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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Hochfrequenzgenerator für die Hochfrequenzchirurgie entsprechend
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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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. Bei vielen
Anwendungen 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
beseitigt werden kann, war bislang nicht bekannt.
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Um
eine weitgehend von den Schnittparametern unabhängige Schnittqualität zu erhalten,
muß die
je Flächeneinheit
der Gewebeschnittflächen
eingespeiste Energie nahezu konstant sein. Wissenschaftliche Untersuchungen
der Erfinder zeigen, daß dies
erreicht wird, wenn die Lichtbogenintensität zum Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators
ins Verhältnis
gebracht und dieses Verhältnis
konstant geregelt wird. Nur so ist es 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.
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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 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
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, was es gestattet,
auch schnelle Änderungen
der Lichtbogenintensität
zu verfolgen. Um Schnitte mit einem geringen Karbonisationsgrad
zu erhalten, ist vorteilhafterweise das Verhältnis der Effektivwerte des
Oberwellengehaltes im Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators zum
gesamten Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators, das einem Klirrgrad
k entspricht, unterhalb eines Wertes von k = 10 % konstant zu regeln.
Gleichbedeutend ist es, das Verhältnis
von Amplituden o.ä.
konstant zu regeln.
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Die
Deutschen Offenlegungsschriften
DE 41 26 607 A1 und
DE 41 26 608 A1 offenbaren
ebenfalls Einrichtungen zum Schneiden von biologischem Gewebe mit
Regeleinrichtungen, die die Leistung eines Hochfrequenzchirurgiegenerators
den Bedingungen am Operationsort anpassen. Zur Charakterisierung der
Bedingungen am Operationsort wird, wie auch in der bereits erwähnten Deutschen
Patentschrift
DE 25 04
280 C3 der Oberwellengehalt im Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators
bestimmt. Hierzu wird die effektive Stromstärke charakteristischer Oberwellen
im Verhältnis
zur effektiven Gesamtstromstärke gemessen.
In der Deutschen Offenlegungsschrift
DE 41 26 609 A1 wird als Bezugsgröße zur Leistungsregelung
des Hochfrequenzgenerators die Gewebeimpedanz am Operationsort gemessen.
In dem US-amerikanischen
Patent
US 5,422,567 wird
aus den quadratischen Mittelwerten von Strom und Spannung eine Bezugsgröße zur Leistungsregelung
eines Hochfrequenzgenerators berechnet. In der Deutschen Offenlegungsschrift
DE 35 31 576 A1 wird
die vom Hochfrequenzgenerator abgegebene Leistung durch Multiplikation
des abgeführten
Stroms und der abgeführten
Spannung bestimmt. Maximaler Ausgangsstrom und maximale Ausgangsspannung
werden begrenzt.
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Bei
vielen Anwendungen der Hochfrequenzchirurgie wird Gewebe geschnitten,
das sich in unmittelbarer Nähe
eines anderen Gewebes befindet, das nicht verletzt werden darf.
So ist beispielsweise die Prostata, die den Harnleiter umgibt, von
einer Schale, der Kapsel, umgeben, ähnlich wie bei einer Orange das
Fruchtfleisch von einer Schale umgeben ist. Bei der o. g. TUR wird
die Prostata möglichst
vollständig aus
der Kapsel herausgeschält,
um den durch die gewucherte Prostata behinderten Harnfluss wieder
herzustellen. Die Kapsel jedoch, die den Harntrakt vom Bauchraum
isoliert, darf dabei nicht durchtrennt werden. Eine solche Perforation
ist endoskopisch nicht zu beheben und würde daher eine offene Operation erforderlich
machen.
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Gerade
bei unerfahrenen Operateuren ist die Gefahr sehr groß, dass
sie aus Versehen aus dem Prostatagewebe heraus- und in die Kapsel
hineinschneiden. Um dabei eine Perforation der Kapsel zu vermeiden,
wäre es,
wie auch bei vielen anderen Anwendungen wünschenswert, wenn der Hochfrequenzgenerator
erkennen würde,
wenn aus der bisher geschnittenen Gewebeart heraus und in eine andere
hineingeschnitten würde
und darauf reagieren könnte.
Eine solche Erkennung ist sinnvoll nur mit Hilfe der am Ausgang
des Hochfrequenzgenerators messbaren elektrischen Signale denkbar.
