DE102020208090A1 - Electrosurgical instrument and procedure for its operation - Google Patents

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Thomas Alexander Schlebusch
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrochirurgischen Instruments mit einem Maul, welches ein erstes Maulteil (14) und ein zweites Maulteil (15) aufweist. Mittels mindestens eine Lichtquelle (21, 21a-d), die in einem Maulteil (14, 15) angeordnet ist, wird Licht in Richtung des anderen Maulteils (14, 15) emittiert und Licht wird mittels mindestens eines Photodetektors (22, 22a-d) empfangen, welcher der Innenseite des Mauls zugewandt ist. Mittels des empfangenen Lichts wird eine diffuse optische Tomographie von in dem Maul eingeklemmtem Gewebe (30) durchgeführt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein elektrochirurgisches Instrument, welches eingerichtet ist, um mittels des Verfahrens betrieben zu werden.The invention relates to a method for operating an electrosurgical instrument with a jaw, which has a first jaw part (14) and a second jaw part (15). By means of at least one light source (21, 21a-d), which is arranged in one jaw part (14, 15), light is emitted in the direction of the other jaw part (14, 15) and light is detected by means of at least one photodetector (22, 22a-d ) received, which faces the inside of the mouth. A diffuse optical tomography of tissue (30) pinched in the mouth is carried out by means of the received light. Furthermore, the invention relates to an electrosurgical instrument that is set up to be operated using the method.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrochirurgischen Instruments. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, das jeden Schritt des Verfahrens ausführt, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, welches das Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektrochirurgisches Instrument, welches eingerichtet ist, um mittels des Verfahrens betrieben zu werden.The present invention relates to a method for operating an electrosurgical instrument. The present invention also relates to a computer program that executes each step of the method, as well as a machine-readable storage medium that stores the computer program. Finally, the invention relates to an electrosurgical instrument which is set up to be operated by means of the method.

Stand der TechnikState of the art

Bei der minimalinvasiven Chirurgie sind Blutungen nicht akzeptabel, da das Operationsgebiet beispielsweise nicht mit einem Tupfer zugänglich ist. Daher kommt ganz besonders in diesem Bereich die Elektrochirurgie zum Einsatz, bei der das Gewebe verödet oder vor dem Schnitt zunächst koaguliert wird. Dabei wird das Gewebe thermisch durch einen hochfrequenten Stromfluss erhitzt und es kommt zu einem Gerinnen der Eiweiße, sowie einem Wasseraustrieb aus dem betroffenen Gewebeabschnitt. Dadurch ist ein verlässlicher Verschluss der Blutgefäße vor dem operativen Schnitt möglich.In minimally invasive surgery, bleeding is unacceptable because the surgical site cannot be accessed with a swab, for example. This is why electrosurgery is particularly used in this area, in which the tissue is sclerosed or first coagulated before the incision. The tissue is thermally heated by a high-frequency current flow and the proteins coagulate and water is expelled from the affected tissue section. This enables the blood vessels to be reliably closed before the surgical incision.

Ein Hauptanwendungsgebiet elektrochirurgischer Instrumente besteht in der Präparation des Operationsgebietes, das heißt dem Freilegen der zu operierenden Struktur. Dabei achtet der Operateur darauf, wichtige anatomische Strukturen wie Nerven, Sehnen oder große Blutgefäße womöglich vorsichtig freizulegen und nicht zu durchtrennen, um bleibende Schäden zu vermeiden und eine schnelle Genesung zu ermöglichen.A main area of application for electrosurgical instruments is the preparation of the operating area, that is, the exposure of the structure to be operated on. The surgeon takes care to carefully expose important anatomical structures such as nerves, tendons or large blood vessels and not to cut them in order to avoid permanent damage and enable a quick recovery.

