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Die
Erfindung betrifft ein Hochfrequenzchirurgie-Gerät, bei dem zum Schneiden und/oder
Koagulieren von biologischem Gewebe mit Hochfrequenzstrom ein Hochfrequenz-Generator
mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode unter Entstehung
eines Lichtbogens einen Hochfrequenz-Stromkreis über das zu behandelnde Gewebe bildet,
mit einer Messeinrichtung zur Erfassung von bei der Entstehung des
Lichtbogens im Hochfrequenz-Stromkreis entstehenden Gleichspannungsanteilen,
die zur Regelung des Hochfrequenz-Generators über eine Regeleinrichtung nutzbar
sind.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines Hochfrequenzchirurgie-Geräts, bei
dem zum Schneiden und/oder Koagulieren von biologischem Gewebe mit
Hochfrequenzstrom ein Hochfrequenz-Generator mit einer ersten Elektrode und
einer zweiten Elektrode unter Entstehung eines Lichtbogens einen
Hochfrequenz-Stromkreis über das
zu behandelnde Gewebe bildet, und bei dem bei der Entstehung des
Lichtbogens im Hochfrequenz-Stromkreis entstehende Gleichspannungsanteile
zur Regelung des Hochfrequenz-Generators
genutzt werden.
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Der
Funktionsweise elektrochirurgischer Instrumente zum Schneiden oder
Koagulieren von biologischem (z. B. menschlichem oder tierischem)
Gewebe beruht – abgesehen
von einigen spezifischen Koagulationseffekten (z. B. Softkoagulation,
Desikkation) – auf
der Ausnutzung photothermischer und elektrischer Eigenschaften alternierender
Lichtbögen,
die zwischen einer ersten Elektrode und dem von einer zweiten Elektrode
kontaktierten Biogewebe im Takt der von dem HF-Generator erzeugten
Wechselspannungshalbwellen zünden
und verlöschen.
Zu Beginn der Anwendung wird durch direkten Kontakt der ersten Elektrode
des Instruments das wasserhaltige Biogewebe der Kontaktzone rasch
erwärmt
und verdampft. Die etwa 8 bis 10 nm dicken Zellmembranen zerplatzen
dabei lawinenartig durch den Wasserdampfdruck an der Inzisionsstelle.
Der Wasserdampf bildet eine dünne
hochohmige und dielektrische Zwischenschicht zwischen Elektrode
und Biogewebe. Bei ausreichend hoher Spannung erfolgt ein elektrischer
Durchschlag mit Funken- bzw. Lichtbogenbildung. Dabei werden die
durch Verbrennung gebildeten Wasserdampf-Pyrolysegas-Gemische ionisiert und
Wasserdampfmoleküle
thermisch dissoziiert. Die Ionisations- und Lichtbogendynamik führt hierbei
zu einer spezifischen Ausprägung
von Oberwellen und Potentialverschiebungen (Faradisation) im elektrischen
Stromkreis, die zur Regelung des HF-Generators genutzt werden können.
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Man
unterscheidet den sogenannten monopolaren Betrieb von dem sogenannten
bipolaren (oder allgemeiner multipolaren) Betrieb. Beim monopolaren
Betrieb weist die erste Elektrode, die dabei üblicher Weise als Aktiv-Elektrode
bezeichnet und vom Operateur gehandhabt wird, eine relativ kleine Fläche auf,
während
die zweite Elektrode, die dabei üblicher
Weise als Neutralelektrode bezeichnet wird, großflächig am Patienten angebracht
ist. Beim multipolaren Betrieb sind hingegen mehrere Elektroden vergleichbarer
Fläche
vorgesehen, wie etwa bei bipolaren Scheren oder Koagulationszangen.
