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DE3523871C2 - - Google Patents

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DE3523871C2
DE3523871C2 DE19853523871 DE3523871A DE3523871C2 DE 3523871 C2 DE3523871 C2 DE 3523871C2 DE 19853523871 DE19853523871 DE 19853523871 DE 3523871 A DE3523871 A DE 3523871A DE 3523871 C2 DE3523871 C2 DE 3523871C2
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DE19853523871
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Guenter Farin
Peter 7400 Tuebingen De Puetz
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ERBE Elecktromedizin GmbH
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ERBE Elecktromedizin GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection integrated protection
    • H02H3/16Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection integrated protection responsive to fault current to earth, frame or mass
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/04Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating
    • A61B18/12Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by passing a current through the tissue to be heated, e.g. high-frequency current
    • A61B18/1206Generators therefor
    • A61B18/1233Generators therefor with circuits for assuring patient safety
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection integrated protection
    • H02H3/46Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection integrated protection responsive to frequency deviations
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S128/00Surgery
    • Y10S128/908Patient protection from electric shock

Description

Die Erfindung geht aus von einem Hochfrequenz-Chirurgiegerät ent­ sprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Definitionsgemäß sind Hochfrequenz-Chirurgiegeräte für monopolare Operationstechniken jeweils mit einer aktiven und einer inaktiven, sogenannten neutralen Elektrode, ausgestattet. Die neutrale Elektrode wird während der gesamten Dauer der Operation bestimmungsgemäß elek­ trisch gut leitend und großflächig auf der Haut des Patienten, bei­ spielsweise am Oberschenkel oder am Oberarm appliziert.

Prinzipiell kann die neutrale Elektrode elektrisch leitfähig möglichst nahe am in der Regel geerdeten Operationstisch geerdet werden oder aber möglichst gut gegen Erdpotential isoliert sein. Mit der elektrisch leitfähigen Erdung der neutralen Elektrode soll verhindert werden, daß der Patient während der Aktivierung des Hoch­ frequenz-Chirurgiegerätes hochfrequente elektrische Spannung gegen Erdpotential führt, weil hierdurch hochfrequenter Strom unbeab­ sichtigt an allen Körperstellen des Patienten entstehen kann, wo dieser elektrisch leitfähigen Kontakt mit direkt oder kapazitiv ge­ erdeten Gegenständen hat. Außerdem können elektronische Geräte, ins­ besondere Meß- und Überwachungsgeräte, durch die hochfrequente Wechselspannung, die der Patient andernfalls führen würde, gestört werden.

Aus der elektrisch leitfähigen Erdung der neutralen Elektrode und damit auch des Patienten resultiert jedoch die Gefahr, daß elektrischer Strom aus anderen geerdeten Stromquellen, beispiels­ weise defekten elektrischen Geräten, welche gleichzeitig den Pa­ tienten elektrisch leitfähig berühren, durch den Patienten fließt und ihn gefährden kann.

Als Kompromiß zwischen der elektrisch leitfähigen Erdung und der möglichst guten Isolation der neutralen Elektrode gegen Erdpotential sind Hochfrequenz-Chirurgiegeräte bekannt, bei welchen die neutrale Elektrode über einen Kondensator geerdet ist. Hierdurch wird bei ge­ eigneter Dimensionierung des Kondensators erreicht, daß die neutrale Elektrode bezüglich der Hochfrequenzspannung praktisch ausreichend auf Erdpotential liegt, niederfrequente elektrische Ströme durch den Patienten und die neutrale Elektrode gegen Erdpotential aber prak­ tisch ausreichend klein bleiben. In den Sicherheitsvorschriften für Hochfrequenz-Chirurgiegeräte VDE 0750 Teil 202 ist die Kapazität dieses Kondensators auf höchstens 50 nF begrenzt.

Bei einem bekannten Hochfrequenz-Chirurgiegerät der eingangs ge­ nannten Art ist eine Überwachungsvorrichtung vorgesehen, um über eine Kapazität gegen Erdpotential fließenden Strom zu erfassen und eine Schädigung des Patienten durch hochfrequente elektri­ sche Ströme zu vermeiden (DE 26 02 517). Bei einem anderen be­ kannten Hochfrequenz-Chirurgiegerät dieser Art ist ebenfalls eine Überwachungsschaltung für hochfrequenten Strom vorgesehen, welche Schaltung deshalb einen Kondensator mit geringer Impedanz für hochfrequente Signale und hoher Impedanz für niederfrequente Signale aufweist (US 42 31 372).

