DE2609327A1

DE2609327A1 - (chirurgisches)schneidinstrument

Info

Publication number: DE2609327A1
Application number: DE19762609327
Authority: DE
Inventors: Robert F Dr Med Shaw
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-03-14
Filing date: 1976-03-06
Publication date: 1976-09-30
Also published as: DE2609327B2; DE2609327C3; NL7602177A; FR2303518A1; SU720995A3; BR7601547A; ZA761133B; AU500503B2; SE412842B; JPS51122987A; JPS6128339B2; GB1546627A; CA1077366A; AU1171776A; SE7602291L

Description

(Chirurgisches) Schneidinstrument

Die Erfindung betrifft ein(chirurgisches/Schneidinstrument gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei chirurgischen Eingriffen nimmt das Stillen von Blutungen einen wesentlichen Teil der gesamten Operationszeit in Anspruch. Solche Blutungen, die beim Verletzen von kleine^ stark durchbluteten Blutgefäßen auftreten und das Gewebe durchdringen, behindern die Sicht des Chirurgen, verringern die Arbeitsgenauigkeit und führen häufig zu langwierigen und aufwendigen Handhabungen bei chirurgischen Eingriffen. Es ist bekannt, das Gewebe zu erhitzen, um solche Blutungen wesentlich herabzusetzen, und es sind auch chirurgische Schneidinstruinente entwickelt worden, welche die Gewebetemperaturen entsprechend erhöhen. Ein derartiges Skalpell überträgt von einer kleinen in der Hand des Chirurgen gehaltenen Elektrode Hochfrequenzsignale zur Erhitzung des Gewebes, und zwar als Funken hoher Energie, Üblicherweise gelangen dabei beträchtliche elektrische Ströme durch den Körper des Patienten zu einer großen Elektrode, welche unter dem Patienten angeordnet ist und den elektrischen Strompfad vervollständigt. Die Abgabe der Funken und die dadurch bewirkte Temperaturerhöhung in dem Gewebe sind bezüglich der Verteilung und Intensität nur wenig unter Kon-

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trolle und führen zu unregelmäßigen Muskelkontraktionen beim Patienten, so daß diese Vorrichtung nicht für eine genaue Arbeitsweise geeignet ist. Außerdem führt eine Vorrichtung dieser Art häufig zu ernsthaften Gewebebeschädigungen in der Form von verschmortem und totem Gewebe, wodurch wiederum die Wundheilung wesentlich beeinträchtigt wird.

Ein anderes bekanntes Skalpell enthält eine Klinge mit einem Widerstandsheizelement, welche das Gewebe durchtrennt und gleichzeitig eine Blutung unterbindet. Obgleich diese Widerstandselemente in der Luft vor der Berührung mit dem Gewebe leicht auf eine hohe und konstante Temperatur gebracht werden können, kühlen sie sich schnell ab, sobald Abschnitte der Messerklinge in Kontakt mit dem Gewebe geraten. Während des OperationsVorganges kommen in nicht vorhersehbarer Weise dauernd verschiedene Abschnitte der Messerklinge in Kontakt mit dem gerade geschnittenen Gewebe. Wenn die Messerklinge sich abkühlt, wird der Trennvorgang des Gewebes und die Unterbindung von Blutungen schwieriger, und das Gewebe neigt dazu, an der Messerklinge haften zu bleiben. Wenn in herkömmlicher Weise zusätzliche Leistung zugeführt wird, um der Abkühlung der Messerklinge entgegenzuwirken, so wird diese zusätzliche Leistung auch den nicht abgekühlten Abschnitten der Messerklinge zugeführt, und dieses führt häufig zu unzulässigen Temperaturerhöhungen, die eine Beschädigung des Gewebes und/oder der Messerklinge ergeben können. Die Ursache hierfür ist, daß die Erwärmung bei diesen bekannten durch Widerstandsheizung erhitzten Schneidinstrumenten eine Funktion des Quadrates des Stromes mal dem Widerstand ist. Bei herkömmlichen metallischen Messerklingen dieser Art erhöht sich der elektrische Widerstand mit der Erhöhung der Temperatur in einem Abschnitt der Messerklinge, was wiederum zu einer er-

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höhten Temperatur infolge der zusätzlich zugeführten Wärmeleistung führt.