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Die
oben erläuterten
lichtbogeninduzierten Wirkmechanismen in Verbindung mit zur Gewebeverdampfung
ausreichenden HF-Leistungen
charakterisieren nicht nur den Prozess des chirurgischen Trennens
(Elektrotomie) in monopolarer oder bipolarer Anwendungstechnik sondern
sind auch Wesensmerkmale bei der Blutstillung (Elektrokoagulation), insbesondere
bei der berührungsfreien
monopolaren Sprühkoagulation
sowie bei der unter Argon-Schutzgas betriebenen berührungsfreien
Plasma-Koagulation (Argon-Beamer).
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Ein
bei allen Betriebsarten auftretendes Problem ist die Ausbildung
eines Lichtbogens zwischen zwei entgegengesetzt gepolten Metallen.
So kann es vorkommen, dass der Operateur versehentlich einen Kurzschluss
zwischen der ersten Elektrode und einem weiteren verwendeten Instrument
oder einem metallischen Implantat verursacht. Durch die dabei entstehende
Lichtbogenausbildung zwischen dem Metall der Elektrode und dem Metall
des weiteren Instruments oder Implantats kann ein sogenannter Metallbrand
verursacht werden der Elektrode, Instrument und/oder Implantat schädigen kann.
Außerdem kann
sich, insbesondere bei endoskopischen Anwendungen, verdampftes Metall
auf optischen Elementen niederschlagen und diese dadurch mit der
Zeit „blind" machen.
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Aus
der
DE 25 04 280 C3 ist
eine HF-Generatorregelung bekannt, die Oberwellen im Stromverlauf
(Harmonische der Betriebsfrequenz des HF-Oszillators), die beim
Zünden
und Brennen des Lichtbogens entstehen, als Maß der Größe, bzw. der Stärke des
Lichtbogens zu verwenden.
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EP 0 709 065 offenbart eine
Elektrochirurgievorrichtung, bei der Spannungsspitzen, die durch
die Lichtbogenbildung entstehen, in der positiven und der negativen
Halbwelle separat gezählt
werden. Dies wird auf zwei alternativen Wegen erreicht. Bei einer
ersten Ausführungsform
werden einerseits die die Spitzenamplituden der HF-Spannung mit
einem Schwellenwert und andererseits die Spitzenamplituden der invertierten
HF-Spannung mit demselben Schwellenwert verglichen. Die beiden separaten
Vergleiche führen
zu separaten Zählwerten
der Spannungsspitzen in der positiven bzw. der negativen Halbwelle.
Bei einer zweiten Ausführungsform
wird die HF-Spannung mittels eines Hochpassfilters, der auf eine
Grenzfrequenz oberhalb der Frequenz der HF-Spannung eingestellt
ist, gefiltert, um nur den besonders hochfrequenten Anteilen der
Spannung, d. h. den zu zählenden
steilen Spannungsspitzen, ein Passieren zu gestatten.
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Eine
alternative und weniger aufwendige HF-Generatorregelung ist aus
der
DE 39 11 416 A1 bzw.
deren korrespondierender
EP-Anmeldung EP 0 391
233 A2 bekannt. Bei dem dort beschriebenen Hochfrequenzchirurgie-Gerät, das für den monopolaren
Betrieb ausgelegt ist, beruht die HF-Generatorregelung auf der Erfassung
von Gleichspannungsanteilen im Hochfrequenz-Kreis, die durch unsymmetrische
Entladungseffekte bei der Entstehung des Lichtbogens zwischen der
Aktiv-Elektrode und dem Gewebe im HF-Kreis anfallen. Das bekannte
Hochfrequenzchirurgie-Gerät weist
eine als eine Entladungserkennungs-Schaltung ausgebildete Gleichspannungs-Messeinrichtung
auf, die an die elektrischen Verbindungen des HF-Generators zur
Aktiv-Elektrode
(Instrument) und zur Neutral-Elektrode, die den HF-Kreis schließt, angeschlossen
ist. Die Messeinrichtung besteht im Wesentlichen aus einer Stromkompensations-Drossel,
auf deren Ausgangsseite eine durch die Größe des Lichtbogens bestimmte Gleichspannung
abgreifbar ist, die dann zur Regelung der Ausgangsleistung des HF-Generators
verwendet wird.
