DE3206947A1

DE3206947A1 - Neutrale elektrode fuer die hochfrequenz-chirurgie

Info

Publication number: DE3206947A1
Application number: DE19823206947
Authority: DE
Inventors: G. 7400 Tübingen Farin; K. 7306 Denkendorf Fischer; P. 7400 Tübingen Pütz
Original assignee: Erbe Elecktromedizin GmbH
Current assignee: Erbe Elecktromedizin GmbH
Priority date: 1982-02-26
Filing date: 1982-02-26
Publication date: 1983-09-15
Also published as: DE8205363U1

Description

Neutrale Elektrode für die Hocnfrequenz-Chirurgie
Die Erfindung betrifft eine neutrale Elektrode für die Hochfrequenz-Chirurgie zur Ableitung des hochfrequenten Chirurgiestroms von einem Patienten mit einem möglichst geringen Ubergangswiderstand entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Neutrale Elektroden dienen in der Hochfrequenz-Chirurgie zur Rückleitung des hochfrequenten elektrischen Stroms vom Patienten zum Hochfrequenz-Chirurgiegerät. Dabei ist es wichtig, daß die neutrale Elektrode möglichst großflächig und zuverlässig auf der Haut des Patienten appliziert ist, damit die Stromdichte der effektiven Kontaktfläche zwischen der Haut des Patienten und der neutralen Elektrode möglichst klein ist. In der Praxis kann es vorkommen, daß die neutrale Elektrode nicht ganzflächig auf der Haut des Patienten appliziert wird, oder daß sich ein Teil der Kontaktfläche von der Haut des Patienten löst, so daß die effektive Kontaktfläche zu klein wird, um den hochfrequenten elektrischen Strom gefahrlos vom Patienten abzuleiten. Aufgrund von Sicherheitsvorschriften vorgesehene Sicherheitsschaltungen überwachen zwar die elektrische Verbindung zwischen dem Hochfrequenz-Chirurgiegerät und der neutralen Elektrode, aber nicht die Applikation der neutralen Elektrode am Patienten.
Um Schwierigkeiten dieser Art zu vermeiden, ist es seit langem bekannt (DE-Patentanmeldung E 3551 vom 21.8.1952), einen Kontrollstromkreis vorzusehen, der durch die Applikation der beiden Elektroden-Teilflächen und durch den Leitwert des Patienten geschlos sen wird, so daß die richtige Anbringung und der richtige Anschluß der neutralen Elektrode durch eine Widerstandsmessung überprüft und angezeigt werden kann. Der Kontrollstrom wird durch geeignete Dimensionierung der Schaltung auf so kleine Werte begrenzt, daß er nicht mehr als etwa 1 mA beträgt, so daß er unterhalb der Reizschwelle liegt.
Die Anzeigevorrichtung kann dabei so geschaltet werden, daß sie nicht nur eine Stromunterbrechung,.also einen zu großen Übergangswiderstand anzeigt, sondern auch einen unmittelbaren Kurzschluß zwischen den beiden Elektroden-Teilflächen. Die Anzeige des richtigen Elektrodenanschlusses erfolgt mit Hilfe eines Meßinstruments oder durch optische oder akustische Signale. Ferner kann mit Hilfe einer Relaisanordnung eine selbsttätige Abschaltung des Hochfrequenzgenerators bei nicht richtigem Elektrodenanschluß vorgesehen werden.
Falls zur Stromrückleitung kapazitiv wirkende, oberflächlich isolierte neutrale Elektroden verwendet werden, beispielsweise Gummielektroden mit eingebetteten metallischen Leitern, kann der Kontrollstromkreis mit niederfrequentem oder hochfrequentem Wechselstrom betrieben werden, um die kapazitive Kopplung des Patienten mit den beiden Elektroden-Teilflächen zu messen. In den letzten Jahrzehnten wurden ferner eine Reihe von Verbesserungsvorschlägen bekannt (DE-AS 11 39 927 und US-PS 42 00 104), die auf dem eingangs genannten Meßprinzip beruhen.
