DE10044189A1 - High frequency generator for performing high frequency surgery varies pulse duration and interval to maintain constant output voltage peak or spark intensity if maximum mean power is exceeded - Google Patents
High frequency generator for performing high frequency surgery varies pulse duration and interval to maintain constant output voltage peak or spark intensity if maximum mean power is exceededInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochfrequenzgenerator mit Begrenzung der Ausgangswirkleistung, insbesondere für Geräte zum chirurgischen Schneiden und Koagulieren von menschlichem oder tierischem Gewebe, sowie ein Verfahren zu der Begrenzung der Ausgangswirkleistung des Hochfrequenzgenerators.The present invention relates to a high frequency generator with limitation of the output active power, especially for Surgical cutting and coagulating devices human or animal tissue, as well as a process for the Limitation of the output power of the high frequency generator.
In der Hochfrequenz-Chirurgie werden Geräte zum Schneiden und Koagulieren von menschlichem oder tierischem Gewebe verwendet, die sich dadurch auszeichnen, daß mittels an einer Elektrode angelegten HF-Spannung ein Lichtbogen zwischen Elektrode und Gewebe erzeugt wird, wodurch ein Schneideeffekt in dem Gewebe entsteht. Die hierfür benötigten Spannungen zwischen Elektrode und Gewebe weisen einen Mindestwert von ca. 200 Vp (Volt peak) auf. Bei einem solchen HF-chirurgischen Schneiden hat die an der Elektrode angelegte Spannung, die einer Ausgangsspannung eines HF-Generators entspricht, maßgeblichen Einfluß auf den Verschorfungsgrad an den Schnitträndern. Um den Verschorfungs grad auf einem konstanten Niveau zu halten, werden HF-Genera toren mit einem Regelkreis versehen, in dem die Ausgangs spannung bzw. die Intensität des Lichtbogens der HF-Generatoren auf einen konstanten Wert geregelt wird. In high frequency surgery, devices for cutting and Coagulating human or animal tissue used, which are characterized in that by means of an electrode applied HF voltage an arc between the electrode and Tissue is created, creating a cutting effect in the tissue arises. The voltages between the electrodes required for this and tissue have a minimum value of approx. 200 Vp (volt peak) on. With such an electrosurgical cutting it has on voltage applied to the electrode, that of an output voltage corresponds to an RF generator, significant influence on the Degree of scabbing at the cut edges. About the scabbing Keeping them at a constant level will become HF genera gates with a control loop in which the output voltage or the intensity of the arc of the HF generators is regulated to a constant value.
Die Ausgangswirkleistung, die von der Ausgangsspannung des HF-
Generators abhängt, hängt gemäß der Gleichung
The active output power, which depends on the output voltage of the HF generator, depends on the equation
ebenso von der Lastimpedanz R ab. Eine durch beispielsweise große Schnittflächen verursachte Verringerung der Lastimpedanz führt dazu, daß die Ausgangsspannung U nur solange konstant gehalten werden kann, solange der HF-Generator die hierfür er forderliche Ausgangswirkleistung aufbringen kann. Sobald der HF-Generator mit zunehmender Verringerung der Lastimpedanz R an seine Leistungsgrenze stößt, kann die konstant zu haltende Aus gangsspannung U bzw. die Intensität des Lichtbogens von dem HF- Generator nicht mehr aufrecht erhalten werden. Dies ist ebenso der Fall, wenn der Generator zwar nicht an seine Leistungsgrenze gelangt, jedoch seine maximale Ausgangswirkleistung (oder auch sein Ausgangsstrom) durch eine vorgenommene Voreinstellung begrenzt wird. Hierbei wird die Ausgangswirkleistung eines HF-Generators als ein über eine Sekunde gemittelter Wirkleistungswert normgemäß angegeben.also from the load impedance R. One through for example large cut surfaces caused a reduction in load impedance leads to the fact that the output voltage U is only constant as long can be held as long as the HF generator does this can provide required output active power. Once the HF generator with increasing decrease in load impedance R. reaches its performance limit, the off can be kept constant output voltage U or the intensity of the arc from the HF Generator can no longer be maintained. This is the same the case when the generator is not connected to his Power limit reached, however, its maximum Active output power (or its output current) through a pre-setting is limited. Here, the Effective output power of an RF generator as one over one Secondly averaged active power value specified according to standard.
Eine derartig gemittelte Wirkleistung setzt sich unter anderem aus dem Effektivwert der Ausgangsspannung zusammen, der jedoch für den Schneide- und Koagulationeffekt im Gewebe von unterge ordneter Bedeutung ist. Für den Schneide- bzw. Koagulations effekt ist vielmehr zur Erzeugung des Lichtbogens der Spitzen wert der Ausgangsspannung entscheidend. Somit ist im Falle einer Reduzierung der Lastimpedanz anzustreben, daß der Effek tivwert der Ausgangsspannung des HF-Generators niedrig gehalten oder verringert wird, um so die Ausgangswirkleistung des Gene rators nicht über die Leistungsgrenze des Generators ansteigen zu lassen. Gleichzeitig ist jedoch anzustreben, daß der Spit zenwert der Ausgangsspannung bzw. der Intensität des Lichtbogens des Generators konstant gehalten wird, da somit der Einfluß der Ausgangsspannung auf den Verschorfungsgrad an den Schnitträndern konstant und berechenbar ist.Active power averaged in this way sets itself among other things from the RMS value of the output voltage, which however for the cutting and coagulation effect in the tissue of the lower orderly meaning. For cutting or coagulation the effect is rather to generate the arc of the tips value of the output voltage is crucial. So in the case to strive for a reduction in load impedance that the effec tivwert the output voltage of the HF generator kept low or is reduced, so the output active power of the gene rators do not rise above the power limit of the generator allow. At the same time, however, it is desirable that the Spit Zen value of the output voltage or the intensity of the Arc of the generator is kept constant because of the Influence of the output voltage on the degree of scabbing on the Cutting edges is constant and predictable.
Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Hochfrequenzgenerator sowie ein Verfahren zur Begrenzung der Ausgangswirkleistung des Hochfrequenzgenerators für Geräte zum chirurgischen Schneiden und Koagulieren von Gewebe zur Ver fügung zu stellen, die es ermöglichen, daß auch bei großflächi gem, tiefem oder sehr schnellem Schneiden der Verschorfungsgrad an den Schnitträndern auf im wesentlich konstanten Niveau gehalten wird.The present invention is therefore based on the object a high-frequency generator and a method for limitation the output active power of the high-frequency generator for devices for surgical cutting and coagulation of tissue for ver to provide, which make it possible that even with large areas according to, deep or very fast cutting the degree of scabbing at the cutting edges at a substantially constant level is held.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 bezüglich des Hochfrequenzgenerators und die Merkmale des Anspruchs 8 bezüglich des Verfahrens gelöst.This object is achieved by the features of claim 1 of the high-frequency generator and the features of claim 8 resolved regarding the procedure.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen werden in den Unteran sprüchen aufgeführt.Further advantageous embodiments are in the Unteran sayings listed.
Vorzugsweise werden in dem Hochfrequenzgenerator und dem Verfahren zur Begrenzung der Ausgangswirkleistung des HF- Generators dessen Ausgangsspannungssignale und Ausgangsstromstärkensignale detektiert, daraus der Mittelwert der Ausgangswirkleistung berechnet, dieser mit einem vorher definierten maximalen Mittelwert der Ausgangswirkleistung verglichen und für den Fall, daß der berechnete Mittelwert größer als der maximale Mittelwert ist, das Ausgangsspannungssignal mit einem pulsförmigen Modula tionssignal moduliert. Die Pulsdauer des Modulationssignales und/oder die Pausendauer zwischen den Modulationssignalen werden vorzugsweise so eingestellt, daß der Spitzenwert der Ausgangsspannungssignale bzw. der Intensität des Lichtbogens auf einem konstanten Niveau gehalten wird. Durch die Modulation mit einem pulsförmigen Modulationssignal wird der gemittelte Effektivwert der Ausgangsspannung aufgrund der zwischen den einzelnen Pulsen vorhandenen Signalpausen verringert, somit die Ausgangswirkleitung des Generators verringert und deshalb der Generator vorteilhaft in seinem Leistungsbereich gehalten.Preferably in the high frequency generator and the Method for limiting the output active power of the HF Generator whose output voltage signals and Output current signals are detected, from this the mean value of the output active power, this with a previously defined maximum mean of the active output power compared and in the event that the calculated mean is greater than the maximum mean that Output voltage signal with a pulse-shaped module tion signal modulated. The pulse duration of the modulation signal and / or the pause duration between the modulation signals are preferably set so that the peak value of the Output voltage signals or the intensity of the arc is kept at a constant level. Through the modulation the average is determined with a pulse-shaped modulation signal RMS value of the output voltage due to the between the individual pulses existing signal pauses reduced, thus the Output active line of the generator is reduced and therefore the Generator advantageously kept in its performance range.
Gleichzeitig wird der Spitzenwert der Ausgangsspannung bzw. der Intensität des Lichtbogens innerhalb der einzelnen Pulse mit der jeweiligen Pulsdauer bzw. Pausendauer auf konstanten Niveau gehalten, wodurch Schnittränder mit gleichbleibendem Verschorfungsgrad selbst bei reduzierter Lastimpedanz erzielt werden können.At the same time, the peak value of the output voltage or Intensity of the arc within the individual pulses with the respective pulse duration or pause duration at a constant level held, whereby cut edges with constant Degree of scabbing achieved even with reduced load impedance can be.
Alternativ kann der Mittelwert der Ausgangswirkleistung auch aus der Abgabeleistung des Leistungsnetzteiles und einem bekannten Wirkungsgrad des HF-Generators ermittelt werden.Alternatively, the mean value of the output active power can also be used from the power output of the power supply and one Known efficiency of the RF generator can be determined.
Ein Operateur wird an Stelle einer Verringerung des Verschor fungsgrads, wie sie bei geringeren Lastimpedanzen durch z. B. sehr tiefes oder schnelles Schneiden auftritt, durch die entstehenden oder größer werdenden Signalpausen einen mechanischen Widerstand beim Führen der Elektrode spüren. Dadurch wird die Schnittbewegung zwar gebremst, jedoch weist der Schnitt an seinen Schnitträndern den gewünschten Verschorfungsgrad auf.A surgeon will replace the scar in place fungsgrads, such as those with lower load impedances by z. B. very deep or fast cutting occurs through which arising or increasing signal pauses Feel mechanical resistance when guiding the electrode. As a result, the cutting movement is slowed down, but points the cut at its cutting edges the desired one Degree of scabbing on.
