Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb
eines HF-Chirurgiegerätes, bei dem ein HF-Arbeitsstrom
nach Betätigung eines Schalters von einer aktiven Elektrode
über einen zu behandelnden Körper zu einer neutralen
Elektrode gesandt wird, wobei vor dem Aussenden des
HF-Arbeitsstromes ein HF-Meßstrom-Impuls von vorgegebener
Amplitude und vorgegebener Frequenz in die aktive
Elektrode geleitet und bezüglich der Amplitude mit dem
von der neutralen Elektrode abgegriffenen HF-Meßstrom-
Impuls verglichen wird, nach Patent
(Patentanmeldung P 35 30 456.1 = VPA 85 P 3 306 DE).
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Sicherheitseinrichtung
zur Durchführung des Verfahrens.
Im Hauptpatent (Patentanmeldung P35 30 456.1) wird
vorgeschlagen, die HF-Ströme der aktiven und der neutralen
Elektrode des HF-Chirurgiegeräts amplitudenmäßig
miteinander zu vergleichen und aus einem Ungleichgewicht
Rückschlüsse auf den Kontakt zwischen Patient und Erde
zu ziehen. Der Vergleich liefert einen Hinweis auf die
Existenz von Nebenstromzweigen, d. h. auf Stromwege, die
von der aktiven Elektrode über ein in der Nähe des Patienten
sich befindlichen Kontaktstück gegen Masse und
von dort zum HF-Generator führen. Als Folge solcher Nebenstromwege
können "ungewollte Verbrennungen" auftreten.
Das erzeugte Freigabesignal kann beispielsweise zur
Freigabe eines Alarms dienen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
das eingangs genannte Verfahren dahingehend auszuschalten,
daß man bei der Durchführung mit relativ einfach
aufgebauten Bauelementen auskommt. Weiterhin soll eine
Sicherheitseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens
angegeben werden.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren
gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß bei
dem Vergleich der durch die aktive Elektrode fließende
Strom mit dem durch die neutrale Elektrode fließenden
Strom ins Verhältnis gesetzt wird, um ein Verknüpfungssignal
zu bilden, und daß in Abhängigkeit von diesem
Verknüpfungssignal und von einem Vergleich mit einem
vorgegebenen Grenzwert ein Freigabesignal gebildet wird.
Bei diesem Verfahren ergibt sich als Vorteil, daß man
infolge des Vergleichs mit relativ geringer Energie in
den Patienten den HF-Strom einspeisen kann. Der in den
Patienten eingespeiste Strom braucht dabei nicht konstant
zu sein.
Eine Sicherheitseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens
besitzt einen HF-Generator, der einen Anschluß für
die aktive Elektrode und einen weiteren Anschluß für die
neutrale Elektrode aufweist, und ein Vergleichsglied. Diese
Sicherheitseinrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,
a) daß die aktive und die neutrale Elektrode über je einen
Strommesser, der zum Messen des durchfließenden
Stroms vorgesehen ist, mit dem Anschluß bzw. mit dem
weiteren Anschluß verbunden ist,
b) daß die Strommesser ausgangsseitig mit einem Verknüpfungsglied
verbunden sind, das zur Verknüpfung der
Ströme vorgesehen ist und das ein von der Verknüpfung
abhängiges Verknüpfungssignal abgibt,
c) daß dem Verknüpfungsglied als Vergleichsglied ein
Komparator zugeordnet ist, der zum Vergleich des Verknüpfungssignals
mit einem vorgegebenen Grenzwert
vorgesehen ist, und
d) daß das Ausgangssignal des Komparators als das Freigabesignal
abgegriffen ist.
Bevorzugt werden Stromwandler als Strommesser sowie ein
Verhältnisbildner, der Logarithmierglieder und ein Subtraktionsglied
umfaßt, als Verknüpfungsglied verwendet.