Man weiß bereits,
dass die momentan geschnittene Gewebeart sich auf die elektrischen
Signale auswirkt. Bislang sind jedoch keine wissenschaftlichen Untersuchungen
bekannt, die sich mit den gewebespezifischen Merkmalen der elektrischen
Signale und deren Ursachen befassen. Es existiert kein Hochfrequenzgenerator
für die
Hochfrequenzchirurgie, der auch nur Ansätze zur Lösung des o. g. Problems beinhalten
würde.
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Daher
ist es die Aufgabe der hier beschriebenen Erfindung, die Differenzierung
unterschiedlicher Gewebearten beim Schneiden biologischen Gewebes
mit Hochfrequenzstrom anhand der am Ausgang des Hochfrequenzgenerators
messbaren elektrischen Signale zu verbessern.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch einen Hochfrequenzgenerator gemäß Anspruch
1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Grundlage
der Erfindung sind umfangreiche wissenschaftliche Untersuchungen
der Erfinder über die
gewebespezifischen Merkmale in den elektrischen Signalen und deren
Ursachen. Heutige Hochfrequenzgeneratoren für die Hochfrequenzchirurgie messen,
wenn überhaupt,
nur die über
viele Generatorperioden gemittelten Effektivwerte oder Amplituden
der Aus gangsspannung und des Ausgangsstromes. Die Untersuchungen
zeigen, daß damit
kaum eine Gewebedifferenzierung möglich ist:
Bei oberflächlicher
Betrachtung würde
man die beste Möglichkeit
zur Gewebedifferenzierung in der mittleren Impedanz, d.h. im Verhältnis aus
den zeitlich gemittelten Effektivwerten von Spannung und Strom am Ausgang
des Hochfrequenzgenerators vermuten. Tatsächlich verändert sich die mittlere Impedanz
sehr stark in Einklang mit der elektrischen Leitfähigkeit von
Gewebe zu Gewebe. So ist sie in einem Gewebe der halben Leitfähigkeit
in etwa doppelt so groß. Trotzdem
eignet sich die mittlere Impedanz alleine nicht zur Gewebedifferenzierung,
da sich eine Verdoppelung ihres Betrages ebenso durch eine Halbierung
der Eintauchtiefe der Schneidelektrode oder durch eine Senkung der
Schnittgeschwindigkeit erzielen läßt. Aus welcher Schnittparameteränderung eine Änderung
der mittleren Impedanz resultiert ist nicht eindeutig.
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Die
durchgeführten
Untersuchungen haben gezeigt, daß sich wesentlich eindeutigere,
gewebespezifische Kenngrößen in den
elektrischen Signalen finden lassen. Erst durch geeignete Verknüpfung möglichst
vieler gewebespezifischer Kenngrößen kann
eine gute Gewebedifferenzierung erfolgen. Alle in Frage kommenden
Kenngrößen können aus der
Strom-Spannungs-Kennlinie
beim Schneiden gewonnen werden. Sie erhält man, wenn sowohl die Spannung,
als auch der Strom am Ausgang des Hochfrequenzgenerators mit Hilfe
entsprechender Meßeinrichtungen
mit hoher zeitlicher Auflösung, d.h.
mit einer Abtastrate gemessen werden, die deutlich über der
Generatorfrequenz liegt (zeitlich hochauflösende Meßeinrichtungen sind in bisherigen Hochfrequenzgeneratoren
für die
Hochfrequenzchirurgie unbekannt). So lassen sich durch nur zwei Meßeinrichtungen
alle Kenngrößen gewinnen.
Es ist jedoch auch denkbar, daß einige
der gewebespezifischen Kenngrößen wie
beispielsweise die mittlere Impedanz oder der zeitliche Mittelwert
des Effektivwertes der Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators über separate
Meßeinrichtungen
gewonnen werden, um Aufwand bei der Auswertung einzusparen.
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Anhand
der Strom-Spannungs-Kennlinie beim Schneiden lassen sich die verschiedensten
gewebespezifischen Kenngrößen gewinnen.
So läßt sich
beispielsweise die vorangehend beschriebene, für sich wenig selektive mittlere
Impedanz durch rechnerische Mittelung der Strom-Spannungs-Kennlinie über viele
Perioden ebenso gewinnen wie momentane Ver hältnisse der Werte von Spannung
und Strom. Derartige momentane Impedanzen und deren Veränderung
beispielsweise vom Zeitpunkt des Nulldurchganges der Spannung, bei
dem kein Lichtbogen brennt, hin zum Zeitpunkt maximaler Spannung, wo
ein maximaler Lichtbogen brennt, zeigen eine wesentlich höhere Selektivität als zeitlich
gemittelte Impedanzen.
