DE3342722A1

DE3342722A1 - Elektrochirurgiegeraet mit rechteckimpulsgenerator

Info

Publication number: DE3342722A1
Application number: DE19833342722
Authority: DE
Inventors: Claude Chatillon sous Bagneux Daguillon
Original assignee: LOMBARDI GEB COURTOIS MICHELE
Current assignee: LOMBARDI GEB COURTOIS MICHELE
Priority date: 1982-11-25
Filing date: 1983-11-25
Publication date: 1984-05-30
Also published as: GB2133290B; GB2133290A; FR2536924B1; GB8329351D0; FR2536924A1

Description

3765

Michele Lombardi, 92210 Saint Cloud (Frankreich)

Elektrochirurgiegerät mit Rechteckimpulsgenerator

Die Erfindung betrifft ein Elektrochirurgiegerät mit einem Rechteckimpulsgenerator und bezieht sich dabei im besonderen auf die Wellenform des für die Gewebesektion verwendeten Signals.

Gegenwärtige Elektrochirurgiegeräte verwenden für die Sektion Ströme hoher Frequenz in der Größenordnung von mehreren hundert Kilohertz bis zu einigen Megahertz (z.B. zwischen 250 kHz und 2 MHz). Es handelt sich dabei im allgemeinen bei der Sektion um eine reine Wellenform, während für die Koagulation oder eine gemischte Arbeitsweise eine modulierte Welle, beispielsweise mit einem Modulationsgrad von 80 bis 100 % und einer Signalfrequenz in der Größenordnung von 10 bis zu einigen 10 kHz Verwendung findet.

nie Wellenform der Modulationssiqnale wird empirisch ermittelt und variiert von Gerät zu Gerät von einer Rechteckwellenform über eine Sinuswelle bis zu einer Dreieckwellenform oder dergl. mehr. Diese Signale, selbst im Falle eines Rechteckwellensignals, weisen keine steilen Flanken auf, indem die verwendeten Schaltkreise keine genügend
hohen Frequenzen übertragen.

Die in der reinen Welle auftretende Leistung ist steuerbar zwischen 0 und 200 Watt bei Geräten kleiner Leistung,

zwischen O und 300 Watt bei Geräten mittlerer Leistung und zwischen 0 und 400 Watt bei solchen hoher Leistung. Mit so hoher Leistung tritt bei der Sektion häufig eine Zone brandigen Gewebes an der Angriffstelle der Elektrode und weiter innen liegend eine Zone mit mehr oder weniger verbranntem Gewebe auf. Aus diesem Grunde werden Elektrochirurgiegeräte in der Praxis zumeist nur für die Koagulation verwendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Mangel abzustellen und zu einem sauberen Schnitt zu verhelfen, wie er in der Mikrochirurgie mit Hilfe eines Laserstrahls erhalten wird. Diese Aufgabe ist durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 1 gelöst.

Des weiteren hat die Erfindung einen Rechteckimpulsgenerator zum Gegenstand, mit dem die betreffenden Rechteckimpulse mit sehr steilen Flanken erhalten werden.

Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung. So kann die Steuerung der von dem Generator gelieferten Leistung durch Modulation der Impulsbreite mittels einer Taktimpulse einer gleichbleibenden Frequenz von einigen 10 MHz* zählenden und durch eine numerische Information programmierbaren Zählanordnung erfolgen. Besonders vorteilhaft ist es dabei wiederum, diese numerische Information über einen Speicher mit periodischem Umlauf von einem Mikroprozessor zu beziehen, wobei der Speicher zweckmäßigerweise aus Schieberegistern (FIFO-Registern) aufgebaut ist.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Be-

*Wenn hier von "einigen 10 MHz", "mehreren hundert kHz" und derql. die Rede ist, so bedeutet dies beispielsweise 30 MHz bzw. 800 kHz.

Schreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung hervor.

Die einzige Figur dieser Zeichnung zeigt einen Rechteckimpulsgenerator, wobei die Rechteckimpulse sehr steile Flanken aufweisen und in der Impulsbreite moduliert sind.

Die betreffende Anordnung enthält einen (nicht dargestellten) Mikroprozessor, der Informationswörter an einen periodisch arbeitenden UmlaufSpeicherschaltkreis (circuit oeriodique de stockage et de recyclage) aus den Organen 10 liefert, einen Modulator aus den Organen 20 - 22, einen Quarzoszillator 3 als Taktgenerator, einen Frequenzteiler aus den Organen 40 und 41, einen Leistungsverstärker mit zwei Feldeffekt-Transistoren 50 und 51 mit einem vorausgehenden Steuerschaltkreis mit drei Feldeffekt-Transistoren 60, 61 und 62·sowie einen Ausgangstransformator 7, dessen Ausgangsklemmen 70 und 71 mit dem Sektions- bzw. Koagulationswerkzeug verbunden sind.

