DE19542417A1 - Hochfrequenzgenerator für koagulationsarmes Schneiden in der Hochfrequenzchirurgie - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochfrequenzgenerator für die Hochfrequenzchirurgie entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Fließt ein, mit Hilfe eines Hochfrequenzgenerators eingespeister, hochfrequenter Strom durch biologisches Gewebe, so führt er in diesem verlustbehafteten Medium zu einer Er­ wärmung, die mit der Stromdichte einhergeht. Verteilt sich der Strom ausgehend von einer kleinflächigen Elektrode (Koagulations- oder Schneidelektrode) in die Tiefe des Gewebes hinein, so erhält man die stärkste Erwärmung unmittelbar an der Elektrode, da dort die höchste Stromdichte auftritt. Die Erwärmung nimmt in die Tiefe des Gewebes hinein ab. Wird das Gewebe über ca. 60°C erhitzt, kommt es zu einer irreversiblen Schädigung, der sogenannten Koagulation. Bei einer Erhitzung über den Siedepunkt der Gewebeflüssigkeit hinaus verdampft diese und es bildet sich eine Dampfschicht um die Elektrode, die diese vom Gewebe isoliert. Ist die Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators groß genug, so wird die isolierende Dampfschicht von Lichtbögen durchschlagen. Am Auftreffpunkt der Lichtbögen kommt es wegen der hohen Stromdichte zu einem schlagartigen Verdampfen der Gewebeflüssigkeit und die Zellstruktur wird aufgerissen. Ist die insgesamt eingespeiste Hochfrequenzleistung groß genug, so kann die Elektrode durch das Gewebe bewegt wer­ den und man spricht vom Schneiden. Wissenschaftliche Untersuchungen der Erfinder zei­ gen, daß das Vorhandensein einer elektrodenumfassenden Dampfschicht eine notwendige Bedingung zum Schneiden darstellt. Aufgrund der hohen Energiedichte am Auftreffpunkt eines Lichtbogens auf der Gewebeoberfläche werden die, im Gewebe enthaltenen Eiweiß­ moleküle abgebaut und es entsteht neben verschiedenen Zwischenabbauprodukten auch Kohlenstoff. Man spricht von einer Karbonisation, die aus medizinischer Sicht wegen der toxischen und teilweise karzinogenen Zwischenabbauprodukte sehr bedenklich ist. Da das Schneiden mit HF-Strom auf dessen thermischer Wirkung beruht und bei wesentlich höhe­ ren Temperaturen erfolgt, als zur Koagulation erforderlich sind, ist es verständlich, daß der eigentliche Trennvorgang immer auch mit einer Koagulation und oftmals sogar mit einer Karbonisation der Schnittränder verbunden ist. Diesen Effekt zu minimieren ist sehr schwierig und wurde in der Vergangenheit kaum versucht. Bei vielen Anwendungen dage­ gen ist eine Koagulation der Schnittränder aufgrund der damit einhergehenden Blutstillung im Gegensatz zu einer Karbonisation gewünscht. Anwendungen, bei denen das Auftreten von Koagulationen zumindest nicht stört bilden nahezu ausnahmslos das Einsatzgebiet der heutigen Hochfrequenzchirurgie.

Besonders vorteilhaft werden Hochfrequenzströme in der Chirurgie zum Abtragen von Gewebeteilen verwendet, wenn der Operationsort durch natürliche, oder kleine künstliche Körperöffnungen erreichbar ist, ein Skalpell aber nicht ohne großflächige Eröffnung des Körpers des Patienten angesetzt werden kann. Zum Beispiel können in der Urologie mit transurethral eingeführten Operationsinstrumenten und mit Hilfe von Hochfrequenzströmen Tumore aus der Blase abgetragen oder krankhafte Wucherungen der Prostata entfernt wer­ den. In der Enterologie können auf ähnliche Weise z. B. Polypen von der Darmwand abge­ trennt werden. Die Schneidelektrode des Operationsinstrumentes hat dabei nur solange eine Schneidwirkung, wie der den Hochfrequenzstrom liefernde Hochfrequenzgenerator akti­ viert ist. Damit ist ein gefahrloses Einbringen und Entfernen des Operationsinstrumentes durch die Körperöffnungen gewährleistet. Besonders vorteilhaft ist, daß das Schneiden mit Hochfrequenzstrom weitgehend ohne Kraftwirkung vonstatten geht, wodurch aufwendige und platzintensive mechanische Konstruktionen zur Gewebefixierung im endoskopischen Bereich entfallen können. Ein weiterer, großer Vorteil ist die Möglichkeit mit derselben Anordnung schneiden und/oder Blutungen stillen (koagulieren) zu können, wodurch zeitin­ tensive und umständliche Instrumentenwechsel entfallen.