In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß trotz der Verwendung eines derartigen Kontrollkreises zur Überwachung der elektrisch leitenden Verbindung/em Patienten verhältnismäßig häufig Verbrennungen auftreten.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine neutrale Elektrode der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß Verbrennungen durch eine genauere Erfassung des effektiven Übergangswiderstands zwischen den applizierten Elektroden-Teilflächen mit möglichst weitgehender Sicherheit vermieden werden können.
Diese Aufgabe wird bei einer neutralen Elektrode der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß zur Lösung der gestellten Aufgabe zwei Probleme zu berücksichtigen sind. Das eine besteht darin, daß die größte relative Stromdichte des niederfrequenten Kontrollstroms zwischen den angrenzenden Innenkanten der beiden am Patienten applizierten Elektroden-Teilflächen auftritt.
Von diesem Bereich der höchsten relativen Stromdichte nimmt die Stromdichte im Gewebe zu den Außenkanten der beiden Elektroden-Teilflächen stark ab. Diese Funktion soll in Verbindung mit Fig. 1 erläutert werden, in der eine bekannten Vorschlägen entsprechende neutrale Elektrode mit zwei gleich ausgebildeten Teilflächen 1,2 dargestellt ist, die nebeneinander auf der Haut 3 des Patienten 4 angeordnet sind. Die relative Stromdichteverteilung über beide symmetrisch zur Mittellinie 5 auf der Haut 3 des Patienten 4 applizierten Teilflächen 1,2 ist durch die Anzahl von Stromlinien 6 durch das Gewebe 7 des Patienten angedeutet. Die Stromdichteverteilung ist insofern inhomogen, als sie von den Innenkanten 8 oder 9 zu den Außenkanten 10 bzw. 11 hin schnell abnimmt. Die Inhomogenität der Stromdichteverteilung über beide Teilflächen ist in erster Näherung proportional dem Quotienten aus dem Abstand der beiden Außenkanten 10 und 11 zueinander dividiert durch den Abstand der beiden Innenkanten 8 und 9 zueinander. Dieser Quotient ist gleich 1, wenn der Abstand der beiden Innenkanten 8 und 9 zueinander gleich groß wird, wie der Abstand der beiden Außenkanten 10 und 11 zueinander. Dies könnte beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die beiden Teilflächen in einem möglichst großen Abstand voneinander angeordnet werden. Werden die Teilflächen von den Außenkanten 10 und/oder 11 her von der Haut des Patienten abgehoben, so ändert sich der gesamte Übergangswiderstand, der zwischen den Kontakten 12 und 13 gemessen wird wesentlich weniger als wenn die beiden Teilflächen an den Innenkanten 8 und/oder 9 von der Haut des Patienten abgehoben werden würden. Da ferner die neutrale Elektrode bevorzugt am Oberarm oder am Oberschenkel des des Patienten appliziert wird, ist die Wahrscheinlichkeit, daß sich die Teilflächen 1 und/oder 2 von den Außenkanten 10 bzw. 11 her von der Haut des Patienten ablösen, viel größer, als es von den Innenkanten 8 bzw. 9 her der Fall ist. Ferner hat die relativ geringe Widerstandsänderung beim Ablösen der Teilflächen von den Außenkanten her zur Folge, daß die Definition der oberen Impedanzgrenze insofern erschwert wird, als sich die restliche Effektive Kontaktfläche überproportional zur Impedanzänderung ändern kann.
Das andere zu berücksichtigende, besonders wichtige Problem ist darin zu sehen, daß die Widerstände der verschiedenen Gewebe der Patienten individuell große Toleranzen aufweisen, was insbesondere für die Haut und die Fettschichten unter der Haut zutrifft.
