DE2609383A1

DE2609383A1 - (chirurgisches)schneidinstrument

Info

Publication number: DE2609383A1
Application number: DE19762609383
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: 1976-09-23
Also published as: BR7601546A; FR2303515B3; BR7601566A; CA1083457A; FR2303515A1; GB1546624A; DE2609383B2; DE2609383C3; JPS51122984A

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 kleinen, stark .durchbluteten Blutgefäßen auftreten und das Gewebe durchdringen, behindern die Sicht des Chirurgen, verringern die Ärbeitsgenauigkeit 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 Schneidinstrumente 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 26 sind Skalpelle dieser Art bekannt, bei denen der die Temperatur steuernde Mechanismus Widerstandsheizelemente 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 Skalpell der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die Schneidkante der Messerklinge auf einen vorbestimmten erhöhten Temperaturbereich gebracht und während der Operation gehalten wird durch geeignete Erhitzung des Innenaufbaus des Schneidmessers.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Anspruch 1,

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Der Strom wird in der Innenstruktur des Schneidmessers, vorzugsweise in dem Bereich der Schneidkante entsprechend der elektromagnetischen Energie induziert, die von einem Leiter eingekoppelt wird, der auf der Oberfläche der Messerklinge längs der Schneidkante angeordnet ist und ein Wechselstromsignal führt. Die Dicke des Oberflächenleiters ist nicht kritisch bei der Bestimmung der Dichte der induzierten Ströme und der resultierenden Temperaturen der Messerklinge. Die durchschnittliche Temperatur der Schneidkante kann eingestellt werden, indem die Amplitude und/oder Frequenz des Wechselstromsignales eingestellt wird, welches sich in. dem Oberflächenleiter ausbreitet.

Diejenigen Abschnitte der Schneidkante, welche beim Kontakt mit dem getrennten Gewebe abgekühlt werden, können wahlweise erhitzt werden, um die Temperaturen an der Schneidkante hinreichend konstant zu halten, indem lokale Ströme in einem Material induziert werden, dessen elektrische Parameter, beispielsweise die Permeabilität oder der elektrische Widerstand, sich als Funktion der Temperatur ändern. Bei Hochfreguenzsignalen neigen die zirkulierenden Ströme dazu, sich nahe der Oberfläche des Materiales der Messerklinge zu konzentrieren und mit der Tiefe exponentiell abzunehmen. Die Eindringtiefe ist definiert als diejenige Tiefe, bei welcher die Dichte des induzierten Stromes 37% von dessen Wert an der Oberfläche beträgt, und diese Dichte ändert sich umgekehrt proportional zu der Quadratwurzel des Wertes der magnetischen Permeabilität, umgekehrt proportional zu der Quadratwurzel der Frequenz und direkt proportional zu der Quadratwurzel des spezifischen Widerstandes des Materiales. Die induzierten Ströme führen zu der Erhitzung des Materiales der Messerschneide.

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Beispielsweise ergeben ferromagnetische Materialien aus Eisen, Nickel, Kobalt und deren Legierungen große Änderungen bezüglich der relativen Permeabilität, wenn deren Temperatur den "Curie"-Punkt durchläuft. Bei vielen Eisen/Nickel-Legierungen liegt dieser Curie-Punkt in dem interessierenden Temperaturbereich. Oberhalb des Curie-Punktes kajin die relative Permeabilität etwa eins betragen, und bei Temperaturen unterhalb dem Curie-Punkt kann die Permeabilität schnell um Faktoren zwischen 100 und 1000 bei magnetischen Feldstärken einer Größenordnung zunehmen, die für diese Änwendungszwecke verwendbar sind. Wenn daher das chirurgische Schneidinstrument bei einer Temperatur betrieben wird, die etwas über dem Curie-Punkt liegt, wird die Temperatur von denjenigen Abschnitten der Messerschneide unter den Curie-Punkt fallen, die durch den Kontakt mit dem Gewebe abgekühlt werden, und zu diesem Zeitpunkt wird die Permeabilität des Materiales in diesem Bereich sich um den Faktor 100 bis 1000 erhöhen, was wiederum zu einer Erhöhung bei der Frhitzung der abgekühlten Bereiche um Faktoren zwischen 10 und 30 führt.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen dargestellt; es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines chirurgischen Schneidinstrument.es gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht des Schneidelementes des Instrumentes gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform eines chirurgischen Schneidinstrumentes gemäß der Erfindung.

Eine Messerklinge 9 eines Skalpells ist mit einem Hand-

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griff 10 verbunden und besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material in welchem in noch zu beschreibender

Weise Strom induziert wird. Ein Leiter 13 ist entlang der Messerklinge 9 angeordnet und von dieser durch eine Schicht 11 aus Isolationsmaterial getrennt. Der Strom wird in der Messerklinge 9 entsprechend dem Magnetfeld induziert, das sich infolge eines Hochfrequenζsignales ausbreitet, welches dem Leiter 13 zugeführt wird. Der Leiter 13 ist gemäß Fig. 2 in Form einer einzigen Schleife um die Schneidkante der Messerklinge herum angeordnet. Von einer Quelle 19 wird über Verbindungen 15 und 17 dem Leiter 13 ein Hochfrequenzsignal zugeführt, welches zirkulierende Ströme bzw. Wirbelströme in der Messerklinge 9 erzeugt, welche diese auf eine Temperatur erhitzen, die durch die zugeführte Leistung gesteuert wird.