Ein großes Problem in der Hochfrequenzchirurgie ist die richtige Dosierung der momentan applizierten Hochfrequenzleistung. Die für gute Schneidwirkung mindestens notwendige Hochfrequenzleistung kann sehr stark schwanken. Sie hängt von den Schnittparametern, wie der Gewebebeschaffenheit, der Leitfähigkeit und dem Wassergehalt des Gewebes, der Elektrodenform und Elektrodengröße, der Schnittiefe, der Schnittgeschwindigkeit und weiteren Parametern ab, die alle im Laufe einer Operation gewissen, oft sehr abrupt auftre­ tenden Änderungen unterworfen sind. Die übliche, aus der Erfahrung des Operateurs ge­ wonnene Einstellung des Hochfrequenzgenerators führt daher im Mittel zu einer deutlich überhöhten Hochfrequenzleistung. Diese erhöhte Hochfrequenzleistung hat im wesentli­ chen zwei Auswirkungen. Zum einen birgt sie Gefahren, denen sich Operateur und Patient aussetzen müssen, wie beispielsweise bei der Tranrurethralen Resektion von Prostataade­ nomen der Gefahr von Verbrennungen im Augenbereich des Arztes oder im Harnleiter des Patienten aufgrund von Strömen über das Operationsinstrument. Zum anderen hat eine Erhöhung der zugeführten Leistung, gegenüber dem zum Schneiden erforderlichen Min­ destmaß eine stärkere Koagulation und/oder Karbonisation des Gewebes an der Schnittflä­ che zur Folge. Wegen der starken Schwankungen der Schnittparameter während eines Schnittes und der damit verbundenen Schwankungen der zum Schneiden erforderlichen Mindestleistung, können sich sehr starke Schwankungen der Schnittqualität, d. h. des Ma­ ßes an Koagulation und Karbonisation der Schnittränder ergeben. Diese geringe Reprodu­ zierbarkeit kann selbst bei solchen Anwendungen äußerst störend sein, wo eine Koagulati­ on prinzipiell erwünscht ist.

Aufgrund der beschriebenen Auswirkungen von Fehldosierungen der Hochfrequenzleistung beim Schneiden wäre eine Vorrichtung wünschenswert, die den Hochfrequenzgenerator so regelt, daß zu jedem Zeitpunkt nur die gerade zum Schneiden mit einem bestimmten Koa­ gulationsgrad der Schnittränder erforderliche Leistung abgegeben wird.

Eine Vorrichtung zur Anpassung der Leistung beim Schneiden biologischen Gewebes mit Hochfrequenzstrom ist in der Deutschen Patentschrift P 25 04 280 beschrieben. Bei dieser Vorrichtung wird mit Hilfe einer Meßeinrichtung die Intensität des Lichtbogens zwischen der Schneidelektrode und dem zu schneidenden Gewebe festgestellt und das daraus abgelei­ tete elektrische Signal einer Regeleinrichtung zugeführt. Die Regeleinrichtung vergleicht dieses Signal mit dem Sollwertprogramm eines Sollwertgebers und leitet daraus eine Re­ gelgröße ab, die die Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators so einstellt, daß die Intensität des Lichtbogens dem Sollwertprogramm folgt.

Die in industriellen Hochfrequenzgeneratoren für die Hochfrequenzchirurgie bisher ver­ wendeten Realisierungen der o.g. Erfindung regeln ausnahmslos die Ausgangsspannung des Generators derart, daß die Intensität des Lichtbogens zwischen Schneidelektrode und Ge­ webe konstant ist. Es hat sich gezeigt, daß mit einer derartigen Regelung die Ausgangslei­ stung des Hochfrequenzgenerators wesentlich besser an die momentanen Erfordernisse angepaßt werden kann, so daß viele Gefahren für Operateur und Patient vermieden werden. Es zeigt sich jedoch andererseits, daß die Regelung einer konstanten Lichtbogenintensität zwar eine Verbesserung in Bezug auf eine Unabhängigkeit der Schnittqualität von den mo­ mentanen Schnittparametern zur Folge hat, es ergibt sich jedoch nach wie vor eine deutli­ che Restabhängigkeit des Koagulations- und Karbonisationsgrades der Schnittränder von den aktuellen Schnittparametern, insbesondere von der Schnittgeschwindigkeit und der Eintauchtiefe. Wie diese Restabhängigkeit der Schnittqualität von den momentanen Schnittparametern beseitigt werden kann, war bislang nicht bekannt.