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Nachteilig
bei dieser bekannten, gattungsbildenden Lichtbogenregelung wirkt
sich aus, dass sie bei Abweichungen vom Normalbetrieb, insbesondere bei
Ausbildung von Lichtbögen
von Metall zu Metall versagt, wodurch es in der Folge zu unerwünscht hohen
Leistungsbeaufschlagungen von Gewebe, bzw. Elektroden der Instrumente
und damit verbundenen schädlichen
Auswirkungen auf den Patienten (Nekrosen), bzw. Metallbrand an Implantaten
und Instrumenten kommen kann.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Betriebssicherheit
der bekannten Hochfrequenzchirurgie-Geräte mit einer Lichtbogenregelung durch
Gleichspannungsmessung zu verbessern und insbesondere eine Erkennung
von unerwünschten Lichtbögen zwischen
Metallen zu ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff von Anspruch 1 dadurch
gelöst,
dass die Messeinrichtung einen Lichtbogen-Entkopplungs-Schaltkreis
aufweist, der die Gleichspannungsanteile im positiven Halbwellenverlauf
der Hochfrequenz-Wechselspannung von den Gleichspannungsanteilen
im negativen Halbwellenverlauf der Hochfrequenz-Wechselspannung trennt und wenigstens
einen der getrennten Gleichspannungsanteile als Signal einer nachfolgenden
Verarbeitung in der Regeleinrichtung zur Verfügung stellt.
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Diese
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Elektronenaustrittsarbeiten
von Metallen ähnlich
sind, wohingegen die Elektronenaustrittsarbeit von biologischem
Gewebe wesentlich höher
ist. Das bedeutet, dass zur Ausbildung eines Lichtbogens von der
ersten Elektrode zum Gewebe eine sehr viel niedrigere Spannung erforderlich
ist als in umgekehrter Richtung. Der Lichtbogen, der jeweils bei Überschreiten
einer von der Elektronenaustrittsarbeit abhängigen Schwellenspannung zündet, kann daher
in der einen (positiven) Halbwelle der HF-Spannung schon wesentlich
früher
auftreten als in der anderen (negativen) Halbwelle. Beim Normalbetrieb,
bei dem der Lichtbogen zwischen erster Elektrode und Gewebe brennt,
und bei dem die HF-Spannung auf das zur Behandlung erforderliche Minimum
reduziert ist, ist der Lichtbogen daher im Wesentlichen unipolar,
d. h. der Funken springt nur in der einen (positiven) Halbwelle
und immer von der ersten Elektrode zum Gewebe hin über.
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Eine
Analyse des Spannungsverlaufs im HF-Kreis hat gezeigt, dass man
bei einem unipolaren Lichtbogen von der ersten Elektrode zum Gewebe,
in der einen (positiven) Halbwelle der Wechselspannung einen ersten
Gleichspannungsanteil beobachtet, während in der anderen (negativen)
Halbwelle ein signifikant abweichender, zweiter Gleichspannungsanteil
festgestellt wird. 4 zeigt eine Strom-Spannungs-Hysteresekurve beim
Lichtbogenschneiden von biologischem Gewebe.
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Bei
der Annäherung
einer Elektrode an Metall, ändert
sich das Verhältnis
der Gleichspannungsanteile, bzw. überwiegen negative Gleichspannungsanteile
(5 zeigt eine Strom-Spannungs-Hysteresekurve bei Ausbildung
eines Lichtbogens zwischen einer Metallelektrode und einem auf biologischem Gewebe
aufliegenden Metall). Dies liegt daran, dass die Elektronenaustrittsarbeiten
von Metallen ähnlich sind,
sodass die Ausbildung eines Lichtbogens von Metall zu Metall in
beiden Halbwelle der HF-Spannung auftreten kann. Die Lichtbogenrichtung
ist daher stochastisch verteilt. Der Lichtbogen ist nicht mehr unipolar
positiv und die Asymmetrie des unipolaren Betriebs wird im Wesentlichen
aufgehoben bzw. stark verschoben.
