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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer
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Hochfrequenzchirurgie-Koagulationsvorrichtung, bei dem die Ausgangsleistung
des Hochfrequenzgenerators auf einen bestimmten Wert voreingestellt wird.
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Die bipolare Koagulation ist ein bekanntes und vorteilhaftes Verfahren
zur Blutstillung in der Mikro- und Neurochrirugie mittels zweipolig ausgeführter
Spezialpinzetten und zur Gewebszerstörung mittels geeigneter und ebenfalls zweipolig
ausgeführter Koagulationsinstrumente.
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Aus Hochfrequenz-Generatoren bekannter Ausführung mit erdschlußfreiem
Ausgang wird dabei den voneinander isolierten Branchen der Koagulationsinstrumente
der Hochfrequenzstrom zugeführt und der Stromkreis über das zwischen die Spitzen
dieser Instrumente eingeklemmte Gewebe geschlossen. Bei genügend hohem Stromfluß
wird dann, bewirkt durch den Gewebewiderstand, die zur Koagulation notwendige Verlustwärme
gebildet. Hierbei kann die zur Koagulation benötigte Ausgangsleistung vor dem chirurgischen
Eingriff am Hochfrequenzgenerator auf einen vom Operateur gewünschten Wert eingestellt
werden.
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Der Vorteil der bipolaren Koagulation liegt darin, daß der die Koagulation
bewirkende Strom auf das zwischen den Spitzen der Koagulationsintrumente eingeklemmte
Gewebe beschränkt bleibt und daß daher angrenzende Blutgefäße, Nervenbahnen oder
andere Körperorgane nicht durch unkontrollierte Hitzebildung geschädigt werden können.
Die bipolare Koagulation ermöglicht so eine streng zu kontrollierende Eingrenzung
der Koagulationszone.
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Die bei bipolaren Koagulationen zur Anwendung kommenden Instrumente,
insbesondere die bipolaren Pinzetten für Mikrochirurgie, haben zum Fassen der sehr
feinen Blutgefäße zwangsläufig feine und scharf verlaufende Spitzen.
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Liegen zu hohe elektrische Spannungen an den scharfen Pinzettenspitzen
an, kann es zur Funkenbildung kommen, die dann einen Elektroschnitt verursacht.
Zur sicheren Vermeidung eines derartigen unbeabsichtigten und gefährlichen Schneideeffekts
müssen die Ausgangskreise der Hochfrequenzgeneratoren für bipolare Koagulation niederohmig
angepaßt sein. Hierbei ist von Vorteil, daß wegen des relativ geringen elektrischen
Widerstandes des zwischen den Instrumentenspitzen eingeklemmten Gewebes zur Koagulation
nur eine geringe, möglichst konstant gehaltene elektrische Ausgangsspannung mit
Werten zwischen 3 bis maximal 20 V erforderlich ist. Die Leistungscharakteristik
eines Hochfrequenzgenerators soll dabei möglichst einer Konstantspannungsfunktion
entsprechen. Die Ausgangsleistung ist hier bei geringen Belastungswiderständen relativ
hoch, während sie bei hohen Widerständen abnimmt.
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Der Verlauf des Gewebewiderstandes bei einer Koagulation läßt sich
zeitlich in zwei Phasen einteilen: ersten In der Phase nach dem Einschalten des
Hochfrequenzstromes sinkt der elektrische Gewebewiderstand schnell ab und geht gegen
0, weil Zellflüssigkeit und Blut Elektrolyte darstellen, die das Gewebe elektrisch
leitfähig machen und deren Leitfähigkeit bei Erwärmung steigt In der zweiten Phase
steigt der elektrische Gewebewiderstand wieder steil an, da das Gewebe nun durch#Austrocknung
der Zellflüssigkeit und des Blutes seine Leitfähigkeit verliert.
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Wegen der konstanten Ausgangsspannung kommt es also in der ersten
Phase des Koagulationsvorganges zu einem stoßartigen hohen Strom.