Auf diese Weise läßt sich ein relativ preisgünstiger
elektronischer Aufbau erzielen. Als Vorteil ist zu verzeichnen,
daß der HF-Generator nicht für die Abgabe eines
konstanten Stromflusses ausgelegt und beschaltet zu
sein braucht. Die in den Patienten gesandte Hilfs-Energie
zur Messung braucht nicht konstant gehalten zu werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen gekennzeichnet. Im folgenden werden Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand von drei Figuren
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Sicherheitseinrichtung, bei der die HF-Ströme
der aktiven und der neutralen Elektrode eines
einseitig geerdeten HF-Chirurgiegeräts miteinander
ins Verhältnis gesetzt werden,
Fig. 2 eine Sicherheitseinrichtung, bei der die HF-Ströme
der aktiven und der neutralen Elektrode eines
erdfreien HF-Chirurgiegerätes miteinander ins Verhältnis
gesetzt werden, und
Fig. 3 eine bevorzugte Ausführungsform einer
Überwachungseinrichtung.
Nach Fig. 1 enthält ein HF-Chirurgiegerät 2 einen HF-Generator 3,
der durch eine HF-Transformatorschaltung und
innere oder Ersatz-Widerstände R 1, R 2 symbolisiert ist.
Das HF-Chirurgiegerät 2 ist mit einem Erd- odr Massenanschluß 6
versehen, der an Erde oder Masse 7 führt. An
einem HF-Anschluß 8 ist über eine Verbindungsleitung 9
ein chirurgischer Handgriff (nicht gezeigt) angeschlossen,
der mit einem von Hand zu betätigenden Schalter zum
Einschalten eines HF-Arbeitsstroms I A (und ggf. zusätzlich
mit einem Schalter zum Einschalten eines HF-Kontrollstroms
oder HF-Meßstroms) ausgerüstet ist. Dieser
Handgriff ist mit einer aktiven Elektrode 14 leitend
verbunden, die beim Koagulieren auf das zu stillende
Blutgefäß im Patientenkörper 16 ausgedrückt wird. Am
Patientenkörper 16 ist in konventioneller Weise eine
einteilige (ungeteilte) neutrale Elektrode 18 kontaktgebend
befestigt. Diese ist vorliegend in einigem Abstand
gezeichnet, um eine Patientenkapazität zwischen
Patient 16 und neutraler Elektrode 18, die mit C p2 bezeichnet
ist, zu verdeutlichen. Von der neutralen Elektrode
18 führt eine Verbindungsleitung 19 zum anderen
HF-Anschluß 20 des HF-Chirurgiegeräts 2. Dieser HF-Anschluß
20 ist mit Masse oder Erde 7 verbunden. Es handelt
sich in Fig. 1 also um einen einseitig geerdeten
HF-Generator 3 mit den HF-Anschlüssen 8 und 20, wobei
der HF-Anschluß 20 mit dem Erdanschluß 6 verbunden ist.
Durch die im folgenden beschriebene Überwachungsschaltung
oder Sicherheitseinrichtung wird durch einen HF-Meß-
oder Arbeitsstrom, der vorzugsweise pulsförmig abgegeben
wird und der als Strom I A über die aktive Elektrode 14
fließt, der Stromweg von dieser aktiven Elektrode 14
über den Patientenkörper 16 und die neutrale Elektrode
18 zurück zum HF-Chirurgiegerät 2 überprüft. Dies kann
vor dem eigentlichen Koagulationsvorgang geschehen. Erst
bei vollständigem oder innerhalb einer festgelegten Toleranz
erfolgtem Rückfluß des Meßstroms, der als über
die neutrale Elektrode 18 fließender Strom I N erfaßt wird,
d. h. wenn die zu erwartenden Nebenströme unschädlich
klein sind, wird ein Freigabesignal zur Freigabe des
eigentlichen HF-Arbeitsstroms für den chirurgischen Eingriff
freigegeben. Die Überwachung kann auch während des
Koagulationsvorganges geschehen, weil das hier beschriebene
Meßverfahren in Grenzen pegelunabhängig arbeitet.
Die vom HF-Generator 3 abgegebene Energie braucht während
der Überwachung durch Abgabe des HF-Arbeitsstroms
I A (oder eines HF-Kontrollstroms vor Beginn der eigentlichen
Koagulierungsarbeiten) nicht konstant gehalten zu
werden.
