DE2724558A1

DE2724558A1 - Schaltung eines thermistors und verwendung eines thermistors mit einer derartigen schaltung fuer chirurgische zwecke

Info

Publication number: DE2724558A1
Application number: DE19772724558
Authority: DE
Inventors: Gerhard Funk; Uwe Dr Papendick; Hans-Dietrich Dr Renovanz; Eberhard Weller
Original assignee: Dr Karl Thomae GmbH
Current assignee: Futronic GmbH
Priority date: 1977-05-31
Filing date: 1977-05-31
Publication date: 1978-12-14
Also published as: AT361105B; DE2724558B2; US4182183A; DE2724558C3; JPS53148685A; SE7806285L; IT7849607A0; GB1591153A; BE867641A; CH632660A5; IT1105302B; FR2393363A1; ATA368078A; FR2393363B1; NL7805905A; ES470273A1; JPS5751712B2

Description

Die Frfindung betrifft eine besondere Schaltung für einen Thermistor und die Verwendung eines Thermistors, der mit einer derartigen Schaltung ausgerüstet ist, in der Chirurgie, insbesondere in der Augenchirurgie.

Chirurgische Schneideelemente, bestehend aus einem besonders geformten Thermistor als Kern des Elements, sind bereits bekannt. Diese Schneideinstrumente, die gleichzeitig als Wärmefühler und als Heizelemente dienen, stehen mit einer Brückenschaltung in Verbindung (vg] . DT-OS 2 H?3 5^7). Die Brücko wird mit einer Wechselspannung von mindestens ?Λ V, effektiv, betrieben. Die Schaltung funktioniert wie folgt: eine Änderung der Betriebstemperatur ntn Schnoideinßtrument bedingt eine Vor-Mnderung der Brücke. Dies führt dazu, daß das Regeüsignal in der Diagonalen der Brücke sich entweder in oder außer Phase mit der zugeführten Wechselspannung befindet. Mit diesem Regelsignal wird über eine Thyristorschaltung - je nach dem Zustand der Brücke - die Leistung verändert. Das Instrument ist damit in der Lage, in kurzer Zeit die abgeführte Wärme relativ schnell nachzuliefern. Diese bekannte Schaltung zeigt jedoch zwei wesentliche Nachteile, die eine universelle Verwendung einer solchen Schaltung, insbesondere für präzis arbeitende chirurgische Instrumente, nicht gestatten:

Nach den gültigen VDE-Bestimmungen dürfen medizinische Geräte, die mit dem Körper des Patienten direkt in Berührung kommen, nicht mit einer Spannung betrieben werden, die höher als 2^l\ V ist. Bei der bekannten Vorrichtung beträgt die effektive Spannung (Veff) 2k V. Die Scheitelspannung ergibt sich dabei zu 67,68 V. Eine Senkung dieser Wechselspannung auf die zulässige Spannung von 8,5 V effektiv, entsprechend 2k V Spitze-Spitze, würde dazu führen, daß die erforderliche Leistung für das Schneideinstrument nicht mehr erbracht werden kann. Mit der vorbeschriebenen Schaltungsart ist es nicht möglich, eine den Sicherheitsanforderungen für medizinische Geräte entsprechende Anlage zu bauen.

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Unter den erwähnten Bedingungen und insbesondere unter zun.'itzi licher Betrachtung der großen passiven Wärmewiderstände des

; Schneideinstrumentes würde bei der verminderten Leistung die

' Nachregelzeit viel zu lang werden. Der mit der Schaltung pewollte Effekt der möglichsten Wärmekonstanz und der raschen Nachführung von Wärme wäre nicht mehr möglich. Dieses Schneideinstrument ist daher nur unter Bedingungen zu betreiben, die den Sicherheitsvorschriften für medizinische Geräte nicht mehr entsprechen.

