funkenbildung im koagulierten Gewebe
bei diesem bekannten Hochfrequenz-Chirurgiegerät höhere Harmonische erzeugt, die
bei dem bekannten Hochfrequenz-Chirurgiegerät dazu verwendet werden, das
Ende des Bearbeitungsvorganges festzustellen und das Hochfrequenz-Chirurgiegerät abzuschalten.
Eine weitergehende automatische Steuerung des Hochfrequenz-Chirurgiegerätes ist
jedoch dabei nicht möglich.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt dem Anmeldegegenstand die Aufgabe
zugrunde, ein gattungsgemäßes Hochfrequenz-Chirurgiegerät so auszugestalten,
daß automatisch
verschiedene mögliche
Betriebszustände
erkannt und ebenfalls automatisch zu der Steuerung des Hochfrequenz-Chirurgiegerätes herangezogen
werden.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art
erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß man
zur Erzeugung des Hochfrequenz-Stromes
mit dem Hochfrequenz-Chirurgiegerät eine von einer reinen Sinusform
abweichende Hochfrequenz-Ausgangsspannung mit einer Grundfrequenz
erzeugt, daß man
den Anteil des Hochfrequenz-Stromes mit der Grundfrequenz und/oder
mit einer höheren
Harmonischen der Grundfrequenz bestimmt und daß man in Abhängigkeit
von dem Anteil oder dem zeitlichen Verlauf des Anteils mit der Grundfrequenz
und/oder mit einer höheren
Harmonischen der Grundfrequenz die Betriebsparameter des Hochfrequenz-Chirurgiegerätes verändert.
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Durch
die Verwendung einer von einer reinen Sinusform abweichenden Ausgangsspannung
erzeugt das Hochfrequenz-Chirurgiegerät immer
einen Hochfrequenz-Strom mit einem Anteil mit der Grundfrequenz
der Hochfrequenz-Ausgangsspannung und auch immer einen Anteil mit
einer höheren
Harmonischen dieser Grundfrequenz. Es hat sich nun überraschenderweise
herausgestellt, daß bei
verschiedenen Betriebszuständen
diese Anteile unterschiedlich beeinflußt werden und daß diese
unterschiedlichen Beeinflussungen der verschiedenen Anteile des Hochfrequenz-Stromes als Indikator
für bestimmte Betriebszustände verwendet
werden können,
so daß in
Abhängigkeit
von der Veränderung
dieser Anteile entsprechend den jeweils auftretenden Betriebszuständen die
Betriebsparameter des Hochfrequenz-Chirurgiegerätes geändert werden können, es kann
also eine automatische Einschaltung oder eine automatische Ausschaltung
erfolgen, es kann die Ausgangsleistung entsprechend dem Fortgang
des Koagulationsvorganges geändert
werden etc.
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Bei
einer ersten bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens kann beispielsweise vorgesehen sein, daß man bei
Betrieb des Hochfrequenz-Chirurgiegerätes mit einer Ruheleistung,
die unter der für
eine Behandlung des Körpergewebes ausreichenden
Betriebsleistung liegt, beim Ansteigen des Anteils mit der Grundfrequenz über einen
bestimmten Schwellwert hinaus und bei gleichzei tig fehlendem Ansteigen
des Anteils mit einer höheren Harmonischen
der Grundfrequenz die Ausgangsleistung des Hochfrequenz-Chirurgiegerätes auf
Betriebsleistung erhöht.
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Betreibt
man das Hochfrequenz-Chirurgiegerät mit einer geringen Ausgangsleistung,
die noch nicht zur Behandlung des Körpergewebes ausreicht, dann
beobachtet man beim Anlegen der beiden Elektroden an das Körpergewebe
ein Ansteigen des Anteils mit der Grundfrequenz, während der
Anteil der höheren
Harmonischen gleichbleibt oder sogar geringfügig abnimmt. Diese Effekte
werden ausgenutzt, um das Anlegen der Elektroden an das Körpergewebe
zu erkennen und als Konsequenz dazu die Hochfrequenz-Ausgangsleistung
so weit zu erhöhen,
bis die Betriebsleistung erreicht ist, man erhält also ein automatisches Wirksamwerden
des Hochfrequenz-Chirurgiegerätes
beim Anlegen des Elektroden an das Körpergewebe.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausgangsform kann vorgesehen sein, daß man bei
einem Betrieb des Hochfrequenz-Chirurgiegerätes mit
einer für
die Behandlung des Körpergewebes
ausreichenden Betriebsleistung die Hochfrequenz-Ausgangsleistung
herabsetzt oder abschaltet, wenn der Anteil der Grundfrequenz des
Hochfrequenz-Stromes um einen bestimmten Abnahmewert absinkt. Bei
der Behandlung von Körpergewebe
mit einem Hochfrequenz-Strom, beispielsweise zur Koagulation, ist
zu beobachten, daß der
Anteil des Hochfrequenz-Stromes mit der Grundfrequenz nach einer
bestimmten Einwirkdauer stark abnimmt.