Zur Unterstützung dieser Tätigkeit ist eine ortsaufgelöste Gewebestrukturerkennung wünschenswert, die vor Koagulation und Schnitten warnt, wenn eine Inhomogenität der eingespannten Gewebeprobe erkannt wurde, die beispielsweise auf einen unerkannten Nervenstrang hindeuten könnte. Die US 2017/0367772 A1 beschreibt eine Vorrichtung, welche die optische Absorption von Licht ausnutzt, das von einer Lichtquelle emittiert wird, die in einem Maulteil eines Mauls des elektrochirurgischen Instruments angeordnet ist. Das gegenüberliegende Maulteil weist einen Sensor zum Empfangen des Lichts auf. Es wird Licht einer roten und/oder einer infraroten Wellenlänge verwendet, um so den hohen Hämoglobin-Kontrast von Blutgefäßen zur Bildgebung zu nutzen. Hiermit kann ein Bild entlang der Oberfläche einer im Maul eingeklemmten Gewebeprobe erzeugt werden, ohne das jedoch Gewebeeigenschaften noch räumlich aufgelöst werden könnten.To support this activity, a spatially resolved tissue structure recognition is desirable, which warns of coagulation and cuts if an inhomogeneity of the clamped tissue sample has been recognized, which could, for example, indicate an undetected nerve cord. the US 2017/0367772 A1 describes a device which utilizes the optical absorption of light which is emitted by a light source which is arranged in a mouth part of a mouth of the electrosurgical instrument. The opposite jaw part has a sensor for receiving the light. Light of a red and / or an infrared wavelength is used in order to use the high hemoglobin contrast of blood vessels for imaging. With this, an image can be generated along the surface of a tissue sample clamped in the mouth, without the tissue properties being able to be spatially resolved.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das Verfahren dient zum Betreiben eines elektrochirurgischen Instruments mit einem Maul, welches ein erstes Maulteil und ein zweites Maulteil aufweist. Mittels mindestens einer Lichtquelle, die an einem Maulteil angeordnet ist, wird Licht in Richtung des anderen Maulteils emittiert. Dort wird das Licht mittels mindestens eines Photodetektors empfangen. Dieser ist der Innenseite des Mauls zugewandt. Die mindestens eine Lichtquelle ist insbesondere als Leuchtdiode (LED) ausgeführt. Der mindestens eine Photodetektor ist insbesondere als Photodiode ausgeführt. Mehrere Photodetektoren können beispielsweise als diskrete Photodioden oder als CCD-Zeilenarray ausgeführt sein. Mittels des empfangenen Lichts wird eine diffuse optische Tomographie von in dem Maul eingeklemmten Gewebe durchgeführt. Die diffuse optische Tomographie ist vor allem als Bildgebungsverfahren in der nicht ionisierenden funktionellen zerebralen Bildgebung bekannt. Sie basiert auf dem Verständnis, dass der optische Pfad den ein Photon im streuenden Gewebe zurücklegt, von der Anordnung von Emitter und Detektor abhängig ist. Befinden sich Emitter und Detektor auf einer gemeinsamen Oberfläche, sodass sie in einem Reflexionsmodus betrieben werden und sind zueinander räumlich beabstandet, so wird der größte Teil der Photonen durch einen bananenförmigen Gewebevolumenbereich vom Emitter zum Detektor gelangen. Ist der Abstand klein, befindet sich dieser Bereich nah an der Oberfläche. Je weiter sich Lichtquelle und Photodetektor voneinander entfernen, desto breiter und tiefer im Gewebe liegt dieser auch als „sensitivity volume“ bezeichnete Bereich. Durch im Zeitmultiplexverfahren durchgeschalteter Kombinationen verschiedener Kombinationen von Lichtquelle und Photodetektor kann die Lage des Bereichs relativ zu einem Gewebevolumen, als auch der Abstand zwischen Lichtquelle und Photodetektor moduliert werden. Das Ergebnis der Messung ist ein Datensatz optischer Dämpfungskoeffizienten für jede verwendete Wellenlänge. Durch Lösen des inversen Problems, beispielsweise unter Verwendung einer Rückprojektionsmatrix, können anschließend die optischen Eigenschaften des untersuchten Gewebes über das Volumen aufgelöst werden. Beispielsweise kann ein Schnittbild der Verteilung der optischen Gewebeeigenschaften berechnet werden. Verfahren des Standes der Technik bestimmen zwar optische Gewebeeigenschaften, allerdings nur integral über das Gewebevolumen gemittelt. Dies kann dies zu Problemen führen, wenn es aufgrund zu starker Energieeinwirkung des elektrochirurgischen Instruments zu einer Karbonisierung instrumentennaher Gewebeschichten kommt. Die oberflächlichen schwarzen Gewebepartikel bewirken eine Fehlinterpretation der optischen Gewebeeigenschaften über das gesamte integrale Gewebevolumen hinweg. Weiterhin ist es mittels herkömmlicher Verfahren, die lineare Arrays aus Lichtquelle und Photodetektor verwenden, möglich direkt ein Bild einer Oberfläche der im Maul eingeklemmten Gewebeprobe zu erstellen. Indem das vorliegende Verfahren nicht nur gegenüberliegende Paare aus Lichtquelle und Photodetektor nutzt, sondern auch beispielsweise überkreuzt messen kann, um im Sinne der diffusen optischen Tomographie eine dreidimensionale Darstellung in das Gewebe hinein erreichen zu können, können Gewebeeigenschaften räumlich aufgelöst werden und oberflächlich Artefakte wie Karbonisierungen vom Signal der tieferen Gewebeschichten getrennt werden.The method is used to operate an electrosurgical instrument with a mouth which has a first mouth part and a second mouth part. By means of at least one light source which is arranged on one jaw part, light is emitted in the direction of the other jaw part. There the light is received by means of at least one photodetector. This is facing the inside of the mouth. The at least one light source is designed in particular as a light-emitting diode (LED). The at least one photodetector is designed in particular as a photodiode. Several photodetectors can be designed, for example, as discrete photodiodes or as a CCD line array. A diffuse optical tomography of tissue clamped in the mouth is carried out by means of the received light. Diffuse optical tomography is primarily known as an imaging method in non-ionizing functional cerebral imaging. It is based on the understanding that the optical path that a photon travels in the scattering tissue depends on the arrangement of the emitter and detector. If the emitter and detector are on a common surface so that they are operated in a reflection mode and are spatially separated from one another, the majority of the photons will pass through a banana-shaped tissue volume area from the emitter to the detector. If the distance is small, this area is close to the surface. The further away the light source and the photodetector are from each other, the wider and deeper this area, also known as the "sensitivity volume", lies in the tissue. The position of the area relative to a tissue volume and the distance between the light source and the photodetector can be modulated by combinations of different combinations of light source and photodetector switched through in the time-division multiplex process. The result of the measurement is a data set of optical attenuation coefficients for each wavelength used. By solving the inverse problem, for example using a rear projection matrix, the optical properties of the examined tissue can then be resolved over the volume. For example, a sectional image of the distribution of the optical tissue properties can be calculated. Prior art methods determine optical tissue properties, but only averaged integrally over the tissue volume. This can lead to problems if, as a result of the electrosurgical instrument's strong application of energy, there is carbonization of tissue layers close to the instrument. The superficial black tissue particles cause a misinterpretation of the optical tissue properties over the entire integral tissue volume. Furthermore, it is using conventional methods using linear arrays using a light source and a photodetector, it is possible to create a direct image of the surface of the tissue sample clamped in the mouth. Since the present method not only uses opposing pairs of light source and photodetector, but can also measure crossed, for example, in order to be able to achieve a three-dimensional representation in the tissue in the sense of diffuse optical tomography, tissue properties can be spatially resolved and superficial artifacts such as carbonizations of the Signal the deeper tissue layers are separated.