Es gibt verschiedene Gebiete in der Medizin, wie die Dermatologie, die Parodontologie oder die Neurochirurgie, wo eine Anwendung der HF-Chirurgie zwar wegen des kraftar­ men Schneidens besonders wünschenswert wäre, in denen sie sich bislang jedoch wenig oder gar nicht durchgesetzt hat. Überall dort, wo Schnitte erforderlich sind, die nicht koa­ guliert sein sollen, um eine gute Wundheilung und geringe Narbenbildung zu gewährleisten, versagt die HF-Chirurgie in ihrer bisherigen Form:
Allen bislang bekannten Regelungen von HF-Chirurgiegeneratoren ist gemeinsam, daß koagulationsarme Schnitte zwar im Prinzip möglich sind, jedoch nur dann, wenn bei gerin­ ger Einstellung des Hochfrequenzgenerators mit dünnen Elektroden so schnell wie möglich geschnitten wird. Zu geringeren Schnittgeschwindigkeiten hin steigen bei all diesen Rege­ lungen der Koagulations- und Karbonisationsgrad der Schnittränder stark an, da im Ex­ tremfall bei unendlich langsamem Schneiden unendlich viel Energie in die Schnittränder eingespeist würde. Bei den o.g. Anwendungen werden jedoch gerade vielfach feinste Prä­ parationen mit extrem geringer Schnittgeschwindigkeit durchgeführt. Eine reproduzierbar koagulationsarme Gewebetrennung auch bei geringsten Schnittgeschwindigkeiten ist mit dem bisherigen Stand der Technik bei der Hochfrequenzchirurgie nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Hüllkurve der hochfrequenten Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators für die Hochfrequenzchirurgie so zu gestalten, daß bei der Gewebetrennung reproduzierbar und unabhängig von den Schnittparametern, wie der Schnittgeschwindigkeit, der Eindringtiefe der Elektrode, der Gewebeart etc. und selbst bei geringen mittleren Schnittgeschwindigkeiten nur eine vernachlässigbare Koagulation der Schnittränder auftritt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in den Kennzeichen der Patentansprüche offenbarten Maßnahmen gelöst. Dazu besitzt der Hochfrequenzgenerator eine Regeleinrich­ tung, mit deren Ausgangssignal die Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators und über sie auch die anderen Ausgangsgrößen des Hochfrequenzgenerators entsprechend den Vorgaben eines Sollwertprogrammes geregelt werden können. Der Hochfrequenzgenerator verfügt zudem über einen Zeitgeber und eine Meßeinrichtung, die den Klirrgrad im Aus­ gangsstrom des Hochfrequenzgenerators mißt und die ein, diesem entsprechendes Aus­ gangssignal erzeugt.

Bevor beschrieben wird, auf welche Weise die Erfindung einen geringen Koagulationsgrad der Schnittränder auch bei kleinen Schnittgeschwindigkeiten erzielt, ist es erforderlich zu beschreiben, auf welche Weise eine weitgehende Unabhängigkeit der Schnittqualität von den momentanen Schnittparametern und so konstante, reproduzierbare Schnittergebnisse erzielt werden. Die Verwendung einer konstant hohen Lichtbogenintensität oder einer konstant hohen Ausgangsspannung oder Ausgangsleistung des Hochfrequenzgenerators führt beim Schneiden, wie oben beschrieben, zu einer nicht reproduzierbaren Schnittqualität und damit zu einem, von den momentanen Schnittparametern, insbesondere der Schnittge­ schwindigkeit abhängigen Koagulationsgrad der Gewebeschnittflächen. Um eine weitge­ hend von den Schnittparametern unabhängige Schnittqualität zu erhalten, muß die, je Flä­ cheneinheit der Gewebeschnittflächen eingespeiste Energie immer nahezu konstant sein. Wie ein Hochfrequenzgenerator geregelt werden muß, um dies zu gewährleisten, war bis­ lang nicht bekannt. Ausführliche wissenschaftliche Untersuchungen der Erfinder zeigen, daß eine, von den momentanen Schnittparametern unabhängige Schnittqualität erreicht wird, wenn die Lichtbogenintensität zum Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators ins Verhältnis gebracht wird und dieses Verhältnis konstant geregelt wird. Die Wirkung dieser Regelung kann am besten anhand der Eintauchtiefe der Elektrode erläutert werden: Bei einer Verdoppelung der Eintauchtiefe entsteht je Zeiteinheit eine doppelt so große Gewe­ beschnittfläche wie vor der Erhöhung der Eintauchtiefe. Um das gleiche Maß an Koagula­ tion und Karbonisation zu erreichen, muß je Flächeneinheit der Gewebeschnittflächen ge­ nauso viel Energie eingespeist werden wie zuvor, d. h. es muß insgesamt doppelt so viel Energie von der Elektrode ins Gewebe eingespeist werden. Um dies zu erreichen, muß bei annähernd konstanter Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators der doppelte Strom fließen. Der doppelte Strom fließt über doppelt so viele Lichtbögen und führt so zur dop­ pelten Lichtbogenintensität. Die Lichtbogenintensität muß sich daher genauso verhalten wie der Strom. Das Verhältnis aus beiden Größen muß konstant geregelt werden.

