DE2609383C3

DE2609383C3 - Chirurgisches Schneidinstrument

Info

Publication number: DE2609383C3
Application number: DE19762609383
Authority: DE
Inventors: Robert F. Dr.Med. Portola Valley Calif. Shaw (V.St.A.)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-03-14
Filing date: 1976-03-06
Publication date: 1979-11-15
Also published as: JPS51122984A; GB1546624A; BR7601566A; BR7601546A; FR2303515B3; DE2609383A1; CA1083457A; FR2303515A1; DE2609383B2

Description

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 Operationszelt in Anspruch. Solche Blutungen, die beim Verletzen von kleinen, stark durchbluteten Blutgefäßen ä 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

ίο 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 Kontrolle 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 Wur.dheilung 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 erhöhten Temperatur infolge der zusätzlich

bo zugeführten Wärmeleistung führt.

Es ist allgemein anerkannt, daß zur Unterbindung von Blutungen an der Schnittstelle eine Temperatur zwischen 300⁰C und 1000⁰C herrschen sollte. Aus den vorgenannten Gründen ist anzustreben, daß elektro-

,,, thermische, 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 37 68 482 und 38 26 263 sind Skalpelle dieser Art bekannt, bei denen der die Temperatur steuernde Mechanismus Widerstandsheizelemente enthält, weiche aui 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 Inne.naufbaus des Schneidmessers.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1.

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 kani: eingestellt werden, indem die Amplitude und/oder Frequenz des Wechselstromsignals 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 Hochfrequenzsignalen neigen die zirkulierenden Ströme dazu, sich nahe der Oberfläche des Materials 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 Materials. Die induzierten Ströme führen zu der Erhitzung des Materials der Messerschneide.

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 kann die relative Permeabilität etwa Eins betragen, und bei Temperaluren unterhalb dem Curie-Punkt kann die Permeabilität schnell um Faktoren zwischen 100 und 1000 bei magnetischen Feldstärken einer Größenordnung zunehmen, die für diese Anwendungszwecke 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

iü Gewebe abgekühlt werden, und zu diesem Zeitpunkt wird die Permeabilität des Materials in diesem Bereich sich um den Faktor 100 bis 1000 erhöhen, was wiederum zu einer Erhöhung bei der Erhitzung der abgekühlten Bereiche um Faktoren zwischen 10 und 30 führt

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispie!« der Erfindung anhand der Zeichnungen dargestellt; es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines chirurgischen Schneidinstrumentes gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine Querschnittsansicht des Schneidelementes des Instrumentes gemäß F i g. 1 und

F i g. 3 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform eines chirurgischen Schneidinstrumentes gemäß der Erfindung.

Eine Messerklinge 9 eines Skalpells isx mit einem Handgriff 10 verbunden und besteht aus einem elektrisch leiifähigen Material, in welchem in noch zu beschreibender Weise Strom induziert wird. Ein Leiter 13 ist entlang der Messerklinge 9 angeordnet und von

»ι dieser durch eine Schicht 11 aus Isolationsmaterial getrennt. Der Strom wird in der Messerklinge 9 entsprechend dem Magnetfeld induziert, das sich infolge eines Hochfrequenzsignals ausbreitet, welches dem Leiter 13 zugeführt wird. Der Leiter 13 ist gemäß F i g. 2

si 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

jo 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

bo sollte die Dicke der Messerschneide mehr als zweimal so dick wie die maximale Eindringtiefe im Bereich der Betriebstemperaturen sein.

Die folgende Tabelle gibt einige Werte der Leistungsabgabe in einer Messerklinge mit einer Länge

_h-, 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

5 6

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.

Material

Spez. Widerstand
Ohm-cm (IO '')

500 C

Relative Permeabilität

400 C

40U

Leistung je
Längeneinheit

500 C

W/cm

400 (

50-50 Fe-Ni

105

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 Materials oder die prozentualen Anteile der Legierungsmaterialien geändert werden.

Die Signalamplitude und/oder die Frequenz des Signals 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.

In F i g. 2 ist eine Querschnittsansicht der Messerklinge 9 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 Materials der Messerklinge 9 einen negativen Temperaturkoeffizienten 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 F i g. 3 wird der Bereich neben der gesamten Schneidkante der Messerklinge 39 durch Hochfrequenz-Signalquellen 49 und 50

2(i 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

j» werden, um die Amplitude und/oder Frequenz der Hochfrequenzsignale 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

Claims

Patentansprüche:

1. Chirurgisches Schneidinstrument mit einer entlang der Schneidkante elektrisch aufheizbaren Messerklinge, dadurch gekennzeichnet, daß die Messerklinge (9) in dem Bereich entlang der Schneidkante als elektrisch leitende Einrichtung ausgebildet ist, die einen sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändernden und eine sprunghafte Änderung der Leistungsabgabe bewirkenden Parameter aufweist, und daß die Messerklinge (9) mit einem von ihr elektrisch isolierten, aber elektromagnetisch gekoppelten Leiter (13) versehen ist, der an eine Wechselstromquelle (29) anschließbar ist

2. Schneidinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Einrichtung (9) eine bei steigender Temperatur fallende Permeabilität aufweist

3. Schneidinstrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Einrichtung (9) eine bei einem Curie-Punkt sich sprunghaft ändernde Permeabilität aufweist

4. Schneidinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Einrichtung (9) aus einem elektromagnetischen Werkstoff besteht

5. Schneidinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Einrichtung (9) mindestens eines der Elemente Eisen, Nickel und Kobalt enthält.

6. Schneidinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Einrichtung (9) einen negativen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands aufweist.

7. Schneidinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, didurch gekennzeichnet, daß die Messerklinge (9) und der elektrische Leiter (13) durch eine Isolierschicht (23) abgedeckt sind.

8. Schneidinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß entlang benachbarter Bereiche der Schneidkante eine Vielzahl von elektrischen Leitern (53 bis 56) angeordnet sind, die jeweils gegen die Messerklinge (39) elektrisch isoliert und an getrennte Wechselstromquellen (49,50) anschließbar sind.

9. Schneidinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einer ein der Temperatur in einem Bereich der Schneidkante entsprechendes Meßsignal abgebenden Fühleinrichtung (29) sowie mit einer in Abhängigkeit von dem Meßsignal einen vorgegebenen Parameter des dem elektrischen Leiter (13) zugeführten Wechselstroms ändernden Steuereinrichtung versehen ist.

10. Schneidinstrument nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der geänderte Parameter die Amplitude oder die Frequenz ist.

11. Schneidinstrumert nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Messerklinge (9) mindestens das Doppelte der maximalen Eindringtiefe in dem Temperaturbereich von etwa 300° C bis 1000°C beträgt.