Es ist bevorzugt, dass mindestens eine erste Lichtquelle Licht einer ersten Wellenlänge emittiert und mindestens eine zweite Lichtquelle Licht einer zweiten Wellenlänge emittiert. Dabei liegt die erste Wellenlänge bevorzugt im Bereich 520 nm bis 749 nm und besonders bevorzugt im Bereich von 520 nm bis 600 nm. Die zweite Wellenlänge liegt bevorzugt im Bereich von 750 nm bis 1100 nm. Ganz besonders bevorzugte Werte der ersten Wellenlänge sind beispielsweise 660 nm für rotes Licht und 555 nm für grünes Licht und ein ganz besonders bevorzugter Wert der zweiten Wellenlänge beträgt 940 nm für infrarotes Licht. Diese Wellenlängen liegen auf dem Absorptionsspektrum oxygenierten und deoxygenierten Hämoglobins und liefern daher einen guten Blutgefäßekontrast. Es kann aber auch vorgesehen sein, weitere Wellenlängen außerhalb der bevorzugten Bereiche der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge einzusetzen, um die optische Gewebedämpfung hochzuhalten und damit ein Übersprechen zwischen einzelnen Photodetektoren zu reduzieren.It is preferred that at least one first light source emits light of a first wavelength and at least one second light source emits light of a second wavelength. The first wavelength is preferably in the range from 520 nm to 749 nm and particularly preferably in the range from 520 nm to 600 nm. The second wavelength is preferably in the range from 750 nm to 1100 nm. Very particularly preferred values for the first wavelength are, for example, 660 nm for red light and 555 nm for green light and a very particularly preferred value of the second wavelength is 940 nm for infrared light. These wavelengths lie on the absorption spectrum of oxygenated and deoxygenated hemoglobin and therefore provide good blood vessel contrast. However, it can also be provided to use further wavelengths outside the preferred ranges of the first wavelength and the second wavelength in order to keep the optical tissue attenuation high and thus to reduce crosstalk between individual photodetectors.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens, sind Lichtquellen und Photodetektoren gemeinsam im ersten Maulteil angeordnet. Licht wird dann von den Lichtquellen ausgesandt, am zweiten Maulteil reflektiert und von den Photodetektoren empfangen. Dies ermöglicht ein Betreiben des elektrochirurgischen Instruments in einem Reflexionsmodus, indem alle für die Emission und Detektion benötigten Bauteile in einem einzigen Maulteil angeordnet werden können, sodass nur dieses Maulteil die für jene Bauteile erforderliche elektrische Kontaktierung benötigt.In a preferred embodiment of the method, light sources and photodetectors are arranged together in the first jaw part. Light is then emitted by the light sources, reflected at the second jaw part and received by the photodetectors. This enables the electrosurgical instrument to be operated in a reflection mode in that all components required for emission and detection can be arranged in a single jaw part, so that only this jaw part requires the electrical contacting required for those components.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens empfangen Photodetektoren, die im zweiten Maulteil angeordnet sind, Licht, welches von Lichtquellen im ersten Maulteil ausgesandt wird. Anders als die Reflexion, gemäß der vorhergehenden Ausführungsform, die ein zweimaliges Durchstrahlen des Gewebes vorsieht, kann die diffuse optische Tomographie hierbei mittels einer nur einmaligen Durchstrahlung des Gewebes vorgenommen werden.In another preferred embodiment of the method, photodetectors which are arranged in the second mouth part receive light which is emitted by light sources in the first mouth part. In contrast to the reflection, according to the previous embodiment, which provides for a double irradiation of the tissue, the diffuse optical tomography can be carried out here by means of a single irradiation of the tissue.

Es kann in dieser Ausführungsform vorgesehen sein, dass weiterhin von Photodetektoren, die im ersten Maulteil angeordnet sind, Licht empfangen wird, welches von Lichtquellen im zweiten Maulteil ausgesandt wird. Dadurch ist es möglich, nicht nur die Transmission sondern auch die Rückstreuung der Strahlung in der untersuchten Gewebeprobe zu messen.In this embodiment it can be provided that light is also received by photodetectors which are arranged in the first mouth part, which light is emitted by light sources in the second mouth part. This makes it possible to measure not only the transmission but also the backscattering of the radiation in the examined tissue sample.

