DE4135180A1 - Steuerbarer hochfrequenzchirurgiegenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochfrequenzgenerator für die Hochfrequenzchir­ urgie entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Hochfrequenzströme werden in der Chirurgie besonders dann zum Abtragen von Gewe­ beteilen verwendet, wenn der Operationsort durch natürliche Körperöffnungen erreichbar ist, ein Skalpell aber nicht ohne Eröffnung des Körpers des Patienten angesetzt werden kann. Zum Beispiel können in der Urologie mit transurethral eingeführten Operations­ instrumenten und mit Hilfe von Hochfrequenzströmen Tumore aus der Blase abgetragen oder krankhafte Wucherungen der Prostata entfernt werden. In der Enterologie können auf ähnliche Weise z. B. Polypen von der Darmwand abgetrennt werden. Die Sonde (Schneidelektrode) des Operationsinstrumentes hat dabei nur solange eine Schneidwir­ kung, wie der den Hochfrequenzstrom liefernde Hochfrequenzgenerator aktiviert ist. Da­ mit ist ein gefahrloses Einbringen und Entfernen des Operationsinstrumentes durch die natürlichen Körperöffnungen gewährleistet.

Ein Problem in der Hochfrequenzchirurgie ist die Störung anderer Einrichtungen und Geräte sowie die Reizung von Nerven und Muskeln des Patienten. Verschiedene Geräte werden durch die hohe Hochfrequenzleistung, die in der HF-Chirurgie eingesetzt wird, beeinflußt. So können Störungen induktiv, kapazitiv oder durch Strahlung einkoppeln. Häufig wird von HF-Chirurgiegeneratoren nicht ein schmalbandiges Signal bei der Grund­ frequenz des Generators sondern durch steile Anstiegsflanken und Modulation ein breites Spektrum im Bereich von einigen Hz bis zu mehreren MHz abgegeben. Selbst bei Genera­ toren die primär nur auf der Grundwelle Leistung abgeben, entstehen beim Auftreten von Lichtbogen an der Sonde durch deren Nichtlinearitäten Harmonische der Generatorfre­ quenz. Damit werden häufig Geräte beeinflußt oder gestört, wenn diese nicht besonders störsicher ausgelegt wurden. Doch hier lassen sich im Allgemeinen durch gerätetechni­ sche Verbesserungen der betroffenen Geräte die Störprobleme verringern. Eine andere Möglichkeit, speziell um die Auswirkungen von Störungen in Bildern von Videokameras zu minimieren ist in der europäischen Patentschrift 04 29 204 A1 beschrieben. Darin wird das gepulste Ausgangssignal eines HF-Chirurgiegenerators auf das Signal einer Video­ kamera synchronisiert, so daß die durch den Generator hervorgerufenen hochfrequenten Störungen nur unwesentliche Teile des Kamerabildes beeinflussen. Durch das Austasten mit einer derart hohen Frequenz entsteht ein HF-Signal mit hohem Crestfaktor, wie es üblicherweise zur Koagulation verwendet wird. Wegen der dadurch erzeugten Koagula­ tion ist ein nekrosearmes Schneiden nicht möglich. Ein Schneiden ohne störende Nekrose ist erst bei einer Austastung mit Frequenzen unterhalb von 1000Hz möglich.

Ein wesentlich wichtigerer Effekt sind die Auswirkungen auf den Körper des Patien­ ten. Obwohl die HF-Chirurgie auf den thermischen Wirkungen des Stromes basiert, sind die elektrischen Effekte nicht vernachlässigbar. Durch Signale mit den heute üblichen Ge­ neratorfrequenzen über 300kHz (nach VDE) treten keine nachweisbaren Reizungen von Muskeln und Nerven auf. Doch durch die beim Schneiden immer auftretenden Lichtbo­ gen entsteht auch ein Anteil mit sehr niedriger Frequenz nahe 0, die 0-te Harmonische des Generatorsignals. Durch diesen Anteil, der wie Messungen gezeigt haben, durchaus mit Amplituden bis zu einigen Volt auftreten kann, sind Stimulationen von Muskeln und Nerven möglich. Diese sind jedoch im Allgemeinen unerwünscht und häufig gefährlich. So genügt bereits eine Energie von 10 µJ um die Kontraktion eines Muskels auszulösen. Diese können zu plötzlichen, starken Bewegungen des Patienten auf dem Operationstisch führen. Als Folge können Verletzungen des Patienten auftreten. Wesentlich gefährlicher ist allerdings die Reizung des Herzmuskels. So können bereits kurze Impulse mit einer Energie < 400 µWs zu einem Herzkammerflimmern führen. Bei diesem selbsterregten Zu­ stand arbeitet der Herzmuskel so schnell, daß der Blutdurchsatz sehr klein wird und der Körper nicht mehr ausreichend mit Blut versorgt wird. Als Folge tritt der Tod ein. Herz­ kammerflimmern kann in Kliniken mit Hilfe eines Defillibrators beseitigt werden. Bei vielen Anwendungen der HF-Chirurgie wie in kleinen Arztpraxen oder bei Zahnärzten steht jedoch ein solches Gerät nicht zur Verfügung.