Es ist allgemein anerkannt, daß zur Unterbindung von Blutungen an der Schnittstelle eine Temperatur zwischen 300 C und 1000 C herrschen sollte. Aus den vorgenannten Gründen ist anzustreben, daß elektrothermische, chirurgische Schneidinstrumente zur Unterbindung von Blutungen einen Mechanismus aufweisen sollten, durch den die Leistung wahlweise an jene Abschnitte der Messerklinge abgegeben werden sollte, die durch den Gewebekontakt abgekühlt werden, so daß die Schneidkante auf einer im wesentlichen konstanten Betriebstemperatur innerhalb des gewünschten Temperaturbereichs gehalten wird. Aus US PS 3 768 482 und US PS 3 826 263 sind Skalpelle dieser Art bekannt, bei denen der die Temperatur steuernde Mechanismus Widerstandsheiselemente enthält, welche auf der Oberfläche der Messerklinge angeordnet sind. Derartige Schneidinstrumente erfordern jedoch bei der Herstellung eine hohe Genauigkeit bezüglich der Abmessungen der Heizelemente, um die gewünschten Widerstände zu erhalten. Außerdem unterliegen solche Widerstandsheizelemente während der Benutzung Änderungen des Widerstandswertes,die verursacht sind durch Gewebesäfte und Proteine, die sich auf der Oberfläche des Messers ansammeln.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein chirurgisches Schneidinstrument zu schaffen, bei welchem der Schneidabschnitt der Klinge beim Durchtrennen von Körpergewebe in einem vorbestimmten Bereich erhöhter Temperaturen gehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Anspruch 1,

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Die Erhitzung erfolgt durch Ströme hoher Frequenz, welche innerhalb veränderlicher Eindringtiefen in einem elektrischen Leiter fließen, der in dem Bereich der Schneidkante angeordnet ist. Der Strom neigt dazu, sich an der Oberfläche zu konzentrieren und exponentiell mit dem Abstand von der Oberfläche abzunehmen. Diese Erscheinung wird "skin effect" genannt. Die Eindringtiefe ist definiert als derjenige Wert, bei welchem der Strom nur 37% seines Wertes an der Oberfläche hat und ist bestimmt durch den spezifischen elektrischen Widerstand und die magnetische Permeabilität des den Strom führenden Materiales und durch die Frequenz des Wechselstromes. Die Eindringtiefe d in cm wird bestimmt durch

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d = 5 . 10

Dabei bedeutet f den spezifischen elektrischen Widerstand in -SI χ cm, μ die relative magnetische Permeabilität und f die Frequenz in Hz.

Ein Skalpell mit selbsttätiger Wärmeregelung kann erhalten werden, indem der Strom mit einer hohen Frequenz in Leitern fließt, die als Widerstandsheizelemente dienen und in dem Bereich der Schneidkante des Skalpells angeordnet sind und die aus einem Material bestehen, bei welchem ein elektrischer Parameter, beispielsweise die magnetische Permeabilität, mit abnehmender Temperatur zunimmt. Es ergibt sich, daß eine Zunahme der magnetischen Permeabilität zu einer Abnahme der Eindringtiefe führt. Da der Widerstand des Strompfades umgekehrt proportional dem Querschnittsbereich (Breite mal Eindringtiefel ist, führt dieser Effekt zu einer Zunahme des Widerstandes des Strompfades in den abgekühlten Bereichen und dadurch zu einer erhöhten Wärmezufuhr.

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Ferromagnetische Materialien, wie beispielsweise Eisen, Nickel und Kobalt und deren Legierungen ändern ihre relative Permeabilität stark, wenn die Temperatur unter einen Übergangspunkt, den sogenannten Curie-Punkt fällt. Bei vielen Eisen/Nickel-Legierungen liegt die Curie-Temperatur bei etwa 45O°C. über dieser Temperatur ist die relative Permeabilität näherungsweise eins und unter diesem Wert ist sie wesentlich höher, beispielsweise 100 bis 1000 für magnetische Feldstärken, die für die Zwecke der Erfindung in Frage kommen. Bei der Zufuhr eines Hochfrequenzsignales fließt ein Strom in dem Oberflächenleiter der Klinge nahe der Schneidkante und erhitzt die Schneidkante auf etwa 500 C, bevor diese in Kontakt mit dem Körpergewebe gelangt. Wenn Teile der Schneidkante sich bei Berührung mit dem Körpergewebe abkühlen, kann die Temperatur der abgekühlten Bereiche unter die Curie-Temperatur abfallen, und dadurch kann die relative Permeabilität von eins auf über 100 ansteigen. Die entsprechende Eindringtiefe fällt um mehr als 10 zu 1 ab, und es ergibt sich eine proportionale Erhitzung in dem abgekühlten Bereich.

