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Sicherheitsvorrichtung für Hochfrequenz-Chirurgieapparate Die Erfindung
betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für den Betrieb eines Hochfrequenz-Chirurgieapparates,
die Oberwachungsmittel für ein die aktive Elektrode umströmendes Schutzgas sowie
davon gesteuerte elektrische Schaltmittel zur Verhinderung der Hochfrequenzspeisung
der Elektrode bei fehlendem Schutzgas enthält. Die Anwendung einer Schutzgaszone
um die aktive Elektrode erfolgt zu dem Zweck, eine eventuelle Entzündung von am
Operationsfeld vorhandenen explosiblen Narkosegasen mit Sicherheit zu vermeiden.
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Bei einer bekannten Sicherheitsvorrichtung der genannten Art sind
entfernt vom Elektrodenhandgriff in die Gaszuführleitung zum Elektrodenhandgriff
sperrige und teure pneumatische bzw. manometrische Relais eingeschaltet, denen elektrische
Schaltkontakte zugeordnet sind, die im Hochfrequenzspeisestromkreis der Elektrode
liegen. Diese entfernt vom Elektrodenhandgriff in die Gaszuführung eingeschalteten
Relais würden auch dann die Hochfrequenzspannung an die aktive Elektrode anschalten,
wenn die Gaszuleitung unmittelbar vor dem Elektrodenhandgriff leck ist. Sie gewähren
daher keine vollständige Sicherheit für die Ausbildung einer Schutzgaszone um die
aktive Elektrode.
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Demgegenüber gibt die Erfindung eine Sicherheitsvorrichtung an, deren
Überwachungsmittel für das strömende Schutzgas so geringe Abmessungen hat, daß es
in den Elektrodenhandgriff eingebaut werden kann.
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Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß als Überwachungsmittel
in den Handgriff der aktiven Elektrode eingebaute, vom Schutzgas umströmte elektrische
Mittel, z. B. ein temperaturabhängiger Widerstand, vorzugsweise mit negativem Temperaturkoeffizienten,
benutzt werden, deren elektrische Werte sich in Abhängigkeit von dem Gasfluß selbsttätig
ändern. Bei Verwendung eines temperaturabhängigen Widerstandes als Überwachungsmittel
kann dieser Widerstand in den Steuerkreis einer monostabilen Kippstufe eingeschaltet
sein, die bei der Änderung des Widerstandswertes infolge der durch das strömende
Schutzgas bewirkten Abkühlung des Widerstandes in die instabile Lage kippt und dabei
über ein Relais einen im Einsch alt stromkreis für den Hochfrequenzgenerator liegenden
Schalter schließt.
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Einzelheiten der Sicherheitsvorrichtung nach der Erfindung werden
nachfolgend an Hand der Zeichnungen erläutert, die ein Ausführungsbeispiel veranschaulichen.
Hierbei zeigt Fig. 1 die verschiedenen Bausteine der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung
zusammen mit einem Hochfrequenz-Chirurgieapparat und einer Vorratsflasche für das
Schutzgas, Fig. 2 ein Prinzipschaltbild der wesentlichsten Teile der erfindungsgemäßen
Sicherheitsvorrichtung, Fig. 3,4 und 5 die Ansicht eines für die erfindungsgemäße
Sicherheitsvorrichtung vorgesehenen Chirurgiehandgriffes, Fig. 6 ein Chirurgiegerät
mit der nachträglich angebrachten Sicherheitsvorrichtung.
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Gemäß Fig. 1 ist ein Fußschalter 1 vorgesehen, der mit dem Auslöseglied
2 zur Inbetriebnahme der Sicherheitsvorrichtung3 verbunden ist. Dieses Auslöseglied
besteht im wesentlichen aus an sich bekannten Relaisstufen und ist einmal an das
Schaltverzögerungsglied 4 und zum anderen an das Magnetventil 5 angeschlossen. Dieses
liegt in der Zuführungsleitung 6, welche das Schutzgas, z. B. Stickstoff, aus der
Vorratsflasche 7 über das Reduzierventil 8 sowie ein Molekularfilter9 dem Chirurgiehandgriff
10 mit eingesetzter Chirurgieelektrode 11 zuführt. Das Filteer 9 hat die Aufgabe,
das Schutzgas von eventuell noch vorhandenen feinsten Verunreinigungen zu reinigen.
