DE3420339C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer hochfrequenzchirurgischen Koagu­ lationsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer bekannten hochfrequenzchirurgischen Koagulations­ vorrichtung dieser Art (DE-OS 30 45 996) ist es möglich, die Ausgangsleistung zwischen einem Minimalwert nahe Null und einem Maximalwert, der bei mehreren hundert Watt liegen kann, einzustellen, um die für die verschiedenen in Betracht kommenden Einsatzfälle der Vorrichtung erforderlichen ganz unterschiedlichen Ausgangsleistungen bereitzustellen. Bei der bekannten hochfrequenzchirurgischen Koagulationsvorrich­ tung ist auch schon vorgesehen, daß die Ausgangsleistung vom Chirurgen ferngesteuert werden kann.

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. Liegen zu hohe elektrische Spannungen an den scharfen Pinzetten­ spitzen an, kann es zur Funkenbildung kommen, die dann einen Elektroschnitt verursacht. Zur sicheren Vermeidung eines derartigen unbeabsichtigten und gefährlichen Schneide­ effektes müssen die Ausgangskreise der Hochfrequenzgenera­ toren für bipolare Koagulation niederohmig angepaßt sein. Hierbei ist von Vorteil, daß wegen des relativ geringen elektrischen Widerstandes des zwischen den Instrumenten­ spitzen eingeklemmten Gewebes zur Koagulation nur eine ge­ ringe, möglichst konstant gehaltene elektrische Ausgangs­ spannung mit Werten zwischen 3 bis maximal 20 V erforderlich ist. Die Leistungscharakteristik eines Hochfrequenzgenerators soll dabei möglichst einer Konstantspannungsfunktion entspre­ chen. Die Ausgangsleistung ist hier bei geringen Belastungs­ widerständen relativ hoch, während sie bei hohen Widerständen abnimmt.

Der Verlauf des Gewebewiderstandes bei einer Koagulation läßt sich zeitlich in zwei Phasen einteilen:

In der ersten Phase nach dem Einschalten des Hochfrequenz­ stromes sinkt der elektrische Gewebewiderstand schnell ab und geht gegen Null, 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 Gewebewider­ stand wieder steil an, da das Gewebe nun durch Austrocknung der Zellflüssigkeit und des Blutes seine Leitfähigkeit ver­ liert.

Wegen der konstanten Ausgangsspannung kommt es also in der ersten Phase des Koagulationsvorganges zu einem stoßartigen hohen Strom.

Da es bei der Koagulation auf die schnelle Erzeugung von Wärme ankommt, wurde bisher angenommen, daß dieser hohe Strom gerade am Beginn des Koagulationsvorganges vorteilhaft ist. Der Erfin­ der hat nun jedoch erkannt, daß dieser Stromstoß, so vorteil­ haft er zur schnellen Bereitstellung der erforderlichen Wärme sein mag, für die folgenden drei Nachteile verantwortlich ist, deren Ursache bisher jedoch nicht erkannt wurde:

Als erstes sind die sogenannten Aussetzer zu nennen, für die von den Operateuren fälschlicherweise Wackelkontakte in den Zuleitungen oder schlecht funktionierende HF-Genera­ toren verantwortlich gemacht werden. Diese Aussetzer werden jedoch dadurch verursacht, daß wegen der relativ geringen elektrischen Spannung angetrocknetes Blut an den Pinzetten­ spitzen den Stromfluß sperrt.

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 Blutgefäße auf­ sprengt.

Schließlich ist noch der das wohl größte Problem darstellen­ de Klebeeffekt zu nennen, bei dem bereits koagulierte Blut­ gefäße beim Öffnen der Pinzetten an deren Spitzen haften bleiben und wieder aufreißen. Die Ursache dieses Klebe­ effektes ist die Wärmeaufnahme der am Gewebe anliegenden Pinzettenspitzen aus der heißen Koagulationszone und das dadurch verursachte Einbrennen der Gefäßwände an den Kon­ taktflächen.

