ITGE940003A1

ITGE940003A1 - Sensore di corrente per dispositivi medici compresi cavi di collegamento.

Info

Publication number: ITGE940003A1
Application number: IT94GE000003A
Authority: IT
Inventors: Richard K Thompson; Ernesto G Sevilla
Original assignee: Conhed Corp
Priority date: 1993-01-27
Filing date: 1994-01-12
Publication date: 1995-07-12
Also published as: GB9325774D0; ITGE940003A0; CA2111617A1; AU5301794A; AU660866B2; US5432459A; JPH06233780A; FR2700857A1; GB2274592B; JP3426311B2; FR2700857B1; GB2274592A; CA2111617C

Abstract

Un dispositivo sensibile alla corrente permette di rilevare la corrente erogata da una sorgente ad un carico a livello di uno strumento medico collegato all'estremità distale di un conduttore primario inserito fra la sorgente ed il carico in situazioni in cui la capacitanza distribuita fra il conduttore primario ed un percorso di ritorno alla sorgente impedisce ad una misurazione di corrente all'estremità della sorgente del conduttore primario di essere una misura accurata della corrente erogata.

Description

Descrizione brevetto per invenzione industriale avente per titolo "Sensore di corrente per dispositivi medici compresi cavi di collegamento",

Questa domanda è una parziale continuazione della domanda USA in corso N. di Serie 07/901.024, presentata il 19 giugno 1992, ed intitolata "Gruppo trequarti elettrochirurgico con elettrodo bipolare", che, a sua volta, è una parziale continuazione della domanda USA in corso N. di Serie 07/853.149, presentata il 17 marzo 1992, ed intitolata "Gruppo trequarti elettrochirurgico".

Testo della descrizione

La presente invenzione ha per oggetto impianti e strumenti medici in cui è erogata corrente elettrica all'estremità di carico del cavo elettrico o di altro conduttore elettrico, comprendenti, ma non solo, trequarti chirurgici e dispositivi di ablazione a r.f., e, più particolarmente, dispositivi a sensori di corrente per la determinazione della quantità di corrente così erogata.

Precedenti dell'invenzione

Esiste una serie di casi in cui è necessario determinare la quantità di corrente erogata all'estremità distale di un conduttore elettrico quale un cavo. Per esempio, le domande precedentemente identificate, il cui contenuto è qui incorporato per riferimento, descrivono un gruppo trequarti elettrochirurgico in cui un trequarti comprende un elemento di taglio elettrochirurgico collegato mediante un cavo ad un generatore elettrochirurgico ed in cui, in una forma costruttiva preferita, si desidera spegnere il generatore elettrochirurgico quando la punta del trequarti penetra attraverso la parete della cavità corporea interessata (per esempio, il peritoneo). Come descritto in queste domande, ciò può essere effettuato percependo la corrente erogata dal generatore elettrochirurgico poiché questa corrente erogata cambierà quando la penetrazione è realizzata. Un altro esempio di dove è auspicabile è in relazione alle procedure di ablazione a r.f. (radiofrequenza), dove esiste la necessità di controllare strettamente l’erogazione di corrente elettrochirurgica. L'invenzione sarà descritta qui di seguito in particolare facendo riferimento a dispositivi a trequarti elettrochirurgici nonostante si debba intendere che l’invenzione è applicabile a qualunque situazione in cui vi sia la necessità di conoscere la quantità di corrente alternata erogata ad un carico all'estremità di un conduttore elettrico quale un cavo.

Considerando in maniera più dettagliata il problema da risolvere, quando la corrente erogata è ad alta frequenza e ad alta tensione come lo è la corrente prodotta da un generatore elettrochirurgico, una misurazione della corrente totale prodotta dal generatore non indica precisamente l'effettiva corrente erogata all’estremità distale del cavo elettrico di collegamento. La discrepanza o errore è dovuto alla capacitanza distribuita al percorso di ritorno della corrente del generatore. La corrente scorre attraverso il cavo lungo l’intera lunghezza dello stesso e la quantità di flusso di corrente è determinata da tensione, frequenza, capacitanza distribuita a terra (o ritorno), e lunghezza del cavo. Così, facendo riferimento alla figura 1 in cui un generatore elettrochirurgico è indicato in G, un'impedenza del carico (per esempio, l'impedenza del tessuto operato da un elettrodo elettrochirurgico o elemento di taglio) è indicata in ZL ed un'impedenza di derivazione che rappresenta la capacitanza distribuita a terra, per esempio, la capacitanza di "dispersione", è indicata in Zea. La tensione al generatore è V e così la corrente totale, It, può essere rappresentata dall'equazione It = V/Zca V/ZL. Nonostante la corrente erogata al carico possa essere derivata misurando V e It, e quindi sottraendo l'effetto della capacitanza, in molti casi, e particolamente in elettrochirurgia, la capacitanza è ignota ed in realtà varia con la posizione del cavo in maniera imprevedibile, rendendo così imprecisa una semplice misura della corrente all'estremità del generatore del cavo.

