DE2703347C3 - Elektrochirurgisches Gerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrochirurgisches Gerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es beispielsweise aus der US-PS 36 99 967 bekanntgeworden ist.

Es sind viele elektrochirurgische Geräte zur Erzcugung von Schneid- und Gerinnungsströmen bekannt, wie z. B. Funkenentladungsstrecken und/oder elektronische Schaltungen mit Vakuumröhren, die für geeignete hochfrequente, chirurgische Ströme bei hohen Leistungspegeln sorgen. Als nachteilig bei Geräten mit Funkenentladungsstrecken und Röhren erweist sich jedoch ihre Unzuverlässigkeit und ihre Unhandlichkeit. Weiterhin ist verschiedentlich versucht worden, elektrochirurgische Geräte zu transistorisieren.

Als vorteilhaft bei verschiedenen bekannten, transistorisierten Geräten gegenüber Geräten mit Röhren oder Funkenentladungsstrecken haben sich ihre verhältnismäßig geringe Größe, ihr verhältnismäßig geringes Gewicht und ihre größere Zuverlässigkeit erwiesen. Eine Schwierigkeit zeigt sich jedoch bei den bekannten transistorisierten Geräten insofern, als es nicht möglich ist, einen Betrieb sowohl bei Hochspannung, als auch bei hochfrequenten Strömen zu gewährleisten, da Leistungstransistoren mit ungewöhnlich hohen Spannungsnennwerten verwendet werden müssen, um für einen optimalen Betrieb für die am besten geeigneten Spannungspegel zu sorgen. Es können zwar schwächere Leistungstransistoren in den bekannten Geräten zur Erzielung hochfrequenter Ströme verwendet werden, solche Geräte weisen jedoch keine ausreichende Spannung für die effektivsten Betriebsbedingungen auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrochirurgisches Gerät der eingangs genannten Art zu schaffen, das zur Erzeugung sowohl hochfrequenter Schneidwechselströme, als auch hochfrequenter Gerinnungswechselströme bei Hochspannung geeignet ist, wobei die erzeugten Ströme im wesentlichen keine Niederfrequenzveränderungen infolge von Netzspannungsschwankungen aufweisen, so daß chirurgische Eingriffe an Patienten ohne Störungen durch das Gerät vorgenommen werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nunmehr an Hand der Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen ist die

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines elektronischen Schaltungsaufbaus des elektrochirurgischen Gerätes, und

Fig.2 ein schematisches Schaubild einer in Fig. 1 dargestellten Hochspannungsversorgung.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines elektrochirurgischen Gerätes 10 gemäß der Erfindung. Die Hauptelemente des Gerätes 10 sind eine Hochspannungsversorgung 11, ein Leistungstransformator 12, eine aktive Elektrode 13, eine Rückführelektrode 14,

zwölf Leistungsstufen 19a-l und ein Regler 20 mit einem Betriebsartwahlschalter und einer Treiberschaltung mit einem Rechteckwellengenerator. Das Gerät 10 ist so ausgelegt, daß es annähernd eine maximale Elektrodenausgangsspannung von 6000 Volt Spitze zu Spitze im Leerlaufzustand bei der Betriebsart »Gerinnung«, und von annähernd 1400 Volt Spitze zu Spitze im Leerlaufzustand bei der Betriebsart »Schneiden« sorgt Das dargestellte Gerät 10 weist vorzugsweise zwölf Leistungsstufen auf, wodurch sichergestellt wird, daß das Gerät 10 für eine beabsichtigte Verwendung eine angemessene Leistung zu liefern vermag und selbst dann nicht durchbrennt, wenn die aktive Elektrode und die Rückführelektrode kurzzeitig kurzgeschlossen werden.

Wie aus Fi g. 2 hervorgeht, wird die Hochspannungsversorgung 11 vorzugsweise von einem Ferroresonanztrcnsformator 21 mit einer Primärwicklung 22 zum Schalten an normale Wechselstromnetzlerungen und mit zwei Sekundärwicklungen 23 und 24 gebildet. Ein Kondensator 25 ist zu den Ausgangsklemmen der Wicklung 23 parallelgeschaltet und letztere weist einen Abgriff 26 auf. Eine Vollweggleichrichterbrücke 28 ist zu einer der Ausgangsklemmen und zu dem Abgriff 26 der Wicklung 23 geschaltet, um für eine Gleichspannung von ungefähr 375 Volt an einer Ausgangsklemme 29 zu sorgen. Eine andere Vollweggleichrichterbrücke 30 ist zur Wicklung 24 parallelgeschaltet, um eine Spannung von ungefähr 130 Volt an eine Ausgangsklemme 31 zu legen. Eine Klemme 32 der Brücke 30 ist geerdet.

