DE3622337C2 - Hochfrequenzgenerator mit automatischer Leistungsregelung für die Hochfrequenzkoagulation - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenzgenerator mit automatischer Leistungsregelung für die Hochfrequenzkoagulation entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Hochfrequenzströme werden in der Chirurgie zum blutarmen Schneiden und zum Stillen von Blutungen verwendet. Es sind Hochfrequenzgeneratoren bekannt, die sowohl einen sogenannten "Schneidmodus" als auch einen "Koagulationsmodus" aufweisen. Diese Generatoren sind zum Gewebetrennen und zum gezielten Blutstillen, dem Koagulieren geeignet. Sie werden hauptsächlich bei endoskopischen Operationen wie z. B. in der Urologie, der Gynäkologie, der Polypektomie usw. angewandt. Daneben gibt es Hochfrequenzgeneratoren, die nur einen Koagulationsmodus besitzen. Diese sog. Koagulatoren werden in der offenen Chirurgie verwendet, um angeschnittene, stark blutende Gefäße zu verschließen oder großflächige, diffuse Blutungen zu stillen. Die vorliegende Erfindung betrifft nur die Koagulationsanwendung des Hochfrequenzstromes. Sie ist aber in beiden genannten Generatorarten anwendbar, d. h. auch bei kombinierten Generatoren für Schneiden und Blutstillen kann sie im Koagulationsteil oder im Koagulationsmodus Anwendung finden.

Beim Schneiden mit Hochfrequenzströmen wird ein kontinuierlicher Hochfrequenzstrom verwendet. Zur Koagulation dagegen verwendet man heute ausschließlich gepulste Hochfrequenzströme, weil hier deutlich geringere Leistungen notwendig sind und die impulsförmige Leistungszufuhr erfahrungsgemäß einen besseren Koagulationseffekt ergibt.

Bei der Hochfrequenzkoagulation wird die Joul′sche Wärme des Hochfrequenzstromes zur Stillung von Blutungen verwendet. Dazu wird ein Hochfrequenzstrom von einer Koagulationssonde auf das Gewebestück übergeleitet, auf dessen Oberfläche sich die Blutung befindet. Die Blutung kann von einem angeschnittenen Gefäß - meistens einer Arterie - oder großflächig in Form einer diffusen Blutung von vielen kleinen aufgetrennten Mikrogefäßen ausgehen.

Je nach Blutungs- und Operationsart werden unterschiedliche Koagulationssonden und unterschiedliche Koagulationstechniken angewandt. Bei offenen Operationen und großen angeschnittenen Blutgefäßen verwendet man Koagulationspinzetten. Mit einer solchen Pinzette wird das Blutgefäß zunächst gefaßt und abgedrückt. Dann wird der Hochfrequenzstrom von der Pinzette ausgehend durch das Gefäß geleitet. Dabei erwärmt sich das Gefäß durch die entstehende Joul′sche Wärme, das im Blut und den umgebenden Zellen enthaltene Eiweiß koaguliert und verklebt: Im Gefäß bildet sich ein Trombus. Außerdem zieht sich die Gefäßwand bei der Wärmeentwicklung zusammen, wodurch das Gefäß verschlossen wird.

Die Technik zur Überleitung des Hochfrequenzstromes von der Koagulationssonde auf das Gefäß kann dabei sowohl "monopolar" als auch "bipolar" sein. Bei der monopolaren Technik wird ein Ausgang des Hochfrequenzgenerators an die Koagulationspinzette angeschlossen und der zweite Ausgang an eine großflächige "Neutrale Elektrode", die in der Nähe der Operationsstelle auf der Haut des Patienten angebracht ist. In diesem Fall durchfließt der Hochfrequenzstrom das Gefäß von der Schnittoberfläche aus gesehen der Länge nach in die Tiefe und durchfließt danach noch größere Volumenanteile des Patienten, bis er den Patienten an der Stelle der neutralen Elektrode wieder verläßt.

Bei der bipolaren Technik sind die beiden Branchen der Pinzette gegeneinander isoliert und der Hochfrequenzgenerator wird an die beiden Hälften der Pinzette angeschlossen. Hier durchfließt der Hochfrequenzstrom das Gefäß quer und der stromdurchflossene Teil des Patienten ist sehr klein.

Bei diffusen Blutungen in der offenen Chirurgie werden großflächige Koagulationssonden verwendet, die praktisch immer monopolar angeschlossen sind. Sie werden auf die blutende Stelle aufgedrückt, so daß der Hochfrequenzstrom großflächig auf das Gewebe übertreten kann.

In der endoskopischen Chirurgie, z. B. in der Urologie, wird die Hochfrequenzkoagulation meistens in Verbindung mit dem Gewebeschneiden mit Hochfrequenzströmen angewandt. Dabei wird die Form der Sonde von den Anforderungen bestimmt, die beim Gewebeschneiden entstehen. Solche Sonden sind meistens Schlingen aus sehr dünnem Draht, sog. Schneidschlingen, um die beim Schneiden notwendigen hohen Stromdichten zu erreichen. Es ist sehr umständlich, zum Koagulieren eine andere Sonde einzuführen als zum Schneiden. Zum Koagulieren wird daher fast immer die Schneidsonde verwendet. Beim Koagulationsvorgang wird die Sonde auf die blutende Stelle gedrückt und der Hochfrequenzgenerator im Koagulationsmodus aktiviert.

