WO2024083961A1 - Elektrochirurgische vorrichtung, system und verfahren zur steuerung einer elektrochirurgischen vorrichtung - Google Patents

Elektrochirurgische vorrichtung, system und verfahren zur steuerung einer elektrochirurgischen vorrichtung Download PDF

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WO2024083961A1
WO2024083961A1 PCT/EP2023/079093 EP2023079093W WO2024083961A1 WO 2024083961 A1 WO2024083961 A1 WO 2024083961A1 EP 2023079093 W EP2023079093 W EP 2023079093W WO 2024083961 A1 WO2024083961 A1 WO 2024083961A1
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output stages
voltage
output
electrosurgical device
shaped
Prior art date
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PCT/EP2023/079093
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French (fr)
Inventor
Jérôme Pierre
Thomas Hinding
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Karl Storz Se & Co. Kg
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    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/04—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating
    • A61B18/12—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by passing a current through the tissue to be heated, e.g. high-frequency current
    • A61B18/1206—Generators therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00636—Sensing and controlling the application of energy
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    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61B18/12—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by passing a current through the tissue to be heated, e.g. high-frequency current
    • A61B18/1206—Generators therefor
    • A61B2018/1286—Generators therefor having a specific transformer

Definitions

  • Electrosurgical device system and method for controlling an electrosurgical device
  • the invention relates to an electrosurgical device for high frequency generation.
  • the invention also relates to a system comprising an electrosurgical device and an electrosurgical instrument.
  • the invention also relates to a method for controlling an electrosurgical device.
  • high-frequency surgery or electrosurgery
  • high-frequency alternating current is passed through the human body in order to specifically damage or cut tissue through the heat it causes.
  • tissue sealing involves heating tissue using high-frequency current. As a result of the heating, the tissue is sealed. This makes it possible to immediately stop any bleeding in the tissue.
  • a current used for heating should have a certain frequency to prevent nerve irritation. In other words, the nerves should not be stimulated. Typically, corresponding frequencies are in the kHz range.
  • a transformer can be used to achieve the required voltage. The transformer is typically operated using a half or full bridge on a primary side with a frequency of at least 150 kHz.
  • a voltage can be applied on a secondary side that can be used, for example, to coagulate or cut tissue. The tissue to be treated must not be heated too much or for too long, as this could lead to carbonization or the formation of scabs, which could trigger further uncontrollable bleeding. However, precise or reliable regulation of the voltage is difficult.
  • the frequency as described above is generated using a half or full bridge. Due to the high power, the components used can only be operated digitally, so that they can only be switched on or off. A transformer can ideally be operated with a sine wave. "Hard" switching of the transistors used can cause many harmonics, i.e. interference that can be critical in an EMC test and can also make precise measurements of current-voltage phase shifts considerably more difficult and inaccurate.
  • a high-frequency surgical generator is known from WO 2010/025807 A1.
  • the object of the present invention is to overcome the disadvantages of the prior art.
  • the invention should be able to generate a clean signal that has only low power losses in the electronics, that generates no or few harmonics and that can be controlled quickly, safely, precisely and reliably.
  • an electrosurgical device for generating high frequencies with a frequency of at least 150 kHz for coagulation and/or cutting of tissue, comprising
  • the high-frequency signal generator having a plurality of output stages
  • each output stage comprises an electronic switch, wherein each of the electronic switches is designed to be switched depending on at least one target parameter, wherein the high-frequency signal generator is designed to generate a step-shaped voltage curve from pulse-width-modulated square-wave voltages from the totality of the voltage curves generated by the electronic switches by means of pulse duration modulation, wherein the step-shaped voltage curve follows a sinusoidal reference signal, and
  • control unit which is designed to regulate an output voltage for controlling the output stages as a function of the pulse-width modulated square wave voltages.
  • a high frequency can be generated. This makes it possible to generate a sine wave with a frequency of at least 150 kHz, preferably at least 200 kHz, preferably at least 300 kHz.
  • the electronic switch is selected from the group comprising an electrical switch, an electrical circuit, a transistor or a MOS-FET.
  • the electrosurgical device can generate a clean signal that has only minimal power losses in the electronics, generates few or no harmonics and can be controlled quickly, safely and reliably.
  • a primary circuit can be understood as a device side of the device.