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Diese
Abnahme liegt zeitlich vor dem Auftreten von Funken im behandelten
Körpergewebe
und sie dient somit als Indikator dafür, daß der Behandlungsprozess weitgehend
abgeschlossen ist, aber noch nicht zu einer Verletzung des Körpergewebes durch
Funkenbildung und nachfolgende Karbonisierung geführt hat.
Diese Abnahme des Anteils des Hochfrequenz-Stromes mit der Grundfrequenz
wird dazu verwendet, die Hochfrequenz-Ausgangsleistung herabzusetzen
oder auszuschalten, so daß damit
der Behandlungsvorgang beendet ist.
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Beispielsweise
kann diese Beendigung des Behandlungsvorganges erfolgen, wenn der
Abnahmewert mindestens 40% des während
der Behandlung des Körpergewebes
auftretenden Maximalwertes des Anteils mit der Grundfrequenz beträgt, insbesondere
etwa 50%.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird vorgesehen, daß man
bei einem Betrieb des Hochfrequenz-Chirurgiegerätes mit einer für die Behandlung
des Körpergewebes
ausreichenden Betriebsleistung die Ausgangsleistung herabsetzt oder
abschaltet, wenn der Anteil der Grundfrequenz des Hochfrequenz-Stromes
nach einer bestimmten Zeit nach Beginn der Behandlung des Körpergewebes
nicht auf einen bestimmten Mindestwert ansteigt. Bei Behandlung
bestimmter Körpergewebe, die
sehr trocken sind, kann beobachtet werden, daß der Anteil der Grundfrequenz
des Hochfrequenz-Stromes nicht wie sonst bei normalem Körpergewebe
stark ansteigt auf einen Maximalwert, sondern nur auf einen Wert,
der unterhalb dieses üblichen
Maximalwertes liegt. Wenn dies der Fall ist, wird nach einer bestimmten
Behandlungszeit die Behandlungsphase durch Abschalten oder Reduzierung
der Hochfrequenz-Ausgangsleistung beendet, so daß auch in diesen Fällen keine
Karbonisierung dieses Gewebes eintritt. Beispielsweise kann die
bestimmte Zeit in der Größenordnung
von drei Sekunden liegen, der Mindestwert, der überschritten werden muß, liegt beispielsweise
in der Größenordnung
von 400 mA, während
der Anteil des Hochfrequenzstromes mit der Grundfrequenz, bei dem
die automatische Einschaltung erfolgt, bei 150 mA liegt, der Maximalwert
bei normalem Körpergewebe
dagegen beispielsweise in der Größenordnung
von 600 bis 800 mA.
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Außerdem kann
zusätzlich
noch eine Sicherheitsabschaltung vorgesehen sein, die in jedem Fall nach
dem Einschalten eines zur Behandlung von Gewebe ausreichenden Hochfrequenzstromes
diesen nach einer bestimmten Zeitdauer abschaltet, wenn vorher keine
automatische oder durch den Operateur bewußt veranlaßte Abschaltung erfolgt ist.
Diese Zeitdauer kann beispielsweise in der Größenordnung von 30 Sekunden
liegen.
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Günstig ist
es weiterhin, wenn man beim Anwachsen des Anteils des Hochfrequenz-Stromes
mit einer höheren
Harmonischen über
einen bestimmten Maximalwert hinaus das Hochfrequenz-Gerät abschaltet.
Der Anteil der höheren
Harmonischen des Hochfrequenz-Stromes kann beispielsweise sehr stark
ansteigen, wenn der Ausgangsstromkreis des Hochfrequenz-Chirurgiegerätes in der
Nähe einer
Eigenresonanzfrequenz arbeitet. Die Eigenresonanz die ses Stromkreises
hängt sehr
stark ab von der Impedanz des Körpergewebes
und insbesondere von den angeschlossenen Kabeln und Elektroden.
