DE19542417B4 - Verfahren zur Steuerung eines Hochfrequenzgenerator für koagulationsarmes Schneiden in der Hochfrequenzchirurgie - Google Patents

Verfahren zur Steuerung eines Hochfrequenzgenerator für koagulationsarmes Schneiden in der Hochfrequenzchirurgie Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Hochfrequenzgenerators für die Hochfrequenzchirurgie wobei
• der momentane Effektivwert U der Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators durch eine Regeleinrichtung (1) eingestellt wird
• und der Klirrgrad im Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators durch eine Messeinrichtung (2) ermittelt und von dieser ein Ausgangssignal entsprechend diesem Klirrgrad abgegeben wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Hüllkurve der hochfrequenten Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators in zeitlicher Folge so eingestellt wird, dass sich eine sägezahnförmige Modulation mit einem maximalen effektiven Spannungswert Umax und einem minimalen effektiven Spannungswert Umin und mit einem zeitlichen Abstand zwischen Umax und Umin im Bereich zwischen 10 μs und 100 ms ergibt,
wobei der Mittelwert Um von Umax und Umin derart eingestellt wird, dass sich im Mittel während der Stromflusszeiten, wenn der momentane Effektivwert U der Ausgangsspannung größer oder gleich einer minimal zur Gewebetrennung erforderlichen Spannung Usmin ist, ein konstanter Klirrgrad im Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators ergibt, der 5% nicht...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Hochfrequenzgenerators für die Hochfrequenzchirurgie und einen Hochfrequenzgenerator.
  • Fließt ein, mit Hilfe eines Hochfrequenzgenerators eingespeister, hochfrequenter Strom durch biologisches Gewebe, so führt er in diesem verlustbehafteten Medium zu einer Erwärmung, 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 werden und man spricht vom Schneiden. Wissenschaftliche Untersuchungen der Erfinder zeigen, 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 Eiweißmoleküle 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 höheren 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 dagegen 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 werden. In der Enterologie können auf ähnliche Weise z.B. Polypen von der Darmwand abgetrennt werden. Die Schneidelektrode des Operationsinstrumentes hat dabei nur solange eine Schneidwirkung, wie der den Hochfrequenzstrom liefernde Hochfrequenzgenerator aktiviert 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 der selben Anordnung schneiden und/oder Blutungen stillen (koagulieren) zu können, wodurch zeitintensive 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 auftretenden Änderungen unterworfen sind. Die übliche, aus der Erfahrung des Operateurs gewonnene Einstellung des Hochfrequenzgenerators führt daher im Mittel zu einer deutlich überhöhten Hochfrequenzleistung. Diese erhöhte Hochfrequenzleistung hat im wesentlichen zwei Auswirkungen. Zum einen birgt sie Gefahren, denen sich Operateur und Patient aussetzen müssen, wie beispielsweise bei der tranrurethralen Resektion von Prostataadenomen 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 Mindestmaß eine stärkere Koagulation und/oder Karbonisation des Gewebes an der Schnittfläche zur Folge. Wegen der starken Schwankungen der Schnittparameter während eines Schnittes und den damit verbundenen Schwankungen der zum Schneiden erforderlichen Mindestleistung, können sich sehr starke Schwankungen der Schnittqualität, d. h. des Maßes an Koagulation und Karbonisation der Schnittränder ergeben. Diese geringe Reproduzierbarkeit kann selbst bei solchen Anwendungen äußerst störend sein, wo eine Koagulation 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 Koagulationsgrad der Schnittränder erforderliche Leistung abgegeben wird.
  • Die deutsche Offenlegungsschrift DE 32 25 222 A1 offenbart einen elektrochirurgischen Generator mit periodisch gedämpfter sinusförmiger Ausgangswelle mit einem zeitlichen Abstand von 30 μs zum Schneiden durch Funkenentladung. Der Generator erzeugt eine Ausgangswelle mit einem geringen Anteil an Oberschwingungen, d. h. mit einem kleinen Klirrgrad. Diese Anordnung ermöglicht eine Verlängerung des Entladungsfunkens zur Verbesserung des Schneidevorgangs. Schneid- und Brennwirkung werden durch eine hohe Ausgangsimpedanz des Generators begrenzt.
