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Elektrochirurgisches Gerät zur diatherruischen Koagulation Die Erfindung
betrifft elektrochirurgische Geräte zur diathermischen Koagulation für Eingriffe
innerhalb von Körperhöhlen.
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Bei normalen Anwendungen der Koagulationsmethode, beispielsweise
bei der Durchführung elektrochirurgischer Schnitte, hat der Arzt im allgemeinen
die Möglichkeit, die Entwicklung der Koagulation unmittelbar zu beobachten, so daß
er den Eingriff im geeigneten Zeitpunkt unterbrechen kann.
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Wenn jedoch eine diathermische Koagulation in einer Körperhöhle durchgeführt
werden muß, hat der Chirurg im allgemeinen keine unmittelbare Beobachtungsmöglichkeit,
so daß die Beendigung des Eingriffs mehr oder minder nach dem Gefühl oder nach anderen
zufälligen Bedingungen erfolgen muß. Wenn man eine Koagulationselektrode mit Gewebe
in Berührung bringt, erfolgt unter dem Einfluß des diathermischen Stromes in einem
gewissen Bereich um die Elektrode herum eine Koagulation, wobei die Größe des Koagulates
in umgekehrtem Verhältnis zur Stromintensität steht. Die Einwirkungstiefe wird infolgedessen
bei Zunahme des Stromes kleiner. Die zur Vollendung der Koagulation erforderliche
Zeitdauer gehorcht hingegen einer umgekehrten Beziehung. Man muß also eine große
Stromintensität und eine kleine Anwendungsdauer vorsehen, wenn man ein kleinvolumiges
Koagulat erhalten will. Wenn man andererseits mit dem aktiven Teil der Elektrode
ein großvolumiges Koagulat erzeugen will, braucht man eine kleine Stromintensität
und eine lange Anwendungsdauer.
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Nach den in neuerer Zeit auf dem Gebiet der Tiefen-Operationstechnik,
insbesondere auf dem Gebiet der Neurochirurgie, gewonnenen Erfahrungen ist es außerordentlich
wichtig, den diathermischen Strom im geeigneten Zeitpunkt zu unterbrechen.
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Wenn man nämlich einerseits den Strom zu früh unterbricht, bleibt
die Koagulation unvollständig, wenn man andererseits den Strom zu spät unterbricht,
besteht die Gefahr, daß das Gewebe verkohlt und an der Elektrode klebenbleibt. Dabei
können gesunde Gewebeteile losgerissen werden, so daß die Gefahr lokaler Blutungen
besteht. Die große Schwierigkeit bei diesen Problemen liegt darin, daß, wie systematische
experimentelle Untersuchungen zeigen, bei der Koagulation eine ziemlich unstetige
Zustandsänderung des Gewebes auftritt, welche sich praktisch augenblicklich vollzieht.
Der Zeitpunkt dieser Zustandsänderung ändert sich selbstverständlich in Abhängigkeit
von den Operationsbedingungen, wie beispielsweise der Stromintensität, der Größe
der aktiven Elektrodenoberfläche, der Ausbildung und der Struktur der behandelten
Gewebeteile.
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Bekannte elektrochirurgische Geräte weisen einen Impedanzmeßkreis
auf, welcher jeweils in Abhängigkeit von der bei der Gewebekoagulation auftretenden
Impedanzänderung die Abschaltung des Diathermie-Oszillatorkreises bewirkt. Neben
der bei der Koagulation der festen Gewebebestandteile auftretenden Impedanzerhöhung
wird jedoch gleichzeitig auch eine wesentliche Temperaturerhöhung der behandelten
Gewebebestandteile beobachtet, welche dieser Impedanzerhöhung in ihrer Wirkung auf
den Impedanzmeßkreis entgegenwirkt und sie teilweise sogar überkompensiert, weil
die genannte Temperaturerhöhung die Beweglichkeit der in den betreffenden Gewebebestandteilen
enthaltenen Ionen außerordentlich erhöht. Dies verursacht bei den bekannten Geräten,
bei welchen die Abschaltung des Diathermie-Oszillatorkreises auf Grund einer Impedanzmessung
erfolgt, häufig Fehlwirkungen oder zumindest ungenaue Steuerwirkungen.