Die vorerwähnten Nachteile treten nicht auf, wenn man mit einer hochfrequenzchirurgischen Koagulationsvorrichtung ar­ beitet, deren Leistungscharakteristik von einer Konstant- Stromquelle bestimmt wird (DE-OS 31 20 102). Bei dieser be­ kannten hochfrequenzchirurgischen Koagulationsvorrichtung wird nach dem Einschalten der Hochfrequenzstrom auf eine von einem voreingestellten Wert des Differentialquotienten der Impedanzkurve abhängige Größe aufgeregelt, worauf dann die Hochfrequenzendstufe mit konstantem Strom betrieben wird, bis die Impedanzkurve ein Minimum durchlaufen hat und der Widerstand wieder anzusteigen beginnt. In diesem Augen­ blick wird durch einen auf den Differentialquotienten an­ sprechenden Komparator die Hochfrequenzendstufe abgeschaltet.

Diese bekannte hochfrequenzchirurgische Koagulationsvorrich­ tung hat jedoch den Nachteil, daß wegen des Impedanzabfalls nach dem Einschalten des Konstantstroms die Leistung gerade dann erheblich absinkt, wenn es auf die Anfangserhitzung des zu koagulierenden Gewebes ankommt. Die Folge ist, daß der Koagulationsvorgang sehr stark in die Länge gezogen wird und bis zu dem am Ende des Koagulationsvorganges auftreten­ den Wiederanstieg der Impedanzkurve erhebliche Zeiten bis zu über einer Minute vergehen. Aus diesem Grunde arbeitet man im allgemeinen mit einer Konstantspannung abgebenden hochfrequenzchirurgischen Koagulationsvorrichtung, denn hier wird die Koagulation gerade wegen des am Anfang auf­ tretenden Stromstoßes schnell vollzogen, und es besteht der zusätzliche Vorteil, daß beim Wiederansteigen der Impe­ danzkurve die Leistung selbsttätig abklingt, so daß die bei einer mit Konstantstrom arbeitenden hochfrequenzchirur­ gischen Koagulationsvorrichtung vorgesehene Abschaltung der Hochfrequenzendstufe beim Wiederansteigen der Impedanz­ kurve, welche zur Vermeidung von Verkohlungen und Verschor­ fungen des Gewebes erforderlich ist, vermieden werden kann.

Die oben erwähnten Nachteile eines mit Konstantspannung arbeitenden Hochfrequenzgenerators wurden dabei als un­ vermeidlich in Kauf genommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Koagulationsvorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, mit der Aus­ setzer, platzende Blutgefäße und der Klebeeffekt vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird wegen des kontinuierlichen Anstiegs der Spannung bei gleichzeitigem Abfall der Impedanz ein erheblicher Stromanstieg beim Beginn der Koagulation, wie er zum schnellen Aufbau der erforder­ lichen Koagulationswärme erwünscht ist, in vorteilhafter Weise nicht - wie bei der bekannten Konstantstrommethode - vermieden, sondern lediglich auf ein Ausmaß herabgesetzt, welches einerseits die schnelle in der Größenordnung von einer Sekunde liegende Koagulation ermöglicht, andererseits aber überraschend die bisher feststellbaren Aussetzer, platzende Blutgefäße und das Ankleben der Pinzettenspitzen am Gewebe vermeidet. Es liegt also kein schädlicher Stromstoß, jedoch in erwünschter Weise noch ein schneller Stromanstieg vor, der jedoch keine nachteiligen Auswirkungen auf den Koagulationsvorgang mehr hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer hoch­ frequenzchirurgischen Koagulationsvorrichtung,

Fig. 2 einen mehr ins einzelne gehenden schematischen Schaltplan einer weiteren Ausführungsform und

Fig. 3 ein Diagramm, in dem die Ausgangsspannung P einer hochfrequenzchirurgischen Koagulationsvorrichtung bzw. die Ausgangsspannung U des Operationsver­ stärkers 18 nach Fig. 2 in Abhängigkeit von der Zeit nach dem Einschaltzeitpunkt Null wiederge­ geben ist.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszahlen einander entsprechende Teile.

