DE19524645A1 - Safety gas unit for providing precise control of micro-gas-flows in electro-surgery - Google Patents
Safety gas unit for providing precise control of micro-gas-flows in electro-surgeryInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Elektrochirurgie und betrifft insbesondere eine neue und verbesserte Sicherheitsgasanlage und die entsprechende elektronische Steuerung zur exakten Abgabe und Kontrolle kleinster Gasmengen zum Erzielen von Koagulation oder eines blutstillenden Effektes auf und in dem Gewebe von Lebewesen.The invention relates to and relates to electrosurgery in particular a new and improved safety gas system and the appropriate electronic control for exact delivery and Control of the smallest gas quantities to achieve coagulation or one hemostatic effect on and in the tissue of living things.
In der modernen Elektrochirurgie sind schon seit den 70er Jahren Verfahren der Gaskoagulation bekannt. Hierbei wird in der Regel ein Edelgas mittels einer Gasversorgungseinheit durch ein stiftähnliches Handstück geblasen und mittels einer, unter HF-Energie stehenden Elektrode ionisiert. Dieser ionisierte Gasstrahl (Plasma) bewirkt, wie schon in der konventionellen Fulguration mit HF, eine Verkochung der Proteine in dem Gewebe und führt somit zu einer Koagulation. Die Vorteile der Gaskoagulation liegen eindeutig in der Kontaktlosigkeit zwischen der Aktivelektrode und dem Gewebe und der verminderten Nekrosetiefe des erzeugten Schorfes, welche zu einer schnelleren Heilung führt.In modern electrosurgery have been around since the 1970s Gas coagulation method known. This is usually a Noble gas by means of a gas supply unit through a pen-like one Blown handpiece and by means of a, under RF energy Electrode ionizes. This ionized gas jet (plasma) causes how already in conventional fulguration with HF, a boiling of the Proteins in the tissue and thus leads to coagulation. The The advantages of gas coagulation are clearly the lack of contact between the active electrode and the tissue and the diminished one Depth of necrosis of the scab produced, which leads to a faster Healing leads.
Wie aus der deutschen Patentschrift 37 10 489 C2 zu ersehen ist, werden bisher Gaßflußmengen zwischen 4 und 13 l/min als effektiv und medizintechnisch sinnvoll angesehen. Nachteilig an diesen vorbekannten Gasflußmengen ist die einseitige Einsetzbarkeit in der offenen Chirurgie. Zudem unterstützen solch hohe Gasflußmegen die Emboliegefahr erheblich.As can be seen from the German patent specification 37 10 489 C2 so far gas flow rates between 4 and 13 l / min as effective and viewed from a medical technology point of view. The disadvantage of these previously known gas flow rates is the one-sided Applicability in open surgery. Also support such high Gas flow significantly increases the risk of embolism.
Im Zuge des vermehrten Einsatzes von Endoskopie-Techniken werden auch Sonden für den Einsatz durch die Arbeitskanäle von Endoskopen mehr und mehr benötigt. Diese Sonden dürfen nur einen maximalen Außendurchmesser von 2,4 mm haben und sollten im Minimum über 1,5 m Länge verfügen. Die kontrollierbare Bereitstellung von geringen Gasflußmengen war bis zum heutigen Zeitpunkt in der Medizin nicht verwirklicht. Der geringe Durchmesser der Sonden und die damit verbundenen hohen Strömungsgeschwindigkeiten des Gases, bei Verwendung von mehr als 4 l/min, sind in der Endoskopie nicht tragbar und somit müssen für diesen Anwendungszweck geringere Gasflußmengen bereit gestellt werden.In the course of the increased use of endoscopy techniques also probes for use through the working channels of endoscopes needed more and more. These probes may only have a maximum Outside diameter of 2.4 mm and should be at least over 1.5 m Length. The controllable provision of low To date, gas flow rates have not been used in medicine realized. The small diameter of the probes and thus associated high flow velocities of the gas, at Using more than 4 l / min are not portable in endoscopy and therefore less need for this application Gas flow quantities are provided.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diese verminderten Gasflußmengen kontrollierbar zur Verfügung zu stellen und dabei auch die Strömungswiderstände in den z. T. meterlangen Sonden für die Endoskopie zu berücksichtigen. Der Regelbereich der Gasfluß mengen beginnt bei circa 0,1 l/min und ist nach oben bis zu 10 l/min offen. Als sinnvoller Arbeitsbereich werden 0,25 l/min bis 7 l/min angesehen.The present invention is based on the object of this to provide reduced gas flow rates in a controllable manner and the flow resistances in the z. T. meters long probes for to consider the endoscopy. The control range of gas flow Volume starts at around 0.1 l / min and is open up to 10 l / min. 0.25 l / min to 7 l / min are considered to be a reasonable working range.