Riassunto dell'invenzione

Secondo l'invenzione, è provvisto un dispositivo di percezione della corrente che permette una misurazione precisa della corrente effettivamente erogata da una sorgente ad un carico di strumento medico in circostanze quali quella precedentemente descritta in cui una misurazione diretta della corrente sul lato sorgente è imprecisa a causa dell'effetto di capacitanza distribuita del cavo di collegamento o di altra connessione fra la sorgente e il carico.

Secondo una forma costruttiva preferita, è previsto un dispositivo sensibile alla corrente per rilevare la corrente erogata da una sorgente ad un carico costituito da uno strumento medico collegato all'estremità distale di un conduttore elettrico primario per fornire corrente al carico dello strumento medico dalla sorgente in cui la capacitanze distribuita fra il conduttore primario ed un percorso di ritorno alla sorgente impedisce una misurazione della corrente all'estremità della sorgente del conduttore primario di essere una misura precisa della corrente effettivamente erogata al carico dello strumento medico, il dispositivo di rilevazione di corrente comprendendo un conduttore elettrico di riferimento posto accanto al conduttore elettrico primario lungo la lunghezza dello stesso in modo che il conduttore di riferimento sia esposto alla stessa tensione e capacitanza vagante del primo conduttore ma che termina senza arrivare al carico dello strumento medico e non è ad esso collegato, e mezzi di sottrazione per sottrarre la corrente che scorre attraverso detto conduttore di riferimento dalla corrente di carico totale che fluisce allo strumento medico in modo da compensare l'effetto della capacitanza distribuita e produrre così una misura della corrente corrispondente alla corrente erogata al carico dello strumento medico.

Secondo una realizzazione preferita di questa forma costruttiva, il mezzo di sottrazione comprende un dispositivo di sottrazione magnetica. Vantaggiosamente, il dispositivo di sottrazione magnetica comprende un trasformatore di corrente, il conduttore primario estendentesi attraverso il trasformatore di corrente in un primo orientamento ed il conduttore di riferimento estendentesi attraverso il trasformatore di corrente in un orientamento opposto in modo che l'uscita del trasformatore di corrente sia collegata alla differenza nel flusso di corrente attraverso i conduttori primario e di riferimento.

Preferibilmente, il dispositivo sensibile alla corrente comprende anche un mezzo rilevatore per rilevare se il conduttore di riferimento è intatto. Nella realizzazione appena descritta, il mezzo rilevatore comprende preferibilmente un ulteriore trasformatore di corrente per rilevare il flusso di corrente attraverso il conduttore di riferimento.

In una seconda realizzazione della prima forma costruttiva, il mezzo di sottrazione comprende una prima impedenza collegata in serie nel conduttore primario, una seconda impedenza collegata in serie nel conduttore di riferimento ed un mezzo sensibile alla tensione differenziale per rilevare la differenza di tensione attraverso di dette prima impedenza e seconda impedenza. Vantaggiosamente, il mezzo sensibile alla tensione differenziale comprende un primo amplificatore differenziale avente ingressi collegati ai capi della prima impedenza, un secondo amplificatore differenziale avente ingressi collegati ai capi della seconda impedenza, ed un terzo amplificatore differenziale avente ingressi collegati alle uscite del primo e del secondo amplificatore operazionale. In questa realizzazione, il mezzo rilevatore per rilevare se il conduttore secondario è intatto preferibilmente comprende un collegamento di uscita all'uscita del secondo amplificatore operazionale, cioè, di quello collegato ai capi della seconda impedenza.

