DE4217999C2 - Hochfrequenz-Chirurgiegerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochfrequenz-Chirurgiegerät zum Schneiden biologischer Gewebe.

Hochfrequenz-Chirurgiegeräte bestehen aus mindestens einem Hochfrequenzgenerator und einem Netzteil sowie Einrichtungen Begrenzen und/oder Regeln der HF-Ausgangsleistung, der HF-Ausgangsspannung, des HF Ausgangsstroms oder der Intensität der elektrischen Lichtbogen zwischen aktiver Elektrode und Gewebe, Einrichtungen zum Aktivieren der Hochfrequenzgeneratoren und anderen üblichen Elementen. Mit Rücksicht auf die Sicherheit des Patienten, insbesondere bezüglich unbeabsichtigter thermischer Ge­ webeschädigungen infolge zu hoher HF-Ströme oder HF-Leistungen dürfen Hochfrequenz-Chirurgiegeräte nach DIN/VDE 0750 Teil 202 bzw. nach IEC 601 Teil 2-2 über eine Sekunde gemittelt nicht mehr als 400 Watt Leistung abgeben. Mit Rücksicht auf die Sicherheit der Patienten, insbesondere bezüglich unbeabsichtigter thermischer Gewe­ beschädigungen infolge zu hoher HF-Ströme oder HF Leistungen wird dem Chirurg empfohlen, die Intensität des HF-Stromes oder der HF Leistung am Hochfrequenz- Chirurgiegerät jeweils so gering einzustellen, wie es für die beabsichtigte Schnittführung und/oder Koagulation gerade erforderlich ist. Die Einstellung oder Begrenzung des HF- Stromes oder der HF-Leistung ist insofern problematisch, als die für eine definierte Schnittqualität erforderlichen HF-Ströme oder HF Leistungen während eines Schneidevorgangs und von Schnitt zu Schnitt mehr oder weniger stark variieren (siehe hierzu G. Farin, Möglichkeiten und Probleme der Standardisierung der Hochfre­ quenzleistung, in Hochfrequenzdiathermie in der Endoskopie, Herg. G. Lux und K. Semm, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York). In der Regel wird die HF Ausgangslei­ stung an Hochfrequenz-Chirurgiegeräten so hoch eingestellt, daß die Schneideelektrode vom Schnittanfang bis zum Schnittende zügig durch das Gewebe schneidet, d. h. die HF- Leistung wird mindestens so hoch wie die während eines Schneidevorgangs maximal erfo­ derliche Leistung eingestellt. Zum. Abtragen eines Polypen mittels einer Polypekto­ mieschlinge, welche in der Regel vor dem Aktivieren des Hochfrequenzgenerators um den Polypen herum angelegt wird, ist am Anfang eines Schneidevorganges eine wesentlich höhere HF-Leistung bzw. ein wesentlich höherer HF-Strom erforderlich als während des eigentlichen Schneidevorganges.

Aus der DE 34 20 340 C2 ist ein Hochfrequenz-Chirurgieschneidgerät bekannt, welches einen Hochfrequenz-Oszillator aufweist, dessen Ausgangssignal über eine Regelstufe und einen Treiber an einen Hochfrequenzgenerator angelegt ist, wobei der Oszillator durch eine vom Operateur betätigte Schaltanordnung ein- und ausschaltbar ist. Dieses Hochfre­ quenz-Chirurgieschneidgerät ist dadurch gekennzeichnet, daß die Regelstufe durch einen gesteuerten Schalter überbrückt ist, dessen Steuereingang an eine Zeitschaltstufe ange­ schlossen ist, die unmittelbar nach Betätigen der Schaltanordnung den gesteuerten Schalter zur Erhöhung der Ausgangsleistung nur für eine zur Ausbildung einer Gasentladung zwi­ schen der bei Betätigung der Schaltanordnung mit dem Gewebe in Berührung befindlichen Schneideelektrode und dem Gewebe ausreichende Zeitdauer schließt.

Ein derartiges Hochfrequenz-Chirurgieschneidgerät ist in der Anwendung insofern pro­ blematisch, als die zur Ausbildung einer Gasentladung bzw. Zündung elektrischer Licht­ bogen zwischen Schneideelektrode und Gewebe erforderliche Zeitdauer von verschiedenen Randbedingungen, wie beispielsweise der effektiven Kontaktfläche und der elektrischen Spannung zwischen Schneideelektrode und Gewebe, abhängig ist. Wird diese Zeitdauer zu kurz eingestellt, so bleiben die elektrischen Lichtbogen aus. Wird die Zeitdauer zu lang eingestellt, so entstehen heftige elektrische Lichtbogen zwischen Schneideelektrode und Gewebe, welche das Gewebe mehr als beabsichtigt thermisch schädigen und/oder gar die Schneideelektrode beschädigen können.