Aufgrund dieses mechanischen Widerstandes in Kombination mit den vorliegendem gewünschten Verschorfungsgrad ist dem Operateur nun nicht mehr möglich, zu rasch in seiner Schnittbewegung fortzufahren, während eine ausreichend gute Blutstillung beibehalten wird.Due to this mechanical resistance in combination with the present degree of scabbing is the Operator no longer possible, too quickly in his Cutting motion continues while a sufficiently good one Hemostasis is maintained.
Für eine exakte Ermittlung des zu berechnenden Mittelwertes der Ausgangswirkleistung durch die Signalauswerteeinrichtung wird zudem die Phasenverschiebung zwischen den Ausgangsspannungssig nalen und den Ausgangsstromstärkensignalen ermittelt.For an exact determination of the mean value of the Output active power through the signal evaluation device also the phase shift between the output voltage sig nals and the output current signals determined.
Vorzugsweise wird die Pulsdauerveränderung bzw. Pausendauerveränderung von einem minimal und maximal zulässigen Wert für die Pulsdauer bzw. Pausendauer durch eine Be grenzungseinrichtung begrenzt. Dadurch ist sichergestellt, daß zum einen keine Ausgangsspannungssignale mit zu kurzer Puls dauer entstehen, die sich nachteilhaft auf die Wirksamkeit des Schneideeffekts auswirken würden. Zum anderen wird ein pulsför miges Modulationssignal mit einer maximalen Pulsdauer erzeugt, welches gerade noch unterhalb eines kontinuierlich schwingenden Ausgangsspannungsignales liegt.The change in pulse duration or Break duration change from a minimum and maximum permissible Value for the pulse duration or pause duration by a Be boundary facility limited. This ensures that firstly, no output voltage signals with a pulse that is too short duration arise, which adversely affect the effectiveness of the Cutting effect. On the other hand it becomes a pulse Generated modulation signal with a maximum pulse duration, which is just below a continuously vibrating Output voltage signal is.
Um einen wirksam geregelten Hochfrequenzgenerator und ein durchführbares Verfahren zur Begrenzung der Ausgangswirklei stung des HF-Generators zu erhalten, können die Spitzenwerte der Ausgangsspannungssignale bzw. der Intensität des Lichtbogens und die maximal zulässige Pulsdauer bzw. Pausendauer als Sollwerte durch eine Initialisierungseinrichtung initialisiert werden, bevor der eigentliche Regelkreisablauf eingeleitet wird.To be an effectively regulated high frequency generator and a feasible method for limiting the initial knitting power of the HF generator can get the peak values the output voltage signals or the intensity of the Arc and the maximum permissible pulse duration or Pause duration as setpoints by a Initialization device to be initialized before the actual control loop process is initiated.
Ein Leistungsnetzgerät, welches eine höhere Leistung an den-HF- Generator sendet, sobald der berechnete Mittelwert der Aus gangswirkleistungssignale gleich oder größer dem definierten maximalen Mittelwert ist, ist vorzugsweise mit der Steuerein richtung verbunden. Dadurch ist eine Kompensation des Genera torinnenwiderstandes bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung des Spitzenwertes der Ausgangsspannungsignale möglich.A power supply unit that provides higher power to the HF Generator sends as soon as the calculated average of the off active power signals equal to or greater than the defined maximum mean is preferably with the tax connected direction. This compensates for the genera internal resistance while maintaining the Peak values of the output voltage signals possible.
Vorteilhafterweise liegen die Pulsdauern bzw. Pausendauern in einem Wertebereich von 3 µs (bei 330 kHz) bis 200 ms, um so die oben beschriebenen Effekte bezüglich der minimal und maximal zulässigen Pulsdauer bzw. Pausendauer sicherzustellen. The pulse durations or pause durations are advantageously in a value range from 3 µs (at 330 kHz) to 200 ms, so the effects described above regarding the minimum and maximum permissible pulse duration or pause duration.
Es ist auch möglich, in dem Hochfrequenzgenerator den Sollwert des Spitzenwertes des Ausgangsspannungsignales bzw. der Intensität des Lichtbogens zu erniedrigen, nämlich dann, wenn die Pulsdauer die minimal zulässige Pulsdauer unterschreitet. Dadurch kann mit erneutem Durchlaufen eines Regelkreises des Hochfrequenzgenerators eine wirksame Regelung der Begrenzung der Ausgangswirkleistung des HF-Generators und dadurch ein Weiterschneiden durch den Operateur erreicht werden.It is also possible to set the setpoint in the high frequency generator the peak value of the output voltage signal or To reduce the intensity of the arc, namely when the pulse duration falls below the minimum permissible pulse duration. This allows the control loop to be run through again High frequency generator an effective regulation of the limitation the output active power of the RF generator and thereby Cutting can be achieved by the surgeon.
Der Sollwert des Spitzenwertes der Ausgangsspannungssignale bzw. der Intensität des Lichtbogens kann jedoch auch erhöht werden, nämlich dann, wenn der berechnete Mittelwert kleiner als der definierte maximale Mittelwert der Ausgangswirkleistungssignale ist, und wenn der Sollwert kleiner als ein voreingestellter Spitzenwert ist. Hierdurch wird eine Nachregulierung des Hochfrequenzgenerator-Regelkreises bis an die obere Leistungsgrenze des Generators erreicht.The setpoint of the peak value of the output voltage signals or the intensity of the arc can also be increased become, namely when the calculated mean is smaller than the defined maximum mean of Output active power signals, and if the setpoint is smaller as a preset peak. This will create a Readjustment of the high-frequency generator control loop up to the generator's upper power limit is reached.