Nach Fig. 1 ist eine elektrisch voneinander isolierte Branchen aufweisende Pinzette 1 zur bipolaren Koagulation an den Ausgang eines Hochfrequenzgenerators 2 angeschlossen, der über eine erste, einen Leistungsregler 4 aufweisende Leistungssteuerstufe 3, einen Schalter 9 und eine zweite, einen Einstellknopf 6 aufweisende weitere Steuerstufe 5 an einen Oszillator 7 angeschlossen ist. Der Oszillator 7 ist außerdem unmittelbar über einen weiteren Schalter 10 an die Leistungssteuerstufe 3 angeschlossen. Ein Netzteil 8 versorgt die verschiedenen Stufen der Schaltung nach Fig. 1 mit der jeweils erforderlichen Betriebs-Gleichspannung.

Die Schalter 9 und 10 sind durch eine Umschaltmechanik 24 derart miteinander gekuppelt, daß jeweils einer der Schal­ ter geöffnet, der andere geschlossen ist.

Ein vom Operateur betätigbarer Handschalter 21 bzw. Fuß­ schalter 22 ist an eine Schaltvorrichtung 20 angeschlos­ sen, welche die Steuerstufe 5 wie folgt beaufschlagt:

Bei geöffneten Schaltern 21, 22 ist bei geschlossenem Schalter 9 die Verbindung zwischen dem Oszillator 7 und der Leistungssteuerstufe 3 unterbrochen, so daß keine Hochfrequenzspannung an die Pinzette 1 anliegt. Wird ei­ ner der Schalter 21, 22 oder werden beide Schalter ge­ schlossen, so löst die Schaltvorrichtung 20 in der Steuer­ stufe 5 einen Schaltvorgang aus, der dafür sorgt, daß das Ausgangssignal des Oszillators 7 innerhalb einer vor­ bestimmten Zeit, die mittels des Einstellknopfes 6 einge­ stellt werden kann, mit ansteigender Tendenz zur Leistungs­ steuerstufe 3 durchgelassen wird. Nach dem Ablauf dieser Zeit liegt das volle Ausgangssignal des Ozillators 7 am Eingang der Leistungssteuerstufe 3 an, so daß von dem Hochfrequenzgenerator 2 die am Leistungsregler 4 einge­ stellte Endspannung zur Verfügung steht.

Werden die Schalter 21 bzw. 22 wieder geöffnet, so wird augenblicklich die durch die Steuerstufe 5 hergestellte Verbindung zwischen dem Oszillator 7 und der Leistungs­ steuerstufe 3 unterbrochen und damit die Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators 2 abgeschaltet.

Die Schaltvorrichtung 20 ist außerdem mit dem Oszillator 7 verbunden, um diesen mit der Steuerstufe 5 gemeinsam ein- und auszuschalten. Dies ist wichtig, damit bei geöffnetem Schalter 9 und entsprechend geschlossenem Schalter 10 die hochfrequenzchirurgische Koagulationsvorrichtung auch ohne das Hochfahren am Beginn des Betriebs betrieben werden kann.

Fig. 3 zeigt schematisch den Verlauf der Ausgangsspannung P des Hochfrequenzgenerators 2 bzw. der in der Steuerstufe 5 erzeugten Steuerspannung U, die den Anstieg des vom Oszilla­ tor 7 zur Leistungssteuerstufe 3 geführten Frequenzsignals regelt, in Abhängigkeit von der Zeit t ab dem Einschaltzeit­ punkt. Die maximale Ausgangsspannung P 1 wird an dem Ein­ stellknopf 4 vom Operateur voreingestellt. Mittels des Ein­ stellknopfes 6 wird die Zeitdauer t 1, t 2 bzw. t 3 voreinge­ stellt, innerhalb der nach dem Schließen eines der Schalter 21, 22 die Steuerspannung innerhalb der Steuerstufe 5 vom Wert 0 auf den Endwert von z. B. 12 V und damit die Ausgangs­ spannung des Hochfrequenzgenerators 2 von Null auf den End­ wert P 1 ansteigt. Die minimale Hochlaufzeit t 1 sollte etwa 0,5 sec, die maximale Hochlaufzeit etwa 1,5 sec betragen.

Die Arbeitsweise der beschriebenen hochfrequenzchirurgischen Koagulationsvorrichtung nach Fig. 1 ist wie folgt:

Zunächst wird der nicht dargestellte Hauptschalter einge­ schaltet, um die einzelnen Schaltstufen an die erforder­ liche Betriebsgleichspannung anzulegen. Zum Betrieb mit langsamem stetigem Leistungsanstieg des Hochfrequenz­ generators 2 nach dem Einschalten wird die Umschalt­ mechanik 24 in die aus Fig. 1 ersichtliche Position ge­ bracht.

