FR2508792A1 - Generateur electrochirurgical - Google Patents

Abstract

A.GENERATEUR ELECTROCHIRURGICAL. B.GENERATEUR CARACTERISE EN CE QU'IL COMPREND DES MOYENS SE METTANT EN OEUVRE AVANT LA FORMATION DE L'ARC ELECTRIQUE POUR PRODUIRE SUR LES ELECTRODES UNE FORME D'ONDE DE TENSION OSCILLANTE, CETTE FORME D'ONDE PRESENTANT DES POINTES DE TENSION ALTERNATIVEMENT POSITIVES ET NEGATIVES, CHAQUE POINTE ETANT SENSIBLEMENT DE MEME AMPLITUDE QUE LA POINTE IMMEDIATEMENT PRECEDENTE. C.L'INVENTION CONCERNE LES GENERATEURS ELECTROCHIRURGICAUX A COURANTS ELECTRIQUES RADIOFREQUENCE.

Description

Générateur électrochirurgical ".

L'invention concerne un générateur électron

chirurgical destiné à effectuer des opérations chirurgi-

cales au moyen de courants électriques radiofréquence. Outre le cas des opérations chirurgicales effectuées sur des tissus vivants au moyen d'instruments mécaniques, tels que des scalpels ou des bistouris, les opérations de chirurgie peuvent également être faites en faisant passer des courants électriques radiofréquence dans les tissus vivants Il existe essentiellement quatre opérations chirurgicales principales possibles dépendant des niveaux de tension et de puissance appliqués aux tissus Ces opérations sont typiquement: la dessicationg

la fulguration, la coupe et la coupe avec hémostase.

Souvent la dessication et la fulguration sont désignées

collectivement par le terme de coagulation.

Le courant radiofréquence utilisé pour effec-

tuer les opérations chirurgicales est typiquement pro-

duit par un générateur radiofréquence branché à un ampli-

ficateur de puissance La sortie de l'amplificateur de puissance est à son tour reliée à la masse des tissus au moyen de deux électrodes Les opérations chirurgicales

-sont effectuées au moyen d'une électrode "active" injec-

tant le courant électrique radiofréquence dans la masse

des tissus.

Etant donné que, ainsi qu'indiqué ci-dessus, les effets électrochirugicaux dépendent essentiellement de la puissance et de la tension appliquées, l'électrode active présente typiquement une faible section de manière à concentrer la puissance et à limiter les effets chirur-

gicaux a une petite zone bien contr 8 lée Le retour du cou-

rant radiofréquence a travers les tissus, vers le généra-

teur, est obtenu au moyen d'une plaque "passive", ou pla-

que de "patient", présentant une grande surface pour évi-

ter la production d'effets électrochirurgicaux au point de retour du courant On peut, en variante, utiliser une paire d'électrodes actives fonctionnant en mode bipolaire dans lequel les effets électrochirurgicaux sont limités à

l'échantillon de tissu compris entre les deux électrodes.

Une opération de dessication est effectuée en maintenant l'électrode active en contact étroit avec les tissus Le courant radiofréquence passe directement de l'électrode dans les tissus pour produire un chauffage de ceux-ci par effet de résistance électrique L'effet de chauffage détruit les cellules de tissus en produisant une zone nécrosée s'étalant radialement à partir du point de contact entre l'électrode et les tissus Du

fait de la nature de la destruction des cellules, la né-

crose est généralement profonde mais l'escarre produite pendant l'opération est généralement de couleur claire et molle. Suivant les caractéristiques de sortie du générateur électrochirurgical, on peut obtenir un autre effet, appelé fulguration, en faisant varier la tension

et la puissance par unité de temps, fournies par le généra-

teur électrochirurgical Bien que la fulguration soit souvent confondue avec la dessication, cette fulguration

est une opération distincte En particulier, la fulgura-

tion est effectuée, dans les dispositifs selon l'art an-

térieur, au moyen d'une forme d'onde à grande tension crate mais à faible facteur de forme Si une électrode alimentée par une forme d'onde de ce type, est amenée en contact avec la masse des tissus, et si la tension crête est suffisante pour produire un arc radiofréquence (avec une impédance d'environ 5 000 ohms avant l'avalanche électrique), la fulguration se produit à l'endroit o

l'arc vient en contact avec les tissus.

Du fait du faible facteur de forme de l'onde de fulguration, la puissance par unité de temps appliquée aux tissus est suffisamment faible pour réduire au minimum les effets de coupe dûs à la volatilisation explosive de l'humidité des cellules En effet, l'arc radiofréquence coagule les tissus au voisinage immédiat de l'électrode active en permettant ainsi au chirurgien qui opère de

suturer les vaisseaux sanguins au voisinage de l'électro-

de L'électrode de fulguration ne touche jamais la sur-

face des tissus et une escarre dure et noire se forme à

la surface de la masse des tissus dans la zone de fulgu-

ration A l'inverse de la dessication, la fulguration

est un procédé de surface et la zone de nécrose se li-

mite à cette surface Par suite, la fulguration peut être utilisée lorsque la masse des tissus est très mince et lorsque la nécrose profonde produite par une opération

de dessication risquerait d'endommager les organes sous-

jacents, la fulguration présente donc un très grand in-

térét d'utilisation.

Pour des caractéristiques de sortie diffé-

rentes du générateur électrochirurgical, il est encore possible d'obtenir d'autres effets La coupe est produite lorsqu'une puissance suffisante par unité de temps est

fournie aux tissus pour vaporiser l'humidité des cellu-

les Si la puissance appliquée est suffisamment élevée, une quantité de vapeur suffisante est produite pour former une couche de vapeur entre l'électrode active et les tissus Quand la couche de vapeur se forme, un "plasma" constitué de molécules d'air et d'eau fortement ionisées se forme entre l'électrode et le tissus Si le générateur électrochirurgical peut fournir une puissance

suffisante, un arc électrique radiofréquence se dévelop-

pe dans le plasma Lorsque cela se produit, le courant pénétrant dans les tissus est limité à une surface égale à la section de l'arc à l'endroit o celui-ci vient en

contact avec les tissus, de sorte que la densité de puis-

sance devient extrêmement élevée en ce point.

Par suite de la densité de puissance loca-

lement très élevée, l'eau des cellules est instantané-

ment volatilisée en vapeur et rompt l'architecture des tissus en soufflant littéralement les cellules pour les séparer les unes des autres Cela produit une nouvelle quantité de vapeur permettant de maintenir la couche de vapeur entre l'électrode et les tissus Si la densité

de puissance délivrée à la masse des tissus est suffi-

sante, une quantité suffisante de cellules est détruite

pour obtenir un effet de coupe Une onde de tension pé-

riodique, telle qu'une onde sinusoïdale, fournit une succession continue d'arcs et permet d'obtenir une coupe

présentant très peu de nécrose et très peu d'hémostase.

Il est également possible d'obtenir une combinaison des effets ci-dessus en faisant varier la

forme d'onde électrique appliquée aux tissus En particu-

lier, une combinaison de coupe et de dessication (appelée

coupe avec hémostase) peut être obtenue en coupant pério-

diquement la tension sinusoïdale permanente normalement utilisée pour produire une coupe électrochirurgicale Si

la coupure est de durée suffisante, les particules ioni-

sées du plasma situées entre l'électrode et le tissu se diffusent en provoquant l'extinction du plasma Quand

cela se produit, l'électrode vient en contact momentané-

ment avec les tissus jusqu'à ce qu'une nouvelle couche de plasma soit formée Pendant le temps o l'électrode est en contact avec les tissus, cette électrode dessèche les tissus en suturant ainsi les petits vaisseaux sanguins

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et autres, au voisinage de l'électrode.

Les quatre opérations chirurgicales décrites

ci-dessus nécessitent donc que le générateur électrochi-

rurgical fonctionne à différents niveaux de puissance sur des tissus d'impédances variables Bien que de nombreux

dispositifs selon l'art antérieur aient donné des résul-

tats satisfaisants pour les opérations de dessication et de coupe, ces dispositifs n'ont pas donné satisfaction pour la fulguration En particulier, les arcs électriques

produits par les générateurs selon l'art antérieur fonc-

tionnant en mode de fulguration sont relativement courts en longueur et en durée Par suite, l'électrode active doit être déplacée très près des tissus à traiter par fulguration. Si l'électrode active touche effectivement les tissus au cours de l'opération de fulguration, ces tissus peuvent coller à l'électrode et âtre détruits par celle-ci, ce qui salit l'électrode et oblige ensuite le chirurgien à la nettoyer Ainsi, la longueur d'arc des machines selon l'art antérieur ne leur permet pas de fonctionner de façon satisfaisante dans la plupart des

cas, en particulier lorsque les tissus subissent la ful-

guration sont soumis à des pulsations dues notamment à la circulation du sang Ce problème est encore aggrave par le fait que les appareils selon l'art antérieur ont tendance à fournir une trop grande quantité de puissance à la zone de fulguration Pour augmenter la longueur de l'arc, on augmente dans beaucoup de machines la tension de sortie de fulguration, ce qui augmente la puissance

de sortie Cette grande puissance de sortie a pour ré-

sultat que les tissus sous fulguration ont tendance à se plisser et à enfler, ce qui augmente les risques de

contact avec l'électrode.

