DE1539027C3 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Röhrengenerator zur Erzeugung von gedämpften Hochfrequenzschwingungen zur elektrochirurgischen Koagulation mit einer selbsterregten Generatorröhre, die im Soerrschwingerbetrieb arbeitet und deren Gitter-Kathodenkreis zur Einstellung eines vorgebbaren Verhältnisses des Scheitelwertes der Ausgangs-Hochfrequenzspannung zum Effektivwert der Ausgangsspannungshüllkurve einen Kondensator und einen zu ihm parallelgeschalteten veränderbaren Widerstand enthält. Die Verwendung dieses Röhrengenerators kann auch bei Wärmetherapie- und Ultraschalltherapie-Einrichtungen von Nuten sein, ebenso überall dort, wo durch kurze Stöße hoher Energie besondere biologische Effekte erzielt werden sollen.

Um bei Röhrengeneratoren den gleichen hohen Koagulationsgrad wie bei Funkenstreckenerzeugern zu erreichen, ist der intermittierende Schwingungsbetrieb angewendet worden. Als Grundschaltung hat sich eine selbsterregte Rückkopplungsschaltung bewährt. Bei dieser Schaltung wird ein Teil der Ausgangsspannung von der Anode auf das Steuergitter induktiv rückgekoppelt. Die Schwingungsamplituden steigen lawinenartig an, der Gitterkondensator lädt sich jedoch allmählich auf und bewirkt somit wieder ein Abklingen der Amplitude der HF-Spannung. Zum Gitterkondensator parallel liegt ein ohmscher Widerstand. Die Zeitkonstante der intermittierenden Schwingungen kann innerhalb eines bestimmten Bereichs, unter anderem durch den genannten ohmschen Gitterableitwiderstand beeinflußt werden. Die Schwingungen stellen sich ein, wenn die Zeitkonstante Cg · Rg einen bestimmten Wert überschreitet. Aus der österreichischen Patentschrift 192 050 ist es bekannt, einen Röhrengenerator für einen Elektrochirurgieapparat zu verwenden, bei dem die Gitterkapazität und damit die Zeitkonstante durch eine Relarsschaltung veränderbar ist. Mit dieser kann durch einfache Zu- oder Abschaltung eines Festkondensators zwischen Schneid- und Koagulationsstrom gewählt werden. Eine weitere Beeinflussung des intermittierenden Betriebes erfolgt durch einen veränderlichen Belastungswiderstand. Dieser kann bei der Anordnung von verschiedenen Elektroden und verschiedener Menge Koagulat in der Größenordnung von 50 bis 5000 Ohm schwanken. Mit abnehmender Belastung wird das Tastverhältnis immer größer, bis der Impulsbetrieb schließlich ganz aufhört. Es wurde schon eine Schaltung entwickelt, bei der eine Vorröhre mit intermittierender Selbsterregung schwingt und auf einen nahezu konstanten Belastungswiderstand einer nachfolgenden Endröhre arbeitet. Dabei kommt es bei starken Laständerungen zwar nicht zum gänzlichen Aussetzen der Schwingungen, es erfolgt jedoch infolge Begrenzerwirkung eine starke Abplattung der Impulse der Ausgangsspannung. Das bedeutet Annäherung an den unmodulierten Betrieb und damit Einbuße der ursprünglich geforderten Koagulationseigenschaften.

Ein weiterer Nachteil dieser Schaltung besteht darin, daß bei einem Ausfall der Vorröhre oder der an ihr liegenden Schaltelemente oder der Stromversorgung absolut kein Betrieb des Generators, auch nicht mit ungedämpften Schwingungen möglich ist. Das kann bei begonnenen Operationen zu bedrohlichen Situationen führen. Es sind bei industriellen Hochfrequenzröhrengeneratoren Verfahren bekannt, durch die eine Steuergittergleichstrom-Stabilisierung bei unterschiedlichen Betriebsverhältnissen von Leerlauf bis Vollast erreicht wird, indem zwischen Gitter und Katode der Senderöhre eine Pentode eingeschaltet wird. Das geschieht dort mit der Absicht, um bei

Leerlauf eine Überlastung des Gitters zu vermeiden und um gleichzeitig die Aussteuerung der rückgekoppelten Senderöhre so dimensionieren zu können, daß sich bei Vollast ein möglichst guter Wirkungsgrad ergibt.