Im allgemeinen werden bei modernen Hochfrequenzgeneratoren für die Hochfrequenzchir­ urgie alle Regelungen von Ausgangssignalen über eine Regelung der Ausgangsspannung realisiert, da diese mit den anderen Ausgangssignalen zusammenhängt. So sind beispiels­ weise der Ausgangsstrom und die Ausgangsleistung des Generators über die Patientenim­ pedanz mit der Ausgangsspannung verknüpft. Die Lichtbogenintensität kann daher entspre­ chend dem Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators über eine Einstellung der Aus­ gangsspannung geregelt werden. Eine Möglichkeit zur Messung der Lichtbogenintensität ergibt sich durch Ausnutzung der gleichrichtenden Wirkung des Lichtbogens. Alternativ kann auch die Überschreitungshäufigkeit des Stromes über eine bestimmte Schwelle ausge­ nutzt werden, da der Strom beim Zünden eines Lichtbogens abrupt ansteigt. Die Intensität des Lichtbogens läßt sich jedoch am besten über eine Messung des Oberwellengehaltes im Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators ermitteln, der selbst bei sinusförmiger Genera­ torspannung aufgrund der nichtlinearen Kennlinie des Lichtbogens zustande kommt und dessen Größe von der Lichtbogenintensität abhängt. Diese Methode ist besonders vorteil­ haft, da sie schnell ist, wodurch es möglich ist, auch schnelle Änderungen der Lichtbogenin­ tensität zu verfolgen. Nur durch eine Regelung, die das Verhältnis aus Lichtbogenintensität und Generatorstrom konstant regelt, ist es nach den wissenschaftlichen Erkenntnissen der Erfinder möglich, eine von den momentanen Schnittparametern unabhängige Schnittquaiität zu gewährleisten. Eine derartige Regelung ist bis heute in keinem industriell gefertigten Hochfrequenzgenerator für die Hochfrequenzchirurgie realisiert. Sie dient als Grundlage für das Koagulationsarme Schneiden entsprechend der Erfindung.

Um bei (mit oben beschriebener Regelung gewährleisteter) schnittparameterunabhängiger Schnittqualität zusätzlich einen möglichst geringen Koagulationsgrad zu erhalten, ist vor­ teilhafterweise das Verhältnis der Effektivwerte des Oberwellengehaltes im Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators zum gesamten Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators, das einem Klirrgrad k entspricht derart konstant zu regeln, daß sich ein sehr kleiner, gerade noch zum Schneiden ausreichender Klirrgrad ergibt. Gleichbedeutend ist es, das Verhältnis von Amplituden o. ä. konstant zu regeln. In den meisten Fällen liegt ein derartiger Klirrgrad unter k=5%. Mit einem solchen minimal eingestellten Klirrgrad kann bei höheren Schnittge­ schwindigkeiten reproduzierbar koagulationsarm geschnitten werden. Die Tatsache, daß die Klirrgradregelung mit gering eingestelltem Klirrgrad einen von den momentanen Schnittparametern unabhängigen, geringen Koagulationsgrad der Gewebeschnittflächen gewährleistet gilt in einem weiten Bereich von Schnittparametervariationen. Bei höheren Schnittgeschwindigkeiten genügt sie somit durchaus den Anforderungen an ein koagulati­ onsarmes Schneiden. Hin zu sehr geringen Schnittgeschwindigkeiten steigt jedoch auch bei gerade noch zum Schneiden ausreichendem Klirrgrad der Koagulations- und Karbonisati­ onsgrad der Schnittränder stark an. Mit Hilfe der Erfindung wird die untere Geschwindig­ keitsgrenze v_K, bei der dieser Effekt auftritt so weit zu sehr geringen Schnittgeschwindig­ keiten (v_K*) hin verschoben, daß er im Bereich üblicher, auch geringster Schnittgeschwin­ digkeiten, wie sie bei den o.g. Anwendungen auftreten nicht mehr stört.

