DE3623340C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Hochfrequenzchirurgie­ gerät zum Trennen und Koagulieren von biologischem Gewebe, wie es aus der US 44 16 276 bekannt ist.

Bei der Hochfrequenzchirurgie wird bekanntermaßen die un­ spezifische Wirkung des elektrischen Stromflusses im mensch­ lichen oder tierischen Körper genutzt, indem durch Anwen­ dung hoher Stromdichten eine örtlich begrenzte Wärmewirkung zur Zerstörung von Zellen führt. Für die Verwendung zum Schneiden und/oder Koagulieren wird eine großflächige in­ aktive Elektrode möglichst nahe am voraussichtlichen Operationsgebiet am Körper gut leitend befestigt. Die aktive Elektrode hat eine Kontaktfläche von wenigen Quadratmillimetern. Durch Kontaktgabe und Einschalten des HF-Generators wird der Stromkreis geschlossen. Infolge der stürmischen Entwicklung der Operationstechnik in Quantität und Qualität sowie aus Gründen der Zunahme des Mechanisierungs- und Automatisierungsgrades in Operationssälen vermehren sich die aus der hochfrequenten elektrischen Energie resultieren­ den Gefährdungen für Patienten und Personal. Ursachen für Patientenschädigungen sind eine Veränderung des Körperkon­ taktes mit der aktiven Elektrode, zufälliger Kontakt des Patienten mit geerdeten Teilen am Operationstisch, Strom­ weg-Nebenschlüsse infolge Lagenveränderung des Patienten und kapazitiv verursachte Stromweg-Nebenschlüsse. Dadurch können endogene und äußere Hautverbrennungen auftreten. Bei einer Anlage zum Schneiden und/oder Koagulieren des menschlichen Gewebes in der Chirurgie wird eine zusätzliche Schaltung zur Überwachung der Spannung und des fließenden Hochfrequenzstromes zwischen leitenden Bestandteilen der endos­ kopischen Vorrichtung zum Schneiden bzw. Koagulieren und dem erdseitigen Anschluß des HF-Generators beschrieben (DE-AS 25 35 341).

Diese Vorrichtung ist so gestaltet, daß zum Schutz des Pa­ tienten und des Arztes die zwischen den leitenden Teilen eines zur Einführung einer aktiven HF-Elektrode bestimm­ ten Endoskops und dem Körper des Patienten oder dem des Arztes fließenden HF-Ströme in unschädlichen Grenzen gehalten werden. Die Vorrichtung bezieht sich ausdrücklich auf die endoskopische HF-Chirurgie. Lediglich die durch kapazitiv bedingte Ströme an den leitfähigen Teilen einer endosko­ pischen Vorrichtung, z. B. an einem Resektoskop-Schaft, ge­ langte HF-Spannung wird über die beschriebene zusätzliche Schaltung gefahrlos zur inaktiven Elektrode abgeleitet. Nachteilig ist, daß durch diese bekannte technische Lö­ sung nur der kapazitiv verursachte Nebenschluß über den Endoskopschaft im Sonderfall der endoskopischen Resektion erkannt und durch Generatorabschaltung während des gefähr­ lichen Stromflusses abgebrochen wird.

In einer anderen Vorrichtung zur Überwachung des Stromrück­ leiters bei einer elektrochirurgischen HF-Vorrichtung (DE-AS 26 02 517) wird eine Vorrichtung zur Überwachung des Stromrückleiters bei einem Elektro-Chirurgie-Gerät beschrie­ ben. Diese Vorrichtung erfaßt den HF-Strom zum inaktiven Pol des HF-Generators, wenn die Verbindung der inaktiven Elektrode zum HF-Generator unterbrochen ist und wenn gleich­ zeitig eine alternative Erdverbindung am Patienten vorhanden ist. In einem solchen Fall erfolgt das Erfassen des fehler­ haften, gefährlichen Stromes, die Alarmierung und Abschal­ tung des HF-Generators. Der Nachteil dieser bekannten Lösung besteht darin, daß eine gefährliche Konstellation nur dann erkannt wird, wenn die Zuleitung zur inaktiven Elektrode unterbrochen ist. Zusätzlich ist für die Funktion der Über­ wachungsschaltung ein gefährlicher Stromfluß, wenn auch nur kurzzeitig, notwendig.

Es ist weiterhin eine Sicherheitsschaltung für ein von einem HF-Generator gespeisten elektrochirurgischen Gerät bekannt, welches auf das Vorhandensein eines gefährlichen Fehlerstromes anspricht (DE-AS 27 40 751).

