DE3623340A1 - Hochfrequenzchirurgiegeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hochfrequenzchirurgiegerät zum Trennen und/oder Koagulieren von biologischem Gewebe.

Bei der Hochfrequenzchirurgie wird bekanntermaßen die unspezifische Wirkung des elektrischen Stromflusses im menschlichen oder tierischen Körper genutzt, in dem durch Anwendung hoher Stromdichten eine örtlich begrenzte Wärmewirkung zur Zerstörung von Zellen führt. Für die Verwendung zum Schneiden und/oder Koagulieren wird eine großflächige indifferente Elektrode möglichst nahe am voraussichtlichen Operationsgebiet am Körper gut leitend befestigt. Die differente Elektrode hat eine Kontaktfläche von wenigen Quadratmillimetern. Durch Kontaktgabe und Einschalten des HF-Generators wird der Stromkreis geschlossen. Infolge der stürmischen Entwicklung der Operationstechnik in Quantität und Qualität sowie aus Gründen der Zunahme des Mechanisierungs- und Automatisierungsgrades in Operationssälen vermehren sich die aus der hochfrequenten elektrischen Energie resultierenden Gefährdungen für Patienten und Personal. Ursachen für Patientenschädigungen sind eine Veränderung des Körperkontaktes mit der indifferenten Elektrode, zufälliger Kontakt des Patienten mit geerdeten Teilen am Operationstisch, Stromweg- Nebenschlüsse infolge Lagenveränderung des Patienten und kapazitiv verursachte Stromweg-Nebenschlüsse. Dadurch können endogene und äußere Hautverbrennungen aufteten.

Bei einer Anlage zum Schneiden und/oder Koagulieren des menschlichen Gewebes in der Chirurgie wird eine zusätzliche Schaltung zur Überwachung der Spannung und des fliessenden Hochfrequenzstromes zwischen leitenden Bstandteilen der endoskopischen Vorrichtung zum Schneiden bzw. Koagulieren und dem erdseitigen Anschluß des HF-Generators beschrieben (DE-AS 25 25 341).

Diese Vorrichtung ist so gestaltet, daß zum Schutz des Patienten und des Arztes die, zwischen den leitenden Teilen eines zur Einführung einer differenten HF-Elektrode bestimmten Endoskops und dem Körper des Patienten oder dem des Arztes fließenden HF-Ströme in unschädlichen Grenzen gehalten werden. Die Vorrichtung bezieht sich ausdrücklich auf die endoskopische HF-Chirurgie. Lediglich die durch kapazitiv bedingte Ströme an den leitfähigen Teilen einer endoskopischen Vorrichtung, z. B. an einem Resektoskop-Schaft, gelangte HF-Spannung wird über die beschriebene zusätzliche Schaltung gefahrlos zur indifferenten Elektrode abgeleitet. Nachteilig ist, daß durch diese bekannte technische Lösung nur der kapazitiv verursachte Nebenschluß über den Endoskopschaft im Sonderfall der endoskopischen Resektion erkannt und durch Generatorabschaltung während des gefährlichen Stromflusses abgebrochen wird.

In einer anderen Vorrichtung zur Überwachung des Stromrückleiters bei einer elektrochirurgischen HF-Vorrichtung (DE-AS 26 02 517) wird eine Vorichtung zur Überwachung des Stromrückleiters bei einem Elektro-Chirurgie-Gerät beschrieben. Diese Vorrichtung erfaßt den HF-Strom zum indifferenten Pol des HF-Generators, wenn die Verbindung der indifferenten Elektrode zum HF-Generator unterbrochen ist und wenn gleichzeitig eine alternative Erdverbindung am Patienten vorhanden ist. In einem solchen Fall erfolgt das Erfassen des fehlerhaften, gefährlichen Stromes, die Alarmierung und Abschaltung des HF-Generators. Der Nachteil dieser bekannten Lösung besteht darin, daß eine gefährliche Konstellation nur dann erkannt wird, wenn die Zuleitung zur indifferenten Elektrode unterbrochen ist. Zusätzlich ist für die Funktion der Überwachungsschaltung ein gefährlicher Stromfluß, wenn auch nur kurzzeitig, notwendig.

Es ist weiterhin eine Sicherheitsschaltung für ein von einem HF-Generator gespeisten elektrochirurgischen Gerät bekannt, welches auf das Vorhandensein eines gefährlichen Fehlerstromes anspricht (DE-AS 27 40 751).

