DE9490451U1 - Gerät zur Leckstromregelung für elektrochirurgische Generatoreinheit - Google Patents

Gerät zur Leckstromregelung für elektrochirurgische Generatoreinheit

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Description

(fur die Eintragung des Gbm vorgesehene unterlagen)
.· 21. DezeHÜDer
· .1. .&idiagr;* ····
P.C.8181/ALP
VALLEYLAB, INC.
5920 Longbow Drive
Boulder, Colorado 80303
USA
GERÄT ZUR LECKSTROMREGELUNG FÜR ELEKTROCHIRURGISCHE
GENERATOREINHEIT
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft das Gebiet der Elektrochirurgie und insbesondere die Regelung einer elektrochirurgischen Generatoreinheit (Englisch: Electro-Surgical Generator Unit, ESU) mittels Algorithmen für spezielle Ausgangsbetriebsarten zur Verringerung von Leckströmen, insbesondere während des Übergangs zwischen dem offenen Stromkreis und dem Kontakt mit dem Gewebe und der Rückführung zum offenen Stromkreis.
2. Hintergrund der Offenbarung
Elektrochirurgie ist die Anwendung hochfrequenter elektrischer Energie am Operationssitus eines Menschen oder Tieres zum Schneiden von Gewebe, zur Koagulation oder eine Kombination davon. Im einpoligen Betrieb wird der durch eine ESU erzeugte hochfrequente Strom dem Gewebe von einer vom Chirurgen gehaltenen aktiven Elektrode zugeführt und von einer am Patienten angebrachten, verteilten Elektrode gesammelt. Ein kleiner Kontaktbereich der aktiven Elektroden bewirkt eine hohe Stromdichte, so daß am Operationssitus ein Funken ins Gewebe eindringt. Dieser Funken verursacht, örtlich begrenzt, große Hitze, Verschorfen, Ausbrennen und andere Effekte um dadurch ein Schneiden und/oder eine Koagulation zu erreichen. Die verteilte Elektrode sammelt die Energie und führt sie zur ESU zurück, um den elektrischen Stromkreis zu schließen. Die verteilte Elektrode hat eine beträchtliche Größe, so daß die von ihr aufgenommene Energiedichte klein genug ist, und dadurch kann eine Verletzung oder Verbrennung durch Erhitzung vermieden werden.
Eine Verbrennung würde entstehen, wenn die dem Gewebe zugeführte Leistung, nachdem sie durch den Körper gegangen ist, eine hohe Energiedichte bei ihrem Austritt hätte, so daß lokal eine Erhitzung des Gewebes auftritt. Diese Situation tritt auf, wenn es der Energie ermöglicht wird aus dem Patentenkörper an einem anderen Ort als am Ort der verteilten Elektrode auszutreten. Eine solche Situation wird als ein Leck bezeichnet. Eine durch ein solches Leck bewirkte Verbrennung kann sehr ernsthaft sein, da der Patient betäubt ist und nicht darauf reagieren kann. Häufig ist der Verbrennungsbereich zugedeckt, so daß der Arzt oder die chirurgischen Hilfskräfte ihn nicht sehen können, bis es zu spät ist, korrigierende Maßnahmen zu treffen.
Eine andere Möglichkeit für Verbrennungen durch Leckströme entsteht durch den Kontakt des Operateurs mit der aktiven Elektrode oder den Leitern, die die hochfrequente elektrochirurgische Hochspannungsenergie zuführen, unter diesen Umständen würde ein Leckstrom den Operateur oder eine der chirurgischen Hilfskräfte verletzen oder verbrennen, die sich im Kontakt mit der aktiven Elektrode oder dem Speiseleite3r und Erde befinden. Daher rührt es, daß bei der Elektrochirurgie eine Leckage oder andere Stromwege von beträchtlicher Bedeutung sind, und man bemüht sich Leckagen zu überwachen und zu kontrollieren.
Frühere elektrochirurgische Einheiten (ESU) hatten einen auf Erde oder Masse bezogenen Aufbau. Durch die Erdreferenz waren die Rückführung für die ESU und die verteilte Elektrode mit Erde oder Masse verbunden. Die Erdeferenzanordnung arbeitete zufriedenstellend, vorausgesetzt, daß kein anderer Punkt des Patienten geerdet war. Sobald während der elektrochirurgischen Prozesses eine Überwachungselektrode, d.h. eine EKG-Elektrode verwendet wurde und die Überwachungselektrode auf Erde bezogen war, konnte ein gewisser Teil der elektrochirurgischen Energie durch die Überwachungselektrode nach Erde abfließen, statt den gewünschten Weg zurück zur verteilten Elektrode zu nehmen.
Weil Überwachungselektroden gewöhnlich eine kleine Kontaktfläche haben, kann die Stromdichte an dieser Kontaktfläche für eine Verbrennung ausreichen. Eine noch schlimmere Situation tritt auf, wenn die Verbindung des elektrochirurgischen Generators mit der verteilten Elektrode zufällig unterbrochen wird. Dann fließt, da kein direkter Stromweg zurück zur ESU besteht, die gesamte Leistung über einen anderen geerdeten Weg, z.B. durch die Uberwachungselektroden, den Operateur und/oder den Operationstisch. Dies kann möglicherweise schwere Verbrennungen hervorrufen.
Ein Versuch die bei auf Erde oder Masse bezogenen ESUs vorkommenden Risiken zu verringern, ist die vollständige Isolation der Leistungsausgangsschaltung der ESU von irgend einer anderen Masse. Ausgangsisolierte ESUs waren ein wichtiger Schritt bei der Verringerung der durch andere Stromwege verursachten Verbrennungen, weil die den Patienten anregende elektrochirurgische Energie beim Zurückfließen zur ESU mit höherer Wahrscheinlichkeit durch die verteilte Elektrode floß um den Stromkreis zu schließen und nicht durch irgend einen anderen auf Erde oder Masse bezogenen Punkt. Falls die Verbindung des Generators zur verteilten Elektrode aufgetrennt würde, wäre ein beträchtlicher Teil des elektrochirurgischen Energieflusses von der ESU unterbrochen.