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Dieser Stromstoß verursacht an den Kontaktstellen zwischen Koagulationsinstrument
und Gewebe eine zu hohe und an sich für den Koagulationsvorgang nicht notwendige
Hitzebildung, die zu den folgenden. drei bekannten Nachteilen führt, die den unbestrittenen
Vorteilen der bipolaren Koagulationsmethode gegenüberstehen.
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Als erstes sind die sogenannten Aussetzer zu nennen, für die von den
Operateuren fälschlicherweise Wackelkontakte in den Zuleitungen oder schlecht funktionierende
HF-Generatoren verantwortlich gemacht werden. Diese Aussetzer werden jedoch dadurch
verursacht, daß wegen der relativ geringen elektrischen Spannung angetrocknetes
Blut an den Pinzettenspitzen den Stromfluß sperrt.
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Weiter kommt es zu platzenden Blutgefäßen, da durch die hohe Wärmezufuhr
während des Stromstoßes das Blutplasma in den mit der Pinzette gefaßten Blutgefäßen
verdampft, wodurch ein derart hoher Druck entsteht, der die Blutqefäße aufsprenqt.
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Schließlich ist noch der das wohl größte Problem darstellende Klebeeffekt
zu nennen, bei dem bereits koagulierte Blutgefäße beim Öffnen der Pinzetten an deren
Spitzen haften bleiben und wieder aufreißen. Die Ursache dieses Klebeeffektes ist
die Wärmeaufnahme der am Gewebe anliegenden Pinzettenspitzen aus der heißen Koagulationszone
und das dadurch verursachte Einbrennen der Gefäßwände an den Kontaktflächen.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Auf gabe zugrunde, ein gattungsgemäßes
Verfahren zum bipolaren Koagulieren zu schaffen, bei dem der die schädliche Hitzeentwicklung
bewirkende Stromstoß vermieden wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ausgangsleistung
nach dem Einschalten innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums, während dessen der
Widerstand des zu koagulierenden Gewebes erniedrigt ist, allmählich von Null auf
den voreingestellten Wert gesteigert wird.
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Die erfindungsgemäße langsame Steigerung der HF-Ausqanqsleistung und
damit des Koagulationsstromes ermöglicht es dem Operateur, den Koagulationsvorgang
insbesondere während der Anfangsphase besser zu kontrollieren, wobei es erfindungsgemäß
vorgesehen ist, daß die Steigerung der Ausgangsleistung mit einer derart geringen
Steilheit erfolgt, daß ein das PlaUen von Blutgefäßen hervorrufender Stromstoß vermieden
wird.
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Um die Steigerung der Ausgangsleistung des Hochfrequenzgenerators
an die jeweiligen, bei einem bestimmten chirurgischen Eingriff vorliegenden Verhältnisse
anzupassen, ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, daß die Dauer des
Anstiegs der Ausgangsleistung von Null bis auf den voreingestellten Wert auf verschiedene
Werte einstellbar ist.
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Bei einer Hochfrequenzchirurgie-Koagulationsvorrichtung zur Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer an ein Netzteil angeschlossenen Endleistungsregelstufe
zum Einstellen der Ausgangsleistung des Hochfrequenzgenerators, die ein Ausgangssignal
an einen den Hochfrequenz generator beaufschlagenden Oszillator abgibt, ist erfindungsgemäß
vorgesehen, daß eine Stromanstiegszeit-Regelstufe vorgesehen ist, die die Endleistungsregelstufe
derart
beaufschlagt, daß das Steuersignal für den Hochfrequenzgenerator nach dem Einschalten
innerhalb des vorbestimmten Zeitraumes von 0 auf den voreingestellten Wert gesteigert
wird.