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Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines elektrochirurgischen
Gerätes zur diathermischen Koagulation, welches diese Nachteile nicht aufweist.
Dabei geht die Erfindung von der Tatsache aus, daß bei
der erwähnten
Zustandsänderung des Gewebes charakteristische Spannungsimpulse in Form unregelmäßiger
Wellenzüge kurzer Dauer auftreten, deren Nachweis eine automatische Abschaltung
des dinthermischen Stromes genau zu dem Zeitpunkt ermöglicht, wo das Koagulat sich
bildet.
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Die Erfindung betrifft daher ein elektrochirurgisches Gerät zur diathermischen
Koagulation mit einem an die Zuleitung zur aktiven Elektrode des Diathermiekreises
angeschlossenen Überwachungskreis zur Erfassung von änderungen der elektrischen
Eigenschaften des behandelten Gewebes, die als Folge des mit fortschreitender Koagulation
sich ändernden organischen Zustandes des Gewebes auftreten, und mit einem von diesem
tÇberwachungskreis erregten Steuerkreis zur selbsttätigen Unterbrechung des Diathermiestromes
in Abhängigkeit von diesen Änderungen. Ein solches Gerät ist erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet, daß dieser Überwachungskreis die Form eines induktiv an den Diathermiekreis
angekoppelten, abstimmbaren Schwingkreises mit entsprechenden Gleichrichter-und
Verstärkerstufen hat, der auf Spannungsimpulse bzw. -Impulsgruppen anspricht, die
im Zuge der fortschreitenden Gewebekoagulation im Diathermiekreis auftreten, und
daß der Steuerkreis eine Kippstufe aufweist, die in an sich bekannter Weise den
Diathermie-Oszillatorkreis beeinflußt.
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Ein elektrochirurgisches Gerät nach der Erfindung weist in an sich
bekannter Weise zwei Anschlußklemmen zum Anschluß der aktiven Elektrode einerseits
und zum Anschluß der Bezugselektrode andererseits auf. Nach einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung dient zum Anschluß des Nachweiskreises ein selektiver Koppeltransformator,
welcher in die Zuleitung der aktiven Anschlußklemme in möglichster Nähe derselben
eingeschaltet ist. An den Nachweiskreis selbst ist ein Gleichrichter und ein Verstärker
angeschlossen, welcher einen Auslösekreis sowie einen Kontrollautsprecher erregt.
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Die Kürze der bei der Koagulation auftretenden charakteristischen
Spannungsimpulse, im folgenden kurz Koagulationsimpulse genannt, ermöglicht eine
sichere Bestimmung derselben. Die in den Koagulationsimpulsen auftretenden Frequenzen
liegen weit oberhalb der in der Elektrochirurgie angewandten Frequenzen. Die Arbeitsfrequenz
eines diathermischen Gerätes liegt im Bereich der Hundertmeterwellen, während dagegen
die Koagulationsimpulse Frequenzen im Bereich der Meterwellen aufweisen.
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Einzelheiten einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ergeben
sich aus der beispielsweisen Beschreibung an Hand der zugehörigen Zeichnungen.
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Es stellt dar F i g. 1 ein schematisches Schaltbild eines elektrochirurgischen
Gerätes nach der Erfindung, F i g. 2 eine schematische Darstellung der Anwendung
des Gerätes, Fig. 3 eine Erläuterung der Bildung des Koagulates, Fig.4 die Gestalt
der Koagulationsimpulse und die Fig.5 und 6 zwei Ansichten eines Koagulates, welches
jeweils unter verschiedenen Arbeitsbedingungen erzeugt wurde.
