NO853168L - Elektrokirurgisk generator. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår elektrokirurgiske genera-torer og spesielt forbedring av strømkretser for optisk isolering av tilkoblede utgangselektrodekretser i slike genera-torer .

I figur 1 er det illustrert en elektrokirurgisk generator koblet til utgangselektrodekrets 12 gjennom en utgangstransformator 14 hvor generator 10 kan innbefatte bryterkrets 16

for håndtak, en elektrokirurgisk signalkilde 18, og monitorkrets 20 for returelektrode, og hvor utgangselektrodekrets 12

kan innbefatte et håndtak som har en aktiv elektrode 22 og en returelektrode 24 forbundet med en pasient 26. Således passerer elektrokirurgisk strøm fra kilde 18 fra den øvre side av sekundærspolen 27 i utgangstransformator 14 gjennom den aktive elektrode og pasienten til returelektroden hvor den blir returnert til nedre side av sekundærspolen. Elektrokirurgisk virkning slik som skjæring eller koagulering innpresser ved den elektrode. Størrelsen av returelektroden er slik at strømtettheten der-

ved blir redusert til en fysiologisk gunstig verdi.

Ved håntaket er det vanligvis sørget for en bryter (ikke vist, men innebygget i bryterkrets 16) som gjør det mulig for brukeren å bestemme om den aktive elektrode skal utføre skjæring eller koagulering. Bryterkrets 16 reagerer på bryterposisjonen slik at det gjennom ledningen 16a blir gitt et styresignal for å bevirke at kilden 18 enten leverer en skjærestrøm eller en koaguleringsstrøm til håndtaket. Slik krets er beskrevet i U.S. patent 3.699.967 og 3.801.800, begge disse er inkludert her ved henvisning.

Det er også kjent teknikk å forbinde en monitorkrets til returelektroden for å forsikre seg om at pasienten får en skikkelig forbindelse med elektroden. Dersom pasienten ikke er skikkelig forbundet, kan et alarmsignal sendes gjennom ledning 20a for å sette kilde 18 ut av funksjon. Det er også kjent teknikk å anvende som returelektrode enten et enkelt-stykke-element eller et dobbelt-stykke-element hvor dobbelt-stykke-elementet typisk blir henvist til som en delt returelektrode. Krets for kontroll av kontinuiteten i de enkle eller doble returelektrodene med hensyn til pasienten er fremlagt i U.S. patent 4.200.104, 4.416.276, og 4.416.277 hvorav alle er inklu-

dert her ved henvisning.

En vanlig egenskap til bryterkretsen for håndtaket og monitorkretsen for returelektroden beskrevet ovenfor, er at de er forbundet med utgangselektrode-krets 12, som vist i figur 1. Således kan lekkasjestrømmer til jord fra utgangselektrodekretsen gjennom disse kretser forekomme på grunn av lekkasjekapasitans 26 og 28 fra kretsene til jord. Videre kan det også forekomme lekkasjestrøm fra sekundærspole 27 i utgangstransformatoren på grunn av lekkasjekapasitans mellom sekundærspolen og jord. Halvparten av sistnevnte kapasitans er angitt ved 30 og den andre halvdelen ved 32. Alle disse kilder for lekkasjekapasitans er potensielt skadelige ved at en pasient som gjennom-går elektrokirurgisk terapi, kan bli forbundet med jord 36 via en liten kontaktflate slik som angitt ved 34 hvor den lille kontaktflaten kan bli foranlediget av elektroder, understøttel-ser, termometre eller lignende utstyr forbundet med pasienten. Elektrokirurgiske strømmer kan deretter gå i kretsen som om-fatter (a) utgangselektrodekrets 12, (b) kontaktpunkt 34, (c) ledning 38 som jorder generatoren (hvor den stiplede ledning an-gir generatorens chassis), (d) lekkasjekapasitanser 26-32, og (e) kretsene 16 eller 20 til elektrodekrets 12. Tilstrekkelig store strømmer kan forårsake forbrenning ved kontaktpunkt 34.