Nach Fig. 1 umfaßt die Überwachungsschaltung einen ersten
Stromsensor oder Stromwandler 38 für den Strom I A ;
der ermittelte Meßwert wird dem einen Eingang einer Vergleichsschaltung
40 zugeleitet. Weiterhin umfaßt die
Überwachungsschaltung einen zweiten Stromsensor oder
Stromwandler 42, der den Strom I N über die neutrale Elektrode
18 mißt. Der hier erfaßte Meßwert wird dem anderen
Eingang der Vergleichsschaltung 40 zugeleitet. An deren
Ausgängen werden, und zwar in Abhängigkeit des Vergleichs
der beiden Ströme I A und I N , Freigabesignale g und/oder h
abgegeben. In der Vergleichsschaltung 40 werden die Ströme
I A , I N miteinander ins Verhältnis gesetzt.
In Fig. 1 sind die für die Stromverteilung wesentlichen
Kapazitäten eingezeichnet. Der Hauptstromweg geht vom
HF-Anschluß 8 über die Leitung 9 zur aktiven Elektrode
14 durch den Patienten 16 und durch die Kapazität C p2
zur neutralen Elektrode 18 und über die Leitung 19 zum
HF-Anschluß 20 des HF-Chirurgiegerätes zurück. Alle
übrigen in Fig. 1 eingezeichneten Kapazitäten C a1, C a2,
C p1, C p3 führen zu Nebenstromwegen. Der erste und wichtigste
Nebenstromweg führt über die Kapazität C p3 zur
Erde 7. Die Kapazität C p3 soll die Berührung des Patienten 16
mit einem geerdeten Gegenstand symbolisch darstellen.
An dieser Berührungsstelle können am Patienten
16 Verbrennungen entstehen, insbesondere dann, wenn der
Kontakt zwischen Patient 16 und neutraler Elektrode 18
schlecht ist, also wenn die Kapazität C p2 klein ist. Somit
entsteht eine Stromverzweigung von I A in zwei Teile,
nämlich in I N und I E . Durch den Vergleich der Ströme I A
und I N kann der Strom ermittelt werden. I E ist damit ein
Indiz für einen unerwünschten Erdkontakt des Patienten
und zugleich ein Indiz für einen schlechten Kontakt zwischen
Patient und neutraler Elektrode.
Ein zweiter Nebenstromweg entsteht durch die unvermeidliche
Erdkapazität C p1 des Patienten 16. Der über die
Kapazität C p1 fließende Strom verteilt sich über die
Oberfläche des Patienten 16 und ist für diesen daher ungefährlich.
Der Strom über die Kapazität C p1 ist aber
ebenfalls ein Indiz für den schlechten Kontakt zwischen
Patient 16 und neutraler Elektrode 18. Wäre dieser Kontakt
sehr gut, käme kein Strom über die Kapazität C p1
und auch kein Strom über die Kapazität C p3 zustande.
Ein dritter Nebenstromweg für den HF-Strom geht über die
Erdkapazität C a1, die die Zuleitung 9 und der Handgriff besitzen,
die zur aktiven Elektrode 14 führen. Auch der hier
fließende Strom verursacht einen Beitrag zum Strom I E .
Während jedoch die zuvor genannten Nebenstromwege, die
über die Patientenkapazität C p1 und C p3 gehen, eine
Aussage über den Kontakt zwischen Patient 16 und neutraler
Elektrode 18 gestatten, tritt der dritte Nebenstromzweig
über die Kapazität C a1 störend in Erscheinung, weil
er die anderen Ströme überdecken kann und außerdem von
der Länge und der Lage der Zuleitung 9 abhängt, also nicht
konstant ist. Damit wird die Empfindlichkeit der Erfassung
von Nebenströmen am Patienten 16 eingeschränkt.