Zur Vermeidung dieser gefährlichen Nebeneffekte gibt es mehrere Möglichkeiten. Die einfachste ist die Vermeidung von potentiell gefährlichen Operationen wie in der Herzge­ gend. Ebenso wird bei potentiell gefährdeten Patienten wie den Trägern von Herzschritt­ machern häufig generell auf den Einsatz HF-Chirurgischer Operationstechniken verzichtet. Eine weitere Möglichkeit, die Gefährdung zu Verringern, wenn auch nicht auszuschließen ist die Minimierung der für die HF-Chirurgische Operation eingesetzten Leistung. Damit werden die gefährlichen niederfrequenten Ströme ebenfalls minimal. Dies ist z. B. mit einer in dem deutschen Patent 25 04 280 beschriebenen Vorrichtung möglich. Sie mißt die Inten­ sität des Lichtbogens und führt dem Patienten nur die minimale, zur Aufrechterhaltung des zum Schneiden notwendigen Lichtbogens benötigte Energie zu.

Bei vielen Operationstechniken bietet die HF-Chirurgie so wesentliche Vorteile, daß auch der Einsatz bei potentiell gefährdeten Patienten in potentiell gefährdeten Regionen des Körpers möglich sein sollte. So sind besonders schonende Endoskopische Eingriffe besonders wichtig bei älteren Patienten, die allerdings häufiger Herzschrittmacher tragen.

Es stellt sich daher die Aufgabe, einen Hochfrequenzgenerator für die Hochfrequenz­ chirurgie nach den Oberbegriff des Anspruches 1 so zu verbessern, daß die Störung anderer Geräte bzw. die potentiell gefährliche Reizung bestimmter Muskeln und Nerven minimiert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in den Kennzeichen der Patentansprüche offenbarten Maßnahmen gelöst.

Ein Hochfrequenzgenerator für die Hochfrequenzchirurgie, der in seiner Ausgangslei­ stung oder einer davon abhängigen elektrischen Größe steuerbar ist besitzt eine Austa­ steinrichtung mit deren Hilfe die Ausgangsleistung des Generators reduziert werden kann. Der Generator kann entsprechend dem Anwendungsfall keine, eine oder mehrere Regelun­ gen seiner Ausgangsgrößen besitzen. Die Austasteinrichtung wird von einer Meßeinrich­ tung zur Feststellung zu schützender Zeiten gesteuert. Dadurch wird zu diesen Zeiten die Ausgangsleistung des Generators so verringert oder auch vollständig abgeschaltet, so daß die durch das Generatorsignal direkt oder indirekt verursachten Störungen vernachlässigt werden können. Darunter fallen auch Störungen, die durch Modulation und/oder nicht­ lineare Effekte außerhalb des Generators auftreten. Eine besondere zeitabhängige Nicht­ linearität stellt hier der Lichtbogen dar. So können während der zu schützenden Zeiten keine Störungen anderer elektronischer Geräte oder Muskel- und Nervenreizungen auftre­ ten. Die Zeitintervalle, in denen die Generatorleistung reduziert wird, können länger sein, oder auch eine zeitliche Verschiebung zu den von der Meßeinrichtung zur Feststellung zu schützender Zeiten ermittelten Zeitintervallen aufweisen. Dies kann z. B. notwendig sein, um ein Entladen des nach den Sicherheitsvorschriften des VDE im Generatorausgang vorhandenen Serienkondensators zu ermöglichen. Dieser kann während eines Schnittes durch den von der Nichtlinearität des Lichtbogens verursachten Gleichanteil aufgeladen werden. Am Beginn des zu schützenden Zeitintervalles muß auch die Ladung aus die­ sem Kondensator rechtzeitig abgeflossen sein, da sonst durch den Entladestrom ebenfalls Muskel- und Nervenreizungen verursacht werden können. Die Zeitintervalle sollen so groß gewählt sein, daß sich die ursprüngliche operative Zielsetzung nicht ändert. So soll durch die Modulation eines primär zum Schneiden ausgelegten Generatorsignals keine überwie­ gend koagulierende Wirkung entstehen. Weiterhin besitzt der Generator eine Einrichtung zur Festlegung der inneren Zustände nach den Zeitintervallen in denen die Generator­ leistung verringert wird. Damit können für die internen Schaltungsteile des Generators und seiner Steuer- und Regeleinrichtungen Sollwerte und Einstellungen für das folgende Zeitintervall vorgegeben werden. Diese können fest voreingestellt oder variabel sein und eine Anpassung an das Operationsziel ermöglichen.