Eine Skalpellklinge aus elektrisch isolierendem Material, beispielsweise Aluminiumoxyd-Keramikmaterial kann elektrisch in dem Bereich der Schneidkante erhitzt werden, indem ein Strom hoher Frequenz entlang Leitern in der Nähe der Schneidkante geführt wird, welche aus ferromagnetischem Material bestehen und sich auf dem isolierenden Material der Messerklinge befinden.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert; es stellen dar:

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Fig. 1 schematisch eine Seitenansicht eines chirurgischen Schneidinstrumentes gemäß der Erfindung und

Fig. 2 eine Querschnittsansicht der Messerklinge des Schneidinstrumentes gemäß Fig. 1.

Das chirurgische Instrument wird durch einen an einem Schaft 11 befestigten Klingenabschnitt 9 gebildet, wobei der Klingenabschnitt aus elektrisch isolierendem Material, beispielsweise Aluminiumoxyd-Keramikmaterial besteht. Ein Signalleiter 13 aus ferromagnetischem Material, beispielsweise Nickel-Eisen, ist auf der Messerschneide 9 neben der Schneidkante 21 angeordnet und bildet einen vollständigen Strompfad längs einer Seite der Messerklinge 9 und zurück zur anderen Seite der Klinge. Die Hochfrequenz-Eingangsleistung kann dem Leiter 13 von einer Stromquelle 19 durch Verbindungsglieder 15 und 17 zugeführt werden.

Bei dem stromführenden Leiter 9 aus ferromagnetischem Material kann die vorher besprochene Eindringtiefe vorteilhaft zur Temperaturregelung verwendet werden. Der durch den ferromagnetischen Leiter 13 fließende Strom ist auf der Innenseite des Leiters bis zur Eindringtiefe des Materiales und erwärmt das ferromagnetische Material und die mit diesem thermisch gekoppelte Schneidkante aus Keramikmaterial. Von einer Betriebstemperatur in Luft, die über der Curie-Temperatur liegt, kühlen sich Teile der Schneidkante bei der Berührung des Körpergewebes ab und die Betriebstemperatur kann unter die Curie-Temperatur fallen. Dadurch nimmt die Eindringtiefe um etwa 10 zu 1 ab, was zu einer erhöhten Erwärmung im Verhältnis 10 zu 1 führt. Um diese erhöhte Erwärmung zu erreichen, muß die relative Permeabilität nicht nur von 1 auf 100 bei Abkühlung durch das Körpergewebe ansteigen,

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sondern die Eindringtiefe muß unter den Bedingungen vor dem Kontakt mit dem Körpergewebe ungefähr zwei Drittel der Dicke des Leiters oder weniger betragen, um die Verminderung der Eindringtiefe im Verhältnis 10 zu 1 zu erreichen. Bei einer hinreichend dünnen Skalpellklinge und einem darauf angeordneten dünnen ferromagnetisehen, selbstregelnden, leitfähigen Heizelement, können hohe Frequenzen erforderlich sein, um die erforderlichen Eindringtiefen zu realisieren. Aus der nachfolgenden Tabelle gehen die erforderlichen Frequenzwerte für verschiedene Eindringtiefen über und unter dem Curie-Punkt bei einer ferromagnetischen Legierung von 50:50 Eisen/Nickel hervor, und es ist außerdem die relative Energieabgabe eines 1 mm breiten Leiters angegeben, der kontinuierlich auf beiden schrägen Seitenflächen einer Skalpellklinge in dem Bereich einer Schneidkante von 3 cm Länge angeordnet ist, wenn der Leiter mit einem Strom von etwa 3 A gespeist wird:

Tempe- Spez.Wider- Permeabi- Frequenz Eindr. Wider- Leistung an ratur stand lität MHz tiefe stand Schneidkante

⁰C	ΙΟ"⁶. Λ.cm	Λ	6	(25 mm_ χ 1O"^J)	Jl	W/cm
500	105	1	20	8.3	.29	.88
500	105	1	100	4.5	.54	1.61
500	105	1	6	2.0	1.20	3.61
400	100	100	20	. 0.81	2.87	8.62
400	100	100	100	0.44	5.25	15.7
400	100	100	0.20	11.7	35.2

Eine Schicht aus Isolationsmaterial 23 ist über den Leitern 13 angeordnet und isoliert das durchtrennte Körpergewebe von den elektrischen Strömen.

