DK149762B - Elektrokirurgisk apparat - Google Patents

Description

ί49762 - i -

Den foreliggende opfindelse angår et elektrokirurgisk apparat af den i den indledende del af krav 1 angivne type, som anvendes, især af læger og tandlæger, til at udføre dissektioner og også til at standse blødninger.

5 Elektrokirurgisk udstyr af denne type er baseret på en ef fektgenerator, der afgiver en højfrekvent vekselstrøm. Gennem et forbindelseskabel ledes strømmen frem til en elektrode - den såkaldte aktive elektrode, som er anbragt udskifteligt i et håndstykke. Til dissektioner er den aktive elektrode sædvanligvis udført 10 af tynd tråd, der forbliver kold på grund af god ledningsevne, men når elektroden fremføres gennem væv, opstår der en lokal opvarmning i vævet bl.a. på grund af vævets elektriske modstand.

Dette medfører en molekylår opløsning af vævscellerne, idet den udviklede varme bevirker både intra- og ekstracellulære damp-15 dannelser, der sprænger vævscellerne, og dermed opstår der et veldefineret indsnit i vævet. Hvor dybt denne opløsning sker i vævet afhænger bl.a. af strømintensitetenog af den hastighed, hvormed elektroden føres frem gennem vævet. Snitfladerne er i det væsentlige frie for blødninger og normalt er beskadigelsen 20 af omgivende væv minimal.

På grund af den præparerende virkning overfor blødninger kan udstyret også benyttes specifikt til standsning af blødninger, idet der herved sædvanligvis foretages en omstilling af generatoren, som derved afgiver en moduleret vekselstrøm, og der sker et dybere-25 gående koagulationsnekrose i forhold til elektroden, der sædvan ligvis er kugleformet til dette formål. Resultatet bliver en effektiv hæmostase i forbindelse med såvel punktvise som mere diffuse blødninger.

En væsentlig fordel ved elektrodissektion fremfor brug af 30 skalpel ligger i, at operationsområdet er fri for blødninger.

Dette er en væsentlig fordel i forbindelse med aftrykstagninger til tandkroner og broer, idet et aftryk kan tages umiddelbart efter, at de nødvendige snit er udført. Også til præprotetisk kirurgi og til parodontal kirurg i er elektrokirurgi velegnet. Elek-35 trokirurgisk udstyr har imidlertid endnu ikke vundet den ud bredelse, som de væsentlige fordele skulle berettige. Dette skyldes flere væsentlige ulemper og problemer.

I forbindelse med elektrokirurgi er et af formålene at udføre rene snit med minimal vævsdestruktion. Dette kræver for det første, - 2 - 169762 at den fra en skærende elektrode afgivne effekt til stadighed er nøjagtigt afpasset efter den vævstype og vævsmængde (snitdybde), som elektroden er i kontakt med. Samtidigt må den afgivne effekt på intet tidspunkt være større end nødvendigt, idet for stor ef-5 fektafgivelse bl.a. giver urene snitflader.

Under en elektrodissektion vil den nødvendige effekt variere med snitdybden, den af patienten frembragte impedans samt flere andre faktorer med relation til elektrodens form, omgivelserne og den pågældende operationstype.

10 Ganske specielt skal den afgivne effekt reduceres effektivt og hurtigt, så snart en skærende elektrode kommer i nærheden af periost eller knoglevæv. I modsat fald bliver resultatet meget smertefulde skader, såsom periostitis, knoglevævsnekrose og se-kvestrering af knoglevæv. Dette er årsagen til, at det for tiden 15 kraftigt frarådes at anvende elektrokirurgi i tilfælde, hvor elek troden kan komme i kontakt med eller blot i nærheden af periost eller knoglevæv,hvilket er en væsentlig begrænsning af anvendelsesmulighederne.