Bei der diffusen optischen Tomographie wird vorzugsweise eine gelernte Rückprojektionsmatrix oder Rückprojektionsfunktion verwendet. Mittels dieser, kann aus skalaren Messwerten von Photodetektoren ein dreidimensionales Volumen der optischen Gewebeeigenschaften ermittelt werden. Das Lernen der Rückprojektionsmatrix oder Rückprojektionsfunktion kann insbesondere auf Basis eines Finite Elemente Modells erfolgen.In diffuse optical tomography, a learned rear projection matrix or rear projection function is preferably used. By means of this, a three-dimensional volume of the optical tissue properties can be determined from scalar measured values from photodetectors. The rear projection matrix or rear projection function can be learned in particular on the basis of a finite element model.

Die Rückprojektionsmatrix oder Rückprojektionsfunktion ist von der Anordnung der Lichtquellen und Photodetektoren zueinander abhängig. Werden Lichtquellen und Photodetektoren im Reflexionsbetrieb betrieben und sind hierzu in einem gemeinsamen Maulteil des Mauls angeordnet, kann eine feste Rückprojektionsmatrix oder Rückprojektionsfunktion genutzt werden. Werden alternativ oder zusätzlich auch im Maulteil gegenüberliegende Paare von Lichtquellen und Photodetektoren eingesetzt, ändert sich die Rückprojektionsfunktion oder Rückprojektionsmatrix in Abhängigkeit des Öffnungswinkels des Mauls. Es ist deshalb bevorzugt, dass die Rückprojektionsmatrix oder Rückprojektionsfunktion in Abhängigkeit von einem Öffnungswinkel des Mauls gelernt wurde. Der Öffnungswinkel kann aus der optischen Absorption geschätzt oder über einen im Maul integrierten Sensor erfasst werden. In Abhängigkeit des Öffnungswinkels kann eine geeignete Rückprojektionsfunktion aus einem Satz von Rückprojektionsfunktionen gewählt werden oder es wird direkt durch Anwendung einer Finite Elemente Simulation der aktuellen Anordnung eine geeignete Rückprojektionsfunktion ermittelt. Alternativ kann eine Rückprojektionsfunktion eingesetzt werden, die für alle Öffnungswinkel gültig ist, beispielsweise ein neuronales Netzwerk, das mit ausreichend vielen Öffnungswinkeln trainiert wurde und daher diesen Einflussparameter adäquat berücksichtigen kann. Dabei kann der Öffnungswinkel als zusätzliche Eingangsgröße zu den photometrischen Messdaten berücksichtigt werden oder implizit aus den photometrischen Messdaten ermittelt werden.The rear projection matrix or rear projection function depends on the arrangement of the light sources and photodetectors with respect to one another. If light sources and photodetectors are operated in reflection mode and are arranged in a common mouth part of the mouth for this purpose, a fixed rear projection matrix or rear projection function can be used. If, alternatively or in addition, opposite pairs of light sources and photodetectors are used in the mouth part, the rear projection function or rear projection matrix changes as a function of the opening angle of the mouth. It is therefore preferred that the rear projection matrix or rear projection function was learned as a function of an opening angle of the mouth. The opening angle can be estimated from the optical absorption or recorded using a sensor integrated in the mouth. Depending on the opening angle, a suitable rear projection function can be selected from a set of rear projection functions or a suitable rear projection function is determined directly by using a finite element simulation of the current arrangement. Alternatively, a back projection function can be used that is valid for all opening angles, for example a neural network that has been trained with a sufficient number of opening angles and can therefore adequately take this influencing parameter into account. The opening angle can be taken into account as an additional input variable to the photometric measurement data or it can be determined implicitly from the photometric measurement data.