Der Stromfluß in der Zuleitung zur aktiven Elektrode wird mit dem in der Zuleitung zur inaktiven Elektrode ver­ glichen. Beim Vorhandensein einer Differenz in bestimmter, von der Generatorausgangsleistung abhängiger Größe erfolgt eine Alarmgabe. Allen bekannten technischen Lösungen ist der Nach­ teil eigen, daß das kurzzeitige Fließen des Fehlerstromes in gefährlicher Höhe Voraussetzung für die Funktion ist. In­ folge des Stromes können hohe Stromdichten für den Zeitraum bis zur Abschaltung des HF-Generators durch die bekannten zusätzlichen Schaltungen entstehen. Mit diesen Lösungen kön­ nen nur solche Fehlerströme erkannt werden, die nicht über die Zuleitung der inaktiven Elektrode zum inaktiven Pol des HF-Chirurgie-Gerätes fließen. Gefährliche Strom­ dichteerhöhungen infolge erhöhten Übergangswiderstandes der inaktiven Elektrode zum Patientenkörper infolge kapazi­ tiver Stromübergänge von den Elektrodenzuleitungen zum Pa­ tientenkörper sowie infolge von Strom-Nebenschlüssen im Pa­ tientenkörper durch Berührung der Extremitäten untereinander oder mit dem Körperstamm werden nicht gemeldet, da keine Strom­ differenz zwischen aktivem und inaktivem Stromleiter bei diesen Fehlerfällen entsteht. Es besteht folglich das Be­ dürfnis der Verbesserung der Elektrochirurgiegeräte durch Ge­ währleistung des Patientenschutzes, ohne daß eine Beeinflussung des Körpers durch einen nicht bestimmungsgemäßen Hochfrequenz­ strom eintritt. Dadurch wird die Gefahr von endogenen Hautver­ brennungen beseitigt. Auch an der inaktiven Elektrode wird durch Vermeidung gefährlicher Ströme bzw. Stromdichten die Ge­ fahr von Hautschäden sicher vermieden.

Aus der US-PS 44 16 276 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, mit der vor und während eines elektrochirurgischen Eingriffes die Impedanz einer Körperstrecke ermittelt werden kann. Dazu ist jedoch ein zusätzlicher Hochfrequenzerzeuger und eine zweite inaktive Elektrode notwendig. Das Ergebnis der Messung ist nun aber nicht die Impedanz des Stromkreises, in dem der Hf-Schneid- oder Koagulationsstrom fließt bzw. fließen soll, sondern eine Aussage darüber, ob die beiden inaktiven Elektroden gut oder weniger gut am Patientenkörper anliegen. Mit Hilfe dieser Schal­ tungsanordnung kann z. B. nicht festgestellt werden, ob Neben­ schlüsse zwischen der aktiven Elektrode und auf Massepotential liegenden Teilen bestehen oder ob Extremitäten in Berührung mit dem Körperstamm oder anderen leitfähigen Gerätschaften sind.

Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, die Besei­ tigung der beschriebenen Mängel zu erreichen, indem eine Schal­ tung angegeben wird, die die möglichen Gefährdungen ermittelt bevor ein HF-Strom fließen kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Hochfrequenzelektrochirurgiegerät nach dem Oberbegriff erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Der Unter­ anspruch gibt eine Weiterbildung der Erfindung an.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausführungs­ beispieles und einer Zeichnung näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild,

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild zur Verdeutlichung der Wirkungs­ weise.

In Fig. 1 sind die prinzipiell möglichen Impedanzsituationen schematisch gezeigt. Der für die beabsichtigte elektrische Inzision notwendige und effektive Strom ist in seiner Größen­ ordnung durch eine sichere Applikation der Elektroden mit dem Stromweg: - Hochfrequenzgenerator 1 - Elektrodenzuleitung 2 zur aktiven Elektrode - aktive Elektrode 3 - Übergangs­ impedanz 4 zum Gewebe - Patientenkörper 5 - Übergangsimpedanz 6 der inaktiven Elektrode - inaktive Elektrode 7 - Elek­ trodenzuleitung 8 der inaktiven Elektrode - Hochfrequenz­ generator 1 festgelegt.

Im beschriebenen Stromkreis ist der Angriffpunkt der thermischen Wirkung durch die geometrische Form der aktiven Elektrode 3 an der gewünschten Stelle definiert.

Jede Impedanzabweichung gegenüber einem Normalwertintervall läßt primär auf eine unbestimmte Widerstandskonstellation im HF-Stromkreis, inclusive Patientenkörper 5 schließen. Zwangs­ läufig ergeben sich im entstandenen System ein veränderter oder mehrere parallele Stromkreise mit undefinierten Strom­ übergangsstellen. Nach klinischen Erfahrungen und nach den Beobachtungen repräsentieren diese zufälligen, nicht sicht­ baren Kontaktstellen Strömungslinien-Knotenpunkte mit hoher Stromdichte, deren Folge Stromwärmewirkungen sind.