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Der
erfindungsgemäße Lichtbogen-Entkopplungs-Schaltkreis
separiert nun die Gleichspannungsanteile der positiven und negativen
Halbwellen. Dies kann, wie bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen, dadurch erfolgen, dass die Gleichspannungsanteile
beider Halbwellen, d. h. sowohl der positiven als auch der negativen
Halbwelle, separat ermittelt und entsprechende Signale zur Verfügung gestellt
werden. Es ist allerdings grundsätzlich
auch möglich,
die Halbwellen (und damit implizit den in ihnen enthaltenen Gleichspannungsanteil)
zu separieren und nur den Gleichspannungsanteil einer, insbesondere
der negativen, zu ermitteln und ein entsprechendes Signal zur Verfügung zu
stellen, falls die nachfolgenden Verarbeitung nur einen der Gleichspannungsanteile
benötigt.
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Das
erfindungsgemäße Hochfrequenzchirurgie-Gerät ermöglicht somit
eine sichere Differenzierung der Lichtbögen zwischen den Paarungen
Biologisches Gewebe/Metall und Metall/Metall. Dadurch werden Fehlfunktionen,
bzw. Fehlanwendungen (Kurzschlüsse
zwischen Elektrode und Instrument, Implantatberührungen, etc.) erkannt, und
es können unmittelbar
Maßnahmen
eingeleitet werden, die Metallbrand und unerwünschte Gewebeschädigungen stoppen,
bzw. verhindern. Dies führt
zu einer verbesserten Betriebsicherheit des Geräts, einer erhöhten Sicherheit
für den
Patienten und einer Verringerung der Kosten bei HF-chirurgischen
Anwendungen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist dem Lichtbogen-Entkopplungs-Schaltkreis eine Messwert-Verarbeitungseinrichtung
nachgeschaltet, vorzugsweise als ein Mikrocontroller ausgebildet,
in der die in dem Lichtbogen-Entkopplungs-Schaltkreis
aus der HF-Spannung gefilterten und nach Gleichspannungsanteilen
aus der positiven Halbwelle der Wechselspannung und Gleichspannungsanteilen
aus der negativen Halbwelle der Wechselspannung getrennten Signale
für eine
vorzugsweise galvanisch getrennte Signalübertragung an die nachfolgende
Regeleinrichtung aufbereitbar sind.
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Die
Messwert-Verarbeitungseinrichtung hat den Vorteil, dass eine vom
Aufbauprinzip herkömmliche
Regeleinrichtung verwendbar ist, die anstelle des bisherigen Gleichspannungssignals
zwei nach ihrem Ursprung gefilterte und galvanisch getrennte Gleichspannungssignale
erhält.
Dadurch können
bisherige lichtbogengeregelte elektrochirurgische Geräte relativ
einfach und kostengünstig
mit der erfindungsgemäßen Lichtbogenentkopplung
erweitert werden.
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Die
Regeleinrichtung weist nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung eine Rechnereinheit mit einem Verarbeitungsalgorithmus und
einem Datenspeicher oder Sollwertgeber auf, in dem mindestens eine
Sollwertvorgabe für
mindestens einen separierten Gleichspannungsanteil oder eine daraus
abgeleitete Größe abgelegt
oder einstellbar ist.
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In
der Regeleinrichtung werden üblicherweise
Effektivwerte von Spannung und Strom des HF-Generators mit Sollwertvorgaben
dieser Effektivwerte verglichen, und eine Sollspannung des HF-Generators
ein- bzw. nachgeregelt. Erfindungsgemäß fließen als Gleichspannungswerte
zur Regelung nun die Anteile aus der negativen und positiven Halbwelle getrennt
ein. Entsprechend können
auch hierfür
spezielle Sollwertvorgaben vorgegeben, bzw. einstellbar sein. Es
können
z. B. Minimum- und Maximum-Grenzwerte
für Gleichspannungsanteile
aus der positiven und/oder negativen Halbwelle vorgegeben sein oder
Grenzwerte für
das Verhältnis
beider, bei deren Überschreitung
Maßnahmen
zur Ansteuerung des HF-Generators eingeleitet werden.
