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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lieferung eines Stromflusses
bei monopolarer Elektrochirurgie.
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HINTERGRUND
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Üblicherweise
umfasst Elektrochirurgie die Verwendung von Hochfrequenz-Elektroenergie,
wie Radiofrequenz (RF)-Energie,
um Gewebe zu schneiden oder auszutrocknen, Blut zu koagulieren,
um eine Blutung aus kleinen Blutgefäßen zu stoppen, eine Gewebenekrose
hervorzurufen, und dergleichen. Zum Beispiel kann Hochfrequenz-Elektroenergie
mit einem elektrochirurgischen Skalpell verwendet werden, um einen
Einschnitt zu beginnen oder zu vertiefen und/oder kleine Blutgefäße zu koagulieren, die
während
das Einschnitts geschnitten werden. In einem anderen Beispiel kann
Hochfrequenzenergie erkrankten Regionen in Zielgewebe, wie Krebsmetastasen
in einer Leber, zugeführt
werden, um eine Nekrose der erkrankten Regionen hervorzurufen.
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Die
Ausrüstung
zur Durchführung
von Elektrochirurgie umfasst im Allgemeinen eine Hochfrequenz-Elektroenergiequelle,
eine Aktivelektrode, eine Dispersionselektrode, die mitunter eine "Rücklaufelektrode" genannt wird, und
eine Verdrahtung zum Verbinden der Energiequelle mit der Aktiv-
und der Dispersionselektrode. Die Hochfrequenz-Energiequelle liefert
im Allgemeinen einen Hochfrequenzstrom durch die Verdrahtung an
die Aktivelektrode, und die Aktivelektrode wird im Allgemeinen verwendet,
um den Strom einer Zielgewebestelle an einem Patienten zur Durchführung einer
elektrochirurgischen Maßnahme
zuzuführen. Üblicherweise
ist die Aktivelektrode bezüglich
der Dispersionselektrode in der Oberfläche relativ klein, so dass
durch die Aktivelektrode eine relativ hohe Stromdichte erbracht wird.
Der Hochfrequenzstrom fließt
von der Aktivelektrode durch den Patienten hindurch zu der Dispersionselektrode.
Sowohl die Aktiv- als auch die Dispersionselektrode sind durch ein
oder mehrere Kabel an der Energiequelle angebracht. Somit kann ein übliches
Elektrochirurgiesystem eine elektrische Schaltung mit einer Energiequelle,
ein Kabel zu einer Aktivelektrode, einen Patienten, eine Dispersionselektrode
und ein Kabel zu der Energiequelle umfassen.
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Es
gibt zwei generelle Arten von elektrochirurgischen Systemen, die
gegenwärtig
verwendet werden, nämlich
bipolare und monopolare Systeme. Bei bipolaren Elektrochirurgiesystemen
können
beide Elektroden in der Oberfläche
gleich sein und sind in enger Nähe
zueinander positioniert, z.B. zusammen an demselben tragbaren elektrochirurgischen Gerät. Bei monopolarer
Elektrochirurgie sind die Aktiv- und Dispersionselektrode üblicherweise
durch einen bedeutend größeren Abstand
als die Elektroden in bipolaren Elektrochirurgiesystemen voneinander getrennt. 1 stellt
schematisch ein monopolares Elektrochirurgiesystem 100 dar,
das eine Hochfrequenz-Elektroenergiequelle 102, ein Aktivelektrodenkabel 104,
eine Aktivelektrode 106, einen Patienten 112,
eine Dispersionselektrode 108 und ein Dispersionselektrodenkabel 110 umfasst.
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Eine
monopolare Aktivelektrode ist üblicherweise
relativ klein, oft nur ein oder zwei Millimeter (1-2mm) oder weniger
im Durchmesser an ihrem wirksamen distalen Ende. Wenn Strom von
einer Energiequelle einer solchen kleinen Vorrichtung zugeführt wird,
wird eine hohe Stromdichte erzeugt, die zur Ablation, Koagulation,
Nekrose, und dergleichen an der Zielstelle verwendet werden kann.
Im Gegensatz dazu sind Dispersionselektroden derart gestaltet, dass
sie bedeutend größere Oberflächen haben. Die
große
Oberfläche
einer solchen Patientenrücklaufelektrode
bewirkt im Vergleich zu der Oberfläche der Aktivelektrode, dass
Strom durch die Rücklaufelektrode
aus dem Patienten heraus fließt,
um eine relativ geringe Stromdichte zu haben. Die geringe Stromdichte
ist beabsichtigt, um eine übermäßige Erwärmung oder
Verbrennung der Haut des Patienten an der Rücklaufelektrode/Haut-Grenzfläche zu verhindern.
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Gelegentlich
kann ein Dispersionskissen versagen, was eine hohe Stromdichte an
der Dispersionskissen/Patienten- Grenzfläche und
möglicherweise
eine Verbrennung an dem Patienten bewirkt. Zum Beispiel kann die
Verdrahtung eines Dispersionskissens fehlerhaft sein, ein Dispersionskissen kann
ungenau platziert sein, so dass es den Patienten mit einer kleineren
Oberfläche
als beabsichtigt kontaktiert, ein Dispersionskissen kann während einer
Behandlung teilweise von dem Patienten abfallen, und dergleichen.
Das Risiko von unerwünschten Verbrennungen
an dem Patienten bei monopolarer Elektrochirurgie wurde zunehmend
bedeutsam, da monopolare Chirurgiegeräte zunehmend leistungsfähiger wurden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung ist auf eine Vorrichtung zur Lieferung, Überwachung,
Abgleichung und/oder Dispersion von Hochfrequenzstrom bei monopolarer Elektrochirurgie
gerichtet. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen
der Erfindung kann die Sicherheit von elektrochirurgischen Systemen
durch Verhinderung unerwünschter
Verbrennungen am Patienten erhöht
werden.
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Gemäß einem
Aspekt ist die Erfindung auf eine Hochfrequenzenergieversorgung
gerichtet. In einer Ausführungsform
weist die Energieversorgung eine Hochfrequenz-Elektroenergiequelle,
einen Aktivelektrodenverbinder zum lösbaren Anbringen der Energiequelle
an einer Aktivelektrode, wenigstens zwei Dispersionsverbinder zum
lösbaren
Verbinden wenigstens zweier Dispersionselektroden mit der Energiequelle,
und Stromabgleichschaltungen zum Abgleichen des Stromflusses von
der Aktivelektrode durch die wenigstens zwei Dispersionselektroden auf.