  • a secondary circuit can be understood as the side facing away from the primary circuit to which an instrument can be connected.
  • An instrument e.g. coagulation forceps, can be arranged or connected in the secondary circuit.
  • Galvanic separation also known as galvanic decoupling or potential separation
  • galvanic separation can be understood as the avoidance of electrical conduction between two circuits between which power or signals are to be exchanged. With galvanic separation, the electrical potentials are separated from one another and the circuits are then potential-free from one another. This separation must not be eliminated at another point, for example via earthing.
  • the electrical conduction is preferably separated by electrically non-conductive coupling elements.
  • a target parameter can be understood as an “and” connection. Preferably, two conditions must be met to enable switching.
  • Switching can be understood as switching through or energizing.
  • the control unit can be a central control circuit, a control device or a control unit.
  • the control unit can also be a control unit, a control circuit or a control device. “At least” can be understood to mean “at least”.
  • Each output stage can comprise an IC circuit, preferably an IC control circuit.
  • An IC circuit can be understood as an integrated circuit or an integrated circuit.
  • An IC can be connected upstream of each electronic switch.
  • the control unit is preferably set up to control the IC switch(es).
  • the output stages can be operated, activated or switched using the control unit.
  • the IC circuit(s) can be included in the control unit.
  • a sinusoidal reference signal also called an input signal
  • the control unit is set up to detect the step-shaped voltage curve.
  • the step-shaped voltage curve preferably corresponds to an approximately sinusoidal voltage curve.
  • the step-shaped voltage curve follows an approximately sinusoidal voltage curve. The more individual voltage curves that result in the step-shaped curve are generated, the more consistently a sinusoidal voltage curve can be generated.
  • a sinusoidal voltage curve can be generated that preferably has no, small or only a few jumps in its curve.
  • An approximately sinusoidal voltage curve can be understood as a quasi, almost or nearly sinusoidal voltage curve, a voltage curve based on the sinusoidal shape or a fundamentally sinusoidal voltage curve.
  • the target parameter is defined such that switching occurs when a voltage from one of the voltage curves generated by the electronic switch corresponds to the sinusoidal reference signal. This makes it possible to generate a large number of pulse width modulation output signals in a simple manner.
  • each output stage has a bridge circuit or H-circuit connected upstream of the electronic switch.
  • the bridge circuit can be designed as a half or full bridge.
  • the half bridge can have two variable resistors and the full bridge can have four variable resistors.
  • control unit for generating the step-shaped voltage curve from the sinusoidal reference signal comprises at least one processor.
  • a processor is a programmable computing unit or an electronic circuit that controls other machines or electrical circuits according to transmitted commands.
  • Processors can be designed as integrated circuits in the form of microprocessors and microcontrollers in embedded systems. CPLDs (complex programmable logic components), ASICs (application-specific integrated circuits) or FPGAs (field programmable gate arrays) can be used as integrated circuits.
  • the high-frequency signal generator is arranged
  • the high-frequency signal generator is designed to smooth the step-shaped voltage curve by means of a low-pass filter in order to generate a sinusoidal voltage curve.
  • the control unit can be set up to control the low-pass filter.
  • a low-pass filter preferably consisting of a coil and a capacitor (LC element) is connected downstream of each electronic switch.
  • the high-frequency signal generator is designed to smooth the step-shaped signal curve by means of the low-pass filter with the LC element, whereby the quality of the sine wave is further increased.
  • the plurality of output stages is at least 3 to 20, preferably 3 to 10, particularly preferably 3, 4, 6, 8 or 10.
  • Tests have shown that sufficiently good sinusoidal curves were obtained with just 3 output stages. Tests have shown that the sinusoidal curves improved with 4, 6, 8 or 10 output stages. Tests have also shown that designs with more than 20 output stages did not show any noticeable improvement in the shape of the sinusoidal curves in terms of smoothness. Basically, an optimization is carried out, whereby unevenness, disturbing waves, preferably disturbing harmonics, or jumps in the sinusoidal curve can be reduced. This can also be referred to as a sinusoidal approximation or a quasi-sinusoidal.
  • the galvanic isolation is designed to smooth the signal curve output by the output stages.
  • the transformer is designed to smooth the signal curve output by the output stages.
  • the signal can be smoothed using the transformer in order to eliminate possible irregularities, jumps or outliers.