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Die erfindungsgemäß vorgesehene Stromanstiegszeitregelstufe führt
die Steigerung der Ausgangsleistung des Hochfrequenzgenerators automatisch durch,
so daß der Operateur sich vollständig auf den Eingriff konzentrieren kann, ohne
dabei auch noch die Regelung der Ausgangsleistung vornehmen zu müssen.
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Um die Ausgangsleistung in der Anfangsphase einer Koagulation an die
jeweiligen bei der Operation vorliegenden Verhältnisse anzupassen, ist erfindungsgemäß
vorgesehen, daß die Stromanstiegszeitregelstufe einen Einstellknopf aufweist, mit
dem die Dauer des Anstiegs der Ausgangsleistung von 0 auf den voreingestellten Wert
einstellbar ist.Mit dem erfindungsgemäß vorgesehenen Einstellknopf kann dann vor
Beginn der Operation die Steilheit des Anstiegs der Ausgangsleistung so eingestellt
werden, wie sie bei dem chirurgischen Eingriff erforderlich ist.
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Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung
beschrieben; in dieser zeigt: Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Hochfrequenzchirurgie-Koagulationsvorrichtung,
Fig. 2 einen mehr ins einzelne gehenden schematischen Schaltplan einer weiteren
Ausführungsform und Fig. 3 ein Diagramm, in dem die Ausgangsleistung P einer erfindungsgemäßen
Hochfrequenzchirurgie-Koagulationsvorrichtung bzw. die Ausgangsspannung U des Operationsverstärkers
18 nach Fig. 2 in Abhängigkeit von der Zeit nach dem Einschaltzeitpunkt Null wiedergegeben
ist.
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In den verschiedenen Figuren der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszahlen
einander entsprechende Teile.
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Nach Fig. 1 ist eine elektrisch voneinander isolierte Branchen aufweisende
Pinzette 1 zur bipolaren Koagulation an den Ausgang eines Hochfrequenzgenerators
2 angeschlossen, der über Endleistungseine erste, einen Leistungseinstellknopf 4
aufweisende Aegelstufe 3, einen Schalter 9 und eine zweite, einen Leistungseinstellknopf
6 aufweisende Stromanstiegszeitregelstufe 5 an einen Oszillator 7 angeschlossen
ist. Der Oszillator 7 ist außerdem unmittelbar über einen weiteren Schalter 10 an
die Endleistungsregelstufe 3 angeschlossen. Ein Netzteil 8 versorgt die verschiedenen
Stufen der Schaltung nach Fig. 1 mit der jeweils erforderlichen Betriebs-Gleichspannung.
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Die Schalter 9 und 10 sind durch eine Umschaltmechanik 24 derart miteinander
gekuppelt, daß jeweils einer der Schalter geöffnet, der andere geschlossen ist Ein
vom Operateur betätigbarer Handschalter 21 bzw. Fußschalter 22 ist an eine Schaltvorrichtung
20 angeschlossen, welche die Stromanstiegszeitregelstufe 5 wie folgt beaufschlagt:
Bei geöffneten Schaltern 21, 22 ist bei geschlossenem Schalter 9 die Verbindung
zwischen dem Oszillator 7 und der Endleistungsregelstufe 3 unterbrochen, so daß
keine Hochfrequenzspannung an der Pinzette 1 anliegt. Wird einer der Schalter 21,
22 oder werden beide Schalter geschlossen, so löst die Schaltvorrichtung 20 in der
Stromanstiegszeitregelstufe 5 einen Schaltvorgang aus, der dafür sorgt, daß das
Ausgangssignal des Oszillators 7 innerhalb einer vorbestimmten Zeit, die mittels
des Leistungseinstellknopfes 6 eingestellt werden kann, mit ansteigender Tendenz
zur Endleistungsregelstufe 3 durchgelassen wird. Nach dem Ablauf dieser Zeit liegt
das volle Ausgangssignal des Oszillators 7
am Eingang der Endleistungsregelstufe
3 an, so daß von dem Hochfrequenzgenerator 2 die am Leistungseinstellknopf 4 eingestellte
Endleistung zur Verfügung steht.
