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Die Erfindung betrifft ein Hochfrequenz-Chirurgiegerät zum Erzeugen von einer HF-Spannung für das Schneiden und/oder Vaporisieren von biologischem Gewebe innerhalb einer Spülflüssigkeit, insbesondere einer leitenden Spülflüssigkeit. Das HF-Chirurgiegerät umfasst zwei Ausgangskontakte, an die ein elektrochirurgisches Instrument anschließbar ist und zwischen denen im Betrieb die HF Spannung bereitgestellt wird, und einen Parallelschwingkreis, der mit den Ausgangskontakten elektrisch verbunden ist und in dem im Betrieb die HF-Spannung erzeugt wird. Die bereitgestellte HF-Spannung ist geeignet einen Lichtbogen am elektrochirurgischen Instrument, das sich innerhalb der Spülflüssigkeit befindet, zu zünden.
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Ferner betrifft die Erfindung auch ein HF-chirurgisches System zum Schneiden und/oder Vaporisieren von biologischem Gewebe innerhalb einer Spülflüssigkeit, insbesondere einer leitenden Spülflüssigkeit. Das System umfasst ein HF-Chirurgiergerät zum Erzeugen einer HF-Spannung, das zwei Ausgangskontakte und einen mit den Ausgangskontakten elektrisch verbundenen Parallelschwingkreis aufweist, und ein elektrochirurgisches Instrument. Das Instrument weist eine Aktivelektrode auf, die mit einem der Ausgangskontakte elektrisch verbunden ist und an der im Betrieb die HF-Spannung zum Zünden eines Lichtbogens innerhalb der Spülflüssigkeit bereitgestellt wird.
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Derartige HF-Chirurgiegeräte und HF-chirurgischen Systeme sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie werden beispielsweise in der Urologie oder Gynäkologie eingesetzt. So beispielsweise bei der TURiS(Transuretale Resection in Saline)-Plasma-Vaporisation zur Behandlung der gutartigen Prostatavergrößerung. Dabei wird an der Schneidelektrode eines geeigneten Instruments, wie einem Resktoskop, ein Lichtbogen gezündet. Die Schneidelektrode befindet sich dabei innerhalb einer leitenden Spülflüssigkeit, wie beispielsweise Kochsalzlösung (NaCl).
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Das Zünden eines Lichtbodens bzw. eines Plasmas stellt bei HF-chirurgischen Anwendungen unter Spülflüssigkeit, insbesondere leitender Spülflüssigkeit, besondere Anforderungen an das HF-Chirurgiegerät – auch HF-chirurgischer Generator oder HF-Generator genannt. Zum Zünden des Lichtbogens muss eine Dampfschicht um die Schneidelektrode erzeugt werden. Für das Erzeugen der Dampfschicht sind hohe Leistungen und Ströme erforderlich. Andererseits sollte eine übermäßige Leistungsabgabe vermieden werden, weil sich dadurch die Spülflüssigkeit stark erwärmen kann. Eine stark erwärmte Spülflüssigkeit birgt wiederum das Risiko von unbeabsichtigter thermischer Gewebeschädigung.
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Bekannte HF-Chirurgiegeräte geben deshalb sehr hohe Leistungen nur für kurze Zeit an die Schneidelektrode ab, um ein sofortiges Zünden des Lichtbogens zu ermöglichen. Anschließend geben sie während eines definierten Pausenintervalls wenig bis keine Leistung ab, um ein zu starkes Erwärmen der Spülflüssigkeit zu vermeiden.
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Nach dem Zünden es Lichtbogens reduziert sich die Leistung aufgrund des Spannungs-/Widerstandsverhältnisses bei der Lichtbogenentladung auf ein akzeptables Niveau. Daher ist ein schnelles Zünden des Lichtbogens erstrebenswert.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein HF-Chirurgiegerät und System für die Anwendung unter Spülflüssigkeit bereitzustellen, bei dem sich die Spülflüssigkeit möglichst wenig stark erwärmt und das ein verbessertes Anschnittverhalten zeigt.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Die Lösung schließt das Erkennen des Problems ein, dass bei den oben genannten HF-Chirurgiergeräten und HF-chirurgischen Systemen mit einem Parallelschwingkreis während der Zündphase, die sich durch hohen Strom und geringe Spannung auszeichnet, viel Energie im Ausgangskreis gespeichert wird. Der Ausgangskreis ist in diesem Fall der Parallelschwingkreis. Sobald sich an der aktiven Elektrode des Instruments eine Dampfschicht gebildet hat, erhöht sich binnen kurzer Zeit der Widerstand. Durch den erhöhten Widerstand steigt die Spannung an, wodurch die Lichtbogenentladung möglich wird. Allerdings treten durch die im Ausgangskreis gespeicherte Energie kurzzeitig Spannungsspitzen auf, die größer sind als für eine stabile Lichtbogenentladung nötig.