For å dempe det foregående problem, har det blitt gjort forsøk med elektrisk isolering av bryterkrets 16 for håndtak og monitorkrets 20 for returelektrode fra jord 36 og således redusere lekkasjekapasitansen for å redusere lekkasjestrømmen, det er denne lekkasjestrøm som flyter når en pasient er i kontakt med et lite kontaktflatepunkt 34. Spesielt fremlegger de ovenfor anførte patenter kretser for å isolere kretsene 16 og 20. Således er det i U.S. patent 4.200.104, i figur 2 av denne, fremlagt en monitorkrets som kontrollerer en delt returelektrode, monitorkretsen er isolert fra jord. Spesielt er det anvendt en effekttransformator for å isolere kretsen med hensyn til kretsens kraftforsyning, mens alarmsignalet fra kretsen er optisk koblet til den elektrokirurgiske signalkilden, denne optiske kobling er i stedet for ledning 16a. Imidlertid har det blitt fastlagt i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse at lekkasjekapasitansen gjennom effekttransformatoren er av en slik størrelse at strøm som flyter gjennom denne kan bli ytterligere redusert for å øke pasientens sikkerhet.'

Dessuten er det i U.S. patent 3.801.800 fremlagt bryterkrets for håndtak som er isolert fra jord. Igjen er det anvendt en effekttransformator for å isolere kretsen med hensyn til kretsens kraftforsyning mens kontrollsignalene fra kretsen er optisk koblet til den elektrokirurgiske signalkilde, denne optiske kobling er i stedet for ledning 20a på en måte som er lik den som ble beskrevet ovenfor for U.S. patent 4.200.104. Igjen er denne kretsen utsatt for manglene diskutert ovenfor ved at lekkasjekapasitansen gjennom effekttransformatoren er av en slik størrelse at strøm som flyter gjennom denne, kan ytterligere bli redusert for å øke pasientens sikkerhet.

Foreliggende oppfinnelse demper ytterligere de problemer som man har hatt tidligere og som er diskutert ovenfor.

Foreliggende oppfinnelse fremskaffer også optisk kobling for effekt såvel som for data i forbindelse med kretser som bryterkrets for håndtak og monitorkrets for returelektrode som er forbundet med utgangselektrodekretsen i en elektrokirurgisk generator. Figur 1 er et blokkdiagram av en illustrerende krets i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse, og hvor dia-grammet også benyttes for å illustrere problemer man har hatt tidligere innen fagfeltet. Figur 2 er et skjematisk diagram av en illustrerende, optisk isolert bryterkrets for håndtak i overensstemmelse med oppfinnelsen. Figur 3 er et skjematisk diagram av illustrerende, optisk isolert monitorkrets for returelektrode i overensstemmelse med oppfinnelsen.

Det henvises nå til tegningen hvor like henvisningstall i figurene henviser til like deler.

Med henvisning til figur 1 er det her vist en illustrerende utførelse av et system i overensstemmelse med oppfinnelsen,

hvor oppfinnelsen spesielt erkarakterisert vedbruk av optisk kobling for effekt såvel som for data i optisk isolert bryterkrets 16 for håndtak og optisk isolert monitorkrets 20 for returelektrode. Denne egenskap vil nå bli beskrevet med hensyn

til figur 2 som retter seg mot en optisk isolert bryterkrets for håndtak i overensstemmelse med oppfinnelsen.

I figur 2 inkluderer bryterkrets 16 for håndtak brytere

38 og 40 som er anbragt på håndtak 17 på en kjent måte. Brytere 38 og 40 er seriekoblet henholdsvis med lysemitterende dioder 42 og 44. De lysemitterende dioder blir drevet av kraftkilden 76 som innbefatter en lampe 48 forbundet med en spenningskilde 50, som typisk kan være på 12 volt, lampen er jordet ved 36. Lampen belyser et panel 54 med elementer 56-60 som er istand til å om-danne lys til elektrisk strøm. Typiske slike elementer er inn-retninger av halvlederoverganger kjent som solceller. Selv om det er illustrert tre celler, må man forstå at antall celler som omfattes av elementpanelet 54, kan varieres avhengig av den spe-sielle anvendelse. Arealet av elementpanelet innbefatter typisk et areal på 2,5 cm x 5 cm. Elementpanelets spenning ved åpen krets er typisk 1,5 volt, mens kortslutningsstrømmen er 12 milliampere i solskinn og 6 milliampere med en lampe på 2,5 watt.