Eine weitere Einschränkung ist durch die Erdkapazität
C a2 möglich, die die neutrale Elektrode 18 selbst und
deren Zuleitung 19 besitzen. Die Einschränkung ist jedoch
zu vernachlässigen, wenn der Strom I N mit einem
Stromwandler 42 erfaßt wird und der induktive Spannungsabfall
auf der Zuleitung 19 gering gegen die anderen
Spannungen ist.
In Fig. 2 ist die Überwachungsschaltung bei einem erdfreien
HF-Generator 3′ eingesetzt. Es fehlt hier die
Erdverbindung zwischen dem HF-Anschluß 20 und Erde 7.
Dafür müssen innere Erd- oder Streukapazitäten C i1 und
C i2in Betracht gezogen werden. Würden diese auf Erde 7
bezogenen Streukapazitäten nicht existieren, wären die
Ströme I A und I N immer gleich große, und zwar unabhängig
von allen Lasten, und der Vergleich von I A und I N hätte
keine Bedeutung, d. h. es würde gelten I A - I N = 0.
Die beiden Streukapazitäten C i1 und C i2 können in Gedanken
durch eine (gestrichelt gezeichnete) Kapazität C i
ersetzt werden, die an einem Teil des eingezeichneten
Leistungsübertragers angreift und zur Gerätemasse, also
zur Erde 7, geht. Über diese innere Ersatzkapazität C i
entsteht wieder ein dritter Strompfad, über den ein
Ausgleichsstrom I E fließen kann. Wie sich aus Fig. 2
ergibt, kann dieser Ausgleichsstrom I E indirekt aus der
Differenz I A - I N ermittelt werden:
I E = I A - I N .
Unter der Annahme, daß der Patient 16 nicht vorhanden
wäre, d. h. daß C p1 = C p2 = 0 gilt, ist es vorstellbar,
daß die beiden Verhältnisse C i1 : C i2 und C a1 : C a2
einander gleich sind. Dann ist der Ausgleichsstrom I
gleich Null.
In der Praxis muß man jedoch annehmen, daß die Kapazität
C a2 zwischen der neutralen Elektrode 18 und dem geerdeten
Operationstisch, auf dem der Patient 16 liegt,
relativ groß ist. Weiterhin muß die Eigenkapazität C p1
und C p2 des Patienten 16 berücksichtigt werden. Dagegen
wird die Kapazität C a1, also die der Zuleitung zur aktiven
Elektrode 14, kleiner sein. Damit wird auch das
Verhältnis C a1 : C a2 klein werden. Folglich wird ein
relativ großer Ausgleichsstrom I E fließen. Dieser Ausgleichsstrom
I E kommt in die Nähe der Größenordung des
maximal möglichen Ausgleichsstromes.
Im Augenblick eines HF-Stromes I A infolge einer Berührung
des Patienten 16 durch die aktive Elektrode 14
wird die Situation unübersichtlich. Einerseits wird das
Potential des Patienten 16 bei einer schlechten Kopplung
des Patienten (über C p2) angehoben, und ein Teil
der Kapazität C p1 geht zur Kapazität C a1. Andererseits
schafft der Spannungsabfall am Serienwiderstand R 2, der
als Leistungswiderstand zur Strombegrenzung tatsächlich
vorhanden sein kann und hier neben dem Parallelersatzwiderstand
R 1 eingezeichnet ist, eine scheinbare Verschiebung
der inneren Verhältnisse des HF-Generators 3′.
Sicher ist, daß der Ausgleichsstrom I E die Folge
des Verhältnisses zwischen den Erdströmen I A , I N der aktiven
Elektrode 14 und der neutralen Elektrode 18 ist.
Der Vergleich der Ströme I A und I N läßt beim erdfreien
HF-Generator 3′ keinen Schluß auf die Verbindung zwischen
Patient 16 und neutraler Elektrode 18 zu. Man
kann allenfalls feststellln, ob mit der aktiven Elektrode
14 geerdete Metallteile berührt werden. Unter Umständen
läßt sich auch feststellen, ob die neutrale
Elektrode 18 einen direkten Kontakt zur Erde 7 hat oder
ob ein damit verbundener Patient 16 einen direkten
Kontakt zur Erde 7 hat.