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Durch die Spannungsspitzen wird bei der Lichtbogenentladung mehr Energie als nötig freigesetzt, wodurch die Dampfschicht um die aktive Elektrode zu groß wird und sich in Form von Gasblasen nahezu vollständig von der Elektrode löst. Das Lösen der Dampfschicht von der Elektrode hat wiederum zur Folge, dass der Lichtbogen und die Lichtbogenentladung zusammenbrechen. Nach dem Zusammenbrechen des Lichtbogens wird ein neuer Zündzyklus nötig, um den Lichtbogen neu zu zünden. Durch das ständige Zusammenbrechen und Neu-Zünden des Lichtbogens verschlechtert sich das Anschnittverhalten des Instruments. Die Qualität des Anschnittverhaltens wird hauptsächlich bestimmt durch die zeitliche Dauer vom Kontakt der Elektrode mit dem zu schneidenden Gewebe bis zur Ausprägung einer stabilen Lichtbogenentladung, mit welcher der erwünschte gewebetrennende Effekt erreicht wird – also mit welcher geschnitten wird. Schlechtes Anschnittverhalten mit langer Dauer bis zum Schneiden kann insgesamt zu einer verlängerten Operationszeit führen. Ferner kann es durch das Neuzünden des Lichtbogens zu einer verstärkten Erwärmung der Spülflüssigkeit kommen.
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In 1 ist diese Problematik anhand des Spannungsverlaufs über der Zeit dargestellt. Zunächst ist die HF-Ausgangsspannung U1 gering. Durch den erhöhten Widerstand durch die gebildete Dampfschicht, wie oben beschrieben, steigt die Spannung durch die im Ausgangskreis gespeicherte Energie auf den zu hohen Wert U3 stark an. Durch den daraus resultierenden überhöhten Energieeintrag löst sich die Dampfschicht von der Elektrode, so dass der Lichtbogen zusammenbricht und die Spannung auf das Anfangsniveau U1 abfällt. Der Ablauf wiederholt sich, bis sich eine stabile Lichtbogenentladung mit einer geeigneten HF-Spannung U2 einstellt.
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Das erfindungsgemäße HF-Chirurgiegerät behebt dieses Problem dadurch, dass zwischen dem Parallelschwingkreis und den Ausgangskontakten ein Spannungsbegrenzer angeordnet ist.
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Das erfindungsgemäße HF-chirurgische System behebt das Problem dadurch, dass das System einen Spannungsbegrenzer aufweist, der zwischen dem Parallelschwingkreis und der Aktivelektrode angeordnet ist.
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Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass der Spannungsbegrenzer die HF-Spannung, die am Instrument bzw. der Elektrode anliegt, auf ein vorbestimmtes, für das Zünden des Lichtbogens geeignetes Niveau begrenzt oder anderweitig umsetzt. Dieses Niveau ist hoch genug, um ein Zünden des Lichtbogens zu gewährleisten, und niedrig genug, um die Dampfschicht um die Elektrode klein zu halten und so ein gutes Anschnittverhalten zu garantieren.
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Da der Spannungsbegrenzer dem Parallelschwingkreis nachgelagert ist, wird auch die im Parallelschwingkreis gespeicherte Energie begrenzt. Ohne die vorliegende Erfindung könnte die gespeicherte Energie zu hohen Spannungsspitzen führen.
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Die hier vorgestellte Lösung schließt auch die Erkenntnis ein, dass solche Spannungsspitzen durch eine im Stand der Technik übliche Regelung der Ausgangsspannung des HF-Chirurgiegerätes nicht vermieden werden können, weil die im Parallelschwingkreis gespeicherte Energiemenge nachträglich nicht durch eine Regelgröße beeinflusst werden kann.
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Die Erfindung kann durch vorteilhafte Ausführungsformen weiterentwickelt werden, die im Folgenden beschrieben sind. Die Merkmale der Ausführungsformen sind beliebig miteinander kombinierbar.