De lysemitterende dioder 42 og 44 er optisk koblet til henholdsvis fototransistor 43 og 45 som i sin tur har konnektor-utgang henholdsvis forbundet med kraftforsyningsklemmene 47 og 49 og emitterutgang forbundet med jord 36. Verdien av kraft-forsyningsspenningen ved utgangsklemmene kan f.eks. være 5 volt. Utgangsklemmene 51 og 52 står i kontakt med signalkilden til den elektrokirurgiske signalkilde 18 på en kjent måte for derved å bevirke at kilde 18 leverer enten skjærestrøm eller koagulerings-strøm til utgangselektrodekrets 12 avhengig av om bryter 38 eller 40 er aktivisert. Håndtak 17 er også forbundet med øvre ende av sekundærspolen 27 i transformator 14 via kondensator 59 som for-hindrer sirkulasjon av likestrøm i denne ledning.

Anta at bryter 38 er lukket under drift for derved å angi et ønske fra brukerens side at det skal leveres en strøm for skjæreformål for å aktivere elektrode 22, likestrøm sirkulerer fra solcellepanel 54 gjennom bryter 38 og lysemitterende diode 42 for således å rette en lysstråle mot fototransistor 43. Et styresignal fra utgangsklemme 51 blir deretter anvendt på signalkilden for derved å bevirke at signalet for skjæreformål blir levert gjennom kondensator 59 med påfølgende aktivering av elektrode 22 i håndtak 17. Som man kan forstå fra figur 2, er bryter krets 16 for håndtak enkelt og økonomisk. I bryterkretser som er tidligere kjent innen faget, slik som fremlagt i U.S. patent 3.801.800, er det vanlig at motstander blir anvendt i serie med de lysemitterende dioder for strømbegrensningsforhold. Imidlertid er solcellepanel 54 selvbegrensende og, som uttrykt ovenfor, leverer bare 6 milliampere ved en kortslutning ved belysning med en lampe på 2,5 watt. Følgelig er det ikke nødvendig med motstander slik det var tidligere innen fagfeltet. Videre er det slik at ved å eliminere effekttransformatoren som ble anvendt i bryterkrets for håndtak slik som ved anvendelsen i U.S. patent 3.801.800, er det mulig med vesentlig besparelser. Således er ikke bare effekt-transformatoren eliminert ved kretsene ifølge foreliggende oppfinnelse, men også tilhørende lekkasjekapasitanser, drivkretser og utgangsfiltrering. Med hensyn til dette må det bemerkes at mange solceller kan drives av en enkelt lampe 48.

Med hensyn til reduksjon i lekkasjekapasitans, må det bemerkes at lekkasjekapasitans 26 i forbindelse med bryterkrets for håndtak ifølge U.S. patent 3.801.800, er på omkring 15 pF. Den totale lekkasjekapasitans (dvs. kapasitans 30 og 32 i figur

1) i forbindelse med utgangstransformator 14 er typisk på omkring 20 pF hvor kapasitans 30 og 32 hver er på omkring 10 pF. Med hensyn til den øvre side av sekundærspole 27, er således lekkasjekapasitansen på omkring 25 pF hvor 15 pF er i forbindelse med kapasitans 26 og 10 pF er i forbindelse med kapasi-

tans 30. Den totale kapasitans på 25 pF kan lede omkring 180 milliampere ved typiske utgangsspenninger i en elektrokirurgisk generator. Ved å benytte optisk kopling for å drive bryterkrets 16 for håndtak i overensstemmelse med oppfinnelsen, blir lekkasjestrømmen redusert til omkring 70 milliampere. Følgelig er potensialverdien for at en forbrenning skal inntreffe ved et kontaktpunkt, slik som punkt 34, vesentlig redusert i forhold til hva man hadde tidligere innen faget. Det må også bemerkes effekten som er tilgjengelig fra kraftkilden 46 i foreliggende oppfinnelse, er omkring 1/4 av den effekten som er tilgjengelig fra kraftkilden som ble benyttet i U.S. patent 3.801.800. Ikke desto mindre er kraften som er tilgjengelig fra kilden 46 mer enn nok for fullstendig nøkling.