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Eine
Maßnahme
kann gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung die Erzeugung eines Steuerungssignals für die Regelung wenigstens
eines die Leistungsabgabe beeinflussenden Parameters unter Berücksichtigung
der Auswertung der separierten Gleichspannungs-Signale sein. Die
konkrete Regelung kann beispielsweise die Stromstärke oder
die Spannung betreffen oder auch eine Notabschaltung durch Trennung
einer elektrischen Verbindung betreffen. Über ein Steuerungssignal, das
die Auswertung der Gleichspannungsanteile berücksichtigt, ist somit eine
automatische Schutzfunktion in das HF-Gerät integrierbar.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind der Regeleinrichtung Mittel zur Ausgabe eines
Warnsignals zugeordnet. Die Mittel zur Ausgabe des Warnsignals können als ein
Monitor mit einer optischen und/oder akustischen Anzeige ausgebildet
sein. Durch ein optisches Warnsignale, beispielsweise ein Blinksignal
auf einem Display und/oder ein akustisches Warnsignal, beispielsweise
einen spezifischen Warnton, wird dem Operateur anzeigt, dass ein
Metallkontakt, ein Kurzschluss oder eine sonstige Abweichung vom
regulären
Lichtbogen besteht. Darauf kann der Operateur unmittelbar mit einer
Unterbrechung der Anwendung, bzw. mit einer Veränderung der Instrumentenführung reagieren,
um schädliche,
bzw. unerwünschte
Auswirkungen zu vermeiden.
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Die
bekannten Verfahren zum Betrieb eines Hochfrequenzchirurgie-Gerätes haben
die oben beschriebenen Nachteile.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannten
Verfahren so zu verbessern, dass die Gefahr unerwünschter
Auswirkungen auf den Patienten sowie schädigende Einwirkungen auf die
verwendeten chirurgischen Instrumente bei der chirurgischen Anwendung
vermieden oder zumindest verringert werden.
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Diese
Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 8
dadurch gelöst,
dass wenigstens einer der positiven und negativen Halbwellenverläufe der
Hochfrequenz-Wechselspannung des
Hochfrequenz-Stromkreises separat auf ein Auftreten von Gleichspannungsanteilen
hin vermessen wird, und dass im Falle einer Abweichung eines Gleichspannungsanteils
von einer Sollwertvorgabe ein entsprechendes Signal erzeugt wird.
Vorzugsweise werden beide Halbwellenverläufe auf ein Auftreten von Gleichspannungsanteilen
hin vermessen.
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Mit
Hilfe der separaten Vermessung können Patienten
vor unnötigen
gesundheitsschädlichen
Folgen der elektrochirurgischen Behandlung effektiv geschützt werden.
Unter Vermessung wird sowohl die genaue Messung der Spannungswerte
als auch eine bloße Überwachung
der Wechselspannung auf ein Auftauchen von unerwünschten Spannungsanteilen in
der positiven und/oder negativen Halbwelle als Erkennungsmerkmal
zur Erkennung von Implantatberührungen
und Instrumenten-Kurzschlüssen
verstanden. Bei den eingesetzten chirurgischen Instrumenten wird
ein unnötiger
Verschleiß und
die damit verbundenen Kosten, beispielsweise ein häufiger Austausch
der teuren filigranen Elektroden vermieden, was sich kostengünstig und
zeitsparend auswirkt und die Qualität der Instrumente über ein
langen Zeitraum sicherstellt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung wird bei einer Abweichung mindestens eines Gleichspannungsanteils
von der Sollwertvorgabe im Halbwellenverlauf der Hochfrequenz-Wechselspannung,
ein akustisches und/oder optisches Warnsignal ausgegeben. Hierdurch
kann dem Operateur durch ein entsprechendes Signal bei einer Abweichung
von dem regulären
für die
Anwendung optimalen Lichtbogen eine erhöhte Arbeitssicherheit vermittelt
werden, da er unmittelbar auf die Rückmeldungen des Gerätes entsprechend
reagieren kann.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird bei einer Abweichung des Gleichspannungsanteils
in mindestens einem Halbwellenverlauf der Hochfrequenz-Wechselspannung von
der zugehörigen
Sollwertvorgabe ein Steuersignal erzeugt, über das die Hochfrequenz-Wechselspannung zurückgeregelt
oder abgeschaltet wird. Eine solche automatische Regelung mit Hilfe
eines Steuersignals kann die Arbeitssicherheit bei der Elektrochirurgie
noch weiter verbessern.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung und den beigefügten
Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
beispielhaft veranschaulicht sind.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1:
Ein Prinzip-Schaltbild eines Hochfrequenzchirurgie-Gerätes,
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2:
ein Prinzip-Schaltbild einer Lichtbogen-Messseinrichtung und
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3:
ein Funktionsschaltbild eines Lichtbogen-Entkopplungs-Schaltkreises.
