DE102020108601A1

DE102020108601A1 - Elektrochirurgie-Generator

Info

Publication number: DE102020108601A1
Application number: DE102020108601.6A
Authority: DE
Inventors: Fabian Janich; Jelle Dijkstra; Frank Breitsprecher
Original assignee: Olympus Winter and Ibe GmbH
Current assignee: Olympus Winter and Ibe GmbH
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2021-09-30
Also published as: US20210303015A1; US11650611B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektrochirurgie-Generator mit einem Hochspannungsnetzteil, das im Betrieb eine Ausgangsgleichspannung liefert, und mit einem Hochfrequenzteil, das im Betrieb mit der Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils gespeist wird und eine hochfrequente Ausgangswechselspannung erzeugt. Eine Steuereinheit empfängt im Betrieb des Elektrochirurgie-Generators von einer Ausgangswechselspannungserfassungseinheit und einer Ausgangswechselstromerfassungseinheit jeweils Signale, die einen jeweils aktuellen Wert der Ausgangswechselspannung und des Ausgangswechselstroms repräsentieren. Die Steuereinheit ist dazu konfiguriert, ein Ansteigen der Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils zu begrenzen, sobald wenigstens ein vorgegebener Maximalwert für die Ausgangswechselspannung oder den Ausgangswechselstrom oder eine aus diesen Werten abgeleitete Größe erreicht oder überschritten wird. Die Steuereinheit ist außerdem dazu konfiguriert, im Betrieb des Elektrochirurgie-Generators von einer Ausgangsgleichspannungserfassungseinheit Signale zu empfangen, die einen jeweils aktuellen Wert der Ausgangsgleichspannung repräsentieren und einen jeweils aktuellen Wert der Ausgangsgleichspannung mit einem fest vorgegeben Minimalwert für die Ausgangsgleichspannung zu vergleichen und ein Ansteigen der Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils zu bewirken, sobald der vorgegebene Minimalwert für die Ausgangsgleichspannung unterschritten wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektrochirurgie-Generator mit einem Hochspannungsnetzteil, das im Betrieb eine Ausgangsgleichspannung liefert, und mit einem Hochfrequenzteil, das im Betrieb mit der Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils gespeist wird und eine hochfrequente Ausgangswechselspannung erzeugt und an Ausgängen des Elektrochirurgie-Generators bereitstellt.
Mittels Elektrochirurgie kann biologisches Gewebe - also Körpergewebe - geschnitten, koaguliert (verödet) und/oder vaporisiert werden. Für die Elektrochirurgie werden typischerweise hochfrequente Wechselströme mit einer Frequenz zwischen 0,2 MHz und 3 MHz verwendet.
Ein Elektrochirurgiesystem umfasst in der Regel einen Elektrochirurgie-Generator zum Erzeugen des hochfrequenten Wechselstroms. Der Elektrochirurgie-Generator hat in der Regel zwei Ausgänge, an die ein elektrochirurgisches Instrument angeschlossen werden kann und zwischen denen im Betrieb eine hochfrequente Wechselspannung bereitgestellt wird. Dazu umfasst ein Elektrochirurgie-Generator in der Regel ein Hochspannungs-Netzteil, das im Betrieb eine Gleichspannung erzeugt, und einen Hochfrequenz-Teil, der mit dem Hochspannungs-Netzteil verbunden ist und im Betrieb aus der Gleichspannung einen hochfrequenten Wechselstrom erzeugt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Anwendungsspektrum eines Elektrochirurgie-Generators zu erweitern.
Erfindungsgemäß wird hierzu ein Elektrochirurgie-Generator mit einem Hochspannungsnetzteil, das im Betrieb eine Ausgangsgleichspannung liefert, und mit einem Hochfrequenzteil, das im Betrieb mit der Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils gespeist wird und eine hochfrequente Ausgangswechselspannung erzeugt und an Ausgängen des Elektrochirurgie-Generators bereitstellt, vorgeschlagen, der eine Steuereinheit zum Steuern des Hochspannungsnetzteils sowie wenigstens eine Ausgangswechselspannungserfassungseinheit und eine Ausgangswechselstromerfassungseinheit aufweist. Die Steuereinheit, die Ausgangswechselspannungserfassungseinheit und die Ausgangswechselstromerfassungseinheit sind derart konfiguriert und miteinander verbunden, dass die Steuereinheit im Betrieb des Elektrochirurgie-Generators von der Ausgangswechselspannungserfassungseinheit und der Ausgangswechselstromerfassungseinheit jeweils Signale empfängt, die einen jeweils aktuellen Wert der Ausgangswechselspannung und des Ausgangswechselstroms repräsentieren. Die Steuereinheit ist dazu konfiguriert, die jeweils aktuellen Werte der Ausgangswechselspannung und des Ausgangswechselstroms mit vorgegeben Maximalwerten für die Ausgangswechselspannung und den Ausgangswechselstrom zu vergleichen und ein Ansteigen der Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils zu begrenzen, sobald wenigstens ein vorgegebener Maximalwert für die Ausgangswechselspannung oder den Ausgangswechselstrom oder eine aus diesen Werten abgeleitete Größe erreicht oder überschritten wird. Der Elektrochirurgie-Generator weist außerdem eine Ausgangsgleichspannungserfassungseinheit zum Erfassen der Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils auf. Die Ausgangsgleichspannungserfassungseinheit ist mit der Steuereinheit verbunden und die Steuereinheit ist dazu konfiguriert, im Betrieb des Elektrochirurgie-Generators von der Ausgangsgleichspannungserfassungseinheit Signale zu empfangen, die einen jeweils aktuellen Wert der Ausgangsgleichspannung repräsentieren. Weiterhin ist die Steuereinheit dazu konfiguriert, einen jeweils aktuellen Wert der Ausgangsgleichspannung mit einem fest vorgegeben Minimalwert für die Ausgangsgleichspannung zu vergleichen und ein Ansteigen der Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils zu bewirken, sobald der vorgegebene Minimalwert für die Ausgangsgleichspannung unterschritten wird.
Um ein Ansteigen der Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils zu bewirken, ist die Steuereinheit vorzugsweise dazu ausgebildet, jeden Maximalwert für die Ausgangswechselspannung und den Ausgangswechselstrom auf einen fest vorgegebenen, im Betrieb nicht veränderlichen größtmöglichen Maximalwert zu setzen, wenn die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils den vorgegebenen Minimalwert für die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils erreicht oder unterschreitet. Der jeweilige Maximalwert für die Ausgangswechselspannung und den Ausgangswechselstrom ist somit in Grenzen einstellbar, wobei jeweils größtmögliche Maximalwerte fest vorgegeben sind.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit auch dazu konfiguriert, aus der Ausgangswechselspannung und dem Ausgangswechselstrom abgeleitete Werte solcher Parameter wie der Spitzenspannung der Ausgangswechselspannung und dem Gleichspannungsanteil der Ausgangswechselspannung zu erfassen und aktuelle Werte die Parameter mit entsprechend eingestellten Maximalwerten zu vergleichen, und ein Ansteigen der Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils zu begrenzen, sobald wenigstens ein eingestellter Maximalwert für den Gleichstromanteil und die Spitzenspannung der Ausgangswechselspannung erreicht oder überschritten wird.