Bezüglich der Sicherheit des Patienten vor der Gefährdung durch niederfrequente elektrische Ströme werden elektromedizinische Geräte in der Empfehlung der IEC (International Electrotechnical Commission), Publikation 601-1, entsprechend der maximal zugelassenen niederfrequenten Leckströme in drei verschiedene Typen unterteilt, und zwar in die Typen B, BF und CF. Hochfrequenz-Chirurgiegeräte müssen entsprechend IEC 601-202 (identisch VDE 0750 Teil 202) Typ BF oder Typ CF erfüllen. Bei Geräten des Typs BF darf der Patientenleck­ strom maximal 0,1 mA bei Normalfunktion und max. 0,5 mA im ersten Fehlerfalle betragen. Bei Geräten des Typs CF darf dieser Leckstrom nur maximal ein Zehntel der Grenzwerte des Typs BF erreichen. Außer­ dem darf bei Geräten des Typs CF der Leckstrom, der durch den Pati­ enten hindurch in das Hochfrequenz-Chirurgiegerät des Typs CF hinein­ fließen kann,wenn der Patient mit geerdeter Netzspannung in Berüh­ rung kommt, maximal nur 0,05 mA erreichen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Hochfrequenz-Chirurgiegerät entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart zu verbessern, daß Mittel vorhanden sind, die es beim Auftreten niederfrequenter Leckströme ermöglichen, umgehend Maßnahmen zu treffen, um eine schädigende Gefährdung des Patienten durch niederfrequente Leckströme möglichst weitgehend vermeiden zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran­ sprüche.

Bei einem derartigen Chirurgiegerät, welches zur Reduzierung der hochfrequenten elektrischen Spannung zwischen Patient und Erd­ potential mit einem Kondensator mit möglichst großer Kapazität von beispielsweise 50 nF zwischen der neutralen Elektrode und Erde ausgestattet ist und damit den Typ BF erfüllt, wird deshalb zusätzlich eine Schaltung vorgesehen, welche den niederfrequenten elektrischen Leckstrom durch diesen Kondensator überwacht und ein Warnsignal erzeugt und/oder diesen Kondensator von Erdpotential abtrennt, sobald der niederfrequente elektrische Leckstrom einen definierten Grenzwert übersteigt.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels eines Hochfrequenz-Chirurgiegerätes soll die Erfindung beispiels­ weise näher erläutert werden.

Der Hochfrequenzgenerator 1 ist in bekannter Weise mit einem Trenn­ transformator 2 ausgestattet, welcher den Anwendungskreis 34 des Hoch­ frequenz-Chirurgiegerätes, welcher mit dem Patienten elektrisch leit­ fähig in Verbindung ist, von der niederfrequenten Betriebsspannung des Hochfrequenzgenerators 1 isoliert. Der niederfrequente Leckstrom I 2, der über die konstruktiv bedingte Streukapazität 28 von der Primärwicklung 29 in die Sekundärwicklung 30 fließen kann, ist ohne Probleme so weit reduzierbar, daß er praktisch vernachlässigt werden kann.

Der Kondensator 3 zwischen der Sekundärwicklung 30 des Transformators 2 und der aktiven Elektrode 7 dient bekanntlich der Unterdrückung niederfrequenter elektrischer Ströme infolge der nichtlinearen Ab­ hängigkeit des Stromes von der Spannung im elektrischen Lichtbogen, welcher insbesondere beim Schneiden unvermeidlich ist.