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Stark
gewebeselektiv ist beispielsweise auch das Maß an Hysterese der Strom-Spannungs-Kennlinie beim Schneiden
verschiedener Gewebe. So zeigt sie beispielsweise beim Schneiden
von Muskelgewebe eine ausgeprägte
Hysterese, während
beim Schneiden von Lebergewebe kaum eine echte Hysterese vorhanden
ist. Nicht ganz so selektiv ist das Maß an Unsymmetrie der Kennlinie
zwischen ihrem positiven und negativen Ast. Sie entsteht durch die unterschiedlichen
Austrittsarbeiten vom Metall der Schneidelektrode und dem Gewebe.
Da in Bezug auf die Austrittsarbeit auch zwischen den verschiedenen Geweben
Unterschiede bestehen, ist auch das Maß an Unsymmetrie der Strom-Spannungs-Kennlinie
gewebespezifisch unterschiedlich.
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Eine
weitere, stark selektive Kenngröße läßt sich
gewinnen, wenn die Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators so
geregelt wird, daß die Schnittqualität unabhängig von
der momentan geschnittenen Gewebeart konstant ist. Wie oben beschrieben,
wird dies durch eine Regelung auf konstanten Klirrgrad erreicht.
Je nach den elektrischen Eigenschaften der unterschiedlichen Gewebe
stellt die Klirrgradregelung eine bestimmte Ausgangsspannung des
Hochfrequenzgenerators ein, die zur Erzeugung der Schnittqualität erforderlich
ist. Der Betrag dieser Spannung zeigt eine starke Abhängigkeit
von der Gewebeart, jedoch nur eine geringe Abhängigkeit von Änderungen
der sonstigen Schnittparameter, wie der Eintauchtiefe. Er kann entweder
aus der Strom-Spannungs-Kennlinie gewonnen werden, oder aber direkt
aus dem Sollwert der Klirrgradregelung.
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Mit
Hilfe einer Auswerteeinrichtung lassen sich die gewebespezifischen
Kenngrößen aus
der Strom-Spannungs-Kennlinie gewinnen und miteinander zu einem,
für die
momentan geschnittene Gewebeart typischen, Ausgangssignal verknüpfen. Um auch
bei wenig unterschiedlichen Geweben zu einer möglichst hohen Selektivität zu gelangen,
ist die Verknüpfung
möglichst
vieler gewebeselektiver Kenngrößen am vorteilhaftesten.
Es sind jedoch auch Realisierungen denkbar, bei denen nur einzelne
Kenngrößen, wie
der mittlere Effektivwert der Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators
oder/und die Hysterese der Strom-Spannungs-Kennlinie zur Differenzierung
herangezogen werden. Vorteilhafterweise hat die Auswerteeinrichtung
Rechnercharakter, da auf diese Weise aufwendige Elektroniken vermieden werden.
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Zur
Auswertung der Hysterese der Strom-Spannungs-Kennlinie oder des
Maßes
an Unsymmetrien in dieser Kennlinie ist es besonders vorteilhaft,
wenn die Auswerteeinrichtung mittels Fourieranalyse die Harmonischen
in Spannung und Strom nach Betrag und Phase ermittelt. Die Gewinnung
eines gewebetypischen Ausgangssignales aus den Einzelkenngrößen selbst
kann in unterschiedlichster Art und Weise erfolgen. Besonders vorteilhaft
ist eine Auswertung der Kenngrößen mit
Hilfe der Methoden der Mustererkennung, da hierdurch eine möglichst optimale
Selektivität
erreicht wird. Ebenso ist jedoch eine Auswertung über eine
Bildverarbeitung denkbar Weniger vorteilhaft, für manche Anwendungen jedoch
ausreichend ist auch eine Auswertung durch eine multiplikative Verknüpfung der
mit charakteristischen Faktoren bewerteten Kenngrößen der Strom-Spannungs-Kennlinie.
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Besonders
vorteilhaft für
viele Anwendungen ist eine Realisierung des Hochfrequenzgenerators, bei
der dieser seine Ausgangsspannung selbsttätig auf einen geringen Wert
regelt, sobald eine schnelle und/oder starke, nachhaltige Änderung
des Ausgangssignales der Auswerteeinrichtung einen Wechsel der momentan
geschnittenen Gewebeart anzeigt. Ebenso sind Realisierungen denkbar,
bei denen der Hochfrequenzgenerator einen solchen Wechsel lediglich
akustisch und/oder visuell anzeigt.