Vorzugsweise ist der vorgegebene Minimalwert für die Ausgangsgleichspannung kleiner als 20 V und größer als 5 V.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante weist das Hochspannungsnetzteils wenigstens einen Ausgangskondensator auf und die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils ist vorzugsweise durch Ein- und Ausschalten des Hochspannungsnetzteils dadurch steuerbar, dass der Ausgangskondensator im Betrieb geladen oder nicht geladen wird. Wenn das Hochspannungsnetzteil eingeschaltet ist, wird der Ausgangskondensator geladen und die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils steigt. Wenn hingegen das Hochspannungsnetzteil nicht eingeschaltet ist, entlädt sich der Ausgangskondensator und die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils sinkt. So kann die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils durch Ein- und Ausschalten des Hochspannungsnetzteils so geregelt werden, dass sich die gewünschten Ausgangswerte ergeben.
Vorzugsweise weist das Hochspannungsnetzteil eine wahlweise ein- oder auszuschaltende Stromquelle auf, die den Ausgangskondensator speist.
Vorzugsweise weist die Steuereinheit mehrere Komparatoren und wenigstens ein mit den Ausgängen der Komparatoren verbundenes logisches Gatter auf, wobei die Komparatoren dazu konfiguriert sind, erfasste aktuelle Werte der Ausgangswechselspannung und des Ausgangswechselstroms und der Ausgangsgleichspannung mit vorgegebenen Maximal- oder Minimalwerten zu vergleichen und ein das jeweilige Vergleichsergebnis anzeigendes logisches Ausgangssignal zu bilden und an das wenigstens eine logische Gatter auszugeben. Die Komparatoren erlauben in Verbindung mit dem logischen Gatter eine schnelle Regelung der Ausgangsgleichspannung.
Erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zum Betreiben eines Elektrochirurgie-Generators vorgeschlagen, der ein Hochspannungsnetzteil, das eine Ausgangsgleichspannung liefert, und ein Hochfrequenzteil aufweist, das mit der Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils gespeist wird und eine hochfrequente Ausgangswechselspannung erzeugt und an Ausgängen des Elektrochirurgie-Generators bereitstellt. Das Verfahren umfasst ein Steuern des Hochspannungsnetzteils, bei dem die Ausgangswechselspannung des Hochfrequenz-Generators und ein Ausgangswechselstrom des Hochfrequenz-Generators kontinuierlich oder zeitdiskret erfasst werden.
Gemäß dem Verfahren wird die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils immer solange erhöht, bis wenigstens ein vorgegebener Maximalwert für die Ausgangswechselspannung oder den Ausgangswechselstrom oder eine aus diesen Werten abgeleitete Größe erreicht oder überschritten wird. Falls wenigstens ein vorgegebener Maximalwert für die Ausgangswechselspannung oder den Ausgangswechselstrom oder eine aus diesen Werten abgeleitete Größe erreicht oder überschritten wird, wird ein weiteres Erhöhen der Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils beendet und die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils absinken gelassen.
Hierbei wird auch die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils kontinuierlich oder zeitdiskret erfasst und die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils wird erhöht, sobald die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils einen vorgegebenen Minimalwert für die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils erreicht oder unterschreitet.
Vorzugsweise ist für jeden vorzugebenden Maximalwert für die Ausgangswechselspannung des Hochfrequenz-Generators und den Ausgangswechselstrom des Hochfrequenz-Generators jeweils ein im Betrieb nicht veränderbarer größtmöglicher Maximalwert fest vorgegeben und jeder Maximalwert wird auf den entsprechenden größtmöglichen Maximalwert gesetzt, wenn die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils den vorgegebenen Minimalwert für die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils erreicht oder unterschreitet.
Vorzugsweise werden auch aus der Ausgangswechselspannung und dem Ausgangswechselstrom abgeleitete Werte solcher Parameter wie der Spitzenspannung der Ausgangswechselspannung und dem Gleichspannungsanteil der Ausgangswechselspannung erfasst und aktuelle Werte die Parameter mit entsprechend eingestellten Maximalwerten verglichen, und ein Ansteigen der Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils wird begrenzt, sobald wenigstens ein eingestellter Maximalwert für den Gleichstromanteil und die Spitzenspannung der Ausgangswechselspannung erreicht oder überschritten wird.
Vorzugsweise ist als Minimalwert für die Ausgangsgleichspannung ein Wert zwischen 20 V und 5 V vorgegeben.
Das Steuern der Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils erfolgt vorzugsweise durch Laden und Entladen lassen wenigstens eines Ausgangskondensators des Hochspannungsnetzteils.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Elektrochirurgie-Generators und des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Elektrochirurgie-Generators ist, dass mit einem solchen Elektrochirurgie-Generator und einem solchen Verfahren die technischen Grenzen des Generators besser ausgereizt werden können. So kann dadurch zum Beispiel die Ausgabe niedriger Leistungen oder 1-W-Leistungseinstellungen für möglichst alle Betriebsmodi des Elektrochirurgie-Generators ermöglicht werden.
Ein weiterer Vorteil ist, dass eine minimale Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils nicht unterschritten wird und somit ein zuverlässiger Betrieb des Hochfrequenzteils sichergestellt ist. Dies kann sonst passieren, wenn z.B. sehr geringe Leistungen eingestellt werden.
Die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils wird kontinuierlich überwacht. Im Falle des Unterschreitens eines minimal erlaubten Wertes wird eine Gegenmaßnahme ergriffen, um die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils wieder zu erhöhen. Die Gegenmaßnahme besteht vorzugsweise darin, den Vorgabewert für die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils knapp über den minimal erlaubten Minimalwert und alle anderen Vorgabewerte insbesondere für die Ausgangswechselspannung und den Ausgangswechselstrom aber vorzugsweise auch für die Spitzenspannung der Ausgangswechselspannung und den Gleichspannungsanteil der Ausgangswechselspannung (Spark-Spannung) auf größtmögliche Maximalwerte zu setzen, so dass die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils automatisch wieder ansteigt. Sobald die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils wieder über den minimal erlaubten Minimalwert gestiegen ist, werden die ursprünglichen Vorgabewerte für die Ausgangswechselspannung und den Ausgangswechselstrom und vorzugsweise auch für die Spitzenspannung der Ausgangswechselspannung und den Gleichspannungsanteil der Ausgangswechselspannung wiederhergestellt. Durch diese Maßnahme kann unter allen Lastbedingungen stets die minimal mögliche Ausgangsleistung ausgegeben werden.
Die Erfindung schließt die Erkenntnis ein, dass der mögliche Nutzen bekannter Elektrochirurgie-Generatoren dadurch eingeschränkt ist, dass er unter bestimmten Umständen keine grundsätzlich mögliche und eventuell gewünschte niedrige Ausgangsleistung bereitstellen kann. Gründe hierfür können unter anderem die Folgenden sein:

1) Der Elektrochirurgie-Generator kann nur mit fest integrierten Modes betrieben werden. Eine nachträgliche Erweiterung des Generators durch neue Instrumente mit neuen Betriebsmodi, die niedrigere Ausgangsleistungen bereitstellen, ist nicht ohne weiteres möglich, da hier die Gefahr bestünde, dass der Elektrochirurgie-Generator in einen Zustand gerät, in dem die Ausgangsgleichspannung zu gering wird..
2) Durch die feste Definition einer minimal erlaubten hochfrequenten Ausgangswechselspannung erfolgt eine unnötige hohe Leistungsausgabe unter bestimmten Lastszenarien.

Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Figuren näher erläutert werden. Von den Figuren zeigt

1: eine schematische Darstellung einiger Komponenten eines Elektrochirurgie-Generators zur Versorgung eines elektrochirurgischen Instruments mit einer hochfrequenten Wechselspannung;
2: eine schematische Darstellung einiger Komponenten einer alternativen ausführungsform eines Elektrochirurgie-Generators zur Versorgung eines elektrochirurgischen Instruments mit einer hochfrequenten Wechselspannung;
3: eine schematische Darstellung einiger Komponenten einer weiteren alternativen Ausführungsform eines Elektrochirurgie-Generators zur Versorgung eines elektrochirurgischen Instruments mit einer hochfrequenten Wechselspannung; und
4: Diagramme, die die Leistungsabgabe eines erfindungsgemäßen Elektrochirurgie-Generators im Vergleich zum Stand der Technik illustrieren.