Aus den bisherigen Ausführungen ist zu erkennen, daß die Hochfrequenzkoagulation in der Chirurgie unter äußerst unterschiedlichen Bedingungen stattfinden kann. Bei der offenen Chirurgie treten sehr unterschiedliche Stromverteilungen auf, je nachdem ob monopolare oder bipolare Technik angewandt wird und je nach Form der Koagulationssonde. Dadurch ist der Leistungsbedarf für die Erwärmung des blutenden Gewebes sehr unterschiedlich. Bei der endoskopischen Chirurgie werden Sonden verwendet, die nicht für die Koagulation optimiert werden können. Sie sind vielmehr für Schneiden optimiert und reagieren sehr empfindlich auf zu hohe Leistung. Sobald die zum Koagulieren zugeführte Hochfrequenzleistung eine gewisse Grenze überschreitet, fängt die Sonde an zu schneiden. Dies kann für den Patienten sehr gefährlich sein, wenn z. B. nach der Entfernung eines Tumors von der Wand der Harnblase die abgetrennten Blutgefäße koaguliert werden sollen, die Sonde aber plötzlich in die Tiefe schneidet. Dies bedeutet meistens eine Perforation der Harnblase.

Bei praktisch allen heute verwendeten Hochfrequenzgeneratoren für die Hochfrequenzkoagulation muß die Koagulationsleistung von Hand eingestellt werden. Wegen der unterschiedlichen Bedingungen beim Koagulieren ist dies aber praktisch nie optimal möglich. Dies gilt nicht nur für die verschiedenen beschriebenen Anwendungen, die jeweils sehr unterschiedlichen Leistungsbedarf aufweisen, sondern auch innerhalb einer Anwendung selbst. Dies soll wieder am Beispiel der Urologie gezeigt werden. Bei Blasen- und Prostataoperationen wird das Operationsgebiet ständig von Spülflüssigkeit umspült. Als Spülflüssigkeit werden zwar überwiegend elektrolytfreie Flüssigkeiten verwendet, durch eingeschwemmtes Blut ändert sich die elektrische Leitfähigkeit der Spülflüssigkeit aber dauernd. Dies gilt insbesondere für die Bereiche, in denen eine Blutung gestillt werden soll, weil hier ja gerade eine Blutquelle liegt, deren pro Zeiteinheit zugeführtes Blutvolumen sich im Laufe des Koagulationsvorganges ändert. Durch die elektrische Leitfähigkeit der Spülflüssigkeit fließen beträchtliche Anteile des Hochfrequenzstromes von der Sonde parasitär ab und stehen damit nicht für die eigentliche Koagulation zur Verfügung. Dieser parasitäre Stromanteil ändert sich laufend mit der Leitfähigkeit der Spülflüssigkeit und damit ändert sich dauernd die Koagulationsleistung.

Es liegt nun einerseits im Interesse des Operateurs, die Koagulationsleistung so groß wie möglich zu machen, um die Koagulation so schnell wie möglich durchführen zu können. Andererseits ist eine zu hohe Koagulationsleistung aber schädlich, weil sie entweder schon eine Schneidwirkung der Koagulationssonde bewirkt, oder aber eine so rasche Nekrotisierung des Gewebes hervorruft, daß diese vom Arzt nicht mehr kontrolliert werden kann. Die Folge sind schwarze Brandschorfe auf der Gewebeoberfläche, die sich sehr nachteilig auf die Heilung auswirken.

Aus diesem Grund wurde in der Vergangenheit bereits versucht, die Leistungszufuhr bei der Koagulation zu automatisieren. Aus der deutschen Patentschrift 25 04 280 ist eine Vorrichtung zum Schneiden und/oder Koagulieren menschlichen Gewebes mit Hilfe eines elektrischen Hochfrequenzstromes bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird das Auftreten eines elektrischen Lichtbogens zwischen der Sonde und dem Gewebe als Anzeige dafür benutzt, daß die Sonde das vor ihr liegende Gewebe schneidet. Mit Hilfe dieser Vorrichtung kann also genau zwischen Gewebeschneiden und Koagulation unterschieden werden. Solange kein Lichtbogen zwischen Sonde und Gewebe brennt, schneidet die Sonde nicht, die Hochfrequenzleistung erwärmt lediglich das die Sonde umgebende Gewebe. Setzt der Lichtbogen ein, so beginnt die Sonde zu schneiden. Zur Erkennung des Lichtbogens und zur Bestimmung von dessen Intensität besitzt die Vorrichtung eine Lichtbogen- Anzeigevorrichtung. Diese Lichtbogen-Anzeigevorrichtung verwendet z. B. die Tatsache, daß ein Lichtbogen zwischen der Sonde und dem Gewebe ein nichtlineares Verhalten besitzt und aus dem Hochfrequenzstrom des Generators neue Frequenzen erzeugt, die zur ursprünglichen Generatorfrequenz harmonisch sind.

Zur automatischen Regelung der Koagulationsleistung wird dabei die Stromstärke des Hochfrequenzgenerators so nachgeführt, daß sie immer so groß wie möglich ist, aber nie kontinuierlich den Zustand erreicht, bei dem dauernd ein Lichtbogen brennt. Dazu wird ein Sollwertprogramm verwendet, das mit dem Signal der Lichtbogen- Anzeigevorrichtung zur Erkennung des Lichtbogens verglichen wird und aus der Differenz ein Regelsignal für den Ausgangsstrom ableitet.

In einer Ausführung der DP 25 04 280 wird z. B. die Leistung des Hochfrequenzgenerators für optimales Koagulieren so geregelt, daß während des Koagulierens in gewissen Zeitabständen die Stromstärke bis zum Einsatzpunkt des Lichtbogens erhöht wird, wobei die vorhandene Lichtbogen-Anzeigevorrichtung den Einsatz des Lichtbogens mitteilt und die beim Einsatz des Lichtbogens bestehende Stromstärke des Hochfrequenzstromes als Normstrom für die Einstellung des Sollwertprogramms dient und das Sollwertprogramm den zeitlichen Vorlauf des Sollwertes bezogen auf den Normstrom festlegt.