Obwohl ESUs mit isoliertem Ausgang einen Fortschritt gegenüber den früheren geerdeten Einheiten darstellten, blieb das Problem ungenügender Isolation gegenüber Masse oder Erde. Bei den relativ hohen Frequenzen der elektochirurgischen Ströme, z.B. 500 kHz bis 1 MHz, ermöglicht die Streukapazität zur Masse oder Erde andere Erdwege. Außerdem ist die Größe der Steukapazität, die zur Erzeugung anderer guter Erdwege benötigt wird, um die auf Erde oder Masse bezogene Energie fließen zu lassen, nicht groß. Wenn die ESU erd- oder massebezogen arbeitet, existiert, obwohl es wenige alternative Wege der Energie zur Erde gibt,
dennoch die Möglichkeit, daß ein Patient und andere Verbrennungen erleiden.
Eine Verbesserung bei der Vermeidung anderer Engergiewege in isolierten elektrochirurgischen Generatoren stellte die Verwendung eines Differentialtransformators im Ausgangskreis dar, wie dies in dem US-Patent 4 437 464 gezeigt ist. Die zur aktiven Elektrode gespeiste elektrochirurgische Energie fließt durch eine Wicklung auf einem Transformatorkern, und die von der verteilten Elektrode zurückfließende Energie geht durch eine Transformatorwicklung, die auf demselben Kern in entgegengesetztem Wicklungssinn gewickelt ist. Normalerweise ist die durch die Wicklungen gehende Energie gleich und von entgegengesetzter Richtung wie dies der Fall wäre, wenn kein anderer Stromweg vorhanden ist. Somit heben sich ihre gegensätzlichen Flüsse auf. Der Transformatorkern brachte für den Fluß der elektrochirurischen Energie einen sehr kleinen Verlust oder eine sehr kleine Impedanz.
Falls andere Stromwege merkbar sind, erzeugt das durch sie verursachte Ungleichgewicht einen Fluß im Kern des Differentialtransformators, welcher eine meßbare Verlustleistung bewirkt, die die Impedanz erhöht und die zur aktiven Elektrode fließende Energiemenge verringert. Auf diese Weise kann der durch die aktive Elektrode zum Patienten fließende Strom automatisch gehemmt und deshalb reduziert werden, wodurch eine vergleichbare Abnahme im Leckstrom durch die anderen Stromwege verursacht wird. Obwohl dadurch die Leckströme verringert werden, reicht es nicht aus, wenn man die Leckströme unter das tolerierbare Maximum eines sicheren Energieniveaus, z.B. unter 150 Milliampere verringern möchte.
Eine andere Verbesserung, die einen Alarm erzeugt oder die die Zufuhr elektrochirurgischer Leistung bei übermäßigem Lecken einer isolierten ESU unterbricht, ist im US-Patent 3 683 923 beschrieben. Eine dritte oder Fühlerwicklung auf
dem Differentialtransformator spricht auf das Ungleichgewicht der Energieströmung durch die aktive Wicklung und die Rückflußwicklung an. Die dritte Wicklung aktiviert, wenn sie ein ausreichendes Ungleichgewicht zwischen den Energieströmen erfaßt, eine Alarmschaltung für den Operateur. Gleichzeitig oder alternativ kann ein Relais aktiviert werden, um den Energiefluß zum Gewebe zu unterbrechen. Der Operateur kann korrigierende Maßnahmen treffen, wie z.B. das Leistungsniveau verringern oder versuchen das die Leckage verursachende Problem zu beseitigen und auch die ESU reaktivieren.
Das dem Anmelder der vorliegenden Erfindung gehörende US-Patent 4 094 320 hat ein Kompensationsglied, das den Schwellenwert verändert, bei dem der erfaßte Leckstrom das Ausgangssignal des Generators steuert. Dadurch wird die Empfindlichkeit des Schwellenwerts geregelt. Das dem vorliegenden Anmelder gehörende US-Patent 4 188 927 hat einen Leckstromschwellenwert, der in Übereinstimmung mit der gewählten Betriebsart verändert wird, so daß die Ausgangsleistung beim Trocknungsbetrieb geringer ist als bei einem Betrieb der eine Funkenbildung ermöglicht. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung des Signals der dritten Wicklung als Eingang für eine automatische Regelschleife, die die vom elektrochirurgischen Generator an den Patienten abgegebene Energie regelt. Eine solche Regelung spricht auf den gemessenen Leckstrom an als Funktion der Differenz zwischen dem Stromfluß in der aktiven Elektrode und dem rückfließenden Strom, indem sie die Ausgangsleistung weich verringert. Das US-Patent 5 152 762 beschreibt eine solche Schaltung, die dazu entworfen ist, die frühere Technologie zur Leckstromerfassung bei Schaltungen anzuwenden, welche eine rückkoppelnde Regelung mit einer Regelschleife zum Regeln der Ausgangsleistung ESU haben. Ein Ungleichgewicht wird in einer isolierten Transformatorwicklung abhängig von der Differenz der Energieströmung zwischen der aktiven und der Rückelektrode erfaßt. Das erzeugte Signal wird mit einem akzeptablen
Maximalwert verglichen und dann mit der erforderlichen Ausgangsleistung, um sicherzustellen, daß der Ausgang der ESU geregelt wird. Das dem Anmelder der vorliegenden Erfindung erteilte US-Patent 4 658 890 hat eine Schaltung, die die Ausgangsleistung in Übereinstimmung mit dem Quadrat der Impedanzerhöhung verringert.
Das Problem der transienten Zustände einschließlich veränderlicher Lasten oder Funken oder der Lichtbogenbildung zu Beginn oder am Ende der elektrochirurgischen Einwirkung bleibt. Speziell betrifft dies Situationen, wo die aktive Elektrode nicht im elektrischen Kontakt mit dem Gewebe des Patienten steht, so daß die zur Elektrodenspitze übertragene Energie ausreicht, den offenen Stromkreis ohne Leckage zu schließen. Solche transienten Zustände benötigen eine beschleunigte Handhabung des im Transformator gemessenen Ungleichgewichts. Die Leckschaltung muß nicht nur den aktivierten Modus des Generators in Betracht ziehen sondern auch die Abtastrate des Signals verändern, wenn die Leckage kritischer wird.