Wenn der Sollwert größer als der voreingestellte Spitzenwert ist, so wird die Pulsdauer erhöht, sofern letztere unterhalb der maximal zulässigen Pulsdauer liegt.If the setpoint is greater than the preset peak value is, the pulse duration is increased if the latter is below the maximum permissible pulse duration.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfin dung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevor zugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeich nungen. Es zeigen:Further details, advantages and training of the Erfin The result of the following description of a before preferred embodiment with reference to the drawing calculations. Show it:
Fig. 1 Eine schematische Darstellung eines Ausführungs beispiels des Generators, Fig. 1 shows a schematic representation of an example of execution of the generator,
Fig. 2 ein Schaubild, in dem die Ausgangswirkleistung des HF-Generators über die Lastimpedanz R aufgetragen ist, Fig. 2 is a graph in which the effective output power of the HF generator is applied across the load impedance R,
Fig. 3 Schaubilder, in denen die Ausgangsspannung des HF- Generators über die Zeit für verschiedene Puldsdauer werte dargestellt ist, und Fig. 3 diagrams in which the output voltage of the RF generator is shown over time for different pulse duration values, and
Fig. 4 ein Flußdiagramm des Regelkreises des Hochfrequenzgenerators und eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens. Fig. 4 is a flowchart of the control loop of the high frequency generator and an embodiment of the method.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel des Hochfrequenzgenerator, das einen HF-Generator 1 und zwei Detektoreinrichtungen 2, 3 zum Messen der Ausgangsspannungssig nale und der Ausgangsstromstärkensignale des HF-Generators 1 umfaßt. Hierfür sind die als Sensoren ausgebildeten Detektor einrichtungen 2, 3 in Form eines Spannungssensors parallel zu dem HF-Generator 1 und in Form eines Stromstärkensensors 3 in Reihe zu dem HF-Generator 1 und einer Lastimpedanz 9 geschaltet. Fig. 1 shows schematically an embodiment of the high-frequency generator, which comprises an RF generator 1 and two detector devices 2 , 3 for measuring the output voltage signals and the output current signals of the RF generator 1 . For this purpose, the detector devices 2 , 3 in the form of a voltage sensor are connected in parallel with the HF generator 1 and in the form of a current sensor 3 in series with the HF generator 1 and a load impedance 9 .
Die Sensoren 2 und 3 sind jeweils mit einer Signalauswerteein richtung 4 verbunden, die dazu dient, die Spitzen- und Effek tivwerte der Ausgangsspannungssignale sowie die Effektivwerte der Ausgangsstromstärkensignale zu ermitteln. Nach der erfolg ten Ermittlung wird durch die Signalauswerteeinrichtung der Mittelwert der Ausgangswirkleistungssignale des HF-Generators durch Multiplikation der Spannungs- und Stromstärkeneffektiv werte miteinander und mit einem zusätzlich ermittelten Phasen winkel zwischen der Ausgangsspannung und der Ausgangsstrom stärke berechnet.The sensors 2 and 3 are each connected to a signal evaluation device 4 , which serves to determine the peak and effective values of the output voltage signals and the effective values of the output current signals. After the determination has been made, the signal evaluation device calculates the mean value of the output active power signals of the HF generator by multiplying the voltage and current effective values with one another and with an additionally determined phase angle between the output voltage and the output current.
Anschließend wird der so berechnete Mittelwert in einer Ver gleichseinrichtung S mit einem zuvor definierten maximalen Mittelwert der Ausgangswirkleistungssignale des HF-Generators verglichen und festgestellt, ob der berechnete Mittelwert größer oder kleiner als der maximale Mittelwert ist. The mean value calculated in this way is then compared in a ver equalizer S with a previously defined maximum Average value of the output active power signals of the HF generator compared and determined whether the calculated mean is greater or less than the maximum mean.
Die Modulationseinrichtung 7 moduliert darauf hin mit ihrem pulsförmigen Modulationssignal die Ausgangsspannungssignale des HF-Generators 1.The modulation device 7 then modulates the output voltage signals of the HF generator 1 with its pulse-shaped modulation signal.
Sofern der berechnete Mittelwert gleich oder größer als der ma ximale Mittelwert ist, wird eine Steuereinrichtung 6 aktiviert, welche die Modulationseinrichtung (7) zum Modulieren der Aus gangsspannungssignale mit einem pulsförmigen Modulationssignal steuert. Die Steuerung ist derart, daß die Pulsdauer des puls förmigen Modulationssignales erniedrigt wird, um so eine gewis se "Ausdünnung" des Ausgangsspannungssignales zu erhalten. Hierbei wird die Pulsdauer in dem Ausmaß erniedrigt, welches für ein Konstanthalten des Spitzenwertes der Ausgangsspan nungssignale notwendig ist.If the calculated mean value is equal to or greater than the maximum mean value, a control device 6 is activated, which controls the modulation device ( 7 ) for modulating the output voltage signals with a pulse-shaped modulation signal. The control is such that the pulse duration of the pulse-shaped modulation signal is reduced, so as to obtain a certain "thinning" of the output voltage signal. Here, the pulse duration is reduced to the extent that is necessary for keeping the peak value of the output voltage signals constant.