Diese individuellen Unterschiede in den elektrischen Widerständen der Gewebe der Patienten erschweren die Definition insbesondere des oberen kritischen Widerstandswerts, welcher der restlichen effektiven Kontaktfläche zwischen der neutralen Elektrode und der Haut des Patienten entspricht, die gerade noch ausreichend sicher ist. Während bei Patienten mit trockener Haut und dickem Unterhautfettgewebe der obere kritische Widerstandswert bereits vorhanden ist, wenn die beiden Teilflächen 1 und 2 der in Fig. 1 dargestellten bekannten neutralen Elektrode ganzflächig auf der Haut des Patienten kontaktiert sind, wird der gleiche Widerstandswert bei Patienten mit feuchter Haut und dünnem Unterhautfettgewebe erst erreicht, wenn bereits über 70% der beiden Teilflächen von der Haut des Patienten abgelöst sind. In diesem Fall besteht die Gefahr einer Verbrennung infolge der hohen Stromdichte des hochfrequenten Chirurgiestroms an der restlichen effektiven Kontaktfläche, weil die Wärmebildung im Gewebe mit dem Quadrat der Stromdichte wächst.
Die grafische Darstellung in Fig. 2 dient zur Erläuterung dieses Sachverhalts. In Fig. 2 ist die Änderung des elektrischen Widerstands R als Funktion der effektiven Kontaktfläche dl dargestellt, wenn die Teilflächen 1 bzw. 2 der Elektrode in Fig. 1 von den Außenkanten 10 bzw. 11 her abgelöst werden. Der Widerstand R steigt relativ langsam an, wenn die Teilflächen von den Außenkanten her abgelöst werden. Je weiter die Teilflächen 1 oder 2 zu den Innenkanten 8 bzw. 9 hin abgelöst sind, desto stärker steigt der Widerstand R. Die Kurve A zeigt den elektrischen Widerstand bei Patienten mit elektrisch gut leitfähiger Haut und wenig Unterhautfettgewebe. Die Kurve D zeigt den elektrischen Widerstand bei Patienten mit trockener, elektrisch wenig leitfähiger Haut und viel Unterhautfettgewebe.
Wird der obere kritische Widerstand, oberhalb welchem das Hochfrequenz-Chirurgiegerät ein Warnsignal erzeugt und/oder den hochfrequenten Chirurgiestrom unterbricht, auf das Niveau a eingestellt, so wäre diese Einstellung für Patienten mit der~Widerstandscharakteristik A ideal, während bei Patienten mit der Widerstandscharakteristik D jedoch das kritische Widerstandsniveau stets überschritten wäre.
Wird der obere kritische Widerstand auf das Niveau b eingestellt, so wäre diese Einstellung für'Patienten mit der Widerstandscharakteristik D ideal. Bei Patienten mit der Widerstands charakteristik A könnte jedoch über 70% der Kontaktfläche von der Haut dieses Patienten abgelöst werden, bevor der kritische Widerstand überschritten wird, so daß die effektive Restfläche sehr klein wird.
Anhand der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung näher erläutert werden, bei dem die oben beschriebenen Problemeberücksichtigt sind. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bekannten, am Patienten applizierten neutralen Elektrode mit zwei Teilflächen; Fig. 2 eine grafische Darstellung der Änderung des elektrischen Widerstands R in Abhängigkeit von der effektiven Kontaktfläche der Teilflächen der neutralen Elektrode in Fig. 1; Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer neutralen Elektrode gemäß der Erfindung; und Fig. 4 eine schematische Schnittansicht der in Fig. 3 dargestellten, an einem Patienten applizierten Elektrode.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist auf einer flexiblen Trägerplatte 20 aus elektrisch isolierendem Kunststoff eine zentrale, relativ großflächige Metallfolie 21 angeordnet, um die eine relativ schmale streifenförmige Metallfolie 22 ringförmig angeordnet ist. Auf der zentralen Metallfolie 21 wird durch die Oberfläche einer flexiblen Schicht aus offenporigem Schaumstoff, Textilgewebe, Fließpapier oder dergleichen Materialschicht, die mit elektrisch gut leitfähigem Gelee getränkt ist, eine zentrale, großflächige Hauptelektroi 23 gebildet. Durch die Verwendung von elektrisch gut leitfähigem Gelee wird insbesondere der Übergangswiderstand von trockener Haut verringert. Die durch die Oberfläche dieser Materialschicht gebildete Kontakt fläche ist die eigentliche neutrale Elektrode, welche den hochfrequenten elektrischen Chirurgiestrom vom Patienten ableitet.