  • a bandpass filter can be used for smoothing, for example.
  • the output stages are designed to be switched in series. Switching can be understood as switching through or supplying current.
  • the output stages are connected in parallel and/or in series.
  • at least a first set of output stages with a plurality of first output stages and a second set of output stages with a plurality of second output stages are arranged parallel to one another in the primary circuit.
  • the first set of output stages comprises at least two first output stages and the second set of output stages comprises at least two second output stages.
  • tests have shown that with an increase in the number of output stages between 4 and 10, the quality of the sinusoidal waveforms could be improved. Tests have also shown that with more than 20 output stages, there was no noticeable improvement in the shape of the sinusoidal waveforms in terms of smoothness.
  • Power can be supplied as follows:
  • the object of the invention is further achieved by a system comprising an electrosurgical device as described above and an electrosurgical instrument, wherein the electrosurgical instrument is designed for cutting and/or coagulating tissue.
  • the electrosurgical instrument is a coagulation forceps.
  • the coagulation forceps can be connected to the secondary circuit.
  • the system makes it possible to achieve rapid and reliable tissue sealing during minimally invasive endoscopy.
  • a high frequency can be generated in the secondary circuit. This makes it possible to generate a sine wave with a frequency of at least 150 kHz, preferably at least 200 kHz, preferably at least 300 kHz.
  • the object of the invention is further achieved by a method for controlling an electrosurgical device for high frequency generation with a frequency of at least 150 kHz, wherein a primary circuit of the device has a high frequency signal generator with a plurality of output stages, wherein each output stage comprises an electronic switch, and wherein the primary circuit is galvanically isolated from a secondary circuit by means of a transformer, comprising the following steps:
  • the electronic switch is selected from the group comprising an electrical switch, an electrical circuit, a transistor or a MOS-FET.
  • the method comprises the following step
  • step-shaped voltage curve by means of the control unit, whereby the step-shaped voltage curve corresponds to an approximately sinusoidal voltage curve.
  • the method comprises the following step
  • the method comprises the following steps
  • the method comprises the following step
  • sawtooth-shaped signal waveforms depending on the number of output stages, with preferably at least 3 to 20 sawtooth-shaped signal waveforms, preferably 3 to 10 sawtooth-shaped signal waveforms, and particularly preferably 3, 4, 6, 8 or 10 sawtooth-shaped signal waveforms.
  • the method comprises the following step
  • each electronic switch is followed by a low-pass filter, preferably consisting of a coil and a capacitor (LC element).
  • a low-pass filter preferably consisting of a coil and a capacitor (LC element).
  • the method comprises the following step
  • the method comprises the following steps
  • Energizing can be understood as switching.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an electrosurgical device
  • Fig. 2 is a schematic representation of a primary circuit from Fig. 1,
  • Fig. 3 a pulse width modulation diagram
  • Fig. 4 is another pulse width modulation diagram based on Fig. 2,
  • Fig. 5 is a schematic representation of an alternative primary circuit from Fig. 1 ,
  • Fig. 6 is a schematic representation of another alternative primary circuit from Fig. 1,
  • Fig. 7 is a schematic representation of yet another alternative primary circuit from Fig. 1 .
  • Fig. 8 is a circuit diagram based on the arrangement of the output stages according to Fig. 7, and
  • Fig. 9 is a voltage diagram based on Fig. 8.
  • Fig. 1 shows an electrosurgical device 1.
  • the electrosurgical device 1 is used to generate high frequencies for coagulation and/or cutting tissue.
  • the frequency that can be achieved with the electrosurgical device 1 is at least 150 Hz, preferably at least 200 kHz or preferably at least 300 kHz.
  • the electrosurgical device 1 comprises a primary circuit 2 with a high-frequency signal generator 3, a secondary circuit 15 and a transformer 12.
  • the primary circuit 2 is galvanically isolated from the secondary circuit 15 by means of the transformer 12.
  • the secondary circuit 15 has a first ohmic resistor 20 and a second capacitive resistor 21.
  • the resistors 20, 21 can be understood as tissue resistance.
  • An instrument for example a coagulation forceps, can be arranged or connected in the secondary circuit 15 (not shown).
  • Fig. 2 shows a schematic representation of the primary circuit 2 in detail from Fig. 1.
  • the high-frequency signal generator 3 which is arranged in the primary circuit 2, comprises three output stages 5.