Gleichzeitig steuert die Steuereinrichtung 6 ein Leistungs netzteil 8, welches den HF-Generator 1 mit einer Leistung versorgt. Somit kann zudem eine Veränderung der Eingangslei stungssignale des HF-Generators bewirkt werden, um so bei spielsweise eine Kompensation des Generatorinnenwiderstandes zu bewirken.At the same time, the control device 6 controls a power supply unit 8 , which supplies the HF generator 1 with power. Thus, a change in the input signal signals of the HF generator can also be effected in order to compensate for the generator internal resistance, for example.
In Fig. 2 wird der Verlauf der Ausgangswirkleistung 15 abhängig von einer Lastimpedanz gezeigt. Aus diesem Schaubild ist er kennbar, daß oberhalb einer kritischen Lastimpedanz Rkrit der HF-Generator nicht an seine Leistungsgrenze stößt und somit der Spitzenwert die Ausgangsspannungssignale des HF-Generators konstant gehalten werden kann. Dies trifft ebenso für den Zustand zu, daß die Lastimpedanz R sich genau auf den Wert der kritischen Impedanz Rkrit befindet.In FIG. 2, the course of the effective output power 15 is shown depending on a load impedance. It can be seen from this diagram that the HF generator does not reach its performance limit above a critical load impedance Rcrit, and thus the peak value of the output voltage signals of the HF generator can be kept constant. This also applies to the state that the load impedance R is exactly at the value of the critical impedance Rkrit.
Sobald jedoch die Lastimpedanz R einen kleineren Wert als denjenigen der kritischen Lastimpedanz Rkrit annimmt, stößt der HF-Generator an die Grenze seiner maximal abgebbaren Leistung 16. Deshalb wird erfindungsgemäß die Ausgangswirkleistung des HF-Generators auf einem maximal zulässigen Wert 16 konstant gehalten, indem das Verhältnis von Spitzen- zu Effektivewerten der Ausgangsspannungssignale des HF-Generators (der sogenannte Crestfaktor) mit kleiner werdenden Lastimpedanz zusehends verändert wird.However, as soon as the load impedance R assumes a value smaller than that of the critical load impedance R crit , the HF generator reaches the limit of its maximum output 16 . Therefore, according to the invention, the output active power of the HF generator is kept constant at a maximum permissible value 16 by the ratio of peak to effective values of the output voltage signals of the HF generator (the so-called crest factor) being changed with decreasing load impedance.
In Fig. 3 wird nun das variabel gestaltete Verhältnis von Spitzen- zu Effektivwerten der Ausgangsspannungssignale in Form von drei Schaubildern näher erläutert. Die drei Schaubilder A, B, C unterscheiden sich dadurch voneinander, daß im Schaubild A der Verlauf eines kontinuierlich schwingenden Ausgangsspan nungssignales und in den Schaubildern B und C der Verlauf eines gepulst schwingenden Ausgangsspannungssignales mit unterschied lichen Pulsdauern dargestellt wird.In Fig. 3, the variably designed ratio between peak and rms values of the output voltage signals in the form of three diagrams will now be explained in more detail. The three graphs A, B, C differ from one another in that graph A shows the course of a continuously oscillating output voltage signal and graphs B and C show the course of a pulsating oscillating output voltage signal with different pulse durations.
Das in dem Schaubild A dargestellte bei einer Lastimpedanz oberhalb Rkrit kontinuierlich schwingende Ausgangsspannungs signal 13 besteht aus einem Spitzenwert 11 und einem Effektiv wert 12. Wird nun eine Modulation dieses kontinuierlich schwin genden Signals bei Lastwiderständen unterhalb Rkrit durchge führt, so senkt sich der Effektivwert 12 der Ausgangsspannungs signale, während der Spitzenwert 11 der Ausgangsspannungs signale gleich groß bleibt, wie es beispielsweise in der Dar stellung B gezeigt wird. Das pulsförmige Modulationssignal 14 wird in der Darstellung B mit einer Pulsdauer 14a gezeigt, die für eine Lastimpedanz zutrifft, die sich nur wenig unterhalb des Rkrit befindet.The output voltage signal 13 continuously oscillating at a load impedance above R crit shown in the diagram A consists of a peak value 11 and an effective value 12 . Now, a modulation of this continuous oscillations constricting signal crit at load resistances below R Runaway leads, then the effective value 12 of the output voltage lowers signals, while the peak value 11 of the output voltage signals remains the same as it is for example in the Dar position B shown. The pulse-shaped modulation signal 14 is shown in the representation B with a pulse duration 14 a, which applies to a load impedance that is only a little below the R crit .
In der Darstellung C weist das pulsförmige Modulationssignal eine Pulsdauer (14a) auf, die für eine noch weiter verringerte Lastimpedanz R zutrifft. Der Effektivwert 12 der Ausgangsspan nungssignale hat sich nochmals gesenkt, während der Spitzenwert 11 innerhalb eines Pulsdauerblockes konstant bleibt. Durch ein solches Absenken des Effektivwertes und ein Konstanthalten des Spitzenwertes ist es aufgrund des Crestfaktors möglich, daß die Ausgangswirkleistung einen zulässigen Mittelwert nicht überschreitet.In the representation C, the pulse-shaped modulation signal has a pulse duration ( 14 a), which applies to an even further reduced load impedance R. The RMS value 12 of the output voltage signals has dropped again, while the peak value 11 remains constant within a pulse duration block. By lowering the effective value in this way and keeping the peak value constant, it is possible due to the crest factor that the active output power does not exceed a permissible mean value.