Oberstes Ziel einer erfolgreichen Koagulation ist der sichere Verschluss der Blutgefäße im gefassten Gewebevolumen. Durch Erhitzung des elektrochirurgischen Instruments und höhere Stromdichten in instrumentennahen Gewebeschichten, kann es bereits zu einer Karbonisierung oberer Gewebeschichten kommen, wenn noch kein sicherer Verschluss in tieferen Schichten des gefassten Gewebevolumens erzielt wurde. Diesem Problem kann begegnet werden, indem ein Regeln eines Hochfrequenzgenerators des elektrochirurgischen Instruments in Abhängigkeit von Veränderungen einer Homogenität optischer Eigenschaften des Gewebes entlang einer Richtung zwischen den beiden Maulteilen erfolgt. Aufgrund der optischen Auflösung entlang dieser Richtung, die das Verfahren ermöglicht, kann eine Bewertung auch in die Tiefe hinein erfolgen. Neben der Veränderung der Gewebestruktur ändert Blut sein Absorptionsspektrum signifikant während der Koagulation. Für einen zügigen Fortschritt der Operation, kann der Hochfrequenzgenerator zunächst etwas stärker eingestellt sein. Gleichzeitig wird mittels der diffusen optischen Tomographie fortlaufend ermittelt, ob die Homogenität der optischen Eigenschaften des eingespannten Gewebes entlang der Richtung zunimmt oder abnimmt. Kommt es zu deutlichen Unterschieden oberflächlicher und tieferliegender Gewebe, kann der Hochfrequenzgenerator gedrosselt werden, um eine Karbonisierung oberflächlicher Gewebeschichten zu reduzieren, bis auch ein zuverlässiger Verschluss tieferer Gewebeschichten erzielt wurde. Die Definition, was ein deutlicher Unterschied ist, kann insbesondere als Schwellenwert hinterlegt sein. Durch die Emittierung unterschiedlicher Wellenlängen, kann darüber hinaus die Art des eingespannten Gewebes ermittelt werden. Insbesondere kann durch die Verwendung geeigneter erster Wellenlängen und geeigneter zweiter Wellenlängen die Menge des Hämoglobins im Gewebevolumen ermittelt werden, sowie seine räumliche Verteilung im Gewebevolumen. Hierbei erfolgt eine multispektrale diffuse optische Tomographie. Diese Informationen können zur Wahl eines geeigneten Koagulationsprogramms der Steuerung des Hochfrequenzgenerators verwendet werden, sodass unterschiedliche Koagulationsparameter für hoch vaskularisiertes und schwach vaskularisiertes Gewebe oder auch stark inhomogenes Gewebe genutzt werden können.The primary goal of successful coagulation is the safe closure of the blood vessels in the captured tissue volume. The heating of the electrosurgical instrument and higher current densities in the tissue layers close to the instrument can lead to carbonization of the upper tissue layers if there is still no secure closure was achieved in deeper layers of the captured tissue volume. This problem can be countered by regulating a high-frequency generator of the electrosurgical instrument as a function of changes in the homogeneity of optical properties of the tissue along a direction between the two jaw parts. Due to the optical resolution along this direction, which the method enables, an assessment can also be made in depth. In addition to changing the structure of the tissue, blood changes its absorption spectrum significantly during coagulation. For a quick progress of the operation, the high-frequency generator can initially be set a little stronger. At the same time, diffuse optical tomography is used to continuously determine whether the homogeneity of the optical properties of the clamped tissue increases or decreases along the direction. If there are significant differences between superficial and deeper tissues, the high-frequency generator can be throttled in order to reduce carbonization of superficial tissue layers until a reliable closure of deeper tissue layers has been achieved. The definition of what is a clear difference can in particular be stored as a threshold value. By emitting different wavelengths, the type of tissue clamped can also be determined. In particular, through the use of suitable first wavelengths and suitable second wavelengths, the amount of hemoglobin in the tissue volume can be determined, as well as its spatial distribution in the tissue volume. This involves multispectral diffuse optical tomography. This information can be used to select a suitable coagulation program for the control of the high-frequency generator, so that different coagulation parameters can be used for highly vascularized and weakly vascularized tissue or also highly inhomogeneous tissue.

Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder auf einem elektronischen Steuergerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung unterschiedlicher Ausführungsformen des Verfahrens in einem elektrochirurgischen Instrument, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist es auf dem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert. Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein Steuergerät eines elektrochirurgischen Instruments, wird das elektrochirurgische Instrument erhalten, welches eingerichtet ist, um mittels des Verfahrens betrieben zu werden.The computer program is set up to carry out each step of the method, in particular when it runs on a computing device or on an electronic control device. It enables the implementation of different embodiments of the method in an electrosurgical instrument without having to make structural changes to it. For this purpose, it is stored on the machine-readable storage medium. By uploading the computer program to a control device of an electrosurgical instrument, the electrosurgical instrument is obtained, which is set up to be operated by means of the method.

FigurenlisteFigure list

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

  • 1 zeigt schematisch ein elektrochirurgisches Instrument, welches in Verfahren gemäß unterschiedlichen Ausführungsbespielen der Erfindung verwendet werden kann.
  • 2 zeigt ein Maul eines elektrochirurgischen Instruments gemäß einem Ausführungsbespiel der Erfindung.
  • 3 zeigt schematisch ein Maul eines elektrochirurgischen Instruments gemäß einem anderen Ausführungsbespiel der Erfindung.
  • 4 zeigt schematisch ein Maul eines elektrochirurgischen Instruments gemäß noch einem anderen Ausführungsbespiel der Erfindung.
  • 5 zeigt schematisch ein Maul eines elektrochirurgischen Instruments gemäß noch einem anderen Ausführungsbespiel der Erfindung.
  • 6 zeigt schematisch ein Maul eines elektrochirurgischen Instruments gemäß noch einem anderen Ausführungsbespiel der Erfindung.
  • 7 zeigt ein Blockschaltbild von Komponenten eines elektrochirurgischen Instruments gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the description below.
  • 1 shows schematically an electrosurgical instrument which can be used in methods according to different exemplary embodiments of the invention.
  • 2 shows a mouth of an electrosurgical instrument according to an exemplary embodiment of the invention.
  • 3 shows schematically a mouth of an electrosurgical instrument according to another exemplary embodiment of the invention.
  • 4th shows schematically a mouth of an electrosurgical instrument according to yet another exemplary embodiment of the invention.
  • 5 shows schematically a mouth of an electrosurgical instrument according to yet another exemplary embodiment of the invention.
  • 6th shows schematically a mouth of an electrosurgical instrument according to yet another exemplary embodiment of the invention.
  • 7th shows a block diagram of components of an electrosurgical instrument according to an embodiment of the invention.