  • Each of the three output stages 5 comprises an electronic switch 7, which is preferably designed as a MOS-FET, and an integrated circuit 6.
  • the integrated circuits 6 are connected upstream of the electronic switches 7.
  • the electronic switches 7 are controlled or activated by the integrated circuits 6.
  • the electronic switches 7 are designed to be switched depending on at least one target parameter.
  • a low-pass filter consisting of a coil and a capacitor (LC element 8) is connected downstream of each electronic switch 7.
  • the high-frequency signal generator 3 comprises a control unit 4.
  • the control unit 4 can be understood as a central control circuit.
  • the control unit 4 is preferably designed to control or activate the integrated circuits 6.
  • Fig. 3 shows a pulse width modulation diagram.
  • a voltage curve a generated by an electronic switch 7 is designed as a sawtooth profile or it is sawtooth-shaped.
  • the sawtooth profile can be understood as a counter that counts from 0 to a predetermined value, where it is then reset to 0.
  • the increase in the voltage curve is linear, the decrease in the voltage curve is abrupt. After running through a cycle from increase to decrease, the cycle can then begin again.
  • a sinusoidal reference signal S (also input signal) can be determined or calculated in a processor of the control unit 4 and/or by means of a corresponding program. Alternatively, it is also possible to determine the sinusoidal reference signal S analogously. A logical "and" connection is then added. The sinusoidal reference signal S is linked to the sawtooth profile in order to generate a logical 1 from a certain counter reading. This generates a pulse duration modulation output signal in the form of a pulse width modulated square wave voltage A. However, a single pulse width modulated square wave voltage is not sufficient to generate a sinusoidal voltage curve or an approximately sinusoidal curve sufficiently well.
  • the high-frequency signal generator 3 is set up to generate a step-shaped voltage curve D from the pulse-width modulated square-wave voltages A, B, C from the totality of the voltage curves a, b, c generated by the three electronic switches 7 by means of pulse duration modulation.
  • the three electronic switches 7 are switched through one after the other, i.e. one after the other.
  • the step-shaped voltage curve D follows the sinusoidal reference signal S.
  • the control unit 4 comprises at least one processor.
  • the high frequency signal generator 3 is set up, - to generate the three sawtooth voltage curves a, b, c according to the three electronic switches 7,
  • step-shaped voltage curve D from the pulse width modulated square wave voltages A, B, C based on the pulse duration modulation output signals.
  • the control unit 4 is designed to regulate an output voltage for controlling the three output stages 5 depending on the pulse-width modulated square wave voltages A, B, C. Furthermore, the control unit 4 is designed to detect the step-shaped voltage curve D, which corresponds to or follows an approximately sinusoidal voltage curve.
  • the above-mentioned target parameter is defined in such a way that switching occurs when a voltage generated by one of the voltage curves a, b, c generated by the electronic switches 7 corresponds to the sinusoidal reference signal S.
  • Each of the output stages 5 can have a half or full bridge connected upstream of the electronic switch 7.
  • the transformer 12 can be set up to be operated by means of the half or full bridge in the primary circuit 2.
  • the high-frequency signal generator 3 is designed to smooth the step-shaped voltage curve D using a low-pass filter (LC element 8) in order to generate a sinusoidal voltage curve.
  • the quality of the sinusoidal curve can be increased or improved using the low-pass filter.
  • the galvanic isolation is designed to further smooth the signal curve output by the output stages 5.
  • the transformer is designed to further smooth the signal curve output by the output stages 5. This makes it possible to further smooth the voltage curve.
  • the quality of the sinusoidal curve can be further increased or improved by means of the galvanic isolation or the transformer.
  • Fig. 5 shows an alternative schematic representation of the primary circuit 2 in detail from Fig. 1.
  • a total of four output stages 5, 10 are provided.
  • a first set of output stages with two first output stages 5 and a second set of output stages with two second output stages 10 are arranged parallel to one another in the primary circuit 2.
  • the four electronic switches 7, which are preferably designed as MOS-FETs, are switched through one after the other.
  • Fig. 6 shows another alternative schematic representation of the primary circuit 2 in detail from Fig. 1.
  • a total of six output stages 5, 10 are provided instead of the three output stages 5.
  • a first set of output stages with three first output stages 5 and a second set of output stages with three second output stages 10 are arranged parallel to one another in the primary circuit 2.