  • Die deutsche Offenlegungsschrift DE 41 26 607 A1 offenbart eine Einrichtung zum Schneiden von biologischem Gewebe mit einer Regeleinrichtung, die die Leistung des Hochfrequenzchirurgiegenerators den Bedingungen zum Schneiden der jeweiligen Gewebeart am Operationsort anpasst. Zur Charakterisierung der Bedingungen am Operationsort wird das Verhältnis der Oberschwingungen der Generatorfrequenz zur Grundfrequenz des Generators, d. h. der Klirrgrad, gemessen.
  • Eine Vorrichtung zur Anpassung der Leistung beim Schneiden biologischen Gewebes mit Hochfrequenzstrom ist in der deutschen Patentschrift DE 25 04 280 C3 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 abgeleitete elektrische Signal einer Regeleinrichtung zugeführt. Die Regeleinrichtung vergleicht dieses Signal mit dem Sollwertprogramm eines Sollwertgebers und leitet daraus eine Regelgröße ab, die die Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators so einstellt, daß die Intensität des Lichtbogens dem Sollwertprogramm folgt.
  • Auch die europäische Patentanmeldung EP 0 653 192 A2 offenbart ein Hochfrequenz-Chirurgiegerät mit einer Regeleinrichtung, wie in der o. g. Patentschrift DE 25 04 280 C3 beschrieben. Durch einen Sollwertgeber kann die Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators in der Amplitude moduliert werden.
  • Die in industriellen Hochfrequenzgeneratoren für die Hochfrequenzchirurgie bisher verwendeten Realisierungen der o. g. Erfindung regeln ausnahmslos die Ausgangsspannung des Generators derart, daß die Intensität des Lichtbogens zwischen Schneidelektrode und Gewebe konstant ist. Es hat sich gezeigt, daß mit einer derartigen Regelung die Ausgangsleistung 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 momentanen Schnittparametern zur Folge hat, es ergibt sich jedoch nach wie vor eine deutliche 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 kraftarmen Schneidens besonders wünschenswert wäre, in denen sie sich bislang jedoch wenig oder gar nicht durchgesetzt hat. Überall dort, wo Schnitte erforderlich sind, die nicht koaguliert 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 geringer Einstellung des Hochfrequenzgenerators mit dünnen Elektroden so schnell wie möglich geschnitten wird. Zu geringeren Schnittgeschwindigkeiten hin steigen bei all diesen Regelungen der Koagulations- und Karbonisationsgrad der Schnittränder stark an, da im Extremfall bei unendlich langsamem Schneiden unendlich viel Energie in die Schnittränder eingespeist würde. Bei den o.g. Anwendungen werden jedoch gerade vielfach feinste Präparationen 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 durch ein Verfahren zur Steuerung eines Hochfrequenzgenerators gemäß Anspruch 1 und durch einen Hochfrequenzgenerator gemäß Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Der Hochfrequenzgenerator besitzt eine Regeleinrichtung, 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 Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators mißt und die ein, diesem entsprechendes Ausgangssignal 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 Schnittgeschwindigkeit, abhängigen Koagulationsgrad der Gewebeschnittflächen. Um eine weitgehend von den Schnittparametern unabhängige Schnittqualität zu erhalten, muß die je Flächeneinheit der Gewebeschnittflächen eingespeiste Energie immer nahezu konstant sein. Wie ein Hochfrequenzgenerator geregelt werden muß, um dies zu gewährleisten, war bislang 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 Gewebeschnittfläche wie vor der Erhöhung der Eintauchtiefe. Um das gleiche Maß an Koagulation und Karbonisation zu erreichen, muß je Flächeneinheit der Gewebeschnittflächen genauso 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 doppelten 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 Hochfrequenzchirurgie alle Regelungen von Ausgangssignalen über eine Regelung der Ausgangsspannung realisiert, da diese mit den anderen Ausgangssignalen zusammenhängt. So sind beispielsweise der Ausgangsstrom und die Ausgangsleistung des Generators über die Patientenimpedanz mit der Ausgangsspannung verknüpft. Die Lichtbogenintensität kann daher entsprechend dem Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators über eine Einstellung der Ausgangsspannung 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 ausgenutzt werden, da der Strom beim Zünden ein 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 Generatorspannung aufgrund der nichtlinearen Kennlinie des Lichtbogens zustande kommt und dessen Größe von der Lichtbogenintensität abhängt. Diese Methode ist besonders vorteilhaft, da sie schnell ist, wodurch es möglich ist, auch schnelle Änderungen der Lichtbogenintensität 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 Schnittqualität 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 vorteilhafterweise 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 Schnittgeschwindigkeiten reproduzierbar koagulationsarm geschnitten werden. Die Tatsache, daß die Klirrgadregelung 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 koagulationsarmes Schneiden. Hin zu sehr geringen Schnittgeschwindigkeiten steigt jedoch auch bei gerade noch zum Schneiden ausreichendem Klirrgrad der Koagulations- und Karbonisationsgrad der Schnittränder stark an. Mit Hilfe der Erfindung wird die untere Geschwindigkeitsgrenze vK, bei der dieser Effekt auftritt, so weit zu sehr geringen Schnittgeschwindigkeiten (vK*) hin verschoben, daß er im Bereich üblicher, auch geringster Schnittgeschwindigkeiten, wie sie bei den o. g. Anwendungen auftreten, nicht mehr stört.
  • Der Effektivwert der Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators wird von der Klirrgradregelung entsprechend der Schnittgeschwindigkeit eingestellt. Bei hohen Schnittgeschwindigkeiten werden hohe Spannungswerte eingestellt und mit sinkender Schnittgeschwindigkeit werden geringere Spannungswerte eingestellt. Nach wissenschaftlichen Untersuchungen der Erfinder ist die Klirrgradregelung jedoch nicht in der Lage, die Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators unter die Mindestanschneidspannung Ua zu senken, da sonst der Schneidvorgang zusammenbricht. Die Mindestanschneidspannung Ua 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 Ausgangsspannung 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 moduliert, daß Ua zeitweise überschritten wird, wird es möglich, daß die Klirrgradregelung die Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators bei geringen Schnittgeschwindigkeiten im Mittel um ca. 25 % unter die Mindestanschneidspannung Ua senkt, woraus ein wesentlich geringerer Koagulationsgrad der Schnittränder resultiert als bei unmodulierter Klirrgradregelung 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 maximalen Ausgangsspannung Umax des Hochfrequenzgenerators und der minimalen Ausgangsspannung Umin führt dort zu keiner Senkung, sondern eher zu einem Ansteigen des Koagulationsgrades der Schnittränder. Erst zu geringen Schnittgeschwindigkeiten hin führt eine Modulation mit einem großen Modulationsgrad zu einer Absenkung der mittleren Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators und damit zu einem geringeren Koagulationsgrad 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 wesentlichen sägezahnförmige Modulation. Gute Ergebnisse werden jedoch auch mit einer dreiecksförmigen, rechteckförmigen oder sinusförmigen Modulation erzielt. Die Modulationsperiode ist so einzustellen, daß sie im Bereich zwischen 10 μs und 100 ms, vorteilhafterweise 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 Modulationshub, d. h. die Differenz aus der maximalen effektiven Ausgangsspannung Umax des Hochfrequenzgenerators und der minimalen effektiven Ausgangsspannung Umin des Hochfrequenzgenerators konstant eingestellt. Bei niedrigen mittleren Schnittgeschwindigkeiten stellt die Klirrgradregelung im Mittel eine geringe Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators ein und der daraus in Verbindung mit dem konstanten Modulationshub resultierende Modulationsgrad ist hoch. Mit steigender Schnittgeschwindigkeit erhöht die Klirrgradregelung die mittlere Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators und der Modulationsgrad 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 Durchmessers der Schneidelektrode. Er sollte jedoch, wie bereits geschildert, mit wachsender Schnittgeschwindigkeit reduziert