De plus, les générateurs électrochirurgi-

caux selon l'art antérieur se sont avérés incapables de

donner une fulguration satisfaisante dans le cas de tis-

sus spongieux ou fortement vascularisés, tels que ceux de la rate ou du foie Comme ces organes laissent, en

principe, suinter le sang à travers la structure vascu-

laire de leurs tissus, il est très difficile de coaguler

une incision pour obtenir une hémostase satisfaisante.

La puissance de sortie relativement élevée des machines selon l'art antérieur déclenche, en fait, un saignement secondaire sous la zone d'escarre dans les organes de ce type De plus, si le temps d'utilisation de ces machines sur un organe n'est pas très court, la grande puissance

produite peut, en fait, surchauffer la totalité de l'or-

gane par résistance électrique en risquant de l'endomma-

ger sérieusement.

Du fait des inconvénients ci-dessous de

l'art antérieur, de nombreux chirurgiens préfèrent uti-

liser un générateur électrochirurgical plus ancien four-

nissant une puissance de sortie radiofréquence de fulgu-

ration au moyen d'un éclateur Ces dispositifs sont con-

nus sous le nom de "Dispositifs de Bovie" et fournissent une forme d'onde sinusoïdale de 12 000 à 14 000 Volts

crgte à crête fortement amortie pendant la fulguration.

Bien que ces dispositifs soient relativement anciens, ce sont ceux qui donnent actuellement les formes d'onde de

fulguration les plus satisfaisantes.

Cependant, bien que ces dispositifs fonc-

tionnent mieux que la plupart des dispositifs à l'état

solide modernes, les arcs de fulguration qu'ils fournis-

sent sont de courte longueur et de courte durée De plus, ces blocs de fulguration sont gros et encombrants, et nécessitent en entretien permanent pour remplacer les éclateurs internes Du fait de ces inconvénients,

d'autres chirurgiens ont complètement abandonné la fonc-

tion de fulguration des générateurs électrochirurgicaux

en préférant n'utiliser ces machines que pour les opéra-

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tions de coupe et de dessication.

L'invention a pour but de pallier les in-

convénients ci-dessus de l'art antérieur en créant un générateur électrochirurgical utilisant un circuit à l'état solide pour produire la haute tension nécessaire à la fulguration Le générateur électrochirurgical selon l'invention produit avantageusement un arc de longueur et de durée suffisantes pour éviter les problèmes posés

par les générateurs électrochirurgicaux selon l'art an-

térieur.

A cet effet, l'invention concerne un généra-

teur électrochirurgical capable de former un arc électri-

que entre des électrodes de sortie et une masse de tissus

vivants pour effectuer une opération chirurgicale de fui-

guration, générateur caractérisé en ce qu'il comprend des moyens se mettant en oeuvre avant la formation de l'arc électrique pour produire sur les électrodes une forme

d'onde de tension oscillante, cette forme d'onde présen-

tant des pointes de tension alternativement positives et

négatives, chaque pointe étant sensiblement de même am-

plitude que la pointe immédiatement précédente.

Plus précisément, le circuit de fulguration

décrit ici permet d'améliorer la formation de l'arc ini-

tial en produisant, sur l'électrode active, une forme d'onde en circuit ouvert (avant la formation de l'arc)

qui soit une sinusoïde "véritable" à alternances positi-

ves et négatives d'amplitudes approximativement égales.

Cette forme d'onde symétrique permet avantageusement à l'arc électrique de se former lorsque l'électrode active est plus loin de la masse des tissus que dans les cas actuellement possible avec les dispositifs selon l'art antérieur. En outre, selon l'invention, le facteur d'amortissement de l'onde est réglé de manière à être aussi faible que possible pour qu'en circuit ouvert Cette onde mette très longtemps avant d'arriver à une amplitude nulle L'excursion périodique de la tension

encourage la formation d'une décharge en "couronne" fa-

cilitant considérablement la formation de l'arc De plus, l'amortissement intérieur est suffisamment faible pour que, même après formation de l'arc, on conserve encore

un grand nombre de sinusoïdes en présence de l'amortis-

sement dû à la charge de sortie.

Le circuit permet ainsi de maintenir un arc,

dès que celui-ci est formé, en empêchant la diffusion to-

tale des particules ionisées du plasma, entre l'électrode et les tissus, hors de la zone de fulguration Ainsi, l'impédance de charge effective est plus basse, ce qui améliore la longueur de l'arc et donne une formation plus facile de cet arc à chaque cycle de l'onde de tension de sortie oscillante L'effet d'arc plus efficace produit un chauffage important du bout de l'électrode active par

résistance électrique, ce qui empêche les risques d'adhé-

rence du sang au bout de l'électrode active pendant les

opérations de fulguration.

De plus, bien que le facteur de forme de l'onde de sortie selon l'invention soit beaucoup plus élevé que celui des appareils selon l'art antérieur, les effets de coupe, de brûlure et de surchauffe parasites des dispositifs selon l'art antérieur sont évités du fait que l'impédance de sortie du générateur selon l'invention

est également beaucoup plus élevée que celle des disposi-

tifs selon l'art antérieur, de façon que le courant de l'arc de fulguration appliqué aux tissus dans la zone de

fulguration, soit limité par l'impédance interne du géné-

rateur, ce qui permet d'éviter l'augmentation des nécro-

ses De plus, la fulguration peut être faite plus long-

teqis sans risques de surchauffe Dans une variante de réalisation, le générateur peut fonctionner en source de

courant à impédance élevée plut 8 t qu'en source de tension.

Plus précisément, une forme de réalisation du circuit de sortie du générateur électrochirurgical selon l'invention consiste en un circuit de sortie "réservoir" radiofréquence excité par les impulsions de courant délivrées par un circuit de commutation haute fréquence Après chaque impulsion, le circuit réservoir

fournit une forme d'onde sinusoïdale amortie Le coeffi-

cient de surtension "Q" du circuit réservoir est aussi élevé que possible de manière à ne produire qu'un très faible amortissement à chaque période De plus, le

transformateur de sortie du circuit est conçu spéciale-

ment pour réduire les pertes au minimum et les composants du circuit réservoir sont choisis de manière à donner une impédance de sortie élevée limitant intérieurement le

courant de sortie pendant la formation de l'arc électri-

que. des dessins L'invention sera décrite en détail au moyen ci-joints dans lesquels: la figure 1 représente le appareil de "Bovie" selon l'art antérieur la figure 2 est un schéma circuit de fulguration selon l'invention; la figure 3 est un schéma l'appareil de la figure 2; la figure 4 est un schéma pilote radiofréquence; la figure 5 est un schéma schéma d'un par blocs du agrandi de du circuit de du circuit de commande; la figure 6 représente les formes d'ondes

de sortie électriques produites par les dispositifs se-

lon l'art antérieur et par le circuit de fulguration se-

lon l'invention; et

la figure 7 représente les formes d'on-

des électriques produites intérieurement par le circuit

de la figure 5.

Comme les effets de fulguration sont pro-

duits essentiellement par un arc électrique, la forme de réalisation décrite ici permet d'améliorer les propriétés de fulguration en renforçant la longueur et la qualité de l'arc Bien qu'il ne soit pas nécessaire de compren-

dre complètement le mécanisme des décharges d'arc élec-

trique pour comprendre le fonctionnement du circuit il-

lustré ici, il est cependant utile de se rappeler le phé-

nomène physique se produisant pendant la production d'un

arc électrique entre une électrode et la masse des tis-

sus La décharge d'arc consiste en deux étapes distinc-

tes la formation de l'arc et l'entretien de l'arc après formation L'impédance de charge effective présente de grandes variations pendant la formation de l'arc et, par suite, les conditions électriques de fonctionnement du circuit de fulguration varient considérablement entre les deux étapes Les phénomènes physiques se produisant au cours de chaque étape sont complexes et ne seront

rappelés ici que dans leurs grandes lignes.

Quand une électrode active à haute tension

est amenée au voisinage de tissus se trouvant à un poten-

tiel beaucoup plus bas, l'impédance initiale, avant l'établissement de l'arc, peut être relativement élevée (vue de l'électrode) entre l'électrode et les tissus, du fait des propriétés isolantes de l'air dans l'intervalle

entre tissus et électrode.

Le gradient du champ électrique dans l'in-

tervalle d'air compris entre l'électrode et les tissus,

augmente lorsque la largeur de l'intervalle diminue.

L'augmentation du champ électrique a pour résultat que des courants transitoires commencent à passer entre l'électrode et les tissus, ces courants étant déclenchés

au hasard par des électrons produits par des rayons cos-

miques, par des collisions ou par des émissions photo-

électriques Ces électrons sont, pour la plupart, immé-

il diatement absorbés, mais certains sont accélérés très rapidement vers les sources de charge opposée Lorsque le champ électrique augmente, certains électrons libres et des particules d'air ionisées sont accélérés avec une vitesse suffisante, avant absorption, pour ioniser d'autres molécules par divers mécanismes comprenant l'ionisation par chocs simples et multiples, et autres

effets physiques.