Bei Sicherheitsgasanlagen zum Erzielen von Koagulation gemäß der Erfindung wird ein vorbestimmtes ionisierbares Gas - vorzugsweise Argon - in einem gerichteten Strahl zu dem Gewebe mit einer vorbestimmten Gasflußmenge geleitet, die ausreicht, um natürliche Flüssigkeiten von dem Gewebe zu entfernen und somit das darunterliegende Gewebe im wesentlichen freizulegen. Diese Gasflußmenge ist jedoch so gering eingestellt, daß die Gefahren von Gasembolien praktisch vermieden werden kann. Die zum Leiten des Gases verwendeten Sonden sind so beschaffen, daß sie durch den Arbeitskanal eines Endoskopes, der einen Innendurchmesser zwischen 1,8 mm und 2,8 mm hat, geschoben werden können. Zum Erzielen von Fulguration wird die elektrische Energie in Form von Lichtbögen von der Aktivelektrode in dem Plasmastrahl auf das Gewebe geleitet.For safety gas systems to achieve coagulation according to the Invention becomes a predetermined ionizable gas - preferably Argon - in a directional beam to the tissue with a predetermined gas flow rate that is sufficient to natural To remove liquids from the tissue and thus the essentially expose underlying tissue. This However, the gas flow rate is set so low that the dangers of Gas embolism can be practically avoided. The probes used to conduct the gas are such that through the working channel of an endoscope, the one Inner diameter between 1.8 mm and 2.8 mm can. To achieve fulguration, the electrical energy in Forms of arcing from the active electrode in the plasma beam onto the Tissue guided.
Die Gasflußmenge des Gasstrahls sollte ausreichend sein, um Flüssigkeiten von dem Gewebe zu entfernen, so daß ein Schorf im Gewebes gebildet werden kann, ohne das dieser oben auf der Flüssigkeit, die das Gewebe bedeckt schwimmt.The gas flow rate of the gas jet should be sufficient to Remove fluids from the tissue so that a scab in the Tissue can be formed without it on top of the liquid, which covers the tissue floating.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Gasflußmengen sowohl stufenlos als auch in Stufen programmierbar sind, und die Steuerung der Gaseinheit durch Differenzdruckmessung erfolgt. Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist in den Unteransprüchen beschrieben.This object is achieved in that the gas flow rates both are infinitely programmable as well as in stages, and the control of the Gas unit done by differential pressure measurement. An advantageous embodiment is described in the subclaims.
Die Gasregeleinheit dient der Konstanthaltung des Gasflusses zur Schutzgasversorgung in Verbindung mit einem HF-Chirurgiegerät. Hierfür ist die staudruckunabhängige Konstanthaltung des Gasflusses (Massenstrom bzw. Volumenstrom bei gegebenen Druck) von wesentlichem Vorteil.The gas control unit is used to keep the gas flow constant Shielding gas supply in connection with an HF surgical device. For this, the constant flow of the gas flow is independent of the dynamic pressure (Mass flow or volume flow at given pressure) of significant advantage.