Med andre ord skal elektrokirurgisk udstyr af den aktuelle 20 type til at udføre snit i levende væv indeholde yderst effektive midler til kontinuerlig regulering eller dosering af den effekt, som afgives fra en skærende elektrode, og sådanne reguleringsmidler skal reagere meget hurtigt - i realiteten momentant - på ændringer i elektrodens elektriske belastningsimpedans.

25 Belastningen er i væsentlig grad bestemt af to faktorer nemlig 1. materialemodstanden, d.v.s. vævets naturlige elektriske modstand, og 2. det ledende areal, d.v.s. kontaktarealet imellem elektrode og væv (skæredybden).

30 Begge disse faktorer kan variere under en skæreoperation.

Hvis eksempelvis en elektrode, som fremføres i konstant dybde gennem blødt væv, nærmer sig knoglevæv, vil der optræde en pludselig stigning i den belastningsimpedans, som elektroden møder, idet knoglevæv har en væsentligt højere elektrisk modstand end 35 blødt væv på grund af knoglevævets væsentligt mindre væskeindhold.

Som nævnt skal der i sådanne tilfælde ske en meget hurtig formindskelse af effekten fra elektroden, da resultatet ellers bliver meget smertefulde skader på knoglevæv eller tandsubstanser.

149762 - 3 -

Hvis elektrodens skæredybde pludseligt formindskes, vil der også indtræde en pludselig stigning i belastningsimpedansen på grund af det aftagende kontaktareal imellem elektrode og væv.

Når elektroden går helt fri af vævet - og altså befinder sig i 5 fri luft - optræder den maximale belastning, der i princippet er uendelige stor. Igen er det meget vigtigt, at den afgivne effekt formindskes meget hurtigt, idet resultatet ellers vil blive alvorlige forbrændinger og vævsdestruktioner.

Med andre ord er det særligt vigtigt, at den effekt, som af-10 gives fra en skærende elektrode, bliver effektivt og meget hur tigt formindsket, så snart den belastningsimpedans, som elektroden møder, pludseligt stiger af en eller anden årsag.

Disse afgørende krav om muligheder for dosering og styring af den afgivne effekt har bevirket, at kendte elektrokirurgiske 15 apparater i visse tilfælde er udstyret med flere indstillinger til manuel justering af udgangseffekten, eksempelvis en forhåndsindstilling for hver elektrode, som hører til apparatet. Desuden er det hensigten, at der under udførelsen af en klinisk opgave også skal kunne udføres manuelle efterjusteringer af effektaf-20 giveisen, hvilket er en ubekvem og utilstrækkelig løsning.

Der kendes også elektrokirurgisk udstyr med elektroniske reguleringsystemer. Generelt er der tale om systemer af den traditionelle type, hvori der via en tilbagekoblingsløjfe foretages korrektioner eller indstillinger på grundlag af en tidligere målt 25 eller affølt værdi. Der er følgelig ikke tale om en regulering i sand tid, og de indgående komponenter indfører tidskonstanter og heraf følgende forsinkelser i reguleringen. Alt i alt er sådanne systemer dermed ikke i besiddelse af den fornødne hurtighed eller ekstremt kort reaktionstid.

30 Fra USA patentskrift nr. 4.092.986 kendes et elektrokirurgisk apparat, som indeholder en negativ tilbagekobling for at opretholde en i det væsentlige konstant udgangsspænding, uafhængig af belastningens størrelse.

Når udgangsspændingen føres til en patient ved hjælp af 35 elektroden, vil patienten virke som en belastning, som bevirker, at udgangsspændingen falder. Belastningens eller spændingsfaldets størrelse er - som allerede berørt - afhængig af den elektriske modstand i det væv, hvori snittet foretages, samt af den øjeblik 149762 - 4 - kelige skæredybde. Følgelig er det nødvendigt af foretage en løbende regulering af effektafgivelsen fra den skærende elektrode, efterhånden som belastningen ændrer sig, og elektrodens udgangsspænding bør ikke være eller holdes konstant.