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4:
eine Strom-Spannungs-Hysteresekurve beim Lichtbogenschneiden von
biologischem Gewebe.
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5:
eine Strom-Spannungs-Hysteresekurve bei Ausbildung eines Lichtbogens
zwischen Metall und auf biologischem Gewebe aufliegenden Metall.
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Ein
Hochfrequenzchirurgie-Gerät
besteht im Wesentlichen aus einem Hochfrequenz-Generator 1, an
den eine Aktiv-Elektrode 5 und eine Neutral-Elektrode 6 angeschlossen
ist, und einer Lichtbogen-Messeinrichtung 2 zur Regelung
des HF-Generators 1.
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1 zeigt
ein Prinzip-Schaltbild des Hochfrequenzchirurgie-Gerätes mit
dem als ein regelbarer Leistungsoszillator ausgebildeten Hochfrequenz-Generator 1.
Der HF-Generator 1 ist auf der Gleichspannungsseite eines
nicht dargestellten Schaltnetzteils angeschlossen und generiert
eine hochfrequente Wechselspannung von mehreren hundert kHz. An den
HF-Generator 1 ist über
eine erste elektrische Verbindung 16 die Aktiv-Elektrode 5 und über eine zweite
Verbindung 17 die Neutral-Elektrode 6 angeschlossen
und bildet mit diesen einen HF-Stromkreis. Die Aktiv- Elektrode 5 ist
beispielsweise als eine Schneidschlinge ausgebildet, die Neutral-Elektrode 6 ist
vorteilhaft als ein großflächiges Band
ausgebildet, dass beispielsweise am Bein eines Patienten 7 angelegt
ist. An die Verbindungsleitungen 16 und 17 ist
die Lichtbogen-Messeinrichtung 2 zur Erfassung der Lichtbogen-Messwerte
LB+ und LB– und
eine weitere Messeinrichtung 3 zur Erfassung der Stromwerte
I und Spannungswerte U des HF-Generators 1 angeschlossen.
Die Ausgangsseiten der Messeinrichtungen 2 und 3 sind
mit einer Regeleinrichtung 4 verbunden. Der Regeleinrichtung 4 sind über einen
Datenspeicher oder über
einen nicht dargestellten Sollwertgeber (in 1 durch
einen Pfeil 8 angedeutet) Sollwertvorgaben zuführbar.
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Das
Prinzip-Schaltbild der Lichtbogen-Messeinrichtung 2 ist
in 2 dargestellt. Die Messeinrichtung 2 ist über eine
erste Anschlussleitung 18 mit der Verbindungsleitung 16 zur
Aktiv-Elektrode 5 und über
eine zweite Anschlussleitung 19 mit der Verbindungsleitung 17 zur
Neutral-Elektrode 6 mit einem Lichtbogen-Entkopplungs-Schaltkreis 9 verbunden. Zwischen
den Anschlüssen 18 und 19 ist
ein Antifaradisations-Kondensator 13 geschaltet.