1 zeigt ein Medizingerät am Beispiel eines Elektrochirurgie-Generators 10. Wie 1 zu entnehmen ist, weist der Elektrochirurgie-Generator 10 hierzu ein Hochspannungsnetzteil 12 (HVPS; High Voltage Power Supply) mit einer schaltbaren Stromquelle 26 auf, das beispielsweise an das übliche öffentliche Stromversorgungsnetz angeschlossen werden kann und an seinem Ausgang 14 eine Ausgangsgleichspannung bereitstellt. Die Ausgangsgleichspannung wird einem Hochfrequenzteil 16 des Elektrochirurgie-Generators 10 zugeführt. Der Hochfrequenzteil 16 des Elektrochirurgie-Generators 10 wirkt als Wechselrichter und erzeugt eine hochfrequente Ausgangswechselspannung, die über einen Ausgangstransformator 18 des Hochfrequenzteils 16 an Ausgänge 20.1 und 20.2 des Elektrochirurgie-Generators 10 abgegeben wird. An die Ausgänge 20.1 und 20.2 des Elektrochirurgie-Generators 10 kann ein elektrochirurgisches Instrument angeschlossen werden.
Der Hochfrequenzteil 16 des Elektrochirurgie-Generators 10 ist ein Resonanzwandler, bei dem die Primärseite des Ausgangstransformators 18 mit einem Kondensator 22 einen Schwingkreis bildet. In den Schwingkreis wird die von dem Hochspannungsnetzteil 12 gelieferte Ausgangsgleichspannung synchronisiert eingespeist. Hierzu ist eine Synchronisierschaltung 24 vorgesehen. An den Ausgängen 20.1 und 20.2 liegt im Betrieb eine hochfrequente Ausgangswechselspannung an, deren Höhe von der Höhe der Ausgangsgleichspannung abhängt, die das Hochspannungsnetzteil 12 in das Hochfrequenzteil 16 einspeist. Der Elektrochirurgie-Generator 10 erzeugt somit die hochfrequente Ausgangswechselspannung in zwei Schritten. Zunächst wird die Netzeingangsspannung mittels des Hochspannungsnetzteils 12 in eine variable Ausgangsgleichspannung umgesetzt. Diese variable Ausgangsgleichspannung dient als Eingangsspannung für den Hochfrequenzteil 16, dessen Ausgangswechselspannung - und damit auch die Ausgangswechselspannung des Elektrochirurgie-Generators 10 - proportional zur Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils 12 zunimmt.
Die Ausgangswechselspannung des Elektrochirurgie-Generators 10 - und damit auch der Ausgangswechselstrom und die Ausgangsleistung - können daher durch die von dem Hochspannungsnetzteil 12 erzeugte Ausgangsgleichspannung gesteuert werden. Die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils 12 hängt dabei üblicherweise von einem gewählten Betriebsmodus ab. Zu jedem Betriebsmodus gehören Maximalwerte für den Effektivwert der Ausgangswechselspannung über die Ausgänge 20.1 und 20.2, der Ausgangsspitzenspannung über die Ausgänge 20.1 und 20.2, des Ausgangswechselstroms an den Ausgängen 20.1 oder 20.2, den Gleichspannungsanteil an der Ausgangswechselspannung über die Ausgänge 20.1 und 20.2 sowie die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils 12.
Zum Messen beziehungsweise Erfassen dieser Größen sind eine Ausgangswechselstromerfassungseinheit 30, eine Ausgangswechselspannungserfassungseinheit 32 und eine Ausgangsgleichspannungserfassungseinheit 34 vorgesehen. Die Ausgangswechselspannungserfassungseinheit 32 erfasst jeweils den Momentanwert der Ausgangswechselspannung über die Ausgänge 20.1 und 20.2 und kann daraus auch den Effektivwert der Ausgangswechselspannung sowie die Spitzenwechselspannung und auch den Gleichspannungsanteil an der Ausgangswechselspannung bestimmen. Alternativ kann aber auch vorgesehen sein, dass lediglich jeweils die Effektivwerte der Ausgangswechselspannung und des Ausgangswechselstroms sowie die Spitzenwechselspannung erfasst werden, nicht aber die Momentanwerte.
Für jeden Messwert ist für einen jeweiligen Betriebsmodus ein Maximalwert vorgegeben. Die jeweils aktuell von den Erfassungseinheiten 30, 32 und 34 erfassten Werte werden über Komparatoren 40.1, 40.2 und 40.3 mit jeweils einem gemäß dem Betriebsmodus vorgegebenen Maximalwert verglichen; siehe die Bezugsziffern 42.1, 42.2 und 42.3.
Die Ausgangswerte der Komparatoren 40.1, 40.2 und 40.3 betragen jeweils „1“, wenn der aktuell von einer Erfassungseinheit erfasste Messwert den zugehörigen Maximalwert überschreitet. Ansonsten ist der Ausgangswert des jeweiligen Komparators 40.1, 40.2 oder 40.3 „0“. Die Ausgangswerte der Komparatoren 40.1, 40.2 und 40.3 werden einer logischen invertierten ODER-Schaltung (NOR-Gatter) 44 zugeführt, dessen Ausgangswert an dem invertierten Ausgang 46 immer dann „0“ ist, wenn der Ausgangswert einer der Komparatoren 40.1, 40.2 oder 40.3 1 ist - also immer dann, wenn einer der vorgegebenen Maximalwerte tatsächlich überschritten wird.
Anstelle der Komparatoren 40.1, 40.2 und 40.3 können auch invertierende Komparatoren 46.1, 46.2 und 46.3 in Verbindung mit einem logischen UND-Gatter 48 verwendet werden; siehe 3.
Über den Ausgangswert des invertierenden ODER-Gatters (NOR-Gatter) 44 wird das Hochspannungsnetzteil 12 gesteuert. Das Hochspannungsnetzteil 12 weist neben einer Gleichrichter-Hochspannungsschaltung 50 (die hier nicht im Detail dargestellt ist) einen Ausgangskondensator 52 auf, der über einen Schalter 54 mit der Hochspannungsgleichrichterschaltung 50 verbunden ist. Immer wenn der Schalter 54 geschlossen ist, wird der Kondensator 52 geladen, sodass die Spannung über den Ausgangskondensator 52 steigt. Sobald der Schalter 54 geöffnet ist, wird der Ausgangskondensator 52 nicht mehr geladen und die Spannung über den Ausgangskondensator 52 fällt wieder ab, da der Ausgangskondensator 52 Strom an den Hochfrequenzteil 16 des Elektrochirurgie-Generators 10 abgibt.
