RU2166299C1 - Аппарат электрохирургический высокочастотный - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в хирургии для рассечения и коагуляции мягких тканей организма. Высокочастотный электрохирургический аппарат содержит блок питания, блок управления, генератор мощности, формирователь управляющего сигнала, датчик тока, выходную цепь с активным и пассивным электродами. Генератор мощности включает задающий генератор, выходы которого подключены к соответствующим входам схемы возбуждения, при этом ее выходы подключены к соответствующим входам ключевого генератора, подключенного к схеме согласования. Датчик тока через формирователь управляющего сигнала подключен к входу блока управления. Изобретение позволяет автоматически подстраивать воздействующий высокочастотный ток в области установленного значения и увеличить быстродействие системы автоматического регулирования параметров выходного воздействия. 4 ил.

Description

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в хирургии для рассечения и коагуляции мягких тканей организма. Изобретение обеспечивает стабильность параметров электрохирургического воздействия и повышает его эффективность.

Известен электрохирургический аппарат, содержащий генератор ВЧ-мощности, трансформатор, повышающий выходное напряжение генератора, электродный блок, который обеспечивает рассечение и коагуляцию биологических тканей под действием выходной мощности трансформатора, эталонный элемент с определенным полным сопротивлением, компаратор, определяющий разность полного сопротивления нагрузки и полного сопротивления нагрузочного элемента, при этом по выходному сигналу компаратора регулируется выходная мощность указанного генератора (Патент Япония N 6034792 кл. A 61 B 17/39, 1989 г.).

Известный аппарат имеет ряд существенных недостатков, ограничивающих возможность его использования в медицинской практике.

Во-первых, аппарат не позволяет оптимизировать процесс деструкции мягких тканей в широком диапазоне изменений импеданса ткани, так как поддержание постоянной выходной мощности по предлагаемой схеме позволяет оптимизировать процесс деструкции лишь на ограниченном интервале изменений импеданса ткани, определяемом эталонным элементом.

Во-вторых, реализация алгоритма автоматической подстройки выходной мощности в данном аппарате требует измерения тока и напряжения в выходной цепи с последующей их аналого-цифровой обработкой, требует обеспечения устойчивости и точности работы цепи автоподстройки. Это может быть достигнуто за счет нескольких циклов подстройки мощности на одно измерение импеданса ткани. При кратковременных воздействиях и при широком диапазоне изменения нагрузки указанные факторы значительно снижают эффективность работы аппарата.

Известен также электрохирургический аппарат, описанный в патенте РФ N 2008830, A 61 B 17/39, 1990 г. Известный аппарат содержит последовательно соединенные между собой блок управления, блок питания, генератор мощности, включающий в себя выходную цепь, активный и пассивный электроды, один из которых подсоединен непосредственно к генератору мощности, а другой подсоединен к генератору мощности через датчик тока; датчик напряжения, подсоединенный своими выходами к электродам, вычислитель, аналого-цифровой преобразователь, регистр, постоянное запоминающее устройство, цифроаналоговый преобразователь, усилитель, мультивибратор, инвертор и источник сигнала задания.

Настоящий аппарат позволяет оптимизировать процесс деструкции ткани в широком диапазоне изменений импеданса ткани и производить воздействие с большой скоростью и малой кровопотерей.

Вместе с тем и для данного аппарата характерны существенные недостатки, которые снижают эффективность его использования в широкой медицинской практике.

Во-первых, данная схема в техническом исполнении является сложной, что снижает надежность работы. Аппарат предусматривает измерение выходных параметров - ток и напряжение, с их последующей аналоговой и цифровой обработкой для оценки сопротивления ткани в зоне электрохирургического воздействия. Учитывая, что аналоговые устройства управления выходной мощностью достаточно инерционны, при ряде хирургических воздействий управление выходной мощностью по данной схеме может быть мало эффективно.