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Das in F i g. 1 dargestellte elektrochirurgische Gerät enthält einen
schematisch angedeuteten Oszillator 1, welcher über einen Koppelkreis 2 die An-
schlußelektroden
3 und 4 speist. Zur Intensitätsregelung ist die aktive Anschlußklemme 4 über einen
Koppelkondensator 6 mit einem Potentiometerabgriff 5 verbunden. In möglichster Nähe
der Anschlußklemme 4 ist in die Verbindungsleitung ein selektiver Transformator
7 eingeschaltet, dessen Primärspule innerhalb einer Isolationshülse eingesetzt ist,
auf welche die mit einem abstimmbaren Kondensator 9 einen Schwingungskreis bildende
Sekundärspule 8 gewickelt ist.
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Die Arbeitsfrequenz des Oszillators 1 beträgt beispielsweise 500
kHz. Der Filterkreis 8, 9 ist beispielsweise auf eine Frequenz von etwa 50 MHz abgestimmt.
An den Filterkreis sind eine Gleichrichterdiode 10 und ein Eingangskreis eines Vorverstärkers
12 angeschlossen. Die Ausgangsleitung des Vorverstärkers wird über ein Potentiometer
13 mit verstellbarem Abgriff an einen Leistungsverstärker 14 weitergegeben. Die
Ausgangsleistung desselben wird über einen Koppeltransformator 15 einem Lautsprecher
16 zugeführt. Die Ausgangssignale der Verstärkerstufe erregen jedoch gleichzeitig
eine zwei Trioden 17 und 18 enthaltende monostabile Kippstufe, in welcher normalerweise
die Triode 18 Strom führt.
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In den Anodenkreis der Triode 18 ist ein Impulstransformator 20 eingeschaltet,
dessen Sekundärwicklung durch eine Diode kurzgeschlossen ist und welcher den Eingang
21 einer zwei Trioden 22A und 22B enthaltenden bistabilen Kippstufe 22 erregt. An
die Eingangsklemme 21 ist weiterhin über einen Widerstand 23 ein Ruhekontakt R 1
einer Schaltzunge po angeschlossen, welche von einer Spannungsquelle V 1 eine negative
Vorspannung erhält.
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Mit der Schaltzunge P1 ist eine weitere Schaltzunge P2 verbunden,
wobei eine gemeinsame Betätigung der beiden Schaltzungen mittels eines Fußschalters
P erfolgt. In der Ruhestellung dieses Fußschalters ist die erste Triode 22 A des
Kippkreises 22 gesperrt.
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Schließlich ist die Eingangsklemme 21 über eine Leitung 24 und einen
Koppelkondensator 25 mit einem Umschalter26 verbunden, welcher von einem eine monostabile
Kippstufe MIN enthaltenden Zeitmeßkreis geschaltet wird.
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In dem Anodenkreis der Triode 22A befindet sich ein Widerstand 28
mit verstellbarem Abgriff und in dem Anodenkreis der Triode 22B ein Widerstand 29.
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Als Sperrkreis für den Oszillator ist eine Kaskadenschaltung von zwei
Trioden 31 und 32 vorgesehen, welche zwischen Erde und eine negative Spannungsquelle
- V eingeschaltet sind. Am Verbindungspunkt 30 der beiden Trioden ist das Steuergitter
des Oszillators 1 unter Zwischenschaltung einer Drosselspule 33 angeschlossen. Das
Steuergitter der Röhre 31 ist über einen Widerstand 35 mit der Anode der Triode
22B verbunden, während der Verbindungspunkt 30 über einen Widerstand 36 an dem Abgriff
des Widerstandes 28 angeschlossen ist. Im Normalzustand der Schaltstufe 22 ist die
Triode 22A gesperrt, so daß die Spannung des Verbindungspunktes 30 einen genügend
großen negativen Wert erreicht, um den Os-Oszillator 1 zu sperren. Nach Umschaltung
der Schaltstufe 22 zieht die Röhre 31 einen großen Strom, so daß der Verbindungspunkt
30 praktisch auf Massepotential liegt und der Oszillator 1 erregt wird. Die Kaskadenschaltung
der Röhren 31 und 32 wirkt somit als Sperrkreis, wobei die jeweils abgegebene Steuerspannung
durch den jeweiligen Schaltzustand der Schaltstufe 22 festgelegt ist.