Eine selbsttätige Regelung der Betriebstemperatur wird erreicht, indem die Messerklinge 9 aus ferromagnetischem Material hergestellt wird, welches eine Curie-Temperatur hat, die unterhalb der Temperatur der Schneidkante vor dem Trennvorgang ist, welche Temperatur jedoch innerhalb eines annehmbaren Bereiches von Betriebstemperaturen liegt. Wenn der Trennvorgang ausgelöst wird, können die Bereiche der Schneidkante, welche mit dem Gewebe in Kontakt kommen auf die Curie-Temperatur oder darunter abgekühlt werden, wodurch in den abgekühlten Bereichen die magnetische Permeabilität erhöht wird. Dadurch nimmt die Eindringtiefe der induzierten Ströme ab, und dieses führt wiederum zu einer Erhöhung der Stromdichte. Die Leistungsabgabe und die Erhitzung erhöhen sich daher in denjenigen Bereichen, die durch den Kontakt mit dem Gewebe abgekühlt werden. Zu einer optimalen Selbstregelung sollte die Dicke der Messerschneide mehr als zweimal so dick wie die maximale Eindring-

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tiefe im Bereich der Betriebstemperaturen sein.

Die folgende Tabelle gibt einige Werte der Leistungsabgabe in einer Messerklinge mit einer Länge von 3 cm und einer Stärke von 0,5 mm an, welche aus einer 50-50 Eisen/ Nickel-Legierung besteht, und bei welcher der Leiter 13 auf der Oberfläche der Messerklinge eine Breite von 1 mm hat und das Schneidinstrument mit einem Strom von etwa 5 A bei 6 MHz gespeist wird. Dieser Hochfrequenzstrom kann konstant gehalten werden, wenn bekannte Schaltungsanordnungen verwendet werden sollen.

	Spez.Widerstand	Relative	Leistung je	W/cm
	0hm-cm(.10"⁶l	Permeabilität	Längeneinheit
.al	500°C 400°C	500°C 400⁰C	500°C	400°C

Fe-Ni 105 100 1 100 2.45 24,0

Es ist ersichtlich, daß die Leistungsabgabe etwa zehnfach größer wird, wenn die Temperatur unter den Curie-Punkt fällt. Die Curie-Temperaturen, spezifischen Widerstandswerte, relativen Permeabilitäten und Änderungen der Permeabilität als Funktion der Temperatur können geändert werden, indem die Zusammensetzung des für die Messerklinge 9 verwendeten Materiales oder die prozentualen Anteile der Legierungsmaterialien geändert werden.

Die Signalamplitude und/oder die Frequenz des Signales von der Hochfrequenzquelle 19 können geändert werden entsprechend einem Regelsignal auf einer Leitung 27, welches durch einen Temperaturmessfühler 29 geliefert wird, um die Umgebungstemperatur der Schneidkante in Luft einzustellen.

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In Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht der Messerklinge dargestellt, wobei der Leiter 13 auf gegenüberliegenden Seiten der Messerklinge 9 nahe deren Schneidkante angeordnet ist. Über der Elektrode 13 befindet sich eine Schicht aus Isoliermaterial 23, welches die Elektrode und deren elektrische Signale beim Trennvorgang von dem Gewebe isoliert.

Gemäß einer anderen Ausführungsform hat der Widerstand des leitfähigen Materiales der Messerklinge 9 ein®, negativen Temperacurkoeffizienten und führt zu einer größeren Leistungsabgabe von den induzierten Strömen in den Bereichen der Schneidkante, welche im Kontakt mit dem gerade getrennten Gewebe gekühlt werden.

Gemäß der Ausführungsform nach Fig. 3 wird der Bereich neben der gesamten Schneidkante der Messerklinge 39 durch Hochfrequenz-Signalquellen 49 und 50 gespeist, welche Leistung über Leiter 53, 54 und 55, 56 an verschiedene Segmente 57 bzw. 58 abgeben, die als benachbarte Bereiche längs der Schneidkante ausgebildet sind. Die verschiedenen Segmente werden durch den Kontakt mit dem Gewebe gekühlt, und die sich ergebende Temperaturänderung kann in herkömmlicher Weise (beispielsweise durch Widerstandsänderungen in jedem der Leiter 53, 54 und 55,56 oder durch Temperaturmeßfühler) gemessen werden, und die Eingangsleistung für jedes Segment kann erhöht werden, um die Amplitude und/oder Frequenz der Hochfrequenz-signale von den entsprechenden Quellen 49 und 50 zu erhöhen und damit die Dichte der induzierten Ströme und die Erhitzung der Bereiche der Schneidkante der Messerklinge zu steigern.