Die im allgemeinen verwendeten Verfahren, wie der alleinige Einsatz eines Proportionalventils, reichen nicht aus. Bei der hier beschriebenen Gasregeleinheit wird der Volumenstrom gemessen, und die Stellung eines Proportionalventils bei Sollwertabweichung entsprechend geändert. Die Erfassung des aktuellen Gasflusses (Sollwert) erfolgt durch Messung der Druckdifferenz vor und nach einem Drosselventil.The methods generally used, such as the sole use of a proportional valve are not sufficient. In the gas control unit described here, the volume flow measured, and the position of a proportional valve Setpoint deviation changed accordingly. Capturing the current Gas flow (setpoint) takes place by measuring the pressure difference before and after a throttle valve.
Die erfaßten Werte werden digital gewandelt und einem Mikrokontroller zugeführt. Das auf diesem Mikrokontroller ablaufende Programm errechnet aufgrund der Druckdifferenz den Gasfluß und steuert über eine entsprechende Schnittstelle das Proportionalventil bei Abweichungen vom Sollwert an.The recorded values are converted digitally and a microcontroller fed. The program running on this microcontroller calculates the gas flow based on the pressure difference and controls it via a appropriate interface the proportional valve in case of deviations from the setpoint.
Die Gasregeleinheit besteht aus einem mechanischen Teil, der das Proportionalventil, 2 Drucksensoren (Bestimmung der Druckdifferenz), Drosselventile und Magnetventile zur Festlegung des Regelbereichs enthält.The gas control unit consists of a mechanical part that contains the proportional valve, 2 pressure sensors (determining the pressure difference), throttle valves and solenoid valves for determining the control range.
Der elektronische Teil enthält die Meßwertverstärker zur Erfassung der Sensorsignale, die AD-Wandler, die Busschnittstelle zum Mikroprozessor und die Ansteuerung der Ventile.The electronic part contains the measurement amplifiers for recording the Sensor signals, the AD converter, the bus interface to the microprocessor and the control of the valves.
Die vorliegende Erfindung wird an Hand von Blockschaltbildern näher erläutert.The present invention is illustrated by block diagrams explained.
Es zeigt:It shows:
Fig. 1 den mechanischen Teil der Gasregelanlage Fig. 1 shows the mechanical part of the gas control system
Fig. 2 den elektrischen Teil der Gasregelanlage. Fig. 2 shows the electrical part of the gas control system.
Das Gas strömt vom Druckminderer einer Gasflasche (6. . . 8 Bar) durch einen handelsüblichen Anschlußschlauch, der mit dem Eingang der Gasregeleinheit über eine handelsübliche Steckverbindung verbunden ist. Dort wird das Gas mittels eines Druckminderers (1) auf einen konstanten Druck gebracht. Ein Druckgeber (3) gibt ein elektrisches Signal, wenn ein ausreichender Druck (z. B. 5,5 bar) anliegt. Dieses wird zur Erkennung eines ausreichenden Eingangsdruckes verwendet. The gas flows from the pressure reducer of a gas bottle (6... 8 bar) through a commercially available connection hose, which is connected to the input of the gas control unit via a commercially available plug connection. There the gas is brought to a constant pressure by means of a pressure reducer ( 1 ). A pressure sensor ( 3 ) gives an electrical signal when there is sufficient pressure (e.g. 5.5 bar). This is used to identify a sufficient inlet pressure.
Das Gas gelangt dann durch ein Proportionalventil (2), welches sich elektrisch unterschiedlich weit öffnen läßt. Das Gas fließt durch die Drossel (7), bzw. wenn die Ventile (5 und 6) geöffnet sind, auch durch die Drosseln (8 bzw. 9). Das Zuschalten von weiteren Drosseln dient zur Umschaltung der Gasflußregelbereiche.The gas then passes through a proportional valve ( 2 ) which can be opened electrically to different extents. The gas flows through the throttle ( 7 ) or, if the valves ( 5 and 6 ) are open, also through the throttles ( 8 and 9 ). The connection of further chokes serves to switch over the gas flow control ranges.