  • the six electronic switches 7, which are preferably designed as MOS-FETs, are switched through one after the other.
  • Fig. 7 shows a further alternative schematic representation of the primary circuit 2 in detail from Fig. 1.
  • a total of ten output stages 5, 10 are provided instead of the three output stages 5.
  • a first set of output stages with five first output stages 5 and a second set of output stages with five second output stages 10 are arranged parallel to one another in the primary circuit 2.
  • Fig. 8 is a switching diagram over time based on the arrangement of the output stages 5, 10 according to Fig. 7.
  • the first set of output stages with the five first output stages 5 is divided in the diagram into the five first output stages A1 to A5.
  • the second set of output stages with the five second output stages 10 is divided in the diagram into the five second output stages B1 to B5.
  • Switching or energization takes place in sequence according to the number sequence 1 to 10, as follows: A1, B1, A2, B2, A3, B3, A4, B4, A5 and B5. Once this cycle has been completed, it starts again from the beginning.
  • the high-frequency signal generator 3 from Fig. 7 is set up in accordance with the high-frequency signal generator 3 shown in Fig. 2 to generate a step-shaped voltage curve (not shown) from the pulse-width modulated square-wave voltages A1, B1 to A5, B5 by means of pulse duration modulation from the totality of the voltage curves generated by the ten electronic switches 7 (not shown).
  • the step-shaped voltage curve follows a sinusoidal reference signal S (not shown).
  • the control unit 4 is designed to detect the step-shaped voltage curve D, which corresponds to or follows an approximately sinusoidal voltage curve.
  • the control unit 4 comprises at least one processor, wherein the control unit 4, as described above, is set up to regulate an output voltage for controlling the output stages 5 as a function of the pulse-width modulated square-wave voltages A1, B1, to A5, B5.
  • the high-frequency signal generator 3 is designed to smooth the step-shaped voltage curve by means of a low-pass filter in order to generate a sinusoidal voltage curve.
  • the voltage diagram over time shown in Fig. 9 is based on the switching diagram over time according to Fig. 8.
  • the one sinusoidal curve SS (secondary voltage: 200V /div) is much smoother than the other sinusoidal curve PS (primary voltage: 5V /div), i.e. more constant with few or preferably small jumps in the course.
  • the invention can be used to generate a clean sinusoidal signal that has only minimal power losses in the electronics, generates no or only a few harmonics and can be controlled quickly, safely, precisely and reliably.
  • the invention relates to an electrosurgical device 1 for high frequency generation, comprising a high frequency signal generator 3 which has a plurality of output stages 5, each output stage 5 comprising an electronic switch 7, each of the electronic switches 7 being designed to be switched depending on at least one target parameter, the high frequency signal generator 3 being designed to generate a step-shaped voltage curve from pulse width modulated square wave voltages from the totality of the voltage curves generated by the electronic switches 7 by means of pulse duration modulation, which follows a sinusoidal reference signal, and a control unit 4 which is designed to regulate an output voltage for controlling the output stages 5 depending on the pulse width modulated square wave voltages.
  • the drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. It is understood that the features mentioned above can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrochirurgische Vorrichtung (1) zur Hochfrequenzerzeugung, umfassend einen Hochfrequenz-Signalerzeuger (3), der eine Mehrzahl von Ausgangsendstufen (5) aufweist, wobei jede Ausgangsendstufe (5) einen elektronischen Schalter (7) umfasst, wobei jeder der elektronischen Schalter (7) eingerichtet ist, in Abhängigkeit von zumindest einem Sollparameter geschalten zu werden, wobei der Hochfrequenz-Signalerzeuger (3) eingerichtet ist, mittels Pulsdauermodulation aus der Gesamtheit der von den elektronischen Schaltern (7) erzeugten Spannungsverläufen einen stufenförmigen Spannungsverlauf aus pulsweitenmodulierten Rechteckspannungen zu erzeugen, der einem Sinusreferenzsignal folgt, und eine Steuereinheit (4), die eingerichtet ist, in Abhängigkeit von den pulsweitenmodulierten Rechteckspannungen eine Ausgangsspannung zur Ansteuerung der Ausgangsendstufen (5) zu regeln.