Selbstverständlich kann für das Ein- und Ausschalten des Hochfrequenzgenerators
statt des Fußschalters 1 in bekannter Weise auch ein am Chirurgiehandgriff angeordneter
Fingerschalter oder eine sogenannte Einschaltautomatik, die auf die Be rührung der
aktiven Elektrode mit dem Körper des Patienten anspricht, dienen.
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Im Chirurgiehandgriff 10 befindet sich ein Widerstand 12 mit negativem
Temperaturkoeffizienten, der vom Schutzgas umströmt wird und als steuerndes Glied
am Eingang der Bausteine 13 und 14 liegt. Der
Baustein 13 ist eine
unter der Bezeichnung Schmitt-Trigger bekannte monostabile Kippstufe, während der
Baustein 14 ein Überwachungsglied verkörpert, das im wesentlichen aus einem ebenfalls
bekannten Verstärker mit an seinem Ausgang angeschlossenen Relais besteht. Der Ausgang
des Verzögerungsgliedes 4 und der Ausgang des Schmitt-Triggers 13 arbeiten auf den
Eingang einer Schaltstufe 15, die mit zwei Eingängen versehen ist. Diese Schaltstufe
gibt nur dann einen Schaltimpuls über den Anschluß 16 an das Chirurgiegerät 17 weiter,
wenn gleichzeitig an ihren beiden Eingängen ein Schaltbefehl anliegt. Der Ausgang
18 des Chirurgiegerätes 17 ist mit dem Chirurgiehandgriff 10 verbunden.
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Bei Betätigung des Fußschalters 1 zur Inbetriebnahme der Vorrichtung
wird über das Auslöseglied 2 sowohl dem Verzögerungsglied4 als auch dem Magnetventil
5 ein Schaltbefehl zugeführt. In dem Verzögerungsglied 4 wird die Weitergabe dieses
Schaltbefehles um einen bestimmten Betrag verzögert, während durch das Magnetventil
5 der Gasfluß durch die Leitung 6 und damit das Hand stück 10 unverzögert freigegeben
wird. Infolge der hierdurch bedingten Abkühlung des Widerstandes 12 erhält der Eingang
des Schmitt-Triggers 13 eine Steuerinformation, welche diese Stufe zum Kippen bringt.
Dabei entsteht am Ausgang des Schmitt-Triggers ein Schaltbefehl für den einen Eingang
der Schaltstufe 15.
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Diese kann ihrerseits aber erst dann einen Schaltbefehl an den Steuereingang
16 des Chirurgiegerätes 17 zu dessen Einschaltung abgeben, wenn auch an ihrem anderen
Eingang ein Schaltbefehl eintrifft. Dies ist nach Ablauf der an dem Verzögerungsglied
4 eingestellten Verzögerungszeit der Fall. Letztere ist nun so gewählt, daß während
dieser Zeit das aus der Vorratsflasche 7 nachströmende Schutzgas gegebenenfalls
vorhandene Luftreste mit Anteilen von Sauerstoff oder explosiblen Narkosegasen aus
der Leitung 6 und dem Inneren des Handstückes 10 herauszutreiben vermag. Auf diese
Weise ist sichergestellt, daß die Hochfrequenzspeisung der Chirurgieelektrode erst
dann freigegeben wird, wenn diese nach Entfernung etwaiger Luftreste aus der Schutzgaszuführung
von reinem Schutzgas umströmt wird.