Das Öffnen und Schließen des Schalters 54 wird direkt oder indirekt durch das Ausgangssignal des invertierenden ODER-Gatters (NOR-Gatter) 44 oder des UND-Gatters 48 bewirkt. Immer wenn der Ausgangswert des NOR-Gatters 50 oder des UND-Gatters 48 „0“ ist, ist der Schalter 54 geöffnet und der Ausgangskondensator 52 wird nicht weiter geladen. Immer wenn der Ausgangswert des NOR-Gatters 44 oder des UND-Gatters 48 „1“ ist, ist der Schalter 54 geschlossen und der Ausgangskondensator 52 wird weiter geladen, sodass die Ausgangsspannung des Hochspannungsnetzteils 12 wieder steigt.
Es sei angemerkt, dass der Schalter nicht notwendigerweise vorhanden und wie angedeutet implementiert sein muss, sondern vielmehr eine schaltbare Stromquelle repräsentiert, die über das Steuersignal (das in der Abbildung den Schalter 54 steuert) ein- bzw. ausgeschaltet wird.
Durch gesteuertes Öffnen und Schließen des Schalters 54 oder durch gesteuertes Ein- und Ausschalten der Stromquelle wird die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils 12 im Betrieb des Elektrochirurgie-Generators 10 immer so geregelt, dass irgendeiner der vorgegebenen Maximalwerte erreicht wird - zumindest solange dies die Last an den Ausgängen 20.1 und 20.2 zulässt. Sobald einer der vorgegebenen Maximalwerte überschritten wird - und demnach nicht sämtliche Werte unter den vorgegebenen Maximalwerten liegen - wird das Laden des Ausgangskondensators 52 unterbrochen, so dass die Spannung über diesen Kondensator wieder abfällt - solange bis wieder sämtliche Werte unterhalb der vorgegebenen Maximalwerte liegen und der Schalter 54 wieder geschlossen wird.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass auch ein unterer Grenzwert für die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils 12 vorgegeben wird und ein Steuersignal für den Schalter 54 generiert wird, das bewirkt, dass der Schalter 54 immer dann geschlossen wird, sobald der vorgegebene Minimalwert für die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils 12 erreicht oder unterschritten wird. Hierzu ist ein invertierender Komparator 56 vorgesehen, dessen Ausgangswert immer dann „1“ ist, wenn die Ausgangsgleichspannung am Ausgang 14 des Hochspannungsnetzteils 12 unter den vorgegebenen Minimalwert sinkt.
Gemäß den in den 1 und 3 dargestellten Ausführungsvarianten wird der Ausgangswert dieses invertierenden Komparators 56 wird ebenso wie der Ausgangswert des NOR-Gatters 44 einem weiteren ODER-Gatter (OR-Gatter) 58 zugeführt, dessen Ausgangswert immer dann „1“ ist, wenn entweder der Ausgangswert des NOR-Gatters 44 „1“ ist oder der Ausgangswert des invertierenden Komparators 56.
2 zeigt eine alternative Ausführungsvariante, bei der der Ausgangswert des invertierenden Komparators 56 nicht direkt zum Schalten des Schalters 54 herangezogen wird, sondern vielmehr ein Erhöhen der Maximalwerte für die Ausgangswechselspannung und den Ausgangswechselstrom sowie ggf. daraus abgeleiteter Werte auf fest vorgegeben größtmögliche Maximalwerte dieser Parameter bewirkt, sobald der eingestellte Minimalwert für die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils 12 erreicht oder unterschritten wird.
Ein geeigneter Minimalwert für die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils 12 liegt typischerweise zwischen 5 V und 10 V.
Die Komparatoren und logischen Gatter bilden einen Hardwareregelknoten und können in Hardware oder Software realisiert sein. Der Hardwareregelknoten ist Teil einer Steuereinheit 60. Die Komparatoren und logischen Gatter arbeiten beispielsweise zeit-kontinuierlich, können aber auch als zeitdiskrete Gatter realisiert sein.
Der von ODER-verknüpften Komparatoren gebildete Hardwareregelknoten bildet ein binäres Steuersignal für Hochspannungsnetzteil 12, das angibt, ob der Ausgangskondensator 52 des Hochspannungsnetzteils 12 zu laden ist, oder nicht. Ist das Ausgangsignal des Hardwareregelknotens „1“ wird der Ausgangskondensator 52 geladen, sonst nicht. Das Ausgangsignal des Hardwareregelknotens ist nicht getaktet und wird quasi von dem getakteten Hochspannungsnetzteil 12 mit dessen Takt abgetastet.
Um das Spektrum der der Betriebsmodi des Elektrochirurgie-Generators 10 zu erhöhen, ist es gewünscht, dass möglichst alle Betriebsmodi des Elektrochirurgie-Generators 10 mit 1-Watt Leistungseinstellungen betrieben werden können.
Prinzipiell erfolgt die Regelung der Ausgangsleistung durch Einstellung der Eingangsspannung am Hochfrequenzteil 16 also durch Einstellen der Ausgangsgleichspannung (HVPS-Spannung) des Hochspannungsnetzteils 12. Der Hochfrequenzteil 16 des Elektrochirurgie-Generators 10 ist wie weiter vorne beschrieben ein Resonanzwandler, durch den aus der Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils 12 die hochfrequente Ausgangswechselspannung erzeugt wird, die an den Ausgängen 20.1 und 20.2 des Elektrochirurgie-Generators an ein dort angeschlossenes elektrochirurgisches Instrument abgegeben werden kann. Die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils 12 wird mit Hilfe des die Komparatoren und logischen Gatter umfassenden Hardwareregelknotens über eine Softwareschnittstelle eingestellt. Über die Softwareschnittstelle können die Maximalwerte für die folgenden Parameter vorgeben werden:

- Effektivwert der Ausgangswechselspannung,
- Spitzenwert der Ausgangswechselspannung,
- Effektivwert des Ausgangswechselstroms,
- Gleichspannungsanteil an der Ausgangswechselspannung (Sparkspannung; DC-Offset) und
- Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils (HVPS-Spannung)

Die Software gibt hierbei die Maximalwerte auf Grundlage von Messwerten und des gewählten Betriebsmodus vor.
Der Hardwareregelknoten steuert entsprechend der vorgegebenen Grenzen das Erzeugen der Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils 12 (siehe weiter vorne), woraus der Hochfrequenzteil 16 wiederum die Ausgangswechselspannung des Elektrochirurgie-Generators 10 entsprechend der eingestellten Leistung erzeugt. Für niedrige Ausgangsleistungen sind entsprechend niedrige Ausgangsgleichspannungen des Hochspannungsnetzteils 12 notwendig. Die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils 12 soll jedoch einen kritischen Wert nicht unterschreiten.
Um dies sicherzustellen ist es beim Stand der Technik vorgesehen, dass

- der Elektrochirurgie-Generator nur mit fest integrierten Modes betrieben wird
- für bestimmte, kritische Betriebsmodi keine niedrigen Leistungseinstellungen zulassen sind, und
- der HF-Leistungsregler eine global definierte und last-unabhängige HF-Ausgangsspannung nicht unterschreiten darf. Der HF-Leistungsregler ist beim Stand der Technik ein in Form von Software implementierter PID-Regler, der die gemessene Ausgangsleistung mit einer Sollleistung vergleicht und die Ausgangsspannung als Stellgröße nutzt.

Durch das Vorsehen einer Steuerung des Hochspannungsnetzteils unter Berücksichtigung des Wertes der Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils 12 und eines für die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils 12 vorgegeben Minimalwertes ist es möglich, die vorgenannten Beschränkungen zumindest teilweise aufzuheben, indem das Sicherstellen einer immer ausreichend großen Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils 12 anderweitig erfolgt - nämlich insbesondere durch den Komparator 56 und das ODER-Gatter 58.
4 zeigt, dass bei einer Leistungseinstellung von 1 W (das ist bei einem Elektrochirurgie-Generator gemäß dem Stand der Technik nur bei wenigen Modes überhaupt möglich) bereits bei Lasten die kleiner als 50 Ohm sind, die Ausgangsleistung bei einem Elektrochirurgie-Generator gemäß dem Stand der Technik unerwünscht auf bis zu 20 W ansteigt. Mit dem erfindungsgemäßen Elektrochirurgie-Generator 10 sind deutlich geringere Ausgangsleistungen bei kleinen Lastwiderständen möglich (z. B. 5 W anstatt 20 W bei 5 Ohm). Bei einem Elektrochirurgie-Generator gemäß dem Stand der Technik darf die Ausgangswechselspannung nicht unter 10 V sinken, so dass sich bei 5 Ω Last eine Leistung von 20 W ergibt, die mit einer Ausgangsgleichspannung von 20 V einhergeht; siehe gepunktete Linien in den Diagrammen. Bei einem erfindungsgemäßen Elektro-Chirurgie-Generator darf nur die Ausgangsgleichspannung 10 V nicht unterschreiten, die Ausgangswechselspannung hingegen schon. So ergibt sich an einer Last von 5 Ω eine Ausgangswechselspannung von 5 V und eine abgegebene Leistung von 5 W; siehe durchgezogene Linien in den Diagrammen.
In dem unteren Diagramm sind jeweils zwei Linien eingezeichnet, von denen die jeweils bei niedrigeren Spannungswerten verlaufende Linie die Ausgangswechselspannung und die jeweils bei höheren Spannungswerten verlaufende Linie die Ausgangsgleichspannung repräsentiert.
Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, umfasst ein Verfahren zum Betrieben es Elektrochirurgie-Generators die folgenden Schritte:

- die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils wird solange erhöht, bis wenigstens ein vorgegebener Maximalwert für die Ausgangsgleichspannung oder den Ausgangswechselstrom oder eine aus diesen Werten abgeleitete Größe erreicht oder überschritten wird,
- falls wenigstens ein vorgegebener Maximalwert für die Ausgangswechselspannung oder den Ausgangswechselstrom oder eine aus diesen Werten abgeleitete Größe erreicht oder überschritten wird, wird ein weiteres Erhöhen der Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils beendet und die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils absinken gelassen,

Für jeden vorzugebenden Maximalwert für die Ausgangswechselspannung des Hochfrequenz-Generators und den Ausgangswechselstrom des Hochfrequenz-Generators ist vorzugsweise jeweils ein im Betrieb nicht veränderbarer größtmöglicher Maximalwert fest vorgegeben und jeder Maximalwert wird auf den entsprechenden größtmöglichen Maximalwert gesetzt, wenn die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils den vorgegebenen Minimalwert für die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils erreicht oder unterschreitet. So wird eine Wiederansteigen der Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils 12 bewirkt.
Aus der Ausgangswechselspannung und dem Ausgangswechselstrom werden vorzugsweise Werte solcher Parameter wie der Spitzenspannung der Ausgangswechselspannung und dem Gleichspannungsanteil der Ausgangswechselspannung abgeleitet und aktuelle Werte dieser Parameter mit entsprechend eingestellten Maximalwerten verglichen. Die Spitzenspannung der Ausgangswechselspannung und der Gleichspannungsanteil der Ausgangswechselspannung können aber auch direkt gemessen werden, anstelle aus der Ausgangswechselspannung und dem Ausgangswechselstrom abgeleitet zu werden. Ein Ansteigen der Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils wird begrenzt, sobald wenigstens ein eingestellter Maximalwert für den Gleichstromanteil und die Spitzenspannung der Ausgangswechselspannung erreicht oder überschritten wird.
Bezugszeichenliste

10: Elektrochirurgie-Generator
12: Hochspannungsnetzteil
16: Hochfrequenzteil
18: Ausgangstransformator
20.1, 20.2: Ausgänge
22: Kondensator
24: Synchronisierschaltung
26: schaltbare Stromquelle
30: Ausgangswechselstromerfassungseinheit
32: Ausgangswechselspannungserfassungseinheit
34: Ausgangsgleichspannungserfassungseinheit
40.1, 40.2, 40.3: Komparatoren
42.1, 42.2, 42.3: vorgegebene Maximalwerte für die Parameter
44: ODER-Schaltung (NOR-Gatter)
46.1, 46.2, 46.3: alternative Komparatoren
48: UND-Gatter
50: Hochspannungsgleichrichterschaltung
52: Ausgangskondensator
54: Schalter
56: invertierter Komparator
58: ODER-Gatter (OR-Gatter)
60: Steuereinheit