Der Effektivwert der Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators wird von der Klirr­ gradregelung entsprechend der Schnittgeschwindigkeit eingestellt. Bei hohen Schnittge­ schwindigkeiten werden hohe Spannungswerte eingestellt und mit sinkender Schnittge­ schwindigkeit werden geringere Spannungswerte eingestellt. Nach wissenschaftlichen Un­ tersuchungen der Erfinder ist die Klirrgradregelung jedoch nicht in der Lage, die Ausgangs­ spannung des Hochfrequenzgenerators unter die Mindestanschneidspannung U_a zu senken da sonst der Schneidvorgang zusammenbricht. Die Mindestanschneidspannung U_a liegt schnittparameterabhängig bei Schnitten an Luft zwischen Effektivwerten von 150 V und 200 V. Sie wird von der Klirrgradregelung angestrebt bei gering eingestelltem Klirrgrad und geringer Schnittgeschwindigkeit. Da sie nicht unterschritten werden kann, ist die Aus­ gangsspannung des Hochfrequenzgenerators bei sehr geringen Schnittgeschwindigkeiten zu hoch eingestellt, was zu einem hohen Koagulationsgrad der Gewebeschnittflächen führt.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem gelöst wenn der Klirrgrad im Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators nicht zu jedem Zeitpunkt konstant geregelt wird, sondern nur im zeitlichen Mittel. Zur Aufrechterhaltung des Schneidvorganges genügt es, wenn der Wert der Anschneidspannung wenigstens zeitweise überschritten wird. Im Rest der Zeit genügt eine geringere Spannung zum Weiterschneiden. Wird also die in ihrem Mittelwert durch die Klirrgradregelung vorgegebene Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators so modu­ liert, daß U_a zeitweise überschritten wird, wird es möglich, daß die Klirrgradregelung die Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators bei geringen Schnittgeschwindigkeiten im Mittel um ca. 25% unter die Mindestanschneidspannung U_a senkt, woraus ein wesentlich geringerer Koagulationsgrad der Schnittränder resultiert als bei unmodulierter Klirrgradre­ gelung und gleicher geringer Schnittgeschwindigkeit.

Bei höheren Schnittgeschwindigkeiten ist die Klirrgradregelung, wie bereits geschildert, sehr gut in der Lage, koagulationsarme Schnittränder zu gewährleisten. Eine Modulation mit einem großen Modulationsgrad, d. h. einem großen Unterschied zwischen der maxima­ len Ausgangsspannung U_max des Hochfrequenzgenerators und der minimalen Ausgangs­ spannung U_min führt dort zu keiner Senkung, sondern eher zu einem Ansteigen des Koagu­ lationsgrades der Schnittränder. Erst zu geringen Schnittgeschwindigkeiten hin führt eine Modulation mit einem großen Modulationsgrad zu einer Absenkung der mittleren Aus­ gangsspannung des Hochfrequenzgenerators und damit zu einem geringeren Koagulations­ grad als ohne Modulation. Der Modulationsgrad sollte daher vorteilhafterweise bei hohen Schnittgeschwindigkeiten gering sein und mit sinkender Schnittgeschwindigkeit ansteigen.

Während der Modulation besteht bei niedrigen Spannungswerten die Gefahr, daß der Schneidvorgang zusammenbricht. Um ein jeweils schnelles und damit koagulationsarmes erneutes Anschneiden zu gewährleisten ist die vorteilhafteste Modulationsart eine im we­ sentlichen sägezahnförmige Modulation. Gute Ergebnisse werden jedoch auch mit einer dreiecksförmigen, rechteckförmigen oder sinusförmigen Modulation erzielt. Die Modulati­ onsperiode ist so einzustellen, daß sie im Bereich zwischen 10 µm und 100 ms, vorteilhaf­ terweise jedoch im Bereich zwischen 1 ms und 50 ms liegt.

Bei einer besonders vorteilhaften, weil einfachen Realisierung der Erfindung, die sich vor allem für Anwendungen ohne sehr hohe Schnittgeschwindigkeiten eignet, ist der Modulati­ onshub, d. h. die Differenz aus der maximalen effektiven Ausgangsspannung U_max des Hochfrequenzgenerators und der minimalen effektiven Ausgangsspannung U_min des Hoch­ frequenzgenerators konstant eingestellt. Bei niedrigen mittleren Schnittgeschwindigkeiten stellt die Klirrgradregelung im Mittel eine geringe Ausgangsspannung des Hochfrequenz­ generators ein und der daraus in Verbindung mit dem konstanten Modulationshub resultie­ rende Modulationsgrad ist hoch. Mit steigender Schnittgeschwindigkeit erhöht die Klirr­ gradregelung die mittlere Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators und der Modu­ lationsgrad sinkt entsprechend. Vorteilhaft sind Modulationshübe im Bereich zwischen 20 V und 200 V, vorzugsweise im Bereich zwischen 40 V und 100 V.