Zu deren Vermeidung wird in einer Widerstandsmeßschaltung 9 der intermittierend gemessene Betrag der Stromkreisimpedanz als Indikator für das Vorhandensein optimaler Bedingungen zur Durch­ führung der elektrischen Inzision genutzt.

Der Phasenwinkel des komplexen Patientenwiderstandes ist weni­ ge Grad kapazitiv. Er ist für die Impedanzmessung und -steuerung ohne Bedeutung.

Die Merkmale der Erfindung werden mit der Darstellung von bei­ spielhaften Gefahrensituationen verdeutlicht.

Befindet sich der gemessene Inpedanzwert in Operationsposition außerhalb eines einstellbaren Normalwertintervalls, so liegt eine gefährliche Impedanzsituation für den beabsichtigten HF-Stromfluß im menschlichen Körper vor. Dadurch wird dann die Aktivierung der HF-Ausgänge blockiert. Die Widerstands­ meßschaltung 9 nutzt für den Meßvorgang die aktive 4 und inaktive Elektrode 3; 7 als Kontakte zum Patientenkörper 5 als Meßobjekt. Bei Vorhandensein eines Körperimpedanzwertes im Toleranzbereich wird der Meßeingang der Widerstandsmeßschaltung 9 kurzgeschlossen und eine Aktivierung der HF-Leistungsaus­ gänge ermöglicht. Da die Impedanzen der Elektrodenzuleitungen 2 und 8 HF-Leitungen und damit als konstant anzusehen sind, sind Impedanzänderungen vorzugsweise durch den Elektrodenkon­ takt und/oder den Patientenkörper zu erwarten. Eine erhöhte Impedanz 13 als Folge einer Kontaktunsicherheit an der dif­ ferenten Elektrode 3 kann und muß durch Entfernen von eventuell vorhandenen Geweberesten und/oder durch Verstärken des Elektro­ denandruckes auf die normale Übergangsimpedanz 4 gebracht werden.

Ist der obere Grenzwert der Impedanz überschritten, so ist bei ordnungsgemäßer Kontaktgabe an der aktiven Elektrode 3 eine ungünstige Applikation gekennzeichnet durch einen Wider­ stand 11 der inaktiven Elektrode 7 gegeben. Daraus resul­ tiert eine Verschiebung des Arbeitspunktes des HF-Generators 1 nach außerhalb der maximalen Leistungsabgabe. Die Folge eines HF-Stromflusses wäre eine Hyperthermie an der aktiven Elek­ trode 3 und, wegen der Verkleinerung der Stromübergangsfläche zur inaktiven Elektrode 7 durch zu losen Körperkontakt, umschriebene Verbrennungen an letzterer. An der aktiven Elektrode 3, also der Schneideelektrode, käme keine ausreichende Trennwirkung, sondern eine thermische Schädigung von Gewebebe­ zirken zustande. In Unkenntnis der Fehlerursache würde in der­ artigen Situationen die Ausgangsleistung des HF-Generators 1 erhöht werden, wodurch sich der Schnitterfolg möglicherweise einstellen würde. Gleichzeitig würde sich aber die Verbren­ nungsgefahr an der inaktiven Elektrode 7 vergrößern.

In einem anderen Fall, bei einem zu kleinen Impedanzwert liegt die Ursache z. B. in einem durch elektrolytische Flüssigkeiten bedingten Isolationsfehler, dargestellt durch den Widerstand 12 zwischen Patient und geerdetem OP-Tisch, in einer Erdungs­ verbindung 13 einer Patientenüberwachung 14 oder in kapazi­ tiven Impedanzänderungen, dargestellt durch einen Widerstand 15, HF-Leitungen und Patientenkörper. Diese unerwünschten und mit den bekannten technischen Lösungen nicht zu erfassenden Kon­ stellationen würden in allen Fällen zu Verbrennungsgefahren oder zur ungeklärten Dysfunktion führen. In der Widerstands­ meßschaltung 9 wird die aktuelle Impedanzsituation unmittel­ bar vor der Aktivierung des HF-Generators 1 sowie der Grenz­ wertvergleich als zusätzliches Kriterium gebildet. Bei Ne­ gativ-Entscheidung, d. h. Impedanz des Stromkreises liegt außerhalb des Grenzbereiches, verriegelt die Widerstandsmeß­ schaltung 9 den HF-Generatorausgang. In diesem Fall muß eine Überprüfung der Applikation der inaktiven Elektrode 7 und aller anderen in der Fig. 1 schematisch dargestellten Impedanz­ verhältnisse erfolgen.