5 Der kendes endvidere et elektrokirurgisk apparat, hvori der benyttes en dobbelt tilbagekobling samt en data-analysator til at opretholde en elektrode-udgangsspænding, som automatisk og løbende tilpasser sig efter den elektriske vævsmodstand og efter snitdybden, således at den af skæreelektroden afgivne effekt til 10 enhver tid er proportional med snitdybden. Apparatets elektro niske komponenter vil imidlertid indføre tidskonstanter, og følgelig vil det være vanskeligt at opnå en tilstrækkelig hurtighed i tilpasningen eller reguleringen.

Det er følgelig et formål for opfindelsen at tilvejebringe et 15 elektrokirurgisk apparat, som kontinuerligt, ekstremt hurtigt og effektivt regulerer eller tilpasser effektafgivelsen i afhængighed af den øjeblikkelig belastning uden at anvende komplicerede tilbagekoblingskredse med tilhørende tidskonstanter og forsinkelser i reguleringen. Dette opnås med de i_ den kendetegnende del af 20 krav 1 angivne ejendommeligheder for apparatet ifølge opfind elsen .

Den høje arbejdsfrekvens, der er ca. 10 gange større end frekvenser, som normalt anvendes i tilsvarende kendte elektro-kirurgiske apparater, giver - i kombination med den specielle 25 afpasning af forbindelseskablets længde - en meget stor følsom hed og hurtighed i effektreguleringen.

Til forståelse af virkemåden er det hensigtsmæssigt, at apparatet ifølge opfindelsen sammenlignes med en radiosender med dipolantenne, idet apparatet kan betragtes som en misafstemt 30 dipolsender.

Hvis et antennekabel ikke er afsluttet af dets karakteristiske impedans, vil kablets afslutning som bekendt give anledning til reflektioner, og ved kablets indgangsende vil sådanne reflektioner blive blandet med det af generatoren udsendte signal.

35 I en sådan misafstemt arbejdstiIstand vil udgangstrinet (sender trinet) ikke oscillere optimalt, og den fra antennen udsendte effekt er væsentligt reduceret.

- 5 - 149762

Under driften er apparatet ifølge opfindelsen "misafstemt" i alle andre tilstande end netop i balancebelastningspunktet, hvori elektrodens belastningsimpedans (eller antennekablets afslutningsimpedans) er lig med forbindelseskablets karakteristiske impedans.

5 Dette balancebelastningspunkt vil normalt optræde, når en elek trode skærer med maximal dybde i blødt væv. I denne afstemte tilstand vil den af elektroden afgivne effekt være på sit maximum, hvorimod effekten vil blive effektivt og øjeblikkeligt formindsket i alle andre tilstande (aftagende skæredybde og/eller stigende 10 elektrisk vævsmodstand).

Udtrykt på en anden måde vil en faldende vævsmodstand og/eller en stigende skæredybde "bevæge" forbindelseskablets afslutningsimpedans hen imod den korrekte balancepunktværdi, hvilket reducerer reflektionerne og dermed forbedrer svingnings-15 tilstanden med forøgelse af elektrodens effektafgivelse til følge.

I apparatet ifølge opfindelsen anvendes impedanstilpasningsteknik altså til bevidst af forstemme udgangstrinet på en sådan måde, at svingningsevnen, og dermed den afgivne effekt, bliver formindsket, så snart belastningstilstanden fjerner sig fra ba-20 lancepunktet med impedanstilpasning. Resultatet er en automatisk og direkte regulering i sand tid af afgivet effekt i afhængighed af den øjeblikkelige belastning og på en sådan måde, at den effekt, som afgives til væv af en elektrode på apparatets håndstykke, løbende er tilpasset efter vævstype og/eller vævs-25 mængde (skæredybde). Specielt er reguleringen i apparatet ifølge opfindelsen så hurtig og effektiv, at risikoen for knoglevævsnekrose er nedbragt meget betydeligt. Desuden er reguleringen så effektiv, at effektafgivelsen på intet tidspunkt er større end nødvendigt. Resultatet er helt rene snitflader, uden at det er nødvendigt at indøve og benytte sig af en speciel skæreteknik (elektrodeføring), således som det ofte er tilfældet i forbindelse med kendt udstyr.