Auf der äusseren Metallfolie 22 ist eine flexible Schicht 24 aus geschlossenporigem Schaumstoff angeordnet, die elektrisch isolierend wirkt. Diese Schicht ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit 10 kleinen Löchern zur Bildung von Kontaktstellen 25'versehen, die über der Mitte der Metallfolie 22 angeordnet und in gleichmäßigen Abständen entlang der Umfangsrichtung ausgebildet sind. Die kleinen Löcher können entweder mit elektrisch leitfähigem Gelee gefüllt sein oder durch ein in Verbindung mit der Hauptelektrode 23 beschriebenes, mit diesem Gelee getränktes Material gebildet sein. Dieses Gelee besitzt vorzugsweise einen hohen/SeleeÄtfriSscc#nn Widerstand im Vergleich zu dem für die die Hauptelektrode 23 verwendeten Gelee, so daß der gesamte Übergangswiderstand vorherrschend durch den Übergangswiderstand der Kontaktstellen 25' gebildet wird. Die Metallfolien 21, 22 sind zur Messung des Übergangswiderstands an Anschlußleitungen 27, 28 eines Kabels 29 angeschlossen. Durch relativ hohe Kontaktwiderstände zwischen der Haut des Patienten und den Kontaktstellen der/asz Kontrollelektrode dienenden ringförmigen Elektroden-Teilfläche im Vergleich zu dem Widerstand des Gewebes des Patienten wird erreicht, daß dessen Toleranzen im Verhältnis zum Gesamtwiderstand, der zwischen den Anschlußleitungen 27, 28 gemessen wird, möglichst vernachlässigt werden können. Vorzugsweise besitzen die die Kontaktstellen 25' begrenzenden Löcher einen Durchmesser von etwa4 mm, und der Widerstand der Kontaktstellen 25'beträgt etwa 10 kOhm pro Kontaktfläche, damit die indiaduellen Toleranzen der elektrischen Widerstände der Haut und der Unterhautgewebeschichten im Verhältnis zu dem hohen Übergangswiderstand der Kontaktstellen 25'vernachlässigbar werden, weil diese Widerstände in Reihe geschaltet und der Gesamtwiderstand gleich der Summe aller Teilwiderstände ist.
Mit Ausnahme der die Kontaktfläche der äusseren Kontrollelektrode 25 bildenden Kontaktstellen 25 ist die flexible Schicht 24 ganzflächig mit einer hautverträglichen Klebstoffschicht 26 versehen, mit der die neutrale Elektrode auf der Haut des Patienten appliziert werden kann.
Die Anschlußleitung 27 führt den hochfrequenten Chirurgiestrom vom Patienten ab. Der niederfrequente Kontrollstrom fließt über die Anschlußleitung 27 und die großflächige Hauptelektrode 23 in den Patienten hinein und über die relativ kleinflächigen Kontaktstellen 25'und die Anschlußleitung 28 wieder zum Hochfrequenz-Chirurgiegerät zurück.
Fig. 4 zeigt den Verlauf der Stromlinien 36 des niederfrequenten Kontrollstroms INF durch das Gewebe 27 des Patienten von den Kontaktstellen 25'zu der großflächigen Hauptelektrie 23, deren Ober fläche um ein Vielfaches größer als die elektrisch leitende Kontaktfläche der Kontaktstellen 25'der äusseren Kontrollelektrode 25 ist. Zum Zwecke der Vereinfachung der Darstellung sind die Stromlinien 36 weitgehend geradlinig durch das Gewebe 27 dargestellt, weil es dabei nur auf die Stromdichteverteilung direkt an den Kontaktflächen ankommt. Aus dieser Figur ist deutlich erkennbar, daß die höchste Stromdichte des Kontrollstroms bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel einer neutralen Elektrode gemäß der Erfindung entlang den Außenkanten vorhanden ist, so daß ein Abheben des äußeren Rands der neutralen Elektrode und damit einer oder mehrerer der kleinen Kontaktstellen 25'sofort eine deutliche Änderung der Intensität des Kontrollstroms bzw der Impedanz zwischen der Hauptelektrie 23 und der durch die Kontaktstellen 25'gebildeten Kontaktfläche verursachen.