Ausführungsbeispiele der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt ein elektrochirurgisches Instrument 10 in Form einer Koagulations- und Thermofusionszange, welches einen Handgriff 11 aufweist. Mittels eines Schaftteils 12 ist ein Maul 13 mit dem Handteil 11 verbunden. Das Maul 13 weist ein erstes Maulteil 14 und ein zweites Maulteil 15 auf. Mittels eines Elements am Handteil 11 können die beiden Maulteile 14, 15 so aufeinander zu und voneinander wegbewegt werden, dass das Maul 13 geschlossen oder geöffnet wird. Das elektrochirurgische Instrument 10 ist mittels eines Kabels 16 mit einer Versorgungseinheit 17 verbunden. 1 shows an electrosurgical instrument 10 in the form of coagulation and thermofusion forceps, which have a handle 11th having. By means of a shaft part 12th is a mouth 13th with the handle 11th connected. The mouth 13th has a first jaw part 14th and a second jaw part 15th on. By means of an element on the handle 11th can both jaw parts 14th , 15th be moved towards and away from each other in such a way that the mouth 13th is closed or opened. The electrosurgical instrument 10 is by means of a cable 16 with a supply unit 17th connected.

In einem ersten Ausführungsbespiel des elektrochirurgischen Instruments 10 sind im ersten Maulteil 14 vier Lichtquellen 21a-d in Form von LEDs angeordnet. Beispielsweise imitiert die erste Lichtquelle 21a grünes Licht der Wellenlänge 555 nm, die zweite Lichtquelle 21b rotes Licht der Wellenlänge 660 nm, die dritte Lichtquelle 21c infrarotes Licht der Wellenlänge 940 nm und die vierte Lichtquelle 21d infrarotes Licht der Wellenlänge 1500 nm. Während das Licht der ersten drei Lichtquellen 21a-c in diesem Ausführungsbeispiel zur Untersuchung von Gewebe 30 dient, das im Maulteil 13 eingeklemmt ist, dient das Licht der vierten Lichtquelle 21d dazu, die optische Gewebedämpfung hochzuhalten und damit ein Übersprechen zwischen einzelnen Photodetektoren, die zum Empfangen des Lichtes vorgesehen sind, zu reduzieren. Diese Photodetektoren 22a-d sind im zweiten Maulteil 15 angeordnet. Sie sind beispielsweise als diskrete Photodioden ausgeführt.In a first exemplary embodiment of the electrosurgical instrument 10 are in the first jaw part 14th four light sources 21a-d arranged in the form of LEDs. For example, the first light source imitates 21a green light with a wavelength of 555 nm, the second light source 21b red light with a wavelength of 660 nm, the third light source 21c infrared light with a wavelength of 940 nm and the fourth light source 21d infrared light with a wavelength of 1500 nm. While the light of the first three light sources 21a-c in this embodiment for examining tissue 30th serves that in the mouth part 13th is pinched, the light of the fourth light source is used 21d to keep the optical tissue damping high and thus a To reduce crosstalk between individual photodetectors, which are provided for receiving the light. These photodetectors 22a-d are in the second jaw part 15th arranged. They are designed, for example, as discrete photodiodes.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrochirurgischen Instruments 10, das in 3 dargestellt ist, ist im ersten Maulteil 14 eine einzige Lichtquelle 21 angeordnet, die räumlich ausgedehnt ausgeführt ist, sodass sie die gesamte Länge des Bereiches des ersten Maulteils 14 einnimmt, indem im ersten Ausführungsbeispiel die diskreten Lichtquellen 21a-d angeordnet sind. Das zweite Maulteil 15 weist wie im ersten Ausführungsbeispiel vier Photodetektoren 22a-d auf.In a second embodiment of the electrosurgical instrument according to the invention 10 , this in 3 is shown is in the first jaw part 14th a single light source 21 arranged, which is designed to be spatially extended, so that it covers the entire length of the area of the first jaw part 14th occupies by the discrete light sources in the first embodiment 21a-d are arranged. The second jaw part 15th has four photodetectors as in the first embodiment 22a-d on.

In einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrochirurgischen Instruments 10, das in 4 dargestellt ist, weist das erste Maulteil 14 dieselben Lichtquellen auf, wie im ersten Ausführungsbeispiel. Im zweiten Maulteil 15 ist ein einziger Photodetektor 22 angeordnet, der die gesamte Länge des zweiten Maulteils 15 ausfüllt, die in den ersten beiden Ausführungsbeispielen von den diskreten Photodetektoren 22a-d ausgefüllt sind. In a third embodiment of the electrosurgical instrument according to the invention 10 , this in 4th is shown, has the first jaw part 14th the same light sources as in the first embodiment. In the second jaw part 15th is a single photodetector 22nd arranged that the entire length of the second jaw part 15th fills out the discrete photodetectors in the first two exemplary embodiments 22a-d are filled out.