Claims

Elektrochirurgie-Generator (10) mit einem Hochspannungsnetzteil (12), das im Betrieb eine Ausgangsgleichspannung liefert, und einem Hochfrequenzteil (16), das im Betrieb mit der Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils (12) gespeist wird und eine hochfrequente Ausgangswechselspannung erzeugt und an Ausgängen (20.1, 20.2) des Elektrochirurgie-Generators (10) bereitstellt, wobei der Elektrochirurgie-Generator (10) eine Steuereinheit (60) zum Steuern des Hochspannungsnetzteils (12) sowie wenigstens eine Ausgangswechselspannungserfassungseinheit (32) und eine Ausgangswechselstromerfassungseinheit (30) aufweist, die derart konfiguriert und miteinander verbunden sind, dass die Steuereinheit (60) im Betrieb des Elektrochirurgie-Generators (10) von der Ausgangswechselspannungserfassungseinheit (32) und der Ausgangswechselstromerfassungseinheit (30) jeweils Signale empfängt, die einen jeweils aktuellen Wert der Ausgangswechselspannung und des Ausgangswechselstroms repräsentieren, wobei die Steuereinheit (60) die jeweils aktuellen Werte der Ausgangswechselspannung und des Ausgangswechselstroms mit vorgegeben Maximalwerten für die Ausgangswechselspannung und den Ausgangswechselstrom vergleicht und ein Ansteigen der Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils begrenzt, sobald wenigstens ein vorgegebener Maximalwert für die Ausgangswechselspannung oder den Ausgangswechselstrom oder eine aus diesen Werten abgeleitete Größe erreicht oder überschritten wird, wobei der Elektrochirurgie-Generator (10) außerdem eine Ausgangsgleichspannungserfassungseinheit (34) aufweist, die mit der Steuereinheit (60) verbunden ist, wobei die Steuereinheit (60) im Betrieb des Elektrochirurgie-Generators (10) von der Ausgangsgleichspannungserfassungseinheit (32) Signale empfängt, die einen jeweils aktuellen Wert der Ausgangsgleichspannung repräsentieren, und die Steuereinheit (60) dazu konfiguriert ist, einen jeweils aktuellen Wert der Ausgangsgleichspannung mit einem fest vorgegebenen Minimalwert für die Ausgangsgleichspannung zu vergleichen und ein Ansteigen der Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils (12) zu bewirken, sobald der vorgegebene Minimalwert für die Ausgangsgleichspannung unterschritten wird.
Elektrochirurgie-Generator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (60) ausgebildet ist, jeden Maximalwert für die Ausgangswechselspannung und den Ausgangswechselstrom auf einen fest vorgegebenen, im Betrieb nicht veränderlichen größtmöglichen Maximalwert zu setzen, wenn die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils (12) den vorgegebenen Minimalwert für die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils (12) erreicht oder unterschreitet.
Elektrochirurgie-Generator gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (60) dazu konfiguriert ist, aus der Ausgangswechselspannung und dem Ausgangswechselstrom abgeleitete Werte solcher Parameter wie der Spitzenspannung der Ausgangswechselspannung und dem Gleichspannungsanteil der Ausgangswechselspannung zu erfassen und aktuelle Werte die Parameter mit entsprechend eingestellten Maximalwerten zu vergleichen, und ein Ansteigen der Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils (12) zu begrenzen, sobald wenigstens ein eingestellter Maximalwert für den Gleichstromanteil und die Spitzenspannung der Ausgangswechselspannung erreicht oder überschritten wird.
Elektrochirurgie-Generator gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Minimalwert für die Ausgangsgleichspannung kleiner als 20 V und größer als 5 V ist.
Elektrochirurgie-Generator gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochspannungsnetzteils wenigstens einen Ausgangskondensator (52) aufweist und die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils durch Ein- und Ausschalten des Hochspannungsnetzteils dadurch steuerbar ist, dass der Ausgangskondensator (52) im Betrieb geladen oder nicht geladen wird.
Elektrochirurgie-Generator gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochspannungsnetzteil (12) eine wahlweise ein- oder auszuschaltende Stromquelle (26) aufweist, die den Ausgangskondensator (52) speist.
Elektrochirurgie-Generator gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit mehrere Komparatoren (40.1, 40.2, 40.3; 46.1, 46.2, 46.3; 56) und wenigstens ein mit den Ausgängen der Komparatoren (40.1, 40.2, 40.3; 46.1, 46.2, 46.3; 56) verbundenes logisches Gatter (44, 48, 58) aufweist, wobei die Komparatoren (40.1, 40.2, 40.3; 46.1, 46.2, 46.3; 56) dazu konfiguriert sind, erfasste aktuelle Werte der Ausgangswechselspannung und des Ausgangswechselstroms und der Ausgangsgleichspannung mit vorgegebenen Maximal- oder Minimalwerten zu vergleichen und ein das jeweilige Vergleichsergebnis anzeigendes logisches Ausgangssignal zu bilden und an das wenigstens eine logische Gatter (44, 48, 58) auszugeben.
Verfahren zum Betreiben eines Elektrochirurgie-Generators mit einem Hochspannungsnetzteil, das eine Ausgangsgleichspannung liefert, und einem Hochfrequenzteil, das mit der Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils gespeist wird und eine hochfrequente Ausgangswechselspannung erzeugt und an Ausgängen des Elektrochirurgie-Generators bereitstellt, wobei das Verfahren ein Steuern des Hochspannungsnetzteils umfasst, bei dem die Ausgangswechselspannung des Hochfrequenz-Generators und ein Ausgangswechselstrom des Hochfrequenz-Generators kontinuierlich oder zeitdiskret erfasst werden und die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils immer solange erhöht wird, bis wenigstens ein vorgegebener Maximalwert für die Ausgangsgleichspannung oder den Ausgangswechselstrom oder eine aus diesen Werten abgeleitete Größe erreicht oder überschritten wird und falls wenigstens ein vorgegebener Maximalwert für die Ausgangswechselspannung oder den Ausgangswechselstrom oder eine aus diesen Werten abgeleitete Größe erreicht oder überschritten wird, ein weiteres Erhöhen der Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils beendet und die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils absinken gelassen wird, dadurch gekennzeichnet, dass auch die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils kontinuierlich oder zeitdiskret erfasst wird und die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils erhöht wird, sobald die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils einen vorgegebenen Minimalwert für die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils erreicht oder unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem für jeden vorzugebenden Maximalwert für die Ausgangswechselspannung des Hochfrequenz-Generators und den Ausgangswechselstrom des Hochfrequenz-Generators jeweils ein im Betrieb nicht veränderbarer größtmöglicher Maximalwert fest vorgegeben ist und jeder Maximalwert auf den entsprechenden größtmöglichen Maximalwert gesetzt wird, wenn die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils den vorgegebenen Minimalwert für die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils erreicht oder unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem aus der Ausgangswechselspannung und dem Ausgangswechselstrom Werte solcher Parameter wie der Spitzenspannung der Ausgangswechselspannung und dem Gleichspannungsanteil der Ausgangswechselspannung abgeleitet und aktuelle Werte dieser Parameter mit entsprechend eingestellten Maximalwerten verglichen werden, und ein Ansteigen der Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils begrenzt wird, sobald wenigstens ein eingestellter Maximalwert für den Gleichstromanteil und die Spitzenspannung der Ausgangswechselspannung erreicht oder überschritten wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem als Minimalwert für die Ausgangsgleichspannung ein Wert zwischen 20 V und 5 V vorgegeben ist
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem das Steuern der Ausgangsgleichspannung des Hochspannungsnetzteils durch Laden und Entladen lassen wenigstens eines Ausgangskondensators des Hochspannungsnetzteils erfolgt.