Der Oszillator 3 liefert, beispielsweise in Gestalt eines Rechteckwellensignals mit einer Amplitude von 5 V, eine Taktfrequenz C von beisoielsweise 56 MHz, welche der Frequenzteiler 40-41 durch 64 dividiert, um eine Frequenz ^von 875 kHz zu erhalten. Diese letztere wird auf zwei orogrammierbare Zählstufen 20 und 21 sowie die Ausganqskiposchaltung 22 des Modulators geqeben. Mit jeder Periode der Grundfrequenz A von beisoielsweise 875 kHz beginnt die Zählanordnung 20-21 die Taktimpulse von beispielsweise 56 MHz ab Anfang der Periode zu zählen, um einen Impuls auf die AusgangskiDDSchaltung 22 zu geben, sobald der maximale Zählwert erreicht ist, welcher durch die am Ausganq des Organs 11 erscheinenden D Bits zwischen 0 und einem Wert B von, in dem beschriebenen Beispiel, 32 programmierbar ist (in dem beschriebenen Beisoiel mit B = 32 ist D = 5).

BAD ORIGINAL

Damit erscheint am Ausgang des Modulators ein Rechtecksignal, dessen Impulsbreite von Periode zu Periode in Abhängigkeit von dem oben erwähnten, aus 5 Bits bestehenden Wort in Schritten von 1/B = 1/32 zwischen 0 und 570 ns variieren kann.

Dieses Wort entstammt zwei Schieberegistern 10 und 11 mit einem Inhalt von 16 Wörtern zu je 5 Bits, die in einer der folgenden drei Arten betrieben werden: 10

- in einem Einspeicherungsmodus, in welchem die zur Bestimmung einer vollen Modulationsfolge erforderlichen Befehlswörter (maximal 32), welche der Mikroprozessor in Abhängigkeit von dem verwendeten Programm liefert, in die Anordnung 10-11 eingespeichert werden,

- in einem Schleifenmodus, "bei dem diese Wörter "beständig in den "beiden Registern· mit der Frequenz A umlaufen, um aufeinanderfolgende vollständige Polgen zu bilden, und

- in einem Durchlaßmodus, wo alles abläuft, als ob das Wort 31 dauernd an dem Modulator anliegen würde, dergestalt, daß der Modulator unmodulierte Rechteckimpulssignale mit der Grundfrequenz liefert.

Der jeweilige Modus wird durch den Schnittstellenschaltkreis mit den Schieberegistern 12 - 14 bestimmt, der ein Befehlswort aus dem Mikroorozessor empfängt. Der tatsächliche Aufbau der betreffenden Anordnung zur Einspeicherung und sequentiellen Wiedergabe der Befehlsinformation für die Impulsbreitenmodulation aus dem Mikroorozessor braucht hier nicht im einzelnen beschrieben zu werden. Für den Fachmann liegen verschiedene Varianten dieser Anordnung auf der Hand; diejenige unter Verwendung von Schieberegistern ist indessen besonders einfach.

Die Verwendung von Schieberegistern oder ähnlichen Organen erlaubt die Gewinnung von so verschiedenen und komplexen Modulationsfolgen wie dies nur erwünscht sein mag, unter Einbeziehung einer beliebigen Anzahl von Perioden der Grundfrequenz A und ggf. auch eine Variation der Breite der Rechteckimpulse von Impuls zu Impuls.

Da der verwendete Mikroprozessor in der Praxis CMOS-Bauelemente aufweisen wird, die u.a. den Vorteil haben, daß sie wenig empfindlich für ein Rauschen aus dem Leistungsverstärker sind, werden die Wörter nicht mit einem Rhythmus von mehr als 200 kHz modifiziert werden können. Das bedeutet, daß die Modulationsgeschwindigkeit in Abwesenheit von Umlaufspeichermitteln verhältnismäßig gering sein wird. Es sei i.ü. darauf hingewiesen, daß die Verwendung einer solchen Anordnung die Programmierung wesentlich erleichtert und die Verwendung des Mikroprozessors während der Modulation auch noch für andere'Zwecke erlaubt, wie z.B. die Sicherung und die Steuerung der Leistung.