Ein weiteres Problem bei der Anwendung eines Hochfrequenz-Chirurgiegerätes entspre­ chend DE 34 20 340 C2 besteht darin, daß der elektrische Lichtbogen zwischen Schneideelektrode und Gewebe während einer Schnittführung erlöschen kann wenn beispielsweise kurzzeitig ein niederohmiger Gewebebereich durchschnitten werden muß, die HF-Spannung bei zu gering eingestellter Leistung oder Stromstärke unter den zum Zünden elektrischer Lichtbogen erforderlichen Pegel zusammenbricht und eine Fortset­ zung des Schnittes folglich nicht möglich ist, weil an dieser Stelle ein ähnliches An­ schnittproblem entstehen kann, wie bei Schnittbeginn. Zur Forsetzung des Schnittes muß der Operateur den Hochfrequenzgenerator erneut aktivieren um einen neuen erhöhten Leistungsimpuls zu erzeugen.

Aus der DE 38 15 835 A1 ist es bekannt, daß man die dem Patienten zugeführte Hochfrequenzleistung dadurch wirksam verringern kann, daß mittels einer Spannungs- Begrenzer-Schaltung die HF-Ausgangsspannung auf einen vorgegebenen Maximalwert für den Fall begrenzt wird, in welchem die bei dieser bekannten Anordnung vorgesehene Lichtbogenregelung eine höhere Spannung zum Zünden des Lichtbogens einstellen würde. Diese Spannungsbegrenzung soll also nur dann wirksam werden, wem die Sonde das Gewebe nicht berührt. Somit ist die Regelung vollständig unabhängig von der Begrenzung der HF-Ausgangsspannung auf irgendeinen Wert.

Aus der DE 35 15 622 A1 ist ein Gerät für eine fraktionierte bzw. schrittweise Schnittführung bekannt, mit welchem optimale Schnitte erzielt werden sollen. Gemäß der Lehre dieser Druckschrift wird eine Reihenfolge von drei Zeitabschnitten ständig wiederholt, in welchen ein Lichtbogen gezündet, über eine bestimmte Dauer konstant gehalten und dann wieder abgeschaltet wird. Die Einstellung einer hohen Ausgangsspannung zum Zünden des Lichtbogens zu Beginn eines Schneideintervalls, die bei diesem bekannten Gegenstand vorgenommen wird, erfolgt ausschließlich gesteuert, also unabhängig von den vorliegenden Schneidebedingungen und auch unabänderbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hochfrequenz-Chirurgiegerät zum Schneiden biologischen Gewebes aufzuzeigen, das gute Schneideeigenschaften bei möglichst geringen HF-Nennströmen bzw. geringer HF-Nennleistung aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Gerät Anspruch 1 gelöst.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist Gegenstand des Unteranspruchs.

Ein erfindungsgemäßes Hochfrequenz-Chirurgiegerät ist im wesentlichen mit einem Hoch­ frequenzgenerator, einem elektronisch gesteuerten Netzteil, einer Einrichtung zum Akti­ vieren des Hochfrequenzgenerators, einer Einrichtung zur automatischen Überwachung der HF-Ausgangsspannung und/oder einer Einrichtung zur Überwachung der Intensität der elektrischen Lichtbogen zwischen aktiver Elektrode und Gewebe, einer Einrichtung zur Begrenzung der maximalen HF-Leistung oder des maximalen HF-Stroms sowie mit einer Einrichtung zur Einstellung, Steuerung und/oder Regelung der HF-Ausgangsspannung oder einer Einrichtung zur Einstellung, Steuerung und/oder Regelung der Intensität der elektrischen Lichtbogen zwischen aktiver Elektrode und Gewebe sowie mit einem elek­ tronischen Rechner und einer geeigneten Software ausgestattet.