Vor allem für Anwendungen, bei denen auch bei höheren Schnittgeschwindigkeiten optimal koagulationsarm geschnitten werden soll ist eine weitere Realisierung vorteilhaft: Der Mo­ dulationsgrad sollte gleich bleiben bei Änderungen der Eintauchtiefe oder des Durchmes­ sers der Schneidelektrode. Er sollte jedoch, wie bereits geschildert, mit wachsender Schnittgeschwindigkeit reduziert werden. Von den am Ausgang des Hochfrequenzgenera­ tors meßbaren Signalen wird die Spannung am wenigsten von der Eintauchtiefe und dem Durchmesser der Schneidelektrode beeinflußt. In ihr findet hauptsächlich die Schnittge­ schwindigkeit ein Abbild. Sie eignet sich daher besonders als Kriterium zur Einstellung des Modulationsgrades. Bei dieser Realisierung wird daher der Modulationshub in Abhängig­ keit des, von der Klirrgradregelung vorgegebenen mittleren Wertes U_m für die Ausgangs­ spannung des Hochfrequenzgenerators eingestellt. Bei niedrigem U_m wird ein hoher Modu­ lationshub eingestellt, der mit wachsendem U_m reduziert wird.

Eine weitere Realisierung der Erfindung ergibt sich dadurch, daß der Modulationsgrad so eingestellt wird, daß er sich im wesentlichen umgekehrt proportional zum mittleren effekti­ ven Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators verhält: Die mittlere Schnittgeschwindig­ keit ist beim Schneiden mit Hochfrequenzstrom sehr schwer zu messen. Wesentlich leichter zu messen dagegen ist der Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators, der in grober Nä­ herung proportional zur Schnittgeschwindigkeit ist. Der mittlere Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators ist daher ein Maß für die mittlere Schnittgeschwindigkeit. Der Forderung nach einer Erhöhung des Modulationsgrades mit sinkender Schnittgeschwindig­ keit entspricht daher eine Erhöhung des Modulationsgrades mit sinkendem mittlerem Aus­ gangsstrom des Hochfrequenzgenerators. Problematisch ist dabei, daß der Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators ebenfalls von der Eintauchtiefe und dem Durchmesser der Schneidelektrode abhängt und diese Parameteränderungen bei einer derartigen Realisierung einen unerwünschten Einfluß auf den Modulationsgrad haben. Es sind jedoch Anwendun­ gen denkbar, bei denen dieser Nachteil nicht stört.

Ausführlichen wissenschaftlichen Untersuchungen der Erfinder zufolge ist eine Gewebe­ trennung mit Hochfrequenzstrom nur möglich, wenn die Stromeinspeisung über Lichtbögen erfolgt. Lichtbögen treten jedoch erst oberhalb von Effektivwerten der Ausgangsspannung U_smin eines Hochfrequenzgenerators von ca. 80 V auf. Mit geringeren Ausgangsspannungen U < U_smin ist eine Gewebetrennung daher prinzipiell nicht möglich. Eine weitere Leistungs­ einspeisung bei geringerer Ausgangsspannung führt lediglich zu einer Erhöhung des Koagu­ lationsgrades der Schnittränder. Es ist daher vorteilhaft die Ausgangsspannung U des Hochfrequenzgenerators so niedrig einzustellen, daß nur eine vernachlässigbare Hochfre­ quenzleistung in das Gewebe eingespeist wird, wenn die beschriebene Signalform Span­ nungswerte unterhalb von ca. 80 V fordert. Insbesondere bei Anwendungen mit sehr gerin­ gen Schnittgeschwindigkeiten kann es vorteilhaft sein, wenn die Zeit geringer Ausgangs­ spannung des Hochfrequenzgenerators über die eigentliche Modulationsperiode hinaus verlängert wird.

Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung sind noch Zeichnungen beigefügt. Es zeigen:

Fig. 1 Prinzipschaltbild des Hochfrequenzgenerators für die Hochfrequenzchirurgie nach der Erfindung.

Fig. 2 Prinzipielles Verhalten des Koagulationsgrades der Schnittränder in Abhän­ gigkeit von der mittleren Schnittgeschwindigkeit bei unmodulierter Aus­ gangsspannung des Hochfrequenzgenerators und bei erfindungsgemäß mo­ dulierter Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators.