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So kann das HF-Chirurgiegerät einen Regler zum Regeln der HF-Spannung an den Ausgangskontakten aufweisen, der die vom Spannungsbegrenzer limitierte HF Spannung als Regelparameter verwendet. Dies hat den Vorteil, dass der Regler mit der von den Spannungsspitzen bereinigten HF-Spannung als Regelgröße arbeitet – die HF-Spannung wird also hinter dem Spannungsbegrenzer gemessen. Bei den eingangs genannten HF-Generatoren aus dem Stand der Technik ist es nicht möglich durch Regelung der Ausgangsspannung die Spannungsspitzen zu vermeiden. Die einmal im Parallelschwingkreis gespeicherte Energiemenge ist nachträglich nicht durch die verfügbaren Regelgrößen beeinflussbar. Im Gegenteil, der Regler verstärkt die Problematik, weil die Spannung durch die sich lösende Dampfschicht zusammenbricht und der Regler zusätzlich herunterregelt. Dadurch dauert es besonders lange bis ein neuer Lichtbogen zündet.
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In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann der Spannungsbegrenzer die HF-Spannung auf maximal 400 bis 460, insbesondere 450 Vp (Vp: Volt peak – also Spitzenspannung) begrenzen. Versuche haben ergeben, dass diese HF-Spannung für das Zünden des Lichtbogens ausreichend hoch und andererseits ausreichend niedrig ist, dass sich die Dampfschicht nicht von der Elektrode löst.
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Um das Erwärmen der Spülflüssigkeit möglichst schnell zu verhindern und damit die abgegebenen Wärmemenge gering zu halten, kann der Spannungsbegrenzer die HF-Spannung innerhalb einer Zeit von unter 10 ms begrenzen.
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Damit das HF-Chirurgiegerät auch für Anwendungen genutzt werden kann, bei denen Spannungsspitzen oder höhere Spannungen erwünscht sind, kann das HF-Chirurgiegerät einen Schalter aufweisen, mit dem der Spannungsbegrenzer wahlweise zuschaltbar ist.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann der Spannungsbegrenzer eine TVS-Diode oder ein Varistor sein. Dies hat den Vorteil, dass diese Bauelemente leicht verfügbar und kostengünstig sind.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Schneiden und/oder Vaporisieren von biologischem Gewebe innerhalb einer Spülflüssigkeit, insbesondere einer leitenden Spülflüssigkeit. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Erzeugen einer HF-Spannung in einem Parallelschwingkreis eines HF-Chirurgiegerätes; Entfernen von Spannungsspitzen, die oberhalb einer vorbestimmten Spitzenspannung liegen und die länger als maximal 10 ms dauern, aus der HF-Spannung; Anlegen der HF-Spannung zwischen einer Aktivelektrode eines elektrochirurgischen Instruments und dem Gewebe innerhalb der Spülflüssigkeit; Schneiden und/oder Vaporisieren des Gewebes durch einen zwischen Aktivelektrode und Gewebe zündenden Lichtbogen.
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Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die in den Zeichnungen dargestellten vorteilhaften Ausführungsformen erläutert. Die unterschiedlichen Merkmale können dabei beliebig miteinander kombiniert werden.
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Es zeigen:
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1 einen schematische Darstellung des Verlaufs der HF-Ausgangsspannung eines HF-Chirurgiegerätes aus dem Stand der Technik;
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2 einen schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen HF-Chirurgiegerätes und eines erfindungsgemäßen HF-chirurgischen Systems;
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3 einen schematische Darstellung des Verlaufs der HF-Ausgangsspannung des HF-Chirurgiegerätes aus 2 und 4;
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4 einen schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen HF-Chirurgiegerätes und eines HF-chirurgischen Systems.
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Zunächst wird die Erfindung anhand der beispielhaften Ausführungsform in 2 beschrieben.
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2 zeigt ein HF-chirurgisches System 1, das ein HF-Chirurgiegerät 2 und ein elektrochirurgisches Instrument 3 umfasst.
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Das lediglich schematisch dargestellte HF-Chirurgiegerät 2 weist ein Netzteil 5, Netzkontakte 6, einen Schalter 7, eine Kapazität 8, einen Transformator 9, einen Spannungsbegrenzer 10, einen Spannungsmesser 19, einen Regler 20 sowie Ausgangskontakte 11 auf.
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Das Netzteil 5 ist eingangsseitig über Netzkontakte 6 mit einer Netzspannungsquelle (nicht dargestellt) verbindbar. Ausgangsseitig ist das Netzteil 5 mit einem Parallelschwingkreis 12 verbunden. Der Parallelschwingkreis 12 wird durch die Kapazität 8 und die parallel dazu angeordnete Induktivität der Primärseite 13 des Transformators 9 ausgebildet. Im Stromlauf zwischen dem Parallelschwingkreis 12 und dem Netzteil 5 ist der Schalter 7 angeordnet. Die Sekundärseite 24 des Transformators 9 ist mit den Ausgangskontakten 11 verbunden.