Durch einen Vergleich mit der in Fig. 1 dargestellten bekannten neutralen Elektrode, bei der die höchste Stromdichte im Bereich der Mittellinie 5 zwischen den Innenkanten 8,9 auftritt, ist deshalb auch ersichtlich, daß eine genauere Erfassung des effektiven Übergangswiderstands zwischen den applizierten Elektroden-Teilflächen der neutralen Elektrode des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 3 erzielt werden kann, und daß gleichzeitig durch den hohen Kontaktwiderstand der durch die Kontaktstellen 25'gebildeten, relativ kleinen Kontaktfläche Schwierigkeiten vermieden werden können, die sich sonst aufgrund der Toleranzen des Widerstands des Gewebes der Patienten ergeben können.

Claims

Patentansprüche Neutrale Elektrode für die Hochfrequenz-Chirurgie zur Ableitung des hochfrequenten Chirurgiestroms von einem Patienten mit einem möglichst geringen Ubergangswiderstand, bestehend aus einer ersten und einer zweiten Elektroden-Teilfläche, die elektrisch voneinander isoliert sind, um mit einer Kontrollschaltung eine Überwachung der elektrisch leitenden Verbindung mit dem Patienten durch einen niederfrequenten Kontrollstrom zu ermöglichen, der von der Kontaktfläche der einen Elektroden-Teilfläche durch die Haut des Patienten zu der Kontaktfläche der anderen Elektroden-Teilfläche fließt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß nur die erste Elektroden-Teilfläche als Hauptelektrode (23) zur Ableitung des hochfrequenten Chirurgiestroms vorgesehen und von einer nur als Kontrollelektrode (25) vorgesehenen zweiten Elektroden-Teilfläche umgeben ist, deren Ubergangswiderstand zur Haut des Patienten weitgehend größer als derjenige der Hauptelektrode (23) ist.
2. Neutrale Elektrode nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Kontrollelektrode (25) ringformig ausgebildet ist.
3. Neutrale Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kontaktfläche der Kontrollelektrode (25) klein im Vergleich zu ihrer im übrigen elektrisch nicht leitenden restlichen Oberfläche ist.
4. Neutrale Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kontaktfläche der Kontrollelektrode (25) durch einen in deren Umfangsrichtung verlaufenden Kontaktstreifen von etwa 3 mm Breite gebildet ist, der einen Übergangswiderstand von mindestens 500 Ohm hat.
5. Neutrale Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kontaktfläche der Kontrollelektrode (25) durch in deren Umfangsrichtung angeordnete, parallel geschaltete Kontaktstellen (25') gebildet ist.
6. Neutrale Elektrode nach Anspruch 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß Kontaktstellen (25') mit einem Durchmesser vo etwa 4 mm vorgesehen sind.
7. Neutrale Elektrode nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kontaktstellen (25') mit in Umfangsrichtung gleichförmigen Abständen angeordnet sind.
8. Neutrale Elektrode nach Anspruch 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß 10 Kontaktstellen (25') vorgesehen sind.
9. Neutrale Elektrode nach einem der Ansprüche 5 - 8, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Übergangswiderstand jeder Kontaktstelle (25') etwa 10 kOhm beträgt.
10. Neutrale Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kontaktfläche der Hauptelektrode (23) und diejenige der Kontrollelektrode (25) durch mit Leitgelee getränkte Materialschichten gebildet sind, und daß das Leitgelee der Hauptelektrode (23) eine hohe spezifische elektrische Leitfähigkeit und das Leitgelee der Kontrollelektrode eine geringe spezifische elektrische Leitfähigkeit hat.
11. Neutrale Elektrode nach einem der Ansprüche 3 - 10, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die elektrisch nicht leitende restliche Oberfläche der Kontrollelektrode (25) mit einer hautverträglichen Klebstoffschicht (26) versehen ist.