Während die ersten drei Ausführungsbeispiele vorsehen, dass das erste Maulteil 14 ausschließlich Lichtquellen 21, 21a d aufweist und das zweite Maulteil 15 ausschließlich Photodetektoren 22, 22a d aufweist, sind in einem vierten Ausführungsbespiel des erfindungsgemäßen elektrochirurgischen Instruments in beiden Maulteilen 14, 15 abwechselnd Lichtquellen 21a-d und Photodetektoren 22a-d angeordnet. Die Photodetektoren 22a d können dabei nicht nur Lichtstrahlen der im gegenüberliegenden Maulteil angeordneten Lichtquellen in Transmission erfassen, so wie dies auch in den ersten drei Ausführungsbeispielen möglich ist, sondern zusätzlich können sie auch Lichtstrahlen der im selben Maulteil angeordneten Photodioden in Reflexion erfassen.While the first three exemplary embodiments provide that the first jaw part 14th only light sources 21 , 21a d and the second jaw part 15th photodetectors only 22nd , 22a d, are in a fourth exemplary embodiment of the electrosurgical instrument according to the invention in both jaw parts 14th , 15th alternating light sources 21a-d and photodetectors 22a-d arranged. The photodetectors 22a d can not only capture light rays from the light sources arranged in the opposite mouth part in transmission, as is also possible in the first three exemplary embodiments, but in addition they can also capture light rays from the photodiodes arranged in the same mouth part in reflection.

In einem fünften Ausführungsbeispiel weist das zweite Maulteil 15 weder Lichtquellen noch Photodetektoren auf. Im ersten Maulteil 14 sind hingegen genauso wie im vierten Ausführungsbeispiel abwechselnd Lichtquellen 21a-b und Photodetektoren 22a-b angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel empfangen die Photodetektoren 22a-b ausschließlich Lichtstrahlen, die am zweiten Maulteil 15 reflektiert wurden.In a fifth embodiment, the second jaw part 15th neither light sources nor photodetectors. In the first jaw part 14th however, just as in the fourth exemplary embodiment, alternate light sources 21a-b and photodetectors 22a-b arranged. In this embodiment the photodetectors receive 22a-b only light rays emitted from the second jaw part 15th were reflected.

7 zeigt, wie in Verfahren zum Betreiben der elektrochirurgischen Instrumente 10 gemäß den verschiedenen beschriebenen Ausführungsbeispielen die Lichtquellen 21a d von einem elektronischen Steuergerät 31 angesteuert werden können und die Photodetektoren 22a-d ihre Signale an das elektronische Steuergerät 31 zurücksenden können. Für die Durchführung einer Untersuchung des Gewebes 30 erfolgt eine mehrfache Ansteuerung der Lichtquellen 21a-d, sodass mehrere Einzelmessungen verschiedener Kombinationen von Lichtquellen 21a-d und Photodetektoren 22a-d vorgenommen werden können. Die Ergebnisse dieser Messungen werden im elektronischen Steuergerät 31 unter Verwendung einer gelernten und dort hinterlegten Rückprojektionsmatrix ausgewertet, um so eine optische Tomographie des Gewebes 30 durchzuführen. Dabei können Veränderungen der optischen Eigenschaften des Gewebes 30 entlang einer Richtung z zwischen den beiden Maulteilen 14, 15 ermittelt werden. Wenn das elektronische Steuergerät 31 in der Versorgungseinheit 17 angeordnet ist, so können dort über eine Kommunikationseinheit 32 diese Informationen ausgegeben werden und beispielsweise Warnungen vor stark inhomogenem Gewebe erzeugt werden, welches auf ein großes Blutgefäß hinweist, das durch Bindegewebe fließt. Weiterhin kann vom elektronischen Steuergerät 31 ein Hochfrequenzgenerator 33 in der Versorgungseinheit 17, welcher Koagulationselektroden in den beiden Maulteilen 14, 15 versorgt, so angesteuert werden, dass der Hochfrequenzgenerator gedrosselt wird, wenn es zu Unterschieden in den optischen Eigenschaften oberflächlicher und tieferliegender Schichten des Gewebes 30 kommt, die einen vorgegebenen Schwellenwert überschreiten. Auf dieser Weise kann eine Karbonisierung oberer Gewebeschichten verhindert werden. 7th shows how in method of operating electrosurgical instruments 10 according to the various exemplary embodiments described, the light sources 21a d from an electronic control unit 31 can be controlled and the photodetectors 22a-d their signals to the electronic control unit 31 can send back. For performing an examination of the tissue 30th the light sources are controlled multiple times 21a-d so that several individual measurements of different combinations of light sources 21a-d and photodetectors 22a-d can be made. The results of these measurements are stored in the electronic control unit 31 evaluated using a rear projection matrix that has been learned and stored there, in order to produce an optical tomography of the tissue 30th perform. This can change the optical properties of the tissue 30th along a direction z between the two jaw parts 14th , 15th be determined. When the electronic control unit 31 in the supply unit 17th is arranged, so there can be a communication unit 32 this information is output and, for example, warnings of highly inhomogeneous tissue are generated, which indicates a large blood vessel flowing through connective tissue. Furthermore, from the electronic control unit 31 a high frequency generator 33 in the supply unit 17th which coagulation electrodes in the two jaw parts 14th , 15th supplied, are controlled so that the high-frequency generator is throttled if there are differences in the optical properties of superficial and deeper layers of the tissue 30th comes that exceed a predetermined threshold. In this way, carbonization of the upper tissue layers can be prevented.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • US 2017/0367772 A1 [0004]US 2017/0367772 A1 [0004]