werden. Von den am Ausgang des Hochfrequenzgenerators meßbaren Signalen wird die Spannung am wenigsten von der Eintauchtiefe und dem Durchmesser der Schneidelektrode beeinflußt. In ihr findet hauptsächlich die Schnittgeschwindigkeit ein Abbild. Sie eignet sich daher besonders als Kriterium zur Einstellung des Modulationsgrades. Bei dieser Realisierung wird daher der Modulationshub in Abhängigkeit des, von der Klirrgradregelung vorgegebenen mittleren Wertes Um für die Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators eingestellt. Bei niedrigem Um wird ein hoher Modulationshub eingestellt, der mit wachsendem Um 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 effektiven Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators verhält: Die mittlere Schnittgeschwindigkeit ist beim Schneiden mit Hochfrequenzstrom sehr schwer zu messen. Wesentlich leichter zu messen dagegen ist der Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators, der in grober Näherung 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 Schnittgeschwindigkeit entspricht daher eine Erhöhung des Modulationsgrades mit sinkendem mittlerem Ausgangsstrom 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 Anwendungen denkbar, bei denen dieser Nachteil nicht stört.
  • Ausführlichen wissenschaftlichen Untersuchungen der Erfinder zufolge ist eine Gewebetrennung mit Hochfrequenzstrom nur möglich, wenn die Stromeinspeisung über Lichtbögen erfolgt. Lichtbögen treten jedoch erst oberhalb von Effektivwerten der Ausgangsspannung Usmin eines Hochfrequenzgenerators von ca. 80 V auf. Mit geringeren Ausgangsspannungen U < Usmin ist eine Gewebetrennung daher prinzipiell nicht möglich. Eine weitere Leistungseinspeisung bei geringerer Ausgangsspannung führt lediglich zu einer Erhöhung des Koagulationsgrades der Schnittränder. Es ist daher vorteilhaft die Ausgangsspannung U des Hochfrequenzgenerators so niedrig einzustellen, daß nur eine vernachlässigbare Hochfrequenzleistung in das Gewebe eingespeist wird, wenn die beschriebene Signalform Spannungswerte unterhalb von ca. 80 V fordert. Insbesondere bei Anwendungen mit sehr geringen Schnittgeschwindigkeiten kann es vorteilhaft sein, wenn die Zeit geringer Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators über die eigentliche Modulationsperiode hinaus verlängert wird.
  • Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung sind noch Zeichnungen beigefügt. Es zeigen:
  • 1: Prinzipschaltbild des Hochfrequenzgenerators für die Hochfrequenzchirurgie nach der Erfindung.
  • 2: Prinzipielles Verhalten des Koagulationsgrades der Schnittränder in Abhängigkeit von der mittleren Schnittgeschwindigkeit bei unmodulierter Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators und bei erfindungsgemäß modulierter Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators.
  • 3 : Zeitverlauf des Effektivwertes der Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators gemäß der Erfindung.
    •
  • In 1 ist das Prinzipschaltbild des Hochfrequenzgenerators für die Hochfrequenzchirurgie nach der Erfindung dargestellt. Der Hochfrequenzgenerator verfügt über einen regelbaren Hochfrequenz-Leistungsoszillator (4), eine Meßeinrichtung (2), mit deren Hilfe die zur Regelung des Hochfrequenzgenerators erforderlichen Ausgangsgrößen des Hochfrequenzgenerators, wie der Effektivwert I des Ausgangsstromes, der Effektivwert U der Ausgangsspannung oder der Klirrgrad k im Ausgangsstrom gemessen werden, über eine Regeleinrichtung (1) zur Einstellung der momentanen elektrischen Ausgangsgrößen des Hochfrequenzgenerators, sowie über einen Zeitgeber (3). Der zum Schneiden benötigte Hochfrequenzstrom wird über die Schneidelektrode (5) in das Gewebe des Patienten (7) eingespeist und fließt zur neutralen Elektrode (6) ab. Die Regeleinrichtung (1) erhält die zeitabhängigen Sollwerte der Ausgangssignale des Hochfrequenzgenerators von einem Sollwertprogramm (8) und generiert aus dem Vergleich mit den, von der Meßeinrichtung (2) gewonnenen Meßwerten der aktuellen Größen der Ausgangssignale des Hochfrequenzgenerators einen Sollwert Usoll für die Spannung U, die der regelbare Hochfrequenz-Leistungsoszillator (4) abgeben soll.