Lorsque la tension électrique appliquée à

l'intervalle augmente jusqu'à une valeur égale ou supé-

rieure à une valeur caractéristique appelée "potentiel d'amorçage", le courant produit par le mouvement des

particules chargées en sens inverse devient auto-entre-

tenu et l'on obtient une décharge haute tension en cou-

ronne ou décharge "corona" Au début, le nombre des par-

ticules chargées est relativement petit, de sorte que l'impédance entre l'électrode et la masse des tissus

reste élevée.

Cependant, lorsque la distance entre l'élec-

trode et les tissus diminue encore, l'augmentation du gradient de champ électrique provoque une augmentation de l'accélération des électrons et des molécules d'air

ionisé, de sorte qu'un processus d'ionisation supplémen-

taire se développe et qu'un grand nombre d'électrons

sont libérés Les électrons nouvellement libérés produi-

sent également des effets d'ionisation supplémentaires et l'on obtient une "avalanche" électronique conduisant à l'installation d'un arc électrique entre l'électrode

et la masse des tissus En ce point, la densité de cou-

rant devient très élevée et la tension entre l'électrode et la masse des tissus tombe à une valeur faible Une

faible augmentation de tension produit une grande aug-

mentation de courant du fait que l'impédance effective du "plasma" fortement ionisé entre l'électrode et les

tissus, est très faible Par suite, le courant traver-

sant l'arc électrique est limité essentiellement par

l'impédance du circuit de sortie de l'appareil de fulgu-

ration et par l'impédance de charge effective.

Pour obtenir un arc de fulguration satisfai-

sant, il a été constaté, selon l'invention, que la forme d'onde produite par le générateur avant la formation de l'arc électrique devait être nettement différente de la forme d'onde produite après Plus particulièrement, le

générateur électrochirurgical doit être capable de com-

mander la formation de l'arc lorsque l'impédance de

charge effective est relativement élevée (avant la forma-

tion de l'arc), et doit également être capable de comman-

der la quantité de courant appliquée à la masse des tis-

sus après la formation de l'arc, de manière à limiter

les effets de coupe et de brûlure On a également cons-

taté, comme décrit plus en détail ci-après, que la forme préférée de générateur électrochirurgical utilisable pour la fulguration devait être capable de produire les effets suivants: a) En circuit ouvert (à haute impédance avant la formation de l'arc), le générateur doit fournir, à chaque cycle, une forme d'onde symétrique autour de la

tension nulle, c'est-à-dire que la forme d'onde doit pré-

senter une alternance positive suivie d'une alternance négative de même amplitude, puis d'une autre alternance positive etc Autrement dit, la fréquence principale produite à la sortie doit être la fréquence d'oscillation

fondamentale dans laquelle les harmoniques d'ordres supé-

rieurs ont été suffisamment éliminés pour que la forme

d'onde soit symétrique.

b) De plus, aussi bien en circuit "ouvert" (à haute impédance avant formation de l'arc) que dans les conditions "en charge" (sur l'impédance des tissus après formation de l'arc), la forme d'onde produite par le générateur de fulguration doit présenter un facteur

d'amortissement aussi faible que possible pour qu'on puis-

se disposer d'un aussi grand nombre que possible de cycles avant d'atteindre l'amplitude nulle Autrement dit, le coefficient de surtension "Q" du circuit "réservoir" de l'oscillateur de sortie doit être élevé; et c) Du fait que les deux conditions ci-dessus

conduisent à une forme d'onde à facteur de forme relati-

vement élevé, l'impédance de sortie du générateur doit être élevée pour limiter le courant de l'arc électrique

afin de réduire les effets de coupe et de brûlure Autre-

ment dit, le générateur doit fonctionner plut 8 t en source

de courant qu'en source de tension.

Les mécanismes physiques exacts qui aboutis-

sent à augmenter la longueur de l'arc pour les deux pre-

mières des conditions ci-dessus, ne sont pas connus en détail On pense cependant que la forme d'onde symétrique de préférence utilisée améliore la formation de l'arc électrique en réduisant l'effet connu sous le nom d"'écran de charge d'espace" des sources de tension électrique, et en renforçant la probabilité de collision

entre particules chargées.

L'écran de charge d'espace se forme très peu de temps après la formation des électrons libres et

des ions initiaux Cette "charge d'espace" est apparem-

ment due à la migration des électrons libres et des ions vers les sources de potentiel de charge opposée Cette migration produit une "charge d'espace" de particules chargées au voisinage immédiat de chaque source Comme les particules chargées sont de signe opposé à celui de

l'électrode adjacente, l'effet global obtenu est une ré-

duction du gradient de champ entre les deux sources de potentiel. Par suite, on doit diminuer la distance entre les sources pour augmenter le gradient de champ à l'endroit o la décharge redevient auto-entretenue Si, cependant, le signe du potentiel électrique de chaque source s'inverse rapidement et de manière alternative, la charge d'espace doit se déplacer en permanence d'une

source à l'autre Cette migration perpétuelle tend à dé-

truire la formation de la charge d'espace et, de plus,

comme la masse des électrons et des ions balaye l'inter-

valle entre électrode et tissus, l'ionisation ultérieure se trouve renforcée par l'augmentation de la probabilité

de collisions et le renforcement d'autres processus phy-

siques L'effet global obtenu est une augmentation de la

décharge électrique.

Pour que le phénomène de migration produise le plus grand effet sur la formation de l'arc, il est nécessaire d'utiliser un grand nombre de cycles positifs et négatifs pour optimiser la probabilité d'ionisation supplémentaire Par suite, le champ électrique doit être maintenu à une valeur élevée pendant autant de cycles que possible pour correspondre ainsi à la seconde des conditions mentionnées ci-dessus Après la formation de

l'arc, de nombreux cycles de l'onde de sortie sont né-

cessaires pour maintenir la formation du plasma entre l'électrode de sortie et les tissus afin d'obtenir une faible impédance effective permettant d'entretenir l'arc

*et d'accrottre sa longueur.

Tenant compte des conditions ci-dessus, une forme d'onde préférée de fulguration en "circuit ouvert" est représentée en figure 6 E En particulier, les valeurs

crêtes "a" et "b" sont de même forme et pratiquement de-

même amplitude Du fait de l'amortissement de l'onde,

les amplitudes ne sont pas exactement les mêmes; cepen-

dant, comme le facteur d'amortissement est faible, la différence est extrêmement petite De la même façon, du fait du faible facteur d'amortissement, les valeurs cr#tes successives ont, à peu près, la même amplitude

que la valeur crête immédiatement précédente.

La forme d'onde "en charge", représentée en figure 6 F, ressemble à la forme d'onde précédente avec des valeurs crêtes symétriques positives et négatives, les amplitudes étant évidemment fortement réduites De plus, cette forme d'onde selon l'invention présente une

réduction de fréquence aboutissant à une nouvelle fré-

quence de l'ordre du tiers de l'ancienne, ce phénomène étant dû à l'inductance de fuite dont l'effet ne se

fait sentir qu'en charge, sur l'onde de sortie.

Uneautre forme d'onde préférée peut consis-

ter en une onde sinusoïdale d'amplitude constante ou autre forme d'onde d'amplitude constante Ce type de

signal de sortie peut être produit par un circuit oscil-

lateur "piloté" en permanence et normalement utilisé

pour les opérations de coupe et de dessication Cepen-

dant, si l'on augmente selon l'invention, l'impédance

interne du générateur, on peut alors effectuer une opé- ration de fulguration au lieu des opérations de coupe

et de dessication.

Parmi les dispositifs selon l'art antérieur capables de produire des effets de fulguration, on a

déjà cité le dispositif de "Bovie" Ce dispositif pro-

duit les courants radiofréquence nécessaires au moyen

d'un "générateur à éclateur" Le schéma du circuit cor-

respondant est représenté en figure 1 Ce circuit utilise un circuit "réservoir" radiofréquence à inductance / capacité, et un éclateur" utilisé en interrupteur haute fréquence En cours de fonctionnement, le condensateur 13 se charge par une résistance îî à partir de la source

de tension 10 Quand la tension aux bornes du condensa-

teur 13 atteint la tension de claquage de l'éclateur 12, un arc électrique se forme aux bornes de cet éclateur 12 en créant effectivement une faible impédance et en

branchant le condensateur 13 en parallèle sur l'enroule-

ment primaire 14 du transformateur de sortie 16 L'en-

roulement secondaire 15 du transformateur 16 est branché aux électrodes de sortie constituées par l'électrode active 17 et par la plaque de retour ou plaque de patient 18 Les condensateurs 19 empêchent les courants basse fréquence dangereux de passer dans le circuit secondaire.