Der Operateur bringt nunmehr die Pinzette 1 an den Ort, wo eine Koagulation vorgenommen werden soll. Die Ausgangs­ leistung des Hochfrequenzgenerators 2 ist zu diesem Zeit­ punkt noch gleich Null, weil die Schaltvorrichtung 20 im geöffneten Zustand über die Spannungsanstiegszeit-Steuer­ stufe 5 die Verbindung vom Oszillator 7 zum Hochfrequenz­ generator 2 noch unterbricht.

Wird jetzt vom Operateur der Handschalter 21 oder der Fuß­ schalter 22 geschlossen, so wird das Ausgangssignal des Oszillators 7 entsprechend dem Diagramm nach Fig. 3 linear zunehmend an die Leistungssteuerstufe 3 angelegt, so daß die Ausgangsspannung P des Hochfrequenzgenerators 2 gemäß dem Diagramm nach Fig. 3 linear bis zum Endwert P 1 ansteigt, und zwar je nach Einstellung am Einstellknopf 6 innerhalb einer Zeit t 1, t 2 oder t 3 oder irgendeiner dazwischenliegen­ den 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 Hochfrequenz­ generator 2 unterbrochen ist.

Bei einer alternativen Ausführungsform gemäß Fig. 2 werden wieder alle Schaltungsstufen in nicht dargestellter Weise durch das Netzteil 8 mit der erforderlichen Betriebsgleich­ spannung versorgt. Der Ausgang der Leistungssteuerstufe 3 ist an den Steuereingang 7′ des Oszillators 7 angeschlossen, während die Steuerstufe 5 unmittelbar die Endleistungssteuer­ stufe 3 beaufschlagt. Der Oszillator 7 ist unmittelbar an den Hochfrequenzgenerator 2 angeschlossen.

Die Steuerstufe 5 weist gemäß Fig. 2 einen Operationsver­ stärker 18 auf, dem die Versorgungsspannung über einen Schließrelaiskontakt 23 zugeführt ist, der von einem ange­ deuteten Relais in der Schaltvorrichtung 20 beaufschlagbar ist. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstär­ kers 18, der auf Masse gelegt ist, ist über einen mittels des Einstellknopfes 6 regelbaren Trimmerwiderstand 6′ mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 18 ver­ bunden, 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 Operations­ verstärkers 18 ist über einen weiteren Trimmerwiderstand 19 an die Anode einer Photodiode 14′′ angelegt, deren Kathode ebenfalls auf Masse liegt.

Die Photodiode 14′′ stellt den Sender eines Optokopplers 14 dar, der die Steuerverbindung zwischen der Steuerstufe 5 und der Leistungssteuerstufe 3 herstellt.

In der Leistungssteuerstufe 3 ist als Empfänger des Opto­ kopplers 14 ein Phototransistor 14′ angeordnet, der zusam­ men mit einem dritten Trimmerwiderstand 15, einem von dem Leistungseinstellknopf 4 beaufschlagten Potentiometer 4′ und einem vierten Trimmerwiderstand 13 einen Spannungs­ teiler bildet, dessen einer Anschluß auf Masse liegt, wäh­ rend der andere Anschluß des Spannungsteilers 13, 4′, 14′, 15 an die geglättete Betriebsspannung des Netzteils 8 angeschlos­ sen 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 Transisto­ ren 16, 17 bilden eine Darlington-Schaltung. Der Photo­ transistor 14′ ist mittels eines Schalters 10′ überbrück­ bar, um die Steuerverbindung zwischen den beiden Regel­ stufen 3, 5 wahlweise unterbrechen zu können und dem Oszilla­ tor 7 in diesem Fall das volle Leistungssteuersignal zuzu­ führen.