Description

Elektrochirurgische Vorrichtung, System und Verfahren zur Steuerung einer elektrochirurgischen Vorrichtung
Die Erfindung betrifft eine elektrochirurgische Vorrichtung zur Hochfrequenzerzeugung. Ferner betrifft die Erfindung ein System umfassend eine elektrochirurgische Vorrichtung und ein elektrochirurgisches Instrument. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer elektrochirurgischen Vorrichtung.
Bei der Hochfrequenz-Chirurgie (HF-Chirurgie) oder Elektrochirurgie wird hochfrequenter Wechselstrom durch den menschlichen Körper geleitet, um Gewebe durch die damit verursachte Erwärmung gezielt zu schädigen bzw. zu schneiden.
Bei einer minimal invasiven Endoskopie werden elektrochirurgische Instrumente zur Koagulation oder zum Schneiden verwendet. Dabei ist eine schnelle und zuverlässige Gewebeversiegelung erforderlich. Bereits eine geringe Menge an Blut ist ausreichend, die Sicht eines Chirurgen zu behindern und einen Eingriff an einem Patienten zu erschweren oder gar unmöglich zu machen. Grundsätzlich wird bei einer Gewebeversieglung mittels hochfrequentem Strom Gewebe erhitzt. Infolge der Erhitzung wird das Gewebe versiegelt. Hierdurch ist es möglich eventuell auftretende Blutungen des Gewebes unmittelbar zu stoppen.
Ein bei der Erhitzung verwendeter Strom, sollte eine bestimmte Frequenz aufweisen, um eine Reizung von Nerven zu verhindern. Mit anderen Worten sollen die Nerven nicht stimuliert werden. Typischerweise liegen entsprechende Frequenzen im kHz-Bereich. Um eine benötigte Spannung zu erzielen, kann ein Übertrager eingesetzt werden. Der Übertrager wird typischerweise mittels einer Halb- oder Vollbrücke auf einer Primärseite mit einer Frequenz von mindestens 150 kHz betrieben. Auf einer Sekundärseite kann eine Spannung anliegen, die beispielsweise zum Koagulieren oder Schneiden von Gewebe verwendet werden kann. Dabei darf das zu behandelnde Gewebe nicht zu stark und zu lange erhitzt werden, da es sonst zu einer Karbonisierung oder zur Brandschorfbildung kommen könnte, die eine weitere unkontrollierbare Blutung auslösen könnte. Eine genaue oder zuverlässige Regelung der Spannung ist jedoch schwierig.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten bi-polaren Systemen ist es erforderlich, dass zusätzlich noch eine Funkerkennung vorhanden sein muss.
Die Frequenz wie oben beschrieben, wird mittels Halb- oder Vollbrücke erzeugt. Die verwendeten Komponenten können aufgrund der hohen Leistung aber nur digital betrieben werden, so dass nur ein Ein- oder Ausschalten erfolgen kann. Ein Übertrager kann idealerweise mit einem Sinus betrieben werden. Ein „hartes“ Durchschalten der verwendeten Transistoren kann viele Oberwellen hervorrufen, also Störungen, die einerseits bei einer EM V- Prüfung kritisch werden können und andererseits aber auch exakte Messungen von Strom-Spannungs- Phasenverschiebungen erherblich erschweren und ungenau machen können.
Bei geringeren Frequenzen kann ein Deltamodulations-Verfahren zum Einsatz kommen. Dieses scheidet bei höheren Frequenzen aber aus, da die Transistoren nicht schnell genug schalten können.