In una forma costruttiva preferita, il conduttore primario ed il conduttore di riferimento sono ritorti insieme o altrimenti accoppiati per la loro lunghezza.

Secondo un'ulteriore forma costruttiva il dispositivo sensibile alla corrente comprende un mezzo sensore della corrente ubicato all'estremità distale del conduttore primario per permettere la rilevazione della corrente erogata al carico dello strumento medico.

Secondo ancora un'altra forma costruttiva, il dispositivo sensibile alla corrente comprende un mezzo commutatore, collegato in serie nel conduttore primario e posto all'estremità del carico del conduttore primario per permettere, quando è aperto, di effettuare una misurazione della tensione risultante quendo la sorgente è attivata, questa misurazione servendo da livello di corrente di riferimento da sottrarre dalla corrente misurata quando il mezzo commutatore è chiuso ed è cosi realizzato un collegamento fra la sorgente ed il carico dello strumento medico.

Altre caratteristiche e vantaggi dell'invenzione saranno esposti nella seguente descrizione dettagliata di forme costruttive dell'invenzione, o appariranno evidenti dalla stessa.

Breve descrizione dei disegni

La figura 1 è, come descritto in precedenza, uno schema circuitale che illustra l'effetto della capacitanza distribuita su una misura della corrente erogata ad un carico da un generatore; la figura 2 è un diagramma a blocchi altamente schematico di una prima forma costruttiva dell 'invenzione;

la figura 3 è uno schema circuitale, simile a quello della figura 1, della prima forma costruttiva dell'invenzione;

la figura 4 è uno schema circuitale simile a quello della figura 2, ma comprendente un dispositivo di sottrazione magnetica;

la figura 5 è uno schema circuitale simile a quello della figura 4 t ma comprendente un rilevatore di integrità del conduttore di riferimento;

la figura 6 è uno schema circuitale simile a quello della figura 1 secondo un'ulteriore realizzazione della prima forma costruttiva dell’invenzione;

la figura 7 è un diagramma a blocchi altamente schematico di ancora un'altra forma costruttiva dell'invenzione; e

la figura 8 è uno schema circuitale simile a quello della figura 1 di un'ulteriore forma costruttiva dell'invenzione.

Descrizione delle forme costruttive preferite Facendo riferimento alla figura 2, è fornito uno schema a blocchi di una forma costruttiva preferita del dispositivo o sistema sensibile alla corrente dell'invenzione incorporato in un gruppo trequarti elettrochirurgico. Il gruppo trequarti comprende un'unità elettrochirurgica o generatore (ESU) 10 collegata ad un trequarti elettrochirurgico 12 come per esempio quello descritto nelle domande precedentemente identificate attraverso un filo o conduttore di collegamento 14 di un cavo di collegamento 16. L 'ESU 10 comprende un circuito di spegnimento o interruzione 18 che può, per esempio, corrispondere a quello descritto nelle domande sopra identificate e che provvede all'arresto dell'ESU 10, cioè, alla sospensione o interruzione della potenza erogata al trequerti 12 dall'ESU 10, alla penetrazione della punta del trequarti attraverso la parete della cavità in questione (per esempio, la parete addominale). In questa forma costruttiva, un'unità di rilevazione della corrente 20 è posta con 1'ESU 10 nonostante si possa prevedere un'unità di controllo, o regolatore di tensione, separata.

Come si è detto in precedenza, un importante problema con i sistemi in cui la rilevazione della corrente ha luogo a livello dell'ESU (o in un regolatore di tensione remoto) è dato dal fatto che, alle frequenze interessate, il cavo di collegamento 16 presenta un’impedenza di "dispersione" misurabile e variabile che rende difficile la rilevazione del punto di arresto. Secondo la forma costruttiva della figura 2, e come appare anche schematicamente nella figura 3 e nelle figure da 4 a 6, nel cavo 16 è previsto anche un filo o conduttore di riferimento 22 in parallelo con il filo 14, cioè accanto e strettamente accoppiato allo stesso, che porta la corrente in r.f. al trequerti 12 ma non è collegato all'elemento di taglio 12a del trequarti 12. Come risultato, si può far rilevare al sensore di corrente 20 la differenza fra le condizioni di carico viste dal filo o conduttore "caldo" (primario) 14 e dal filo o conduttore di riferimento 22.