Die Erfindung geht von der Feststellung aus, daß zum Schneiden biologischer Gewebe mittels HP-Strom zwischen der zum Schneiden verwendeten Elektrode und dem zu schneidenden biologischen Gewebe elektrische Lichtbogen vorhanden sein müssen. Die Erfindung geht außerdem von der Erkenntnis aus, daß zum Zünden elektrischer Lichtbo­ gen zwischen einer metallischen Elektrode und wasserhaltigem biologischem Gewebe eine HF-Spannung mit einem Spitzenwert von mindestens 200 Volt erforderlich ist. Die Erfin­ dung geht deswegen von der Annahme aus, daß ein Schnitt möglich ist, wenn der Spit­ zenwert der HF-Spannung zwischen der zum Schneiden verwendeten metallischen Elek­ trode und dem zu schneidenden, wasserhaltigen biologischen Gewebe mindestens 200 Volt beträgt bzw. elektrische Lichtbogen vorhanden sind. Deswegen muß der Operateur zum Schneiden entweder die HF Ausgangsspannung des HF-Generators auf mindestens 200 Volt Spitzenwert oder eine Mindestintensität der elektrischen Lichtbogen einstellen. Schneiden ist allerdings nur dann möglich, wenn die HF-Spannung zwischen der zum Schneiden verwendeten Elektrode und dem zu schneidenden Gewebe tatsächlich ausrei­ chend hoch ist, daß elektrische Lichtbogen zünden können. Ist der zum Schneiden erfor­ derliche HF-Strom größer als der HF-Strom, den der HF-Generator infolge Strom- oder Leistungsbegrenzung maximal liefern kann, so bricht die HF-Spannung unter den zum Zünden elektrischer Lichtbogen erforderlichen Wert zusammen und ein Gewebeschnitt ist nicht möglich. Bei einem erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Chirurgiegerät wird immer dann und nur dann, wenn der Hochfrequenzgenerator zum Zwecke des Schneidens akti­ viert wird oder ist und die HF-Spannung unter den zum Zünden elektrischer Lichtbogen erforderlichen Wert zusammenbricht, die Strombegrenzung und/oder die Leistungsbegren­ zung per Software durch den elektronischen Rechner auf einen höhere Wert gesetzt, je­ doch nur so lange, bis die zum Zünden elektrischer Lichtbogen erforderliche HF-Spannung bzw. ein elektrischer Lichtbogen vorhanden ist, mit Rücksicht auf die Sicherheit des Pati­ enten jedoch maximal so lange, daß das Produkt aus Wirkleistung und Zeit bzw. die in das Gewebe eingeleitete elektrische Energie einen einstellbaren Maximalwert nicht übersteigt. Als Maximalwert der Energie kann beispielsweise die in der Sicherheitsvorschrift für Hochfrequenz-Chirurgiegerät IEC 601 Teil 2-2 festgelete Leistung von 400 Watt gemittelt über eine Sekunde bzw. 400 Ws eigestellt werden. Steigt die HF-Spannung während dieses Zeitintervalls mit erhöhtem Maximalwert des HF-Stroms oder der HF-Leistung nicht auf den zum Zünden elektrischer Lichtbogen erforderlichen Wert, so setzt der elektronische Rechner per Software die HF-Strombegrenzung wieder auf den vorherigen, kleineren Maximalwert zurück, mit der Folge, daß die HF-Spannung unter Umständen sehr tief zu­ sammenbricht. In einer Ausgestaltung der Erfindung setzt der elektronische Rechner die HF-Strombegrenzung nicht auf einen voreingestellten, fixen Wert zurück, sondern berech­ net in kurzen Zeitabständen den Wert der HF-Strombegrenzung als Quotient aus der am Hochfrequenz-Chirurgiegerät eingestellten Leistungsbegrenzung und der jeweiligen mo­ mentanen HF-Spannung am Ausgangang des Hochfrequenz-Chirurgiegeräts oder der HF- Spannung zwischen aktiver Elektrode und Gewebe.

Sobald die HF-Spannung auf den zur Zündung elektrischer Lichtbogen erforderlichen Wert ansteigt bzw. elektrische Lichtbogen zwischen Schneideelektrode und Gewebe vor­ handen sind, wird der Pegel der HF-Ausgangsspannung oder die Intensität der elektri­ schen Lichtbogen automatisch auf einen vorher eingestellten Wert geregelt.

Bricht die HF-Spannung während eines Schneidevorganges erneut unter den Wert zusam­ men, welcher zum Zünden elektrischer Lichtbogen erforderlich ist, so kann der oben be­ schriebene Vorgang einer Ausgestaltung der Erfindung automatisch repetiert werden, wo­ bei Pausenintervalle eingefügt werden können um die HF-Leistung, gemittelt über bei­ spielsweise 5 Sekunden, auf einen für den Patienten ungefährlichen Wert zu begrenzen.

Die oben beschriebenen Eigenschaften eines erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Chirurgie­ gerätes kann nicht nur beim Schneiden sondern auch beim Koagulieren angewendet wer­ den. Dies gilt z. B. für die sog. forcierte Koagulation, die sich vom Schneiden dadurch un­ terscheidet, daß die HF-Spannung derart in der Amplitude moduliert ist, daß der Schneide­ effekt unterdrückt wird.