Quand un arc électrique se produit aux bor-

nes de l'éclateur 12, le circuit commence à osciller à une fréquence caractéristique déterminée par les valeurs du condensateur 13 et de l'inductance de l'enroulement

primaire 14 du transformateur L'amplitude des oscilla-

tions démarre à une valeur crête déterminée par les valeurs des divers composants du circuit, puis diminue exponentiellement à un rythme déterminé par la valeur du condensateur 13, la valeur de résistance du circuit et les pertes du transformateur 16 La résistance du circuit

est constituée par la somme de la résistance de l'enrou-

lement 14 et de l'impédance de charge des électrodes 17 et 18 "ramenée" à travers l'enroulement secondaire 15 du transformateur 16 En fonctionnement normal, l'impédance

aux bornes des électrodes 17 et 18 est relativement éle-

vée avant que l'arc de fulguration se forme entre l'élec-

trode active 17 et la masse des tissus Ainsi, la dé-

croissance des oscillations dans le circuit réservoir radiofréquence, est déterminée essentiellement par la résistance de l'enroulement primaire 14, par les pertes du transformateur 16 et par les caractéristiques de l'éclateur. Dans le circuit typique de "Bovie", le choix et le montage des divers éléments donne une onde

de sortie en "circuit ouvert" contenant une forte pro-

portion d'harmoniques d'ordre élevé Cette caractéristi-

que conduit à la forme d'onde non symétrique de la fi-

gure 6 A Du fait de la présence des harmoniques d'ordre élevé la forme d'onde n'est plus symétrique autour de xio & chaque période Ainsi, la première condition indiquée ci-dessus pour obtenir la forme d'onde voulue, n'est pas remplie, de sorte qu'il faut amener l'électrode active tout près de la surface des tissus avant que l'arc

se forme.

D'autre part, dans un circuit de "Bovie",

typique de l'art antérieur, les éléments sont volontai-

rement choisis de façon qu'en "circuit ouvert" (avant la formation de l'arc) l'onde oscillante soit fortement

amortie, comme indiqué en figure 6 A On pensait, semble-

t-il, qu'il fallait utiliser un facteur d'amortissement élevé (c'est-adire une onde âfacteur de crête " élevé, ce facteur de crête se définissant comme le rapport de la valeur crete à la valeur efficace de la tension ou du courant) pour que la forme d'onde globale présente un faible facteur de forme, de manière à réduire les effets

de coupe pendant l'opération de fulguration.

Malheureusement, l'art antérieur ne faisait aucune distinction entre les formes d'onde avant et après la formation de l'arc, de sorte que le circuit était optimisé pour donner la meilleure forme d'onde (ou une

forme d'onde à "facteur de crête" élevé) après la forma-

tion de l'arc Ainsi, la seconde condition ci-dessus pour obtenir la forme d'onde voulue n'est pas remplie, elle

non plus.

Après la formation de l'arc, la basse impé-

dance de charge est réfléchie dans le circuit oscilla-

teur par le transformateur de sortie de façon que la

forme d'onde soit plus symétrique à chaque cycle La ré-

duction de l'impédance de charge produit également une augmentation de l'amortissement, comme indiqué en figure

6 B Malheureusement, du fait du-fort facteur d'amortis-

sement initial, l'onde s'atténue si rapidement sous l'effet de la diminution de l'impédance de charge, que la longueur de l'arc produit par le dispositif est

très courte.

On peut, selon l'invention, améliorer en fait le signal de sortie de l'appareil de "Bovie" selon l'art antérieur, en plaçant une résistance relativement faible (de-l'ordre de 500 ohms) aux bornes de la sortie, de façon que la forme d'onde en "circuit ouvert" soit semblable à celle de la figure 6 D Lorsqu'on effectue ce montage, même si le facteur d'amortissement est très élevé et si la seconde condition d'obtention de la forme

d'onde voulue n'est pas réalisée, l'onde obtenue présen-

te cependant la bonne symétrie positive et négative, de sorte que le dispositif déclenche l'arc plus tôt que si le circuit n'était pas chargé Cette modification selon l'invention a donc pour résultat d'augmenter notablement la longueur de l'arc pour une tension crgte donnée, ce

1 S qui améliore les performances du dispositif.

En plus des circuits du type de ceux de l'appareil de "Bovie", ont été également utilisés, dans

l'art antérieur, divers types de circuits à l'état soli-

de La plupart de ces circuits tendaient à obtenir une forme d'onde de sortie ressemblant à celle de "Bovie"

pour copier les performances de cet appareil Dans beau-

coup de ces circuits, les harmoniques d'ordre élevé apparaissant en "circuit ouvert" dans l'appareil de Bovie, sont éliminés et donnent, par conséquent, une onde convenablement symétrique Cependant, comme cela est

typique dans ce type d'appareils, le facteur d'amortis-

sement est très élevé pour tenter d'obtenir un "facteur

de crête" élevé et de réduire ainsi les effets de coupe.

En fait, le facteur d'amortissement élevé produit une dissymétrie de la forme d'onde à chaque cycle, comme indiqué par la figure 6 C Ainsi, les conditions définies ci dessus ne sont pas remplies et l'on doit déplacer

l'électrode active très près des tissus avant la forma-

tion de l'arc Après la formation de l'arc, l'atténua-

tion de l'onde augmente encore plus, par suite de l'effet de la charge, comme indiqué en figure 6 D La forme d'onde ainsi obtenue est encore plus dissymétrique et consiste en une très grande impulsion positive avec une impulsion

négative presque imperceptible.

La forme d'onde préférée des figures 6 E et 6 F peut être obtenue, selon l'invention, au moyen du circuit représenté par le schéma, par blocs, de la

figure 2 Dans ce circuit, les oscillations radiofré-

quence sont produites au moyen d'un circuit oscillateur à grand "Q" dans lequel on a augmenté l'impédance de sortie en choisissant une faible valeur de capacité et en augmentant le rapport de nombres de tours secondaire/ primaire du transformateur de sortie Plus précisément, les oscillations radiofréquence sont produites par le circuit "réservoir" constitué du condensateur 204 et de l'enroulement primaire 206 du transformateur de sortie 208.

En cours de fonctionnement, le circuit ré-

servoir est branché à une source de haute tension conti-

-20 nue 205 par le commutateur à semi-conducteurs 203 La source 205 peut, par exemple, être constituée par ume alimentation continue régulée fournissant une tension continue comprise entre O et 200 volts, n'importe quel type d'alimentation régulée pouvant Atre utilisé pour cela On peut, dans le présent exemple de réalisation, utiliser le Modèle Sorensen DCR 600-3 B.

L'alimentation de puissance peut être com-

mandée par les commandes du panneau de contr 6 le du géné-

rateur électrochirurgical, ou par un réseau de rétro-

action permettant d'obtenir une puissance constante lorsque la charge varie Un réseau de rétroaction tel que celui décrit par le brevet U S A No 3 601 126, déposé le 24 Août 1971 par J R Estes, peut être utilisé

dans la présente forme de réalisation.

Le commutateur à semi-conducteurs 203 est, à son tour, commandé par le circuit de commande 201 par

l'intermédiaire du conducteur 202 Le circuit de com-

mande 201 fournit des impulsions de commande en réponse

à un signal d'horloge appliqué sur le fil 200 et syn-

chronisant le fonctionnement de l'ensemble du circuit. Pour produire un signal de sortie haute fréquence, les commutateurs à semi-conducteurs se ferment et s'ouvrent

sous le contrôle du circuit de commande 201 Ce fonc-

tionnement branche périodiquement le circuit réservoir à la masse en permettant au courant de passer de la

source de puissance 205 au primaire 206 du transforma-

teur 208 et au commutateur à semi-conducteurs 203.

Au bout d'un intervalle de temps contr 8 lé,

le commutateur 203 s'ouvre en permettant au circuit ré-

servoir (constitué du condensateur 204 et de l'induc-

tance 206) de commencer à "résonner" à une fréquence caractéristique dépendant des valeurs du condensateur et de l'inductance La fréquence d'oscillation est, par

exemple, choisie à 500 k Hz Cette fréquence est suffi-

samment élevée pour ne pas déclencher de stimulations neuromusculaires (qui pourraient être dangereuses pour le patient), mais suffisamment basse pour éviter la

production de nécroses profondes par énergie radiofré-

quence. La forme d'onde fournie par ce circuit peut être exprimée mathématiquement en fonction du temps t, par l'expression e sin (f 1 t + Y)

dans laquelle W N est la fréquence fondamentale d'oscil-

lation, et g le coefficient d'amortissement donnant la

vitesse de décroissance de l'amplitude de la sinusoïde.

On a constaté que, pour obtenir une forme d'onde de ful-

guration satisfaisante, le coefficient g devait être inférieur ou égal à 0,038 Plus précisément = 0,025 dans le premier exemple, et = 0,038 dans le second

exemple.

Il est possible de faire varier la puis-

sance de sortie du dispositif, soit en faisant varier la tension d'alimentation continue, soit en faisant varier

la durée de fermeture des commutateurs à semi-conducteurs.

Les deux procédés permettent de faire varier le courant crête initial passant dans lenroulement primaire du

transformateur et, par conséquent, la puissance de sor-

tie Le signal produit par le circuit réservoir est ap-

pliqué au secondaire 207 du transformateur 208 puis, par l'intermédiaire des condensateurs 211, à l'électrode

active 209 et à la plaque de patient 210.

Selon l'invention, la forme d'onde préférée

en "circuit ouvert" (avant la formation de l'arc), repré-

sentée par la figure 6 A, est liée aux caractéristiques

du circuit réservoir et du transformateur 208 En par-

ticulier, 7 e facteur d'amortissement en "circuit ouvert", inversement proportionnel au coefficient de surtension "Q" du circuit, est lié à la résistance de l'enroulement

primaire 206 et au flux de fuite du transformateur 208.

Pour augmenter le "Q" du circuit, le transformateur 208 est spécialement conçu pour réduire les pertes internes

et la "décharge corona", ce qui réduit autant que possi-

ble le facteur d'amortissement et permet aux oscillations de se poursuivre plus longtemps pendant le fonctionnement

en circuit ouvert.