Moderne Chirurgiegeneratoren besitzen üblicherweise Regler, die als Analogschaltung, Digitalschaltung oder Programm eines Rechners realisiert sein können. Diese Regler ha­ ben die Aufgabe für optimale Schneideigenschaften während eines Schnittes zu sorgen. Besonders einfach ist eine Regelung auf konstante Spannung oder Leistung. Es sind auch aufwendigere Regler bekannt, wie der in der deutschen Patentschrift 25 04 280 beschriebene Regler zur Konstanthaltung des Lichtbogens. Charakteristisch für Regler, wie sie in HF- Chirurgiegeneratoren eingesetzt werden, ist ihre Zeitkonstante, die wesentlich größer als die Periodendauer der Generatorfrequenz sein muß. Bei einem Schnitt mit periodischen Unterbrechungen müßten diese Regler zu Beginn eines jeden Schnittintervalles einschwin­ gen. Dies kann zu Koagulationen führen. Damit verschlechtert sich die Schnittqualität. Kennzeichnend für einen Schnitt mit solchen kurzen Unterbrechungen ist jedoch, daß sich die physikalischen Eigenschaften des Gewebes am Operationsort während dieser kur­ zen Zeitintervalle nur unwesentlich ändern. Daher wäre eine Fortsetzung des Schnittes mit den gleichen Parametern der Generatoreinstellung möglich. Hierzu werden nicht nur die Vorgabewerte für die Parametereinstellungen gespeichert, sondern auch die internen Zustände der Regler festgehalten.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung besteht darin, daß der Generator eine Spei­ chereinheit zur Speicherung aller wichtigen Parameter, insbesondere der Zustände der internen Regler besitzt. Als Beispiel wäre bei analogen Reglern eine Realisierung mit ana­ logspeichern und bei digitalen Reglern eine Realisierung mit Digitalspeichern möglich. Ein Speichern der Werte erfolgt jeweils am Ende des Schneidintervalles zu Beginn der Pause. Zu Beginn des nächsten Zeitintervalles am Ende der Pause werden diese Werte abgerufen und zur Initialisierung der Regler verwendet. Damit kann ein schnelles Einschwingen der Regler und damit ein schnelles und gewebeschonendes Anschneiden erreicht werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß ein Sollwertgeber vor­ handen ist, der nach dem Zeitintervall, in dem die Generatorleistung reduziert wird Soll­ werte für die Regelung der Ausgangsleistung vorgibt. Diese Sollwerte können mittleren Generatorleistungen bei durchschnittlichen Operationen entsprechen. Damit wird zum Ende der zu schützenden Zeitintervalle ein definiertes Anschneideverhalten des Genera­ tors erreicht, da hier die Regler nicht von einem Nullzustand sondern von einem den tatsächlichen Schnittbedingungen sehr naheliegenden Anfangszustand ausgehen.