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Im Falle irgendeines Defektes in der Gaszuführung oder bei Erschöpfung
des Gasvorrates in der Flasche 7 wird der Widerstand 12 nicht mehr gekühlt. Dadurch
bleibt auch die Steuerinformation für den Schmitt-Trigger 13 aus, so daß eine Hochfrequenzspeisung
der Elektrode unterbleibt. Für den Fall einer Unterbrechung des Widerstandes 12
selbst oder seiner Verbindungsleitungen zum Schmitt-Trigger 13 tritt das Überwachungsglied
14 in Tätigkeit. Dieses verhütet durch Blockierung des Verzögerungsgliedes 4, daß
die Schaltstufe 15 an beiden Eingängen einen Schaltbefehl erhält und damit das Chirurgiegerät
17 in Betrieb gesetzt werden kann.
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Gemäß Fig. 2, die ein Schaltbild verschiedener Stufen des Ausführungsbeispiels
zeigt, ist der Fußschalter 1 (oder ein entsprechender Fingerschalter) mit dem Relais
A des Auslösegliedes 2 (Fig. 1) verbunden. Beim Drücken des Schalters 1 spricht
das Relais an, und über seinen Kontakte wird das Magnetventil 5 geöffnet, so daß
Schutzgas zum Handstück 10 strömen kann. Der Kontakt a2 dient als Hilfskontakt und
gewährleistet ein Abfallen (Schließen) des Magnetventiles 5, wenn der Schalterl
geöffnet wird, auch dann, wenn der Kontakt b2 gerade
geschlossen ist. Das Schließen
des Kontaktes a3 wirkt sich noch nicht aus, da im Einschaltstromkreis für den Hochfrequenzgenerator
noch die geöffnetenKontakte b, und c liegen. Sobald die Kontakte al und a, geschlossen
sind, speist die Spannungsquelle 21 über das Leitungsstück 19, den Widerstand 20
mit negativem Temperaturkoeffizienten und den Ruhekontakt d die Erregerwicklung
des Relais B. Dieses Relais spricht aber erst dann an, wenn sich der Widerstand
20 durch den fließenden Strom so weit erwärmt hat - wenn sein Widerstandswert also
so klein geworden ist daß über ihn der nötige Ansprechstrom für das Relais B fließen
kann. Das Relais B ist mit den Arbeitskontakten b,, b2 und bS be stückt.
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Der Widerstand 12 ist über die Hochfrequenz-Sperrdrosseln 22 und
23 Teil des an der Stromquelle 24 liegenden und aus den Widerständen 25 und 26 sowie
dem Hochfrequenzableitkondensator 27 bestehenden Eingangsspannungsteilers für den
Schmitt-Trigger 13 und das Überwachungsglied 14, welch letzteres zunächst unberücksichtigt
bleiben kann.
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Beide an sich wohlbekannte und daher nicht näher ausgeführte Bausteine
sind zweckmäßigerweise mit Transistoren bestückt.
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Bei Abkühlung des Widerstandes 12 zufolge des ihn umfließenden Gasstromes
wird das Spannungspotential am Eingang des Schmitt-Triggers durch den ansteigenden
Widerstandswert des Widerstandes 12 so weit angehoben, daß diese Stufe umkippt und
das Relais C erregt. Bei hinreichender Abkühlung des Widerstandes 12 wird demgemäß
der Kontakt c geschlossen. Durch Veränderung des einstellbaren Spannungsteilerwiderstandes
26 kann die Ansprechempfindlichkeit des Schmitt-Triggers 13 eingestellt werden.
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Die Relais B und C bilden nun mit ihren Arbeitskontakten b1 bzw.
c, welche in Serie und anstelle des sonst üblichen Fußschalters an den Einschaltbuchsen
16a und 16b des Hochfrequenzgenerators 17 liegen, die Schaltstufe 15. Die Einschaltung
des Chirurgiegerätes 17 kann somit erst dann erfolgen, wenn auch der Kontakt b1
geschlossen ist. Das ist nach Ablauf der für das Herausdrücken eventueller Restluft
aus der Leitung 6 erforderlichen Zeit der Fall. Somit wird auf relativ einfache
Weise erreicht, daß die Hochfrequenzspeisung der Elektrode erst dann freigegeben
wird, wenn diese umströmt wird, und zwar von Schutzgas, welches mit Sicherheit von
eventuellen Luftresten befreit ist.