Die Darstellungen A, B und C zeigen den Verlauf der Ausgangs spannung 10 über einen Zeitraum von 200 ms, woraus hervorgeht, daß die Pulsdauerzeiten vorzugsweise in einem Bereich von 3 µs (bei 330 kHz) bis 200 ms liegen.The representations A, B and C show the course of the output voltage 10 over a period of 200 ms, from which it follows that the pulse duration times are preferably in a range from 3 microseconds (at 330 kHz) to 200 ms.
Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm, welches den Regelkreisablauf des Hochfrequenzgenerators und des Verfahrens wiedergibt. FIG. 4 shows a flowchart which shows the control loop sequence of the high-frequency generator and the method.
Vor Eintritt in den eigentlichen Regelkreisablauf (Regelschlei fe) wird durch eine Initialisierungseinrichtung der Parameter des gewünschten Spitzenwertes Upset der Ausgangsspannung für den gewünschten Regeleffekt des Generators auf einen Sollwert Upsoll initialisiert.Before entering the actual control cycle (control loop through an initialization device of the parameters of the desired peak value Upset of the output voltage for the desired control effect of the generator on a setpoint Upsoll initialized.
Ebenso wird die maximal zulässige Pulsdauer PDmax als Sollwert PDist initialisiert. Falls der Benutzer keine pulsförmige Modu lation des Ausgangsspannungssignales wünscht, sondern ein kon tinuierlich, nicht moduliertes Ausgangsspannungssignal an strebt, so kann PDmax auf die Periodendauer der Modulations frequenz gesetzt werden.The maximum permissible pulse duration PDmax is also used as the setpoint PD is initialized. If the user does not have a pulse-shaped module lation of the output voltage signal, but a con continuous, non-modulated output voltage signal tends to PDmax to the period of the modulation frequency can be set.
Nach Beginn der eigentlichen Regelschleife kann diese bei spielsweise durch Loslassen eines Fingerschalters deaktiviert werden. Sofern eine derartige Deaktivierung nicht stattfindet, wird mittels der Detektoreinrichtungen 2, 3 und der Signal auswerteeinrichtung 4 der Spitzenwert Up und der Effektivwert Ueff der Ausgangsspannungssignale sowie der Effektivwert Ieff der Ausgangsstromstärkensignale und der Phasenwinkel PHI zwi schen der Ausgangsspannung und der Ausgangsstromstärke gemessen und ermittelt. After the actual control loop begins, it can be deactivated by releasing a finger switch, for example. If such deactivation does not take place, the peak value U p and the effective value Ueff of the output voltage signals and the effective value Ieff of the output current strength signals and the phase angle PHI between the output voltage and the output current are measured and ascertained by means of the detector devices 2 , 3 and the signal evaluation device 4 .
Anschließend wird der Spitzenwert Up der Ausgangsspannungssig nale auf den Sollwert Upsoll der Ausgangsspannungssignale ge regelt. In einem weiteren Schritt werden daraufhin der Mittel wert Pavg der Ausgangswirkleistung des HF-Generators über mindestens eine Periodendauer des Modulationssignales durch Multiplizieren der Effektivwerte der Ausgangsspannungssignale und der Ausgangsstromstärkensignale sowie des Phasenwinkels PHI ermittelt und in einem weiteren Schritt dieser berechnete Mittelwert Pavg mit einem vorher definierten maximalen Mittelwert Pmax verglichen.Then the peak value Up becomes the output voltage sig signals to the setpoint Upsoll of the output voltage signals regulates. In a further step, the means worth Pavg of the output active power of the HF generator at least one period of the modulation signal Multiply the RMS values of the output voltage signals and the output current signals and the phase angle PHI determined and in a further step this calculated Average Pavg with a previously defined maximum Average Pmax compared.
Sofern der maximale Mittelwert Pmax durch den berechneten Mittelwert Pavg überschritten wird, erfolgt eine inkrementale Erniedrigung der momentan vorhandenen Pulsdauer PDist oder ein erstmaliges Einsetzen eines pulsförmigen Modulationssignales mit einer solchen Pulsdauer. Hierbei darf die erniedrigte Pulsdauer einen zulässigen minimalen Wert PDmin für die Puls dauer nicht unterschreiten. Wenn diese unterschritten wird, so wird statt der Erniedrigung der Pulsdauer eine Erniedrigung des Sollwertes Upsoll der Ausgangsspannungssignale durchgeführt, um anschließend die Regelschleife erneut zu durchlaufen.If the maximum mean Pmax by the calculated Average Pavg is exceeded, there is an incremental Decrease of the currently available pulse duration PDist or on first use of a pulse-shaped modulation signal with such a pulse duration. Here, the degraded Pulse duration a permissible minimum value PDmin for the pulse do not fall below If this falls below, so instead of lowering the pulse duration, the Setpoint Upsoll of the output voltage signals to then go through the control loop again.