In Fig. 3 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für
die Verknüpfungsschaltung 40 dargestellt. Dieser werden
wiederum die Ströme I A und I N von den Strommessern 38
bzw. 42 zugeleitet. Diese Strommesser 38, 42 sind bevorzugt
von gleicher Bauart. Sie sind vorliegend insbesondere
induktive Strommesser und als Stromwandler
ausgeführt.
Jedem Strommesser 38, 42 ist ein Bauglied 58 bzw. 60 zur
Bildung des Effektivwerts des Stroms I A bzw. I N nachgeschaltet.
Die Ausgänge der beiden Bauglieder 58, 60 sind
mit einem Verknüpfungsglied 62 verbunden. Dieses ist zur
schaltungstechnischen Verknüpfung der Effektivwerte der
Ströme I A , I N vorgesehen, und es gibt ein von der Verknüpfung
abhängiges Verknüpfungssignal v ab. Das Verknüpfungsglied
62 ist insbesondere als Verhältnisbildner
ausgebildet, der ein vom Verhältnis I A /I N der beiden
Ströme abhängiges Verknüpfungssignal v logarithmisch
bildet. Dazu ist jedem der Bauglieder 58, 60 ein Logarithmierglied
64 bzw. 66 nachgeschaltet. Die logarithmierten
Effektivwerte der Ströme werden sodann voneinander
subtrahiert. Dies geschieht mittels eines Invertiergliedes
68, das dem Logarithmierglied 64 nachgeschaltet
ist, und mittels eines Additionsgliedes 70,
dem sowohl das Ausgangssignal des Logarithmiergliedes
66 als auch das Ausgangssignal des Invertiergliedes 68
zugeleitet ist. Das Ausgangssignal des Additionsgliedes
70 ist ein verknüpfendes Signal u. Es stellt die
Differenz zweier logarithmierter Strom-Effektivwerte dar
und kann positive oder negative Polarität annehmen. Die
Bauglieder 68, 70 sind also gemeinsam als ein Subtrahier-
oder Differenzglied zu betrachten.
Sowohl das positive als auch das negative verknüpfende
Signal u wird weiterverarbeitet. Dazu ist an den Ausgang
des Additionsgliedes 70 ein Gleichrichter 74 geschaltet
Dessen Ausgangssignal ist das Verknüpfungssignal v.
Dieses Verknüpfungssignal v wird einem Komparator 76 zugeleitet.
Der Komparator 76 ist zum Vergleich des gleichgerichteten
Verknüpfungssignals v mit einem vorgegebenen
Grenzwert v* vorgesehen. Dieser Grenzwert v* kann an einem
Schnellwertgeber 78, der exemplarisch als Potentiometer
eingezeichnet ist, eingestellt werden. Das Ausgangssignal
a des Komparators 76 wird über ein UND-Glied 77
entweder direkt als Freigabesignal g oder über ein Invertierglied
78 als Freigabesignal h abgegriffen. Das Freigabesignal
g und/oder h kann als Alarmsignal verwendet
werden. Es dient dazu, mittels einer Alarmeinrichtung 80
einen Alarm und/oder eine Sicherheitsmaßnahme auszulösen,
und zwar bei nennenswerter Ungleichheit der beiden
Ströme I A und I N . Denn dann ist damit zu rechnen, daß
von der aktiven Elektrode 14 Strom über einen Nebenweg
fließen und daß auf diesem Wege ungewollte Verbrennungen
des Patienten 16 geschehen können. Die Alarmeinrichtung
80 kann einen Schalter 81 zum Abschalten oder Reduzieren
des von der aktiven Elektrode 14 abgegebenen HF-Stroms
und/oder einen akustischen Alarmgeber und/oder einen
optischen Alarmgeber umfassen.
Dem UND-Glied 77 wird außer dem Ausgangssignal a auch
ein Freischaltsignal f zugeleitet. Dieses Freischaltsignal
f wird von einer Pegel-Komparatorschaltung abgeleitet.