Außerdem ist eine Modulationseinrichtung zur periodischen Unterbrechung von ungedämpften Schwingungen zum Zwecke des Koagulierens bekannt, bei der als Gitterwiderstand eines für kontinuierliche Selbsterregung dimensionierten Röhrengenerators eine zusätzliche Elektronenröhre dient. Die Anoden-Katodenstrecke wird durch gitterseitig zugeführte Rechteckimpulse spontan zwischen leitendem und nichtleitendem Zustand gesteuert. Abgesehen von ihrem hohen Aufwand liefert eine solche Einrichtung lediglich nahezu rechteckförmig modulierte HF-Schwingungen, die den gewünschten Koagulationseffekt nur ungenügend hervorbringen. Zwar ist vorgeschlagen worden durch Einschalten einer Stoß-_t drossel in die Stromversorgung der Senderöhre die Anodenspannung und damit die Modulation der * Form gedämpfter Schwingungen anzugleichen, je-" doch gelingt dies nur unvollkommen und die Ausgangsspannung unterliegt wiederum außerordentlich der Lastabhängigkeit.

Schließlich ist es aus der französischen Patentschrift 801257 bekannt, für elektrochirurgische Zwecke einen selbsterregten Röhrenoszillator durch transformatorische Einkopplung einer Steuerspannung in den Gitterkreis zu modulieren. Bei dieser Schaltung ist von Nachteil, daß sich bei Dimensionierung des Oszillators für einen hohen Wirkungsgrad (C-Betrieb) eine starke Verformung in der Modulation der Hochfrequenzspannung ergibt, die wiederum lastabhängig ist.

Zweck der Erfindung ist es, zur Durchführung elektrochirurgischer Koagulationen einen einfachen und betriebssicheren Hochfrequenzerzeuger zu' schaffen.

Die Aufgabe der Erfindung ist bei einem im Sperrschwingerbetrieb arbeitendem HF-Generator, der im Gitterkatodenkreis einen veränderbaren Widerstand enthält, für alle ausgangsseitigen Belastungen und für alle verwendeten Elektroden gleichbleibende Koagulationseingenschaf ten zu erreichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als veränderbarer Widerstand der Innenwiderstand eines regelbaren Verstärkerelements dient und die Regelgröße eine resultierende Gleichspannung ist, die aus dem Vergleich eines dem Scheitelwert der Ausgangsspannung proportionalen Gleichstromsignals mit einem den Effektivwert der Ausgangsspannungshüllkurve proportionalen Gleichstromsignals gebildet ist, damit das Verhältnis von Scheitel¹ zu Effektivwert bei unterschiedlichen Lastwiderständen konstant bleibt. Es erfolgt eine Anpassung der Gitterzeitkonstante an Schwankungen des Lastwiderstandes, wodurch ein konstantes Tastverhältnis erreicht wird.

Das als veränderbarer Widerstand eingesetzte Ver-Stärkerelement kann z. B. eine Elektronenröhre sein. Durch deren Steuerelektroden erfolgt eine Beeinflussung des Widerstandes in Abhängigkeit von Schwankungen des Tastverhältnisses. Dazu wird als Regelgröße zumindest annähernd der Effektivwert der Hüllkurve der erzeugten Hochfrequenz benutzt und mit deren Scheitelwert verglichen. Es wird ein Teil der Hochfrequenzwechselspannung in eine dem Effektivwert und ein weiterer Teil in eine dem Scheitelwert proportionale Gleichspannung umgewandelt. Die Gewinnung der Gleichspannung wird bei der dem Scheitelwert der Hüllkurve proportionalen Spannung mit einer bekannten Gleichrichterschaltung mit kleinem Innenwiderstand in Form der sogenannten Spitzengleichrichtung und bei der dem Effektivwert entsprechenden Spannung mit einer Gleichrichterschaltung mit künstlich erhöhtem Innenwiderstand vorgenommen.

