DE2551942A1

DE2551942A1 - Hochfrequenz-chirurgiegeraet

Info

Publication number: DE2551942A1
Application number: DE19752551942
Authority: DE
Inventors: Gert Dipl Ing Hetzel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-11-19
Filing date: 1975-11-19
Publication date: 1977-05-26
Also published as: DE2551942C3; FR2332035B1; DE2551942B2; FR2332035A1

Description

AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

Berlin urne" München \ VPA 75 P 5116 BRD

Hochfrequenz-Chirurgiegerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hochfrequenz-Chirurgiegerät mit Hochfrequenzenergieerzeuger und Ausgangstransformator zur Überkopplung der Hochfrequenzenergie zu den Arbeitselektroden.

Hochfrequenz-Chirurgiegeräte werden im allgemeinen mit stark wechselndem Lastwiderstand (R^ = 50 bis 2000 SL ) betrieben. Bei Kurzschluß an den Elektrodenausgängen entsteht eine hohe Verlustleistung, die zu einer starken Erhitzung und letztlich zur Zerstörung von Bauelementen im Chirurgiegerät führen kann.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein Chirurgiegerät der eingangs genannten Art anzugeben, das bei Vorliegen eines Kurzschlusses selbsttätig die weitere Energiezufuhr zu den Elektroden unterbricht, und zwar im wesentlichen so lange, bis der Kurzschluß behoben ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen an der Primärwicklung des Ausgangstransformators angeschalteten Widerstandswächter, der die Größe des auf die Primärseite transformierter Lastwiderstandes des Transformators überwacht und der ein Abschaltsignal für die Hochfrequenzenergie des Hochfrequenzerzeugers erzeugt, wenn der transformierte Widerstand einen vorgebbaren Widerstandswert erreicht bzw. unterschreitet.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sollte dabei der Widerstandswächter einen Differenzbildner für zwei elaktrische Signale umfassen, die signifikante Größen für den Widerstandswert abgeben und das Abschaltsignal sollte erzeugt werden, wenn das Differenjsignal einen vorgebbaren Schwellwert über- oder unterschreitet. Letzteres läßt sich bei geringstem technischen

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Aufwand dadurch realisieren, daß die elektrischen Signale zwei Spannungen sind, von denen die eine ein Maß für den Strom und die andere ein Maß für die Wechselspannung auf der Primärseite des Ausgangstransformators abgibt. Hierbei sollten vorzugsweise die beiden Spannungssignale dem Strom Lm bzw. der Wechselspannung Unj auf der Primärseite des Transformators annähernd proportional sein, wobei die Proportionalitätskonstanten YL* bzw. K₂ über Spannungsteiler so einstellbar sind, daß sich für das Differenzspannungssignal D in Abhängigkeit vom transformierten Widerstandswert PL· und dem Schwellenwiderst andsv/ert R„ folgende Beziehung ergibt:

D >	O	für	T ^	Rg
D *	O	für	R₁ *	^Rs
D <	O	für	R₁ >	^Rs

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich auch durch die Verwendung eines astabilen Multivibrators, z.B. freilaufenden Schmitt-Triggers, der dem Widerstandswächter nachgeschaltet ist und der während der Zeitdauer des Vorliegens eines Wächterabschaltsignals über eine monostabile Kippstufe periodisch die Zuführung von Hochfrequenzenergie zum Ausgangstransformator unterbricht. Durch das periodische Unterbrechen . und Wiederanschalten von Hochfrequenz energie kann geprüft und festgestellt werden, ob der Kurzschluß weiterhin besteht oder ob er sich unter Umständen in der Zwischenzeit von selbst behoben hat. Da bei einem solchen Interims-Prüfverfahren die Einschaltzeitdauer für den Hochfrequenzenergieerzeuger bei Kurzschluß klein gegenüber jener Zeit ist, in der der Erzeuger ausgeschaltet ist, wird dieser auch nur mit einer sehr niedrigen mittleren Verlustleistung belastet. Eine Erhitzung von Bauelementen kann deswegen auch nicht nur kurzzeitig auftreten.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Unteransprüchen.

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In der Figur, di.e ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Prinzipschal tbild zeigt, ist mit 1 ein Hochfrequenzoszillator (0,3.. 1,7 MHz) bezeichnet, der Hochfrequenzenergie über ein Schalttor 2 sowie eir-e. nachgeschaltete: Treiberstufe 3 dem Endverstärker 4 mit Transistorendstufe 5 (aus einer Gruppe von Transistoren ist lediglich ein einzelner dargestellt) zuleitet. Am Kollektor des Transistors 5 liegt der Ausgangstransformator 6 mit der Primärwicklung 7 und der Sekundärwicklung 8. Die Spannung Ug₂ stellt die Eollektorbetriebsspannung des Transistors dar. Der Kondensator 9 ist ein Hochfrequenzabblockkondensator. Auf der Sekundärseite des Transformators 6 sind mit 10 und 11 die Anschlüsse für eine aktive Elektrode bzw. die neutrale Elektrode bezeichnet. Der zwischen den Elektrodenanschlüssen 10 bzw. 11 liegende Widerstand Rp soll den Belastungswiderstand, d.h. im allgemeinen den Patientenwiderstand, andeuten. Der gestrichelt dargestellte Widerstand Rm auf der Primärseite des Transformators 6 soll hingegen den auf die Primärseite transformierten Belastungswiderstand darstellen.