Der Stromfluß in der Zuleitung zur differenten Elektrode wird mit dem in der Zuleitung zur indifferenten Elektrode verglichen. Beim Vorhandensein einer Differenz in bestimmter, von der Generatorausgangsleistung abhängiger Größe erfolgt eine Alarmgabe. Allen bekannten technischen Lösungen ist der Nachteil eigen, daß das kurzzeitige Fließen des Fehlerstromes in gefährlicher Höhe Voraussetzung für die Funktion ist. Infolge des Stromes können hohe Stromdichten für den Zeitraum bis zur Abschaltung des HF-Generators durch die bekannten zusätzlichen Schaltungen entstehen. Mit diesen Lösungen können nur solche Fehlerströme erkannt werden, die nicht über die Zuleitung der indifferenten Elektrode zum indifferenten Pol des HF-Chirurgie-Gerätes fließen. Gefährliche Stromdichteerhöhungen infolge erhöhten Übergangswiderstandes der indifferenten Elektrode zum Patientenkörper, infolge kapazitiver Stromübergänge von den Elektrodenzuleitungen zum Patientenkörper sowie infolge von Strom-Nebenschlüssen im Patientenkörper durch Berührung der Extremitäten untereinander oder mit dem Körperstamm werden nicht gemeldet, da keine Stromdifferenz zwischen differentem und indifferentem Stromleiter bei diesen Fehlerfällen entsteht. Es besteht folglich das Bedürfnid der Verbesserung der Elektrochirurgiegeräte durch Gewährleistung des Patientenschutzes, ohne daß eine Beeinflussung des Körpers durch einen nicht bestimmungsgemäßen Hochfrequenzstrom eintritt. Dadurch wird die Gefahr von endogenen Hautverbrennungen beseitigt. Auch an der indifferenten Elektrode wird durch Vermeidung gefährlicher Ströme bzw. Stromdichten die Gefahr von Hautschäden sicher vermieden.

Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, die Beseitigung des beschriebenen Mangels zu erreichen, indem eine Schaltung angegeben wird, die die möglichen Gefährdungen ermittelt, bevor ein HF-Strom fließen kann. Diese Aufgabe wird bei einem Hochfrequenzelektrochirurgiegerät nach dem Gattungsbegriff durch die Anwendung der Merkmale des Anspruches 1 gelöst; die Unteransprüche geben Weiterbildungen dieser Erfindung an.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispieles und einer Zeichnung näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: ein Blockschaltbild

Fig. 2: ein Prinzipschaltbild zur Verdeutlichung der Wirkungsweise

In Fig. 1 sind die prinzipiell möglichen Impedanzsituationen schematisch gezeigt. Der für die beabsichtigte elektrische Inzision notwendige und effektive Strom ist in seiner Größenordnung durch eine sichere Applikation der Elektroden mit dem Stromweg: - Hochfrequenzgenerator 1 - Elektrodenzuleitung 2 zur differenten Elektrode - differente Elektrode 3 - Übergangsimpedanz 4 zum Gewebe - Patientenkörper 5 - Übergangsimpedanz 6 der indifferenten Elektrode - indifferente Elektrode 7 - Elektrodenzuleitung 8 der indifferenten Elektrode - Hochfrequenzgenerator 1 festgelegt.

Im beschriebenen Stromkreis ist der Angriffpunkt der thermischen Wirkung durch die geometrische Form der differenten Elektrode 3 an der gewünschten Stelle definiert.

Jede Impedanzabweichung gegenüber einem Normalwertintervall läßt primär auf eine unbestimmte Widerstandskonstellation im HF-Stromkreis, inclusive Patientenkörper 5 schließen. Zwangsläufig ergeben sich im entstandenen System ein veränderter oder mehrere parallele Stromkreise mit undefinierten Stromübergangsstellen. Nach klinischen Erfahrungen und nach den Beobachtungen repräsentieren diese zufälligen, nicht sichtbaren Kontaktstellen Strömungslinien-Knotenpunkte mit hoher Stromdichte, deren Folge Stromwärmewirkungen sind.

Zu deren Vermeidung wird in einer Widerstandsmeßschaltung 9 der intermittierend gemessene Betrag der Stromkreisimpedanz als Indikator für das Vorhandensein optimaler Bedingungen zur Durchführung der elektrischen Inzision genutzt.