Der Kondensator 4 soll einerseits eine sehr kleine Impedanz für den hochfrequenten elektrischen Strom darstellen, so daß die Hochfre­ quenzspannung U HF zwischen Patient 5 und Erdpotential 32 möglichst klein bleibt und andererseits eine möglichst hohe Impedanz für niederfrequenten elektrischen Strom darstellen, so daß der nieder­ frequente Strom I NF durch den Patienten 5 möglichst klein bleibt, wenn beispielsweise eine geerdete niederfrequente Spannungsquelle 8 den Patienten 5 elektrisch leitfähig berührt, 9. Diese beiden kon­ trären Forderungen sind bei bekannten Hochfrequenz-Chirurgiegeräten nicht befriedigend gelöst. In dem Hochfrequenz- Chirurgiegerät ist der Kondensator 4 nicht, wie allgemein üblich, direkt elektrisch leitfähig mit Erdpotential 32 verbunden, sondern über einen automatischen Schaltkontakt 10, der sofort öffnet, wenn der niederfrequente Leckstrom I NF einen definierten Pegel übersteigt. Hierfür ist ein Stromsensor vorgesehen, welcher beispielsweise aus einem Widerstand 11 und einem Spannungskomparator 13 besteht. Der niederfrequente Leckstrom I NF erzeugt an dem Widerstand 11 eine Spannung, welche der Intensität des Leckstromes I NF proportional ist. Übersteigt diese Spannung einen am Spannungsteiler 14, 15 eingestellten Pegel, so liefert der Spannungskomparator 13 einen logischen High-Pegel, der eine bistabile Kippstufe 16, beispiels­ weise ein JK-Flip-Flop, am Eingang K so setzt, daß dessen Ausgang Q Low-Pegel annimmt, wodurch der Transistor 20 sperrt und das Relais 21 stromlos wird. Hierdurch öffnet der Schaltkontakt 10 und unterbricht somit die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Kondensator 4 und Erdpotential 32. Gleichzeitig schließt das Relais 21 den Kontakt 24 und schaltet ein akustisches 22 und/oder optisches 33 Signal ein, welches den Operateur warnt. Dieser Zustand bleibt so lange er­ halten bis entweder die Betriebsspannung +U B aus- und wieder einge­ schaltet oder aber die Taste 27 betätigt wird, wodurch das JK-Flip- Flop 16 am Eingang J so gesetzt wird, daß der Ausgang Q wieder High- Pegel annimmt und über das ODER-Gatter 19 den Transistor 20 wieder leitfähig schaltet, so daß das Relais 21 den Kontakt 10 wieder schließt und den Kontakt 24 wieder öffnet, vorausgesetzt, die Ursache für den zu hohen niederfrequenten Leckstrom I NF wurde vorher elimi­ niert. Das definitive Setzen des JK-Flip-Flops 16 über die RC-Kombina­ tion 17, 18 bei jedem erneuten Einschalten der Betriebsspannung +U B stellt außerdem sicher, daß nach jedem Einschalten des Hochfrequenz- Chirurgiegerätes der Kontakt 10 geschlossen und der Kontakt 24 ge­ öffnet ist.

Um zu verhindern, daß der Spannungskomparator 13 durch hochfrequente Spannungen, welche ebenfalls am Widerstand 11 entstehen können, in seiner Funktion gestört wird, ist ein Tiefpaßfilter 12 vorgesehen, welches sowohl die Betriebsfrequenz des Hochfrequenzgenerators 1 als auch dessen harmonische Frequenzen sperrt.

Die Betriebsspannung +U B wird zweckmäßig in bekannter Weise aus einem elektronischen Spannungsregler entnommen, so daß die Schwellenspan­ nung des Spannungskomparators 13 konstant bleibt.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Sicherheitsschaltung mit einem Kontakt 31 ausgestattet, welche auto­ matisch und zeitsynchron mit der Aktivierung des Hochfrequenz­ generators 1 schließt und somit die Sicherheitsschaltung während der Aktivierung des Hochfrequenzgenerators 1 abschaltet.

Dies ist vorteilhaft, wenn die Grenze für den niederfrequenten Leck­ strom I NF sehr klein eingestellt ist und die Hochfrequenzspannung am Widerstand 11 nicht ausreichend durch das Filter 12 unterdrückt wer­ den kann.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht darin, daß die Sicherheitsschaltung über einen Schalter 23 abgeschaltet werden kann, wobei gleichzeitig ein optisches Signal 26 anzeigt, daß die Sicher­ heitsschaltung außer Funktion ist.

Ein Vorteil der Erfindung besteht unter anderem darin, daß niederfrequente Leckströme, die durch den Patienten 5 über die neutrale Elektrode 6 und den Kondensator 4 und/oder durch den Patienten 5 über die aktive Elektrode 7 und den Kondensator 3 gegen Erdpotential fließen können, rechtzeitig erkannt und durch automatisches Öffnen des Kontaktes 10 verhindert werden, unabhängig davon, ob dieser niederfrequente Leckstrom durch eine externe niederfrequente Spannungsquelle 8 oder durch einen internen Fehler im Hochfrequenz-Chirurgiegerät, beispielsweise einer Unter­ brechung des Schutzleiters des Hochfrequenz-Chirurgiegerätes, ver­ ursacht wird. Außerdem überwacht die Schaltung des Hochfrequenz-Chirurgiegerätes indirekt, ob der Patient gefährliche niederfrequente Spannung gegen Erdpotential führt, unab­ hängig davon, wodurch diese Spannung verursacht wird.