Man må ytterligere legge merke til at bruken av solceller for høyspent isolert kraftforsyning er beskrevet i litteraturen, men at bruken av slike celler i forbindelse med kretser, slik som krets 16 og 20, for å redusere generatorutgangskobling til jord, imidlertid er ny og, i betraktning av den vesentlige forbedring i pasientsikkerhet, spesielt fordelaktig.

I figur 3 er det vist en illustrerende, optisk isolert monitorkrets 20 for returelektrode i overensstemmelse med oppfinnelsen. Kretsen innbefatter en oscillator 61 som er anvendt sammen med en delt returelektrode som innbefatter elementer 24a og 24b. Driftsfrekvensen til oscillatoren varierer i overensstemmelse med motstanden i pasienten som anbringes mellom elementene 24a og 24b. Utgangssignalet fra oscillatoren ledes til en lysemitterende diode 84 via en felteffekttransistor 82. Det optiske utgangssignalet fra den lysemitterende diode blir anvendt på en fototransistor 85 og derfra til signalkilden i elektrokirurgisk kilde 18 for å sette den ut av drift (eller i det minste fremskaffe et alarmsignal) dersom pasienten ikke er korrekt forbundet med den delte returelektrode. Oscillatoren 61 og den lysemitterende diode 84 blir drevet av en kraftforsyningskilde 111 på en måte som er lik kraftforsyningen av bryterkrets 16 for håndtak som er beskrevet ovenfor.

Oscillator 61 innbefatter en operasjons-forsterker 62 som har tilbakekoblingsmotstander 64 og 68. En kondensator 66 er koblet inn mellom motstand 64 og returelektrode-element 24b.

En motstand 70 og motsatt koblede dioder 72 og 74 er forbundet mellom motstand 68 og element 24b. Et radiofrekvensfilter 76 er forbundet mellom element 24a og motstand 68 for å redusere effekten av den elektrokirurgiske strøm som flyter gjennom kondensator 78 og 80 i monitorkrets 20. Ledning 79 er til-koblet punktet mellom kondensator 78 og 80 og forbundet med den nedre side av sekundærspole 27, denne forbindelse korresponderer med den samme i U.S. patent 4.416.276.

Utgangssignalet fra oscillator 61 blir anvendt på felt-effektor-transistor 82 som er i serie med den lysemitterende diode 84 og en motstand 86. Kretsen blir drevet av kraftforsyningskilde 111 som kan innbefatte et solcellepanel 88 som innbefatter seriekoblede celler 90 til 104. Cellene blir drevet av en lyskilde 106 som kan innbefatte en lampe 108 koblet mellom en spenningsforsyningsklemme 110, som kan være 5 volt, og jord 36.

Det optiske utgangssignal fra den lysemitterende diode 84 blir anvendt på fototransistor 85. Spesielt blir det optiske utgangssignal omdannet til en spenning ved en enkelt shot-krets 112 og et lavpassfilter 113. Nevnte enkelte shot-krets er forbundet med spenningstilførselsklemme 110 og innbefatter dertil en motstand 114 i kretsen. Utgangssignalet fra nevnte enkelte shot-krets blir anvendt på lavpassfilter 113 som inkluderer en motstand 116 og en kondensator 118. Spenningen som fremkommer fra lavpassfilter 113 kan ytterligere bli behandlet av kretser slik som vist i figur 3 i U.S. patent 4.200.104 for å fremskaffe et passende alarmsignal eller alarmsignaler til signalkilden i elektrokirurgisk signalkilde 18, signalet fra filter 113 fremkommer over klemmene 120 og 122.