Bei länger ausgedehnten zu schützenden Zeitintervallen können sich die Bedingun­ gen am Operationsort allmählich verändern. Daher besteht eine weiter vorteilhafte Ausführungsform darin, daß wahlweise auch beim Wiederanschneiden ein Sollwert für eine höhere Leistung vorgegeben werden kann. Damit kann dem Gewebe in kürzerer Zeit die zum Schnittbeginn notwendige Energie zugeführt werden. Sobald die Meßeinrichtung zur Feststellung des Schneidens einen Schnittbeginn detektiert wird auf eine niedrigere, zum Schneiden gerade noch ausreichende Leistung zurückgeschaltet. Dadurch werden Ef­ fekte des Auskühlens oder einer Flüssigkeitsansammlung im Gewebe kompensiert und ein zügiges Anschneiden mit nur geringer Koagulation wird erreicht.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung besteht darin, daß die Meßeinrichtung zur Fest­ stellung zu schützender Zeiten die zu schützenden Zeitintervalle aufgrund des Herzrhythmus des Patienten ermittelt. Dieser kann z. B. von EKG - Signalen abgeleitet werden. Beson­ ders bei Operationen in der Nähe des Herzens oder bei Trägern von Herzschrittmachern kann damit die Leistungsabgabe des Generators auf die Zeiten beschränkt werden, in de­ nen der Herzmuskel durch elektrische Felder nicht erregt werden kann. Damit kann die Gefahr von Herzkammerflimmern wesentlich verringert werden.

Häufig werden bei Hochfrequenzchirurgischen Operationen andere Geräte betrieben, die eine Datenübertragung mit hoher Datenübertragungsrate notwendig machen. So wer­ den Daten zwischen Rechnern oder anderen Geräten in digitaler oder analoger Form übert­ ragen. Dies können Meßdaten oder auch Werte sein, die auf einem Bildschirm dargestellt werden. Dazu können diese Daten von bildgebenden Systemen aller Art wie Ultraschall­ geräten oder Röntgengeräten abgeleitet werden. Diese Daten werden in Computersyste­ men oder Videoprozessoren weiterverarbeitet und aufgezeichnet. Zu bestimmte Zeiten kann eine Verfälschung dieser Daten besonders kritische Auswirkungen haben und deren Informationsgehalt wesentlich verfälschen. Daher besteht eine vorteilhafte Ausführungs­ form darin, daß die Meßeinrichtung zur Feststellung zu schützender Zeiten besonders diejenigen Zeitintervalle ermittelt, in denen die höchste Störanfälligkeit dieser übertrage­ nen Daten gegeben ist. Dies ist z. B. der Fall, wenn die Daten für eine Offline-Auswertung von einem Rechner auf das Speichermedium übertragen werden.

Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung sind noch Zeichnungen beigefügt. Es zei­ gen:

Fig. 1 Prinzipschaltbild des Hochfrequenzchirurgiegenerators nach der Erfindung.

Fig. 2 Beispielhafte Darstellung der Synchronisation auf ein EKG-Signal.

In Fig. 1 ist das Prinzipschaltbild des Hochfrequenzchirurgiegenerators nach der Er­ findung dargestellt. Der Hochfrequenzgenerator (1) für die Hochfrequenzchirurgie ist in seiner Ausgangsleistung steuerbar. Der Hochfrequenzstrom wird über die Sonde (5) in den Patienten eingespeist. Der Rückfluß des hochfrequenten Stromes erfolgt über die Neutralelektrode (6). Eine Austasteinrichtung (2) steuert den Generator (1) so, daß in bestimmten Zeitintervallen die Ausgangsleistung reduziert wird. Diese Zeitintervalle wer­ den von einer Einrichtung (3) zur Feststellung vor Generatorleistung zu schützender Zeiten vorgegeben. Dieser Einrichtung (3) wird ein Signal (9) zugeführt, das den Herzrhythmus des Patienten oder andere biologische Signale wiedergibt. Wahlweise kann der Einrichtung (3) auch ein Signal zugeführt werden, das von Datenverarbeitungsanlagen stammt und Zeiten angibt, in denen eine Störung die Wirkung der Anlage besonders beeinträchtigt. Die Vorrichtung (10) dient zur Festlegung der inneren Zustände des Generators nach den Zeitintervallen, in denen die Generatorleistung verringert wird. Ein Sollwertgeber (7) im Generator gibt Sollwerte für die Einstellung des Generators vor. Eine Meßeinrichtung (8) zur Feststellung des Schneidens erkennt den Schnittbeginn und steuert damit den Soll­ wertgeber (7). Eine Speichereinheit (4) im Generator erlaubt eine Speicherung der letzten internen Zustände des Generators, um eine Fortsetzung des Schnittes mit den gleichen Parametern zu gewährleisten.