Die Messeinrichtung 2 besteht im Wesentlichen aus vier
Funktionsmodulen. Das erste Modul in der Signalkette ist der Lichtbogen-Entkopplungs-Schaltkreis 9 zur
Trennung der positiven und negativen Gleichspannungsanteile LB+
und LB– der
HF-Generatorspannung U. Der Schaltkreis 9 weist zwei Ausgänge für die separierten
Gleichspannungs-Signale LB+, LB– auf,
die jeweils mit einem Signalverstärker 10 verbunden
sind (zweites Modul). An die Signalverstärker 10 ist eine als
ein Mikrocontroller ausgebildete Messwert-Verarbeitungseinrichtung 11 (drittes
Modul) angeschlossen, deren Ausgänge
jeweils in eine galvanische Entkopplungsschaltung 12, beispielsweise
einen Optokoppler (viertes Modul) führen.
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3 zeigt
ein Funktionsschaltbild des Lichtbogen-Entkopplungs-Schaltkreises 9 im
Detail. Die Anschlüsse 18 und 19 führen über je eine
Widerstandsschaltung 20, bzw. 21, einen weiteren,
parallel geschalteten Widerstand 22 und einen parallelen Kondensator 23 zu
einem ersten Lichtbogensensor-Teilkreis 14 des
Schaltkreises 9. Der Anschluss 18, der z. B. beim
monopolaren Betrieb der Aktiv-Elektrode 5 der 1 und 2 entsprechen kann,
ist mit dem Eingang eines nichtinvertierenden Verstärkers 24 verbunden.
Der Verstärker 24 wirkt
als ein Vorverstärker
für das
Eingangssignal. Ein mit dem Ausgang des Verstärkers 24 verbundenes, gleichrichtendes
Tiefpass-Netzwerk, das in 3 nach seinen
Funktionen aufgespalten als Gleichrichter 25 und Tiefpass 26 dargestellt
ist, extrahiert den Gleichspannungsanteil aus der positiven Halbwelle, der
an einem Signalabgriff 27 als Gleichspannungssignal LB+
abgegriffen werden kann. Man beachte, dass die in 1 getrennt
dargestellten Funktionsbestandteile 25 und 26 des
gleichrichtenden Tiefpass-Netzwerks nicht notwendig als getrennte
Schaltungen implementiert sein müssen.
Vielmehr kann eine einheitliche Schaltung, die beide Funktionen
erfüllt
realisiert sein. Andererseits ist es aber auch möglich, einzelne Bestandteile
des gleichrichtenden Tiefpass-Netzwerks anderen Elementen der Schaltung zuzuordnen,
z. B. einem am Gleichspannungsausgang 27 (LB+) angeschlossenen
Mikroprozessor.
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Weiter
ist der Ausgang des Verstärkers 24 mit
dem Eingang eines invertierender Verstärkers 28 verbunden,
der zu einem zweiten Lichtbogensensor-Teilkreis 15 gehört. Die
Funktionsweise des Teilkreises 15 ist analog zu der des
Teilkreises 14. Das gleichrichtende Tiefpass-Netzwerk,
funktionsgemäß dargestellt
als Gleichrichter 29 und Tiefpass 30, extrahiert
den Gleichspannungsanteil aus der negativen Halbwelle, der an einem
Signalabgriff 31 als Gleichspannungssignal LB– abgegriffen
werden kann. Durch die Umkehrung der Polarität des Eingangssignals des Teilkreises 15 kann
das gleichrichtende Tiefpass-Netzwerk des Teilkreises 15 identisch zu
demjenigen des Teilkreises 14 aufgebaut sein, was zwar
einen Kostenvorteil bringt, für
die Erfindung jedoch nicht wesentlich ist. Selbstverständlich gilt
bezüglich
der Varianten der konkreten Implementierung analog das oben im Zusammenhang
mit dem Teilkreis 14 gesagte.