Bei der Soft-Koagulation, bei der elektrische Lichtbogen zwischen der Koagulationselek­ trode und dem zu koagulierenden Gewebe vermieden werden sollen und der Spitzenwert der HF-Spannung deswegen unterhalb 200 Volt bleiben soll, muß lediglich eine kleinere HF-Spannung als 200 Volt als Einsatzkriterium für die oben beschriebenen Grenzwert-Er­ höhungen der HF-Strombegrenzung oder HF-Leistungsbegrenzung festgelegt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und einer schemati­ schen Figur detaillierter beschrieben.

Sobald der Hochfrequenzoszillator 2 durch eine Start/Stop-Einrichtung 1 aktiviert ist, lie­ fert er ein HF-Steuersignal hf an den HF-Generatot 3, der an den Ausgangsbuchsen 5, 6 des Hochfrequenz-Chirurgiegerätes die HF-Spannung U_HF generiert, deren Spitzenwert weit­ gehend proportional der Betriebsspannung Us des elektronischen Schaltnetzteils 7 ist. Der Sollwert U_soll der HF-Spannung U_HF kann an einem Sollwertgeber 8 eingestellt werden. Die HF-Spannung U_HF wird automatisch auf den Sollwert U_soll geregelt, indem der Istwert U_ist der HF-Spannung U_HF mittels eines HF-Spannungs-Sensors 9 in ein dem Istwert U_ist der HF-Spannung U_HF proportionales elektrisches Signal u gewandelt wird, welches einem Analog-Digital-Wandler (ADC) 10 zugeführt wird, von wo aus es dem elektronischen Rechner 11, im folgenden kurz CPU genannt, zugeführt wird, wo es mit dem Sollwert U_soll des Sollwertgebers 8 verglichen wird. Weicht U_ist von U_soll ab, so liefert die CPU 11 ein Korrektursignal k, welches über einen Digital-Analog-Wandler 12 dem elektronischen Schaltnetzteil 7 zugeführt wird und dieses so steuert, daß U_HF = U_soll wird.

Berührt die aktive Elektrode AE das biologische Gewebe 13, so fließt ein HF-Strom I_HF, der von der Höhe der HF-Spannung U_HF und dem elektrischen Widerstand zwischen akti­ ver Elektrode AE und neutraler Elektrode NE abhängig ist. Mit Rücksicht auf die Sicher­ heit des Patienten kann die Höhe des HF-Stroms I_HF an einer Strombegrenzung 14 auf einen ungeführlichen Wert I_max begrenzt werden. Der Istwert I_ist des HF-Strom I_HF wird mittels eines HF-Strom-Sensors 15 in ein diesem HF-Strom proportionales elektrisches Signal i gewandelt, welches über einen Analog-Digital-Wandler 16 der CPU 11 zugeführt wird. Ist oder wird der elektrische Widerstand zwischen aktiver Elektrode AE und neutra­ ler Elektrode NE so klein, daß I_HF bei U_HF = U_soll größer würde als I_max oder ist oder wird I_HF = I_max,, so berechnet der elektronische Rechner 11 in kurzen Zeitabständen mittels einer geeigneten Software, welche er einem EPROM 18 entnimmt, aus einer an einer Leistungsbegrenzung 17 einstellbaren maximalen HF-Leistung P_max1 einen neuen Maximalwert I_max1 für den HF-Strom I_HF, der sich als Quotient aus der maximalen HF- Leistung P_max1 und dem Istwert U_ist der HF-Spannung U_HF errechnet. Der HF-Strom I_HF wird also nur dann auf den Maximalwert I_max begrenzt, wenn der Istwert U_ist der HF- Spannung nicht kleiner ist als der Sollwert U_soll der HF-Spannung. Solange Uist kleiner ist als Usoll, verhält sich dieses Hochfrequenz-Chirurgiegerät wie ein Generator mit konstanter Ausgangsleistung.