Come ricordato in precedenza, questa sistemazione del filo di riferimento 22 è mostrata schematicamente anche nella figura 3, che è uno schema circuitale simile a quello della figura 1 e nel quale è usata una notazione simile. Come illustrato, il secondo conduttore elettrico, o di riferimento, 22 è posto vicino al conduttore primario o "caldo" 14 in maniera tale che la corrente accoppiata dal filo di riferimento 22 al ritorno di corrente del generatore 10, diversa che all’estremità del filo di riferimento 22, sia equivalente alla corrente accoppiata dal conduttore primario 14 al ritorno di corrente del generatore 10. La tecnica preferita per ottenere ciò consiste nel collegare entrambi i conduttori 14 e 22 alla sorgente di corrente del generatore e ritorcere insieme i conduttori 14 e 22.

Come spiegato in precedenza, solo il conduttore elettrico primario 14 è effettivamente collegato ad un carico (ZL) all'estremità distale, con il conduttore secondario che termina appena prima del carico. Il conduttore secondario o di riferimento 22 avrà un'impedenza a terra, Zcb, dovuta alla capacitanza di dispersione, cioè, alla capacitanza di accoppiamento distribuita. Più il conduttore secondario 22 è vicino all'estremità del conduttore 14, meglio corrisponderà la perdita di corrente attraverso l’accoppiamento capacitivo. Poiché entrambe le perdite di corrente sono rese uguali, si può determinare la corrente totale erogata alla punta, come affermato in precedenza, sottraendo la corrente di dispersione nel filo secondario 22 dalla corrente totale nel filo primario 14, cioè, IL = Il - Icb. Poiché II e Icb possono essere misurati precisamente dal lato generatore del cavo 16, se è assicurato che Icb = Ica, IL può quindi essere accertato sottraendo Icb da II.

Si possono impiegare diversi metodi per provvedere alla sottrazione alla quale si è fatto riferimento sopra, e nella forma costruttiva della figura 2, come è illustrato nello schema circuitale della figura 4, questo si può effettuare mediante sottrazione magnetica, con l'impiego di un trasformatore di corrente 24. In particolare, il conduttore primario 14 è posto attraverso il trasformatore 24 in un dato orientamento mentra in conduttore secondario o di riferimento 22 è posto attraverso lo stesso trasformatore 24 in un orientamento opposto, come è illustrato nella figura 4. L'uscita del trasformatore di corrente 24 sarà così la differenza fra la corrente nel conduttore primario 14 e nel conduttore secondario 22, cioè, la corrente erogata al carico ZL (elemento di taglio 12a). E' questa corrente che sarà rilevata dal sensore di corrente 20 ed usata per regolare il circuito di interruzione 18.

Si ricorda che se il conduttore secondario 22 è rotto i valori di corrente letti saranno imprecisi. Per questa ragione, l'invenzione ha per oggetto anche la fornitura di tecniche per determinare se il conduttore secondario 22 è intatto. In particolare, il combinatore che rileva la corrente e regola il generatore elettrochirurgico 10 (rappresentato schematicamente dalle unità 18 e 20 nella figura 2) è tarato in modo da produrre un segnale di allarme e spegnere il generatore elettrochirurgico 10 se non viene rilevato un livello minimo di corrente nel conduttore secondario o di riferimento 22 quando ha inizio l'attivazione dell'ESU 10. Nella forma costruttiva a sottrazione magnetica delle figure 2 e 4, ciò si effettua, come mostrato nella figura 5, aggiungendo un ulteriore trasformatore di corrente 26 attraverso il quale passa solo il conduttore secondario 22.

Un ulteriore metodo per provvedere alla sottrazione di corrente desiderata è illustrato nella figura 6 che è simile alle figure 3 e 4 ma nella quale il trasformatore 24 è sostituito da impedenze 28 e 30 collegate nel rispettivi conduttori 14 e 22. Amplificatori di tensione differenziale 32 e 34 sono collegato ai capi delle rispettive impedenze 28 e 30 e le uscite dei due amplificatori sono collegate ad un ulteriore amplificatore differenziale 36. Così, l'uscita di quest'ultimo è una tensione Vo proporzionale alla corrente del carico. Il controllo continuo dell'integrità del conduttore 22 può essere effettuato anche con la forma costruttiva della figura 5, aggiungendo, per esempio, un collegamento, di uscita 34a all'uscita dell'amplificatore di tensione differenziale 34 tale da misurare proprio la tensione attraverso l'impedenza 30 ubicata nel conduttore secondario 22.