Mit diesem Hintergrund und unter Einbeziehung der Probleme transienter Zustände sind weitere wesentliche Verbesserungen und Fortschritte bei der Regelung der Leckströme insbesondere am Anfang und am Ende der elektrochirurgischen Behandlung nötig, um den Zuständen bei offenem Stromkreis gerecht zu werden. Hier wird eine momentane Leckageregelung beschrieben, die im Stand der Technik nicht vorhanden ist und auch in der Literatur nicht zu finden ist. Die Literatur ist hinsichtlich ihrer Lehren von Interesse für die Kenntnisse eines Fachmanns zum Zeitpunkt dieser Erfindung einer Leckageregelung.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Gerät zur Regelung von Leckströmen in einem elektrochirurgischen Hochfrequenzsystem bei Laständerungen als Funktion des elektrochirurgisch zu behandelnden Gewebes
oder bei transienten Zuständen, wie zu Beginn oder am Ende einer elektrochirurgischen Einwirkung. Eine aktive Elektrode, die sich nicht in elektrischem Kontakt mit dem Patientengewebe befindet, überträgt Energie von einer Spitze derselben. Das Gerät kann eine elektrochirurgische Einheit enthalten, die an einem aktiven Ausgang Hochfrequenzenergie erzeugt und den Energiefluß durch den aktiven Ausgang steuert oder regelt. Die elektrochirurgische Einheit kann einen Rückführungseingang haben. Bevorzugt ist eine Elektrode mit dem aktiven Ausgang zur Übertragung elektrochirurgischer Hochfrequenzenergie zu einem Patienten während einer elektrochirurgischen Prozedur verbunden, wie z.B. beim Schneiden, Koagulieren oder einer Kombination derselben.
Eine Rückführungselektrode kann mit dem Patienten verbunden sein, welche die dem Patienten während der elektrochirurgischen Prozedur zugeführte Hochfrequenzenergie aufnimmt und sie zum Rückführungseingang der elektrochirurgischen Einheit zurückführt. Ein induktiver Transformator erzeugt abhängig vom aktiven Ausgang ein Signal des aktiven Energieflußes. Ein induktiver Transformator erzeugt abhängig vom Rückführungseingang ein Signal, das den rückgeführten Energiefluß angibt. Eine Vergleichsschaltung ist bevorzugt so geschaltet, daß sie das aktive und das rückgeführte Stromsignal als Meßgröße für eine Leckage empfängt und die momentanen Unterschiede mit einer Frequenz öfter als 2000 Mal pro Sekunde und einer zur Handhabung von Übergangs zuständen ausreichenden Geschwindigkeit ermittelt. Die Vergleichsschaltung kann die Frequenzunterschiede abhängig von der Phasenverschiebung zwischen Ausgangsspannung und Ausgangsstrom der elektrochirurgischen Einheit untersuchen.
Bevorzugt kann die elektrochirurgische Einheit einen Mikroprozessor enthalten, dessen Software mit einem oder mehreren Algorithmen programmiert ist, um die Differenzen zwischen dem aktiven und dem rückgeführten Stromsignal zu
ermitteln und die Differenzen mit einer von der Phasenverschiebung zwischen der Ausgangsspannung und dem Ausgangsstrom der elektrochirurgischen Einheit abhängigen Frequenz zu untersuchen. In der bevorzugten Ausführungsart hat die Vergleicherschaltung einen geschlossenen Regelkreis zum Überwachen und Regeln der Ausgangs-RMS-Spanmmg, indem sie die Spitzenspannung der daraus geformten Ausgangsschwingung verringert oder das Verhältnis des Scheitelwerts zum Effektivwert erhöht. Dieses Verhältnis des Scheitelwerts zum Effektivwert kann durch Pulsdauermodulation der Hochfrequenzansteuerung erhöht werden.
Der Algorithmus kann zur Ermittlung der unterschiede zwischen dem aktiven Stromsignal und dem rückgeführten Stromsignal und zur Untersuchung der Unterschiede bei Feststellung der Phasenverschiebung zwischen der Hochfrequenzspannung und dem Strom jeweils an deren Spitzenwerte dienen. Der Algorithmus ist bevorzugt der Cosinus des Phasenwinkels &THgr;, der sich ergibt zu (Vmax)2 + (!max)2 - 2(V"1)max dividiert durch 2Vmax Imax. Der Phasenwinkel &THgr; wird mit einem Schwellenbezugswert verglichen. Wenn der Phasenwinkel &THgr; größer als der Bezugsschwellwert ist, wird die Frequenz, bei der die Differenzen zwischen dem aktiven Stromsignal und dem rückgeführten Stromsignal untersucht werden, entsprechend erhöht. Die Differenzen zwischen dem aktiven Stromsignal und dem rückgeführten Stromsignal können in der Vergleicherschaltung gemessen werden und, wenn sie größer als ein Maximum der Leckströme sind und die gewählte Betriebsart die Koagulation ist, wird der Pulsdauer der Hochfrequenzsteuerung reduziert, um damit die Spitzen der Spannungssignalform auf einem vorgegeben Wert zu halten, während die RMS-Spannung verringert wird, um die Leckströme auf ein maximales Soll-Niveau zu senken.