Die Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 2 ist wie folgt:

Nach dem Einschalten eines nicht gezeigten Hauptschalters werden die einzelnen Schaltungsstufen mit den erforder­ lichen Betriebsspannungen versorgt. Zur Durchführung ei­ ner bipolaren Koagulation wird vom Operateur die Pinzette 1 angesetzt und anschließend mittels der Hand- oder Fuß­ schalter 21 bzw. 22 geschlossen. Die Schaltvorrichtung 20 schließt nunmehr den Relaiskontakt 23, so daß der Opera­ tionsverstärker 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 (t 1, t 2 oder t 3 in Fig. 3) ist hierbei abhängig von der Kapazi­ tät des Kondensators 12 und dem am Trimmerwiderstand 6′ eingestellten Widerstandswert. Die am Ausgang des Opera­ tionsverstärkers 18 anstehende Spannung wird über den zwei­ ten 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 Wider­ standswert 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.

Bei größer werdendem Basisstrom des Transistors 17 verrin­ gert sich dessen Widerstand in der Kollektor-Emitter-Strecke, über die die vom Netzteil 8 kommende, geglättete Betriebs­ spannung 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 Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators bis auf den am Potentiometer 4′ eingestellten Höchstwert ansteigt.

Wird nun vom Operateur der Hand- bzw. Fußschalter 21 bzw. 22 geöffnet, so wird auch der den Operationsverstärker 18 an die Versorgungsspannung anliegende Relaiskontakt 23 ge­ öffnet, wodurch am Ausgang des Operationsverstärkers 18 ein negativer Spannungssprung erzeugt wird, der zum so­ fortigen Abschalten der Photodiode 14′′ und damit des Hoch­ frequenzgenerators 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.

Wird beim nächsten Koagulationsvorgang der Hand- oder Fuß­ schalter 21 bzw. 22 wieder betätigt, so wird die Ausgangs­ spannung des Hochfrequenzgenerators 2 wieder wie beschrieben durch die Steuerstufe 5, die über den Optokoppler 14 die Leistungssteuerstufe 3 beaufschlagt, von 0 bis auf den ein­ gestellten Maximalwert gesteigert.

Wird andererseits für bestimmte chirurgische Eingriffe von Anfang an die volle Ausgangsspannung benötigt, so braucht nur der Schalter 10′ geschlossen zu werden, wodurch der Phototransistor 14′ überbrückt ist und die Widerstandsver­ hältnisse am Spannungsteiler 15, 4, 13 nicht von der Steuer­ stufe 5 beeinflußt werden.

Der zweite Trimmerwiderstand 19 ermöglicht die Nullpunkt­ einstellung, während der dritte und der vierte Trimmer­ widerstand 15 bzw. 13 zum Einstellen des Spannungsteilers 13, 4′, 14′, 15 und damit zum Einstellen der maximalen Hochfrequenzausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators 2 dienen.

Claims (4)

1. Hochfrequenzchirurgische Koagulationsvorrichtung, mit einem Hochfrequenzgenerator, der die Charakteristik einer Konstant-Spannungsquelle hat, und mit einer Lei­ stungssteuerstufe, an welcher die maximal abgebbare Ausgangsleistung des Hochfrequenzgenerators voreinge­ stellt und über welche während der Koagulation die Aus­ gangsleistung verändert, jedoch nicht über die vorein­ gestellte maximal abgebbare Ausgangsleistung gesteigert werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß an die Leistungssteuerstufe (3) eine weitere Steuerstufe (5) angeschlossen ist, durch welche die Ausgangsleistung des Hochfrequenzgenerators (2) nach dem Einschalten inner­ halb eines voreinstellbaren Zeitraumes selbsttätig von 0 an auf die voreingestellte maximal abgebbare Ausgangs­ leistung allmählich gesteigert wird, und daß an der weiteren Steuerstufe (5) ein Einstellknopf vorhanden ist, mit dem der Zeitraum einstellbar ist.

2. Koagulationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wei­ tere Steuerstufe (5) ein RC-Glied (6′, 12) enthält, durch welches der Zeitraum des Anstiegs des Steuer­ signals für den Hochfrequenzgenerator (2) festgelegt wird.

3. Koagulationsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer­ verbindung zwischen der weiteren Steuerstufe (5) und der Leistungssteuerstufe (3) durch einen Optokoppler (14) verwirklicht ist.

4. Koagulationsvorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das RC-Glied (6′, 12) an einen über einen Schalter (23) an Spannung angelegten Operationsverstärker (18) angeschlossen ist, dessen Ausgangssignal die Photodiode (14′′) des Opto­ kopplers (14) steuert.