Optional kann die Energieversorgung auch einen Bildschirm zum Überwachen
des Stromflusses durch die Dispersionselektroden und/oder eine Warneinrichtung
zum Signalisieren aufweisen, wenn der Stromfluss durch irgendeine
einzelne Dispersionselektrode den Stromfluss durch eine andere Dispersionselektrode
um einen vorbestimmten Wert überschreitet.
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In
einigen Ausführungsformen
kann die Energieversorgung einen Bildschirm zum Überwachen des Widerstandes
durch die wenigstens zwei Dispersionselektroden aufweisen. Die Energieversorgung kann
auch eine Warneinrichtung zum Signalisieren aufweisen, wenn der
Widerstand durch irgendeine einzelne Dispersionselektrode einen
vorbestimmten maximalen Widerstand überschreitet. Die Energieversorgung
kann ferner einen dritten Dispersionsverbinder zum lösbaren Verbinden
einer dritten Dispersionselektrode, oder einen dritten und vierten
Dispersionsverbinder aufweisen. In verschiedenen Ausführungsformen
kann die Energieversorgung zum Bereitstellen eines Gesamtstroms
von wenigstens etwa einem bis drei Ampere (1-3A) konfiguriert sein.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Zeichnungen stellen die Gestaltung und Anwendbarkeit von Ausführungsformen
der Erfindung dar, in welchen gleiche Elemente mit gemeinsamen Bezugszeichen
bezeichnet sind, und in welchen:
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1 stellt
schematisch ein typisches System zum Bereitstellen von Elektrochirurgie
durch ein monopolares elektrochirurgisches Gerät dar.
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2 ist
ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform
einer Schaltung zur Steuerung des Patientenrücklaufelektrodenstroms gemäß den Prinzipien
der Erfindung darstellt.
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3 stellt
ein elektrisches Modell einer Ausführungsform eines Systems zum
Bereitstellen von Elektrochirurgie gemäß den Prinzipien der Erfindung
dar.
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4 ist
ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform
einer Dispersionselektroden-Integritätsprüfung unter Verwendung von Dispersionselektrodenströmen gemäß den Prinzipien
der Erfindung darstellt.
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5 ist
ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform
einer Dispersionselektroden-Integritätsprüfung unter Verwendung eines
Dispersionswiderstandes gemäß den Prinzipien
der Erfindung darstellt.
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6 ist
ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform
zum Abgleichen eines Dispersionselektrodenstroms in einem Elektrochirurgiesystem
gemäß den Prinzipien
der Erfindung darstellt.
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7 ist
ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform
zum Abgleichen eines Dispersionselektrodenstroms durch Hinzufügen eines
Widerstands an einer Hochstromelektrode gemäß den Prinzipien der Erfindung
darstellt.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER DARGESTELLTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
dargestellten Ausführungsformen
sind dafür
bestimmt, um Hochfrequenzelektroenergie einer Zielgewebestelle in
einem Patienten zum Durchführen
einer monopolaren elektrochirurgischen Behandlung zuzuführen und/oder
einen Stromfluss der Hochfrequenzenergie von dem Patienten zu dispergieren.
Eine Zielgewebestelle kann irgendwo in einem menschlichen Körper lokalisiert
sein, und Hochfrequenzenergie kann dem Zielgewebe zu irgendeinem
geeigneten Zweck zugeführt
werden. Zum Beispiel können
verschiedene Ausführungsformen
der Erfindung verwendet werden, um Haut und subdermales Gewebe einzuschneiden,
kleine Blutgefäße an irgendeiner
geeigneten Stelle zu koagulieren, und/oder einen Krebstumor z.B.
in einer Leber, Prostata, Niere oder anderen festen Organen absterben zu
lassen. Hochfrequenzenergie, die durch verschiedene Ausführungsformen
der Erfindung zugeführt und
dispergiert wird, kann Radiofrequenzenergie, Mikrowellenenergie,
und dergleichen sein.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung bildet eine Hochfrequenzenergiequelle einen
Stromfluss von Hochfrequenzenergie zwischen einer Aktivelektrode
und wenigstens zwei Dispersionselektroden. Die Energiequelle überwacht
auch den Stromfluss durch die Dispersionselektroden und stellt den Stromfluss
durch irgendeine der Dispersionselektroden wie erforderlich ein,
um den Stromfluss durch die Elektroden abzugleichen. Durch Schaffen
eines relativ abgeglichenen Stromflusses durch zwei oder mehrere
Dispersionselektroden kann die Vorrichtung der Erfindung unerwünschte Verbrennungen
an dem Patienten an den Dispersionselektrode/Haut-Grenzflächen verhindern.
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Für den Zweck
dieser Anwendung können die
Begriffe "Dispersionselektrode", "Patientenrücklaufelektrode", "Rücklaufelektrode", "Rücklaufkissen", und "Kissen" eine Dispersionselektrode
bezeichnen, die verwendet wird, um Strom von einem Patienten zu
einer Hochfrequenzenergiequelle, wie einem HF-Generator, zurückzuführen. Eine
Patientenrücklaufelektrode
kann üblicherweise
ein dünnes, flexibles,
klebendes Kissen, wie die ValleylabTM PolyHesiveTM Patientenrücklaufelektrode, die oben vollständiger beschrieben
ist, oder irgendein anderes handelsübliches, geschütztes oder
noch nicht ausgereiftes Gerät
zum Dispergieren von Strom von einer Aktivelektrode und/oder einem
Patienten. Darüber
hinaus können
Dispersionselektroden, die in verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung
verwendet oder in diese einbezogen werden, irgendeine geeignete
Größe haben.
Zum Beispiel haben normale Dispersionselektroden oft eine leitende
Oberfläche
von etwa einhundertzwanzig Quadratzentimetern (120cm2)
oder größer. In
verschiedenen Ausführungsformen
der Erfindung kann jedoch irgendeine geeignete Größe für eine Dispersionselektrode
ausgewählt
werden.