Wenn die in der Vergleicherschaltung gemessenen Differenzen zwischen dem aktiven Stromsignal und dem rückgeführten Stromsignal größer als ein maximaler Leckstrom sind und die
gewählte Betriebsart die Koagulation ist, kann die Frequenz bei der der Leckstrom berechnet wird, im Regelkreis der Vergleicherschaltung erhöht werden, so daß ein maximales Soll-Niveau beibehalten wird bis der Phasenwinkel &THgr; kleiner als der Schwellenwert ist. Alternativ kann, wenn die Differenzen zwischen dem aktiven Stromsignal und dem rückgeführten Stromsignal, die in der Vergleicherschaltung gemessen werden, größer als ein maximaler Leckstromwert sind und die gewählte Betriebsart Schneiden oder bipolar ist, der Wert V2nJ13 durch Verringerung der Hochfrequenzstufenspannung der elektrochirurgischen Einheit verringert werden, bis die Differenzen den Leckagestromwert unter ein maximales Soll-Niveau gesenkt haben.
Alternativ kann auch, wenn die in der Vergleicherschaltung erfaßten Differenzen zwischen dem aktiven Stromsignal und dem rückgeführten Stromsignal größer als ein Leckagestrommaximum sind und die gewählte Betriebsart Schneiden oder bipolar ist, die Frequenz an der der Leckagestrom in der Vergleicherschaltung berechnet wird, in der Regelschleife erhöht werden, so daß das maximale Soll-Niveau des Leckagestroms hoch bleibt bis der Phasenwinkel &THgr; kleiner als der Schwellwert geworden ist. Das Verhältnis zwischen Scheitelwert und Effektivwert wird durch Verringerung des Tastverhältnises oder der Pulsdauer der Ausgangssignalform erhöht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm, welches die in dem elektrochirurgischen Generator verwendete Vergleicherschaltung zur Berechnung der Phasenverschiebung und zur Regelung der Frequenz mit der die Leckströme gemessenen und korrigiert werden zeigt.
Fig. 2 ist ein Flußdiagramm in Blockform, welches die Durchführung der Leckstromregelung auf der Grundlage des Bezugs auf den Phasenunterschied zwischen Spannung und
Strom mit einer zur Erfassung transienter Zustände und Lastveränderungen ausreichenden Frequenz zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In Fig. 1 ist schematisch ein Blockdiagramm eines Gerätes 10 zur Regelung der Leckströme in einem elektrochirurgischem Hochfrequenzsystem gezeigt, wobei die Regelvorrichtung Änderungen der Last als Funktion des elektrochirurgisch zu behandelnden Gewebes oder von übergangszuständen wie z.B. bei Beginn oder bei der Beendigung einer elektrochirurgischen Prozedur auch dann erfaßt, wenn sich eine aktive Elektrode 11, die Energie zu ihrer Elektrodenspitze 12 überträgt nicht im Kontakt mit dem Gewebe eines Patienten befindet. Die aktive Elektrodee 11 ist mit einer elektrochirurgischen Einheit 13 verbunden, wie z.B. mit dem von Valleylab Inc., in Boulder, Colorado hergestellten Generator "Force 40", der Hochfrequenzenergie an dem aktiven Ausgang erzeugt und den Energiefluß durch den aktiven Ausgang 14 regelt oder steuert, wobei die elektrochirurgische Einheit 13 auch einen Rückführungseingang 15 hat. Die aktive Elektrode 11 ist mit dem aktiven Ausgang 14 verbunden und überträgt hochfrequente elektrochirurgische Energie während irgend eines elektrochirurgischen Prozesses, wie während des Schneidens, Koagulierens oder einer Kombination derselben zu einem Patienten. Das System kann abhängig von der Elektrodenanordnung unipolar oder bipolar sein.
Eine Rückführungselektrode 16 ist mit dem Patienten zum Empfang der dem Patienten während des elektrochirurgischen Prozesses zugeführten Hochfrequenzenergie verbunden und läßt diese Energie zum Rückführungseingang 15 der elektrochirurgischen Einheit 13 zurückfließen. Ein induktiver Transformator, wie er von Pulse Engineering, San Jose, Kalifornien hergestellt wird, erfaßt die über den aktiven Ausgang 14 fließende Energie und spricht auf den aktiven Ausgang 14 an, indem er ein Signal 18 des aktiven
Energiestroms in Form einer Gleichspannung erzeugt. Ein weiterer induktiver Transformator 19 erfaßt den Energiestrom über den Rückführungseingang 15 und spricht auf den Rückführungseingang 15 an, indem er ein Signal 20 bezüglich des rückgeführten Energiestroms in Form einer Gleichspannung erzeugt.
Eine Vergleicherschaltung 21, z.B. der Typ AD 827 von Analog Devices, Norwood, Massachusetts ist so geschaltet, daß sie das aktive Signal 18 und das Rückführungssignal 20 als ein Mass der Leckage empfängt und die momentanen Unterschiede 22 zwischen diesen Signalen 18 und 20 mit einer Frequenz öfter als 2000 Mal pro Sekunde ermittelt, wobei diese Frequenz genügend hoch ist, um Obergangszustände zu handhaben. Die Vergleicherschaltung 21 prüft und mißt momentan und berechnet daraufhin Differenzen 22 mit einer veränderlichen Frequenz die abhängig von der Phasenverschiebung 23 zwischen einer zur Ausgangsspannung proportionalen Spannung 25 und einem zum aktiven Stromsignal 18 proportionalen Strom der elektrochirurgischen Einheit 13 ist. Die Phasenverschiebung 23 ist eine Funktion natürlicher Gesetze und ein Maß der induktiven oder kapazitiven Last zwischen der aktiven Elektrode 12 und der Rückführungselektrode 16 während des Betriebs. Rein ohmsche Lasten verschieben die Phase nicht und werden zur Veränderung der Frequenz, bei der die Leckströme gemessen werden, nicht verwendet.