Wenn der berechnete Mittelwert Pavg nicht größer als der maximale Mittelwert Pmax der Ausgangswirkleistung ist, wird der Sollwert Upsol der Ausgangsspannungssignale inkrementell er höht, sofern dieser kleiner als der voreingestellte Wert Upset der Ausgangsspannungssignale ist. Wenn Upsoll größer als Upset ist, so wird stattdessen die Pulsdauer PDist erhöht, sofern diese kleiner als die maximal zulässige Pulsdauer PDmax ist.If the calculated mean Pavg is not greater than that is the maximum mean value Pmax of the output active power Setpoint upsol of the output voltage signals incrementally increases if this is smaller than the preset value Upset of the output voltage signals. If Upsoll is bigger than Upset , the pulse duration PDist is increased instead, if this is smaller than the maximum permissible pulse duration PDmax.
Unabhängig davon, ob der Sollwert Upsoll der Ausgangsspannungs signale erhöht oder erniedrigt wird, oder die Pulsdauer PDist erhöht oder erniedrigt wird, wird die Regelschleife so lange durchlaufen, bis der gewünschte Effekt des Begrenzens der Aus gangswirkleistung des HF-Generators auf einen maximal zulässi gen Wert bei gleichbleibendem Spitzenwert der Ausgangsspan nungssignale erreicht worden ist.Regardless of whether the setpoint Upsoll the output voltage signals is increased or decreased, or the pulse duration PDist is increased or decreased, the control loop is so long cycle through until the desired effect of limiting the off active power output of the HF generator to a maximum permissible value with constant peak value of the output chip voltage signals has been reached.
Die Modulation des Ausgangsspannungssignals mittels eines pulsförmigen Modulationssignals kann alternativ dazu, daß sie beim Erreichen des maximalen Mittelwerts der Ausgangswirkleistungssignale einsetzt, auch durch Erreichen eines bestimmten Wertes der Lastimpedanz initiiert bzw. verändert werden. Hierzu wird der Wert der Lastimpedanz laufend gemessen und ausgewertet.The modulation of the output voltage signal by means of a alternatively, pulse-shaped modulation signal that they when reaching the maximum mean of Output active power signals used, also by reaching a certain value of the load impedance is initiated or to be changed. For this, the value of the load impedance becomes continuous measured and evaluated.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Begrenzung der Ausgangs wirkleistung eines HF-Generators und der Hochfrequenzgenerator zur Durchführung des Verfahrens sind insbesondere für die An wendung auf ein Gerät zum chirurgischen Schneiden und Koagulie ren von menschlichem oder tierischen Gewebe geeignet. Jedoch ist auch jede alternative Anwendung denkbar, wie es für HF- Geräte in anderen Bereichen der Medizin oder verwandtem Bereiche möglich wäre.The inventive method for limiting the output real power of an HF generator and the high frequency generator to carry out the procedure are especially for the An applied to a device for surgical cutting and coagulation suitable for human or animal tissue. however any alternative application is also conceivable, as is the case for HF Devices in other areas of medicine or related Areas would be possible.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben be schriebenen Teile für sich alleine gesehen und in jeder Kombi nation, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellten De tails als erfindungswesentlich beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.At this point it should be noted that all of the above be Written parts seen alone and in every station wagon nation, especially the De shown in the drawings tails are claimed as essential to the invention. amendments the skilled worker is familiar with this.
11
HF-Generator
RF generator
22
Spannungs-Detektoreinrichtung
Voltage detector device
33
Stromstärke-Detektoreinrichtung
Current detecting means
44
Signalauswerteeinrichtung
signal evaluation
55
Vergleichseinrichtung
comparator
66
Steuereinrichtung
control device
77
Modulationseinrichtung
modulation means
88th
Leistungsnetzteil
Power Supply Unit
99
Lastimpedanz
load impedance
1010
Ausgangsspannung
output voltage
1111
Spitzenwert der Ausgangsspannungssignale
Peak value of the output voltage signals
1212
Effektivwert der Ausgangsspannungssignale
RMS value of the output voltage signals
1313
Ausgangsspannungssignale
Output voltage signals
1414
pulsförmiges Modulationssignale
pulse-shaped modulation signals
1414
a Pulsdauer des pulsförmigen Modulationssignals
a Pulse duration of the pulse-shaped modulation signal
1515
Ausgangswirkleistungssignal
Effective output power signal
1616
Maximaler Mittelwert der Ausgangswirkleistungssignale
Up Spitzenwert der Ausgangsspannungssignale
Ueff Effektivwert der Ausgangsspannungssignale
Upsoll Sollwert des Spitzenwertes der Ausgangsspannungs
signale
Upset Vordefinierter Spitzenwert der Ausgangsspannungs
signale
Jeff Effektivwert der Ausgangsstromstärkensignale
PHI Phasenwinkel zwischen Spannungs- und
Stromstärkensignale
Pavg berechneter Mittelwert der
Ausgangwirkleistungssignale
Pmax Maximaler Mittelwert der Ausgangswirkleistungssignale
PDist Pulsdauer des Modulationssignals
PDmax Maximal zulässige Pulsdauer
PDmin Minimal zulässige Pulsdauer
Maximum mean value of the output active power signals
Up peak value of the output voltage signals
Ueff RMS value of the output voltage signals
Upsoll setpoint of the peak value of the output voltage signals
Upset Predefined peak value of the output voltage signals
Jeff RMS value of the output current signals