Ein Nachteil dieser Anordnung ist die Tatsache, daß zur Nachführung des Ausgangsstromes ein Sollwertprogramm aufgestellt werden muß. Dieses Sollwertprogramm setzt eine genaue Kenntnis der Vorgänge beim Koagulieren und insbesondere beim Abbau des Plasmas voraus, das sich im Moment des Zündens eines Lichtbogens zwischen der Sonde und dem Gewebe bildet. Für einfachere Koagulationsvorgänge, insbesondere bei der offenen Chirurgie, kann ein solches Sollwertprogramm empirisch gefunden werden. In vielen Versuchen haben die Erfinder jedoch herausgefunden, daß für unterschiedliche Gewebearten und unterschiedliche Koagulationssonden jeweils unterschiedliche Sollwertprogramme für die Koagulation nötig sind. Insbesondere aber bei der endoskopischen Chirurgie und der Verwendung nicht optimierter Koagulationssonden sind optimale Sollwertprogramme für die Koagulation nur schwer zu finden.

Dem hier zu berücksichtigenden Stand der Technik gehört auch die nachveröffentlichte DE 36 08 833 an, die sich mit der Aufgabe befaßt, einen Hochfrequenzgenerator mit automatischer Leistungsregelung für die Hochfrequenzkoagulation zu schaffen, dessen Koagulationseffekt im Mittel so groß wie möglich ist, ein Schneideffekt der Koagulationssonde gegenüber dem Gewebe aber mit Sicherheit ausgeschlossen ist. Komplizierte Sollwertprogramme, die eine genaue Kenntnis der Vorgänge beim Koagulieren voraussetzen, sollen vermieden werden. Diese Aufgabe wird mit den in den Ansprüchen vorgeschlagenen Maßnahmen gelöst.

Dazu besitzt der Hochfrequenzgenerator in bekannter Weise einen Modulator zur elektronischen Veränderung der Ausgangsleistung und eine Lichtbogen-Anzeigevorrichtung zur Messung der von einem eventuellen zwischen der Koagulationssonde und dem zu koagulierenden Gewebe brennenden Lichtbogen. Erfindungsgemäß wird nun der Modulator von der Lichtbogen-Anzeigevorrichtung mit Hilfe eines zusätzlichen Zeitgebers so angesteuert, daß sich zeitlich nacheinander drei Zeitintervalle mit den Zuständen der Ausgangsleistung des Hochfrequenzgenerators mit den folgenden Bedingungen einstellen:

• a) maximale Ausgangsleistung, solange das Ausgangssignal der Lichtbogen-Anzeigevorrichtung null ist, d. h. zwischen der Koagulationssonde und dem zu koagulierenden Gewebe kein Lichtbogen brennt,
• b) nach dem Zünden eines Lichtbogens zwischen der Koagulationssonde und dem zu koagulierenden Gewebe weiterhin maximale Ausgangsleistung für eine erste vorbestimmte Zeitdauer, beginnend mit dem Moment des Erkennens des Lichtbogens durch die Lichtbogen-Anzeigevorrichtung, und
• c) Ausgangsleistung Null für eine zweite vorbestimmte Zeitdauer,

und sich diese Zustände in dieser Reihenfolge zyklisch wiederholen, solange der Generator vom Operateur im Koagulationsmode aktiviert ist.

Mit einem solchen Hochfrequenzgenerator wird erreicht, daß zunächst - im Zeitintervall, das mit a) bezeichnet ist - die maximale Leistung an das zu koagulierende Gewebe abgegeben wird. Damit wird das Gewebe maximal schnell aufgeheizt und der gewünschte Koagulationseffekt in der kürzest möglichen Zeit angestrebt. Da in diesem Zeitintervall kein Lichtbogen brennt, besteht keine Gefahr dafür, daß die Koagulationssonde eine Schneidwirkung auf das umgebende Gewebe ausübt.

Bei der hohen Leistungszufuhr im Intervall a) wird das die Koagulationssonde umgebende Gewebe stark aufgeheizt. Die Koagulationssonde liegt dabei noch mit ihrer ganzen Berührungsfläche auf dem Gewebe auf und es ergibt sich ein gleichmäßiger Stromübergang von der Koagulationssonde auf das Gewebe. Dabei wird zu irgendeinem Zeitpunkt der Zustand erreicht, in welchem die Zellflüssigkeit dieses Gewebes zu sieden und zu verdampfen beginnt. In diesem Moment wird die Koagulationssonde durch den entstehenden Dampf vom Gewebe abgehoben und die zwischen Koagulationssonde und Gewebe entstehende Dampfschicht von einem Lichtbogen durchschlagen. Das Auftreten des Lichtbogens wird nun sofort von der Lichtbogen-Anzeigevorrichtung erkannt und für den Zeitgeber beginnt die Zeitdauer T1, die unter b) angegeben ist.

Mit dem Auftreten des Lichtbogens schnürt sich der Bereich ein, in welchem der Hochfrequenzstrom von der Koagulationssonde auf das Gewebe übertritt. Dadurch erhöht sich die Stromdichte am Ort des Stromüberganges sehr stark und es entsteht eine noch stärkere Erwärmung des Gewebes, die jetzt allerdings nicht mehr die ganze Fläche vor der Koagulationssonde erfaßt, sondern nur noch den aktuellen Ort des Lichtbogenübertritts. Durch diesen Vorgang tritt momentan ein ganz ausgeprägter örtlicher Koagulationseffekt auf, der das Gewebe austrocknet und hochohmig macht. Wegen der Veränderung des Gewebezustandes am Ort des Lichtbogenübertrittes und der damit verbundenen Leitfähigkeitsverringerung bleibt der Ort des Lichtbogenübertritts natürlich nicht konstant, sondern der Lichtbogen "tanzt" entlang der Oberfläche der Koagulationssonde und springt dabei immer wieder zu der Stelle mit dem niedrigsten gesamten Übergangswiderstand. Dieser Vorgang läuft so lange, bis das gesamte Gewebe in der unmittelbaren Nachbarschaft der Koagulationssonde hochohmig geworden, also koaguliert ist. Dieser Vorgang dauert einige Millisekunden, wie die Erfinder in umfangreichen Messungen festgestellt haben.