Erfindungsgemäß lassen sich diese Nachteile - Betrieb mit einer \ bereits gefährlichen Wechselspannung und zu lange Nnchregelj zeiten - dadurch vermeiden, daß ein Thermistor (R_Th) zusammen !mit einem Strombegrenzungswiderstand (Kg)* einem Ergänzungswirlorstand (R,,) und einem Sollwertwiderstand (R„) in Form einer Wider-Standsbrücke miteinander verbunden sind, die eine Diagonale der I Widerstandsbrücke beidseitig mit einem Komparator (K) verknüpft !ist und der Ausgang des Komparators über ein R-C-Glied, bestehend jaus Widerstand (R) und Kondensator (C), und über einen Schaltj transistor (T₁) mit einem Brückenspeisungspunkt der anderen I Diagonalen der Widerstandsbrücke verbunden ist. Zum besseren Veriständnis des Wesens der Erfindung sei hier gleich auf die Zeichjnung, die die an sich sehr einfache Schaltung für den Betrieh j einer Thermistorpille betrifft, verwiesen.

I Der Thermistor (R_T_) (Heiz- und Meßelement) wird über einen !Transistor (T₁), welcher als Schalter geschaltet ist, an die Dej triebsspannung von maximal 2k V Gleichspannung gelegt. Durch den ι Thermistor fließt nun ein Strom

i j=u

^RTh^{+ R}B

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In der Gleichung ist:
= Thermistorwider!
= Strombegrenzungswiderstand.

R_Th = Thermistorwiderstand und

Der Thermistor ist in eine Brückenschaltung integriert. Eine Veränderung der Betriebstemperatur bedingt eine Spannung in der Diagonalen der Brücke und wird mit einem Sollwertsteller (S) durch den Komparator (K) verglichen. Der Ausgang des Komparators steuert über ein R-C-Glied (R = Widerstand, C = Kondensator) die Basis des Schalt-Transistors (T₁). Solange der Sollwert nicht erreicht ist, bleibt der "Schalter" (T₁) geschlossen, d. h. es fließt durch den Thermistor Strom und heizt diesen auf. Ist der Sollwert erreicht, so schaltet der Transistor (T.) den Strom J„_h ab. ,Durch dieses Abschalten des Transistors geht der Istwert am Komparator auf Null, der Transistor schaltet wieder ein. Dieser (Vorgang aber wird durch den Kondensator (C) verzögert, so daß ι hier ein Schwingverhalten eintritt. Die Schwingungsfrequenz wird !umso höher, je näher der Istwert beim Sollwert liegt. Der Vorjteil dieser Schaltung liegt darin, daß bei einer geringen Ab-Ikühlung des Thermistors die Energiezufuhr ebenfalls gering gehalten wird und so kein Oberschwingen der Solltemperatur stattfindet. Bei einer starken Abkühlung wird im selben Maß Energie zugeführt, so daß die Nachregelung sehr schnell erfolgt. Kommt ein sehr starker Wärmeeinbruch am Thermistor zustande, wird der Kondensator (C) voll aufgeladen. Bei Erreichen des Sollwertes !schaltet der Komparator ab, jedoch wird durch die vorhandene !Ladung des Kondensators (C) der "Schalter" (T₁) um die entjsprechende Zeit länger geschlossen gehalten. Letzteres tritt Inur ein, wenn zuvor ein relativ hoher Wärmeeinbruch stattgefunden hat. Es wird dann der Sollwert um einen definierten Betrag überschritten, der notwendig ist, um den zu erwartenden nächsten Wärmeeinbruch zu kompensieren. Durch das Einfügen der Kapazität (C) extrapoliert die Schaltung somit den aufgrund des vorhergegangenen Ereignisses zu erwartenden künftigen Wärmebedarf.

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Aufgrund der theoretischen Arbeiten von E. ANDRICH ("PTC-Thermistoren als selbstregelnde Heizelemente", Philips Technische Rundschau 30 (1969/70), I92-2OO) wire zu erwarten, daß die Rep.elleistungen nur bei gegen Null strebenden Massen genügend erreicht werden könnten. ANDRlCH folgert, daß "eine Aufheizung innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde sich am ganzen zu heizenden System nicht erreichen läßt, denn wir haben hier noch nicht die W.'irmewiderstände des Thermistors und der am Aufheizprozeß passiv beteiligten Materialien einschließlich ihrer Wärmekapazitäten berücksichtigt. Außerdem stehen meist nur begrenzte elektrische Anfangsleistungen zur Verfügung".