  • In 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 konstanter, gerade noch zur Gewebetrennung ausreichender Klirrgrad im Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators ergibt. Der Koagulationsgrad ist bei hohen mittleren Schnittgeschwindigkeiten sehr gering und steigt ab einer unteren Geschwindigkeitsgrenze vK zu geringeren Geschwindigkeiten hin stark an. Die Kurve (10) zeigt das geschwindigkeitsabhängige Verhalten des Koagulationsgrades bei erfindungsgemäßer Gestaltung der Hüllkurve der hochfrequenten Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators. Deren mittlerer Effektivwert wird so geregelt, daß sich im Mittel während der Stromflußzeiten ein konstanter, gerade noch zur Gewebetrennung ausreichender Klirrgrad im Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators ergibt. Zusätzlich ist die Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators moduliert, wobei der Modulationsgrad der Modulation so eingestellt ist, daß er mit steigender mittlerer Schnittgeschwindigkeit abnimmt. Der Koagulationsgrad der Schnittränder steigt bei einem erfindungsgemäß realisierten Hochfrequenzgenerator für die Hochfrequenzchirurgie erst ab einer wesentlich kleineren Geschwindigkeitsgrenze vK* hin zu geringeren mittleren Schnittgeschwindigkeiten stark an. Es kann bei wesentlich geringeren mittleren Schnittgeschwindigkeiten koagulationsarm geschnitten werden als dies bei herkömmlichen Schneidmodi von Hochfrequenzgeneratoren für die Hochfrequenzchirurgie der Fall ist.
  • 3 zeigt den zeitlichen Verlauf des Effektivwertes der hochfrequenten Ausgangsspannung eines Hochfrequenzgenerators für die Hochfrequenzchirurgie in einer vorteilhaften Ausgestaltung, bei der der Modulationshub, d.h. die Differenz zwischen der maximalen effektiven Ausgangsspannung Umax des Hochfrequenzgenerators und der minimalen effektiven Ausgangsspannung Umin des Hochfrequenzgenerators fest eingestellt ist. Dargestellt ist der zeitliche Verlauf des Effektivwertes U der hochfrequenten Ausgangsspannung bei drei verschiedenen mittleren Schnittgeschwindigkeiten. Bei hoher mittlerer Schnittgeschwindigkeit (Kurve (11)) stellt die Regelung eines konstanten Klirrgrades einen hohen mittleren Effektivwert Um der Ausgangsspannung ein. Im Zusammenhang mit dem fest eingestellten Modulationshub resultiert ein geringer Modulationsgrad. Bei geringer mittlerer Schnittgeschwindigkeit (Kurve (12)) stellt die Regelung eines konstanten Klirrgrades einen niedrigen mittleren Effektivwert Um der Ausgangsspannung ein. Im Zusammenhang mit dem fest eingestellten Modulationshub resultiert ein hoher Modulationsgrad. Bei sehr geringer mittlerer Schnittgeschwindigkeit (Kurve (12)) stellt die Regelung eines konstanten Klirrgrades einen sehr niedrigen mittleren Effektivwert Um 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 Usmin, deren Effektivwert bei ca. 80 V liegt. Da eine Gewebetrennung ohne Lichtbogen nicht möglich ist, würde eine Leistungseinspeisung zu diesen Zeiten den Koagulationsgrad der Schnittränder erhöhen. Die Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators ist daher während dieser Zeiten, wo ohnehin kein Lichtbogen brennen kann, so niedrig einzustellen, daß nur eine vernachlässigbare Hochfrequenzleistung in das Gewebe eingespeist wird.