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Claims

Case 115 25. Februar 1976 Patentansprüche :

1.) Schneidinstrument mit einer Messerklinge mit einer elektrisch leitfähigen Einrichtung, welche in dem Bereich längs der Schneidkante der Messerklinge angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet , daß eine elektrische Leitereinrichtung (13) neben der Schneidkante elektrisch isoliert und elektromagnetisch gekoppelt bezüglich der elektrisch leitfähigen Einrichtung (9) angeordnet ist und in dieser einen Strom induziert, der die Temperatur der Schneidkante entsprechend einem elektrischen Wechselsignal erhöht, das der elektrischen Leitereinrichtung zugeführt ist.

2. Schneidinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähige Einrichtung (9) einen elektrischen Parameter hat, der sich als Funktion der Temperatur ändert und die Leistungsabgabe bei einem zugeführten elektrischen Signal in den Bereichen der Schneidkante erhöht, welche selektiv abgekühlt sind.

3. Schneidinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrisch leitfähige Einrichtung (9) eine Permeabilität hat, welche sich umgekehrt zu der Temperatur ändert.

4. Schneidinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrisch leitfähige Einrichtung (9) einen Curie-Punkt hat,

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bei welchem ein übergang der Permeabilität mit der Temperatur auftritt.

5. Schneidinstrument nach Anspruch 1 zur Verwendung für hämostatische (blutungshemmende) Chirurgie, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrisch leitfähige Einrichtung (9) einen Curie-Punkt der Permeabilität im Temperaturbereich zwischen etwa 300⁰C und etwa 1000°C hat.

6. Schneidinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrisch leitfähige Einrichtung (9) ferromagnetisches Material enthält.

7. Schneidinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrisch leitfähige Einrichtung (9). ein Element enthält, welches Eisen, Nickel oder Kobalt aufweist.

8. Schneidinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß eine Isolationsschicht (23) über der Messerklinge (9) und der elektrischen Leitereinrichtung (13) angeordnet ist.

9. Schneidinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß ein Schaltkreis mit der elektrischen Leitereinrichtung verbunden ist und dieser von einer Quelle (19) ein Wechselstromsignal zuführt.

10. Schneidinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung

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(29) ein der Temperatur eines Bereichs entlang der Schneidkante entsprechendes Steuersignal erzeugt und eine Einrichtung auf das Steuersignal anspricht und einen ausgewählten Parameter eines der elektrischen Leitereinrichtung (13) von einer Quelle (19) zugeführten Wechselstromsignales ändert.

11. Schneidinstrument nach Anspruch 1O₇ dadurch gekennzeichnet , daß die auf das Steuersignal ansprechende Einrichtung die Amplitude oder Frequenz eines der elektrischen Leitereinrichtung (13) von der Quelle (19) zugeführten Wechselsignales ändert.

12. Schneidinstrument nach Anspruch l_r dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von elektrischen Leitereinrichtungen (53-56) jeweils nahe der Schneidkante im wesentlichen längsseitig zu dieser angeordnet sind und jede der elektrischen Leitereinrichtungen (13) elektrisch isoliert und elektromagnetisch gekoppelt bezüglich der elektrisch leitfähigen Einrichtung (9) sind und in dieser einen Strom entsprechend einem jeder der elektrischen Leitereinrichtungen zugeführten elektrischen Signal induziert.

13. Schneidinstrument nach Anspruch I₇ dadurch gekennzeichnet , daß das Material der elektrisch leitfähigen Einrichtung einen negativen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes hat.

14. Trennverfahren unter Verwendung einer Messerklinge, die bei einer erhöhten Temperatur betrieben wird, dadurch gekennzeichnet ₇ daß die

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Messerklinge (9) elektrisch leitfähiges Material neben der Schneidkante enthält und ein Wechselsignal elektromagnetisch in das elektrisch leitfähige Material neben der Schneidkante eingekoppelt wird und in dieser zur Erhitzung der Schneidkante einen Strom induziert.

15. Trennverfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Leistungsabgabe in äen Bereichen der Schneidkante erhöht wird, weiche wahiweisa entsprechend den Änderungen der Temperatur eines elektrischen Parameters des elektrisch leitfähiger. Matsriales abgekühlt werden.

16. Trennverfahren r.ach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß der elektrische Parameter, welcher sich mit der Temperatur ändert, die Permeabilität des elektrisch leitfähigen Materiales ist.

17. Trennverfahren r.ach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet „ daß das elektrisch leitfähige Material einen Curie-Punkt enthält, bei dem ein Übergang der Permeabilität mit der Temperatur erfolgt.

18. Trennverfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17 zur Verwendung bei hämostatischer (blutungshemmender) Chirurgie, dadurch gekennzeichnet , daß das elektrisch leitfähige Material einen Curie-Punkt der Permeabilität im Temperaturbereich zwischen etwa 300°C bis etwa 1000°C enthält.

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19. Trennverfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet , daß das elektrisch leitfähige Material einen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes hat, der sich umgekehrt zu der Temperatur ändert.

20. Trennverfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Frequenz oder Amplitude eines elektrischen Wechselsignales entsprechend den Änderungen in der Temperatur längs der Schneidkante geändert wird.

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