Die elektrochirurgische Einheit 13 kann einen Mikroprozessor 24 aufweisen, wie z.B. der von Analog Devices, Norwood, Massachusetts hergestelle AD 2105, dessen Software mit einem oder mehreren Algorithmen zur momentanen Ermittlung der Leckströrae aus Differenzen zwischen dem aktiven Stromsignal 18 und dem rückgeführten Stromsignal 20 sowie zur Untersuchung dieser Unterschiede bei verschiedenen Frequenzen abhängig von der Phasenverschiebung 23 zwischen der der Ausgangsspannung proportionalen Spannung 25 und einem dem aktiven
Ausgangsstrom 18 proportionalen Strom der elektrochirurgischen Einheit 13 programmiert ist. Die Einzelheiten innerhalb der gestrichenden Linie, die den Mikroprozessor 24 angibt, der einen geschlossenen Regelkreis 26 bildet, sind beispielhaft zum besseren Verständnis enthalten. Der geschlossene Regelkreis 26 überwacht und regelt die RMS-Ausgangsspannung 25, indem er die Spitzenspannung der daraus resultierenden Ausgangssignalform verringert oder das Verhältnis zwischen Scheitelwert und Effektivwert desselben erhöht. Dieses Verhältnis zwischen Scheitelwert und Effektivwert (crest factor) wird durch Pulsdauermodulation einer Impulsgruppe der Hochfrequenzansteuerung erhöht.
Der Algorithmus, der zur Ermittlung der Leckströme aufgrund der gemessenen Differenzen 22 zwischen dem aktiven Stromsignal 18 und dem rückgeführten Stromsignal 20 dient und der die Differenzen 22 untersucht, stellt auch die Phasenverschiebung 23 zwischen der proportionalen Hochfrequenzspannung 25 und dem Proportionalstrom 18 jeweils an deren Spitzenwerte fest. Der in der bevorzugten Ausführungsform in der Software implementierte Algorithmus ist:
Cosinus des Phasenwinkels &THgr; = (Vmax)2 + (Imax)2 ~ 2(V"1)max dividiert durch 2Vmax Imax.
Der Phasenwinkel &THgr; wird mit einem Schwellenwert verglichen, und wenn der Phasenwinkel &THgr; größer ist als dieser, wird die Frequenz bei der die Differenz 22 zwischen dem aktiven Stromsignal 18 und dem rückgeführten Stromsignal 20 erfaßt wird entsprechend erhöht. Die momentanen Änderungen der Leckströme werden als die Differenz 22 zwischen dem aktiven Stromsignal 18 und dem rückgeführten Stromsignal 20 gemessen. Die momentanen Änderungen der Leckströme werden in dem Regelkreis 26 untersucht und, wenn sie größer als ein Maximum sind und die gewälte Betriebsart Koagulation ist, wird die Impulsdauer der einen Teil der elektrochirurgischen Einheit
13 bildenden Hochfrequenzansteuerung verringert, um so die Spitzen der Spannungssignalform bei vorgegebenen Wert zu halten, während die RMS-Spannung verringert wird, um die Leckströme bis auf ein gefordertes Maximalniveau zu verringern.
Die Veränderungen des Leckstroms werden momentan als die Differenzen 22 zwischen dem aktiven Stromsignal 18 und dem rückgeführten Stromsignal 20 gemessen und in der Regelschleife 26 untersucht, und, falls sie größer als ein Maximum des Leckstroms sind und die gewählte Betriebsart Koagulation ist, wird die Frequenz erhöht bei der der Leckstrom in der Regelschleife 26 berechnet wird, so daß ein maximales Soll-Niveau beibehalten wird, bis der Phasenwinkel &THgr; kleiner als der Schwellenwert geworden ist. Die Änderungen des Leckstroms werden momentan als die Differenzen 22 zwischen dem aktiven Stromsignal 18 und dem rückgeführten Stromsignal 20 gemessen und in der Regelschleife 26 untersucht, und, falls sie größer als ein Maximum des Stroms sind und die gewählte Betriebsart Schneiden oder bipolar ist, wird die Spannung V3313 durch Verringerung der Hochfrequenzstufenspannung der elektrochirurgischen Einheit 13 reduziert, bis die momentan gemessenen Differenzen 22 angeben, daß die Leckage bis auf ein maximales Soll-Niveau abgesunken ist.
In einer anderen Art der Leckstromregelung auf Momentanwertbasis werden die momentanen Änderungen des Leckstroms als die Differenzen 22 zwischen dem aktiven Stromsignal 18 und dem rückgeführten Stromsignal 20 gemessen und in der Regelschleife 26 untersucht und, falls diese Differenzen größer als ein Maximalwert des Leckstroms sind und die gewählte Betriebsart Schneiden oder bipolar ist, wird die Frequenz, bei der der Leckstrom in der Regelschleife 26 berechnet wird, geändert, so daß das maximale Soll-Niveau hoch bleibt, bis der Phasenwinkel &THgr; kleiner als der Schwellwert geworden ist. Das Verhältnis des Scheitelwerts zum Effektivwert wird durch die
Verringerung des Tastverhältnisses oder der Pulsdauer der Ausgangssignalform erhöht.