Würde nun der Generator weiterhin maximale Ausgangsleistung liefern, so würde der Lichtbogen sukzessive in immer tieferen Schichten des Gewebes schlagen und dabei immer mehr Gewebe zerstören, d. h. teilweise verdampfen und teilweise regelrecht "verbrennen", also karbonisieren. Bereits bei einem geringen Druck auf die Koagulationssonde würde diese dabei in das Gewebe eindringen, das Gewebe also schneiden. Da sowohl dieser Schneideffekt als auch eine starke Nekrotisierung des Gewebes unbedingt verhindert werden soll, wird die maximale Leistungszufuhr entsprechend dem Erfindungsgedanken vom Zeitgeber nach Ablauf der ersten vorbestimmten Zeitdauer T1 nach dem Entdecken des ersten Lichtbogens unterbrochen und die Leistung des Generators mit Hilfe des Modulators nach null geregelt.

Nach dem Abschalten der Ausgangsleistung des Hochfrequenzgenerators startet der Zeitgeber ein zweites Zeitintervall vorbestimmter Zeitdauer T2, in welchem die Ausgangsleistung des Hochfrequenzgenerators dauernd auf null geregelt ist. In diesem Zeitintervall erlischt der Lichtbogen.

Nach Ablauf dieses Zeitintervalls mit der zweiten vorbestimmten Zeitdauer beginnt der Zeitgeber wieder mit dem ersten - mit a) bezeichneten - Zustand, d. h. die Ausgangsleistung wird wieder auf ihren maximalen Wert hochgeregelt, bis wieder ein Lichtbogen einsetzt. Der Zyklus mit den drei oben geschilderten Zuständen wird nun vom Zeitgeber periodisch wiederholt, bis der Hochfrequenzgenerator vom Operateur deaktiviert wird.

Auf diese Weise wird dem Gewebe im ersten - mit a) bezeichneten - Zeitintervall die maximal mögliche Leistung zugeführt und damit das Gewebe so schnell wie möglich aufgeheizt. Da in dieser Zeit noch kein Lichtbogen brennt, schneidet die Koagulationssonde das Gewebe noch nicht. Die Stromverteilung vor der Oberfläche der Koagulationssonde ist sehr gleichmäßig, woraus in dieser Zeit eine Tiefenwirkung des Stromes, also eine Tiefenkoagulation resultiert. Mit dem Einsetzen des Lichtbogens schnürt sich der Stromübergang ein, die Stromdichte wird auf der Gewebeoberfläche extrem hoch, aber der Strom verteilt sich in der Tiefe des Gewebes relativ schnell. Es entsteht eine zusätzliche Oberflächenkoagulation. Es wurde in langwierigen Experimenten festgestellt, daß der Schneideffekt nicht sofort mit dem Zünden des Lichtbogens beginnt. Es vergeht vielmehr eine gewisse, wenn auch sehr kurze Zeit, in der der Lichtbogen mit der Oberfläche der Koagulationssonde "herumtanzt", bis eine Schneidwirkung einsetzt. Diese Zeit wird zu einer Intensivierung der Koagulation der Gewebeoberfläche benutzt.

Das erste Zeitintervall, in dem die Ausgangsleistung zwar maximal ist, in welchem aber kein Lichtbogen brennt, bewirkt die Automatisierung des Koagulationsvorgangs. Beim ersten Durchlauf der drei Zeitintervalle bleibt die maximale Leistung relativ lange eingeschaltet, bis der Lichtbogen zündet. Bei allen nachfolgenden Zyklen ist das Gewebe aber schon aufgeheizt und der Lichtbogen zündet immer früher. Mit fortschreitender Zeit wird daher das erste Zeitintervall mit maximaler Ausgangsleistung automatisch immer kürzer, was den Fortgang des Koagulationsvorganges anzeigt.

Das Verhalten eines solchen Hochfrequenzgenerators paßt sich aber auch der Koagulationstechnik des Arztes an. Berührt der Arzt z. B. während des ganzen Koagulationsvorganges immer dieselbe Stelle - z. B. eine geöffnete Arterie - so geht das erste Zeitintervall automatisch schon nach wenigen Zyklen auf sehr kurze Werte der Zeitdauer zurück, die Koagulation an dieser Stelle ist schnell beendet. Dagegen wird der Arzt die Koagulationssonde bei Flächenblutungen dauernd über die ganze blutende Fläche hin- und herbewegen. Die Sonde verweilt dabei immer nur sehr kurze Zeit an derselben Stelle. Der Generator erkennt dabei, daß lange Zeit kein Lichtbogen zündet und gibt über lange Zeit die maximale Hochfrequenzleistung ab. Erst wenn im Laufe der Zeit erst wenige und dann immer mehr Stellen des Blutungsgebietes so weit aufgeheizt sind, daß nach dem beschriebenen Mechanismus beim Überstreichen dieser Stelle Lichtbögen zünden, wird die Hochfrequenzleistung über das zyklische Ab- und Anschalten des Hochfrequenzgenerators entsprechend reduziert.

Der Hochfrequenzgenerator führt also der blutenden Stelle immer in der individuell kürzesten Zeit maximale Energie zu und sichert damit den schnellstmöglichen Koagulationsprozeß. Sobald jedoch die Gefahr besteht, daß die Koagulationssonde einen Schneideffekt bewirkt, wird mit dem beschriebenen Zyklus der An- und Abschaltungen die Hochfrequenzleistung gerade unter dem Schneideinsatz gehalten.

Es ist dabei aber kein kompliziertes Sollwertprogramm nötig, da nur zwischen maximaler Leistung und der Leistung Null geschaltet wird.