PHI phase angle between voltage and current signals
Pavg calculated mean value of the output active power signals
Pmax Maximum mean value of the output active power signals
PDist pulse duration of the modulation signal
PDmax Maximum permissible pulse duration
PDmin Minimum permissible pulse duration
Claims (19)
mindestens zwei Detektoreinrichtungen (2, 3) zum Detektieren von Ausgangsspannungssignalen (13) und Ausgangsstromstärkensignalen des HF-Generators (1),
eine Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln des Mittelwertes (Pavg) von Ausgangswirkleistungssignalen (15) des HF-Generators (1),
eine Vergleichseinrichtung (5) zum Vergleichen des ermittelten Mittelwertes (Pavg) der Ausgangswirkleistungssignale (15) mit einem definierten maximalen Mittelwert (16, Pmax) der Ausgangswirkleistungssignale des HF-Generators (1),
eine Modulationseinrichtung (7) zum Modulieren der Ausgangsspannungssignale (13) mit einem pulsförmigen Modulationssignal (14),
wobei eine Steuereinrichtung (6) zum Steuern der Modulationseinrichtung (7) die Pulsdauer (14a, PDist) des pulsförmigen Modulationssignales (14) und/oder die Pausendauer zwischen den pulsförmigen Modulationssignalen (14) verändert, um den Spitzenwert (11) (Up) der Ausgangsspannungssignale (13) oder der Intensität eines zwischen einer mit dem HF-Generator verbundenen Elektrode und dem Gewebe auftretenden Lichtbogens konstant zu halten, wenn der ermittelte Mittelwert (Pavg) der Ausgangswirkleistungssignale (15) gleich oder größer dem maximalen Mittelwert (16, Pmax) der Ausgangswirkleistungssignale ist.1. High-frequency HF generator ( 1 ) with limitation of the output active power, in particular for devices for the surgical cutting and coagulation of human or animal tissue, comprising
at least two detector devices ( 2 , 3 ) for detecting output voltage signals ( 13 ) and output current strength signals of the HF generator ( 1 ),
a determining device for determining the mean value (Pavg) of output active power signals ( 15 ) of the HF generator ( 1 ),
a comparison device ( 5 ) for comparing the determined mean value (Pavg) of the output active power signals ( 15 ) with a defined maximum mean value ( 16 , Pmax) of the output active power signals of the HF generator ( 1 ),
a modulation device ( 7 ) for modulating the output voltage signals ( 13 ) with a pulse-shaped modulation signal ( 14 ),
A control device ( 6 ) for controlling the modulation device ( 7 ) changes the pulse duration ( 14 a, PDist) of the pulse-shaped modulation signal ( 14 ) and / or the pause duration between the pulse-shaped modulation signals ( 14 ) by the peak value ( 11 ) (Up) to keep the output voltage signals ( 13 ) or the intensity of an arc between an electrode connected to the HF generator and the tissue constant when the determined mean value (Pavg) of the output active power signals ( 15 ) is equal to or greater than the maximum mean value ( 16 , Pmax) of the output active power signals.
- - Detektieren von Ausgangsspannungssignalen (13) und Ausgangsstromstärkensignalen des HF-Generators (1) mittels mindestens zweier Detektoreinrichtungen (2, 3),
- - Ermitteln des Mittelwertes (Pavg) von Ausgangswirkleistungssignalen (15) des HF-Generators (1) mittels einer Ermittlungseinrichtung,
- - Vergleichen des ermittelten Mittelwertes (Pavg) der Ausgangswirkleistungssignale (15) mit einem definierten maximalen Mittelwert (16, Pmax) der Ausgangswirkleistungssignale (15) des HF-Generators (1) mittels einer Vergleichseinrichtung (5),
- - Modulieren der Ausgangsspannungssignale (13) mit einem pulsförmigen Modulationssignal (14) mittels einer Modulationseinrichtung (7) und
- - Steuern der Modulationseinrichtung (7) mittels einer Steuereinrichtung (6) derart, daß die Pulsdauer (14a; Pdist) des pulsförmigen Modulationssignals (14) und/oder die Pausendauer zwischen den pulsförmigen Modulationssignalen (14) verändert wird, um so den Spitzenwert (11, Up) der Ausgangsspannungssignale (13) oder der Intensität eines zwischen einer Elektrode des HF-Generators und dem Gewebe auftretenden Lichtbogens konstant zu halten, wenn der ermittelte Mittelwert (Pavg) der Ausgangswirkleistungssignale (15) gleich oder größer dem maximalen Mittelwert (16, Pmax) der Ausgangswirkleistungssignale ist.
- - Detection of output voltage signals ( 13 ) and output current strength signals of the HF generator ( 1 ) by means of at least two detector devices ( 2 , 3 ),
- - Determining the mean value (Pavg) of output active power signals ( 15 ) of the HF generator ( 1 ) by means of a determination device,
- - Comparing the determined mean value (Pavg) of the output active power signals ( 15 ) with a defined maximum mean value ( 16 , Pmax) of the output active power signals ( 15 ) of the HF generator ( 1 ) by means of a comparison device ( 5 ),
- - Modulating the output voltage signals ( 13 ) with a pulse-shaped modulation signal ( 14 ) by means of a modulation device ( 7 ) and
- - Controlling the modulation device ( 7 ) by means of a control device ( 6 ) such that the pulse duration ( 14 a; Pdist) of the pulse-shaped modulation signal ( 14 ) and / or the pause duration between the pulse-shaped modulation signals ( 14 ) is changed in order to 11 , Up) of the output voltage signals ( 13 ) or the intensity of an arc occurring between an electrode of the HF generator and the tissue, if the determined mean value (Pavg) of the output active power signals ( 15 ) is equal to or greater than the maximum mean value ( 16 , Pmax) of the output active power signals.
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