In der Fig. 2 ist die Widerstandsmeßschaltung 9 der Fig. 1 im Zusammenwirken mit dem HF-Generator 1 und dem Patienten­ körper 5 teils als Blockschaltbild im Prinzip dargestellt. Auf den als bekannt vorausgesetzten Aufbau des Hochfrequenz- Generators 1 wird nur insofern eingegangen, als es zum Ver­ ständnis der Wirkungsweise der Widerstandsmeßschaltung 9 notwendig ist.

Nach dem Einschalten eines Netzschalters am HF-Chirurgie-Gerät 2 wird die Widerstandsmeßschaltung 9 mit einer Gleichspannung und einer hochfrequenten Wechselspannung vom HF-Chirurgiegerät versorgt.

In der Widerstandsmeßschaltung 9 ist eine Wechselstrom-Im­ pedanzmeßbrücke 27 gezeigt, die mit der hochfrequenten Wechselspannung von 6 V Amplitude gespeist wird. Ein Brücken­ zweig wird über ein Schaltelement 18 durch den Widerstand des Patientenkörpers 5 gebildet, wenn die Verbindungen 19 und 20 zum Patientenkörper 5 geschaltet sind. Dieser Zustand ist erfin­ dungsgemäß dann gegeben, wenn sich an den Anschlüssen 21 und 22 eine Gleichspannung von 12 V befindet. Durch Betätigen eines Tastenschalters 23 wird durch ein Schaltelement 24 eine Ver­ bindung 25 unterbrochen, während sich eine Verbindung 26 schließt. Ein Impedanzmeßverstärker 27 erhält einerseits über die Anschlüsse 21 und 22 eine Betriebsspannung und andererseits eine Brücken-Spannung von der Impedanz-Meßbrücke 17. Die Brücken-Meßspannung wird im Impedanzmeßverstärker 27 ver­ stärkt und in einem Zweiweg-Gleichrichter 28 gleichgerichtet. Die gleichgerichtete Meßspannung wird durch eine Impedanz- Anzeige 29 mit farbig differenzierten Grenzwerten zur Anzeige gebracht. Gleichzeitig wirkt diese Spannung auf eine elektro­ nische Selbsthalteschaltung 30 und auf einen elektronischen Schalter 31. Die Funktion der Selbsthalteschaltung 30 besteht darin, daß beim Vorhandensein einer Spannung am Zweiweggleich­ richter 28, vorausgesetzt eine Brückenverstimmung an der Im­ pedanzmeßbrücke 17, das Schaltelement der Selbsthalteschaltung 30 geschlossen ist. Brückenverstimmung ist dann gegeben, wenn die Impedanz des Patientenstromkreises außerhalb eines einstell­ baren Normwertbereiches liegt. Dadurch bleibt die Versorgungs­ spannung am Impedanz-Meßverstärker 27 auch nach Freigabe des Tastenschalters 23 in Stellung "offen" erhalten. Der Zustand bleibt bestehen, bis der Brückenabgleich an der Impedanzmeß­ brücke 17 gegeben ist. Bei Brückenabgleich ist die gleich­ gerichtete Brückenspannung Null Volt. Die elektronische Selbst­ halteschaltung 30 öffnet dann den Stromkreis zum Schaltelement 24, wodurch der Impedanzmeßverstärker 27 über die Verbindung 26 von der Betriebsspannung getrennt wird. Ferner wird der Eingang des Meßverstärkers 27 durch die Verbindung 25 kurzge­ schlossen, so daß energiereiche Hochfrequenzeinkopplungen während der Aktivierung der Leistungsendstufen vom HF-Chirur­ giegerät 16 nicht zu Schäden im Instrumentationsverstärker des Impedanzverstärkers 27 führen können. Gleichzeitig mit der elektronischen Selbsthalteschaltung 30 erhält auch der elek­ tronische Schalter 30 bei Brückenabgleich eine Eingangsspannung von Null Volt, was sein Öffnen bewirkt. Das Schaltelement 23 erhält keine Spannung von den Anschlüssen 21 und 22. Die Ver­ bindungen 32, 33 und 34 werden geschlossen. Die aktive und inaktive Elektrode 3; 7 werden mit einem HF-Leistungsaus­ gang 35 und 36 des Elektro-Chirurgiegerätes 16 zusammengeschal­ tet. Über die Verbindung 34, einem Anschluß 37 und über eine Fingerschalter-Steuerung 38 wird die Leistungsendstufe des HF-Chirurgiegerätes 16 aktiviert. Es erfolgt die bestimmungs­ gemäße Applikation der hochfrequenten elektrischen Energie ent­ sprechend der regelrechten Impedanzverhältnisse im Stromkreis über den Patienten. Bei einer Brückenverstimmung stellt sich kein Brückenabgleich an der Impedanz-Meßbrücke 17 nach Anlegen der Patientenimpedanz ein, so bleibt die Brücken-Meßspannung ungleich Null. Die Impedanz des Patientenstromkreises ist größer oder kleiner als ein einstellbarer Normwertbereich. Die elektronische Selbsthalteschaltung 30 erhält vom Zweiweggleichrichter 28 die gleichgerichtete Meßspannung und hält den Stromkreis zum Schalt­ element 24 geschlossen, wodurch der Impedanzmeßverstärker 27 über die Verbindung 26 an der Betriebsspannung bleibt. Die Ver­ bindung 25 bleibt geöffnet, so daß die Brückenmeßspannung am Impedanzmeßverstärker 27 zur Verfügung steht. Über den Zwei­ weggleichrichter 28 erhält auch der elektronische Schalter 31 die gleichgerichtete Meßspannung und hält den Stromkreis für den Tastenschalter 23 geschlossen. Die Verbindungen 19 und 20 vom Patientenstromkreis zur Impedanz-Meßbrücke 17 bleiben bestehen. Eine Aktivierung der Leistungsendstufe des Hochfre­ quenz-Chirurgiegerätes 16 erfolgt nicht, da die Verbindung 34 zur Fingerschalter-Steuerung 38 geöffnet bleibt. Die Impedanz- Anzeige 29 erhält vom Zweiweggleichrichter 28 die gleichge­ richtete Meßspannung. Die Impedanzabweichung vom Normalwert- Bereich wird angezeigt. Die Grenzwert-Überschreitung wird als zusätzliche Information auf den elektronischen Schalter 31 gegeben und verhindert ein Öffnen des Stromkreises des Tasten­ schalters 23. Ferner wirkt die Grenzwert-Überschreitung über den Anschluß 39 auf eine akustische Signaleinrichtung im HF-Chirurgiegerät 16 und setzt diese in Funktion. Die im HF- Chirurgiegerät 16 für die Alarmgabe bei Unterbrechung der Zuleitung zur inaktiven Elektrode vorhandene akustische Signaleinrichtung erhält eine zweite Funktion, die verzögerte Alarmgabe bei Grenzwertüberschreitung der Stromkreisimpedanz.