Durch die Abschaltung wird einmal dem Benutzer signalisiert, daß die apparativen
Bedingungen so sind, daß der
Ausgangsstromkreis in der Nähe
einer Eigenresonanzstelle arbeitet, so daß beispielsweise durch Änderung
der Kabellänge
hier eine Änderung
vorgenommen werden kann, andererseits wird aber auch verhindert,
daß durch
Auftreten einer Resonanz überhöhte Hochfrequenz-Ausgangsleistung
auf das Körpergewebe übertragen
wird.
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Der
Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Hochfrequenz-Chirurgiegerät so auszubilden,
daß es
mit geringem apparativem Aufwand verschiedene Betriebszustände erkennt
und automatisch zur Steuerung der Hochfrequenz-Ausgangsleistung
verwendet werden kann.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Hochfrequenz-Chirurgiegerät der eingangs beschriebenen Art
erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß die
Hochfrequenz-Ausgangsspannung von der reinen Sinusform abweicht,
daß eine
weitere ebenfalls mit der Steuerung verbundene Meßeinrichtung
zur Bestimmung des Anteils des Hochfrequenz-Stromes mit der Grundfrequenz
des Hochfrequenz-Ausgangsstromes vorgesehen ist und daß die Steuerung
in Abhängigkeit
von dem Anteil oder dem zeitlichen Verlauf des Anteils mit der Grundfrequenz
und/oder mit einer höheren
Harmonischen der Grundfrequenz die Betriebsparameter des Hochfrequenz-Chirurgiegerätes verändert.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, daß die
Meßeinrichtungen
Bandpaßfilter
mit unterschiedlichen Frequenzbereichen umfassen, die im Sekundärkreis eines
in den Hochfrequenz-Stromkreis eingeschalteten Übertragers angeordnet sind.
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Die
Bandpaßfilter
können
insbesondere als Bandpaßfilter
vierter Ordnung ausgebildet sein.
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Es
ist günstig,
wenn jedem Bandpaßfilter
ein Spitzenwertgleichrichter und ein Impedanz-Wandler nachgeschaltet
sind.
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Weitere
bevorzugte Ausgestaltungen des Hochfrequenz-Chirurgiegerätes ergeben sich aus weiteren
Patentansprüchen.
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Die
nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:
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1:
ein schematisches Blockschaltbild eines Hochfrequenz-Chirurgiegerätes;
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2 den
zeitlichen Verlauf der Anteile des Hochfrequenz-Stromes für die Grundfrequenz
und für
höhere
Harmonische der Grundfrequenz beim Umschalten des Hochfrequenz-Chirurgiegerätes auf Betriebsleistung
und
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3:
den zeitlichen Verlauf des Anteils des Hochfrequenz-Stromes mit
der Grundfrequenz während
der Behandlung von Körpergewebe.
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Das
in 1 in einem gestrichelten Rahmen schematisch dargestellte
Hochfrequenz-Chirurgiegerät 1 weist
einen Netzeingang 2 auf, der mit einem Netzteil 3 verbunden
ist. Dieses versorgt einen Hochfrequenz-Generator 4, der
primärseitig
mit einem Ausgangsübertrager 5 verbunden
ist. Dieser ist sekundärseitig
in einen Hochfrequenz-Stromkreis 6 eingeschaltet, in dem
sich ein Anti-Faradayisationskondensator 7 und ein weiterer Übertrager 8 befinden, dieser
Hochfrequenz-Stromkreis 6 ist über ein Kabel 9 mit
in der Zeichnung nur schematisch dargestellten Elektroden 10 verbunden,
die in an sich bekannter Weise an zu behandelndes Körpergewebe
angelegt werden können.
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Der
primärseitig
in den Hochfrequenz-Stromkreis 6 eingeschaltete Übertrager 8 steht
sekundärseitig
mit zwei Bandpaßfiltern 11, 12 in
Verbindung, von denen das Bandpaßfilter 11 im wesentlichen
im Bereich der Grundfrequenz des Hochfrequenz-Generators 4 durchlässig ist,
das Bandpaßfilter 12 dagegen
im Bereich einer ungeradzahligen höheren Harmonischen, beispielsweise
im Bereich der dritten Harmonischen dieser Grundfrequenz.
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Beide
Bandpaßfilter 11, 12 sind
jeweils über einen
Spitzenwertgleichrichter 13 bzw. 14 und einen Impedanz-Wandler 15 bzw. 16 mit
einer Steuerung 17 verbunden, die auch mit einem Handschalter 18 sowie
einem Fußschalter 19 in
Verbindung steht.