Claims (9)

1. Hochfrequenz-Chirurgiegerät zum monopolaren Schneiden und Koagulieren biologischer Gewebe mittels hochfrequentem elektrischem Strom, mit einem an den Hochfrequenz-Generator (1) über einen Trenntransformator (2) angeschlossenen An­ wendungskreis (34), der eine aktive Elektrode (7) und eine neutrale Elektrode (6) enthält, welche mit dem Gewebe elektrisch leitfähig in Verbindung gebracht wird und durch einen Kondensator (4) auf Erdpotential (32) bezogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stromsensorein­ richtung (11, 12, 13) vorhanden ist, welche niederfrequente Leckströme (I NF ) in der elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen dem Anwendungskreis (34) und Erdpotential (32) erfaßt und ein elektrisches Signal liefert, wenn dieser niederfrequente Leckstrom (I NF ) einen vorgegebenen Pegel übersteigt, und daß durch das elektrische Signal ein Warnsignal erzeugt wird und/oder in der Verbindung zwischen dem Anwendungskreis (34) und Erdpotential (32) ein Schalt­ kontakt (10) eingefügt ist, der beim Auftreten des elektrischen Signals geöffnet wird.
2. Hochfrequenz-Chirurgiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromsensoreinrichtung (11, 12, 13) ein Tiefpaßfilter (12) enthält, welches für die niederfrequenten Komponenten des für den Patienten gefährlichen Frequenz­ spektrums durchlässig ist und die hochfrequenten Komponenten entsprechend der Grundfrequenz des Hochfrequenz-Generators (1) und dessen harmonischen Frequenzen sperrt.
3. Hochfrequenz-Chirurgiegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromsensoreinrichtung (11, 12, 13) einen Spannungskomparator (13) enthält, an dem ein oberer Grenzwert für den niederfrequenten elektrischen Leckstrom (I NF ) einstellbar ist.
4. Hochfrequenz-Chirurgiegerät nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ausgangssignal des Spannungskomparators (13) einer bistabilen elektronischen Kippstufe (16) zugeführt wird, an deren Ausgang ein Relais (21) angeschlossen ist, das sofort nach dem Überschreiten des Grenzwerts des niederfrequenten Leckstroms den Kontakt (10) öffnet.
5. Hochfrequenz-Chirurgiegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Relais (21) ein Schaltkontakt (24) zugeordnet ist, bei dessen Schließen eine optische und/oder akustische Signalgeneratoreinrichtung (22, 23) aktivierbar ist.
6. Hochfrequenz-Chirurgiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Überwachung der niederfrequenten Leckströme (I NF ) dienende Sicherheitsschaltung während der Zeit, in der der Hochfrequenz-Generator (1) aktiviert ist, automatisch und zeitsynchron mit der Aktivierung des Hochfrequenz-Generators (1) abgeschaltet wird und während der Zeit, in der der Hochfrequenz-Generator (1) nicht aktiviert ist, eingeschaltet wird.
7. Hochfrequenz-Chirurgiegerät nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an die Kippstufe (16) eine einen Schalter (27) enthaltende Einrichtung (17, 18) ange­ schlossen ist, durch die die Kippstufe (16) wieder zurück­ gesetzt werden kann, wenn der Pegel des niederfrequenten Leckstroms (I NF ) wieder kleiner als der eingestellte Grenzwert ist.
8. Hochfrequenz-Chirurgiegerät nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippstufe (16) bei jedem Einschalten der Betriebsspannung (+U B ) des Hochfrequenz- Chirurgiegeräts in den Zustand gesetzt wird, bei welchem der Schaltkontakt (10) geschlossen und der Kontakt (24) geöffnet sind.
9. Hochfrequenz-Chirurgiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Überwachung der niederfrequenten Leckströme (I NF ) dienende Sicherheitsschaltung durch einen Schalter (23) abschaltbar ist und daß dieser Zustand durch ein optisches Signal (26) anzeigbar ist.
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