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Ein
Verfahren zum Betrieb eines Hochfrequenzchirurgie-Gerätes mit
einem Hochfrequenz-Generator zum Schneiden und/oder Koagulieren
von biologischem Gewebe mit Hochfrequenzstrom beruht im Wesentlichen
auf einer separaten Überwachung
von Gleichspannungsanteilen im positiven und negativen Halbwellenverlauf
einer Hochfrequenz-Wechselspannung beim Entstehen eines Lichtbogens.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird an der Funktionsweise des oben beschriebenen Hochfrequenzchirurgie-Gerätes erläutert.
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Der
zum Schneiden und/oder Koagulieren benötigte Strom, bzw. Lichtbogen
wird über
die Aktiv-Elektrode 5 in das Gewebe des Patienten 7 eingespeist
und fließt über die
Neutral-Elektrode 6 wieder zum HF-Generator 1 zurück. Der
Lichtbogen-Entkopplungs-Schaltkreis 9 trennt
die positive und die negative Halbwelle der hochfrequenten Wechselspannung
und filtert die bei der Entstehung des Lichtbogens zwischen der
Aktiv-Elektrode 5 und dem Gewebe entstehenden Gleichspannungsanteile
LB+ und LB– separat
aus den Halbwellen. Die extrahierten Gleichspannungs-Signale LB+,
LB– werden über die
Verstärker 10 an
die Messwertverarbeitung 11 weitergeleitet, die dann die
Signale für
eine galvanisch getrennte Übertragung
an die Regeleinrichtung 4 mittels der galvanischen Entkopplungs-Schaltungen 12 aufbereitet.
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Die
Regeleinrichtung 4 erhält
von der Lichtbogen-Messeinrichtung 2 die
aktuellen aufbereiteten Gleichspannungs-Signale LB+ und LB– und von
der Messeinrichtung 3 die aktuellen Effektivwerte der Spannung
U und des Stroms I des HF-Generators 1, vergleicht sie
mit den an dem Sollwertgeber 8 eingestellten, bzw. gespeicherten
Sollwertvorgaben für diese
Werte und regelt eine Sollspannung USoll für einen
für die
Anwendung optimalen Lichtbogen ein. Erkennt die Regeleinrichtung 4 anhand
eines unerlaubten Wertes für
einen Gleichspannungsanteil einen irregulären Betrieb des Hochfrequenzchirurgie-Gerätes, wird
ein Warnsignal ausgegeben oder ein Steuersignal zur Abregelung/Abschaltung
der HF-Wechselspannung, bzw. des HF-Stroms über das Schaltnetzteil erzeugt.
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Natürlich stellen
die in der speziellen Beschreibung und den Figuren erläuterten
Ausführungsformen
nur illustrative Ausführungsbeispiele der
Erfindung dar. Dem Fachmann ist ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten
an Hand gegeben. Insbesondere lässt
sich die Erfindung sowohl bei monopolaren als auch bei bi- oder
multipolare Anwendungen einsetzen.
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- 1
- HF-Generator
- 2
- Lichtbogen-Messeinrichtung
- 3
- Messeinrichtung
- 4
- Regeleinrichtung
- 5
- Aktiv-Elektrode
- 6
- Neutral-Elektrode
- 7
- Patient
- 8
- Sollwertgeber
- 9
- Lichtbogen-Entkopplungs-Schaltkreis
- 10
- Verstärker
- 11
- Messwert-Verarbeitungseinrichtung
- 12
- galvanische
Entkopplungsschaltung
- 13
- Antifaradisations-Kondensator
- 14
- Lichtbogensensor-Teilkreis
- 15
- Lichtbogensensor-Teilkreis
- 16
- Verbindungsleitung
- 17
- Verbindungsleitung
- 18
- Anschluss
- 19
- Anschluss
- 20
- Widerstand
- 21
- Widerstand
- 22
- Widerstand
- 23
- Kondensator
- 24
- nicht-invertierender
Verstärker
- 25
- Gleichrichter
- 26
- Tiefpass
- 27
- Signalabgriff
- 28
- invertierender
Verstärker
- 29
- Gleichrichter
- 30
- Tiefpass
- 31
- Signalabgriff