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Die
Steuerung 17 ist über
eine Steuerleitung 20 mit dem Netzteil 3 verbunden
und über
eine weitere Steuerleitung 21 mit einem Schaltgerät 22 mit dem
Hochfrequenz-Generator 4.
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Im
normalen Betrieb erzeugt der von dem Netzteil 3 versorgte
Hochfrequenz-Generator 4 eine Hochfrequenz-Ausgangsspannung,
die von einer reinen Sinusform abweicht, beispielsweise eine Rechteckspannung,
so daß die
Hochfrequenz-Ausgangsspannung des Hochfrequenz-Generators 4 neben
einer Grundfrequenz einen größeren Anteil
mit höheren
Harmonischen der Grundfrequenz aufweist.
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Diese
Hochfrequenz-Ausgangsspannung wird über den Hochfrequenz-Stromkreis 6 und
die Kabel 9 den Elektroden 10 zugeführt und
erzeugt im Hochfrequenz-Stromkreis 6 einen Hochfrequenz-Strom.
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Bei
Beginn einer Behandlung wird der Hochfrequenz-Generator 4 mit
geringer Hochfrequenz-Ausgangsleistung betrieben, aufgrund von kapazitiven
Effekten ergeben sich dadurch nur Hochfrequenz-Ströme im Hochfrequenz-Stromkreis 6 mit niedriger
Amplitude, und zwar gilt dies sowohl für den Anteil des Hochfrequenz-Stromes
mit der Grundfrequenz als auch für
den Anteil des Hochfrequenz-Stromes
mit höheren
Harmonischen der Grundfrequenz. In 2 sind diese
Anteile des Hochfrequenz-Stromes über der Zeit aufgetragen, dabei
beschreibt Ig den An teil des Hochfrequenz-Stromes
mit der Grundfrequenz, Ih den Anteil des
Hochfrequenz-Stromes mit einer höheren
Harmonischen der Grundfrequenz.
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Am
linken Ende der 2 sind diese Stromanteile dargestellt
für den
Ruhezustand des Hochfrequenz-Chirurgiegerätes 1, also vor dem
Anlegen der Elektroden 10 an das zu behandelnde Körpergewebe.
Man erkennt daraus, daß die
Stromanteile relativ gering sind.
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Legt
man die Elektroden nunmehr an das zu behandelnde Körpergewebe
an, so beobachtet man eine starke Zunahme des Hochfrequenz-Stromes
mit der Grundfrequenz, während
gleichzeitig der Anteil des Stromes mit der höheren Harmonischen der Grundfrequenz
abnimmt. Dieser Zeitpunkt ist in 2 mit dem
Wort "Anlage" kenntlich gemacht.
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Die
entsprechenden Anteile des Hochfrequenz-Stromes mit unterschiedlichen
Frequenzen werden durch die beiden Bandpaßfilter 11 und 12 voneinander
getrennt und führen
zu getrennten Steuersignalen, die dem jeweiligen Gehalt proportional sind
und die der Steuerung 17 zugeführt werden. Stellt die Steuerung 17 fest,
daß der
Anteil des Hochfrequenz-Stromes mit der Grundfrequenz stark ansteigt,
der Anteil des Hochfrequenz-Stromes mit einer höheren Harmonischen der Grundfrequenz
dagegen gleichbleibt oder abfällt,
so sendet die Steuerung 17 ein Signal an das Schaltgerät 22,
das daraufhin die Ausgangsleistung des Hochfrequenz-Generators 4 stark
erhöht,
und zwar so stark, daß mit
dieser Leistung ein das zu behandelnde Gewebe koagulierender Hochfrequenz-Strom
erzeugt wird, diese Ausgangsleistung wird als Betriebsleistung im
Gegensatz zu der vor dem Anlegen der Elektroden wesentlich geringeren
Ruheleistung bezeichnet.
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Bei
einem praktischen Ausführungsbeispiel kann
beispielsweise vorgesehen sein, daß ein Anstieg des Hochfrequenz-Stromanteils
mit der Grundfrequenz um 150 mA zu dieser Umschaltung von der Ruheleistung
auf die Betriebsleistung führt.
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Damit
erkennt das Hochfrequenz-Chirurgiegerät selbständig das Anlegen der Elektroden
an das zu behandelnde Körpergewebe
und schaltet daraufhin das Hochfrequenz-Chirurgiegerät auf Betriebsleistung, so
daß der
Behandlungsvorgang unmittelbar nach dem Anlegen automatisch beginnen
kann.