Der Vorteil der Verwendung eines Ferroresonanztransformators 21 anstelle eines normalen Transformators liegt darin, daß der Kondensator 25 zur Aufrechterhaltung gleichmäßiger Spannungen an den Sekundärwicklungen 23 und 24 trotz der Schwankungen der an die Primärwicklung 22 gelegten Netzspannung dient. Auf diese Weise wird vermieden, daß große Veränderungen der Netzspannung eine vergrößerte Verlustleistung an den Leistungsstufen 19a-l bewirken oder den Ausgangsimpedanzbereich verringern, bei dem das Gerät Leistung liefern wird.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, wird ein einpoliges Betriebsartwählrelais 37, das vom Regler 20 betrieben wird, zum Auswählen der gewünschten Ausgangsspannung der Spannungsversorgung 11 einer besonderen, durchzuführenden chirurgischen Maßnahme verwendet. Das Relais 37 ist mit einer Primärwicklung 38 des Leistungstransformators 12 in Reihe geschallet. Vorzugsweise ist ein Kondensator 40 mit der Primärwicklung 38 in Brücke geschaltet, um für eine Schaltung zu sorgen, die auf die für den optimalen chirurgischen Betrieb gewünschte Frequenz abgesi immt ist.

Der Transformator 12 weist auch i.'ine Sekundärwicklung 39 auf, die mit der aktiven Elektrode 13 und mit der Rückführelektrode 14 in typischer Weise in Reihe geschaltet ist. Sperrkondensatoren 41 und 42 sind mit der aktiven Elektrode bzw. mit der Rückführelektrode in Reihe geschaltet, um ein Zirkulieren unerwünschter niederfrequenter Ströme im Patientenstromkreis zu verhindern. Die Größe der Leistung, die der Sekundärwicklung 39 des Transformators 12 zugeführt wird, ist vom Betrieb der Leistungsstufen 19a-l direkt abhängig. Die Leistungsstufen 19a-1 sind jeweils miteinander parallel und mit der Primärwicklung 38 des Transformators in Reihe geschaltet.

Aus Gründen der Einfachheit ist in Fig. 1 allein die Leistungsstufe 19a in schemstischer Form dargestellt, da die restlichen Leistungsstufen identisch ausgebildet sind. Die Leistungsstufe 19^ weist einen Leistungsschalttransistor 45 mit einem Stromausgangsemitteranschluß 46, einem Steuerbasisanschluß 47, der vorzugsweise mit einer 15-Volt-Vorspannungsversorgung 48 verbunden ist, und mit einem Eingangsstromkollektoranschiuß 49 auf, eier mit der Primärwicklung 38 des Transformators verbunden ist. Der Kollektor 22 ist auch über eine Pegelhaltediode 50 mit einer vorzugsweise 22-Volt-"Wiederspannungsversorgung 51 zu nachfolgend dargelegtem Zweck verbunden. Der Emitter 46 des Transistors 45 ist sowohl mit einem Schalttransistor 52, der als Treibersignalquelle für den Transistor 45 dient, als auch mit einem Transistor 53 verbunden, der als Konstantstromeinrichtung dient, die Strom entweder vom Transistor 45 oder vom Transistor 52 ableiteL Der Transistor 52 weist einen Emitteranschluß 55, der mit dem Emitter 46 des Transistors 45 verbunden ist, einen Basisanschluß 56, der mit der Treiberschaltung des Reglers 20 verbunden ist, und einen Kollektoranschluß 57 auf, der mit der Niederspannungsversorgung 51 verbunden ist.

Der Transistor 53 weist einen Kollektoranschluß 60, der mit den Emittern 46 und 55 der Transistoren 45 bzw. 52 verbunden ist, einen Emitteranschluß 61, der über einen Widerstand 62 geerdet ist, und einen Basisanschluß 63 auf, der mit einer variablen Leistungsreglerspannungsvcrsorgung 64 verbunden ist, die an die Basis des Transistors 53 eine Vorspannung legt, um sowohl durch letzteren, als auch durch den Leistungstransformator 12 einen bestimmt hohen Stromfluß durchzulassen. Eine derartige Stromregulierung des Transistors 53 wird erzielt, weil die Größe des Stroms, der durch den Transistor 53 fließt, der an die Basis des Transistors 53 angelegten Spannung direkt proportional ist. Entsprechend kann die Leistungssteuerung 64 eingestellt werden, um für verschiedene Spannungen an der Basis 63 des Transistors 53 zu sorgen, um seine Stromleitung zu vergrößern oder zu verringern. Obgleich die Steuerung 64 bevorzugt wird, kann eine Stromregulierung des Transistors 53 auch durch die Verwendung eines variablen Widerstandes 62 erzielt werden.