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Mit dem Kontakt b2 des Relais B wird ein Selbsthaltestromkreis für
dieses Relais geschlossen. Das Railais B bleibt daher auch dann erregt, wenn der
Fußschalter 1 losgelassen wird und der Kontakts, öffnet. Es wird dadurch erreicht,
daß der Kontakt b1 während der normalen und von kurzen Pausen unterbrochenen Schneidvorgänge
im Zuge der Behandlung geschlossen bleibt. Für diese Fälle tritt demgemäß keine
Einschaltverzögerung ein und die Hochfrequenz steht zugunsten eines flüssigen Arbeitens
bereits nach Schließen des Kontaktes c zur Verfügung. Dies ist schon nach Bruchteilen
einer Sekunde der Fall, da der Widerstand 12 wegen der geringen Belastung mit kleinsten
Abmessungen gewählt werden kann und daher eine nur sehr geringe Wärmeträgheit besitzt.
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Das Relais B fällt erst dann ab, wenn bei Schluß der Behandlung durch
Betätigen eines nicht mitgezeichneten Hauptschalters die Versorgungsstromquellen
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und 24 abgeschaltet werden, die hier lediglich aus Übersichtlichkeitsgründen
als Batterien gezeichnet sind, in der Praxis zumeist aber aus Netzanschlußteilen
der üblichen Art bestehen. Mit dem Kontakt b. wird der Widerstand 20 zu seiner Entlastung
und Abkühlung kurzgeschlossen, solange das Relais B angezogen ist.
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Das Überwachungsglied 14 besteht in seinem wesentlichsten Teil aus
einem Verstärker an sich bekannter Art. Dieser ist nun in seiner Empfindlichkeit
so dimensioniert, daß er bei Zuführung einer normalen Steuerinformation zufolge
der Abkühlung des Widerstandes 12 durch das Schutzgas nicht anspricht.
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Er spricht erst dann an, wenn durch eine Unterbrechung im gesamten
Stromkreis des Widerstandes 12 die volle Spannung der Stromquelle 24 an dem Steuereingang
anliegt. In diesem Falle kippt zwar auch der Schmitt-Trigger 13, so daß der Kontakt
c schließt, gleichzeitig zieht aber ebenfalls das Relais D an und unterbricht durch
Öffnung seines Ruhekontaktes d den Erregerstromkreis von Relais B, so daß dieses
abfällt und somit eine Einschaltung des Hochfrequenzgenerators 17 sicher verhindert
wird. Die gewählte Stelle für den Ruhekontakt d hat den Vorteil, daß bei erneuter
Inbetriebnahme zunächst wieder die durch den Widerstand 20 bedingte Verzögerungszeit
verstreichen muß, ehe Relais B ansprechen kann. Es ist damit erneut die Sicherheit
gegeben, daß die Leitun 6 bei Einschaltung der Hochfrequenz frei von irgendwelchen
Luftresten ist. Diese Sicherheit wäre nicht gegeben, wenn der Ruhekontaktd in an
sich möglicher Weise in Serie zur Erregerwicklung des Relais C oder in Serie zu
den Kontakten b1 und c liegen würde.
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Gegen die Auswirkung eines Kurzschlusses des Widerstandes 12 oder
seiner Zuführungsleitungen besteht durch das Steuerungsprinzip im Eingang des Schmitt-Triggers
13 selbst hinreichende Sicherheit. In einem solchen Fall kann sich eine Widerstandserhöhung
des Widerstandes 12 infolge seines Kurzschlusses nicht als Steuerinformation für
den Schmitt-Trigger 13 auswirken.