Fig. 3 Zeitverlauf des Effektivwertes der Ausgangsspannung des Hochfrequenzge­ nerators gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 ist das Prinzipschaltbild des Hochfrequenzgenerators für die Hochfrequenzchirur­ gie nach der Erfindung dargestellt. Der Hochfrequenzgenerator verfügt über einen regelba­ ren Hochfrequenz-Leistungsoszillator (4), eine Meßeinrichtung (2), mit deren Hilfe die zur Regelung des Hochfrequenzgenerators erforderlichen Ausgangsgrößen des Hochfrequenz­ generators, wie der Effektivwert I des Ausgangsstromes, der Effektivwert U der Ausgangs­ spannung oder der Klirrgrad k im Ausgangsstrom gemessen werden, über eine Regelein­ richtung (1) zur Einstellung der momentanen elektrischen Ausgangsgrößen des Hochfre­ quenzgenerators, sowie über einen Zeitgeber (3). Der zum Schneiden benötigte Hochfre­ quenzstrom wird über die Schneidelektrode (5) in das Gewebe des Patienten (7) eingespeist und fließt zur Neutralen Elektrode (6) ab. Die Regeleinrichtung (1) erhält die zeitabhängi­ gen Sollwerte der Ausgangssignale des Hochfrequenzgenerators von einem Sollwertpro­ gramm (8) und generiert aus dem Vergleich mit den, von der Meßeinrichtung (2) gewon­ nenen Meßwerten der aktuellen Größen der Ausgangssignale des Hochfrequenzgenerators einen Sollwert U_soll für die Spannung U, die der regelbare Hochfrequenz-Leistungsoszillator (4) abgeben soll.

In Fig. 2 ist der prinzipielle Verlauf des Koagulationsgrades K der Schnittränder beim Schneiden über der mittleren Schnittgeschwindigkeit v aufgetragen. Dabei zeigt die Kurve (9) das geschwindigkeitsabhängige Verhalten des Koagulationsgrades bei unmodulierter Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators, die so geregelt wird, daß sich ein kon­ stanter, gerade noch zur Gewebetrennung ausreichender Klirrgrad im Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators ergibt. Der Koagulationsgrad ist bei hohen mittleren Schnittge­ schwindigkeiten sehr gering und steigt ab einer unteren Geschwindigkeitsgrenze v_K zu ge­ ringeren Geschwindigkeiten hin stark an. Die Kurve (10) zeigt das geschwindigkeitsabhän­ gige Verhalten des Koagulationsgrades bei erfindungsgemäßer Gestaltung der Hüllkurve der hochfrequenten Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators. Deren mittlerer Ef­ fektivwert wird so geregelt, daß sich im Mittel während der Stromflußzeiten ein konstanter, gerade noch zur Gewebetrennung ausreichender Klirrgrad im Ausgangsstrom des Hochfre­ quenzgenerators ergibt. Zusätzlich ist die Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators moduliert, wobei der Modulationsgrad der Modulation so eingestellt ist, daß er mit stei­ gender mittlerer Schnittgeschwindigkeit abnimmt. Der Koagulationsgrad der Schnittränder steigt bei einem erfindungsgemäß realisierten Hochfrequenzgenerator für die Hochfre­ quenzchirurgie erst ab einer wesentlich kleineren Geschwindigkeitsgrenze v_K hin zu gerin­ geren mittleren Schnittgeschwindigkeiten stark an. Es kann bei wesentlich geringeren mitt­ leren Schnittgeschwindigkeiten koagulationsarm geschnitten werden als dies bei herkömm­ lichen Schneidmodi von Hochfrequenzgeneratoren für die Hochfrequenzchirurgie der Fall ist.

Fig. 3 zeigt den zeitlichen Verlauf des Effektivwertes der hochfrequenten Ausgangsspan­ nung eines Hochfrequenzgenerators für die Hochfrequenzchirurgie in einer vorteilhaften Ausgestaltung, bei der der Modulationshub, d. h. die Differenz zwischen der maximalen effektiven Ausgangsspannung U_max des Hochfrequenzgenerators und der minimalen effekti­ ven Ausgangsspannung U_min des Hochfrequenzgenerators fest eingestellt ist. Dargestellt ist der zeitliche Verlauf des Effektivwertes U der hochfrequenten Ausgangsspannung bei drei verschiedenen mittleren Schnittgeschwindigkeiten. Bei hoher mittlerer Schnittgeschwindig­ keit (Kurve (11)) stellt die Regelung eines konstanten Klirrgrades einen hohen mittleren Effektivwert U_m der Ausgangsspannung ein. Im Zusammenhang mit dem fest eingestellten Modulationshub resultiert ein geringer Modulationsgrad. Bei geringer mittlerer Schnittge­ schwindigkeit (Kurve (12)) stellt die Regelung eines konstanten Klirrgrades einen niedrigen mittleren Effektivwert U_m der Ausgangsspannung ein. Im Zusammenhang mit dem fest ein­ gestellten Modulationshub resultiert ein hoher Modulationsgrad. Bei sehr geringer mittlerer Schnittgeschwindigkeit (Kurve (12)) stellt die Regelung eines konstanten Klirrgrades einen sehr niedrigen mittleren Effektivwert U_m der Ausgangsspannung ein. Der Effektivwert der Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators würde bei gleichartiger Ausgestaltung wie bei höheren mittleren Schnittgeschwindigkeiten zeitweilig kleiner werden als die mindestens zum Zünden eines Lichtbogens erforderliche Spannung U_smin, deren Effektivwert bei ca. 80 V liegt. Da eine Gewebetrennung ohne Lichtbogen nicht möglich ist, würde eine Lei­ stungseinspeisung zu diesen Zeiten den Koagulationsgrad der Schnittränder erhöhen. Die Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators ist daher während dieser Zeiten wo ohne­ hin kein Lichtbogen brennen kann so niedrig einzustellen, daß nur eine vernachlässigbare Hochfrequenzleistung in das Gewebe eingespeist wird.