In der Figur dient als Emitterwiderstand für den Transistor 5 ein niederohmiger Widerstand 12 mit dazu parallelgeschaltetem Spannungsteiler aus demgegenüber hochohmigeren Widerständen und 14. Ein aus weiteren ohmschen Widerständen 15 bzw. 16 bestehender Spannungsteiler ist hingegen über eine Kapazität 17 zur Gleichspannungsentkopplung am Kollektor des Transistors 5 angeschaltet. Die Bauteile 18 bzw. 19 bezeichnen zwei Halbleiterdioden und das Bauteil 20 einen weiteren ohmschen Widerstand. Letzterer Widerstand 20 bildet zusammen mit dem Widerstand 14 einen Potentialüberlagerer, der einer Spannung über dem Widerstand 14 eine über die Diode 18 zugeleitete negative Spannung immittelbar überlagert. Die über dem Widerstand 14 liegende Spannung ist dabei unmittelbar proportional zum Strom i_Rm in der Primärwicklung des Transformators 6 und das dieser Spannung überlagerte Signal eine Spannung, die unmittelbar proportional ist den negativen Anteilen der Wechselspannung U_Rm an der Primärwicklung de3 Transformators, wie im nachfolgenden noch näher erläutert wird.

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An die bisher geschilderte Schaltungsanordnung aus Widerständen und Dioden schließt sich ferner über eine dritte Diode 21 ein astabiler Multivibrator 22 an, der eingangsseitig mit ohmschen Widerständen 23 bzw. 24 sowie Kapazitäten 25 und 26 beschältet^ ist, wobei der Widerstand 23 und die Kapazität 25 ein RC-Glied hinreichend hoher Zeitkonstante darstellen, welches kurzzeitig auftretende Spannungsspitzen vom Eingang des aslabilen Multivibrators fernhält. Der Widerstand 27 stellt einen weiteren Beschaltungswiderstand für den astabilen Multivibrator dar. Dem astabilen Multivibrator 22 ist ferner eine ΐι,οηο stabile Kippstufe 28 mit Rückkoppelkapazität 29 und einem Widerstand 30 nachgeschaltet. Der Ausgang dieser monostabilen Kippstufe 28 liegt am Steuereingang des Tores 2. Die Spannungen Ug^ bzw. Ugg bezeichnen weitere Betriebsspannungen für die Schaltungsanordnung.

Die Funktionsweise der beschriebenen Schaltungsanordnung ergibt sich im Hinblick auf die Kurzschlußüberwachung und selbsttätigen Ausschaltung der Hochfrequenzenergie bei Erfassung eines Kurzschlusses wie folgt:

Im Ausführungsbeispiel wird über dem Widerstand 12 bzw. Spannungsteiler 13, 14 am Emitter des Transistors 5 eine Spannung Ujpm abgegriffen, die näherungsweise dem Strom i™ durch die Primärwicklung 7 des Ausgangstransformators 6 in der Endstufe 4 des Chirurgiegerätes proportional ist. Entsprechendes ergibt sich mit dem Spannungsteiler 15, 16 für die Wechselspannung u_RT auf der Primärseite des Transformators 6. Aufgrund der Ventilwirkung der Dioden 18 bzw. 19 gelangen jedoch lediglich negative Anteile dieser Wechselspannung zum Potentialüberlagerer 14, 20 (wobei der Widerstand 14 wesentlich niederohmiger ist als Widerstand 20), so da'ß also einem positiven Spannungsanteil Kp^RT ^ütier ^^em Widerstand 14 ein negativer Spannungsanteil E.Unm im wesentlichen über dem Widerstand 20 überlagert wird. Sämtliche ohmschen Widerstände sind nun in ihren Widerstandswerten so aufeinander abgestimmt, daß für die Differenz spannung D über den Widerständen 14 bzw. in Abhängigkeit vom transformierten Widerstandswert R^ und dein Schwellenwiderstand Rg für die Erfassung eines Kurzschlusses folgende Beziehung gilt:

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D > O f ür R₁ <
D * O für R^ *
D < O für R₁ >