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In 3 ist
der Verlauf des Hochfrequenz-Stromanteils mit der Grundfrequenz
während eines
Behandlungsvorganges aufgetragen. Die Einschaltung erfolgt an der
mit "Anlage" markierten Stelle,
der Stromanteil mit der Grundfrequenz steigt daraufhin stark an
und erreicht einen Maximalwert Imax, der über einen
bestimmten Zeitraum im wesentlichen beibehalten wird. Dieser Zeitraum
ist der eigentliche Behandlungszeitraum, in dem die Koagulation
erfolgt. Wenn diese weitgehend abgeschlossen ist, beobachtet man
einen starken Abfall des Stromanteils mit der Grundfrequenz, im
weiteren zeitlichen Verlauf stellt sich dann bei wesentlich geringerem
Anteil des Hochfrequenz-Stromes mit der Grundfrequenz Funkenbildung
und damit Karbonisierung des Körpergewebes
ein.
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Der
Abfall des Hochfrequenz-Stromanteils mit der Grundfrequenz wird
von der Steuerung 17 erkannt, wenn der Hochfrequenz-Stromanteil
mit der Grundfrequenz auf einen Wert zwischen 60% und 40%, vorzugsweise
50% des Maximalwertes Imax abgefallen ist,
schaltet die Steuerung 17 über das Schaltgerät 22 den
Hochfrequenz-Generator 4 um, so daß dieser entweder ganz abgeschaltet
wird oder nur noch eine geringe Hochfrequenz-Ausgangsleistung liefert,
nämlich
die Ruheleistung. Damit ist der Behandlungsvorgang des Körpergewebes
beendet, und es ist insbesondere sichergestellt, daß keine Funkenbildung
im behandelnden Körpergewebe
auftritt, die dieses zerstören
würde.
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Die
beschriebenen Umschaltvorgänge
von Ruheleistung auf Betriebsleistung und umgekehrt kann der Chirurg
auch bewußt über den
Handschalter 18 und/oder den Fußschalter 19 auslösen, falls
er dies wünscht,
d. h. der Operateur hat hier die Möglichkeit, zwischen einem vollautomatischen
Betrieb des Hochfrequenz-Chirurgiegerätes einerseits und einem in
herkömmlicher
Weise von ihm selbst gesteuerten Betrieb zu wählen.
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Die
von den Bandpaßfiltern 11 und 12 erzeugten
Signale können
auch dazu verwendet werden, zu überprüfen, ob
geeignete Anschlußinstrumente
an das Hochfrequenz-Chirurgiegerät 1 angeschlossen
sind. Dies betrifft insbesondere die Natur der Kabel 9 und
der Elektroden 10.
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Bei
ungünstiger
Kombination dieser Geräte und
bei bestimmter Beschaffenheit des Körpergewebes könnte sich
im Hochfrequenz-Stromkreis 6 eine Resonanzfrequenz ausbilden,
die in der Nähe
einer höheren
Harmonischen der Grundfrequenz des Hochfrequenz-Generators 4 liegt.
Dies könnte
zu gefährlich
hohen Ausgangsspannungen mit einer der Resonanzfrequenz naheliegenden
Frequenz führen. Ein
derartiger Anstieg eines Anteils des Hochfrequenz-Stromes mit einer
bestimmten höheren
Harmonischen führt
zwangsläufig
zu einem hohen Signal am Bandpaßfilter 12 und
zu einem entsprechend hohen Steuersignal an der Steuerung 17,
und diese schaltet daraufhin sofort über das Schaltgerät 22 den Hochfrequenz-Generator 4 ab.
Damit wird nicht nur sichergestellt, daß keine gefährlich hohe Hochfrequenz-Spannung
abgegeben wird, es wird dem Operateur auch signalisiert, daß für diesen
speziellen Einsatz die gewählten
Instrumente ungeeignet sind, dies läßt sich beispielsweise durch
Verwendung eines Kabels mit abgeänderter
Länge korrigieren.
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Grundsätzlich ist
es auch möglich,
während des
eigentlichen Behandlungsvorganges die unterschiedlichen Werte des
Hochfrequenz-Stromes mit der Grundfrequenz und des Hochfrequenz-Stromes mit
einer höheren
Harmonischen der Grundfrequenz auszuwerten und in Abhängigkeit
von diesen Werten die Ausgangsleistung zu variieren, und damit eine Optimierung
des Behandlungsvorganges zu erreichen.