Um zu erreichen, daß der elektrische Widerstand zwischen aktiver Elektrode und Gewebe möglichst schnell auf einen Wert ansteigt, bei welchem sich der Sollwert der HP-Span­ nung einstellt, ist es in verschiedenen Fällen zweckmäßig, einen höheren Maximalstrom als er sich aus der Leistung P_max1 und dem Istwert der HF-Spannung als Quotient errech­ net. Für diese Fälle kann ein höherer Maximalwert Pmax2 eingestellt werden, beispiels­ weise in Höhe von 400 Watt gemittelt über eine Zeit von einer Sekunde entsprechend IEC 601 Teil 2-2. In diesem Falle ist zusätzlich eine zeitliche Begrenzung vorgesehen, die bei­ spielsweise mit Hilfe der CPU 11 und einer geeigneten Softwar aus den Istwerten der HF- Spannung und des HF-Stroms sowie unter Berücksichtigung der Zeit berechnet werden kann. Auf diese Weise kann einerseits erreicht werden, daß der elektrische Widerstand zwischen aktiver Elektrode AE und neutraler Elektrode NE sehr schnell auf den Wert er­ höht wird, bei dem sich der Sollwert der HF-Spannung einstellt und andererseit verhindert werden, daß zu viel elektrische Energie in das Gewebe eingebracht wird. Letzteres wird verhindert, indem nach Einbringung einer maximalen Leistung von P_max2 gemittelt über eine Sekunde die Strombegrenzung aus P_max1 errechnet wird oder automatisch auf den an der Strombegrenzung 14 eingestellten Wert I_max oder auf Null zurückgesetzt wird. Außer­ dem wird der HF-Strom automatisch sofort wieder auf den an der Strombegrenzung 14 eingestellten Wert I_max begrenzt, wenn U_ist = U_soll wird.

Wird ein erfindungsgemäßes Hochfrequenz-Chirurgiegerät für Anwendungen eingesetzt, bei welchen elektrische Lichtbogen zwischen aktiver Elektrode AE und Gewebe 13 erfor­ derlich sind, beispielsweise zum Schneide oder für die Forcierte Koagulation, so kann statt des oben beschriebenen Sollwert/Istwert - Vergleichs der HF-Spannung auch der Soll­ wert/Istwert -Vergleich der Intensität der elektrischen Lichtbogen zwischen aktiver Elek­ trode und Gewebe herangezogen werden. Hierfür ist ein Sollwertgeber 19 sowie ein Ist­ wertsensor 21 und ein Analog/Digitalwandler 20 vorgesehen. Eine Kombination dieser beiden Vergleiche bzw. Kriterien kann vorteilhaft die Redundanz dieser Einrichtung ver­ besser.

Die Software kann in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung so gestaltet werden, daß bei sich rasch wiederholenden Spannungs- und/oder Lichtbogenzusammenbrüchen unterhalb des jeweiligen Sollwerts die über einen längeren Zeitabschnitt, beispielsweise während einer ununterbrochenen Aktivierung des HF-Generators 2, 3, an das Gewebe ge­ lieferte Leistung einen maximalen Mittelwert, beispielsweise P_max1, nicht übersteigt.

Claims (2)

1. Hochfrequenz-Chirurgiegerät zum Schneiden biologischer Gewebe, mit einem Hochfrequenz-Leistungsgenerator, mit einer Ein­ stelleinrichtung zum Einstellen einer HF-Spannung (U_ist) und eines HF-Stromes (I_ist), mit einer Spannungssensoreinrichtung (9) zur Überwachung der HF-Spannung (U_ist) und einer Strom­ sensoreinrichtung (15) zur Überwachung des HF-Stromes (I_ist) mit einer Einrichtung (9, 21) zum Feststellen des Vorhanden­ seins eines Lichtbogens beim Schneiden des biologischen Gewe­ bes und mit einem Rechner (11), welchem Ausgangssignale der Sensoreinrichtungen (9, 15, 21) zugeführt werden zum Steuern oder Regeln des Hochfrequenz-Leistungsgenerators, wobei der Rechner (11) derart ausgebildet ist, daß fortlaufend fest­ gestellt wird, ob ein Lichtbogen vorhanden ist bzw. brennt, wobei dann, wenn ein Lichtbogen brennt, die HF-Ausgangs­ spannung (U_ist) mit einem vorgegebenen Spannungswert (U_soll) verglichen und eine Konstantspannungsregelung durchgeführt wird und wobei dann, wenn kein Lichtbogen vorhanden ist bzw. brennt, festgestellt wird, ob eine aus der HF-Ausgangsspannung (U_ist) und dem HF-Ausgangsstrom (I_ist) feststellbare Leistung einen vorgegebenen Leistungswert (P_max2) erreicht und dann, wenn dies nicht der Fall ist, die HF-Ausgangsspannung (U_ist) erhöht und dann, wenn der vorgegebene Leistungswert (P_max2) erreicht wird, der HF-Ausgangsstrom (I_ist) auf einen derarti­ gen Wert begrenzt wird, daß der vorgegebene Leistungswert (P_max2) nicht überschritten wird.

2. Hochfrequenz-Chirurgiegerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Begrenzungseinrichtung zur Feststellung und Be­ grenzung einer dem Gewebe vor dem Zünden des Lichtbogens zugeführten Energie.