Der Phasenwinkel des komplexen Patientenwiderstandes ist wenige Grad kapazitiv. Er ist für die Impedanzmessung und -steuerung ohne Bedeutung.

Die Merkmale der Erfindung werden mit der Darstellung von beispielhaften Gefahrensituationen verdeutlicht.

Befindet sich der gemessene Impedanzwert in Operationsposition außerhalb eines einstellbaren Normalwertintervalls, so liegt eine gefährliche Impedanzsituation für den beabsichtigten HF-Stromfluß im menschlichen Körper vor. Dadurch wird dann die Aktivierung der HF-Ausgänge blockiert. Die Widerstandsmeßschaltung F9 nutzt für den Meßvorgang die differente 4 und indifferente Elektrode 3; 7 als Kontakte zum Patientenkörper 5 als Meßobjekt. Bei Vorhandensein eines Körperimpedanzwertes im Toleranzbereich wird der Meßeingang der Widerstandsmeßschaltung 9 kurzgeschlossen und eine Aktivierung der HF-Leistungsausgänge ermöglicht. Da die Impedanzen der Elektrodenzuleitungen 2 und 8 HF-Leitungen und damit als konstant anzusehen sind, sind Impedanzänderungen vorzugsweise durch den Elektrodenkontakt und/oder den Patientenkörper zu erwarten. Eine erhöhte Impedanz 13 als Folge einer Kontaktunsicherheit an der differenten Elektrode 3 kann und muß durch Entfernen von eventuell vorhandenen Geweberesten und/oder durch Verstärken des Elektrodenandruckes auf die normale Übergangsimpedanz 4 gebracht werden.

Ist der obere Grenzwert der Impedanz überschritten, so ist bei ordnungsgemäßer Kontaktgabe an der differenten Elektrode 3 eine ungünstige Applikation gekennzeichnet durch einen Widerstand 11 der indifferenten Elektrode 7 gegeben. Daraus resultiert eine Verschiebung des Arbeitspunktes des HF-Generators 1 nach außerhalb der maximalen Leistungsabgabe. Die Folge eines HF-Stromflusses wäre eine Hyperthermie an der differenten Elektrode 3 und, wegen der Verkleinerung der Stromübergangsfläche zur indifferenten Elektrode 7 durch zu losen Körperkontakt, umschriebene Verbrennungen an letzterer. An der differenten Elektrode 3, also der Schneideelektrode käme keine ausreichende Trennwirkung, sondern eine thermische Schädigung von Gewebebezirken zustande. In Unkenntnis der Fehlerursache würde in derartigen Situationen die Ausgangsleistung des HF-Generators 1 erhöht werden, wodurch sich der Schnitterfolg möglicherweise einstellen würde. Gleichzeitig würde sich aber die Verbrennungsgefahr an der indifferenten Elektrode 7 vergrößern.

In einem anderen Fall, bei einem zu kleinen Impedanzwert liegt die Ursache z. B. in einem durch elektrolytische Flüssigkeiten bedingten Isolationsfehler, dargestellt durch den Widerstand 12 zwischen Patient und geerdetem OP-Tisch, in einer Erdungsverbindung 13 einer Patientenüberwachung 14 oder in kapazitiven Impedanzänderungen, dargestellt durch einen Widerstand 15 HF-Leitungen und Patientenkörper. Diese unerwünschten und mit den bekannten technischen Lösungen nicht zu erfassenden Konstellationen würden in allen Fällen zu Verbrennungsgefahren oder zur ungeklärten Dysfunktion führen. In der Widerstandsmeßschaltung 9 wird die aktuelle Impedanzsituation unmittelbar vor der Aktivierung des HF-Generators 1 sowie der Grenzwertvergleich als zusätzliches Kriterium gebildet. Bei Negativ- Entscheidung, d. h. Impedanz des Stromkreises liegt außerhalb des Grenzbereiches, verriegelt die Widerstandsmeßschaltung 9 den HF-Generatorausgang. In diesem Fall muß eine Überprüfung der Applikation der indifferenten Elektrode 7 und aller anderen in der Fig. 1 schematisch dargestellten Impedanzverhältnisse erfolgen.