Claims (2)

1. Hochfrequenzchirurgiegerät zum Trennen und Koagulieren von biologischem Gewebe, mit einer aktiven (3) und einer in­ aktiven Elektrode (7) sowie einer Impedanzmeßeinrichtung für den Patientenkörper (5), welche in Abhängigkeit von ein­ stellbaren Impedanzgrenzwerten die Einschaltung der Hf-Aus­ gangsleistung ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß als Impedanzmeßeinrichtung eine Hf-Wechselstromimpedanzmeßbrücke (17) Anwendung findet, die zwischen die aktive und inaktive Elek­ trode (3, 7) geschaltet ist, und die Impedanzmessung der zum Hf-Stromdurchfluß vorgesehenen Körperpartie vor dem Zuschal­ ten der Hf-Ausgangsleistung erfolgt, derart, daß die Körper­ partie (5) als ein Zweig in die Wechselstromimpedanzmeßbrüc­ ke (17) eingeschaltet ist, die ihrerseits von dem Hf-Strom des Oszillators, der die Leistungsendstufe des Hf-Chirurgiege­ rätes (16) steuert, gespeist wird und in Abhängigkeit von der Größe der impedanzproportionalen Ausgangsspannung an der Wech­ selstromimpedanzmeßbrücke (17) elektronische Schalter (30; 31) betätigt werden, deren Schaltzustände die Aktivierung des Aus­ gangs des Hf-Chirurgiegerätes ermöglichen.

2. Hochfrequenzchirurgiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wechselstromimpedanzmeßbrücke (17) ein Impe­ danzmeßverstärker (27) nachgeschaltet ist, der die impedanz­ proportionale Hochfrequenzspannung verstärkt und über einen Zweiweggleichrichter (28) einer Impedanzanzeige (29) und einer Meßwertvergleichsschaltung zuführt, die den Spannungswert mißt und in Impedanzeinheiten anzeigt, bzw. bei Überschreitung ei­ nes einstellbaren Spannungsgrenzwertes eine optische und/oder aku­ stische Alarmgabe auslöst.