Facendo riferimento alla figura 7, è illustrata un'ulteriore impostazione del problema sopra discusso. In questa forma costruttiva, come è illustrato schematicamente nella figura 7, un sensore di corrente 40 è posto all'estremità distale del conduttore primario o "caldo" 14 (non vi è alcun conduttore di riferimento). Se l'uscita del sensore 40 non è influenzata dalla capacitanza a terra, cioè, ove l'uscita sia un segnale digitale, luce (attraverso un cavo a fibre ottiche), un segnale in r.f. trasmesso o una tensione CC corrispondente alla corrente, la corrente del carico può essere rilevata con precisione. Si può usare uno qualunque di una serie di tipi diversi di sensori di corrente, compresi sensore termico e termistore (o termocoppia) per convertire il segnale in una tensione utilizzabile, un trasformatore di corrente con raddrizzamento e filtrazione per convertire la corrente in una tensione CC, e simili.

Facendo riferimento alla figura 8, è mostrata un'ulteriore forma costruttiva dell'invenzione. La figura 8 è simile alla figura 1 e, ancora, è stata usata una notazione simile. La figura 8 differisce dalla figura 1 in quanto per superare il problema trattato in precedenza, è prevista un'unità di commutazione o commutatore 42 all’estremità del carico del cavo, cioè, all'estremità contenente l'impedenza del carico ZL. Durante il funzionamento, il commutatore 42 è lasciato aperto costringendo così la corrente del carico ad uno zero noto e si fa produrre tensione al generatore G (corrispondente all'ESU 10 della figura 2). La corrente risultante può essere misurata ed usata come livello di riferimento, supponendo che il movimento del cavo di collegamento (per esempio, un cavo corrispondente al cavo 16) sia minimo, cosicché la capacitanza distribuita è costante. Questo livello di corrente di riferimento è sottratto dalla corrente totale prodotta quando il commutatore 42 è attivato (chiuso) e così la corrente è erogata al carico (e alla capacitanza distribuita). Anche il risultato della misurazione del commutatore aperto può essere usato per calcolare la capacitanza distribuita ed il valore calcolato risultante poi usato per determinare la corrente erogata al carico.