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Zwischen dem Transformator 9 und den Ausgangskontakten 11 ist parallel ein Spannungsbegrenzer 10 angeordnet. Somit ist der Spannungsbegrenzer 10 im erfindungsgemäßen HF-Chirurgiegerät 2 zwischen dem Parallelschwingkreis 12 und den Ausgangskontakten 11 angeordnet. Im erfindungsgemäßen HF-chirurgischen System 1 befindet sich der Spannungsbegrenzer 10 zwischen dem Parallelschwingkreis 12 und der Aktivelektrode 14.
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Ebenfalls zwischen dem Transformator 9 und den Ausgangskontakten 11, allerdings hinter dem Spannungsbegrenzer 10 ist parallel der Spannungsmesser 19 angeordnet. Der Regler 20 ist signaltechnisch sowohl mit dem Spannungsmesser 19 als auch mit dem Netzteil 5 verbunden.
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Das mit den Ausgangskontakten 11 des HF-Chirurgiegerätes 2 verbundene elektrochirurgische Instrument 3 umfasst eine Aktivelektrode 14 und eine Rückleitelektrode 15.
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Im Betrieb erzeugt das HF-Chirurgiegeräte 2 an den Ausgangskontakten 11 eine HF-Spannung, die an das verbundene Instrument 3 weitergeleitet wird. Das elektrochirurgische Instrument 3 und das zu behandelnden biologischem Gewebe 16 befinden sich dabei innerhalb einer leitenden Flüssigkeit 18, wie beispielsweise einer Kochsalzlösung. Die HF-Spannung wird vom HF-Chirurgiegerät 2 so erzeugt, dass durch sie zwischen der Aktivelektrode 14 und dem zu behandelnden biologischem Gewebe 16 ein Lichtbogen 17 zündet. Über die Rückleitelektrode 15 fließt der Strom zurück zum HF-Chirurgiegerät 2.
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Zum Erzeugen der geeigneten HF-Spannung wird im HF-Chirurgiegerät 2 zunächst die an den Netzkontakten 6 anliegende Netzspannung im Netzteil 5 in eine Gleichspannung umgewandelt. Die ausgangsseitig am Netzteil 5 anliegende Gleichspannung wird pulsiert in den Parallelschwingkreis 12 eingespeist. Dabei öffnet und schließt der Schalter 7, um die Gleichspannungspulse zu erzeugen. Der Schalter 7 wird von einer Kontrolleinheit (nicht dargestellt) des HF-Chirurgiegeräts 2 mit einer festen oder flexiblen Frequenz angesteuert. So einsteht im Parallelschwingkreis 12 die HF-Spannung mit gewünschter Frequenz etwa zwischen 300 kHz und 2 MHz. Selbstverständlich können auch mehrere Schalter 7 vorgesehen sein, welche die Gleichspannung mit unterschiedlichen Schaltfrequenzen in den Parallelschwingkreis 12 einspeisen, um beispielsweise eine modulierte HF-Spannung zu erzeugen.
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Die im Parallelschwingkreis 12 erzeugte HF-Spannung wird im Betrieb über den Transformator 9 abgezogen und an die Ausgangskontakte 11 geleitet, um am Instrument 3 den Lichtbogen 17 zu erzeugen.
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Während der Zündphase des Lichtbogens 17 wird viel Energie im Parallelschwingkreis 12 gespeichert. Sobald sich an der Aktivelektrode 14 des Instruments 3 eine Dampfschicht (nicht dargestellt) gebildet hat, erhöht sich binnen kurzer Zeit der Widerstand. Durch den erhöhten Widerstand steigt die HF-Spannung an, wodurch der Lichtbogen 17 zündet. Um Spannungsspitzen U3, wie in 3 dargestellt, zu vermeiden, die negativen Einfluss auf die Stabilität des Lichtbogens 17 haben können und die durch die im Parallelschwingkreis 12 gespeicherte Energie kurzzeitig auftreten können, ist im HF-Chirurgiegerät 2 erfindungsgemäß der Spannungsbegrenzer 10 vorgesehen. Der Spannungsbegrenzer 10 begrenzt die HF-Spannung nach oben bzw. setzt die Spannung oberhalb eines vorgegebenen Niveaus U2 anderweitig um, wie beispielsweise in Wärmeenergie. So wird die Spitzenspannung der HF-Spannung auf einen für den stabilen Lichtbogen 17 geeigneten Wert U2 zuverlässig limitiert, wie in 3 dargestellt.