Sie ist zur Amplituden- oder Pegelüberwachung
vorgesehen und umfaßt einen Pegel-Komparator 82, der von
einem der beiden Stromwandler 38, 42, im vorliegenden
Fall vom Stromwandler 38 her, mit einer vom Strom I A
abhängigen Meßgröße gespeist ist. Insbesondere ist
vorliegend der Eingang des Pegel-Komparators 82 an den
Ausgang des Logarithmiergliedes 64 angeschlossen. Dieser
Pegelkomparator 82 besitzt einen vorgegebenen Pegelgrenzwert
p*. Dies ist durch einen Potentiometer 84, an dem der
Pegel-Grenzwert p* abgegriffen werden kann, veranschaulicht.
Bei Überschreiten des Pegelgrenzwertes p* durch
den zugeleiteten logarithmierten Effektivwert des Stroms
I A wird das Freischaltsignal f erzeugt. In Verbindung
mit dem UND-Glied 77 sorgt es dafür, daß das Ausgangssignal
a zur Auslösung eines Alarms weitergeleitet wird.
Mit anderen Worten: Bei Vorliegen eines "Unterpegels",
wenn keine für den Patienten 16 kritischen Situationen
entstehen können, ist die Überwachung durch das Verknüpfungssignal v
unwirksam.
Der Ausgang des UND-Gliedes 77 kann über ein (nicht gezeigtes)
Zeitglied mit der Alarmeinrichtung 80 verbunden
sein. Dieses Zeitglied kann dafür vorgesehen sein, eine
Ansprechverzögerung durchzuführen. Alternativ kann es
auch dazu dienen, eine vorgegebene Totzeit für die Abschaltung
des HF-Generators 3 oder 3′ nach dem Auftreten
des Alarmsignals g, h (d. h. eine Zeitverlängerung der
Abschaltung) bereitzustellen.
Das UND-Glied 77 ist, wie erwähnt, ausgangsseitig ggf.
über ein Zeitglied mit der Alarmeinrichtung 80 verbunden.
Diese Alarmeinrichtung 80 dient entweder zum Abschalten
oder Reduzieren des von der aktiven Elektrode
14 abgegebenen HF-Stroms I A und/oder zur Abgabe eines
akustischen oder optischen Alarms. Dies ist durch
den Schalter 81 im Kästchen der Alarmeinrichtung 80
symbolisiert. Die Alarmeinrichtung 80 tritt somit in
Tätigkeit, d. h. sie löst einen Alarm aus und/oder sie
führt eine Sicherheitsmaßnahme durch, wenn erstens eine
nennenswerte Ungleichheit der Ströme I A , I N vorliegt,
wobei deren Betrag über den Grenzwert v* vorgegeben wird,
also bei Überschreitung eines "Schnellwerts der Ungleichheit"
und wenn zweitens überhaupt ein ausreichender Pegel
bei einem der HF-Ströme I A , I N (vorliegend beim
Strom I A ) vorliegt, wobei dessen Grenzwert durch den
Grenzwert p* vorgegeben wird.
Man kann dies auch so ausdrücken: Die Überwachungseinrichtung
soll erst oberhalb eines Mindestwertes der
Ströme I A oder I N reagieren. Aus diesem Grunde wird
der Absolutpegel des Stromes I A mit Hilfe des Komparators
82 überwacht. Unterhalb der vorbestimmten Schwelle
p*, bei der mit Sicherheit Verbrennungen auszuschließen
sind, wird kein Alarm, also kein Freigabesignal
g, h abgegeben (Sperrung). Damit werden zugleich
die technischen Unvollkommenheiten oder Logarithmierer
64, 66 (Gleichlauffehler bei sehr kleinen Spannungspegeln)
ausgeschaltet.
Die Überwachungsschaltung ist nicht nur bei einteiliger,
sondern auch bei einer geteilten neutralen Elektrode
18, die gelegentlich verwendet wird, einsetzbar. In
diesem Falle werden alle Zuleitungen der Teilelektroden
der geteilten neutralen Elektroden 18 gemeinsam durch
den Stromwandler 42 geführt, und somit wird der Gesamtstrom
I N erfaßt.