Beispielsweise ist aus der WO 2010/025807 A1 ein Hochfrequenz-Chirurgengenerator bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden. Vorzugsweise soll mittels der Erfindung ein sauberes Signal erzeugt werden können, das in der Elektronik nur geringe Leistungsverluste aufweist, das keine oder wenige Oberwellen erzeugt und sich schnell, sicher, präzise und zuverlässig regeln lässt.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine elektrochirurgische Vorrichtung zur Hochfrequenzerzeugung mit einer Frequenz von wenigstens 150 kHz zur Koagulation und/oder zum Schneiden von Gewebe, umfassend
- einen Primärschaltkreis mit einem Hochfrequenz-Signalerzeuger, wobei der Hochfrequenz- Signalerzeuger eine Mehrzahl von Ausgangsendstufen aufweist,
- einen Sekundärschaltkreis und - einen Übertrager, wobei der Primärschaltkreis von dem Sekundärschaltkreis mittels des Übertragers galvanisch getrennt ist, wobei jede Ausgangsendstufe einen elektronischen Schalter umfasst, wobei jeder der elektronischen Schalter eingerichtet ist, in Abhängigkeit von zumindest einem Sollparameter geschalten zu werden, wobei der Hochfrequenz-Signalerzeuger eingerichtet ist, mittels Pulsdauermodulation aus der Gesamtheit der von den elektronischen Schaltern erzeugten Spannungsverläufen einen stufenförmigen Spannungsverlauf aus pulsweitenmodulierten Rechteckspannungen zu erzeugen, wobei der stufenförmige Spannungsverlauf einem Sinusreferenzsignal folgt, und
- eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, in Abhängigkeit von den pulsweitenmodulierten Rechteckspannungen eine Ausgangsspannung zur Ansteuerung der Ausgangsendstufen zu regeln.
Infolge der Verwendung mehrerer elektronischer Schalter, die nacheinander durchgeschaltet werden können, kann eine hohe Frequenz erzeugt werden. Hierdurch ist es möglich, einen Sinus mit einer Frequenz von mindestens 150 kHz, vorzugsweise mindestens 200 kHz, bevorzugt mindestens 300 kHz, zu erzeugen.
Vorzugsweise ist der elektronische Schalter ausgewählt aus der Gruppe umfassend, einen elektrischen Schalter, eine elektrische Schaltung, einen Transistor oder einen MOS-FET.
Mittels der elektrochirurgischen Vorrichtung kann ein sauberes Signal erzeugt werden, das in der Elektronik nur geringe Leistungsverluste aufweist, das keine oder wenige Oberwellen erzeugt und sich schnell, sicher und zuverlässig regeln lässt.
Unter einem Primärschaltkreis kann eine Geräteseite der Vorrichtung verstanden werden. Unter einem Sekundärschaltkreis kann die dem Primärschaltkreis abgewandte Seite verstanden werden, an die ein Instrument angeschlossen werden kann. Im Sekundärschaltkreis kann ein Instrument, bspw. eine Koagulationszange angeordnet bzw. angeschlossen sein.
Unter einer galvanischen Trennung (auch galvanische Entkopplung oder Potentialtrennung) kann das Vermeiden der elektrischen Leitung zwischen zwei Stromkreisen, zwischen denen Leistung oder Signale ausgetauscht werden sollen, verstanden werden. Bei galvanischer Trennung sind die elektrischen Potentiale voneinander getrennt und die Stromkreise sind dann untereinander potentialfrei. Diese Trennung darf nicht an anderer Stelle, beispielsweise über Erdungen, aufgehoben sein. Die elektrische Leitung wird dabei bevorzugt durch elektrisch nicht leitfähige Kopplungsglieder aufgetrennt. Unter einem Sollparameter kann eine „und“-Verknüpfung verstanden werden. Vorzugsweise müssen zwei Bedingung erfüllt sein, um ein Schalten zu ermöglichen.
Unter einem Schalten kann ein Durchschalten oder Bestromen verstanden werden.
Die Steuereinheit kann eine zentrale Steuerschaltung, eine Steuereinrichtung oder ein Steuergerät sein. Die Steuereinheit kann auch eine Regeleinheit, eine Regelschaltung oder eine Regeleinrichtung sein. Unter „wenigstens“ kann „mindestens“ verstanden werden.
Weitere Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Jede Ausgangsendstufe kann eine IC-Schaltung, vorzugsweise eine IC-Steuerschaltung, umfassen. Unter einer IC-Schaltung kann ein integrierter Schaltkreis oder eine integrierte Schaltung verstanden werden.
Jedem elektronischen Schalter kann ein IC vorgeschaltet sein. Bevorzugt ist die Steuereinheit eingerichtet, den oder die IC-Schalter anzusteuern. Mit anderen Worten lassen sich die Ausgangsendstufen mittels der Steuereinheit betätigen, aktivieren oder schalten. Alternativ ist es möglich für einen Satz Ausgangsendstufen lediglich eine IC-Schaltung zu verwenden. Die IC-Schaltung bzw. IC-Schaltungen können von der Steuereinheit umfasst sein.