In der Fig. 2 ist die Widerstandsmeßschaltung 9 der Fig. 1 im Zusammenwirken mit dem HF-Generator 1 und dem Patientenkörper 5 teils als Blockschaltbild im Prinzip dargestellt. Auf den als bekannt vorausgesetzten Aufbau des Hochfrequenz- Generators 1 wird nur in sofern eingegangen, als es zum Verständnis der Wirkungsweise der Widerstandsmeßschaltung 9 notwendig ist.

Nach dem Einschalten eines Netzschalters am HF-Chirurgie-Gerät 2 wird die Widerstandsmeßschaltung 9 mit einer Gleichspannung und einer hochfrequenten Wechselspannung vom HF-Chirurgiegerät versorgt.

In der Widerstandsmeßschaltung 9 ist eine Wechselstrom- Impedanzmeßbrücke 17 gezeigt, die mit der hochfrequenten Wechselspannung von 6 V Amplitude gespeist wird. Ein Brückenzweig wird über ein Schaltelement 18 durch den Widerstand des Patientenkörpers 5 gebildet, wenn die Verbindungen 19 und 20 zum Patientenkörper 5 geschaltet sind. Dieser Zustand ist erfindungsgemäß dann gegeben, wenn sich an den Anschlüssen 21 und 22 eine Gleichspannung von 12 V befindet. Durch Betätigen eines Tastenschalters 23 wird durch ein Schaltelement 24 eine Verbindung 25 unterbrochen, während sich eine Verbindung 26 schließt. Ein Impedanzmeßverstärker 27 erhält einerseits über die Anschlüsse 21 und 22 eine Betriebsspannung und andererseits eine Brücken-Spannung von der Impedanz-Meßbrücke 17. Die Brücken-Meßspannung wird im Impedanzmeßverstärker 27 verstärkt und in einem Zweiweg-Gleichrichter 28 gleichgerichtet. Die gleichgerichtete Meßspannung wird durch eine Impedanz- Anzeige 29 mit farbig differenzierten Grenzwerten zur Anzeige gebracht. Gleichzeitig wirkt diese Spannung auf eine elektronische Selbsthalteschaltung 30 und auf einen elektronischen Schalter 31. Die Funktion der Selbsthalteschaltung 30 besteht darin, daß beim Vorhandensein einer Spannung am Zweiweggleichrichter 28, vorausgesetzt eine Brückenverstimmung an der Impedanzmeßbrücke 17, das Schaltelement der Selbsthalteschaltung 30 geschlossen ist. Brückenverstimmung ist dann gegeben, wenn die Impeddanz des Patientenstromkreises außerhalb eines einstellbaren Normwertbereiches liegt. Dadurch bleibt die Versorgungsspannung am Impedanz-Meßverstärker 27 auch nach Freigabe des Tastenschalters 23 in Stellung "offen" erhalten. Der Zustand bleibt bestehen, bis der Brückenabgleich an der Impedanzmeßbrücke 17 gegeben ist. Bei Brückenabgleich ist die gleichgerichtete Brückeenspannung Null Volt. Die elektronische Selbsthalteschaltung 30 öffnet dann den Stromkreis zum Schaltelement 24, wodurch der Impedanzmeßverstärker 27 über die Verbindung 26 von der Betriebsspannung getrennt wird. Ferner wird der Eingang des Meßverstärkers 27 durch die Verbindung 25 kurzgeschlossen, so daß energiereiche Hochfrequenzeinkopplungen während der Aktivierung der Leistungsendstufen vom HF-Chirurgiegerät 16 nicht zu Schäden im Instrumentationsverstärker des Impedanzverstärkers 27 führen können. Gleichzeitig mit der elektronischen Selbsthalteschaltung 30 erhält auch der elektronische Schalter 30 bei Brückenabgleich eine Eingangsspannung von Null Volt, was sein Öffnen bewirkt. Das Schaltelement 23 erhält keine Spannung von den Anschlüssen 21 und 22. Die Verbindungen 32, 33 und 34 werden geschlossen. Die differenten und indifferenten Elektroden 3; 7 werden mit einem HF-Leistungsausgang 35 und 36 des Elektro-Chirurgiegerätes 16 zusammengeschaltet. Über die Verbindung 34, einem Anschluß 37 und über eine Fingerschalter-Steuerung 38 wird die Leistungsendstufe des HF-Chirurgiegerätes 16 aktiviert. Es erfolgt die bestimmungsgemäße Applikation der hochfrequenten elektrischen Energie entsprechend der regelrechten Impedanzverhältnisse im Stromkreis über den Patienten. Bei einer Brückenverstimmung stellt sich kein Brückenabgleich an der Impedanz-Meßbrücke 17 nach Anlegen der Patientenimpedanz ein, so bleibt die Brücken-Maßspannung ungleich Null. Die Impedanz des Patientenstromkreises ist größer oder kleiner als ein einstellbarer Normwertbereich. Die elektronische Selbsthalteschaltung 30 erhält vom Zweiweggleichrichter 28, die gleichgerichtete Meßspannung und hält den Stromkreis zum Schaltelement 24 geschlossen, wodurch der Impedanzmeßverstärker 27 über die Vebindung 26 an der Betriebsspannung bleibt. Die Verbindung 25 bleibt geöffnet, so daß die Brückenmeßspannung am Impedanzmeßverstärker 27 zur Verfügung steht. Über den Zweiweggleichrichter 28 erhält auch der elektronische Schalter 31 die gleichgerichtete Meßspannung und hält den Stromkreis für den Tastenschalter 23 geschlossen. Die Verbindungen 19 und 20 vom Patientenstromkreis zur Impedanz-Meßbrücke 17 bleiben bestehen. Eine Aktivierung der Leistungsendstufe des Hochfrequenz- Chirurgiegerätes 16 erfolgt nicht, da die Verbindung 34 zur Fingerschalter-Steuerung 38 geöffnet bleibt. Die Impedanz- Anzeige 29 erhält vom Zweiweggleichrichter 28 die gleichgerichtete Meßspannung. Die Impedanzabweichung vom Normalwert- Bereich wird angezeigt. Die Grenzwert-Überschreitung wird als zusätzliche Information auf den elektronischen Schalter 31 gegeben und verhindert ein Öffnen des Stromkreises des Tastenschalters 23. Ferner wirkt die Grenzwert-Überschreitung über den Anschluß 39 auf eine akustische Signaleinrichtung im HF-Chirurgiegerät 16 und setzt diese in Funktion. Die im HF- Chirurgiegerät 16 für die Alarmgabe bei Unterbrechung der Zuleitung zur indifferenten Elektrode vorhandene akustische Signaleinrichtung erhält eine zweite Funktion, die verzögerte Alarmgabe bei Grenzwertüberschreitung der Stromkreisimpedanz.