Во-вторых, как показывают клинические исследования, диапазон резистивности тканей человека очень широкий - от десятков Ом до сотен кОм. Более того, в реальных хирургических операциях аппарат часто работает в условиях холостого хода или короткого замыкания выходных электродов. Указанные факторы значительно затрудняют работу хирурга данным аппаратом, так как при изменении сопротивления нагрузки между электродами в таком широком диапазоне и при стремлении схемы быстро отработать эти изменения возможно возникновение нежелательных "выбросов" мощности за счет работы системы автоподстройки, что отрицательно скажется на качестве коагуляции.

В-третьих, все высокочастотные электрохирургические воздействия проводятся с использованием широкого набора инструментов, имеющих разную площадь соприкосновения с тканью. Следовательно, и сопротивление в зоне контакта будет изменяться от вида инструмента, что неизменно вызовет изменение выходной мощности в данном устройстве и, как следствие этого, изменит оптимальный для данной ткани режим воздействия.

Настоящее изобретение решает задачу проведения коагуляции ткани, обеспечивая при этом:
- возможность автоматической подстройки воздействующего высокочастотного тока в области установленного значения;
- возможность значительного увеличения быстродействия системы автоматического регулирования параметров выходного воздействия;
- возможность работы аппарата с частотой выходного воздействующего тока 1,76 мГц.

Решение поставленной задачи достигается следующим образом. В аппарате электрохирургическом высокочастотном, содержащем блок питания, выход которого подключен к первому входу генератора мощности, второй вход которого подключен к выходу блока управления, который своей многоразрядной шиной подключен к многоразрядному входу блока питания, первый выход генератора мощности подключен к датчику тока, а второй и третий выходы соответственно к первому и второму входам выходной цепи, первый и второй выходы которой подключены соответственно к активному и пассивному электродам, СОГЛАСНО НАСТОЯЩЕМУ ИЗОБРЕТЕНИЮ генератор мощности выполнен в виде задающего генератора, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам схемы возбуждения. Третий вход схемы возбуждения является вторым входом генератора мощности и соединен с выходом блока управления. Первый и второй выходы схемы возбуждения подключены соответственно к первому и второму входу ключевого генератора. Третий вход ключевого генератора является первым входом генератора мощности и соединен с выходом блока питания. Первый и второй выходы ключевого генератора подключены соответственно к первому и второму выходам схемы согласования. Первый, второй и третий выходы схемы согласования являются соответственно первым, вторым и третьим выходами генератора мощности и соединены соответственно с входом датчика тока, первым и вторым входом выходной цепи. СОГЛАСНО НАСТОЯЩЕМУ ИЗОБРЕТЕНИЮ датчик тока через формирователь управляющего сигнала подключен к входу блока управления.

Технический результат настоящего изобретения заключается в кардинальном изменении схемы электрохирургического аппарата, что придает ему новые медико-технические возможности и достоинства.

Во-первых, для оптимизации электрохирургического воздействия используется один параметр - ток. Это вызвано тем, что именно ток, проходя через ткань, вызывает ее нагрев и, как следствие, последующие структурные изменения. Поддержание постоянным установленного врачом тока для конкретного вида ткани, имеющей небольшой разброс резистивности и на которую производится воздействие, обеспечивает оптимальный режим коагуляции.

Во-вторых, в аппарате используется выходной ток с частотой 1,76 мГц, что позволяет значительно снизить влияние емкостных составляющих импеданса ткани и обеспечить большую глубину электрохирургического воздействия.

Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и чертежами, на которых приведены:
Фиг. 1 - Блок-схема предлагаемого электрохирургического аппарата;
Фиг. 2 - Блок управления 2;
Фиг. 3 - Генератор мощности 3;
Фиг. 4 - Укрупненная блок-схема алгоритма работы аппарата.

Аппарат электрохирургический высокочастотный (фиг. 1) содержит блок питания 1, блок управления 2, генератор мощности 3, формирователь управляющего сигнала 4, датчик тока 5, выходную цепь 6 с активным 7 и пассивным 8 электродами.

Блок питания 1 выходом подключен к первому входу генератора мощности 3, второй вход которого подключен к выходу блока управления 2, который своей многоразрядной шиной подключен к многоразрядному входу блока питания 1. Первый выход генератора мощности 3 подключен ко входу датчика тока 5, который через формирователь управляющего сигнала 4 соединен с входом блока управления 2. Второй и третий выходы генератора мощности 3 подключены соответственно к первому и второму входу выходной цепи 6.