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Steuerung eines Hochfrequenzgenerators für die Hochfrequenzchirurgie wobei • der momentane Effektivwert U der Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators durch eine Regeleinrichtung (1) eingestellt wird • und der Klirrgrad im Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators durch eine Messeinrichtung (2) ermittelt und von dieser ein Ausgangssignal entsprechend diesem Klirrgrad abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllkurve der hochfrequenten Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators in zeitlicher Folge so eingestellt wird, dass sich eine sägezahnförmige Modulation mit einem maximalen effektiven Spannungswert Umax und einem minimalen effektiven Spannungswert Umin und mit einem zeitlichen Abstand zwischen Umax und Umin im Bereich zwischen 10 μs und 100 ms ergibt, wobei der Mittelwert Um von Umax und Umin derart eingestellt wird, dass sich im Mittel während der Stromflusszeiten, wenn der momentane Effektivwert U der Ausgangsspannung größer oder gleich einer minimal zur Gewebetrennung erforderlichen Spannung Usmin ist, ein konstanter Klirrgrad im Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators ergibt, der 5% nicht überschreitet und wobei der Modulationsgrad, d. h. der Quotient aus Differenz und Summe von Umax und Umin bei hohen mittleren Schnittgeschwindigkeiten gering ist und mit sinkender mittlerer Schnittgeschwindigkeit zunimmt.
  2. Verfahren zur Steuerung eines Hochfrequenzgenerators für die Hochfrequenzchirurgie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitlichen Abstand zwischen Umax und Umin im Bereich zwischen 1 ms und 50 ms liegt.
  3. Verfahren zur Steuerung eines Hochfrequenzgenerators für die Hochfrequenzchirurgie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulationshub, d. h. die Differenz zwischen der maximalen effektiven Ausgangsspannung Umax und der minimalen effektiven Ausgangsspannung Umin des Hochfrequenzgenerators konstant ist.
  4. Verfahren zur Steuerung eines Hochfrequenzgenerators für die Hochfrequenzchirurgie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulationsgrad, d. h das Verhältnis aus der Differenz und der Summe der maximalen effektiven Ausgangsspannung Umax und der minimalen effektiven Ausgangsspannung Umin des Hochfrequenzgenerators umgekehrt proportional zu der, von der Regelung eines konstanten Klirrgrades vorgegebenen, mittleren Ausgangsspannung Um des Hochfrequenzgenerators eingestellt wird.
  5. Verfahren zur Steuerung eines Hochfrequenzgenerators für die Hochfrequenzchirurgie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulationsgrad, d. h das Verhältnis aus der Differenz und der Summe der maximalen effektiven Ausgangsspannung Umax und der minimalen effektiven Ausgangsspannung Umin des Hochfrequenzgenerators umgekehrt proportional zum mittleren Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators eingestellt wird.
  6. Verfahren zur Steuerung eines Hochfrequenzgenerators für die Hochfrequenzchirurgie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an die Stromflusszeiten, wenn die effektive Ausgangsspannung U des Hochfrequenzgenerators kleiner wird als die minimal zur Gewebetrennung erforderliche Spannung Usmin, die effektive Ausgangsspannung U des Hochfrequenzgenerators für die restliche Zeit der Modulationsperiode so klein eingestellt wird, dass nur eine Hochfrequenzleistung in das Gewebe eingespeist wird, die einen Koagulationsgrad der Schnittränder nicht erhöht.
  7. Verfahren zur Steuerung eines Hochfrequenzgenerators für die Hochfrequenzchirurgie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdauer der Phase mit so gering eingestellter effektiver Ausgangsspannung U des Hochfrequenzgenerators, dass nur eine Hochfrequenzleistung in das Gewebe eingespeist wird, die den Koagulationsgrad der Schnittränder nicht erhöht, über die eigentliche Modulationsperiode hinaus verlängert ist.
  8. Hochfrequenzgenerator für die Hochfrequenzchirurgie zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
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