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Nun
mit Bezug auf 1 kann ein monopolares Elektrochirurgiesystem 100 eine
Hochfrequenz-Elektroenergiequelle 102,
ein Aktivelektrodenkabel 104, eine Aktivelektrode 106,
einen Patienten 112, eine Dispersionselektrode 108 und
ein Dispersionselektrodenkabel 110 aufweisen. In 1 sind
nur eine Dispersionselektrode 108 und ein Dispersionselektrodenkabel 110 dargestellt,
wie es in gegenwärtig verfügbaren Systemen üblich ist.
Wie unten ausführlicher
beschrieben ist, weisen die Vorrichtung und Systeme der Erfindung üblicherweise
zwei, drei, vier oder mehr Dispersionselektroden und Dispersionselektrodenkabel
auf.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist die Energiequelle 102 konfiguriert, um
einen Strom von Hochfrequenzenergie, wie Radiofrequenz (RF)-Energie,
Mikrowellenenergie, und dergleichen zu erzeugen. Das Aktivelektrodenkabel 104 kann
irgendeine Vorrichtung zum Kuppeln der Energiequelle 102 mit
der Aktivelektrode 106 aufweisen, um den Stromfluss von
der Energiequelle 102 zu der Aktivelektrode 106 zu
ermöglichen.
In verschiedenen Ausführungsformen
kann das Aktivelektrodenkabel 104 Drähte oder andere elektrische
Leitungen aufweisen, obwohl ein alternatives Aktivelektrodenkabel 104 irgendwelche
andere Elemente aufweisen kann, um den Stromfluss zwischen der Energiequelle 102 und der
Aktivelektrode 106 zu ermöglichen.
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In
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung kann die Aktivelektrode 106 irgendeine aus
einer Anzahl von gegenwärtig
verfügbaren
oder noch nicht ausgereiften monopolaren Aktivelektroden umfassen.
Zum Beispiel kann die Aktivelektrode 106 eine LeVeenTM Nadelelektrode oder CoAccessTM Elektrode
umfassen, die von Boston Scientific Medi-Tech verfügbar ist,
wie oben beschrieben ist. Darüber
hinaus kann die Aktivelektrode 106 für irgendeine geeignete Funktion
konfiguriert sein, für
welche monopolare Elektroden in der Elektrochirurgie verwendet werden,
wie zum Schneiden von Gewebe, Koagulieren von Blut, Herbeiführen einer
Nekrose von Krebsgewebe, und dergleichen. Zum Beispiel wird die
LeVeenTM Nadelelektrode oder CoAccessTM Elektrode üblicherweise verwendet, um
Gewebstod bei Krebstumoren von festen Organen, wie Krebsmetastasen
in der Leber, herbeizuführen.
Andere Beispiele von besonderen Aktivelektroden sind in U.S. Patent
Nr. 5,868,740, 6,050,992 und 6,337,998 beschrieben.
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Im
Allgemeinen kann der Patient 112 irgendeinen Patienten
umfassen, an welchem monopolare Elektrochirurgie durchgeführt werden
kann. Bei einer üblichen
monopolaren Elektrochirurgiebehandlung wird die Aktivelektrode 106 an
oder in dem Patienten 112 an einer Zielgewebestelle platziert
und wird verwendet, um eine elektrochirurgische Funktion an dem
Patientengewebe, wie Ablatieren, Austrocknen, Koagulieren und/oder
Gewebeabtöten, durchzuführen.
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Die
Dispersionselektrode 108 umfasst in Allgemeinen irgendeine
Vorrichtung zum Rückführen von
Strom mit relativ geringer Dichte von dem Patienten 112 derart,
dass der Strom dann zu der Energiequelle 102 zurückfließen kann.
Wie zuvor erwähnt, stellt 1 nur
eine Dispersionselektrode 108 dar, wohingegen verschiedene
Ausführungsformen
der Erfindung üblicherweise
zwei, drei, vier oder mehr Dispersionselektroden aufweisen. Die
Dispersionselektrode 108 ist derart konfiguriert, dass
sie eine bedeutend größere Oberfläche als
die Aktivelektrode 106 hat, so dass Strom, der dem Patienten 112 durch die
Aktivelektrode 106 als Strom hoher Dichte zugeführt wird,
von dem Patienten 112 durch die Dispersionselektrode 108 als
Strom relativ niedriger Dichte dispergiert wird. Irgendeine geeignete
Dispersionselektrode 108 kann in dem Elektrochirurgiesystem 100 verwendet
werden. Zum Beispiel kann die ValleylabTM PolyHesiveTM Patientenrücklaufelektrode oder irgendeine
andere handelsübliche
Dispersionselektrode oder ein Kissen mit irgendeiner geeigneten
leitenden Oberfläche
verwendet werden.
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In
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung kann das Dispersionselektrodenkabel 110 irgendeine
Komponente zum Kuppeln der Dispersionselektrode 108 mit
der Energiequelle 102 aufweisen. Daher kann das Dispersionselektrodenkabel 110 elektrische
Drähte
oder irgendwelche andere geeignete Verbindungsleitungen aufweisen.
Gerade wenn verschiedene Ausführungsformen
des elektrochirurgischen Systems 100 der Erfindung üblicherweise
mehrere Dispersionselektroden 108 aufweisen, können auch
mehrere Dispersionselektrodenkabel 110 einbezogen werden.
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Das
elektrochirurgische System 100 weist im Allgemeinen eine
Schaltung auf. Der Strom, der durch die Energiequelle 102 erzeugt
wird, fließt
durch das Aktivelektrodenkabel 104, die Aktivelektrode 106,
den Patienten 112, die Dispersionselektrode 108 und
das Dispersionselektrodenkabel 110 zurück zu der Energiequelle 102.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen
der Erfindung können
Abänderungen
und Hinzufügungen
zu dem elektrochirurgischen System 100 durchgeführt werden,
ohne von dem Bereich der Erfindung abzuweichen, wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt
ist. Tatsächlich
können
solche Abänderungen
und Hinzufügungen
verschiedene Ausführungsformen
der Erfindung umfassen, wie unten ausführlicher beschrieben ist. Zum
Beispiel kann ein elektrochirurgisches System der Erfindung zusätzliche
Ströme
erzeugen und verwenden, die in anderen Richtungen als der oben beschriebene
Strom/Stromkreis verlaufen können.