Den benyttede, særligt høje arbejdsfrekvens er desuden særlig hensigtsmæssig i apparatet ifølge opfindelsen, idet forbindelses-35 kablets specielle tilpassede længde, som er afhængig af bølge længden og dermed af frekvensen, bliver af en bekvem størrelse, der kan anvendes uden videre i praksis. Desuden bidrager den - 6 - 149762 høje frekvens også til skærevirkningens nøjagtighed og effektivitet på grund af de såkaldte dielektriske tab (polarisationstab), som frekvensen giver anledning til i vævet.

I elektrokirurgisk udstyr er en effektiv returvej fra patient 5 til apparat-generator nødvendig for at undgå effekttab. I kendte apparater har det derfor været sædvanligt eller nødvendigt at benytte en passiv returelektrode, som kobles til patienten og forbindes med generatoren gennem en returledning. En sådan passiv elektrode med returledning er et ubekvemt arrangement,- som 10 under uheldige omstændigheder kan give forbrændinger på pa tientens hud.

I apparatet ifølge opfindelsen forløber returvejen effektivt gennem luften bl.a. på grund af den særligt høje arbejdsfrekvens, og en passiv patientelektrode er unødvendig. Dette er især ti I— 15 fældet i den i krav 2 angivne udførelsesform, hvor den høje ar bejdsfrekvens kombineret med transformerens specielle anbringelse giver en lavere impedans, en god impedanstilpasning til omgivelserne samt en god returvej fra patient til generator. I kendte apparater er frekvensen som nævnt ca. 10 gange lavere, og 20 transformeren er indbygget i samme hus som generatoren.

I det følgende skal opfindelsen beskrives nærmere under henvisning til tegningen, hvor figur 1 er et diagram som skematisk viser en udførelsesform for det elektrokirurgiske apparat ifølge opfindelsen, og 25 figur 2 en skematisk illustration af en alternativ udfør elsesform indeholdende specielle returvejsindretninger.

Det i figur 1 viste apparat ifølge opfindelsen indeholder et apparathus 2, et håndstykke 4 samt et forbindelseskabel 6 imellem apparathus og håndtagsstykke. Apparathuset indeholder 50 en effektforsyning 8, der er indrettet til tilslutning til en sæd vanlig 220 V lysnetvekselspænding. Effektforsyningen står i forbindelse med en højfrekvent effektgenerator 10, som i den viste foretrukne udførelsesform har en maksimal udgangseffekt på 50 W og en udgangsfrekvens på 27,12 MHz, der ligger i et frit fre-35 kvensområde. Generatoren arbejder tilnærmelsesvis som en kon- stantstrømgenerator.

Håndtagstykket 4 indeholder en højfrekvenstransformer, som i det viste tilfælde har et omsætningsforhold på 1:2,5. Håndstykket er forsynet med udstyr til udskiftelig tilkobling af elektroder 149762 - 7 - 12, der sædvanligvis er tynde trådelektroder, som kan være bøjet i facon på forskellig måde af hensyn til den påtænkte anvendelse.

Der kan også være tale om andre specielle elektrodeformer, især til brug ved standsning af blødninger.

5 Håndstykket 4 og generatorens 10 udgang er forbundet igen nem forbindelseskablet 6. Dette kabel er i den viste foretrukne udførelsesform et 50 ohm koaksialkabel med en længde på 120 cm.

Denne længde er afpasset efter en kvart bølgelængde, idet der dog er kompenseret for, at udstyret, især transformeren 4, på-10 virker kablets effektive længde.