In Fig. 2 ist beispielhaft die Austastung gesteuert durch ein EKG-Signal dargestellt. In dem oberen Diagramm ist das EKG-Signal über der Zeit aufgetragen. Im unteren Diagramm ist schematisiert der zeitliche Verlauf der Generatorleistung im gleichen Zeit­ maßstab dargestellt. Der Generator wird hier nur zu den Zeiten aktiviert, in denen eine Reizung des Herzmuskels oder eines Herzschrittmachers nicht möglich ist. Die Abschal­ tung des Generators erfolgt zu den Zeitpunkten (12), zu denen auch die Speicherung in der Speichereinheit (4) getriggert wird. Eine Aktivierung des Generators und ein Abrufen der Speicherzustände erfolgt zu den Zeitpunkten (12).

Claims (6)

1. Hochfrequenzgenerator (1) für die Hochfrequenzchirurgie, der in seiner Ausgangslei­ stung steuerbar ist mit einer Austasteinrichtung (2), bei der eine Austastung nicht häufiger als 1000 mal pro Sekunde erfolgt dadurch gekennzeichnet, daß die Austasteinrichtung (2) bewirkt, daß die Generatorleistung in Zeitintervallen, die von einer Einrichtung (3) zur Feststellung vor Generatorleistung zu schützender Zei­ ten vorgegeben werden, derart verringert wird, daß die durch die Generatorleistung verursachten Störungen vernachlässigt werden können, und daß eine Vorrichtung (10) vorhanden ist zur Festlegung der inneren Zustände des Generators nach den Zeitintervallen, in denen die Generatorleistung verringert wird.

2. Hochfrequenzgenerator nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß ein Sollwertgeber (7) vorhanden ist, der nach dem Zeitintervall, in dem die Ge­ neratorleistung reduziert wird, Sollwerte für die Einstellung der Ausgangsleistung und/oder weiterer Größen für interne Zustände des Generators vorgibt, die für die jeweilige Operationsaufgabe für das folgende Zeitintervall als Standardwerte ermit­ telt wurden.

3. Hochfrequenzgenerator nach Anspruch 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, daß eine Speichereinheit (4) mit Triggervorrichtung vorhanden ist zur Speicherung der Einstellungen und internen Zustände des Generators, und daß durch das Ausgangs­ signal der Austasteinrichtung eine Speicherung der internen Zustände getriggert wird, sobald der Generator in die Betriebsart mit verringerter Generatorleistung übergeht, und daß nach Ablauf des Zeitintervalles mit verringerter Generatorlei­ stung die gespeicherten Zustände durch Triggerung des Speichers wieder abgerufen und zur Einstellung des Generators für das folgende Zeitintervall verwendet werden.

4. Hochfrequenzgenerator nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß ein Sollwertgeber (7) vorhanden ist, der in der Betriebsart "Schneiden" nach dem Zeitintervall, in dem die Generatorleistung reduziert wird, Sollwerte für die Einstel­ lung einer hohen Generatorleistung vorgibt, bis eine Meßeinrichtung (8) zur Fest­ stellung des Schneidens den Beginn des Schneidens detektiert hat und anschließend einen Sollwert für einen, dem Operationsziel im folgenden Zeitintervall entsprechen­ den Schnitt vorgibt.

5. Hochfrequenzgenerator nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (3) zur Feststellung zu schützender Zeiten vorhanden ist, der ein Signal (9) zugeführt wird, das den Herzrhythmus des Patienten wiedergibt und daß die Einrichtung (3) zur Feststellung zu schützender Zeiten daraus Zeitintervalle zur Verringerung der Generatorleistung so ableitet, daß die durch die HF-Leistung her­ vorgerufenen Störungen zu den Zeiten minimal sind, zu denen das Herz des Patienten oder ein eventuell vorhandener Herzschrittmacher vor fremden elektrischen Signalen geschützt werden muß.

6. Hochfrequenzgenerator nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (3) zur Feststellung zu schützender Zeiten vorhanden ist, der ein Signal (9) von Datenverarbeitungsanlagen zugeführt wird, und die Einrichtung (3) zur Feststellung zu schützender Zeiten daraus Zeitintervalle zur Verringerung der Generatorleistung so ableitet, daß zu Zeiten, in denen eine Störung die Wirkung der Anlage besonders beeinträchtigt, die durch die HF-Leistung hervorgerufenen Störungen in den Datenverarbeitungsanlagen minimal wird.