Die unmodulierten Rechtecksignale finden im allgemeinen zur Sektion Verwendung. Für eine gemischte Arbeitsweise benutzt man beispielsweise eine Folge von 8 Rechteckimpulsen nit einer Breite von 570 ns, gefolgt von 8 Rechteckimoulsen der Breite 0 oder einer solchen von weniger als 570 ns, und für die Koagulation eine Folge von 16 Rechteckimpulsen einer Breite von 570 ns gefolgt von 16 Rechteckimpulsen der Breite 0 oder einer solchen von weniger als 570 ns. Diese Beispiele von Modulationsfolgen sind natürlich keineswegs erschöpfend, da die beschriebene Anordnung auch den Erhalt beliebiger anderer Modulationsfolgen zuläßt.

BAD ORIGINAL

Die Transistoren 60, 61 und 62 sowie 50 und 51 sind vorteilhafterweise VMOS-Transistoren. Sie arbeiten als Unterbrecher und nicht im Α-Betrieb, wodurch die Flankensteilheit in den modulierten Signalen weitgehend erhalten bleibt.

In der Praxis, wenn die aus der Kippschaltung 22 stammenden Signale mit 875 kHz beispielsweise eine Anstiegszeit in der Vorderflanke in der Größenordnung von 10 ns haben, weisen die verstärkten Signale eine solche in der Größenordnung von 20 ns auf. Die Erfahrung zeigt, daß derartige Signale für die Elektrochirurgie besonders geeignet sind.

Oer Steuerschaltkreis 60-61-62 ist von an sich bekannter Art. Die Reihenschaltung eines Widerstandes 620, einer Induktanz 621 und einer Diode 622 gewährleistet die rasche Ansteuerung der Gateelektrode des Transistors 62 durch Ableitung des an die Gateelektrode des Transistors 60 angeleqten Signals. Der Transistor 62 verhilft zur Entladung der Kapazität der Gateelektrode des VMOS-Leistungstransistors 50.

In dem Leistungsverstärker 50-51 bewirkt der Transistor 51 eine Entkoppelunq und erleichtert die Ansteuerung der Gateelektrode des Transistors 50.

Die Anordnung aus der Diode 72 in Reihe mit der Parallelschaltung aus der Kapazität 73 und dem Widerstand 74 über dem Eingang des Ausqangstransformators 7 erfüllt in an sich bekannter Weise eine Schutzfunktion, indem sie während derjenigen Zeiträume, in denen die Transistoren gesperrt sind, die während der übrigen Zeiten gespeicherte Energie an die Primärwicklung abgibt.

Es versteht sich von selbst, daß im Rahmen der Erfindung mancherlei Abwandlungen geqenüber dem vorausgehend beschriebenen Schaltungsbeispiel möglich sind.

Claims

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Patentansprüche:

' 1. Elektrochirurgiegerät mit einem Rechteckimpulsgenerator, dadurch gekennzeichnet , daß die dem Rechteckimoulsgenerator entstammenden Rechteckimpulse eine Anstiegszeit von weniger als einigen 10 Nanosekunden aufweisen.
2. Elektrochirurgiegerät nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet , daß es einen Taktfrequenzgenerator (3) für eine Taktfrequenz von mehreren 10 MHz, einen ein Rechteckwellensiqnal mit einer Grundfrequenz von einem Bruchteil der Taktfrequenz in der Größenordnung von mehreren 100 kHz erzeugenden Frequenzteiler (40-41), vom Beginn einer jeden Grundfrequenzoeriode weg eine durch eine numerische Information orogrammierte variable Anzahl von Perioden der Taktfrequenz zählende Zählmittel (20-21) sowie eine Einrichtung (22) zur Erzeuqunq von Rechteckimpulsen aufweist, deren Länge in einer jeden Grundfrequenzoeriode sich durch die Dauer des Zählvorqanges bestimmt.
3. Elektrochirurgiegerät nach Anspruch 2, dadurch g e kennzeichnet , daß die numerische Information über eine Umlaufsoeicheranordnunq (10-14) für eine Folge von Binärwörtern von einem Mikroprozessor bezogen wird.
4. Elektrochirurgieqerät nach Anspruch 3, dadurch g e kennzeichnet , daß die Umlaufspeicheranordnung aus Schieberegistern (10 - 14) aufgebaut und entsorechend ansteuerbar ist, "um entweder die Einspeicherunq der betreffenden Wortfolge oder den Umlauf der Wortfolge in der UmlaufSDeicheranordnung oder die permanente Erzeugung desjenigen Wortes zu bewirken, welches der Maximallänge der

— 2 —

BAD ORlfilNÄ!

Rechteckimpulse entspricht.
5. Elektrochirurgiegerat nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktfrequenz 56 MHz und die Grundfrequenz 875 kHz beträgt.
6. Elektrochirurgiegerat nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Leistungsverstärker für die Rechteckimpulse mit zwei Feldeffekt-Transistoren (50, 51) aufweist.