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Die Schaltzunge P2 schaltet jeweils einen Kondensator 40 um. Im Ruhezustand
der Schaltzunge liegt dieselbe an einem Kontakts2 an, so daß an dem Kondensator
40 die positive Spannung im VerbindungspunktB des aus Widerständen 41 und 42 bestehenden
Spannungsteilers herrscht. Nach Umschalten der SchaltzungeP2 erhält der Kondensator
40 über einen Arbeitskontakt T 2 von dem Verbindungspunkt A eines aus Widerständen
43 und 44 gebildeten Spannungsteilers eine größere positive Spannung. Das Steuergitter
der Triode 22B ist jeweils über Koppelkondensatoren 45 und 46 ebenfalls mit den
VerbindungspunktenA und B verbunden. Das Umschalten der Schaltzunge P2 auf den Arbeitskontakt
T2 erzeugt insbesondere durch den Ladestrom des Koppelkondensators 45 einen negativen
Spannungsimpuls am Steuergitter der Triode 22B, wodurch die Schaltstufe 22 umgeschaltet
wird, indem die Triode 22B gesperrt wird. Wenn die Kontaktzungen2 wieder zu dem
Ruhekontakt R 2 zurückkehrt, bewirkt die teilweise Entladung des Kondensators 40
insbesondere durch den im Kondensator 46 fließenden Strom einen positiven Spannungsimpuls
am Gitter der Röhre 22 B, welcher die Schaltstufe 22 wieder in ihren Grundzustand
zurückschaltet.
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Schließlich enthält das elektrochirurgische Gerät nach der Erfindung
den bereits erwähnten Zeitmeßkreis MIN, welcher eine monostabile Kippstufe mit zwei
Trioden 50 A und 50B enthält. Die Vorspannung der Triode 50A wird an den von den
beiden Widerständen 51 und 52 gebildeten Potentiometer abgenommen und hat einen
solchen Wert, daß die Triode 50A normalerweise gesperrt ist. Die Zeitkonstante dieser
monostabilen Kippstufe ist durch den Kondensator 53 und den Regelwiderstand 54 bestimmt.
Die Zeitkonstante kann jeweils durch Verstellung des Regelwiderstandes 54 zwischen
einer und 20 Sekunden eingestellt werden. Das Gitter der normalerweise leitenden
Triode 50B ist über einen Koppelkondensator 55 mit dem Verbindungspunkt A verbunden.
Wenn also die Kontaktzunge P 2 in Arbeitsstellung umgelegt wird, wird durch den
über den Koppelkondensator 55 entsprechend der Ladungsänderung des Kondensators
40 übertragenen Spannungsimpuls der Triode 50B gesperrt, wodurch der Zeitmeßkreis
in Tätigkeit tritt. Beim Zurückkippen sinkt die Spannung am Ausgang 27 ab. Wenn
der Umschalter 26 in der Figur in die Stellung »MIN« umgelegt ist, wird infolgedessen
beim Zurückkippen ein negativer Impuls an die Eingangsklemme 21 der Schaltstufe
22 übertragen, so daß auch diese in ihren Grundzustand zurückgeschaltet wird.
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Wenn sich der Umschalter 26 in der Schaltstellung »NOR« befindet,
ist das Gitter der Triode 50A mit der negativen Spannungsquelle -V1 verbunden, so
daß in dieser Schaltstellung des Umschalters der Zeitmeßkreis sicher verriegelt
ist und unwirksam bleibt.
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Das Gerät ist weiterhin in bekannter Weise mit einem Strommesser
60 ausgerüstet, welcher an den Koppelkreis 2 angeschlossen ist und einen Gleichrichter
61 enthält. Man kann somit in an sich bekannter Weise den durch den Belastungskreis
fließenden Hochfrequenzstrom messen. Der Belastungsstromkreis besteht normalerweise
aus einer Bezugselektrode 63 und einer aktiven Elektrode 64, welche jeweils über
Leitungsverbindungen mit den zugehörigen Anschlußklemmen 3 bzw. 4 verbunden sind.