Die Gleichspannungen werden so zueinander geschaltet, daß bei Erreichung eines vorgegebenen Verhältnisses von Scheitel- zu Effektivwert die resultierende Spannung gleich Null ist. Diese bei abweichenden Verhältnissen entstehende Steuerspannung wirkt wieder auf die Generatorröhre zurück und stabilisiert somit das Tastverhältnis. Mit dieser Anordnung besteht nicht nur eine einfache Möglichkeit, das Tastverhältnis über den gesamten Lastbereich auf einen vorbestimmten Wert gut konstant zu halten, sondern auch die Möglichkeit, verschieden große Tastverhältnisse zur Erreichung eines jeweils gewünschten unterschiedlichen Koagulationsgrades einzustellen. Das geschieht beispielsweise durch Variation des Innenwiderstandes oder des Belastungswiderstandes der Effektivwertgleichrichterschaltung mittels Potentiometer, Umschalter oder Relaiskontakte.

Ein großer Vorteil der beschriebenen Erfindung besteht darin, daß auch Änderungen im Betriebsverhalten des selbsterregten Generators beim Variieren der Anodenspannung zum Zwecke der Leistungsregelung in ihrem Einfluß auf das Tastverhältnis ausgeglichen werden. Das gleiche gilt auf zu erwartende Abweichungen beim Altern und Auswechseln der Endröhre. Bei der Anwendung der Erfindung in Elektrochirurgie-Geräten wird in den meisten Fällen eine Umschaltmöglichkeit auf die Erzeugung ungedämpfter Schwingungen erwünscht sein, um im Bedarfsfalle auch Hochfrequenzenergie mit guten Schneideigenschaften zur Verfügung zu haben. Auf diese Betriebsart läßt sich der Apparat in einfacher Weise dadurch erweitern, daß beispielsweise durch Relaiskontakte in an sich bekannter Weise eine Umschaltung des Gitterkreises der Endröhre auf einen festen Gitterwiderstand erfolgt, der so dimensioniert ist, daß sich für alle vorkommenden Belastungen eine Gitterzeitkonstante ergibt, die kleiner als der für den Sperrschwingerbetrieb notwendige Grenzwert ist. In dieser Anordnung bietet der Apparat neben seiner Einfachheit den außerordnetlichen anwendungstechnischen Vorteil, daß bei Defekten in der für die Erzeugung gedämpfter Schwingungen benötigen Zusatzeinrichtung (z.B. der zusätzlichen Röhre) durch Umschaltung auf den ungedämpften Betrieb ein Weiterarbeiten mit dem Elektrochirurgiegerät möglich ist. Es tritt dann lediglich ein Verlust der hohen Koagulationseigenschaften ein.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

In F i g. 1 ist die prinzipielle Schaltung eines an sich bekannten selbsterregten Sperrschwingerröhrengeneratofs für elektrochirurgische Zwecke dargestellt. Die Röhre ist mit 1 bezeichnet und stellt eine Leistungssendetriode dar, die auf den Senderschwingkreis, der durch den Schwingkreiskondensator 2 und die Induktivität 3 gebildet ist, arbeitet. Die Selbsterregung kommt durch induktive Rückkopplung'über die Gitterspule 4 zustande. Im Gitterkreis

5 6

liegt in der üblichen Weise die Gitterkombination 5. stand dient in diesem Beispiel die Anoden-Katoden-