Die beiden Drucksensoren (4) und (10) liefern ein druckproportionales elektrisches Signal zur Erfassung der Druckdifferenz, der Bestimmung des Gasflusses und der Erfassung des Ausgangsdruckes, um Fehler im Gastransport infolge von Verstopfungen oder Leckagen zu erkennen. Im Ausgang der Gasregeleinheit liegt ein Feinstfilter (11), der Partikel - Größe über 0.1 my - ausfiltert, um eine Kontamination der Wunde durch Keime und/oder Fremdkörper aus der Gasflasche bzw. der Gasregeleinheit auszuschließen.The two pressure sensors ( 4 ) and ( 10 ) deliver a pressure-proportional electrical signal for detecting the pressure difference, determining the gas flow and detecting the outlet pressure in order to detect errors in gas transport due to blockages or leaks. In the outlet of the gas control unit there is a fine filter ( 11 ) which filters out particle sizes larger than 0.1 my in order to rule out contamination of the wound by germs and / or foreign bodies from the gas bottle or the gas control unit.
Das Gas wird mittels einer Steckverbindung durch die mit einem Gaskanal ausgerüstete elektrische Anschlußleitung dem Handstück zugeführt. Durch die Zuschaltung der Drosseln (8 u. 9) über die Magnetventile (5 bzw. 6) läßt sich der Regelbereich des Gasstromes umschalten.The gas is supplied to the handpiece by means of a plug connection through the electrical connecting line equipped with a gas channel. The control range of the gas flow can be switched over by connecting the throttles ( 8 and 9 ) via the solenoid valves ( 5 and 6 ).
Hiermit wird ein Variationsbereich des Gasstromes von 0,1 bis 10 l/min ermöglicht, so daß sich sämtliche Werkzeuge der HF-Chirurgie mit dem notwendigen Gasfluß beaufschlagen lassen. Hereby a variation range of the gas flow of 0.1 to 10 l / min enables so that all tools of HF surgery with the Allow necessary gas flow to operate.
Fig. 2 zeigt nun das Blockschaltbild des elektrischen Teils der Gasregeleinheit. Fig. 2 now shows the block diagram of the electrical part of the gas control unit.
Die Signale der Drucksensoren Sensor 1 (4) und Sensor 2 (10) gelangen auf zwei Meßwertverstärker (12 und 13) und werden zur weiteren Verarbeitung über einen AD-Wandler (16) in Digitaldaten zur Auswertung in einem Mikrokontroller gewandelt.The signals from the pressure sensors sensor 1 ( 4 ) and sensor 2 ( 10 ) are sent to two measurement amplifiers ( 12 and 13 ) and are converted into digital data for evaluation in a microcontroller for further processing via an AD converter ( 16 ).
Das gleiche geschieht mit den Signalen der Druckdifferenz (15) und des Druckgebers (Stromschleife Druckgeber (14)).The same happens with the signals of the pressure difference ( 15 ) and the pressure transmitter (current loop pressure transmitter ( 14 )).
Die Daten gelangen über ein Bussystem zum Mikrokontroller. Aus diesen Daten errechnet das Programm im Mikrokontroller den aktuellen Gasfluß. Bei Abweichungen vom Sollwert werden neue Daten an den DA-Wandler (17) gesendet und die Proportionalventilsteuerung (19) verändert die Stellung des Proportionalventils (2) entsprechend.The data is sent to the microcontroller via a bus system. The program in the microcontroller uses this data to calculate the current gas flow. In the event of deviations from the setpoint, new data are sent to the DA converter ( 17 ) and the proportional valve control ( 19 ) changes the position of the proportional valve ( 2 ) accordingly.
Ist darüber hinaus eine Veränderung des Gasflußregelbereichs notwendig, können über die Digitalschnittstelle (18) die Magnetventile 1 bzw. 2 (5 bzw. 6) aktiviert werden, die zusätzliche Drosseln in den Gasweg schalten.If it is also necessary to change the gas flow control range, the solenoid valves 1 and 2 (5 and 6) can be activated via the digital interface ( 18 ), which switch additional throttles in the gas path.
Störungen im Gasfluß, wie Verstopfungen im Gasweg bzw. Leckagen werden an Hand der Drucksensorsignale vom Mikroprozessorprogramm erkannt.Disruptions in the gas flow, such as blockages in the gas path or leaks are based on the pressure sensor signals from the microprocessor program recognized.
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