Plus précisément, le transformateur 208 est réalisé sur un noyau toroïdal en poudre de fer et de carbonyle-C, au lieu d'être réalisé sur un noyau à air ou à ferrite à alvéoles d'air On peut, par exemple, utiliser dans la présente forme de réalisation, un modèle FE 2500-0101 fabriqué par Arnold Engineering Inc Ce noyau est isolé par une bande isolante telle que la

bande 4 10 fabriquée par la Cie 3 M, avec 50 % de recou-

vrement On ajoute ensuite l'enroulement secondaire constitué de 75 spires de fil d'aimant 426 enroulées progressivement en une seule couche On ajoute ensuite l'enroulement primaire constitué de 13 spires de fil isolé au caoutchouc au silicium pour une haute tension

de 30 K Volts (Markel# 4155-22-300730) Enfin, l'ensem-

ble du transformateur est imprégné de vernis sous vide

et encapsulé dans de la résine époxy.

De plus, les valeurs des divers éléments sont choisies pour donner une impédance de sortie élevée

de manière à limiter le courant de l'arc Plus précisé-

ment, le condensateur 204 présente par exemple une capa-

cité de 4,5 à 5,5 nanofarads De la même façon, comme décrit ci-dessus, le rapport du nombre de spires du transformateur 208 est de 1: 5,77 Ces valeurs donnent un "Q" de 20 et une impédance de sortie de 1245 ohms à la fréquence fondamentale de 500 k Hz On peut augmenter

l'impédance de sortie à volonté en augmentant le rap-

port du nombre de spires primaire/secondaire ou en aug-

mentant le nombre de tours secondaires.

Les valeurs ci-dessus concernent un circuit à usage général Il a été constaté qu'une impédance de sortie d'au moins 1000 ohms, à la fréquence fondamentale

d'oscillation, est nécessaire pour éviter des effets im-

portants de coupe et de brûlure Dans certains cas ce-

pendant, en particulier lorsqu'on utilise des électrodes sous forme d'aiguilles, il est utile de disposer d'une plus grande tension de sortie en circuit ouvert et d'une

plus grande impédance de sortie du générateur, pour limi-

ter le chauffage du bout de l'électrode Pour ces cas,

le transformateur peut être construit avec les mêmes ma-

tériaux, mais en portant à 133 le nombre de spires se-

condaires et à 14 le nombre de spires primaires, ce qui donne un rapport primaire/secondaire de 1: 9,5 Pour

conserver une fréquence de résonance de 500 k Hz, le con-

densateur 204 doit avoir une capacité correspondante de 2 à 3 nanofarads Avec ces valeurs, le QI du circuit est d'environ 13 et D'impédance de sortie à 500 k Hz est de 2 789 ohms. La figure 3 représente plus en détail le

circuit représenté par un bloc en figure 2 En particu-

lier, la construction du commutateurs haute tension à semi-conducteurs est représentée en détail En figure 3,

le circuit réservoir de sortie et les électrodes de sor-

tie sont représentés par l'ensemble 390 entouré en poin-

tillés Le commutateur à semi-conducteurs est représenté

par l'ensemble 385 et le circuit de comwande par l'en-

semble 380.

Le commutateur haute tension 385 est consti-

tué de quatre commutateurs à semi-conducteurs branchés

en série pour éviter le claquage électrique des semi-

conducteur S sous l'effet des hautes tensions mises en jeu par les oscillations du circuit réservoir Deux des quatre commutateurs à semiconducteurs sont commandés chacun par des circuits pilotes radiofréquence 300 et 350 Les circuits pilotes 300 et 350 sont à leur tour

commandés par le circuit de commande 380 grâce aux con-

ducteurs respectifs 301 et 3515 Des commutateurs à semi-conducteurs sont branchés en parallèle de manière à supporter les courants élevés mis en oeuvre Par exemple, -les commutateurs A

VMOS 305 et 315 comprennent un commutateur à semi-conduc-

teurs Un dispositif à semi-conducteurs utilisable dans

le circuit illustré ici peut Atre constitué par le dis-

positif N O MTM 565 fabriqué par -Motorola Semiconductor Products, Phoenix, Arizona Les électrodes de drain des dispositifs 305 et 315 sont branchées ensemble et au circuit réservoir radiofréquence grece au conducteur 307 De la même façon, les électrodes de source sont branchées ensemble au moyen du conducteur 308 Aux bornes des électrodes de source et de drain des deux dispositifs est branchée une diode haute tension destinée à absorber les régimes transitoires par avalanche en cas de pointes de haute tension, de manière à empocher les dispositifs

305 et 315 d Iêtre détruits par claquages secondaires.

Un dispositif de protection convenable pou-

vant être utilisé dans la forme de réalisation décrite ici, est le dispositif 1,5 KE 250 "Transorb" fabriqué par Général Semiconductor Les électrodes de grille des dispositifs 305 et 315 sont branchées ensemble et au circuit de pilote radiofréquence 350, par le conducteur 316 De la même façon, les conducteurs de source sont branchés par le fil 317 au circuit de pilote 350 Comme

décrit ci-après, le circuit pilote 350 commande les dis-

positifs 305 et 315 par des tensions appliquées aux con-

ducteurs 316 et 317 Plus particulièrement, quand le conducteur 316 est positif par rapport au conducteur 317, les dispositifs 305 et 350 s'allument et le courant passe

dans le commutateur par les conducteurs 307 et 308.

De la même façon, trois autres commutateurs

& semi-conducteurs constitués par les paires de disposi-

tifs 320, 325; 330, 335 et 340, 345, sont branchés en série Comme décrit ci-après, les circuits pilotes 350 et

300 commandent tous les commutateurs pour les faire pas-

ser simultanément en "marche" et en "arrat" Le courant

passe alors à la masse, de façon contr 8 lée, par les dis-

positifs et la résistance 370.

Comme décrit ci-après, la résistance 370 est

une résistance de faible valeur (environ 0,1 ohm) utili-

sée pour détecter le courant passant dans les commuta-

teurs afin d'éviter la surcharge de ceux-ci La tension

développée aux bornes de la résistance 370 (proportion-

pelle au courant traversant les commutateurs à semi-

conducteurs) est appliquée, par le transformateur 371

et le conducteur 372, au circuit de commande 380 En ré-

ponse à cette tension, le circuit de commande 380 réduit le temps de "marche" des commutateurs à semi-conducteurs, lorsque le courant augmente, de manière à réduire ce courant pour protéger les commutateurs. La figure 4 représente les circuits pilotes radiofréquence 300 et 350 représentés sous forme de blocs en figure 3 Chacun des circuits pilotes 300 et 350 est identique au circuit de la figure 4 Ces circuits pilotes

sont commandés par les signaux 0 et O fournis par le cir-

cuit de commande par l'intermédiaire des bornes 400 et 401 représentées du c 8 té gauche de la figure Le bloc de pilote lui-m 9 me est constitué de deux commutateurs a

semi-conducteurs identiques Comme ces blocs de commuta-

teurs sont identiques, l'un seulement d'entre eux sera

décrit en détail.

Chacun des blocs de commutateur est branché

à une extrémité d'un transformateur à point milieu 460.

Le secondaire du transformateur 460 commande les commu-

tateurs haute tension à semi-conducteurs Dans l'état de repos ou d"'arrgt", l'entrée 400 du bloc supérieur est normalement maintenue à la tension "haute" par le

circuit de porte de sortie du circuit d'horloge (la ré-

sistance 410 branchée à la source de tension positive 415 contribuant également à maintenir l'entrée 400 dans

l'état "haut").

La tension positive de la borne 400 est appliquée, par l'intermédiaire du diviseur à résistances

constitué des résistances 417 et 430, à la base du tran-

sistor 435 de manière à le mettre à l'état "marche".

Dans son état "marche", le transistor 435 présente au collecteur un signal "bas" (voisin du potentiel de masse) L'électrode de grille du commutateur à TEC

(transistor à effet de champ) 440, branchée au collec-

teur du transistor 435, se trouve ainsi maintenue à la masse et le TEC 440 se trouve donc maintenu dans l'état "arrêt" De plus, le signal haut apparaissant à la borne 400 est appliqué, par le pont diviseur à résistances 416 et 418, à la base du transistor 420 de manière à la maintenir dans l'état arrt". Le bloc pilote devient actif lorsque le circuit de commande envoie une impulsion négative à la borne 400 Cette impulsion négative est appliquée, par l'intermédiaire du diviseur à résistances 417 et 430, à

la base du transistor 435 de manière à couper celui-ci.

De plus, l'impulsion négative est appliquée, par le di-

viseur à résistances 416 et 418, à la base du transistor 420 de manière à le rendre conducteur Le courant passe

alors par la diode 419, le transistor 420 et la résis-

tance 436 pour atteindre la masse, ce qui fait monter le potentiel du conducteur de grille du commutateur à TEC 440 En réponse à ce signal, le commutateur à TEC 440 passe à "marche" et le courant de la source de tension positive 451 peut alors passer à la masse par une moitié de l'enroulement primaire 450 du transformateur 460 et

par le commutateur à TEC 440.

Le transformateur 460 commande à son tour

les commutateurs haute tension au moyen des deux enroule-

ments secondaires 470 et 471 dont l'un seulement ( 470)

est représenté branché au commutateur haute tension.