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Die Amplitude und/oder Frequenz der Hochfrequenzsignale von der Quelle 19 können eingestellt werden, um die durchschnittliche Betriebstemperatur der Schneidkante einzustellen.

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Claims

Case 118 25. Februar 1976

Patentansprüche :

Schneidinstrument mit einer Messerklinge, deren Schneidkante bei einer erhöhten Temperatur betätigt wird, dadurch gekennzeichnet , daß eine elektrische Leitereinrichtung (13) elektrisch nicht leitend bezüglich der Messerklinge (9) nahe deren Schneidkante (21) angeordnet ist, die elektrische Leitereinrichtung den Querschnittsbereich des durch die Messerklinge verlaufenden Strompfades verringert und dadurch den elektrischen Strom ändert und wahlweise die Temperatur der Schneidkante in denjenigen Bereichen erhöht, welche abgekühlt sind.
2. Schneidinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrische Leitereinrichtung (13) ein Material mit einer Permeabilität aufweist, welche sich umgekehrt zu der Temperatur über einen ausgewählten Temperaturbereich ändert.
3. Schneidinstrument nach Anspruch 2, -dadurch gekennzeichnet , daß die elektrische Leitereinrichtung (13) einen Curie-Punkt aufweist, bei dem eine steile Änderung der Permeabilität in Abhängigkeit von der Temperatur erfolgt.
4. Schneidinstrument nach Anspruch 1 zur Verwendung für hämostatische (blutungsheitunende) Chirurgie, dadurch gekennzeichnet , daß das Material der elektrischen Leitereinrichtung (13) einen Curie-Punkt der Permeabilität im Temperaturbereich von etwa 300 C bis etwa 1000 C aufweist.

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5. Schneidinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Material der elektrischen Leitereinrichtung ferromagnetisches Material ist.
6. Schneidinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Material der elektrischen Leitereinrichtung Eisen, Nickel oder Kobalt enthält.
7. Schneidinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Messerklinge (9) nicht-leitend ist.
8. Schneidinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennz ichnet, daß die Messerklinge (9) ;'■> -Aluminiumoxyd-Keramikmaterial enthält.
9. Schneidinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß eine Schicht (23) aus Isolationsmaterial über der elektrischen Leitereinrichtung (13) auf der Messerklinge (9) angeordnet ist.
10. Schneidinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß eine Quelle (19) für Wechselsignale mit der elektrischen Leitereinrichtung zur Abgabe von Leistung an diese verbunden ist.
11. Schneidinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung ein der Temperatur in einem Bereich längs der Schneidkante (21) entsprechendes Steuersignal er-

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zeugt und eine Einrichtung auf das Steuersignal anspricht und einen ausgewählten Parameter des der elektrischen Leitereinrichtung (13) von einer Quelle (19) zugeführten Wechselsignales ändert.
12. Schneidinstrument nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Frequenz des zugeführten Wechselsignales sich entsprechend dem Steuersignal ändert.
13. Trennverfahren unter Verwendung einer Messerklinge, deren Schneidkante bei einer erhöhten Temperatur betätigt wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Schneidkante (21) durch einen elektrischen Wechselstrom in einem Strompfad erhitzt wird, dessen Querschnitt sich in abgekühlten Bereichen des Strompfads ändert.
14. Trennverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß der Strompfad ein Material enthält, dessen Permeabilität sich umgekehrt zu der Temperatur ändert und dadurch den wirksamen Querschnittsbereich des Strompfads verringert.
15. Trennverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, ' daß die Frequenz des elektrischen Wechselstromes entsprechend den Temperaturänderungen längs der Schneidkante derart geändert wird, daß sich der Querschnittsbereich des Strompfads ändert.

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