Bei der erfindungsgemäßen Schaltung jedoch haben Messungen r,o- :zeigt, daß die Aufheizzeiten im Millisekundenbereich liefen und die Regelzeiten nochmals erheblich kürzer sind, überraschend war, daß eine unter theoretischen Gesichtspunkten schon relativ p.roße Thermistorpille von circa 1 mm Durchmesser in weniger als "SOO Mikrosekunden nachgeregelt wird. Die gleichbleibende Wärmeabgabe eines Thermistorkauters wird durch sein Verhalten bei der Koagulation des Augenepithels bestätigt: Es gelingt ein gleichmäßiges j Entfernen des Epithels auch in langen, sehr feinen Linien, wozu ^!der Kauter bewegt werden muß. Dies iet bedingt durch die p;roP-o ;zur Verfügung stehende Leistung von P=U /R_7n ^{+ R}n» insbesondere ;bezogen auf das absolute Volumen der Thermistorpi1 To. Durch ,die bestehenden Sicherheitsbestimmungen sind maximal 2¹I V zulässig. Diese werden bei der erfindungsgemäßen Schaltung voll ¹ ausgenutzt.

Das eingangs erwähnte, bekannte chirurgische Schneideinstrument I (vgl. DT-OS 2 1*23 537) kann hingegen unter Beachtung dieser maximalen Spannung von 2¹» V z.B. nur folgende Leistung erbringen

P = 8,5 V²/O,2 Ka= 0,361 W

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Mit einer Leistung von 0,361 W ist das bekannte Schneidegerät nicht mehr ausreichend regelbar.

Die Sicherheit de3 erfindungsgemäßen Thermistorkauters wird viel ter dadurch erhöht, daß die extrem einfache Schaltung eine höhere Betriebssicherheit hat. An Patienten mit Herzschrittmachern wird die vorbekannte Schaltung nach den künftigen VDE-Bestimmuncen nicht mehr angewandt werden dürfen. Bei der erfindungsgemäßen Schaltung hingegen gibt e3 keine Einschränkungen.

Wie aus den obigen Ausführungen hervorgeht, eignet rieh ein mit einer derartigen Schaltung ausgerüsteter Thermistor in vorzüglicher Weise als Trennelement zur Durchführung chirurgischer Eingriffe, wobei die kugelförmige oder als SchneidflSche ausge- !bildete Thermistormasse sogar relativ groß sein kann, beispielsweise kann der Durchmesser einer Thermistorpille mehrere Milliimeter betragen. In der Augenchirurgie eignet sich der Thermistor 'vortrefflich als Kauter zur Koagulation des Augenepithels und zur Entfernung desselben, z.B. bei der Entfernung der Dendriten ,von Herpes simplex corneae.

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Claims

Dr. Karl Thomae GmbH Case 5/714 Dr.Bu/ro Schaltung eines Thermistors und Verwendung eines Thermistors mit einer derartigen Schaltung für chirurgische Zwecke Patentansprüche:

1. Thermistorschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Thermistor (RiTIi₁) zusammen mit einem Strombegrenzungswiderstand (R„), einem Ergänzungswiderstand (R_E) und einem Sollwertntellwiderstand (Rg) in Form einer Widerstandsbrücke miteinander verbunden sind, die eine Diagonale der Widerstandsbrücke mit einem Komparator (K) verknüpft ist und der Ausgang des Komparators über ein R-C-Glied, bestehend aus Widerstand (R) und Kondensator (C), und über einen Schalttran3istor (T^) mit einem Brückenspeisungspunkt der anderen Diagonalen der Widnrstandsbrücke verbunden ist.

2. Verwendung einee Thermistors als chirurgisches Schneid- und/ oder Koagulationselement, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermistor gemäß Anspruch 1 geschaltet ist.

j 3.) Chirurgisches Schneid- und/oder Koagulationsinstrument, enthaltend einen Thermistor als Schneid- und/oder Koagulationselement, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermistor gemäß Anspruch 1 geschaltet ist.

ORIGINAL INSPECTBD 809850/0078