Under drift blir monitorkrets 20 for returelektroden drevet av kraftforsyningskilde 111 hvor utgangseffekten av sol-cellepanelet 88 generelt kan korrespondere med det som er beskrevet ovenfor for panelet 54. Det er mange kretser denne kraftforsyningskilden ikke kan drive, men på grunn av enkel-heten av monitorkretsen for returelektrode ifølge foreliggende oppfinnelse, kan den imidlertid bli effektivt og pålitelig drevet av kraftforsyningskilden av solceller ifølge foreliggende oppfinnelse. Frekvensen på oscillator 61 varierer med pasientens motstand over elementer 24a og 24b. Følgelig varierer frekvensen iav signalet fra lysemitterende diode 84 som er optisk koblet til fototransistor 85 på samme måte som frekvensen av pulstoget fra nevnte enkelte shot-krets 112 varierer. Følgelig vil størrelsen av spenningen som utvikles over lavpassfilter 113 være proporsjonal med frekvensen av det utgående pulstog fra nevnte shot-krets 112. Det er således utviklet et signal som kan benyttes for å sette den elektrokirurgiske generator 18 ut av drift eller fremskaffe et alarmsignal dersom pasienten ikke er korrekt forbundet med returelektro-elementene 24a og 24b.

Når en effekt-transformator blir anvendt for å isolere monitorkretsen for returelektroden slik som i U.S. patent 4.200.104, blir lekkasjekapasitansen 28 typisk 15 pF. Følgelig blir den totale lekkasjekapasitans fra den nedre side av sekundærspole 27 til jord omkring 25 pF hvor lekkasjekapasitansen 32 på grunn av utgangstransformatoren er 10 pF. Når kraften for monitorkrets 20 for returelektrode er optisk koblet i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse, blir det følgelig en reduksjon i lekkasjestrøm som korresponderer med det som er diskutert ovenfor med hensyn til bryterkrets 16 for håndtak, - dvs. at lek-kas jestrømmen er redusert fra omkring 180 milliampere til omkring 70 milliampere. Med optisk koblede kretser både på den aktive side og retursiden av pasienten med de tilkoblede kretser 16 og 20, er således den eneste gjenværende vesentlige jord-tilkobling i høyfrekvens-transformator 14 og i overensstemmelse med dette er den totale lekkasjeimpedans, på grunn av lekkasjekapasitans 26 gjennom 32, fordoblet. Dette reduserer naturlig-vis risikoen for forbrenning av pasienten.

Verdier for de forskjellige elementer av monitor-kretsen

i figur 3 er gitt nedenfor, disse verdier er illustrerende og ikke begrensende for oppfinnelsen:

motstand 64-100 k

kondensator 66-0,1

motstand 68-1 k

motstand 70-200

spole 76-2,5

kondensatorer 78 og 80-0,47 hver

motstand 86-1,5 k

motstand 114-10 k

motstand 116-100 k

kondensator 118-1

Ovennevnte verdier er i ohm for motstand, mikrofarad for kapasitans og millihenri for induktans.

Generelt kan bryterkrets 16 for håndtak og monitorkrets 20 for returelektrode betraktes som signalbehandlede kretser. Foreliggende oppfinnelse eliminerer nesten lekkasjekapasitansen i disse kretser hvor inngangseffekten til hver krets blir til-ført optisk med en hvitglødende lampe eller lignende som belyser en halvlederovergang som omdanner lys til strøm, slik som ved et solcellepanel. Utgangssignalet fra kretsene er fra en innret ning slik som en lysemitterende diode og dette blir registrert av en innretning slik som en fototransistor. Ikke bare er lekkasjekapasitansen redusert, men evnen til å motstå høye spenninger er også sterkt øket. Dessuten er kretsen, som er fremkommet som et resultat, i bryterkrets 16 for håndtak meget enkel, hvor det kan benyttes solcelle-overgangskapasitans for radiofrekvens-filtrering og solcellenes strømbegrensende ut-gang for å eliminere motstander. Monitorkrets 20 for retur-elektrode er vesentlige enklere enn den som er beskrevet i U.S. patent 4.416.276, men den er ikke så nøyaktig. Imidlertid er dens nøyaktighet tilstrekkelig ved mange, om ikke ved alle, anvendelser.