Claims (7)

1. Hochfrequenzgenerator für die Hochfrequenzchirurgie mit

• - einer Regeleinrichtung (1) zur Einstellung des momentanen Effektivwertes U der Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators,
• - einer Meßeinrichtung (2), die den Klirrgrad im Ausgangsstrom des Hochfre­ quenzgenerators ermittelt und die ein Ausgangssignal entsprechend diesem Klirr­ grad abgibt,
• - sowie einem Zeitgeber (3),

dadurch gekennzeichnet, daß
die Hüllkurve der hochfrequenten Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators in zeitlicher Folge so eingestellt wird, daß sich eine im wesentlichen sägezahnförmige Mo­ dulation mit einem maximalen effektiven Spannungswert U_max und einem minimalen ef­ fektiven Spannungswert U_min und mit einem zeitlichen Abstand zwischen U_max und U_min im Bereich zwischen 10 µs und 100 ms, vorzugsweise jedoch im Bereich zwischen 1 ms und 50 ms ergibt,
wobei der Mittelwert U_m von U_max und U_min derart eingestellt wird, daß sich im Mittel während der Stromflußzeiten ein konstanter, hinreichend kleiner Klirrgrad im Aus­ gangsstrom des Hochfrequenzgenerators ergibt, der 5% nicht überschreitet
und wobei der Modulationsgrad, d. h. der Quotient aus Differenz und Summe von U_max und U_min bei hohen mittleren Schnittgeschwindigkeiten gering ist und mit sinkender mittlerer Schnittgeschwindigkeit zunimmt.

2. Hochfrequenzgenerator für die Hochfrequenzchirurgie nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Modulationshub, d. h. die Differenz zwischen der maximalen ef­ fektiven Ausgangsspannung U_max und der minimalen effektiven Ausgangsspannung U_min des Hochfrequenzgenerators im wesentlichen konstant ist.

3. Hochfrequenzgenerator für die Hochfrequenzchirurgie nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Modulationsgrad, d. h. das Verhältnis aus der Summe und der Differenz der maximalen effektiven Ausgangsspannung U_max und der minimalen effekti­ ven Ausgangsspannung U_min des Hochfrequenzgenerators näherungsweise umgekehrt proportional zu der, von der Regelung eines konstanten Klirrgrades vorgegebenen mitt­ leren Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators eingestellt wird.

4. Hochfrequenzgenerator für die Hochfrequenzchirurgie nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Modulationsgrad, d. h. das Verhältnis aus der Summe und der Differenz der maximalen effektiven Ausgangsspannung U_max und der minimalen effekti­ ven Ausgangsspannung U_min des Hochfrequenzgenerators näherungsweise umgekehrt proportional zum mittleren Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators eingestellt wird.

5. Hochfrequenzgenerator für die Hochfrequenzchirurgie nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die Stromflußzeiten, wenn die effektive Ausgangs­ spannung U des Hochfrequenzgenerators kleiner wird als die minimal zur Gewebetren­ nung erforderliche Spannung U_smin, die effektive Ausgangsspannung U des Hochfre­ quenzgenerators für die restliche Zeit der Modulationsperiode so klein eingestellt wird, daß nur eine vernachlässigbare Hochfrequenzleistung in das Gewebe eingespeist wird.

6. Hochfrequenzgenerator für die Hochfrequenzchirurgie nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zeitdauer der Phase mit so gering eingestellter effektiver Aus­ gangsspannung U des Hochfrequenzgenerators, daß nur eine vernachlässigbare Hoch­ frequenzleistung in das Gewebe eingespeist wird über die eigentliche Modulationsperi­ ode hinaus verlängert ist.