Während des zweiten - mit b) bezeichneten - Interintervalls wird mit Hilfe des Lichtbogens eine Oberflächen-Nekrotisierung erzielt. Diese Oberflächenkoagulation wird von verschiedenen Ärzten unterschiedlich beurteilt. Viele Ärzte lehnen starke Nekrotisierungen ab, weil der dabei auftretenden Karbonisierung des Eiweiß kanzerogene Stoffe entstehen können, die durch das Venensystem in die Blutbahn gelangen könnten. Bei verschiedenen Operationen, wie z. B. am Gehirn, sind starke Nekrotisierungen überhaupt nicht erlaubt.

Dann ist die Zeitdauer des zweiten - mit b) bezeichneten - Zeitintervalls auf die kürzest mögliche Zeit einzustellen, die sich aus der Zeitkonstanten der Lichtbogen-Anzeigevorrichtung und der Regelgeschwindigkeit des Modulators, des Leistungsverstärkers und der übrigen Komponenten der Regelschleife ergibt. In diesem Fall wird die Hochfrequenzleistung praktisch sofort abgeschaltet, wenn die Lichtbogen-Anzeigevorrichtung das Zünden eines Lichtbogens erkennt. Damit wird eine sehr nekrosearme Koagulation erreicht.

Bei anderen Anwendungen, wie in der Urologie, kann dagegen eine stärkere Nekrotisierung des Koagulationsgebietes erwünscht sein, weil dadurch die Gefahr der Nachblutung verringert werden kann. Dazu wird die Zeitdauer des zweiten - mit b) bezeichneten - Zeitintervalls so lang eingestellt, daß sich gerade noch kein Schneideffekt von der Koagulationssonde gegenüber dem zu koagulierenden Gewebe ausbildet. Diese Einstellung ist experimentell sehr einfach zu finden.

Bei Universal-Koagulationsgeräten kann durchaus der Wunsch bestehen, den Nekrotisierungsgrad von Fall zu Fall unterschiedlich einzustellen. Zum Beispiel möchte der Urologe stärkere Oberflächennekrosen erzielen und der Gehirnchirurg möchte mit dem gleichen Gerät nekrosearm operieren. Dazu ist die Zeitdauer des zweiten - mit b) bezeichneten - Zeitintervalls einstellbar zwischen einer kürzestmöglichen Zeit, die sich aus der Zeitkonstante der Lichtbogen-Anzeigevorrichtung und der Regelgeschwindigkeit des Modulators des Leistungsverstärkers und der übrigen Komponenten der Regelschleife ergibt und einer längstmöglichen Zeit, bei der sich gerade noch kein Schneideffekt von der Koagulationssonde gegenüber dem zu koagulierenden Gewebe ausbildet.

Im letzten - mit c) bezeichneten - Zeitintervall wird die Ausgangsleistung des Generators auf Null geregelt. Die Zeitdauer dieses Zeitintervalls muß mindestens so groß sein, daß beim Wiedereinschalten der Hochfrequenzleistung nicht sofort wieder ein Lichtbogen zündet. Zweckmäßig ist daher die Zeitdauer dieses Zeitintervalls - bisher zweite vorbestimmte Zeitdauer genannt - fest eingestellt und so lang, daß das im Lichtbogen des Zeitintervalls b) gebildete Plasma gerade abgebaut ist. Auch diese Einstellung ist experimentell leicht zu finden.

Bei vielen Anwendungen von Hochfrequenzkoagulatoren muß zwar schnell koaguliert werden, die Koagulation muß aber bei einem wohldosierten Koagulationsgrad definiert abgebrochen werden können. Für diesen Fall wird vorgeschlagen, die Zeitdauer des letzten - mit c) bezeichneten - Zeitintervalls einstellbar zu machen zwischen einem kürzesten Wert, der so lang ist, daß das im Lichtbogen des Zeitabschnittes b) gebildete Plasma gerade abgebaut ist, und einem längsten Wert, der wesentlich länger, also z. B. eine Größenordnung länger ist als der kürzeste Wert. Mit einem solchen Hochfrequenzgenerator wird ebenfalls sehr schnell eine erste Stufe der Koagulation ohne ausgeprägte Oberflächennekrose erreicht. Das Fortschreiten der Oberflächennekrotisierung kann aber durch Wahl der zweiten vorbestimmten Zeitdauer in größeren Bereichen geändert werden. Durch Wahl einer längeren Zeitdauer für die zweite vorbestimmte Zeitdauer kann die Nekrotisierung so weit verlangsamt werden, wie es der Arzt für den vorliegenden Fall und seine Operationstechnik für nötig hält.

Zur sicheren Erkennung eines Lichtbogens zwischen Koagulationssonde und Gewebe wird vorgeschlagen, als Lichtbogen- Anzeigevorrichtung eine Anordnung zu verwenden, die in an sich bekannter Weise die vom Lichtbogen erzeugten harmonischen Frequenzen als Kriterium für das Vorhandensein eines Lichtbogens auswertet.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich nun mit den folgenden Einsatzbedingungen des oben beschriebenen Hochfrequenzgenerators:
In dem mit a) bezeichneten Zeitintervall stellt der Hochfrequenzgenerator die maximal mögliche Leistung zur Verfügung. Von dem Gewebe wird dabei ein der momentanen Impedanz entsprechender Anteil aufgenommen und in Wärme umgesetzt. Es sind Situationen denkbar, in denen der Arzt den Hochfrequenzgenerator im Koagulationsmode aktiviert, ohne das Gewebe mit der Koagulationssonde zu berühren. In diesem Fall kann kein Lichtbogen zwischen der Koagulationssonde und dem Gewebe auftreten. Der Hochfrequenzgenerator bleibt daher solange in dem mit a) bezeichneten Zeitintervall, bis er entweder deaktiviert wird, oder bis die Koagulationssonde das Gewebe doch noch berührt. In einem solchen Fall gibt der Hochfrequenzgenerator dauernd eine hohe Spannung ab. Dies ist zwar ein Bedienungsfehler, bei dem keine Koagulation stattfindet, es entsteht aber kein weiterer Nachteil, solange der Vorgang an Luft, also z. B. bei der offenen Chirurgie abläuft. In diesem Fall fließt kein Strom und der Hochfrequenzgenerator gibt einfach keine Leistung ab.