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Werden die Schalter 21 bzw. 22 wieder geöffnet, so wird augenblicklich
die durch die Stromanstiegszeitregelstufe 4 hergestellte Verbindung zwischen dem
Oszillator 7 und der Endleistungsregelstufe 3 unterbrochen und damit die Ausgangsleistung
des Hochfrequenzgenerators 2 abgeschaltet, Die Schaltvorrichtung 20 ist außerdem
mit dem Oszillator 7 verbunden, um diesen mit der Stromanstiegszeitregelstufe 5
gemeinsam ein- und auszuschalten. Dies ist wichtig, damit bei geöffnetem Schalter
9 und entsprechend geschlossenem Schalter 10 die Hochfrequenzchirurgie-Koagulationsvorrichtung
auch ohne das erfindungsgemäße Hochfahren am Beginn des Betriebs betrieben werden
kann.
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Fig. 3 zeigt schematisch den Verlauf der Ausgangsleistung P des Hochfrequenzgenerators
2 bzw. der in der Stromanstiegszeitregelstufe 5 erzeugten Steuerspannung U, die
den Anstieg des vom Oszillator 7 zur Endleistungsregelstufe 3 geführten Frequenzsignals
regelt, in Abhängigkeit von der Zeit t ab dem Einschaltzeitpunkt.
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Die maximale Ausgangsleistung P1 wird an dem Einstellknopf 4 vom Operateur
voreingestellt. Mittels des Enstellknopfes 6 wird die Zeitdauer t1, t2 bzw. t3 voreingeszeilt,
innerhalb der nach dem Schließen eines der Schalter 21, 22 die Steuerspannung innerhalb
der Stromanstiegszeitregelstufe 5 vom Wert 0 auf den Endwert von z.B. 12 V und damit
die Ausgangsleistung des Hochfrequenzgenerators 2 von 0 auf den Endwert P1 ansteigt.
Die minimale Hochlaufzeit t1 sollte etwa 0,5 sec, die maximale Hochlaufzeit etwa
1,5 sec betragen Die Arbeitsweise der Hochfrequenzchirurgie-Koagulationsvorrichtung
nach Fig. 1 ist wie folgt:
Zunächst wird der nicht dargestellte
Hauptschalter eingeschaltet, um die einzelnen Schaltstufen an die erforderliche
Betriebsgleichspannung anzulegen. Zum Betrieb mit langsamem stetigem Leistungsanstieg
des Hochfrequenzgenerators 2 nach dem Einschalten wird die Umschaltmechanik 24 in
die aus Fig. 1 ersichtliche Position gebracht.
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Der Operateur bringt nunmehr die Pinzette 1 an den Ort, wo eine Koagulation
vorgenommen werden soll. Die Ausgangsleistung des Hochfrequenzgenerators 2 ist zu
diesem Zeitpunkt noch gleich 0, weil die Schaltvorrichtung 20 im geöffneten Zustand
über die Stromanstiegszeitregelstufe 5 die Verbindung vom Oszillator 7 zum Hochfrequenzgenerator
2 noch unterbricht.
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Wird jetzt vom Operateur der Handschalter 21 oder der Fußschalter
22 geschlossen, so wird das Ausgangssignal des Oszillators 7 entsprechend dem Diagramm
nach Fig. 3 linear zunehmend an die Endleistungsregelsutfe 3 angelegt, so daß die
Ausgangsleistung P des Hochfrequenzgenerators 2 gemäß dem Diagramm nach Fig. 3 linear
bis zum Endwert P1 ansteigt, und zwar je nach Einstellung am Einstellknopf 6 innerhalb
einer Zeit t1, t2 oder t3 oder irgendeiner dazwischenliegenden Zeit, Nach Öffnung
des zunächst geschlossenen Schalters 21 bzw. 22 kehrt die Schaltung in den Ausgangszustand
zurück, indem die Verbindung zwischen dem Oszillator 7 und dem Hochfrequenzgenerator
2 unterbrochen ist.