Nonostante la presente invenzione sia stata descritta rispetto a specifiche forme costruttive esemplificative della stessa, gli esperti nella tecnica comprenderanno che si possono effettuare variazioni e modifiche in queste forme costruttive esemplificative senza allontanarsi dall'ambito e dallo spirito dell'invenzione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo sensibile alla corrente per rilevare la corrente alternata erogata da una sorgente ad un carico costituito a livello di uno strumento medico collegato all’estremità distale di un conduttore elettrico primario per fornire corrente al carico dello strumento medico dalla sorgente in cui la capacitanza distribuita fra il conduttore primario ed un percorso di ritorno alla sorgente impedisce al una misurazione della corrente all'estremità della sorgente del conduttore primario di essere una misura accurata della corrente erogata al carico dello strumento medico, detto dispositivo sensibile alla corrente comprendendo un conduttore elettrico di riferimento posto accanto al conduttore elettrico primario per tutta la lunghezza di questo ma terminante prima del carico dello strumento medico, e non collegato allo stesso, ed un mezzo di sottrazione per sottrarre la corrente che passa attraverso detto conduttore di riferimento dalla corrente del carico totale che fluisce allo strumento medico in modo da compensare l'effetto della capacitanza distribuita e per produrre così una misura della corrente corrispondente alla corrente erogata al carico dello strumento medico.
2. Dispositivo sensibile alla corrente secondo la rivendicazione 1 in cui detto mezzo di sottrazione comprende un dispositivo di sottrazione magnetica.
3- Dispositivo sensibile alla corrente secondo la rivendicazione 2 in cui detto dispositivo di sottrazione magnetica comprende un trasformatore di corrente, detto conduttore primario estendendosi attraverso detto trasformatore di corrente in un primo orientamento e detto conduttore di riferimento estendendosi attraverso detto trasformatore di corrente in un orientamento opposto in modo che l'uscita del trasformatore di corrente sia collegata alla differenza nel flusso di corrente attraverso il conduttore primario e quello di riferimento.
4. Dispositivo sensibile alla corrente secondo la rivendicazione 1 comprendente inoltre un mezzo rilevatore per rilevare se detto conduttore di riferimento sia intatto.
5. Dispositivo sensibile alla corrente secondo la rivendicazione 4, in cui detto mezzo rilevatore comprende un ulteriore trasformatore di corrente per rilevare il flusso di corrente attraverso detto conduttore di riferimento.
6. Dispositivo sensibile alla corrente secondo la rivendicazione 1 in cui il mezzo di sottrazione comprende una prima impedenza collegata in serie in detto conduttore primario, una seconda impedenza collegata in serie in detto conduttore di riferimento ed un mezzo di rilevazione della tensione differenziale per rilevare la differenza di tensione ai capi di dette prima e seconda impedenza.
7. Dispositivo sensibile alla corrente secondo la rivendicazione 6 in cui detto mezzo di rilevazione della tensione differenziale comprende un primo amplificatore operazionale avente ingressi collegati ai capi della prima impedenza, un secondo amplificatore operazionale avente ingressi collegati ai capi della seconda impedenza, ed un terzo amplificatore operazionale avente ingressi collegati alle uscite del primo e del secondo amplificatore operazionale.
8. Dispositivo sensibile alla corrente secondo la rivendicazione 7, comprendente inoltre un mezzo di rilevazione per rilevare se il conduttore secondario sia intatto.
9. Dispositivo sensibile alla corrente secondo la rivendicazione 8 in cui detto mezzo di rilevazione comprende un collegamento di uscita all'uscita del secondo amplificatore operazionale collegato ai capi di detta seconda impedenza.
10. Dispositivo sensibile alla corrente secondo la rivendicazione 1 comprendente inoltre un mezzo di rilevazione per rilevare se detto secondo rilevatore sia intatto.
11. Dispositivo sensibile alla corrente secondo la rivendicazione 1 in cui detto conduttore primario e detto conduttore di riferimento sono ritorti insieme per tutta la loro lunghezza.
12. Dispositivo sensibile alla corrente secondo la rivendicazione 1 in cui detta sorgente comprende un generatore elettrochirurgico, detto strumento medico comprende un elettrodo elettrochirurgico, e detto conduttore primario, detto conduttore di riferimento e detto percorso di ritorno sono inclusi in un cavo di collegamento inserito fra detto generatore e detto strumento medico.
13. Dispositivo sensibile alla corrente per rilevare la corrente alternata erogata da una sorgente ad un carico a livello di uno strumento medico collegato all'estremità distale di un conduttore elettrico primario per fornire corrente al carico dello strumento medico dalla sorgente in cui la capacitanza distribuita fra il conduttore primario ed un percorso di ritorno alla sorgente impedisce ad una misurazione della corrente all'estremità della sorgente del conduttore primario di essere una misura accurata della corrente erogata allo strumento medico, detto dispositivo sensibile alla corrente comprendendo un mezzo sensore della corrente posto all'estremità distale del conduttore primario per permettere la rilevazione della corrente erogata al carico dello strumento medico.
14. Dispositivo sensibile alla corrente per la rilevazione della corrente alternata erogata da una sorgente ad un carico a livello di uno strumento medico collegato all'estremità distale di un conduttore elettrico primario per fornire corrente al carico dello strumento medico dalla sorgente in cui la capacitanza distribuita fra il conduttore primario ed un conduttore di ritorno alla sorgente impedisce ad una misurazione della corrente all'estremità della sorgente del conduttore primario di essere una misura precisa della corrente erogata al carico dello strumento medico, detto dispositivo sensibile alla corrente comprendendo un mezzo commutatore collegato in serie in detto conduttore primario e posto all'estremità del carico del conduttore primario per permettere, quando è aperto, di effettuare una misura della tensione risultante quando la sorgente è attivata che serve da livello di corrente di riferimento da sottrarre dalla corrente misurata quando il mezzo commutatore è chiuso.