Solche Ströme
können
zum Beispiel als Abfrageströme verwendet
werden, um einen Stromfluss in den Dispersionselektroden 108 zu
messen. Außerdem
können
verschiedene Ausführungsformen
eines oder mehr von dem Folgenden aufweisen: drei, vier oder mehr
Dispersionselektroden 108, zwei, drei, vier oder mehr Rücklaufelektrodenkabel 110,
ein System zum Überwachen
und Einstellen von Strom, ein Warnsystem, und dergleichen.
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Um
den Rückführstromfluss
bei monopolarer Elektrochirurgie zu dispergieren, können verschiedene
Ausführungsformen
der Erfindung eine oder mehrere verschiedene Techniken zur Steuerung
des Rückführstroms
in den Dispersionselektroden 108 anwenden. Zum Beispiel
kann bei einer Ausführungsform
der Strom durch Einsetzen eines elektronisch veränderlichen Kondensators in
Reihe mit jeder Dispersionselektrode 108 gesteuert werden.
In anderen Ausführungsformen
kann der Strom durch Einsetzen einer elektronisch variablen Induktivität oder eines
Widerstands anstelle eines Kondensators gesteuert werden. Solche
Systeme können
bestimmte Vorteile gegenüber
anderen Systemen zur Steuerung von Rückführstrom vermitteln. Zum Beispiel würde das
Einsetzen eines Kondensators oder einer Induktivität in Reihe
mit jeder Dispersionselektrode 108 üblicherweise keinen bedeutenden
Leistungsverlust innerhalb des Systems als Ganzes bewirken. Das
Einsetzen eines Kondensators, einer Induktivität oder eines Widerstands in
Reihe kann jedoch infolge der Größenanforderungen,
Auswirkungen einer hinzugefügten
variablen Induktivität
oder eines Kondensators auf Impedanz- oder Leistungsmessungen, und
dergleichen schwieriger zu realisieren sein, als verschiedene andere
Systeme.
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Daher
kann in verschiedenen Ausführungsformen
der Erfindung der Dispersionselektrodenstrom unter Verwendung von
bipolaren Transistoren (BPTs) oder Feldeffekttransistoren (FETs)
als variable Widerstände
in dem Rücklaufpfad
jeder Dispersionselektrode 108 gesteuert werden. In einer
Ausführungsform,
wo Wechselstrom (AC) über
die Aktivelektrode 106 an dem Patienten 112 angelegt
wird, werden zwei Transistoren für
jede Dispersionselektrode 108 verwendet: die eine, um den
positiven Stromfluss zu steuern, und die andere, um den negativen
Strom zu steuern. Der Widerstand eines bipolaren Transistors wird
durch den Strom gesteuert, der seiner Basis zugeführt wird,
während
der Widerstand eines FET durch Variieren der Spannung an seinem Gate
gesteuert wird. Durch Verwendung von Transistoren kann ein elektrochirurgisches
System der Erfindung derart konfiguriert sein, dass eine oder mehrere Dispersionselektroden 108 vollständig aus
dem Stromkreis herausgenommen werden können. Dieser Aspekt der Erfindung
kann einen bedeutenden Sicherheitsvorteil schaffen, was eine Anfangsbewertung
der Integrität
der Verbindungen der Dispersionselektrode 108 ermöglicht.
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Nun
mit Bezug auf 2 wird eine Schaltung 200 zur
Steuerung des Rücklaufelektrodenkissenstroms
schematisch erläutert.
Obwohl 2 die Schaltung 200 zur Steuerung des
Kissenstroms mit bipolaren Transistoren zeigt, können andere Ausführungsformen
der Schaltung 200 FETs oder eine Kombination von bipolaren
Transistoren und FETs verwenden. Darüber hinaus stellt 2 die
Schaltung 200 mit nur einer Dispersionselektrode 108 dar,
während
verschiedene Ausführungsformen
der Erfindung zwei, drei, vier oder mehrere Dispersionselektroden 108 aufweisen
können.
Für die
Zwecke dieser Ausführungsformen
können
zusätzliche
Dispersionselektroden 108 durch Wiederholen eines Teils
der Schaltung 200 zu der Schaltung 200 hinzugefügt werden. Diese
Ausführungsformen
sind unten vollständiger beschrieben.
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Gemäß verschiedenen
Ausführungsformen der
Erfindung weist die Schaltung 200 eine Energiequelle 102 und
Verbindungen zu den Aktivelektroden 106 und Dispersionselektrode(n) 108 auf.
Die Schaltung 200 kann auch drei Transformatoren 210, 212, 214,
einen ersten Widerstand 232, mehrere zusätzliche
Widerstände
(nicht bezeichnet), zwei Effektivwert-Gleichstrom (RMS-DC)-Wandler 216, 218,
einen Analog/Digital (A/D)-Wandler 220, einen Digital/Analog
(D/A)-Wandler 222,
einen Computer 224, einen Trennschalter 226, und
einen stromgesteuerten Widerstand (CCR) 227 aufweisen.
Der CCR 227 kann ferner eine erste Diode 234,
eine zweite Diode 236, einen ersten bipolaren Transistor 238 und
einen zweiten bipolaren Transistor 240 aufweisen.
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In
einigen Ausführungsformen
ist ein erster Transformator 210 ein Hochfrequenzenergieausgabe-Transformator, der
die Energiequelle 102 mit dem Patienten (nicht gezeigt)
koppelt und auch eine elektrische Isolierung schafft. Ein dritter
Transformator 214 ist ein Spannungserfassungs-Transformator,
der eine Ausgangsspannung proportional zu der Ausgangsspannung der
Energiequelle 102 erzeugt. Die Ausgangsspannung des dritten
Transformators 214 verläuft
zu einem ersten RMS-DC-Wandler 218, wo die Ausgangsspannung
in DC umgewandelt wird. Der RMS-DC-Wandler 218 kann irgendeinen
geeigneten RMS-DC-Wandler umfassen, wie Wandler, die zur Zeit handelsüblich sind
oder die in der Zukunft entwickelt werden. Von dem ersten RMS-DC-Wandler 218 fließt der Strom
zu einem ersten A/D-Wandler 220, wo er in ein digitales
Signal umgewandelt wird, das von dem Computer 224 lesbar
ist. Der Computer 224 kann einen Mikrocomputer oder eine
andere Vorrichtung aufweisen, die Daten aus der Schaltung 200 lesen
und/oder verarbeiten kann. Zum Beispiel kann, wenn der Computer 224 einen
Wert von dem ersten A/D-Wandler 220 liest,
der Computer 224 diesen Wert in die Ausgangsspannung umwandeln,
die an den Patienten anzulegen ist. Somit kann der Computer 224 einen
Zugang zu Daten haben, welche die Ausgangsspannung darstellen, die über die
Energiequelle 102 und die Aktivelektrode 106 an
den Patienten angelegt wird.