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Beim Loslassen des Fußschalters 1 (oder eines entsprechenden Fingerschalters)
fällt das Relais ab, und sein Arbeitskontakt a3 schaltet den Hochfrequenzgenerator
ab. Die sich öffnenden Arbeitskontakte al und a2 bewirken ein Schließen des Magnetventils
5, welches den Gasstrom zum Handstück 10 unterbricht, so daß sich der Widerstand
12 erwärmt und dadurch über den Schmitt-Trigger 13 das Relais C zum Abfallen gebracht
wird, dessen Arbeitskontakt c in Serie zu dem schon geöffneten Kontakt a3 liegt.
Dadurch ist mit Sicherheit für eine Abschaltung des Hochfrequenzgenerators beim
Loslassen des Schalters 1 gesorgt. Wenn der Schalter 1 wieder betätigt wird, schließen
sich auch die Kontakte al, a2, a3 wieder, das Magnetventil 5 wird geöffnet, und
sobald der Widerstand 12 von dem vorbeiströmenden Gas abgekühlt ist (was wegen der
geringen Wärmekapazität des Widerstandes 12 im Bruchteil einer Sekunde geschieht),
schaltet c (da a3 schon wieder und b immer noch geschlossen ist) den Hochfrequenzgenerator
wieder ein.
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Für eine einwandfreie Funktion der vorstehend beschriebenen Sicherheitsvorrichtung
ist es wichtig, daß der Widerstand 12 nur durch den Querstrom des Spannungsteilers
aufgeheizt wird, in der er eingeschaltet ist. Zur Vermeidung einer Aufheizung
durch
die beim Schneiden anliegende Hochfrequenz kann es daher zweckmäßig sein, den Widerstand
12 durch einen Parallelkondensator im Chirurgiehandgriff für die Hochfrequenz kurzzuschließen.
An Stelle des Eingangsspannungsteilers können auch zwei zu einer an sich bekannten
Brücke zusammengeschaltete Spannungsteiler vorgesehen werden, wobei der temperaturempfindliche
Widerstand in dem einen Brückenzweig eingeschaltet ist.
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Der Chirurgiehandgriff 10 setzt sich gemäß Fig. 3, 4 und 5 aus dem
Handgriffkörper 28 und der Handgriffspitze 29 zusammen, die beide unter Einfügung
des Dichtungsringes 30 miteinander verschraubt sind.
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Die Verschraubung erfolgt über das Gewinde 31, welches auf der federnden
Spannzange 32 für die einzusteckende Chirurgieelektrode angebracht ist. Diese Spannzange
ist Teil eines im Handgriffkörpers 28 befindlichen und zum Handgriffende hin gabelförmig
gestalteten zylindrischen Metallkörpers 33, der in nicht näher gezeichneter Weise
über die Löcher34, 35 mit dem Handgriffkörper 28 verstiftet ist. Der Metallkörper33
besitzt eine rückseitige Öffnung36, die sich nach vorn in mehrere kleine Öffnungen,
z. B.
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37 und 38 (Fig. 4), fortsetzt, deren Anzahl der Anzahl der Schlitze
entspricht, mit denen die Spannzange 32 zur Erreichung der erforderlichen Federwirkung
versehen ist. Eine ebenfalls der Anzahl der Spannzangenschlitze entsprechende Zahl
axial verlaufender rundlicher Ausnehmungen, im vorliegenden Fall die mit 39, 40,
41 und 42 (Fig. 5) bezeichneten, sind im Gewindegang der Handgriffspitze 29 eingearbeitet.
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Zwischen den gabelförmigen Enden43und44 des zylindrischen Metallkörpers33
befindet sich ein mit einer axialen Bohrung 45 versehener Isolierstoffkörper 46,
der zwei ebenfalls in axialer Richtung verlaufende Anschlußstifte 47 und 48 besitzt.