Bei einigen Anwendungen befindet sich in der Umgebung der Koagulationssonde jedoch ein elektrisch mehr oder weniger leitfähiges Medium. In der Urologie wird z. B. immer mit Spülflüssigkeit gearbeitet, die durch eingeschwemmtes Blut eine gewisse elektrische Leitfähigkeit erreichen kann. In diesem Fall kann auch dann ein Strom von der Koagulationssonde zum Gewebe fließen, wenn diese das Gewebe gar nicht berührt. Auch in diesem Fall tritt kein Lichtbogen auf und der Generator bleibt dauernd in dem mit a) bezeichneten Zeitintervall. Allerdings kann jetzt ein Strom von der Koagulationssonde zum Gewebe fließen und damit wird dem Patienten Leistung zugeführt, deren Koagulationseffekt nicht optimal genutzt wird. Diese Leistung kann in ungünstigen Fällen, z. B. bei sehr hohem Blutanteil in der Spülflüssigkeit sehr hoch sein und in der Nähe der verfügbaren Leistung des Hochfrequenzgenerators liegen.

Um den Patienten gegen diese manchmal nicht vermeidbare Fehlbedienung des Hochfrequenzgenerators zu schützen, werden bei einem Hochfrequenzgenerator der Art des Oberbegriffs des Anspruchs 1 die im kennzeichnenden Teil genannten Maßnahmen angewendet.

Es wird also gemäß der Erfindung eine zeitliche Begrenzung des mit a) bezeichneten Zeitintervalls vorgeschlagen, wenn von der Lichtbogen-Anzeigeeinrichtung nicht innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer T3 nach Beginn dieses Zeitintervalls der Einsatz eines Lichtbogens bekannt wird. Jetzt schließt sich die mit c) bezeichnete Abschaltphase der Zeitdauer T2 direkt an die Zeitdauer T3 an. Einschaltungen der Zeitdauer T3 und Abschaltungen der Zeitdauer T2 wechseln nun solange ab wie der Hochfrequenzgenerator aktiviert ist und kein Lichtbogen auftritt. Erst bei der Erkennung eines Lichtbogens tritt wieder der oben beschriebene Rhythmus ein.

Mit dieser Maßnahme kann die maximale Leistung, die der Hochfrequenzgenerator an das Gewebe abgeben kann, solange kein Lichtbogen auftritt, auf jeden beliebigen kleinen Wert reduziert werden. In umfangreichen Messungen bei klinischen Operationen haben die Erfinder herausgefunden, daß eine Begrenzung der Leistung etwa auf die halbe verfügbare Leistung des Hochfrequenzgenerators notwendig sein kann. Sie schlagen daher vor, die Zeitdauer T3 etwa gleich lang wie die Abschaltzeit T2 oder kürzer zu machen.

Zur Verdeutlichung der Erfindung wird diese anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß den Figuren erläutert. Es zeigen die Fig. 1 bis 4 den unmittelbaren Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, und zwar zeigt

Fig. 1 Beispiel für den zeitabhängigen Verlauf der Generatoraktivierung, der Ausgangsleistung und des Ausgangssignals der Lichtbogen-Anzeigevorrichtung,

Fig. 2 Blockschaltbild für eine Ausführung des Hochfrequenzgenerators mit automatischer Leistungsregelung für die Hochfrequenzkoagulation,

Fig. 3 Blockschaltbild mit alternativer Modulatoranordnung,

Fig. 4 Blockschaltbild eines Zeitgebers.

Die Fig. 5 bis 7 erläutern die Erfindung; hierbei zeigt

Fig. 5 Zeitablauf der Generatoraktivierung, der Ausgangsleistung und des Ausgangssignals der Lichtbogen-Anzeigevorrichtung bei zeitlicher Begrenzung des mit a) bezeichneten Zeitintervalls,

Fig. 6 Blockschaltbild eines Hochfrequenzgenerators mit zusätzlichem Zeitgeber zur Begrenzung des mit a) bezeichneten Zeitintervalls,

Fig. 7 Blockschaltbild eines Zeitgebers mit zusätzlicher Begrenzung des mit a) bezeichneten Zeitintervalls.