Claims (10)

1. Elektrokirurgisk generator (10) som innbefatter en kilde av elektrokirurgisk strøm og utgangselektrodekrets (12) som har en aktiv elektrode (22) for å anvende den elektrokirurgiske strøm på en pasient (26) og en retur-elektrode (24) for retur av strømmen til kilden (18), karakterisert ved en økning av den elektriske isolasjon av i det minste én signalbehandlingskrets forbundet mellom utgangselektrodekrets (12) og et referansepotensia^ som innbefatter en optisk kraftforsyningsanordning (46) for optisk energi-sering av signalbehandlingskretsen, og optisk utgangsanordning for optisk kobling av utgangssignaler fra signalbehandlingskretsen til den elektrokirurgiske strømkilde.

2. Generator i overensstemmelse med krav 1, karakterisert ved at referansepotensialet er jord (36).

3. Generator i overensstemmelse med krav 1, karakterisert ved at signalbehandlingskretsen innbefatter i det minste to brytere (38, 40) anbragt på et håndtak (17) for den aktive elektrode, hvor den optiske utgangsanordning innbefatter et par utgangselementer (42, 44) som tilhører de respektive brytere hvor hvert utgangselement sender ut et utgående lyssignal som svar på den elektriske strøm som går gjennom elementene, og hvor den optiske kraftforsyningsanordning (46) innbefatter i det minste ett lysfølsomt element (48) for generering av den elektriske strøm for utgangselementene, det lysfølsomme elementet reagerer på inngående lys og omdanner det til elektrisk strøm, og en kilde for dette inngående lys.

4. Generator i overensstemmelse med krav 3, karakterisert ved at det lysfølsomme elementet innbefatter en halvlederovergang som omdanner lys til strøm.

5. Generator i overensstemmelse med krav 3, karakterisert ved at det lysfølsomme element innbefatter en solcelle.

6. Generator i overensstemmelse med krav 3, karakterisert ved at det har et flertall lysfølsomme elementer.

7. Generator i overensstemmelse med krav 3, karakterisert ved at den elektrokirurgiske strømkilde innbefatter ytterligere et par lysfølsomme elementer (56, 58, 60) som reagerer på de respektive utgående lyssignaler som sendes ut fra nevnte par utgangselementer (42, 44) for derved å generere de respektive styresignaler for den elektrokirurgiske strømkilde for å angi hvilke av de nevnte par brytere som er lukket for således å tilveiebringe den type av elektrokirurgisk strøm som skal anvendes på pasienten.

8. Generator i overensstemmelse med hvilket som helst av kravene 1 til 7, karakterisert ved at signalbehandlingskretsen innbefatter monitorkrets (20) for kontroll av elektrisk kontinuitet for pasienten med hensyn til returelektroden og for å modifisere driften av den elektrokirurgiske strøm-kilde avhengig av graden av elektrisk kontinuitet for pasienten med returelektroden (24).

9. Generator i overensstemmelse med krav 8, karakterisert ved at returelektrode (24) innbefatter to separate elementer og at monitorkrets (20) innbefatter en variabel fre-kvensoscillator (61), hvor frekvensen av denne er en funksjon av motstanden til pasienten mellom de to elementer (24a, 24b) av returelektroden og hvor utgangssignalet fra denne blir anvendt på et utgangselement (84) som sender ut et utgående lyssignal som er en funksjon av oscillatorens utgangssignal, oscillatoren og utgangselementet blir drevet av elektriske strømmer som tilføres dem.

10. Generator i overensstemmelse med krav 9, karakterisert ved at monitorkrets (20) innbefatter i det minste et lysfølsomt element for generering av elektriske strømmer for oscillator (61) og utgangselement (84), det lysfølsomme element reagerer på inngående lys og omdanner det til elektrisk strøm, og en kilde for inngående lys.