Über die Äuskopplungsspule 6 wird die HF-Energie Strecke einer steuerbaren Röhre 11, die parallel zum

der neutralen Behandlungselektrode 7 und der akti- Gitterkondensator 12 liegt. Die Spule 13 ist mit der

ven Elektrode 8 zugeführt. Während der Durchfüh- Induktivität 3 des Senderschwingkreises magnetisch

rung der Operation wirkt zwischen beiden der 5 gekoppelt. Die in ihr induzierte HF-Spannung ist

menschliche Körper 9 als Außenwiderstand Ra. Der proportional der Anodenwechselspannung und be-

Widerstandswert kann erfahrungsgemäß zwischen 50 sitzt auch die gleiche Form ihrer Hüllkurve. Ein klei-

und 5000 Ohm schwanken. nerer Teil der Spannung von Spule 13 wird in dem

Fig. 2 zeigt den prinzipiellen Verlauf der mit HF-Gleichrichter 14, der einen geringen Innenwiderder an sich bekannten Schaltung nach Fig. 1 ge- ίο stand hat, z.B. in einer Germanium-Diode, gleichgewonnenen Hochfrequenz-Hüllkurve 10 bei drei ver- richtet und durch den Kondensator 15 geglättet. Er schiedenen Belastungswiderständen. In Fig. 2a ist besitzt in Verbindung mit dem Lastwiderstand 16 Ra = 100 Ohm, in Fig. 2b ist Ra = 500 Ohm und eine so große Zeitkonstante, daß auch die durch die in F i g. 2 c ist die Hüllkurve 10 bei Ra = 2000 Ohm Hüllkurve verursachte Modulation kurzgeschlossen dargestellt. Die Zeitkonstante der Gitterkombina- 15 wird. An dem Lastwiderstand 16 liegt daher eine tion 5 wurde dabei so dimentsioniert, daß bei einem reine Gleichspannung, die proportional dem Scheitel-Außenwiderstand von etwa 500 Ohm ein Tastver- wert der Hüllkurve ist. Der andere, größere Teil der hältnis entsteht, welches noch einen hohen Koagula- Spannung von der Spule 13 wird dem Gleichrichter tionsgrad aufweist, andererseits jedoch noch einen 17 zugeführt. Durch den Vorwiderstand 18 erfolgt ausreichenden mittleren Leistungswert liefert. Füf 20 eine künstliche Vergrößerung des Innenwiderstandes, einen Außenwiderstand von etwa 50 bis 100 Ohm, Der Glättungskondensator 19 lädt sich entsprechend wie er besonders bei Großkoagulationen vorkommt, dem Effektivwert der HF-Spannung auf. Auch hier wird in der Regel die maximale Leistung benötigt. In ist die Zeitkonstante so groß gewählt, daß die Modu- ( J<b F i g. 2 ist jedoch das Verhältnis Scheitelwert/Ef f ek- lation kurzgeschlossen wird. Das Verhältnis von tivwert so groß, daß nur noch eine sehr geringe, kei- 25 Lastwiderstand 16 zu Lastwiderstand 20 ist so geneswegs ausreichende mittlere Leistung abgegeben wählt, daß die an Lastwiderstand 20 erhaltene wird. Andererseits setzt der intermittierende Betrieb Gleichspannung im Bereich des vorgegebenen Tastbei Widerständen >1000Ohm ganz aus. Soll sich Verhältnisses proportional dem Effektivwert der die Verwendung des Apparates beispielsweise durch Hüllkurve, d. h. der modulierten Hochfrequenzspan-Festlegung auf wenige Elektroden, d. h. nur auf 30 nung ist. Bei Erreichung des vorbestimmten Tastvereinen kleinen Widerstandsbereich, z.B. 500 bis hältnisses müssen die beiden Gleichspannungen na-2000 Ohm beschränken, so wird die Anordnung nach hezu gleich sein. Die richtige Einstellung kann z. B. F i g. 1 geeigneter sein, wenn der Gitterwiderstand durch Wahl der Spulenteile von Spule 13 oder durch Rg gegen einen Kaltleiter, eine Pentode oder einen Ausbildung von Lastwiderstand 16 als Potentiometer Transistor ausgetauscht wird. Zweckmäßigerweise 35 geschehen.