Claims (12)

Verfahren zum Betreiben eines elektrochirurgischen Instruments (10) mit einem Maul (13), welches ein erstes Maulteil (14) und ein zweites Maulteil (15) aufweist, worin mittels mindestens eine Lichtquelle (21, 21a-d), die in einem Maulteil (14, 15) angeordnet ist, Licht in Richtung des anderen Maulteils (14, 15) emittiert wird und Licht mittels mindestens eines Photodetektors (22, 22a-d) empfangen wird, welcher der Innenseite des Mauls (13) zugewandt ist, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des empfangenen Lichts eine diffuse optische Tomographie von in dem Maul (13) eingeklemmtem Gewebe (30) durchgeführt wird.A method for operating an electrosurgical instrument (10) with a mouth (13) which has a first mouth part (14) and a second mouth part (15), wherein by means of at least one light source (21, 21a-d) which is inserted in a mouth part ( 14, 15) is arranged, light is emitted in the direction of the other mouth part (14, 15) and light is received by means of at least one photodetector (22, 22a-d) facing the inside of the mouth (13), characterized in that, that a diffuse optical tomography of tissue (30) clamped in the mouth (13) is carried out by means of the received light. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine erste Lichtquelle (21, 21a-d) Licht einer ersten Wellenlänge emittiert und mindestens eine zweite Lichtquelle (21, 21a-d) Licht einer zweiten Wellenlänge zu emittiert.Procedure according to Claim 1 , characterized in that at least one first light source (21, 21a-d) emits light of a first wavelength and at least one second light source (21, 21a-d) emits light of a second wavelength. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wellenlänge im Bereich von 520 nm bis 749 nm liegt und die zweite Wellenlänge im Bereich von 750 nm bis 1100 nm liegt.Procedure according to Claim 2 , characterized in that the first wavelength is in the range from 520 nm to 749 nm and the second wavelength is in the range from 750 nm to 1100 nm. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass von Photodetektoren (22a-b), die gemeinsam mit den Lichtquellen(21a-b) im ersten Maulteil (14) angeordnet sind, Licht empfangen wird, welches am zweiten Maulteil (15) reflektiert wird.Method according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that light is received by photodetectors (22a-b) which are arranged together with the light sources (21a-b) in the first mouth part (14), which light is reflected on the second mouth part (15). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass von Photodetektoren (22a-d), die im zweiten Maulteil (15) angeordnet sind, Licht empfangen wird, welches von Lichtquellen (21a-d) im zweiten Maulteil (14) ausgesandt wird.Method according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that light is received by photodetectors (22a-d) which are arranged in the second mouth part (15), which light is emitted by light sources (21a-d) in the second mouth part (14). Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin von Photodetektoren (22b, 22d), die im ersten Maulteil (14) angeordnet sind, Licht empfangen wird, welches von Lichtquellen (21b, 21d) im zweiten Maulteil (15) ausgesandt wird.Procedure according to Claim 5 , characterized in that furthermore light is received by photodetectors (22b, 22d) which are arranged in the first mouth part (14), which light is emitted by light sources (21b, 21d) in the second mouth part (15). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der diffusen optischen Tomographie eine gelernte Rückprojektionsmatrix oder Rückprojektionsfunktion verwendet wird.Method according to one of the Claims 1 until 6th , characterized in that a learned rear projection matrix or rear projection function is used in diffuse optical tomography. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückprojektionsmatrix oder Rückprojektionsfunktion in Abhängigkeit von einem Öffnungswinkel des Mauls (13) gelernt wurde.Procedure according to Claim 7 , characterized in that the rear projection matrix or rear projection function has been learned as a function of an opening angle of the mouth (13). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regeln eines Hochfrequenzgenerators (33) des elektrochirurgischen Instruments (10) in Abhängigkeit von Veränderungen einer Homogenität optischer Eigenschaften des Gewebes (30) entlang einer Richtung (z) zwischen den beiden Maulteilen (14, 15) erfolgt.Method according to one of the Claims 1 until 8th , characterized in that a high-frequency generator (33) of the electrosurgical instrument (10) is regulated as a function of changes in the homogeneity of optical properties of the tissue (30) along a direction (z) between the two jaw parts (14, 15). Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.Computer program which is set up, each step of a method according to one of the Claims 1 until 9 perform. Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 10 gespeichert ist.Machine-readable storage medium on which a computer program is based Claim 10 is saved. Elektrochirurgisches Instrument (10), welches eingerichtet ist, um mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 betrieben zu werden.Electrosurgical instrument (10) which is set up to be performed by means of a method according to one of the Claims 1 until 9 to be operated.
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US5762609A (en) 1992-09-14 1998-06-09 Sextant Medical Corporation Device and method for analysis of surgical tissue interventions
US20170367772A1 (en) 2012-03-06 2017-12-28 Briteseed, Llc User Interface for a System Used to Determine Tissue or Artifact Characteristics

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