In Fig. 2 ist in Blockform ein Flußdiagramm der Regelung des Leckstroms in einer elektrochirurgischen Hochfrequenzeinheit 13 während ihres Betriebs bei unterschiedlichen Gewebelasten oder zumindest während übergangszuständen oder Zuständen offenen Stromkreises während des Beginns oder der Beendigung eines elektrochirurgischen Effekts gezeigt. Die aktive Elektrode 11, die sich entweder in elektrischem Kontakt mit dem Patientengewebe oder nicht befindet überträgt Energie an ihre Spitze 12, und das Verfahren enthält den Schritt zur Erzeugung von Hochfrequenzenergie am aktiven Ausgang der elektrochirurgischen Einheit 13 "ESU". Der zusätzliche Schritt der Regelung des Energiestroms über den aktiven Ausgang 14 der elektrochirurgischen Einheit folgt. Dann wird ein Schritt verwendet, bei dem der Rückführungseingang 15 mit der elektrochirurgischen Einheit 13 verbunden wird. Danach folgen die Schritte der Verbindung der Elektrode 12 mit dem aktiven Ausgang 14 und die Übertragung der elektrochirurgischen Hochfrequenzenergie zum Patienten in einem elektrochirurgischen Prozeß, wie z.B. beim Schneiden, Koagulieren oder einer Mischung derselben. Dann werden die weiteren Schritte der Verbindung der Rückführungselektrode 16 mit dem Patienten und des Empfangs der dem Patienten während der elektrochirurgischen Prozedur zugeführten Hochfrequenzenergie gewählt. Ein zusätzlicher Schritt wird ausgeführt, durch den die gesamte zugeführte Hochfrequenzenergie mit Ausnahme eines voreingestellten Maximalbetrags über den Rückführungseingang 15 zu der elektrochirurgischen Einheit 13 zurückgeführt wird. Dann werden die Schritte ausgeführt, die mittels des induktiven Transformators 17 ansprechend auf den aktiven Ausgangsstrom 14, das Signal 18 des aktiven Energiestroms erzeugen und die mittels des induktiven Transformators 19, abhängig vom Signal am Rückführungseingang 15, das Signal 20 entsprechend der rückgeführten Energieströmung erzeugen. Und danach folgt
der durch die mit dem aktiven Signal 18 und dem Rückführungssignal 20 verbundene Vergleicherschaltung 21 ausgeführte Schritt der Messung des Leckstroms und Ermittlung der momentanen Differenzen 22 der Leckströme mit einer Frequenz von wenigstens 2000 Mal pro Sekunde anhand des aktiven Signals 18 und des rückgeführten Signal 20. Dann wird der Schritt ausgeführt, der die momentanen Differenzen 22 bei einer Frequenz untersucht, die in Übereinstimmung mit der Phasenverschiebung 23 zwischen den Ausgangssignalen der Proportionalspannung 25 und des Proportionalstroms 18 erhöht wird.
Dieses Verfahren hat einen zusätzlichen Schritt, der einen Mikroprozessor 24 und eine Regelschleife 26 vorsieht, deren Software mit einem oder mehreren Algorithmen programmiert ist, der oder die die Differenzen 22 zwischen dem aktiven Signal 18 und dem rückgeführten Signal 20 berechnen und die Differenzen mit einer von der Phasenverschiebung 23 abhängigen Frequenz untersuchen, wobei sich die Phasenverschiebung aus dem durch die elektrochirurgische Einheit 13 eingespeisten Ausgangsenergiefluß ergibt. Ein zusätzlicher Schritt überwacht und regelt die abgegebene RMS-Spannung durch die Verringerung des Spitzenwerts des daraus gebildeten Ausgangssignals oder durch die Erhöhung des Verhältnisses zwischen Scheitelwert und Effektivwert mit dem geschlossenen Regelkreis 26.
Der zusätzliche Verfahrensschritt der Erhöhung des Verhältnisses zwischen dem Scheitelwert und dem Effektivwert durch Pulsdauermodulation der Hochfrequenzansteuerung wird eingesetzt. Der zusätzliche Schritt wird ausgeführt, der die Algorithmen zur Berechnung der momentanen Leckstromdifferenzen 22 zwischen dem aktiven Stromsignal 18 und dem rückgeführten Stromsignal 20 berechnet und diese Differenzen 22 untersucht und die Phasenverschiebung 23 zwischen der Hochfrequenzspannung und dem Hochfrequenzstrom an ihren jeweiligen Maximalwerten sicherstellt. Der zusätzliche Schritt ist enthalten, der einen besonderen
Algorithmus zur Berechnung des Cosinus des Phasenwinkels &THgr; anwendet, welcher gleich (Vmax)2 + (Imax)2 - 2(V-I)max dividiert durch 2Vmax Imax ist. Zusätzlich wird ein Schritt ausgeführt, der den Phasenwinkel &THgr; mit einem Schwellenwert vergleicht und, wenn dieser Phasenwinkel &THgr; größer als der Schwellenwert ist, wird die Frequenz, bei der die Differenzen 22 zwischen dem aktiven Stromsignal 18 und dem rückgeführten Stromsignal 20 untersucht werden, entsprechend erhöht.
Ein zusätzlicher Schritt wird durchgeführt, der die Differenzen 22 zwischen dem aktiven Stromsignal 18 und dem rückgeführten Stromsignal 20 im Regelkreis 26 untersucht, und, wenn diese Differenzen größer sind als ein vorgegebenes Maximum der dem Rückführungseingang 15 zugeführte Hochfrequenzenergie oder des Leckstroms und die gewälte Betriebsart Koagulation ist, wird die Pulsdauer der Hochfrequenzansteuerung verringert um dadurch die Spitzen der Spannungssignalform bei einem vorgegebenen Wert zu halten, wenn die RMS-Spannung reduziert wird, um die Leckströme bis auf ein maximales Soll-Niveau zu senken.
Ein zusätzlicher oder alternativer Schritt ergibt sich, der die Differenzen 22 zwischen dem aktiven Stromsignal 18 und dem rückgeführten Stromsignal 20 im Regelkreis 26 untersucht und der, wenn diese größer sind als ein voreingestellter maximaler Betrag der dem Rückführungseingang 15 zugeführten Hochfrequenzenergie oder der Leckströme und die gewählte Betriebsart Koagulation ist, die Frequenz bei der der Leckstrom berechnet wird im Regelkreis 26 so erhöht, daß ein maximales Soll-Niveau aufrechterhalten wird bis der Phasenwinkel &THgr; kleiner als der Schwellenwert geworden ist. Ein weiterer Verfahrensschritt besteht in einem Schritt, welcher die Differenzen 22 zwischen dem aktiven Stromsignal 18 und dem rückgeführten Stromsignal 20 im Regelkreis 26 untersucht und der, wenn die Differenzen größer als der vorgegebene Maximalbetrag der dem Rückführungseingang 15 zugeführten
Hochfrequenz energie oder der Leckströrae sind und die gewählte Betriebsart Schneiden oder bipolar ist, den Wert vrms durch Absenken der HochfrequenzStufenspannung der elektrochirurgischen Einheit 13 verringert bis die Differenzen 22 einen auf das maximale Soll-Niveau verringerten Leckstrom erzeugen.