Liegt also ein Kurzschluß am Ausgang des Transformators 6 vor, so ergibt sich über den Widerständen 14, 20 ein Differenz signal D, das ungefähr gleich oder größer Null ist. Dieses Signal kann somit die Schwellenspannung der Diode 21 überschreiten und gelangt zum astabilen Multivibrator 22. Dieser wird in Schwingung versetzt und steuer- uit den periodisch auftretenden Ausgangsimpulsen die monostabile Kippstufe 28 in den instabilen Zustand. Der daraufhin von der Kippstufe erzeugte Ausgangsimpuls steuert dann das Tor 2 für eine vorgebbare Zeitdauer (Dauer des Kippstufenausgangsimpulses) in den geschlossenen Zustand. Damit wird die Zuleitung von Hochfrequenz energie vom Oszillator 1 zur Treiberstufe 3 bzw. zur nachfolgenden Endstufe 4 unterbrochen. Mit dem Rückkippen der monostabilen Kippstufe 28 in den stabilen Zustand wird das Tor 2 hingegen wieder kurzzeitig geöffnet, womit Hochfrequenzenergie an den Ausgang des Transformators 6 gelangt. Liegt weiterhin Kurzschluß vor, so ist auch das Differenzsignal über den Widerständen 14, 20 weiterhin positiv, so daß die monostabile Kippstufe über den nächstfolgenden Impuls des astabilen Multivibrators 22 erneut in den instabilen Zustand gestoßen wird. Hierdurch ergibt sich eine erneute Unterbrechung der Energiezufuhr durch erneutes Schließen des Tores 2. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis sich der Kurzschluß entweder von selbst behoben hat oder durch entsprechende Hilfskräfte behoben wurde.

Beim vorliegenden Schaltungsbeispiel erfolgt die Abkopplung der Wechselspannung u^ über ohmsche Widerstände 15 bzw. 16. Die Abkopplung und Spannungsteilung kann jedoch ebensogut auch kapazitiv, d.h. durch Einsatz entsprechend dimensionierter Kondensatoren, erfolgen.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

J Hochfrequenz-Chirurgiegerät mit Hochfrequenzenergieerzeuger und Ausgsngstransformator zur Überkopplung der Hochfrequenzenergie zu den Arbeitselektroden, gekennzeichnet durch einen an der Primärwicklung (7) des Ausgangstransformators (6) angeschalteten Widerstandswächter (12 bis 20), der die Größe des auf die Primärseite transformierten lastwiderstandes (R_T) des Transformators überwacht und der ein Abßchaltsignal für die Hochfrequenzenergie des Hochfrequenzenergieerzeugers (1) abgibt, wenn der transformierte Widerstand einen vorgebbaren Widerstandswert (Rg) erreicht bzw. unterschreitet.
2. Hochfrequenz-Chirurgiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswächter (12 bis 20) einen Differenzbildner (14, 18 bis 20) für zwei elektrische Signale umfaßt, die signifikante Größen für den Widerstandswert (Rrp) abgeben und daß das Abschaltsignal erzeugt wird, wenn das Differenzsignal einen vorgebbaren Schwellwert über- oder unterschreitet.
3. Hochfrequenz-Chirurgiegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Signale zwei Spannungen sind, von denen die eine ein Maß für den Strom (i_RT) und die andere ein Maß für die Wechselspannung (upm) auf der Primärseite des AusgangFtransformators (6) abgibt.
4. Hochfrequenz-Chirurgiegerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spannungssignale dem Strom (!071) bzw. der Wechselspannung (u™.) auf der Primärseite wenigstens annähernd proportional sind, wobei die Proportionalitätskonstariten (E₁ bsw. K₂) über Spannungsteiler (13, 14 bzw, 15, 16) im wesentlichen so einstellbar sind, daß sich für das Differenzspannungssignal (D) in Abhängigkeit vom transformierten Widerstandswert (Jl₁) und dem Schwellenwiderstandswert (R_g) folgende Beziehung ergibt:

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OfIfGINAL INSPECTED

D > O für R₁, < R₃ Ό « O für R^, ^ R₃ D < O für R₁ >
5. Hochfrequena-Chirurgiegerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzbildner (14, 18 bis 20) einen Potent ialüberlagerer, z.B. Spannungsteiler, umfaßt, der dem zum Strom (ΐτιφ) proportionalen Spannungssignal das zur Wechselspannung (u_Rm) proportionale Spannungssignal gegensinnig überlagert.
6. Hochfrequenz-Chirurgiegerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem zum Strom proportionalen Spannungssignal lediglich die negativen Anteile des zur Wechselspannung proportionalen Spannungssignals überlagert werden, wobei zur Abblockung der positiven Wechselanteile vorzugsweise eine Diodenschaltung (18, 19) dient.
7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Widerstandswächter ein astabiler Multivibrator (22) nachgeschaltet ist, der während der Zeitdauer des Vorliegens eines Wächter-Abschaltsignals über eine monostabile Kippstufe (28) periodisch die Zuführung von Hochfrequenz energie zum Ausgangstransformator (6) unterbricht.
8. Hochfrequenz-Chirurgiegerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Unterbrecherglied für die Hochfrequenzenergie ein zwischen Hochfrequenzenergieerzeuger (1) und Ausgangstransformator (6) liegendes elektronisches Tor (2) dient,das von den Ausgangsimpulsen der monostabilen Kippstufe (28)für eine vorgebbare Zeitdauer in den geschlossenen Zustand steuerbar ist.
9. Hochfrequenz-Chirurgiegerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem astabilen Multivibrator (22) ein RC-Glied (23,- 25) vorgeschaltet ist, das nur kurzzeitig auftretende Spannungsspitsen vom Multivibrator fernhält.

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