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Des
weiteren sind Realisierungen denkbar, wo die, in der Auswerteeinrichtung
gewonnenen, gewebeselektiven Kenngrößen verglichen werden mit solchen,
die in vorangegangenen Versuchsreihen als typisch für bestimmte
Gewebearten erkannt und in einem Speicher in der Auswerteeinrichtung
abgelegt wurden. Das Ausgangssignal der Auswerteeinrichtung hängt vom
Ergebnis dieses Vergleichs ab.
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Zur
weiteren Verdeutlichung der Erfindung sind noch Zeichnungen beigefügt. Es zeigen:
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1:
Prinzipschaltbild des Hochfrequenzgenerators für die Hochfrequenzchirurgie
nach der Erfindung.
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2:
Typische Strom-Spannungs-Kennlinie beim Schneiden in Muskel.
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3:
Typische Strom-Spannungs-Kennlinie beim Schneiden in Leber.
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In 1 ist
das Prinzipschaltbild des Hochfrequenzgenerators für die Hochfrequenzchirurgie nach
der Erfindung dargestellt. Der Hochfrequenzgenerator verfügt zunächst in
bekannter Weise über
einen regelbaren Hochfrequenz-Leistungsoszillator (6),
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 und über eine Regeleinrichtung (1)
zur Einstellung der momentanen elektrischen Ausgangsgrößen des Hochfrequenzgenerators.
Der zum Schneiden benötigte
Hochfrequenzstrom wird über
die Schneidelektrode (7) in das Gewebe des Patienten (8)
eingespeist und fließt
zur neutralen Elektrode (9) ab. Die Regeleinrichtung (1)
erhält
die zeitabhängigen
Sollwerte der Ausgangssignale des Hochfrequenzgenerators von einem
Sollwertprogramm (10) und generiert aus dem Vergleich mit
den, von der Meßeinrichtung
(2) gewonnenen Meßwerten
der aktuellen Größen der Ausgangssignale
des Hochfrequenzgenerators einen Sollwert für die Spannung (Usoll),
die der regelbare Hochfrequenz-Leistungsoszillator
(6) abgeben soll.
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Zusätzlich verfügt der Hochfrequenzgenerator
erfindungsgemäß über zwei
weitere Meßeinrichtungen.
Meßeinrichtung
(3) mißt
den Momentanwert der Ausgangsspannung u(t) des Hochfrequenzgenerators
mit hoher zeitlicher Auflösung
und erzeugt ein diesem entsprechendes Ausgangssignal. Meßeinrichtung
(4) mißt
den Momentanwert des Ausgangsstromes i(t) des Hochfrequenzgenerators
mit hoher zeitlicher Auflösung
und erzeugt ein diesem entsprechendes Ausgangssignal. Eine Auswerteeinrichtung (5)
leitet aus den Ausgangssignalen der Meßeinrichtungen (3)
und (4) mindestens eine, idealerweise jedoch mehrere gewebeselektive
Kenngrößen ab und gewinnt
daraus ein Ausgangssignal, das ein Maß für die momentan geschnittene
Gewebeart ist. Dieses Ausgangssignal der Auswerteeinrichtung (5)
wird beispielsweise einer Anzeigeeinrichtung (11) zugeführt, die
einen Wechsel der Gewebeart anzeigt. Additiv oder alternativ wird
das Ausgangssignal der Auswerteeinrichtung (5) der Regeleinrichtung
(1) zugeführt,
die im Falle eines Wechsels der Gewebeart die Ausgangsspannung des
Hochfrequenzgenerators auf einen niedrigen Wert einstellt oder den
Hochfrequenz-Leistungsoszillator (6) abschaltet. Alle Ausgangssignale
die die Meßeinrichtung
(2) gewinnt, können
auch von den Ausgangssignalen der Meßeinrichtungen (3)
und (4) abgeleitet und der Regeleinrichtung zur Verfügung gestellt
werden, wodurch Meßeinrichtung
(2) entfallen kann. Andererseits wird durch Meßeinrichtung
(2) die Auswerteeinrichtung (5) entlastet. Darüber hinaus
kann es je nach Anwendung günstig
sein, wenn Signale, die zur Gewebedifferenzierung in der Auswerteeinrichtung
(5) erforderlich sind, direkt gemessen und dieser zugeführt werden,
wie beispielsweise die Effektivwerte von Ausgangsspannung und Ausgangsstrom
des Hochfrequenzgenerators mit Hilfe von Meßeinrichtung (2). Welche
Realisierungsform hier am günstigsten
ist hängt
von der jeweiligen Anwendung ab.