Einen zusätzlichen Weg bildet ein weiterer Schritt, der die Differenzen 22 zwischen dem aktiven Stromsignal 18 und dem rückgeführten Stromsignal 20 in dem Regelkreis 26 vergleicht und der, falls diese Differenzen größer als ein vorgegebenen maximaler Betrag der zum Rückführungseingang 15 zurückgeführten Hochfrequenzenergie oder der Leckströme sind und die gewählte Betriebsart Schneiden oder bipolar ist, die Frequenz, mit der der Leckstrom im Regelkreis 26 berechnet wird, beibehält, so daß der voreingestellte Maximalbetrag der dem Rückführungseingang 15 zurückgeführten Hochfrequenzenergie oder der Leckströme oder deren Soll-Niveau hoch bleibt bis der Phasenwinkel &THgr; kleiner als der Schwellenwert ist. Der weitere Schritt, der das Verhältnis zwischen dem Scheitelwert und dem Effektivwert durch Verringerung des Tastverhältnises oder der Impulsdauer der Ausgangssignalform erhöht, ist dann möglich.
Das Flußdiagramm soll Folgendes zeigen:
In einem Mikroprozessor läuft die Hauptsteuerschleife (HAUPTROUTINE) kontinuierlich. Die Softwarestruktur ruft eine Folge von Unterprogrammen auf, die Tasteneingänge überwachen und Ausgangssignale des Generators steuern oder regeln.
Das dargestellte Beispiel zeigt eine vereinfachte Darstellung einer solchen Steuerschleife. Die Hauptroutine beinhaltet einen Algorithmus, der die Tastatur überwacht und Tastenbetätigungszeiger und -werte als Funktion geschlossener Tasten der Tastatur einstellt. Die
Hauptroutine beinhaltet auch einen Algorithmus, der die von einem Anwender aktivierten Eingänge überwacht. Falls der Generator aktiviert ist, werden die Tastenzeiger und -werte entsprechend eingestellt.
Ein ebenfalls zur Hauptroutine gehörender Algorithmus wird Rückkopplungs- oder Regelprogramm genannt. Dieser Algorithmus ist aktiv, wenn der Generator aktiviert ist. Der Algorithmus prüft ein Tastenbetriebskennzeichen der Software und ermittelt, ob der Generator eingeschaltet ist oder nicht. Wenn der Generator nicht eingeschaltet ist, wird das Unterprogramm ausgelassen. Wenn er eingeschaltet ist wird der Regelalgorithmus durchlaufen.
Dem Regelunterprogramm ist ein Zähler zugeordnet, der die Bandbreite setzt bei der der Leckstrom überwacht wird. Dieser Zähler wird jedesmal, wenn das Regelprogramm durchlaufen wird, heruntergezählt. Wenn der Zählerstand Null ist, wird der Zähler auf einen berechnenden Maximalwert zurückgesetzt und ein internes Kennzeichen (LKG-FLG) gesetzt, das angibt, daß die Leckstromniveaus während dieses Durchgangs durch den Regelalgorithmus geprüft werden sollen.
Dann digitalisiert der Regelalgorithmus das Eingabesignal der Ausgangsspannung, des Ausgangsstroms, des Leckstroms und des Phasenwinkels. Ein Algorithmus wird durchlaufen, der den Leckstromzählerwert erneut als Funktion des Phasenwinkels berechnet. Bei wachsendem Phasenwinkel wird die Frequenz, bei der der Leckstrom untersucht wird erhöht (d.h., der Maximalzählerstand (CTR-MAX) wird verringert).
Dann wird der Regelkreisalgorithmus durchlaufen, der die neuesten Werte der Ausgangsspannung, des Ausgangsstroms und des Leckstroms einbezieht. Wenn die Analog-Digitalumsetzung für die Anordnung ein Regelbandbreiten-begrenzender Faktor ist, maximiert die Bandbreitenregelung dieses Schemas, die die Bandbreite des Regelkreisalgorithmus als Funktion des
Phasenwinkels ändert (was angibt, daß der Leckstrom sich erhöht) die Regelkreisbandbreite eines Software-gestützten Regelalgorithmus.

Claims (12)

PC 8181 WO95/03743 VALLEY INC. ANSPRÜCHE
1. Vorrichtung (10) zur Regelung des Leckstroms in einem elektrochirurgischen Hochfrequenzsystem, die Veränderungen der Last als Funktion des elektrochirurgisch behandelten Gewebes oder bei Übergangszuständen, wie zu Beginn oder bei der Beendigung einer elektrochirurgischen Wirkung, bei der eine aktive Elektrode (11) die sich nicht in elektrischem Kontakt mit dem Patientengewebe befindet, Energie an eine Spitze (12) der aktiven Elektrode (11) überträgt, wobei die Vorrichtung aufweist:
eine elektrochirurgische Einheit (13) die Hochfrequenzenergie an einem aktiven Ausgang (14) derselben erzeugt und den Energiefluß über den aktiven Ausgang (14) steuert, wobei die elektrochirurgische Einheit (13) einen Rückführungseingang (15) hat;
eine mit dem aktiven Ausgang (14) verbundene Elektrode (11), die elektrochirurgische Hochfrequenzenergie zu einem Patienten bei einer elektrochirurgischem Prozedur, wie z.B. beim Schneiden, Koagulieren oder einer Kombination derselben überträgt;
eine mit dem Patienten verbundene Rückführungselektrode (16), die zum Patienten während der elektrochirurgischen Prozedur übertragene Hochfrequenzenergie empfängt und sie zum Rückführungseingang (15) der elektrochirurgischen Einheit (13) zurückführt;
ein auf den aktiven Ausgang (14) ansprechender induktiver Transformator (17), der ein Signal (18) bezüglich des aktiven Energieflusses erzeugt;
ein auf den Rückführungseingang (15) ansprechender induktiver Transformator (19), der ein Signal (20) bezüglich des rückgeführten Energieflusses erzeugt, und
eine Vergleicherschaltung (21), die zum Empfangen des aktiven und des Rückführungssignals (18) (20) als Maß für den Leckstrom geschaltet ist und momentane Differenzen (22) deselben mit Frequenzen öfter als 2000 Mal pro Sekunde mit
einer zur Handhabung von Übergangszuständen ausreichenden Geschwindigkeit ermittelt, wobei die Vergleicherschaltung (21) die Differenzen bei einer von der Phasenverschiebung (23) zwischen der Ausgangsspannung und dem Strom der elektrochirurischen Einheit abhängigen Freguenz (13) untersucht.