wird'dann die Gitterkombination5 in das erdseitige Fig. 4 zeigt das über den gesamten in Frage Ende des Gitterkreises eingefügt, um die als Gitter- kommenden Lastbereich mit der Anordnung nach widerstand dienenden Bauteile möglichst frei vonr Fig. 3 erreichte gleichmäßige Verhältnis von Scheitel-Hochfrequenzpotential zu machen. wert/Effektivwert. Dabei zeigt Fig. 4 a wieder

Fig.3 zeigt die zu einem Regelkreis erweiterte 40 die Hüllkurve bei Ra = 100 Ohm, Fig. 4b bei

Anordnung nach der Erfindung. Als Gitterwider- Ra = 500 Ohm und F i g. 4 c bei Ra = 2000 Ohm.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Röhrengenerator zur Erzeugung von gedämpften Hochfreqrenzschwingungen zur elektrochirurgischen Koagulation mit einer selbsterregten Generatorröhre, die im Sperrschwingerbetrieb arbeitet und deren Gitter-Kathodenkreis zur Einstellung eines vorgebbaren Verhältnisses des Scheitelwertes der Ausgangshochfrequenzspannung zum Effektivwert der Ausgangsspannungshüllkurve einen Kondensator und einen zu ihm parallelgeschalteten veränderbaren Widerstand enthält, dadurch gekennzeichnet, daß als veränderbarer Widerstand der Innenwiderstand eines regelbaren Verstärkerelements (11) dient und die Regelgröße eine resultierende Gleichspannung ist, die aus dem Vergleich eines dem Scheitelwert der Ausgangsspannung proportionalen Gleichstromsignals mit einem den Effektivwert der Ausgangsspannungshüllkurve proportionalen Gleichstromsignals gebildet ist, um das Verhältnis von Scheitel- zu Effektivwert bei unterschiedlichen Lastwiderständen konstant zu halten.

2. Röhrengenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Scheitelwert der Ausgangshochfrequenzspannung proportionale Gleichstromsignal in einem ersten Gleichrichterschaltungskreis erzeugt ist, der aus einer Serienschaltung eines Teils einer Spule (13), die mit einer Induktivität (3) eines Senderschwingkreises der Generatorröhre magnetisch gekoppelt ist, eines ersten Hochfrequenzgleichrichters (14) mit geringem Innenwiderstand und eines durch einen

>* ersten Glättungskondensator (15) überbrückten ersten Lastwiderstands (16) besteht.

3. Röhrengenerator nach Anspruch 1 oder,2, dadurch gekennzeichnet, daß das den Effektivwert der Ausgangsspannungshüllkurve proportio- nale Gleichstromsignal in einem zweiten Gleichrichterschaltkreis erzeugt ist, der aus einer Serienschaltung des größeren Teils der Spule (13), eines Vorwiderstands (18), eines zweiten Hochfrequenzgleichrichters (17) und eines durch einen zweiten Glättungskondensator (19) überbrückten zweiten Lastwiderstandes (20) besteht.

4. Röhrengenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die über den Lastwiderständen (16, 20) abfallende resultierende Gleichspannung beim Erreichen eines vorgegebenen Verhältnisses von Scheitel- zu Effektivwert gleich Null ist. .

5. Röhrengenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Scheitelzu 'Effektivwert durch Wahl der Spulenteile der Spule (13) oder durch Ausbildung des ersten Lastwiderstands (16) als Potentiometer auf verschiedene, vorgebbare, vom Lastwiderstand unabhängige konstante Werte einstellbar ist.