Das Gerät 10 wird durch Einstellen des Betriebsartwählschalters des Reglers 20 auf die gewünschte chirurgische Operationsart in Betrieb gesetzt. Entsprechend der gewählten Betriebsweise betätigt der Wählschaltungsaufbau des Reglers das die Betriebsweise auswählende Relais 37, um eine geeignete Spannung von der Hochspannungsversorgung 11 zu dem Leistungstransformator 12 zu liefern. Gleichzeitig liefert die Treiberschaltung des Reglers 20 ein Steuerspannungssignal an die Basis des Transistors 52 in Form einer Rechteckwelle, die zwischen einem Maximum von 22 Volt und einem Minimum von 9 Volt periodisch schwingt.

Wenn ein 9-Volt-Impuls des Treibsignals vom Regler 20 zur Basis 56 geliefert wird, ist der Transistor 52 im wesentlichen sperrmäßig in einen Sperrzustand vorgespannt und der Transistor 45 wird leitend. Wenn ein 22-Volt-Impuls vom Regler 20 an die Basis 56 des Transistors 52 gelegt wird, wird der Transistor leitend und vergrößert dadurch die Spannung am Emitter 46 des Transistors 45. Diese Spannungssteigerung bewirkt ein Ausschalten des Transistors 45. Entsprechend wirkt der Transistor 52 als Signalquelle, um den Transistor 45 schnell durch Anlegen eines Treibsignals an den Emitter des Transistors 45 ein- und auszuschalten und um dadurch für einen hochfrequenten chirurgischen Wechselstrom des Reglers von ungefähr 500 Kilohertz zu

sorgen. Ferner dient der Transistor 52 als Stromquelle für den Transistor 53 zu den Zeitpunkten, während der der Transistor 45 nichtleitend ist.

Die Pegelhaltediode 50 ermöglicht zusammen mit der Niederspannungsversorgung 51 ein schnelles Schalten des Transistors 45 durch Blockieren des Kollektors 49 bei einem größeren positiven Potential als dem an der Basis 47, um den Transistor 45 niemals in den leitenden Zustand gelangen zu lassen. Durch Verhinderung einer Sättigung des Transistors 45 wird ein Aufbauen überschüssiger Ladung an seiner Basis 47 verhindert. Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, verhindert eine Akkumulation an Überschußladung an der Basis eines Transistors ein schnelles Schalten, weil sich der Transistor nicht ausschaltet, bis derartige Überschußladüngen abgebaut worden sind.

Ein zweiter Vorteil den eine Verhinderung der Sättigung des Transistors 45 mit sich bringt, ist darin zu sehen, daß der Transistor beim Betrieb im nichtgesättigten Zustand auch bei konstantem Strom arbeitet, damit der konstante Strom durch die gesamte Leistungsstufe 19a fließt. Da der Strom durch die Leistungsstufe 19a und die restlichen Leistungsstufen 190-1 im wesentlichen stabil gehalten wird, bedeutet das, daß ein konstanter Strom ebenso durch den Leistungstransformator fließen wird, wodurch die Erzeugung unerwünschter niederfrequenter Ströme ausgeschlossen wird, die für den Patienten schädlich sind. Folglich ist ein nichtgesättigter Betrieb des Transistors 45 für einen geeigneten Betrieb des Gerätes 10 kritisch.

Das von dem Regler 20 erzeugte Steuerspannungssignal erscheint als fortlaufende Rechteckwelle, so daß ein fortlaufendes Wechselstromsignal für die Betriebsweise »Schneiden« des Gerätes 10 erzeugt wird. Bei Verwendung des Gerätes 10 für die Betriebsweise »Gerinnen« ist jedoch ein fortlaufendes Signal unerwünscht und es werden anstatt dessen von einander gelrennte, einzelne Schwingungsimpulse vom Regler 20 an den Transistor 52 geliefert. Als Folge hiervon erscheint der an die aktive Elektrode 13 gelieferte Strom in Form voneinander getrennter Energiestöße.