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F i g. 2 zeigt die Frontseite eines elektrochirurgischen Gerätes
nach der Erfindung sowie die beispielsweise Anwendung desselben bei der cerebralen
Neurochirurgie. Auf der Frontfläche des Gerätes erkennt man den Strommesser60, den
Lautsprecher 16, einen Einstellknopf für den Abgriff 5 zur Regelung der Ausgangsleistung,
einen Einstellknopf für den Widerstand 13 zur Verstärkungsregelung, einen Schaltknopf
für den Umschalter 26 und eine Skalenscheibe zur Einstellung des Regelwiderstandes
24 für die Regelung des Zeitmeßkreises. Der Fußschalter P wird von dem Arzt betätigt
und befindet sich in der Nähe des Operationstisches. Mittels eines geeigneten Helmes
71 kann das Operationsgebiet so eingestellt werden, daß man die Koagulationselektrode
46 in das gewünschte Gebiet des Gehirnes einführen kann.
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Die an sich bekannte Koagulationselektrode 64 besteht nach F i g.
3 aus einem blanken Metall ende 72, welches aus einem elektrisch isolierten Elektrodenteil
73 herausragt.
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Die Größe des jeweils erzielbaren Koagulates 75 hängt von folgenden
Größen ab: von von der Form und der Oberflächenbeschaffenheit des blanken Teiles
72 der Elektrode, ß) von der Intensität I des diathermischen Stromes und y) von
der Behandlungszeit T.
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Die Intensität I des Stromes wird mittels des Einstellknopfes 5 auf
einen gewünschten Wert eingestellt. Der Strom selbst wird mittels des Fußhebels
P eingeschaltet. Das Gerät kann dann nach verschiedenen Verfahrensweisen arbeiten.
a) Willkürliche Steuerung Der diathermische Strom wird jeweils nur mittels des Fußhebels
P geschaltet. Beim Niederdrücken des Fußhebels erfolgt das Einschalten des Stromes,
beim Loslassen des Fußhebels wird durch Rückkehr der KontaktzungeP1 durch den Einfluß
der negativen Spannung -V 1 die Schaltstufe 22 zurückgeschaltet, so daß der Oszillator
gesperrt wird. b) Steuerung durch den Zeitmeßkreis Die gewünschte Arbeitszeit T
wird durch Einstellung des Regelwiderstandes 54 eingestellt. Der Zeitmeßkreis wird
beim Niedertreten des Fußhebels P durch die Kontaktzunge P 2 eingeschaltet. Nach
Ablauf der eingestellten Zeit kippt der Zeitmeßkreis in seinen Grundzustand zurück
und gibt über die Leitung 24 einen Rückstellimpuls an die Schaltstufe 22 weiter,
wenn der Umschalter 26 in die Schaltstellung »MIN« eingestellt ist. c) Automatische
Steuerung Der Oszillator kann mittels der Koagulationsimpulse automatisch gesperrt
werden. Die Koagulationsimpulse sind dem diathermischen Strom überlagert und werden
in dem Nachweiskreis 8, 9 nachgewiesen. Nach Gleichrichtung erfolgt eine Verstärkung
in dem Verstärker 14. Die Impulse erregen sodann einerseits den Lautsprecher 16
und schalten andererseits die monostabile Kippstufel7, 18 um.
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Deren Ausgangsimpuls dient zur Rückstellung der Schaltstufe 22 und
dadurch zur Sperrung des Oszillators.
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Man kann selbstverständlich nach Wunsch auch die automatische Abschaltung
unwirksam machen.
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Zu diesem Zweck genügt es beispielsweise, die monostabile Kippstufe
17, 18 zu verriegeln.