Блок питания 1 обеспечивает формирование напряжения питания требуемых номиналов. Блок питания 1 может быть выполнен на базе серийно выпускаемых импульсных высокочастотных преобразователей (см. Источники питания для электронной аппаратуры. Каталог ММП-ИРБИС, Изд. "ВаланГ", М." 1996 г.) по схеме, приведенной в технической документации на серийно выпускаемый электрохирургический аппарат Политом-3 (см. техническую документацию на аппарат Политом-3 МСПМ. 941611.001).

Блок управления 2 предназначен для задания всех управляющих сигналов, индикации уровня выходной мощности и режимов работы и содержит (фиг.2) схему ввода-вывода управляющих сигналов 9, блок индикации и клавиатуры 10, двунаправленной многоразрядной шиной подключенный к микроконтроллеру 11, который двунаправленной многоразрядной шиной связан со схемой ввода-вывода 9 и ПЗУ 12. Схема ввода-вывода 9 многоразрядным выходом соединена с многоразрядным входом блока питания 1, другим выходом подключена к второму входу генератора мощности 3, а своим входом подключена к датчику управляющего сигнала 4.

Схема ввода-вывода управляющих сигналов 9 предназначена для ввода-вывода управляющих сигналов и их электрического согласования с последующими цепями аппарата. Может быть выполнена на базе микросхемы КР 580ВВ55 или других аналогичных типов (см. техническую документацию на аппарат Политом-3 МСПМ. 468354.005, "Плата управления").

Блок индикации и клавиатуры управления 10 предназначен для ввода управляющих сигналов, индикации режимов работы и индикации уровня выходной мощности аппарата. Блок индикации и клавиатуры управления 10 может быть выполнен на индикаторах HDSP-5621G и АЛ307 или других аналогичных элементах по известной схеме, реализованной в аппарате Политом-3 (см. техническую документацию на аппарат Политом-3 МСПМ.468383.001, "Плата индикации и управления").

Микроконтроллер 11 обеспечивает реализацию алгоритма работы аппарата и может быть реализован на базе однокристальной микроЭВМ КР1830ВЕ51 (Боборыкин А. В. , Липовецкий Г.П., Литвинский Г.В. и др. Однокристальные микроЭВМ. М., МИКАП, 1994 г. с. 107-234. Бродин В.Б., Шагурин И.И. Микроконтроллеры. Архитектура, программирование, интерфейс. - М., Изд. ЭКОМ, 1999 г., с. 151-237, а также см. техническую документацию на аппарат Политом-3, МСПМ. 468354.005, "Плата управления").

Полный программный продукт, содержащий алгоритм работы патентуемого аппарата и все необходимые логические и математические операции, представлен в технической документации на данный аппарат. Аналогичный программный продукт содержится также в технической документации на аппарат Политом-3 МСПМ. 941611.001. Укрупненная схема алгоритма работы представлена на фиг.4
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 12 обеспечивает выполнение заданной программы работы аппарата (фиг.4) и может быть выполнено на базе микросхемы типа 573РФ6 или других аналогичных типов (см. техническую документацию на аппарат Политом-3 МСПМ.4683 54.005, "Плата управления").

Генератор мощности 3 обеспечивает формирование высокочастотного напряжения заданной формы и амплитуды и содержит (фиг. 3) задающий генератор 13, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входу схемы возбуждения 14. Третий вход схемы возбуждения 14 является вторым входом генератора мощности и соединен с выходом блока управления 2. Первый и второй выходы схемы возбуждения 14 подключены соответственно к первому и второму входу ключевого генератора 15, третий вход которого является первым входом генератора мощности 3 и соединен с выходом блока питания 1. Первый и второй выходы ключевого генератора 15 подключены соответственно к первому и второму входу схемы согласования 16, первый, второй и третий выходы которой являются соответственно первым, вторым и третьим выходом генератора мощности 3 и соединены соответственно с входом датчика тока 5, первым и вторым входом выходной цепи 6.