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Bei einer alternativen Ausführungsform gemäß Fig. 2 werden wieder
alle Schaltungsstufen in nicht dargestellter Weise durch das Netzteil 8 mit der
erforderlichen Betriebsgleichspannung versorgt. Der Ausgang der Endleistungsregelstufe
3 ist an den Steuereingang 7' des Oszillators 7 angeschlossen, während die Stromanstiegszeitregelstufe
5 unmittelbar die Endleistungsregelstufe 3 beaufschlagt. Der Oszillator 7 ist unmittelbar
an den Hochfrequenzgenerator 2 angeschlossen.
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Die Stromanstiegszeitregelstufe 5 weist gemäß Fig. 2 einen Operationsverstärker
18 auf, dem die Versorgungsspannung über einen Schließrelaiskontakt 23 zugeführt
ist, der von einem angedeuteten Relais in der Schaltvorrichtung 20 beaufschlagbar
ist. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 18, der auf Masse
gelegt ist, ist über einen mittels des Leistungseinstellknopfes 6 regelbaren Trimmerwiderstand
6' mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 18 verbunden, an den
der Ausgang des Operationsverstärkers über einen Kondensator 12 und die Kollektor-Emitter-Strecke
eines Transistors 11 rückgekoppelt ist. Die Basis des Transistors 11 ist ebenfalls
an Masse gelegt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 18 ist über einen weiteren
Trimmerwiderstand 19 an die Anode einer Photodiode 14" angelegt, deren Kathode ebenfalls
auf Masse liegt.
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Die Photodiode 14" stellt den Sender eines Optokopplers 14 dar, der
die Steuerverbindung zwischen der Stromanstiegszeitregelstufe 5 und der Endleistungsregelstufe
3 herstellt.
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In der Endleistungsregelstufe 3 ist als Empfänger des Optokopplers
14 ein Phototransistor 14' angeordnet, der zusammen mit einem dritten Trimmerwiderstand
15, einem von dem Leistungseinstellknopf 4 beaufschlagten Potentiometer 4' und einem
vierten Trimmerwiderstand 13 einen Spannungsteiler bildet, dessen einer Anschluß
auf Masse liegt, während der andere Anschluß des Spannungsteilers 13, 4', 14', 15
an die geglättete Betriebsspannung des Netzteils 8 angeschlossen ist. Der Mittelabgriff
des Potentiometers 4' ist an die Basis eines Transistors 16 angeschlossen, dessen
Kollektor an der Betriebsspannung anliegt, während sein Emitter an die Basis eines
weiteren Transistors 17 angelegt ist, dessen Kollektor mit dem Kollektor des Transistors
16
verbunden ist und dessen Emitter an den Steuereingang 7' des
Oszillators 7 angeschlossen ist. Die beiden Transistoren 16, 17 bilden eine Darlington-Schaltung.
Der Phototransistor 14' ist mittels eines Schalters 10' überbrückbar, um die Steuerverbindung
zwischen den beiden Regelstufen 3,5 wahlweise unterbrechen zu können und dem Oszillator
7 in diesem Fall das volle Leistungssteuersignal zuzuführen.