In Fig. 1 sind in gegenseitiger zeitlicher Zuordnung beispielhaft die Verläufe des Signals Us zur Generatoraktivierung, der Ausgangsleistung P und des Ausgangssignals Ua der Lichtbogen- Anzeigevorrichtung für einen Hochfrequenzgenerator, von dem die Erfindung ausgeht, aufgetragen. Sobald der Generator aktiviert wird, springt das Signal Us von Null auf Eins. In diesem Moment schaltet der Modulator die maximale Ausgangsleistung ein. Die Ausgangsleistung P bleibt dabei natürlich nicht konstant, weil sich beim Aufheizen des Gewebes die Impedanz ändert und die wirklich abgegebene Leistung von dieser Impedanz abhängt. Das Ausgangssignal der Lichtbogen-Anzeigevorrichtung ist vorerst null, weil nicht sofort ein Lichtbogen zündet. Nach einem gewissen Zeitintervall, das mit a) bezeichnet wird, ist das Gewebe aber soweit aufgeheizt, daß wegen der geschilderten Vorgänge zwischen der Koagulationssonde und dem Gewebe ein Lichtbogen zündet. Dies wird von der Lichtbogen-Anzeigevorrichtung erkannt und mit dem Signal Ua an den Zeitgeber gemeldet. Der Zweitgeber hält nun für die Zeit T1, bisher als erste vorbestimmte Zeitdauer bezeichnet, die maximale Ausgangsleistung aufrecht. Da sich die Impedanz des Stromkreises mit dem Zünden des Lichtbogens und der damit verbundenen Änderung der Stromverteilung plötzlich stark erhöht, geht die abgegebene Leistung P in diesem Moment deutlich zurück. Nach Ablauf des Zeitintervalls T1 wird der Modulator vom Zeitgeber so angesteuert, daß die Ausgangsleistung möglichst schnell nach Null geht. Die Ausgangsleistung wird nun vom Zeitgeber für das Zeitintervall T2 - bisher als zweite vorbestimmte Zeitdauer genannt - auf Null gehalten. Nach Ablauf von T2 beginnt der Zyklus von neuem. In der Praxis kann man beobachten, daß die Zeitdauer des Zeitintervalls a) laufend abnimmt, wenn der Koagulationsgrad vor der Koagulationssonde fortschreitet. Dies ist in Fig. 1 ebenfalls angedeutet. Andererseits kann man in der Praxis feststellen, daß das mit a) bezeichnete erste Zeitintervall sehr lang werden kann, wenn der Operateur die Koagulationssonde nicht an einer Stelle beläßt, sondern über ein größeres Koagulationsgebiet ständig hin- und herbewegt.

In Fig. 2 ist das Blockschaltbild für eine beispielhafte Realisierung des Ausgangspunktes der Erfindung gezeichnet. Die Ausgangsspannung des Oszillators 1 wird über den Modulator 2 dem Leistungsverstärker 3 zugeführt. Der Ausgang 4 des Leistungsverstärkers ist mit der Koagulationssonde 5 verbunden. Die Lichtbogen-Anzeigevorrichtung 6 ist in diesem Beispiel an den Ausgang 4 des Leistungsverstärkers angeschlossen. Ihr Ausgangssignal wird über den Eingang 7 dem Zeitgeber 8 zugeführt. Am Zeitgeber 8 ist außerdem ein Eingang 9 vorgesehen, über den ein Aktivierungssignal für den Hochfrequenzgenerator, z. B. vom Fußschalter 10 angelegt werden kann. Weiterhin enthält der Zeitgeber 8 zwei zeitbestimmende Glieder, mit denen die erste vorbestimmte Zeit T1 und die zweite vorbestimmte Zeit T2 eingestellt werden können. Diese Zeitglieder können entweder bei der Herstellung des Gerätes einmalig fest eingestellt werden, oder auch variabel ausgeführt sein, um dem Arzt eine optimale Anpassung an die jeweils vorliegenden Koagulationsbedingungen zu erlauben. Mit dem Ausgangssignal 11 des Zeitgebers wird schließlich der Modulator gesteuert.

In Fig. 3 ist als weiteres Beispiel eine alternative Anordnung des Modulators 2 gezeigt. Diese Anordnung wird man z. B. wählen, wenn der Verstärker 3 im Schaltbetrieb arbeitet. In diesem Fall ist es vorteilhaft, die Modulation durch Variation der Betriebsspannung durchzuführen.

In Fig. 4 ist eine einfache Realisierungsmöglichkeit für den Zeitgeber 8 wiedergegeben. Dieser Zeitgeber enthält ein NOR-Gatter und die beiden Mono-Flops 13 und 14. Im Ruhezustand des Generators, also bei geöffnetem Fußschalter 10 liegt am Eingang 15 des NOR-Gatters 12 eine logische "1", am Eingang 16 eine logische "0". Damit ist das Ausgangssignal 11 des NOR-Gatters eine logische "0", der Modulator ist gesperrt und die Ausgangsleistung des Hochfrequenzgenerators ist ebenfalls null. Nach Betätigen des Fußschalters 10 liegt auch am Punkt des NOR-Gatters 12 eine logische "0", das Ausgangssignal 11 wird "1" und der Modulator steuert die Ausgangsleistung des Hochfrequenzgenerators auf Maximum. Sobald nun an der Koagulationssonde 5 ein Lichtbogen entsteht, wird der Eingang 7 des Zeitgebers 8 mit einer logischen "1" beaufschlagt und das Mono-Flop 14 gibt einen Impuls der Zeitdauer T1 ab. Mit der abfallenden, also um T1 gegenüber der Lichtbogenzündung verzögerten Flanke dieses Impulses wird über den Eingang 15 das zweite Mono-Flop getriggert. Sein Ausgangssignal legt den Eingang 16 des NOR-Gatters für die Zeit T2 auf eine logische "1" und sperrt damit über das NOR-Gatter 12 die Leistungsabgabe des Hochfrequenzgenerators für die Zeit T2. Diese Leistungsabschaltung beginnt genau um T1 gegenüber dem ersten Auftreten des Lichtbogens verzögert.

Der geschilderte Vorgang wiederholt sich nun so lange, wie der Fußschalter 10 aktiviert ist.

Fig. 5 zeigt beispielhaft den zeitlichen Ablauf der Generatoraktivierung, der Ausgangsleistung und des Ausgangssignals der Lichtbogen-Anzeigevorrichtung für den Fall einer erfindungsgemäßen zeitlichen Begrenzung des mit a) bezeichneten Zeitintervalls. In diesem Beispiel ist angenommen, daß die Koagulationssonde bei beginnender Generatoraktivierung das Gewebe nicht berührt und daher kein Lichtbogen auftreten kann. Das mit a) bezeichnete Zeitintervall dauert nun nicht beliebig lange an, sondern wird von dem zusätzlichen Zeitgeber nach einer vorbestimmten Zeitdauer abgebrochen. Es schließt sich direkt das mit c) bezeichnete Zeitintervall an, während dessen die Ausgangsleistung des Hochfrequenzgenerators auf Null geregelt ist. Nach der Zeit T2 wird die Ausgangsleistung des Hochfrequenzgenerators wieder hochgeregelt und der beschriebene Vorgang wiederholt sich so lange, wie der Hochfrequenzgenerator aktiviert ist, oder die Koagulationssonde das Gewebe doch noch berührt. Im gezeichneten Beispiel ist letzteres beim vierten mit a) bezeichneten Zeitintervall der Fall. Erst bei diesem Zyklus erkennt die Lichtbogen-Anzeigeeinrichtung das Zünden eines Lichtbogens und greift nun im beschriebenen Sinn in den Koagulationsablauf ein, bevor das mit a) bezeichnete Zeitintervall nach der Zeit T3 vom zusätzlichen Zeitgeber abgefangen werden würde. Dieser Vorgang wiederholt sich nun weiter, bis der Generator deaktiviert ist.

Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild eines Hochfrequenzgenerators, der einen zusätzlichen Zeitgeber T3 im Zeitgeber 8 enthält. Dieser Zeitgeber T3 ist auf die Maximalzeit T3 eingestellt, die für das mit a) bezeichnete Zeitintervall zulässig ist.

In Fig. 7 ist schließlich noch eine beispielhafte Realisierungsmöglichkeit für einen Zeitgeber mit zusätzlicher Zeitbegrenzung des mit a) bezeichneten Zeitintervalls angegeben. Im Gegensatz zur Schaltung in Fig. 4 ist ein zusätzlicher Zeitgeber 17 vorgesehen, der auf die Zeitdauer T3 eingestellt ist. Er enthält eine Mono-Flop, dessen Eingang 18 vom Ausgang 11 des Zeitgebers angesteuert wird. Bei Beginn jedes Zeitintervalls a) wird dieses Mono-Flop aktiviert. Sein Ausgangssignal wird nach Impulsformung durch ein RC-Glied über das OR-Gatter 19 auf das Mono-Flop 13 gegeben, das die Zeitdauer T2 für die Abschaltung der Ausgangsleistung des Hochfrequenzgenerators bestimmt. Im OR-Gatter 19 werden die beiden Abfallflanken der Mono-Flops 14 und 17 zusammengefaßt. Die jeweils früher eintreffende Abfallflanke setzt das dynamische Mono-Flop 13 und bewirkt damit den Beginn des mit c) bezeichneten Zeitintervalls. So ist sichergestellt, daß der Generator in jedem Zeitintervall a) von dem Ereignis wieder abgeschaltet wird, das früher eintrifft: Entweder ist dies der Ablauf der Zeitdauer T3 oder das um die Zeitdauer T1 verzögerte Erkennen eines Lichtbogens.

Natürlich ist auch diese Schaltung nur beispielhaft zu verstehen. In der Praxis wird eine solche Schaltung noch mit Maßnahmen zur Erhöhung der Betriebssicherheit, wie z. B. einer Anschwinghilfe versehen sein, die bei Störungen eine Unterbrechung der zwei möglichen Zeitablaufzyklen verhindert.

Claims (3)

1. Hochfrequenzgenerator mit automatischer Leistungsregelung für die Hochfrequenzkoagulation, bestehend aus einem Oszillator (1) zur Erzeugung der Generatorfrequenz, einem Modulator (2) zur Regelung der Ausgangsamplitude, einem Leistungsverstärker (3) zur Erzeugung der notwendigen Hochfrequenzleistung und einer Lichtbogen-Anzeigevorrichtung (6) zur Feststellung eines eventuell zwischen der Koagulationssonde und dem zu koagulierenden Gewebe brennenden Lichtbogens, wobei
der Modulator (2) von der Lichtbogen-Anzeigevorrichtung (6) mit Hilfe eines zusätzlichen Zeitgebers (8) so angesteuert wird, daß sich zeitlich nacheinander Zustände der Ausgangsleistung (P) des Hochfrequenzgenerators mit den folgenden Bedingungen einstellen:

• a) maximale Ausgangsleistung (P), solange das Ausgangssignal der Lichtbogen-Anzeigevorrichtung (6) null ist, d. h. zwischen der Koagulationssonde (5) und dem zu koagulierenden Gewebe kein Lichtbogen brennt,
• b) nach dem Zünden eines Lichtbogens zwischen der Koagulationssonde (5) und dem zu koagulierenden Gewebe weiterhin maximale Ausgangsleistung (P) für eine erste vorbestimmte Zeitdauer (T1), beginnend mit dem Moment des Erkennens des Lichtbogens durch die Lichtbogen-Anzeigevorrichtung (6), und
• c) Ausgangsleistung (P) Null für eine zweite vorbestimmte Zeitdauer (T2),

und sich diese Zustände in dieser Reihenfolge zyklisch wiederholen, solange der Generator vom Operateur im Koagulationsmode aktiviert ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein zusätzlicher Zeitgeber (17) vorhanden ist, der die Ausgangsleistung des Hochfrequenzgenerators jedesmal nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit T3 nach Beginn des mit a) bezeichneten Zeitintervalls abschaltet, wenn bis zum Ablauf dieser Zeitdauer T3 kein Lichtbogen aufgetreten ist, und sich in diesem Fall das mit c) bezeichnete Zeitintervall immer direkt an das mit a) bezeichnete Zeitintervall anschließt, solange der Hochfrequenzgenerator im Koagulationsmode aktiviert ist und jeweils innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer T3 nach Beginn des mit a) bezeichneten Zeitintervalls kein Lichtbogen auftritt.

2. Hochfrequenzgenerator mit automatischer Leistungsregelung für die Hochfrequenzkoagulation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Zeitdauer T3 des zusätzlichen Zeitgebers (17) ungefähr gleich lang oder kürzer ist als die Zeitdauer T2 des mit c) bezeichneten Zeitintervalls, in welchem die Ausgangsleistung des Hochfrequenzgenerators null ist.