L'enroulement 471 est branché de la même manière à un autre commutateur La sortie de l'enroulement 470 est

branchée aux électrodes de grille et de drain des commu-

tateurs haute tension à TEC De plus, deux diodes Zener 475, 480 (dont la tension d'avalanche se situe à environ 12 Volts) sont branchées en série avec la résistance 490 aux bornes de l'enroulement 470 Ces trois éléments empochent toute pointe de haute tension accidentelle

aux bornes du secondaire 470 d'endommager les transis-

tors TEC haute tension.

A la fin de l'intervalle de temps de "marche", la tension à la borne 400 revient à son état "haut" de repos La borne 400 est alors portée à l'état "haut" par la résistance 410, le transistor 435 passe à "marche", et le transistor 420 passe à "arrêt", ce qui permet à la résistance 436 de ramener à la masse le potentiel de

l'électrode de grille du TEC 440 qui cesse alors de con-

duire en coupant le courant entre la source 451 et l'en-

roulement primaire 450 du transformateur 460.

Cependant, pour s'assurer d'une commutation

rapide des commutateurs haute tension, on inverse effec-

tivement le courant au primaire 450 du transformateur 460 pour annuler brutalement le flux dans les enroulements du -transformateur de manière à s'assurer que la tension secondaire tombe très rapidement à zéro En particulier, comme décrit ci-après, le circuit de commande envoie une

courte impulsion négative d'une durée d'environ 200 nano-

secondes à la borne 401, très peu de temps après que la borne 400 soit revenue à son état "haut" de repos De

manière analogue à celle décrite pour le circuit de com-

mutation supérieur, le circuit de commutation inférieur du pilote radiofréquence met en "marche" le TEC 455 en faisant ainsi passer le murant de la source 451 dans

l'enroulement primaire 450 du transformateur 460 Ce cou-

rant circule en sens inverse du courant immédiatement précédent Le flux magnétique résultant dans le noyau du

transformateur est orienté en sens inverse du flux pro-

duit par l'impulsion négative appliquée à la borne 400.

Tout flux résiduel se trouve ainsi "neutralisé", ce qui

permet de garantir une commutation rapide des commuta-

teurs haute tension.

* Le circuit de commande qui produit les im-

pulsions d'horloge commandant à leur tour les circuits pilotes radiofréquence et les commutateurs haute tension, est représenté en figure 5 Le circuit comporte quatre entrées comme indiqué du c 8 té gauche de la figure La

première entrée correspond au conducteur 500 de DECLEN-

CHEMENT DE FULGURATION Un signal logique "haut" appliqué à ce conducteur déclenche le circuit de commande pour qu'il produise des signaux d'horloge actionnant le cir- cuit radiofréquence de façon qu'il fournisse un signal

de sortie de fulguration Au contraire, un signal logi-

que "bas" appliqué au conducteur ci-dessus coupe le cir-

cuit d'horloge et aucun signal de sortie de fulguration

n'est alors produit.

Le circuit de commande reçoit également un signal d'horloge à 1 M Hz à la borne 505 Ce signal est une onde carrée simple à 1 M Hz pouvant être produite par un circuit d'horloge standard qui ne sera pas décrit plus

en détail ici.

Les deux entrées finales du circuit de com-

mande sont les entrées de sens de courant 510 et 515 qui

sont branchées aux conducteurs 372 de la figure 3 et re-

çoivent une tension proportionnelle aux courants passant

dans les commutateurs haute tension Comme décrit ci-

après, la tension apparaissant aux bornes 510 et 515 est utilisée par le circuit de commande pour commander le

courant passant dans les commutateurs haute tension.

Le signal d'entrée d'horloge à 1 M Hz appa-

raissant à la borne 505 est appliqué à l'entrée du divi-

seur 520 constitué par un circuit numérique produisant

des trains d&impulsions de sortie à une fréquence sous-

multjale de celle du train d'impulsions d'entrée De tels circuzits diviseurs sont bien connus et ne seront pas

décrets plus en détail ci-après Le diviseur 520 com-

ertu deux sorties 525 et 526 La forme d'onde apparais-

sanu & la sortie 525 est un train d'impulsions carrées 4 la fréquence de 31,25 k Hz soit 1/32 e de la fréquence

"'entrée à 1 M Hz La forme d'onde apparaissant à la sor-

tie 526 est un train d'impulsions carrées à une fré-

-08792

quence de 1 M Hz égale à celle de l'onde d'entrée La sor-

tie 525 du diviseur 520 est inversée par l'inverseur 527.

et appliquée à l'entrée d'horloge de la bascule J K 530.

De la même façon, la sortie 526 du diviseur 520 est in-

versée par l'inverseur 528 et appliquée à l'entrée de remise à zéro de la bascule J-K 530 Cette bascule 530 est un circuit bien connu donnant un signal "haut" à sa

sortie Q, sur le flanc de descente d'une impulsion d'hor-

loge, si un signal "haut" est appliqué à son entrée J et si un signal "bas" est appliqué à son entré K. En supposant que le circuit de commande est configuré pour donner des signaux de sortie lorsqu'

un signal "haut" est appliqué sur le fil 500 de DECLENCHE-

MENT DE FULGURATION, un signal "haut" est appliqué à l'en-

trée J de la bascule 530 au moyen du fil 500 Par suite, en réponse aux signaux appliqués a son entrée d'horloge et à son entrée de remise à zéro, la bascule J-K 530 fournit, à sa sortie Q, un signal consistant en un train d'impulsions de durée d'une microseconde à une fréquence de récurrence de 31,25 k Hz En particulier, la bascule 530 fournit un signal haut à sa sortie Q, sur le flanc de descente de chaque impulsion d'horloge envoyée à son

entrée d'horloge par le diviseur 520 La bascule est re-

mise à zéro pour supprimer le signal "haut" à sa sortie

Q en réponse à l'application du signal à 1 M Hz à son en-

trée de remise à zéro La sortie de la bascule 530 est donc constituée parle signal de la figure 7, ligne A.

Ce signal est-appliqué au circuit de déter-

mination de largeur d'impulsion constitué par les résis-

tances 523, 529 et 535, la diode 542, le condensateur 536 et le comparateur 537 En particulier, le signal "haut" appliqué à la sortie de la bascule 530 charge le condensateur 536 par l'intermédiaire de la résistance 535 et de la diode 542 La résistance 535 est de faible

valeur de sorte que le oendensateur 536 se charge rapi-

dement La tension croissante aux bornes du condensateur 536 est comparée à une source de tension de référence 541 par le comparateur 537 Quand les deux tensions sont égales, le comparateur 537 fournit un signal de sortie "haut" et la ligne 540 passe à l'état "haut" par la ré-

sistance 539 et la source de tension 538 Quand la sor-

tie de la bascule 530 devient "basse" à la fin de cha-

que impulsion d'une microseconde, le condensateur 536 commence à se décharger dans la résistance variable 529

et dans la résistance 523 La diode 542 empéche le con-

densateur 536 de se décharger dans la résistance 535.

Les résistances 529 et 523 ont une valeur beaucoup plus élevée que la résistance 535 de sorte que le temps de décharge du condensateur 536 est beaucoup plus long que

son temps de charge.

Le circuit de détermination de largeur d'impulsion fonctionne donc en "élargisseur" d'impulsion et l'instant o les tensions aux entrées du comparateur

537 s'égalisent, est déterminé par le réglage des résis-

tances 529 De la même façon, la largeur des impulsions

présentes à la sortie 540 du comparateur, dépend du ré-

glage de la résistance variable 529 Dans la forme de réalisation illustrée ici, la résistance variable 529 est réglée de façon que la largeur des impulsions produites à la sortie du comparateur 537 soit approximativement de 1,85 microseconde, comme indiqué sur la ligne B de la

figure 7 (pour la seconde forme de réalisation, la lar-

geur d'impulsion est réglée à 2,3 microsecondes).

Les impulsions du conducteur 540 sont appli-

quées à une entrée des portes ET 545 et 546 L'autre en-

trée des portes 545 et 546 est déclenchée par le signal "haut" du fil 500 de DECLENCHEMENT DE FULGURATION Ainsi, les portes 545 et 546 délivrent une impulsion "haute" aux entrées de réglage des bascules J-K 550 et 551, avec une fréquence de récurrence de 31,25 k Hz Le signal du conducteur 540 est également appliqué à une entrée de la porte ET 553 qui reçoit également un signal d'entrée "bas" de la sortie de l'inverseur 552 recevant à l'entrée le fil 500 de DECLENCHEMENT DE FULGURATION La porte 553 ne donne un signal "haut" que lorsque ses deux entrées sont basses, et ces signaux "bas" sont appliqués aux entrées de remise à zéro des bascules 550 et 551 qui

reçoivent ainsi des signaux de réglage lorsque le con-

ducteur 540 est dans l'état "haut", et des signaux de remise a zéro lorsque le conducteur 540 est dans l'état "bas". Les bascules 550 et 551 fonctionnent ainsi en loquets fournissant un signal de sortie semblable à celui de la ligne B de la figure 7 bien que légèrement retardé Cela est vrai m 8 me lorsque les signaux d'horloge du conducteur 505 sont appliqués aux entrées d'horloge des bascules 550 et 551 car, comme cela est bien connu, les entrées de réglage et de remise à zéro prennent le pas sur les entrées d'horloge et sur les signaux présents aux entrées J-K Les signaux apparaissant aux sorties Q des bascules 550 et 551 sont appliqués respectivement aux portes 554 et 560 Comme décrit ci-après, les portes 554 et 560 commandent la largeur des impulsions de sortie du circuit de commande sur la base du courant détecté aux

entrées 510 et 515.