Задающий генератор 13 обеспечивает формирование двух высокочастотных противофазных напряжений частотой 1,76 мГц и может быть реализован на базе интегральных микросхем типа ТТЛШ (см. "Полупроводниковая схемотехника", У. Титце, К.Шенк, - Москва, "МИР", 1983 г., с. 293-311).

Схема возбуждения 14 предназначена для управляемого формирования сигналов возбуждения ключевого генератора 15 требуемой формы и амплитуды. В качестве возможного варианта исполнения может использоваться схема возбудителя серийно выпускаемого электрохирургического аппарата Политом-2 (см. техническую документацию на аппарат Политом-2 тА5.409.007, "Возбудитель").

Ключевой генератор 15 предназначен для получения высокочастотного напряжения заданной формы и амплитуды. По схемотехнике генератор 15 представляет собой ключевой генератор, выполненный на базе полевых транзисторов типа IRF840. В качестве возможного варианта исполнения может использоваться схема генератора электрохирургического аппарата Политом-3, выполненного по известной схемотехнике, описанной в книге "Транзисторные генераторы гармонических колебаний в ключевом режиме" под.ред. проф. И.А.Попова, М., - Радио и связь, 1985 г., с. 31-64, С. 76-106, см. также техническую документацию на аппарат Политом-2 тА5.411.029, "Генератор".

Схема согласования 16 предназначена для буферизации выходных сигналов ключевого генератора 15 и реализуется по известной схеме. В качестве варианта исполнения может использоваться схема согласования электрохирургического аппарата Политом-2 (см. техническую документацию на аппарат Политом-2 тА5.411.029 "Генератор").

Схема формирователя управляющего сигнала 4 предназначена для фильтрации, формирования и буферизации сигнала, поступающего с датчика тока 5. Схема может быть выполнена на элементах ТТЛШ-логики и LC-фильтрах (см. "Полупроводниковая схемотехника", У.Титце, К.Шенк, - Москва, "МИР", 1983 г., с. 185-223, С. 276-288, а также "Применение интегральных микросхем в электронной вычислительной технике". - Под. ред. Б.Н.Файзулаева, - М.: Радио и Связь, 1986 г., с. 69-150).

Датчик тока 5 предназначен для съема информации о величине тока в сильноточных цепях. В качестве датчика тока может использоваться трансформатор тока из аппарата Политом-2 (см. техническую документацию на аппарат Политом-2 тА5.129.072 "Трансформатор тока").

Выходная цепь 6 предназначена для согласования выходных цепей генератора мощности 3 и нагрузки и представляет собой, например, повышающий выходной трансформатор и разделительные емкости, обеспечивающие необходимое согласование и электрическую развязку активного 7 и пассивного 8 электродов от цепей устройства. В качестве варианта исполнения выходной цепи может использоваться схема, представленная в Авторском Свидетельстве РФ N1410959 кл. A 61 B 17/39, 1988 г.

Аппарат работает следующим образом. Перед началом работы пассивный электрод 8 накладывают на тело пациента как можно ближе к зоне хирургического вмешательства. При включении устройства в сеть на выходе блока питания 1 формируются все необходимые для питания аппарата напряжения.

Для включения высокочастотного тока и поступления его на электроды 7 и 8 врач устанавливает с помощью блока управления 2 требуемые параметры выходного воздействия и с помощью внешних органов управления аппаратом (на схеме не приведены, а представляют собой педаль или кнопку) включает ток. При этом начинает работать задающий генератор 13, формирующий высокочастотный сигнал частотой 1,76 мГц, поступающий через схему возбуждения 14 на ключевой генератор 15 и далее через схему согласования 16 на выходы 2 и 3 усилителя мощности 3.

В ключевом генераторе 15 сигнал возбуждения усиливается двухтактным усилителем, выделяется на вторичных обмотках трансформатора и поступает на затворы полевых транзисторов. Амплитуда возбуждения на затворах полевых транзисторов составляет 20-25В, что достаточно для насыщения этих транзисторов и работы его в ключевом режиме. Питание ключевого генератора 15 осуществляется амплитудно-модулированным напряжением, формируемым в блоке питания 1.