Zwischen den vorderen Enden dieser Anschlußstifte ist in der gezeichneten Weise
der temperaturempfindliche Widerstand 49 eingelötet, während an ihren rückseitigen
Enden die Leitungen 50 und 51 angeschlossen sind, welche durch eine axiale Bohrung52
im Handgriffende hindurch innerhalb des am Rohrstutzen 53 befestigten Schutzgaszuführungsschlauches
54 zu den Hochfrequenzdrosseln 22 und 23 aus Fig. 2 verlaufen.
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Innerhalb des Handgriffkörpers ist ferner der weiter oben zu Fig.2
genannte Parallelkondensator 55 zur hochfrequenzmäßigen Überbrückung des Widerstandes49
untergebracht und mit den Leitungen 50 und 51 elektrisch verbunden. Wie aus den
Fig.3,4 und 5 leicht ersichtlich, kann das von hinten in den Chirurgiehandgriff
einströmende Schutzgas am Kondensator 55 vorbei, durch die Bohrung45 hindurch, nach
Umströmung des Widerstandes 49 und weiter durch die Bohrungen 36,37 und 38 und die
Ausnehmungen 39 bis 42 bzw. die mit den letzteren korrespondierenden Längsschlitze
im Spannzangengewinde zu der in Fig. 5 gestrichelt eingezeichneten Chirurgieelektrode
56 gelangen und diese zur Verhütung der Entzündung von Narkosegasen usw. umströmen.
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Die Fig. 6 zeigt in Rückansicht ein Chirurgiegerät der üblichen Art,
welches mit einer nachträglich angebrachten Sicherheitsvorrichtung gemäß der Erfindung
ausgerüstet ist. Das Chirurgiegerät 17 mit den Laufrädern 57, 58 und 59, dem Hauptschalter
60, dem Stromartwähler 61, dem Leistungseinsteller 62 sowie der Netzzuleitung 63
mit Anschlußstecker 64 besitzt auf seiner Rückseite die EntIüftungsgitter 65 und
66.
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In das Entlüftungsgifter 65 ist das kastenförmige Gehäuse der Sicherheitsvorrichtung
3 eingehängt, und zwar in einfachster Weise mittels der aus der Nebenzeichnung zu
Fig. 6 ersichtlichen und an der Rückseite des Gehäuses 3 befestigten Haken 67. In
gleicher Weise ist am Entlüftungsgitter 66 der taschenförmige Behälter 68 befestigt,
der die Vorratsflasche 7 für das neutrale Schutzgas enthält.
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Diese Flasche ist über die hier mit 69 bezeichnete Schlauchleitung
mit der Sicherheitsvorrichtung 3 verbunden. Der Stromversorgungsteil der Sicherheitsvorrichtung
ist über die Leitung 70 und den Stecker 71 an den Stromversorgungsteii des Chirurgiegerätes
17 angeschlossen und wird daher zwangläufig durch die Betätigung des Hauptschalters
60 mit ein- und ausgeschaltet.
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Der Fußschalteranschluß 16 des Chirurgiegerätes steht über den in
den Anschluß eingesteckten Flachstecker und die Leitung 72 mit den aus den vorhergehenden
Figuren ersichtlichen Teilen der Sicherheitsvorrichtung3 in Verbindung, während
der Anschluß 18 des Chirurgiegerätes über die Leitung 73 mit den Anschlußsteckern
74 und 75 mit der Sicherheitsvorrichtung in Verbindung steht. Diese ist ferner über
den Stecker76 und die Schlauchleitung 54 mit dem Chirurgiehandgriff 10 verbunden,
das in der Halterungsvorrichtung 77 hängt. Der Fußschalter 1 ist über die Leitung
78 und den Stecker 79 an die Sicherheits-Vorrichtung angeschlossen.
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Wie aus Fig. 6 ersichtlich, kann die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung
zusammen mit der Vorratsflasche für das Schutzgas in einfachster Weise vorhandenen
Chirurgiegeräten beliebiger und üblicher Art nachträglich beigefügt werden, ohne
daß hierzu Eingriffe in das System des Chirurgiegerätes erforderlich sind.