En supposant pour le moment que la sortie de la bascule 555 de réglage et remise à zéro, est "basse",les deux portes 554 et 560 sont alors déclenchées de manière à fournir des signaux d'entrée au circuit générateur de signal de sortie qui produit une paire de

signaux de pilotage 0 et O sur les conducteurs respec-

tifs 598 et 599 Le circuit de sortie est double pour chaque ensemble de sorties, de sorte qu'on ne décrira

en détail que la configuration supérieure, la configura-

tion inférieure fonctionnant de manière analogue.

Plus précisément, les impulsions produites

à la sortie Q de la bascule 550 passent par la porte dé-

clenchée 554 et sont inversées par l'inverseur 564 pour apparaître à la sortie 0 de la borne de sortie 598 Ces signaux apparaissent comme une inversion des impulsions

de 1,85 microseconde produites à la sortie du compara-

teur 537 comme indiqué sur la ligne C de la figure 7.

Comme décrit ci-dessus, les impulsions sont appliquées au circuit pilote radiofréquence pour déclencher les commutateurs haute fréquence qui commandent à leur tour les circuits réservoirs radiofréquence pour produire une

tension de sortie.

De plus, le signal "haut" apparaissant à la sortie de la porte 554 est appliqué à l'entrée de la porte 562 pour la mettre hors service En réponse à cette opération, la porte 562 fait apparaître un signal "bas" à sa sortie, ce signal "bas" étant appliqué à l'entrée de l'inverseur 563 qui, à son tour, fait apparaître un signal "haut" en sortie Le signal "haut" apparaissant à la sortie de l'inverseur 563 est, à son tour, appliqué à la sortie e par la porte tampon 565 A ce moment, le signal "haute de la sortie 7 est appliqué à l'entrée de réglage de la bascule de réglage et remise à zéro 561, de manière à régler cette bascule pour qu'elle donne à sa sortie Q un signal appliqué à l'entrée supérieure de

la porte 562 pour la déclencher partiellement.

A la fin du signal de sortie 0, le signal

à la sortie Q de la bascule 550 devient "haut" en cou-

pant la porte 554 de façon qu'elle donne un signal "bas" à sa sortie Ce signal "bas" est inversé par l'inverseur 564 et apparaît sous forme de signal "haut" à la sortie 0 qui, à son tour, coupe les pilotes radiofréquence comme décrit ci-dessus Le signal "bas" présent à la

sortie de la porte 554 est également appliqué à l'en-

trée inférieure de la porte 562 de manière à la déclen-

cher complètement pour qu'elle donne en sortie un signal "haut" inversé par l'inverseur 563 et passant, sous forme de signal "bas", dans l'amplificateur tampon 565 pour atteindre la sortie O Comme décrit cidessus, ce signal est utilisé pour annuler brutalement et complètement le

flux du transformateur pilote du circuit pilote radiofré-

quence associé.

Le signal "bas" de la sortie O est également appliqué à l'entrée de réglage de la bascule de réglage et remise à zéro 561, de manière à régler c Ote bascule pour qu'elle donne, à son tour, à sa sortie Q, un signal coupant à son tour la porte 562 La porte 562 ainsi mise hors service donne en sortie un signal "bas" inversé par l'inverseur 563 et appliqué à l'amplificateur tampon 565

qui donne un signal "haut" à la sortie i des bornes 598.

Le signal de la sortie 0 n'est donc "bas" que pour une courte période de temps égale à la somme des retards de propagation dans la bascule de réglage et remise à zéro 561 et dans les portes 562, 563, 565 Ce retard total

représente approximativement 200 nanosecondes L'impul-

sion de 200 nanosecondes produite à la sortie 0, comme décrit ci-dessus, est utilisée pour annuler complètement

le flux du transformateur du pilote radiofréquence asso-

cié, de manière à garantir une commutation très rapide

des circuits de commutation haute tension.

Les sorties 0 et i associées aux bornes de sortie 599 fonctionnent exactement de la m 9 me manière

sous la commande du signal de sortie de la porte 560.

Pour éviter les détériorations éventuelles du circuit de commutation haute tension, les portes 554 et 560 sont commandées par le circuit de limitation de courant constitué par les transistors 585, 586, 595, et par la bascule de réglage et remise à zéro 555 Plus précisément, lorsque le courant passant dans le circuit de commutation haute tension augmente, la bascule de réglage et remise à zéro 555 se trouve réglée pendant l'impulsion de signal de sortie produite par le circuit de commande, et coupe les portes 554 et 560, ce qui coupe

le signal de sortie avant la "coupure" normale.

En particulier, comme décrit ci-dessus, lorsque le courant dans le circuit de commutation haute tension augmente, la chute de tension aux bornes d'entrée

de détection de courant 510 et 515 augmente Cette ten-

sion est appliquée au diviseur de tension à résistances 580 et 581 Le potentiel croissant au point de jonction des résistances 580 et 581, est appliqué à la base du transistor 585 Le condensateur 582 sert à accélérer la

vitesse de réponse du transistor 585 qui, avec le tran-

sistor 586, constitue un amplificateur différentiel Se-

lon le principe de fonctionnement bien connu des ampli-

ficateurs différentiels, le transistor 586 devient en-

core plus conducteur lorsque le transistor 585 se trouve

coupé par l'augmentation du potentiel au point de jonc-

tion entre les résistances 580 et 581.

Plus précisément, lorsque le transistor 585 se coupe, une moins grande quantité de courant le

traverse, et le courant de la source de tension 588 di-

minue dans la résistance 589 Par suite, le potentiel de l'émetteur du transistor 586 augmente Comme la base de ce transistor 586 est branchée à la source de référence

de tension 587, le transistor 586 tend à devenir conduc-

teur et à augmenter son débit de courant L'augmentation de courant collecteur du transistor 586 est appliquée & la résistance 590 et à la base du transistor 595 pour

rendre ce dernier conducteur.

Lorsque le transistor 595 devient conduc-

teur, le courant qui le traverse augmente en augmentant ainsi la chute de tension aux bornes de la résistance 596 Par suite, lorsque le courant augmente, le signal aplique & l'entrée de réglage de la bascule de réglage

et remise à zéro 555 diminue.

Lorsqu'un certain point est atteint, la bascule 555 est réglée et sa sortie Q devient "haute" en coupant ainsi les portes 554 et 560 Ainsi, lorsque le courant dans le circuit de commutation haute tension augmente, les portes 554 et 560 sont coupées de plus en plus t 8 t pendant le cycle de "marche", ce qui réduit la largeur d'impulsion effective du signal de sortie du

circuit de commande et, par conséquent,-le courant pas-

sant dans le circuit haute tension A la fin de l'impul-

sion, un signal "bas" fourni par le conducteur 540 à l'entrée de remise à zéro de la bascule de réglage et

remise a zéro 555, remet à zéro cette bascule pour le cy-

cle suivant.

Sans sortir du cadre de l'invention, on peut,

par exemple, remplacer le circuit réservoir radiofréquen-

ce utilisé ici, par un autre oscillateur radiofréquence dont les caractéristiques soient réglées pour obtenir la

forme d'onde voulue.

25087 T 9

Claims (18)

R E V E N D I C A T I O N S ) Générateur électrochirurgical capable de former un arc électrique entre des électrodes de sortie et une masse de tissus vivants pour effectuer une opéra- tion chirurgicale de fulguration, générateur caractérisé en ce qu'il comprend des moyens se mettant en oeuvre avant la formation de l'arc électrique pour produire sur les électrodes une forme d'onde de tension oscillante, cette forme d'onde présentant des pointes de tension al- ternativement positives et négatives, chaque pointe étant sensiblement de m 9 me amplitude que la pointe immédiate- ment précédente.
1. 2 ) Générateur électrochirurgical selon la

   revendication 1, caractérisé en ce que les moyens généra-

   teurs de tension oscillante présentent une impédance in-

   terne suffisante pour empocher la production d'une coupe électrochirutgicale. ) Générateur selon l'une quelconque des

   revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'impédance

   interne est sensiblement égale ou supérieure à 1000 ohms, àf 'a uencefondampn 1 A 1,_,,4, ) Générateur selon l'une quelconque des

   revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'impédance

   interne est sensiblement égale ou supérieure à 1000 ohms,

   à la fréquence fondamentale de 500 k Hz.