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Der Spannungsbegrenzer 10 ist in bei der beispielhaften Ausführungsform in 2 so ausgebildet, dass er HF-Spannungen oberhalb von 450 Vp innerhalb einer Zeit von unter 10 ms begrenzt.
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Zum Regeln der HF-Spannung an den Ausgangkontakten 11 weist das HF-Chirurgiegerät 2 den Regler 20 in Verbindung mit dem Spannungsmesser 19 auf. Der Spannungsmesser 19 misst die von dem Spannungsbegrenzer 10 begrenzte HF-Spannung und leitet ein repräsentatives Signal an den Regler 20 weiter. Der Regler 20 vergleicht das Signal von dem Spannungsmesser 19 mit einem vorgegebenen Sollwert und steuert das Netzteil 5 entsprechend.
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Das erfindungsgemäßen Verfahren zum Schneiden und/oder Vaporisieren vom biologischem Gewebe 16 innerhalb einer Flüssigkeit, insbesondere der leitenden Flüssigkeit 18, umfasst folgende Schritte: Zunächst wird in dem Parallelschwingkreis 12 des HF-Chirurgiegerätes 2 eine HF-Spannung erzeugt. Anschließend werden Spannungsspitzen, die oberhalb einer vorbestimmten Spitzenspannung liegen und die länger als maximal 10 ms andauern, entfernt. Danach wird die von den Spannungsspitzen bereinigte HF-Spannung an den Ausgangskontakten 11 des HF-Chirurgiegerätes 2 bereitgestellt. Von den Ausgangskontakten 11 wird die HF-Spannung an ein elektrochirurgisches Instrument 3 geleitet. Schließlich wird das Gewebe 16 durch einen zwischen dem Instrument 3 und dem Gewebe 16 brennenden Lichtbogen 17 geschnitten und/oder vaporisiert.
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Im Folgenden wird die weitere beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 1 in 4 beschrieben. Der Einfachheit halber werden nur die Unterschiede zu der Ausführungsform in 2 beschrieben. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Bei der Ausführungsform in 4 ist der Schalter 7 als ein Transistor ausgeführt, der besonders schnell von der Kontrolleinheit geschaltet werden kann. Ferner weist der Spannungsbegrenzer 10 eine TVS-Diode 21 auf. Die TVS-Diode 21 hat den Vorteil, dass sie als Standardbauteil einfach und kostengünstig verfügbar ist und die Spannung sehr schnell, d. h. unter 10 ms, begrenzt. Alternativ kann der Spannungsbegrenzer 10 auch beispielsweise einen Varistor aufweisen. Weiterhin umfasst das HF-Chirurgiegerät 2 in 4 einen Schalter 22, mittels dem der Spannungsbegrenzer 10 variabel zuschaltbar ist.
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5 zeigt beispielhaft ein Resektoskop als elektrochirurgisches Instrument 3 in detaillierterer Darstellung. Bei einem Resektoskop erlaubt eine Optik 25 eine Gewebeentnahme bei optischer Betrachtung durch einen Chirurgen. Zum Abtrennen (Schneide) zu entnehmenden Gewebes dient die Aktivelektrode 14 des elektrochirurgischen Instruments 3. Die Aktivelektrode 14 ist am distalen Ende eines elektrischen Leiters 26 angeordnet und kann über diesem mit dem Ausgangskontakt 11 des HF-Chirurgiegerätes 2 verbunden werden.
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Die Optik 25 ist von einem Schaftrohr 27 umgeben, dessen Inneres als Zulaufkanal 31 für Spülflüssigkeit dient und das dazu mit einem Anschluss 28 zum Anschließen einer Spülflüssigkeitsquelle mittels eines entsprechenden Schlauches aufweist. Das Schaftrohr 27 ist von einem Außenrohr 29 umgeben. Zwischen dem Schaftrohr 27 und dem Außenrohr 29 befindet sich ein Hohlraum mit ringförmigem Querschnitt, der daher auch als Ringkanal bezeichnet wird und Rücklaufkanal zum Absaugen von Spülflüssigkeit dient. Der Ringkanal weist ebenfalls einen Anschluss 30 auf, der über einen Schlauch mit einer Absaugpumpe verbunden werden kann. Die Absaugpumpe kann Bestandteil der Spülflüssigkeitsquelle sein.