2. Vorrichtung (10) zur Regelung des Leckstroms gemäß Anspruch 1, bei der die elektrochirurgische Einheit (13) einen Mikroprozessor (24) enthält, dessen Software mit einem oder mehreren Algorithmen zur Ermittlung der Differenzen (22) zwischen dem aktiven Stromsignal (18) und dem rückgeführten Stromsignal (20) und zur Untersuchung der Differenzen (22) an einer von der Phasenverschiebung (23) zwischen der proportionalen Ausgangsspannung (25) und dem proportionalen Strom (18) der elektrochirurgischen Einheit (13) abhängigen Frequenz programmiert ist.
3. Vorrichtung (10) zur Regelung des Leckstroms gemäß Anspruch 2, bei der die Vergleicherschaltung (21) einen geschlossenen Regelkreis (26) zur überwachung und Regelung der Ausgangs-RMS-Spanmmg enthält, indem er die Spitzenspannung der daraus geformten Ausgangssignalform verringert oder das Verhältnis zwischen Scheitelwert und Effektivwert erhöht.
4. Vorrichtung (10) zur Regelung des Leckstroms gemäß Anspruch 3, bei der das Verhältnis zwischen dem Scheitelwert und dem Effektivwert durch Pulsdauermodulation der Hochfrequenzansteuerung erhöht wird.
5. Vorrichtung (10) zur Regelung des Leckstroms gemäß Anspruch 2, bei der der Algorithmus zur Ermittlung der Differenzen (22) zwischen dem aktiven Stromsignal (18) und dem rückgeführten Stromsignal (20) und zur Untersuchung der Differenzen (22) die Phasenverschiebung (23) zwischen der hochfrequenten Spannung und dem Strom jeweils an deren Spitzenwerte feststellt.
6. Vorrichtung (10) zur Regelung des Leckstroms gemäß Anspruch 5, bei der der Algorithmus der Cosinus des Phasenwinkels &THgr; ist, der gleich (Vmax)2 + (Imax)2 ~ 2(V-1J max dividiert durch 2Vmax Imax ist.
7. Vorrichtung (10) zur Regelung des Leckstroms nach Anspruch 6, die den Phasenwinkel (&THgr;) mit einem Schwellenwert vergleicht, und, wenn er größer ist als der Schwellenwert, die Frequenz, bei der die Differenzen (22) zwischen dem aktiven und dem rückgeführten Stromsignal (18) (20) untersucht werden, entsprechend erhöht.
8. Vorrichtung (10) zur Regelung des Leckstroms nach Anspruch 6, die die Differenzen (22) zwischen dem aktiven Stromsignal (18) und dem rückgeführten Stromsignal (20) im Regelkreis (26) der Vergleicherschaltung (21) untersucht und, wenn sie größer als ein Maximum des Leckstroms sind und die gewählte Betriebsart Koagulation ist, die Pulsdauer der hochfrequenten Ansteuerung verringert, um die Spitzenwerte der Spannungssignalform auf einem vorgegebenen Wert zu halten, während die RMS-Spannung verringert wird, um die Leckströme auf ein maximales Soll-Niveau zu senken.
9. Vorrichtung (10) zur Regelung des Leckstroms gemäß Anspruch 6, die die Differenzen (22) zwischen dem aktiven Stromsignal (18) und dem rückgeführten Stromsignal (20) im Regelkreis (26) der Vergleicherschaltung (21) untersucht und wenn die Differenzen größer als ein maximaler Wert für die Leckströme sind und die gewälte Betriebsart Koagulation ist, die Frequenz, bei der der Leckstrom berechnet wird im Regelkreis (26) der Vergleicherschaltung (21) erhöht, so daß ein maximales Soll-Niveau aufrechterhalten wird bis der Phasenwinkel (&THgr;) kleiner als der Schwellenwert ist.
10. Vorrichtung (10) zur Regelung des Leckstroms gemäß Anspruch 6, die die Differenzen (22) zwischen dem aktiven Stromsignal (18) und dem rückgeführten Stromsignal (20) im Regelkreis (26) der Vergleicherschaltung (21) untersucht,
und, wenn sie größer als ein maximaler Leckstromwert sind und die gewählte Betriebsart Schneiden oder bipolar ist, die Vrms durch Absenken der HochfrequenzStufenspannung der elektrochirurgxschen Einheit (13) verringert bis die Differenzen (22) die Leckströme auf ein maximales Soll-Niveau verringern.
11. Vorrichtung (10) zur Regelung des Leckstroms gemäß Anspruch 6, die die Differenzen (22) zwischen dem aktiven Stromsignal (18) und dem rückgeführten Stromsignal (20) in der Regelschleife (26) der Vergleicherschaltung (21) untersucht, und falls sie größer als ein Maximalwert für die Leckage sind und die gewählte Betriebsart Schneiden oder bipolar ist, die Frequenz, bei der Leckstrom berechnet wird im Regelkreis (26) erhöht, so daß das maximales Soll-Niveau hoch bleibt bis der Phasenwinkel (&THgr;) kleiner als der Schwellenwert ist.
12. Vorrichtung (10) zur Regelung des Leckstroms gemäß Anspruch 3, die das Verhältnis zwischen Scheitelwert und Effektivwert durch Verringerung des Tastverhältnisses oder der Pulsdauer der Ausgangssignalform erhöht.
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DE19734369B4 (de) * 1997-02-17 2004-10-28 Hüttinger Medizintechnik GmbH & Co. KG Vorrichtung zur Verringerung oder Vermeidung hochfrequenter Ableitströme bei Elektrochirurgiegeräten

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