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Die
RMS-DC-Wandler 216, 218, die in verschiedenen
Ausführungsformen
der Erfindung verwendet werden, können irgendwelche geeignete Wandler
sein. In einer Ausführungsform
können Echt-RMS-DC-Wandler
AD736 von Analog Devices verwendet werden, jedoch können alternativ
irgendwelche andere geeignete Wandler verwendet werden. Die RMS-DC-Wandler 216, 218 haben
im Allgemeinen als Teil ihrer Schaltung einen RMS-Kern, der die Operationen
des Quadrierens, der Mittelwertbildung und des Ziehens der Quadratwurzel
eines Eingangssignals durchführt,
um als Ausgabe eine DC-Spannung zu erzeugen, die den RMS-Wert des Eingangssignals
darstellt. Das DC-Signal, das von den RMS-DC-Wandlern 216, 218 ausgegeben
wird, kann dann zu einem Eingangskanal eines Analog-Digital (A/D)-Wandlers
geführt
werden.
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Im
Allgemeinen fließt
ein Strom von der Aktivelektrode 106 durch den Patienten,
durch die Dispersionselektrode 108, und dann durch einen
zweiten Transformator 212. Der zweite Transformator 212 ist
in Reihe zwischen dem ersten Widerstand 232 und dem stromgesteuerten
Widerstand (CCR) 227 positioniert. Der zweite Transformator 212 erzeugt eine
Spannung über
dem ersten Widerstand 232, die proportional zu dem Rücklaufelektrodenstrom
ist, der durch den primären
oder zweiten Transformator 212 fließt. Diese Spannung verläuft in RMS-Form
zu einem zweiten RMS-DC-Wandler 216, wo sie in DC-Spannung umgewandelt
wird. Der A/D-Wandler 220 kann dann den Strom in ein digitales
Signal umwandeln, das von dem Computer lesbar ist. Der Computer 224 kann
den Stromwert aus dem A/D-Wandler 220 lesen
und den Wert in den Wert des Rücklaufelektrodenstroms
umwandeln. Somit kann der Computer 224 auf Daten zugreifen,
die den Strom darstellen, der durch die Dispersionselektrode(n) 108 fließt.
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Wenn
Hochfrequenzstrom der Aktivelektrode 106 und Dispersionselektrode 108 zugeführt wird, stellt
die Schaltung 200 dem Computer 224 Informationen bereit,
die den Wert des Stroms darstellen, der durch die Aktivelektrode 106 und
die Summe der Dispersionselektroden 108 fließt. In einigen
Ausführungsformen
kann der Computer 224 die Werte des Stroms vergleichen,
der durch die Aktivelektrode 106 und die Dispersionselektrode 108 fließt. In einer
Ausführungsform
kann zum Beispiel der Computer 224 einen Algorithmus verwenden,
um die beiden Stromwerte zu vergleichen. Gemäß noch einem anderen Aspekt
kann der Computer 224 dann einen geeigneten Widerstand
an der Dispersionselektrode und somit einen Basisstrom bestimmen,
der den bipolaren Transistoren 238, 240 zugeführt werden
soll. Der Strom wird über
einen optischen Trennschalter 226 unter Verwendung eines
D/A-Wandlers 222 den
Basen von Q1 und Q2 (von CCR 227) zugeführt. Der optische Trennschalter 226 ist
notwendig, um den Patienten zu isolieren.
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Der
optische Trennschalter 226 erzeugt generell eine Sperre
dagegen, dass Spannungen von der Hauptseite der Schaltung die Patientenseite
der Schaltung erreichen. Dies wird durch Umwandeln eines elektrischen
Stroms in ein Infrarotlicht mit einer Infrarot-LED, Passieren des
Lichtes durch ein lichtleitendes, jedoch elektrisch nichtleitendes
Hindernis hindurch, und Umwandeln desselben zurück in ein elektrisches Signal
mit einer Photodiode erreicht. Ein Beispiel eines optischen Trennschalters 226 umfasst einen
linearen Optokoppler, wie den Optokoppler IL300 (von Siemens erhältlich),
oder irgendeinen anderen geeigneten Optokoppler. In einer Ausführungsform
wird ein Operationsverstärker
an dem Schaltungseingang verwendet, um die LED zu betreiben. Eine
Rückkopplungsphotodiode
liefert Strom an einen Widerstand, der mit einem invertierenden
Eingang des Operationsverstärkers
verbunden ist. Der Photostrom kann direkt proportional zu der Rückkopplungsübertragungsverstärkung mal
dem LED-Betriebsstrom
sein. Der Operationsverstärker kann
LED-Strom zuführen,
um ausreichend Photostrom zu forcieren, damit die Knotenspannung
gleich der Eingangsspannung bleibt.
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In
einer Ausführungsform
ist die Ausgangsphotodiode mit einem nicht invertierenden Spannungsfolgeverstärker verbunden.
Ein Photodioden-Lastwiderstand führt
die Strom/Spannungs-Umwandlung durch. Die Ausgangs-Verstärkerspannung ist
das Produkt aus der Ausgangs-Vorwärtsverstärkung, dem
LED-Strom und der Photodiodenlast. Daher ist die gesamte Übertragungsverstärkung (Spannung
aus/Spannung ein) das Verhältnis
des Produkts aus der Ausgangs-Vorwärtsverstärkung und dem Photodioden-Lastwiderstand zu
dem Produkt aus der Rückkopplungsübertragungsverstärkung und
dem Eingangswiderstand. Die gesamte Übertragungsverstärkung ist
vollständig
unabhängig
von dem LED-Vorwärtsstrom.