Claims (6)

1. Hochfrequenzchirurgiegerät zum Trennen u/o Koagulieren von biologischem Gewebe, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochfrequenzchirurgiegerät (16) eine Widerstandsmeßschaltung (9) aufweist, die eine Aktivierung des Hochfrequenzchirurgiegerätes nach vorheriger Messung der Impedanz zwischen den Ausgängen des Hochfrequenzschirurgiegerätes ermöglicht, sofern die ermittelte Impedanz in einem vorgebbaren Impedanzbereich liegt.

2. Hochfrequenzchirurgiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsmeßschaltung (9) einen Impedanzmeßverstärker (27) enthält, der die impedanzproportionale Hochfrequenzspannung, die von einer Meßbrücke abgegriffen ist, verstärkt und über einen Zweiweggleichrichter (28) einer Impedanzanzeige (29) zuführt, die den Spannungswert mißt und in Impedanzeinheiten anzeigt sowie diesen Meßwert einer Meßwertvergleichsschaltung zuführt.

3. Hochfrequenzchirurgiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsmeßschaltung (9) eine Impedanzmeßbrücke (17) enthält, die ihre Speisespannung vom Ausgang eines Hochfrequenzgenerators (1) erhält, der die Endstufe des Elektrochirugiegerätes steuert.

4. Hochfrequenzcirurgiegerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertvergleichsschaltung so gestaltet ist, daß sie beim Überschreiten eines Spannungsgrenzwertes eine optische u/o akustische Alarmgabe auslöst.

5. Hochfrequenzchirurgiegerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertvergleichsschaltung einen einstellbaren Grenzwertbereich aufweist.

6. Hochfrequenzchirurgiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß elektronische Schalter (30; 31) vorgesehen sind, die im Impedanzmeßkreis liegen und in Abhängigkeit von der impedanzproportionalen Spannung ihre Schaltzustände einnehmen derart, daß sie bei Vorliegen einer Impedanz im vorgegebenen Grenzwertbereich öffnen.