Med de i figur 1 viste og ovenfor omtalte værdier giver det specielle afpassede kabel 6 en ren ohmsk overføring eller spejling af en belastningsmodstand på 50 ohm ved kablets elektrode- eller transformerende til en belastning på 50 ohm ved 15 kablets generatorende. Eksempelvis en fordobling af belastnings modstanden ved elektrodeenden resulterer i en halvering af belastningen ved generatorenden i og omkring dette balancepunkt ved 50 ohm.

En meget hurtig og effektiv regulering af denne type er 20 absolut nødvendig i forbindelse med elektrokirurgi, og kendte elektrokirurgiske apparaters mangler i denne henseende har været årsagen til, at det for tiden frarådes at anvende elektrokirurgi til incisioner, hvor den skærende elektrode kan komme i forbindelse med eller i nærheden af knoglevæv. Såkaldt blødt væv har en 25 elektrisk modstand, der er væsentligt mindre end knoglevævs elektriske modstand på grund af det bløde vævs større væskeindhold.

Apparatet ifølge opfindelsen giver en sådan automatisk regulering af skæreeffekten, således at denne til stadighed holdes 30 proportional med den øjeblikkelige belastningsmodstand og der med holdes afpasset efter vævstypen og/eller snitdybden. Effektreguleringen i apparatet ifølge opfindelsen sker uden tidsforsinkelse, og faren for beskadigelse af knoglevæv samt forbrænding af blødt væv er derfor nedbragt meget væsentlig. Dette er opnået 35 som følge af forbindelseskablets tilpasning og altså helt uden komplicerede tilbagekoblinger, der indeholder tidskonstanter og dermed ville give anledning til forsinkelser i reguleringen. Den viste udførelsesform fungerer særdeles effektivt, men eksperimenter har vist, at en afkortning af forbindelseskablet 6 på blot 10 cm - 8 - 149762 bevirker, at apparatet slet ikke fungerer. Kabellængden er følgelig en afgørende faktor.

Med korrekt afpasset kabellængde er den automatiske effekt-regulering særdeles effektiv og hurtig, og det er ikke nødvendigt 5 at foretage manuelle efter juster i nger eller for-indstillinger ved udskiftninger af skæreelektroden 12, således som det er tilfældet i flere kendte apparater.

Impedanstilpasningen til omgivelserne er særdeles god, og påvirkninger fra ydre fremmedfelter er udelukket.

10 I figur 1 er returvejen fra patienten og tilbage til gene ratoren 10 antydet punkteret, idet en egentlig, separat, returleder ikke er nødvendig, således som det er tilfældet i kendte apparater, der anvender væsentligt lavere frekvenser, og hvori transformeren er anbragt ved forbindelseskablets generatorende.

15 Figur 2 viser en udførelsesform for apparatet ifølge op findelsen, hvori en særlig effektiv returvej er tilvejebragt ved at forbinde skærmlederen 7 i forbindelseskablet 6, der er et koaksialkabel, med en rørformet kappe 5, som er fremstillet af et elektrisk ledende materiale og omgiver håndstykket 4 eller i 20 det mindste en del heraf, som er indrettet til at blive grebet i operatørens hånd. Den rørformede kappe 5 er fortrinsvis forsynet med et forholdsvis tyndt udvendigt lag eller en beklædning af et isolerende materiale.

Som antydet i figur 2 vil apparatets operatør indgå i re-25 turvejen, når apparatets håndstykke manipuleres i den ene hånd, mens patienten berøres med den anden hånd. Fra kappen 5 og tilbage til generatoren 10 forløber returvejen igennem skærmlederen 7 i kablet 6. På denne måde er der tilvejebragt en særlig effektiv returvej.

30 Som nævnt ovenfor er forbindelseskablets længde fortrins vis tilpasset eller afstemt efter en fjerdedel af bølgelængden.

.Kabellængden kan imidlertid også være afpasset efter andre brøkdele eller multipla af bølgelængden, såsom en halv bølgelængde.