Die Optokoppler-Übertragungsverstärkung wird
als das Verhältnis
der Ausgangsverstärkung
zu der Rückkopplungsverstärkung ausgedrückt. Dies
zeigt, dass die Schaltungsverstärkung das
Produkt aus der Optokoppler-Übertragungsverstärkung und
dem Verhältnis
der Ausgangs-Eingangs-Widerstände
ist.
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Im
Allgemeinen können
bipolare Transistoren 238, 240 als Schalter und/oder
variable Widerstände
wirken. Sie wirken als Schalter, wenn sie vollständig ein- oder ausgeschaltet
sind, und sie wirken als variable Widerstände, wenn sie teilweise eingeschaltet
sind. In einigen Ausführungsformen
können die
bipolaren Transistoren 238, 240 als Schalter wirken,
um die Rückführkissen 108 in
die Schaltung hinein oder aus dieser herauszunehmen, und als variable
Widerstände
wirken, um den Stromfluss in den Rückführkissen 108 zu steuern.
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Gemäß noch weiteren
Ausführungsformen der
Erfindung kann der CCR 227 konfiguriert sein, um als ein
Schalter und ein Widerstand zu wirken. Anfangs wirkt der CCR 227 als
ein Schalter, der die Kissen eines nach dem anderen einschaltet,
so dass der Widerstand berechnet werden kann. Während eines Ablationsvorgangs
wirkt der CCR 227 in jedem Kissen als ein widerstand und
wird verwendet, um den Strom in den Kissen durch Hinzufügen von
Widerstand zu den Kissen mit den höchsten Strömen abzugleichen. Der hinzugefügte Widerstand
in den Kissen mit den höchsten
Strömen
verschiebt den Strom zu den Kissen mit niedrigeren Strömen. Wenn die
durch die Aktivelektrode 106 an den Patienten angelegte
Spannung positiv ist, wird der zweite bipolare Transistor 240 eingeschaltet,
und der Strom fließt durch
den zweiten bipolaren Transistor 240 und den ersten bipolaren
Transistor 234. Wenn die durch die Aktivelektrode 106 an
den Patienten angelegte Spannung negativ ist, wird der erste bipolare
Transistor 238 eingeschaltet, und der Strom fließt durch
den ersten bipolaren Transistor 238 und die zweite Diode 236.
Wenn kein Basisstrom an entweder den ersten bipolaren Transistor 238 oder
den zweiten bipolaren Transistor 240 angelegt wird, werden
beide Transistoren ausgeschaltet, und der CCR 227 wirkt
als ein offener Schalter, was ermöglicht, dass kein Strom durch
seine zugehörige
Dispersionselektrode 108 fließt.
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Wie
zuvor erläutert,
können
verschiedene Ausführungsformen
von Systemen der Erfindung Schaltungen aufweisen, wie die Schaltung 200,
können
jedoch zwei, drei, vier oder mehrere Dispersionselektroden 108 aufweisen.
Gemäß einem
Aspekt der Erfindung sind, um eine oder mehrere Dispersionselektroden 108 zu
der Schaltung 200 hinzuzufügen, bestimmte Komponenten
der Schaltung 200 für
jede zusätzliche
Dispersionselektrode 108 einfach vervielfältigt. Zum
Beispiel werden bei einer Ausführungsform
zusätzliche Dispersionselektroden
durch Vervielfältigen
einer Dispersionselektrode 108, eines ersten bipolaren
Transistors 238, eines zweiten bipolaren Transistors 240,
einer ersten Diode 234, einer zweiten Diode 236,
eines zweiten Transformators 212, eines ersten Widerstands 232,
eines optischen Trennschalters 226 und eines zweiten RMS-DC-Wandlers 216 hinzugefügt.
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Mit
Bezug auf 3 stellt ein Widerstandsnetzwerk 300 eine
elektrische Wechselwirkung zwischen der Energiequelle 102 und
dem Patienten 112 in einer Ausführungsform mit vier Dispersionselektroden 108a-d
dar. Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird durch die Aktivelektrode 106 eine
Spannung an den Patienten 112 angelegt, was bewirkt, dass
ein Anfangsstrom 312 durch den Patienten 112 fließt. Der
Anfangsstrom 312 teilt sich in vier getrennte Ströme 314a-d,
wenn der Strom durch den Patienten 112 zu den Dispersionselektroden 108a-d
hin fließt. Nachdem
er von dem Patienten 112 durch die Dispersionselektroden 108a-d
dispergiert ist, fließt
der Strom durch die CCRs 316a-d und dann zurück zu der
Energiequelle 102.
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Die
gesamte Patientenkomponente des Widerstands (RP)
stellt den elektrischen Widerstand an der Aktivelektrode/Patienten-Grenzfläche 320 zuzüglich des
gemeinsamen 326 und der getrennten 328a-d Strompfadwiderstände zwischen
der Aktivelektrode-Gewebe-Grenzfläche 320 und
den Dispersionselektroden 108a-d dar. Die gesamte Dispersionselektrodenkomponente
des Widerstands (RE) stellt die elektrischen
Widerstände
an jeder Dispersionselektrode/Patienten-Grenzfläche 330a-d zuzüglich der Widerstände durch
jede Dispersionselektrode 108a-d dar. Üblicherweise kann RP den Großteil des gesamten Spannungsabfalls
für das
Widerstandsnetzwerk 300 ausmachen. Da die Widerstände an den
Dispersionselektrode/Patienten-Grenzflächen 330a-d üblicherweise
relativ klein sind, können
diese Widerstände
unter Verwendung der Widerstände 328a-d
berechnet werden. Zum Beispiel kann, wenn die Energiequelle 102 für eine Leberablation
verwendet wird und zwei Dispersionselektroden, eine an entsprechenden
Stellen jedes Oberschenkels, an dem Patienten platziert werden,
ein Strom von der Aktivelektrode durch den Körper und dann, die Beine getrennt
nach unten fließend,
zu den beiden Dispersionselektroden fließen. Die Widerstände in den
Beinen können
im Wesentlichen dieselben sein und können in den gemeinsamen Widerstand
einbezogen werden, wodurch der Dispersionselektrode/Patienten-Grenzflächenwiderstand
und ein geringer Widerstand bleiben, welcher die Variation des Widerstands zwischen
den beiden Beinen darstellt.