   ) Générateur selon l'une quelconque des

   revendications 1 à 4, pour effectuer des opérations chi-

   rurgicales, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens

   se mettant en oeuvre avant la formation de l'arc électri-

   que pour produire une forme d'onde de tension oscillante

   sur les électrodes, cette forme d'onde étant sensible-

   ment de la forme: e N sin (Wn 2 t + 0) dans laquelle est égal ou inférieur à 0,038, mais

   supérieur & 0.
2. 6 ) Générateur selon la revendication 5,

   caractérisé en ce que = 0,038.
3. 7 ) Générateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que = 0,025. 8 ) Générateur selon l'une quelconque des

   revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les moyens

   générateurs de tension oscillante présentent une impé-

   dance interne suffisante pour empêcher la production

   d'une coupe électrochirurgicale.
4. 9 ) Générateur selon la revendication 8,

   caractérisé en ce que l'impédance interne est sensible-

   ment égale ou supérieure à 1000 ohms, à la fréquence fon-

   damentale de fonctionnement.
5. 10 ) Générateur selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'impédance interne est égale ou supérieure à 1000 ohms, à une fréquence fondamentale de
6. 500 k Hz.
7. 11 ) Générateur électrochirurgical selon

   l'une quelconque des revendications 1 à 10, pour effec-

   tuer des operations de fulguration, générateur caracté-

   risé en ce qu'il comporte des moyens se mettant en oeuvre avant la formation de l'arc électrique pour produire une forme d'onde de tension oscillante sur les électrodes, cette forme d'onde étant sensiblement de la forme: &nt 2 e sin ("n t + 0)

   dans laquelle se situe dans la plage de O à 0,038.
8. 12 ) Générateur selon la revendication 11,

   caractérisé en ce que t = 0,038.
9. 13 ) Générateur selon la revendication 11,

   caractérisé en ce que % = 0,025.
10. 14 ) Générateur selon l'une quelconque des

    revendications 11 à 13, caractérisé en ce que les moyens

    générateurs de tension oscillante présentent une impé-

    dance interne suffisante pour empocher la production

    d'une coupe électrochirurgicale.

    ) Générateur selon la revendication 14,

    caractérisé en ce que l'impédance interne est sensible-

    ment égale ou supérieure à 1000 ohms, à la fréquence fon-

    damentale de fonctionnement.

    ) Générateur selon la revendication 14,

    caractérisé en ce que l'impédance interne est sensible-

    ment égale ou supérieure à 1000 ohms, à la fréquence fon-

    damentale de 500 k Hz.

    ) Générateur selon l'une quelconque des

    revendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'il comprend

    un circuit oscillateur'dont le coefficient de surtension Q en circuit ouvert est égal ou supérieur à 13, et des moyens permettant de coupler ce circuit oscillateur aux

    électrodes de façon que l'impédance de sortie du généra-

    teur soit égale ou supérieure à 1000 ohms, à la fréquence

    fondamentale d'oscillation.

    ) Générateur selon la revendication 17,

    caractérisé en ce que Q = 13.
11. 19 ) Générateur selon l'une quelconque des

    revendications 17 et 18, caractérisé en ce que l'impédan-

    ce de sortie est égale à 2789 ohms, à une fréquence fon-

    damentale de 500 k Hz.

    200) Générateur selon la revendication 17,

    caractérisé en ce que Q = 20.

    210) Générateur selon la revendication 20, caractérisé en ce que l'impédance de sortie est égale à
12. 1245 ohms, à une fréquence fondamentale de 500 k Hz.
13. 22 ) Générateur selon l'une quelconque des

    revendications 1 à 19, caractérisé en ce qu'il comprend

    une source de signal d'horloge, un transformateur de

    sortie comprenant un enroulement primaire et un enroule-

    ment secondaire branchésaux électrodes, un condensateur

    branché à l'enroulement primaire pour former un oscilla-

    teur à inductance/capacité parallèle, et des moyens répon-

    dant aux signaux d'horloge pour exciter périodiquement

    les oscillations de l'oscillateur, oes oscillations pré-

    sentant, avant la formation de l'arc, des pointes de tension successives alternativement positives et négati- ves, chaque pointe de tension présentant sensiblement la m 9 me amplitude que la pointe de tension immédiatement précédente. 230) Générateur selon la revendication 22,

    caractérisé en ce que le condensateur et le transforma-

    teur sont choisis de manière à produire aux électrodes

    une impédance de sortie suffisante pour empêcher la pro-

    duction d'une coupe électrochirurgicale.

    240) Générateur selon l'une quelconque des

    revendications 22 et 23, caractérisé en ce que l'impé-

    dance de sortie est égale & 1245 ohms, à une fréquence

    fondamentale de 500 k Hz.

    250) Générateur selon l'une quelconque des

    revendications 22 et 23, caractérisé en ce que l'impé-

    dance de sortie est égale à 2789 ohms, à une fréquence

    fondamentale de 500 k Hz.

    260) Générateur selon la revendication 22, caractérisé en ce que le transformateur comporte un noyau

    toroidal en poudre de fer.
14. 27 ) Générateur selon la revendication 22, caractérisé en ce que le condensateur a une valeur de ,4 nanofarads. 280) Générateur selon la revendication 22, caractérisé en ce que le condensateur a une valeur de

    2,5 nanofarads.
15. 29 ) Générateur selon la revendication 22, caractérisé en ce que le rapport du nombre de spires

    primaire/secondaire du transformateur est de 1: 5,77.

    300) Générateur selon la revendication 22, caractérisé en ce que le rapport du nombre de spires

    primaire/secondaire du transformateur est de 1: 9,5.
16. 31 >) Procédé de mise en oeuvre d'un généra-

    teur électrochirurgical selon l'une quelconque des reven-

    dications 1 à 30, pour former un arc électrique entre des électrodes de sortie et une masse de tissus vivants pour

    effectuer des opérations chirurgicales, procédé caracté-

    risé en ce qu'il comprend les différentes étapes consis-

    tant à a A Conditionner le générateur pour qu'il produise une onde de sortie oscillante amortie avant la formation de l'arc électrique, le facteur d'amortissement de l'enveloppe de l'onde étant aussi faible que possible; et B Régler l'impédance de sortie du générateur à une valeur suffisamment élevée pour empêcher la production d'une

    coupe électrochirurgicale.
17. 32 >) Procédé selon la revendication 31, caractérisé en ce que le générateur comporte un circuit oscillant et en ce que l'étape A consiste à augmenter le

    coefficient de surtension Q de l'oscillateur.

    330) Procédé selon l'une quelconque des

    revendications 31 et 32, caractérisé en ce que le généra-

    teur comprend un transformateur de sortie dont l'enroule-

    ment secondaire est branché aux électrodes, et en ce que l'étape B comprend les étapes consistant à augmenter le

    nombre de spires de l'enroulement secondaire.
18. 34 ) Procédé selon l'une quelconque des

    revendications 31 à 33, caractérisé en ce que l'étape A

    comprend l'étape consistant à réduire les pertes du

    transformateur.

    >) Procédé de mise en oeuvre d'un généra-

    teur électrochirurgical selon l'une quelconque des re-

    vendications 1 à 30, pour former un arc électrique entre des électrodes de sortie et une masse de tissus vivants en vue d'effectuer des opérations chirurgicales, procédé caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à A Faire fonctionner le générateur en source de courant sinusoïdal radiofréquence, le courant de sortie étant limité à une valeur suffisamment faible pour empêcher la production d'une coupe électrochirurgicale. 360) Procédé selon la revendication 35, caractérisé en ce que l'étape A comprend, en outre, l'étape consistant à: B Conditionner le générateur pour qu'il produise une onde de sortie oscillante amortie avant la formation de l'arc électrique, le facteur d'amortissement de

    l'enveloppe de l'onde étant aussi faible que possible.

    370) Générateur selon l'une quelconque des revendicaticis 35 et 36, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens se mettant en oeuvre avant la formation de l'arc électrique pour produire sur les électrodes une onde de tension oscillante, cette onde présentant des pointes successives de tension alternativement positives

    et négatives, chaque pointe de tension présentant sensi-

    blement la même amplitude que la pointe immédiatement

    précédente; et des moyens permettant d'augmenter l'im-

    pédance de sortie des moyens générateurs de l'onde de tension, jusqu'à une valeur suffisante pour empêcher la

    production de la coupe électrochirurgicale.

    380) Générateur selon la revendication 37, caractérisé en ce que les moyens générateurs comprennent un circuit oscillateur dont le coefficient de surtension Q est égal ou supérieur à 13; et des moyens permettant de coupler le circuit oscillateur aux électrodes de telle manière que le générateur présente une impédance de sortie égale ou supérieure à 1000 ohms, à la fréquen

    ce fondamentale d'oscillation.

    390) Procédé de mise en oeuvre d'un généra-

    teur électrochirurgical selon l'une quelconque des reven-

    dications 1 à 30, pour former un arc électrique entre des électrodes de sortie et une masse de tissus vivants, de

    manière à effectuer une opération de fulguration chirur-

    gicale, procédé caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à A Conditionner le générateur pour qu'il produise, avant la formation de l'arc électrique, une onde de tension

    oscillante appliquée aux électrodes, cette onde pré-

    sentant une fréquence d'oscillation fondamentale et des pointes successives de tension alternativement positives et négatives, chaque pointe de tension étant d'amplitude sensiblement égale à la pointe de

    tension immédiatement précédente.

    400) Procédé selon la revendication 39, ca-

    ractérisé en ce que l'étape A comprend en outre l'étape consistant à:

    B Placer aux bornes des électrodes une impédance de va-

    leur suffisante pour que le générateur produise en circuit ouvert un signal de sortie constitué par une

    onde sinusoïdale amortie.