Um für einen engen Gerinnungsbereich zu sorgen, sollten diese Energieslöße durch verschiedene Zeitspannen getrennt auftreten, wobei jedoch die Zeitspanne zwischen zwei Energiestößen vorzugsweise ungefähr 60 Mikrosekunden beträgt. Um für einen breiten Gerinnungsbereich zu sorgen, hat sich weiterhin herausgestellt, daß beim Verringern der Zeitspannen zwischen den Energiestößen auf 30 Mikrosekunden verhältnismäßig breite Zeiträume zwischen Gruppen von Energiestößen eingeführt werden müssen. Solche Zeiträume sollen vorzugsweise die Größenordnung von ungefähr 1000 Mikrosekunden bis 10 000 Mikrosekunden und vorzugsweise 6000 Mikrosekunden umfassen. Ein optimaler Strom für einen breiten Gerinnungsbereich besteht folglich aus einer Gruppe von Energiestößen, die voneinander 6000 Mikrosekunden getrennt sind, wobei jede Gruppe mindestens einige Energiestöße umfaßt, die voneinander 30 Mikrosekunden getrennt sind.

Bei einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrochirurgischen Geräts werden folgende Bauelemente verwendet:

Diode 50
Transistor 45
Transistor 52
Transistor 53
Widerstand 62

1200 PVI.l Amp.

MJ 3480

D44H5

TI P3055

2 Ohm - 10 Watt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektrochirurgisches Gerät zur wahlweisen Bereitstellung von hochfrequenten Schneidströmen oder von Gerinnungsslrömen mittels elektrochirurgischer Elektroden, mit einer Hochspannungsquelle, einem Leistungstransformator, dessen Primärwicklung mit der Hochspannungsquelle in Reihe geschaltet ist, mit einer Anzahl Leistungsstuftm, die zueinander parallel geschaltet sind, wobei jede Leistungsstufe ein Leistungsschaltelement mit einem Eingangsanschluß besitzt, der mit einer Seite der Primärwicklung des Leistungstransformatoni verbunden ist, und wobei das Leistungsschaltelement einen Ausgangsanschluß, einen Steueranschluß und eine Steuersignalquelle zum Betätigen jeder Leistungsstufe während vorbestimmter Zeitspannen besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß jede Leistungsstufe (19a-l) aufweist eine Konstantstromeinrichtung (53), die mit dem Ausgangsanschluß (46) des Leislungsschaltelements (45) in Reihe geschaltet ist, eine an die Konstantstromeinrichtung angeschlossene Leistungsregelungseinrichtung (64)^ eine an den Steueranschluß des Leistungsschaltelements (45) angeschlossene Vorspannungsversorgung (48), eine Blockierungseinrichtung (50/51) für die Spannungsquelle, die an den Eingangsanschluß (49) des Leistungsschaltelementes (45) angeschlossen ist, und eine Signalquelle (52), deren Steuereingangsanschluli (56) an die Steuersignalquclle (20), und deren Ausgangsanschluß (55) an den Ausgangsanschluß des Leistungsschaltelementes (45) und an die Konstantstromeinrichtung (53) angeschlossen ist.

2. Elektrochirurgisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsstufen derart betrieben werden, daß voneinander getrennte Gruppen voneinander getrennter Energieimpulse erzeugt werden, wobei die Gruppen der Energiestöße von einander mindestens 1000 bis 10 000 Mikrosekunden zeitmäßig getrennt sind, um einen breiten Gerinnungsbereich zu erhalten.

3 Elektrochirurgisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen der Energiestöße nicht weniger als ungefähr 6000 Mikrosekunden zeitlich voneinander getrennt erzeugt werden.

4. Elektrochirurgisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungsquelle von einem Ferroresonanztransformator (12) gebildet ist.

5. Elektrochirurgisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromeinrichtung (53) von einem Transistor gebildet wird, dessen Kollektoranschluß (60) mit dem Ausgangsanschluß (46) des Schaltelementes (45) verbunden ist, dessen Emitteranschluß (61) über einen Widerstand (62) geerdet ist, und dessen Basisanschluß (63) mit einer Steiierspannungsquelle verbunden ist, wodurch der Stromfluß durch den Transistor durch Variieren der Steuerspannung einstellbar ist.

6. EleKtrochirurgisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Eingangsanschluß des Schaltelementes (45) durch die Spannungsquelle (26) gelegte Spannung auf einem höheren Pegel als die an den Steueranschluß (47) des Schaltelementes durch die Vorspannungsversorgung (48) gelegte Spannung gehalten wird.