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Stromgesteuerte
Widerstände
(CCRs) 316a-d sind im Allgemeinen konfiguriert, um die
Dispersionselektroden 108a-d mit der Energiequelle 102 zu
verbinden, was die Schaltung 200 (2) vervollständigt. Die
Widerstände
der CCRs 316a-d können variiert
werden, um eine oder mehrere der Dispersionselektroden 108a-d
in die Schaltung 200 hinein oder aus dieser herauszunehmen
und zusätzlich
die Ströme
zwischen den Dispersionselektroden 108a-d abzugleichen.
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Ein
monopolares Elektrochirurgiesystem, wie durch 2 und 3 beschrieben,
kann verwendet werden, um einen Strom zwischen mehreren Dispersionselektroden 108a-d
abzugleichen. Wenn mehrere Dispersionselektroden 108a-d
alle richtig an dem Patienten 112 derart angelegt sind,
dass eine relativ intakte und eine gleiche Dispersionselektrode/Patienten-Grenzfläche 330a-d
erzeugt werden, gibt es im Allgemeinen einen geringen Kontaktwiderstand
an jeder Grenzfläche 330a-d.
In diesem Falle kann ein Abgleichstrom zwischen den Dispersionselektroden 108a-d
die Lage und Orientierung der Elektrode kompensieren, um das Potential
für eine
Verbrennung zu reduzieren. Zum Beispiel können, wenn zwei Dispersionselektroden,
die eine proximal zu der anderen, an demselben Bein platziert sind,
die physikalischen Positionen vorschreiben, dass die proximale Elektrode
einen höheren
Strom führt,
außer
wenn das System die Ströme
irgendwie abgleicht. Das Stromabgleichen kann eine solche Platzierung
der Dispersionselektroden korrigieren.
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In
einem anderen Beispiel können
eine oder mehrere Dispersionselektroden 108a-d an dem Patienten 112 fehlerhaft
angelegt sein. Zum Beispiel kann die eine Dispersionselektrode 108a versehentlich
unter dem Patienten gefaltet sein, so dass das Elektrodenkissen
nur die Hälfte seiner
normalen Oberfläche
hat. In diesem Falle kann die fehlerhaft angelegte Elektrode 108a einen
geringeren Strom führen,
außer
wenn das System die Ströme
abgeglichen hat. Das Abgleichen der Ströme in dieser Situation kann
jedoch mehr Strom durch die fehlerhaft angebrachte Dispersionselektrode 108a forcieren, was üblicherweise
eine Erwärmung
und möglicherweise
Verbrennung der Haut des Patienten an der Dispersionselektrode/Patienten-Grenzfläche 320a verursachen
kann. Daher sorgen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung
für ein
Stromabgleichen zwischen den Dispersionselektroden 108a-d und
sorgen auch für
ein Testen der Integrität
der Dispersionselektroden 108a-d. Ein solches Testen kann vor
oder während
einer elektrochirurgischen Behandlung durchgeführt werden.
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Mit
Bezug auf 4 umfasst ein (beispielhafter)
Test von Dispersionselektroden das Vergleichen von Elektrodenströmen. Ein
Test beginnt bei 402 durch Anlegen einer geringen Testspannung
an den Patienten. In jeder der Dispersionselektroden 108a-d
werden dann bei 403 Ströme
gemessen (unter Verwendung der Schaltung, wie in 2 beschrieben),
und bei 404 können
der maximale Strom (Imax) und der minimale
Strom (Imin) für die Elektroden 108a-d
bestimmt werden. Bei 406 kann dann ein Verhältnis von
Imax/Imin berechnet
und mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen werden. Wenn ein
vorbestimmter Schwellenstromwert nicht überschritten wird, ist das
System in der Lage, die elektrochirurgische Behandlung fortzuführen. Wenn
der vorbestimmte Schwellenstrom überschritten
ist, kann bei 410 das System eine Fehlermeldung anzeigen (zum
Beispiel an einem kleinen Bildschirm, der in die Hochfrequenzenergiequelle
einbezogen ist). Zum Beispiel kann eine Fehlermeldung anzeigen,
dass ein Fehler in dem System aufgetreten ist, und kann anzeigen,
welche Dispersionselektrode(n) 108a-d Ströme haben
können,
die bewirken, dass das Verhältnis
den Schwellenwert überschreitet.
Wenn ein Fehler existiert, kann bei 412 das System auch
in einen "Fehlerzustand" schalten. Um das
System aus dem Fehlerzustand zu entfernen und mit einer elektrochirurgischen
Behandlung fortzufahren, muss bei 414 eine Bedienperson
des Systems die Hoch- oder Niedrig- Dispersionselektrode(n) 108a-d
geeignet platzieren oder austauschen und das System 402 neu
testen.