С выходов 2 и 3 генератора мощности 3 высокочастотный амплитудно-модулированный ток проходит через выходную цепь 6, активный электрод 7 и далее через тело пациента к пассивному электроду 8. Активный электрод 7 имеет малую площадь соприкосновения с телом пациента, благодаря чему в зоне контакта обеспечивается максимальная плотность тока и, как следствие, максимальный тепловой нагрев ткани, обеспечивающий рассечение или коагуляцию мягких тканей пациента.

Значительным достоинством патентуемого электрохирургического аппарата является реализованная возможность автоматической подстройки воздействующего высокочастотного тока.

Система автоподстройки тока работает следующим образом. Перед началом операции врач устанавливает, исходя из операционной методики, требуемый уровень мощности на электродах 7 и 8 аппарата. В ПЗУ 12 аппарата содержится информация, определенная экспериментальным путем, о том, какой ток обеспечивает оптимальный режим коагуляции при выбранном уровне мощности. При включении выходного тока на выходе формирователя управляющего сигнала 4 появляется аналоговый сигнал, пропорциональный величине выходного тока. Этот сигнал поступает в блок управления 2, где происходит его аналого-цифровое преобразование и сравнение с эталонным значением тока для данного уровня мощности. В случае, если измеренное значение не совпадает с эталонным блоком управления 2, выдается команда на блок питания 1 об уменьшении или увеличении напряжения питания генератора мощности 3. После этого весь цикл подстройки повторяется. В процессе автоподстройки не используются какие-либо вычислительные процедуры, связанные с определением сопротивления нагрузки, что значительно повышает быстродействие и надежность работы аппарата. Диапазон регулирования выходного тока жестко задается программой, записанной в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) 12, и определяется экспериментальным путем исходя из анализа соотношений выходной нагрузочной характеристики генератора мощности 3 и реальным диапазоном сопротивлений ткани. Выбор диапазона регулирования выходного тока определяется таким образом, чтобы, с одной стороны, исключить работу системы автоподстройки при сопротивлении нагрузки, стремящейся к нулю или к бесконечности, что повышает устойчивость работы системы, а с другой стороны, обеспечить максимально возможный диапазон нагрузок, в котором будет обеспечиваться автоподстройка тока.

При выключении тока через электроды 7 и 8 с помощью внешних органов управления (на схеме не показаны) происходит выключение задающего генератора 13, выключение блока питания 1, блок управления 2 прекращает формирования сигналов управления, после чего аппарат готов к следующему включению.

Проведенные испытания опытного образца высокочастотного электрохирургического аппарата, выполненного по патентуемой схемотехнике, подтвердили его несомненные преимущества и широкие возможности. Так, аппарат обеспечивает:
- автоматическую подстройку коагулирующего тока, установленного врачом, при любом сопротивлении нагрузки в диапазоне от десятков Ом до десятков кОм;
- высокое быстродействие;
- большую глубину коагуляционного воздействия при минимальной деструкции ткани;
- простоту технической реализации и надежность работы.

Claims (1)

1. Аппарат электрохирургический высокочастотный, содержащий блок питания, выход которого подключен к первому входу генератора мощности, второй вход которого подключен к выходу блока управления, который своей многоразрядной шиной подключен к многоразрядному входу блока питания, первый выход генератора мощности подключен к датчику тока, а второй и третий выходы соответственно к первому и второму входам выходной цепи, первый и второй выходы которой подключены соответственно к активному и пассивному электродам, отличающийся тем, что генератор мощности выполнен в виде задающего генератора, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам схемы возбуждения, третий вход которой является вторым входом генератора мощности, первый и второй выходы схемы возбуждения подключены соответственно к первому и второму входам ключевого генератора, третий вход которого является первым входом генератора мощности, первый и второй выходы ключевого генератора подключены соответственно к первому и второму входам схемы согласования, первый, второй и третий выходы которой являются соответственно первым, вторым и третьим выходами генератора мощности, при этом датчик тока через формирователь управляющего сигнала подключен к входу блока управления.

Images