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In 2 ist
die Strom-Spannungs-Kennlinie beim Schneiden in Muskelgewebe dargestellt,
die entsteht, wenn innerhalb einer HF-Periode für viele Meßpunkte der momentane Ausgangsstrom
i(t) über der
momentanen Ausgangsspannung u(t) des Hochfrequenzgenerators aufgetragen
wird. Die Kennlinie zeigt eine ausgeprägte Hysterese und sie wird
zeitlich gegen den Uhrzeigersinn durchlaufen.
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In 3 ist
die Strom-Spannungs-Kennlinie beim Schneiden in Lebergewebe dargestellt,
die entsteht, wenn innerhalb einer HF-Periode für viele Meßpunkte der momentane Ausgangsstrom
i(t) über der
momentanen Ausgangsspannung u(t) des Hochfrequenzgenerators aufgetragen
wird. Die Kennlinie zeigt wesentliche Unterschiede im Vergleich
zu der von 2. Daraus lassen sich verschiedene
gewebeselektive Kenngrößen ableiten.
So zeigt die Kennlinie beim Schneiden in Lebergewebe zwar auch eine Hysterese,
jedoch wird sie zeitlich im Uhrzeigersinn durchlaufen. Dieser umgekehrte
Durchlaufsinn zeigt, daß die Öffnung dieser
Kennlinie lediglich auf den kapazitiven Eigenschaften des Gewebes
und der Lichtbogenstrecke beruht. Eine echte Hysterese ist beim Schneiden
in Lebergewebe im Gegensatz zum Schneiden in Muskelgewebe kaum vorhanden.
Das Maß an
Hysterese ist eine Kenngröße für die momentan
geschnittene Gewebeart. Es kann beispielsweise mittels Fourieranalyse
oder über
eine Bildverarbeitung ausgewertet werden.
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Beide
Gewebearten wurden mit den gleichen mechanischen Schnittparametern
und mit gleichem, konstant geregeltem Klirrgrad geschnitten. Es
zeigt sich, daß zum
Schneiden in Lebergewebe dabei eine wesentlich höhere Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators
notwendig ist als zum Schneiden in Muskelgewebe. Der Effektivwert
oder die Amplitude dieser Span- nung ist ebenfalls der Kennlinie
zu entnehmen, kann jedoch auch explizit gemessen werden, um die
Auswerteeinheit zu entlasten.
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Darüber hinaus
lassen sich aus der Strom-Spannungs-Kennlinie weitere gewebeselektive
Kenngrößen gewinnen.
So kann beispielsweise durch zeitliche Mittelung über viele
Perioden die mittlere Impedanz bestimmt werden, die bei gleichen Schnittparametern
ebenfalls stark von der Gewebeart abhängt.
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Bereits
am Unterschied zwischen positiver Spannungsamplitude U+ und negativer
Spannungsamplitude U– zeigt
sich eine Unsymmetrie der Kennlinie. Sie ergibt sich aufgrund unterschiedlicher
Austrittsarbeiten aus dem Metall der Elektrode und dem Gewebe. Ihr
Maß ist
kennzeichnend für
die Gewebeart und kann über
eine Fourieranalyse aus dem Maß an
geradzahligen Harmonischen der Generatorfrequenz im Strom abgeleitet
werden.
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Auch
der auf kapazitiven Effekten beruhende Teil der Kennlinienöffnung ist
gewebetypisch, da er zumindest zum Teil auf den kapazitiven Eigenschaften
des Gewebes beruht. Diese sind beispielsweise bei einem kleinzelligen
Gewebe deutlich ausgeprägter
als bei einem grobzelligen Gewebe.
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Ebenso
ist der differentielle Widerstand im Nulldurchgang der Generatorspannung,
der sich aus dem Plasmawiderstand bei nicht brennendem Lichtbogen
und dem Gewebewiderstand zusammensetzt, abhängig von den Gewebeeigenschaften,
insbesondere von dessen Leitfähigkeit.
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Weitere
gewebespezifische Kenngrößen lassen
sich aus dem Verhalten der differentiellen Impedanz zu verschiedenen
Zeitpunkten ableiten. So zeigt sich beim Schneiden in Muskelgewebe
kurz vor dem Erreichen des Spannungsmaximums ein sehr geringer differentieller
Widerstand, während
dessen Betrag beim Schneiden in Lebergewebe wesentlich größer ist.