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Mit
Bezug auf 5 kann die Integrität der Dispersionselektrode
unter Verwendung des Elektrodenwiderstandes getestet werden. Ein
solches Testen umfasst das Berechnen des Widerstandes an jeder Dispersionselektrode 108a-d
durch Nehmen der Elektroden 108a-d in die Schaltung 200 hinein
und aus dieser heraus (2). Zuerst wird eine geringe Testspannung
an den Patienten angelegt, bei 502 wird jede Dispersionselektrode 108a-d,
eine nach der anderen, einzeln angeschlossen, und bei 504 wird ein
Widerstand für
jede Dispersionselektrode 108a-d berechnet. Dann wird eine
andere geringe Testspannung angelegt. Wenn bei 506 alle
der Dispersionselektroden 108a-d gleichzeitig angeschlossen
sind, können
bei 508 Einzel- und Gesamtwiderstände berechnet werden. Bei 510 können dann
die Widerstandswerte der einzelnen Dispersionselektrode 108a-d
mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen werden. Wenn kein
Widerstand einer einzelnen Dispersionselektrode 108a-d
den Schwellenwert überschreitet,
ist bei 512 das System in der Lage, eine elektrochirurgische
Behandlung fortzuführen. Wenn
irgendein Widerstand einer einzelnen Dispersionselektrode 108a-d
den Schwellenwert überschreitet,
kann bei 514 das System eine Fehlermeldung anzeigen, wie
oben mit Bezug auf 4 beschrieben ist. Bei 516 kann
das System auch in den Fehlerzustand schalten und nicht ermöglichen,
dass eine elektrochirurgische Behandlung fortgeführt wird, bis bei 518 die
Dispersionselektrode mit dem hohen widerstand neu positioniert oder
fixiert ist, und bei 502 wird der Test erneut durchgeführt.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung sorgt das erfinderische System zusätzlich zum
Messen von Strömen
und/oder Widerständen
in den Dispersionselektroden 108a-d für ein Abgleichen von Strömen zwischen
den Dispersionselektroden 108a-d. Mit Bezug auf 6 beginnt
bei 602 das Stromabgleichen zweckmäßigerweise mit dem Messen der
Ströme
in den Dispersionselektroden 108a-d und der Ausgangsspannung
von der Energiequelle. Dann wird ein Vergleich vorgenommen, um zu
bestimmen, ob irgendein einzelner Strom Ii einen vorbestimmten
Stromgrenzwert ILIMIT überschreitet. Wenn kein Strom
den Grenzwert überschreitet,
kann bei 603 das System in den Betriebsmodus zum Fortführen einer
elektrochirurgischen Behandlung zurückkehren. Wenn irgendein einzelner
Strom den vorbestimmten Grenzwert überschreitet, kann dann bei 608 ein
kleiner vorbestimmter Betrag des Widerstands zu der Dispersionselektrode 108a-d,
die den geringsten Widerstand hat (und daher den höchsten Strom
führt),
hinzugefügt
werden, und dann können der
Strom und die Spannung erneut gemessen werden.
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Bei 610 können dann
die Widerstände
für die Dispersionselektroden 108a-d
berechnet werden, bei 611 kann der maximale Widerstand
berechnet werden, und bei 612 kann eine Bestimmung durchgeführt werden,
ob der maximale Widerstand in einer einzelnen Dispersionselektrode 108a-d
einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.
Wenn ja, kann bei 622 eine Fehlermeldung angezeigt werden,
und bei 624 kann das System in einen Fehlerzustand eintreten.
wenn nicht, dann kann bei 614 der CCR-Widerstand, der dem
maximalen Kissenwiderstand (Rmax) zugeordnet
ist, auf Null gesetzt werden, und bei 616 können die übrigen Kissenwiderstände zuzüglich ihrer
zugehörigen
CCR-Widerstände
durch Einstellen der CCR-Widerstände
auf Rmax gesetzt werden. Üblicherweise
können
die geeigneten Basisspannungen entweder unter Verwendung einer Nachschlagetabelle
oder einer Gleichung berechnet werden. Auf diese Weise können die
Ströme
in den Dispersionselektroden 108a-d abgeglichen werden.
Die einzelnen Widerstände
für die
Dispersionselektroden 108a-d können dann gespeichert werden,
und das System kann in den Betriebsmodus zurückkehren, um zu ermöglichen,
dass eine elektrochirurgische Behandlung fortgeführt wird.
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Im
Allgemeinen kann der Strom in den vier Dispersionselektroden 108a-d
durch Hinzufügen
eines Widerstands zu drei von ihnen abgeglichen werden. Dies gleicht
den Strom in den Dispersionselektroden 108a-d ab, was den
Betrag des einzelnen Stroms näher
zusammenbringt und daher das Potential für eine Verbrennung an dem Patienten
minimiert. In anderen Ausführungsformen
kann das Stromabgleichen durch Hinzufügen eines Widerstands zu dem Kissen
mit dem höchsten
Strom erreicht werden, um den Strom unter einen vorbestimmten maximalen
Strom zu bringen. Solche alternative Ausführungsformen können dadurch
vorteilhaft sein, dass sie verhindern können, dass der Strom in den
Dispersionselektroden 108a-d ein vorbestimmtes maximales
Niveau überschreitet,
ohne dass eine bedeutende zusätzliche
Leistung von der Hochfrequenzenergiequelle erforderlich ist. Mit
Bezug auf 7 umfasst noch ein anderer Ansatz
zum Abgleichen des Stroms bei 702 das Vorsehen einer Messung
des Stroms in den Dispersionselektroden 108a-d und bei 704 das Bestimmen,
ob irgendein einzelner Strom ein vorbestimmtes Strommaximum überschreitet.
Wenn nicht, kann bei 706 das System im normalen Funktionsmodus
bleiben. Wenn ein einzelner Strom das Maximum überschreitet, kann bei 708 eine
Bestimmung durchgeführt
werden, ob der maximale Widerstand in irgendeiner einzelnen Dispersionselektrode 108a-d
einen vorbestimmten maximalen Widerstand überschreitet. Wenn ja, kann
bei 710 eine Fehlermeldung angezeigt werden, und bei 712 kann
das System in den Fehlermodus eintreten. Wenn nicht, kann bei 714 ein
geringer vorbestimmter Betrag des Widerstands zu der Dispersionselektrode 108a-d
mit dem höchsten
Strom hinzugefügt
werden, und bei 716 können
die Werte der Widerstände
der einzelnen Dispersionselektrode gespeichert werden. Bei 718 kann
dann das System in den normalen Betriebsmodus zurückkehren,
und bei 702 können
der Kissenstrom erneut gemessen und der Vorgang wiederholt werden,
bis der Strom in jeder Dispersionselektrode 108a-d unter
den vorbestimmten maximalen Strom gebracht ist.
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Zusammenfassung
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Hochfrequenzenergieversorgung
zur Lieferung von Hochfrequenzstromfluss bei monopolarer Elektrochirurgie,
aufweisend eine Elektroenergiequelle; einen Aktivelektrodenverbinder
zum lösbaren Anbringen
einer Aktivelektrode an die Energiequelle; wenigstens zwei Dispersionsverbinder
zum lösbaren Verbinden
wenigstens zweier Dispersionselektroden mit der Energiequelle; und
Stromabgleichschaltungen zum Abgleichen des Stroms von der Aktivelektrode
durch die wenigstens zwei Dispersionselektroden.