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Fig.4 zeigt die Form der Koagulationsimpulse, die beispielsweise
auf einem an die Anschlußklemmen des Widerstandes 13 angeschlossenen Oszillographen
sichtbar gemacht werden können. F i g. 4 a zeigt die Form der Koagulationsimpulse,
wenn die automatische Steuerung unwirksam ist. Zum Zeitpunkt t, erscheint eine steile
Impulsspitze, an welche sich eine mehr oder weniger regelmäßige Impulsfolge anschließt,
deren Amplitude abnimmt. Im Lautsprecher 16 macht sich diese Impulsfolge als Geräusch
bemerkbar. Fig. 4b zeigt die Form der Koagulationsimpulse, wenn die automatische
Steuerung wirksam ist. Der Strom wird nahezu unmittelbar nach Auftreten der ersten
Impulsspitze abgeschaltet, so daß nur ein schlagartiges Geräusch in dem Lautsprecher
hörbar ist.
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Die F i g. 5 und 6 zeigen schließlich fotografische Aufnahmen des
Verlaufs der Koagulation in einer Eiweißmasse. F i g. 5 stellt ein Koagulat dar,
welches mit der automatischen Steuerung entsprechend dem Oszillogramm nach F i g.
4 b erhalten wird. Die Grenzen des Koagulats sind sehr scharf, und die Elektrode
64 kann ohne irgendeine Schwierigkeit aus dem Koagulat herausgezogen werden. Fig.6
zeigt ein Koagulat, bei dessen Herstellung der Strom nach Auftreten der ersten Spitze
der Koagulationsimpulse noch einige Sekunden eingeschaltet war. Die Grenzen des
Koagulats werden unregelmäßig und man stellt eine Verkohlung des Koagulats fest.
Außerdem haftet das Koagulat an der Elektrode, so daß es beim Herausziehen derselben
mitgerissen wird.
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Die automatische Steuerung eines elektrochirurgischen Gerätes nach
der Erfindung vermeidet also vollständig die schwerwiegenden Nachteile, welche bei
einer unzulässig langen Anwendung des diathermischen Stromes nach Auftreten der
Koagulation bemerkbar werden können.
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Die Kontrolle durch den Lautsprecher 16 ist selbstverständlich sehr
nützlich, da sie dem Arzt eine zusätzliche Überwachung des Gerätes ermöglicht und
ihn in die Lage setzt, beim Ausfall der automatischen Steuerung infolge einer Störung
das Gerät abschalten zu können. Auf Grund der vorliegenden Erfahrungen scheint es,
daß die Amplitude der Koagulationsimpulse bei kleinerer diathermischer Leistung
abnimmt. Infolgedessen können bei zu kleiner diathermischer Leistung, bei zu kleiner
Verstärkung der Verstärkerstufen 12 und 14 oder bei zu großer Kapazität der Koagulationselektrode
die Koagulationsimpulse so schwach werden, daß sie die Kippstufe 17, 18 nicht mehr
umschalten. Die akustische Kontrolle ermöglicht jedoch auch eine Behebung dieser
Schwierigkeiten.
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Das Anzeigeinstrument 60 ermöglicht eine Überwachung des Operationsverlaufes.
Zu beginn steigt der Strom an, da der elektrolytische Widerstand noch klein ist.
Kurz vor Abschluß der Koagulation zeigt sich dann eine Abnahme des Stromes. Diese
Änderungen des diathermischen Stromes lassen jedoch keine genaue Bestimmung der
Bildung des fertigen Koagulates zu.
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Die im vorstehenden erläuterte Ausführungsform der Erfindung gibt
nur ein Ausführungsbeispiel derselben. Man kann selbstverständlich an die Anschlußklemmen
3, 4 auch mittels eines Hochfrequenztransformators zwei bipolare Elektroden an-
schließen.
Es zeigt sich, daß die Koagulationsimpulse durch einen derartigen Transformator
genügend unverzerrt übertragen werden. Die elektronische Sperrung der Röhen 31 und
32 kann selbstverständlich auch durch ein elektromechanisches Relais ersetzt werden,
wodurch das Gerät in gewissem Grade vereinfacht wird. Man kann sich schließlich
auch allein mit der akustischen Kontrolle begnügen, welche dem Chirurgen die Beendigung
der Koagulation anzeigt.