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Die Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 2 ist wie folgt: Nach dem
Einschalten eines nicht gezeigten Hauptschalters werden die einzelnen Schaltungsstufen
mit den erforderlichen Betriebsspannungen versorgt. Zur Durchführung einer bipolaren
Koagulation wird vom Operateur die Pinzette 1 angesetzt und anschließend mittels
der Hand- oder Fußschalter 21 bzw. 22 geschlossen. Die Schaltvorrichtung 20 schließt
nunmehr den Relaiskontakt 23#, so daß der Operationsverstärker 18 mit seiner Betriebsspannung
versorgt wird. Die Ausgangsspannung U des Operationsverstärkers 18 steigt dann gemäß
Fig. 3 zeitlich linear bis zur vollen Betriebsspannung von 12 V an. Die Anstiegszeit
(t1, t2 oder t3 in Fig. 3) ist hierbei abhängig von der Kapazität des Kondensators
12 und dem am Trimmerwiderstand 6' eingestellten Widerstandswert. Die am Ausgang
des Operationsverstärkers 18 anstehende Spannung wird über den zweiten Trimmerwiderstand
19 an die Photodiode 14" angelegt, die ein der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers
18 proportionales Lichtsignal aussendet, das den Phototransistor 14' des Optokopplers
14 so beaufschlagt, daß sich der Widerstandswert der Kollektor-Emitter-Strecke des
Phototransistors 14' umgekehrt proportional zum Strom durch die Photodiode 14" ändert.
Wird der Widerstand der Kollektor-Emitter-Strecke des Optokopplers 14 kleiner, so
steigt der Strom durch den Spannungsteiler 15, 14', 4', 13. Damit steigt auch die
am Mittelabgriff des Potentiometers 4'abgegriffene Spannung
und
der Steuerstrom in der aus den Transistoren 16 und 17 gebildeten Darlington-Schaltung.
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Bei größer werdendem Basisstrom des Transistors 17 verringert sich
dessen Widerstand in der Kollektor-Emitter-Strecke, über die die vom Netzteil 8
kommende, geglättete Betriebsspannung an den Oszillator 7 geführt ist, so daß der
zum Oszillator 7 und von dort zum Hochfrequenzgenerator 2 fließende Steuerstrom
vergrößert wird und somit die Ausgangsleistung des Hochfrequenzgenerators bis auf
den am Potentiometer 4' eingestellten Höchstwert ansteigt.
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Wird nun vom Operateur der Hand- bzw. Fußschalter 21 bzw.
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22 geöffnet, so wird auch der den Operationsverstärker 18 an die Versorgungsspannung
anliegende Relaiskontakt 23 geöffnet, wodurch am Ausgang des Operationsverstärkers
18 ein negativer Spannungssprung erzeugt wird, der zum sofortigen Abschalten der
Photodiode 14" und damit des Hochfrequenz generators 2 führt und über den Kondensator
auf den Emitter des Transistors 11 übertragen wird. Die am Emitter des Transistors
11 anliegende Spannung wird negativ und der Transistor dadurch solange leitend,
bis der Kondensator 12 entladen ist. Die Schaltung ist jetzt wieder für den nächsten
Einschaltvorgang betriebsbereit.
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Wird beim nächsten Koagulationsvorgang der Hand- oder Fußschalter
21 bzw. 22 wieder betätigt, so wird die Ausgangsleistung des Hochfrequenzgenerators
2 wieder wie beschrieben durch die Stromanstiegs zeit regelstufe 5, die über den
Optokoppler 14 die Endleistungsregelstufe 3 beaufschlagt, von 0 bis auf den eingestellten
Maximalwert gesteigert.
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Wird andererseits für bestimmte chirurgische Eingriffe von Anfang
an die volle Ausgangsleistung benötigt, so braucht nur der Schalter 10' geschlossen
zu werden, wodurch der Phototransistor
14' überbrückt ist und
die Widerstandsverhältnisse am Spannungsteiler 15, 4, 13 nicht von der Stromanstiegszeitregelstufe
5 beeinflußt werden.
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Der zweite Trimmerwiderstand 19 ermöglicht die Nullpunkteinstellung,
während der dritte und der vierte Trimmerwiderstand 15 bzw. 13 zum Einstellen des
Spannungsteilers 13, 4, 14', 15 und damit zum Einstellen der maximalen Hochfrequenzausgangsleistung
des Hochfrequenzgenerators 2 dienen.