Ein Sinusreferenzsignal, auch Eingabesignal genannt, kann mittels der Steuereinheit und/oder mittels eines entsprechenden Programms bestimmt oder errechnet werden. Alternativ zu einer digitalen Bestimmung ist es auch möglich, das Sinusreferenzsignal analog zu bestimmen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit eingerichtet, den stufenförmigen Spannungsverlauf zu erfassen. Vorzugsweise entspricht der stufenförmige Spannungsverlauf einem annähernd sinusförmigen Spannungsverlauf. Mit anderen Worten folgt der stufenförmige Spannungsverlauf einem annähernd sinusförmigen Spannungsverlauf. Je mehr einzelne Spannungsverläufe, die den stufenförmigen Verlauf ergeben, erzeugt werden, desto stetiger kann ein sinusförmiger Spannungsverlauf erzeugt werden. Mit anderen Worten kann ein sinusförmiger Spannungsverlauf erzeugt werden, der vorzugsweise keine, kleine oder nur wenige Sprünge in seinem Verlauf aufweist.
Unter einem annähernd sinusförmigen Spannungsverlauf kann ein quasi, beinahe oder nahezu sinusförmiger Spannungsverlauf, ein sich an der Sinusform orientierender Spannungsverlauf oder ein sinusförmiger Spannungsverlauf dem Grunde nach, verstanden werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Sollparameter so definiert, dass, wenn eine Spannung von einem der elektronischen schaltererzeugten Spannungsverläufe dem Sinusreferenzsignal entspricht, geschaltet wird. Hierdurch ist es möglich, eine Vielzahl an Pulsdauermodulationsausgangssignalen auf einfache Weise zu erzeugen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist jede Ausgangsendstufe eine dem elektronischen Schalter vorgeschaltete Brückenschaltung oder H-Schaltung auf. Die Brückenschaltung kann als Halb- oder Vollbrücke ausgebildet sein. Die Halbbrücke kann zwei variable Widerstände aufweisen und die Vollbrücke kann vier variable Widerstände aufweisen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Steuereinheit zur Erzeugung des stufenförmigen Spannungsverlaufs aus dem Sinusreferenzsignal wenigstens einen Prozessor. Ein Prozessor ist eine programmierbare Recheneinheit, oder eine elektronische Schaltung, die gemäß übergebenen Befehlen andere Maschinen oder elektrische Schaltungen steuert. Prozessoren können als integrierte Schaltungen in Form von Mikroprozessoren und Mikrocontroller in eingebetteten Systemen ausgebildet sein. Als integrierte Schaltungen können CPLDs (komplexe programmierbare Logikbausteine), ASICs (Anwendungsspezifische integrierte Schaltung) oder FPGAs (Field Programmable Gate Array) verwendet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Hochfrequenz-Signalerzeuger eingerichtet,
- entsprechend der Anzahl von elektronischen Schaltern sägezahnförmige Spannungsverläufe zu erzeugen,
- entsprechend der Anzahl von sägezahnförmigen Spannungsverläufen Pulsdauermodulationsausgangssignale zu erzeugen, wobei der Sollparameter so definiert ist, dass, wenn eine Spannung eines sägezahnförmigen Spannungsverlaufes dem Sinusreferenzsignal entspricht, geschaltet wird, und
- ausgehend von den Pulsdauermodulationsausgangssignalen den stufenförmigen Spannungsverlauf aus den pulsweitenmodulierten Rechteckspannungen zu erzeugen. Hierdurch ist es möglich, auf einfache Weise pulsweitenmodulierte Rechteckspannungen zu generieren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Hochfrequenz-Signalerzeuger eingerichtet, den stufenförmigen Spannungsverlauf mittels eines Tiefpassfilters zu glätten, um einen sinusförmigen Spannungsverlauf zu erzeugen. Durch das Vorsehen des Tiefpassfilters ist eine Glättung des stufenförmigen Spannungsverlaufs auf einfache Weise möglich. Dabei kann die Steuereinheit eingerichtet sein, den Tiefpassfilter anzusteuern.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist jedem elektronischen Schalter ein Tiefpassfilter, vorzugsweise aus einer Spule und einem Kondensator (LC-Glied), nachgeschaltet. Insbesondere ist der Hochfrequenz-Signalerzeuger eingerichtet, den stufenförmigen Signalverlauf mittels des Tiefpassfilters mit dem LC-Glied zu glätten, wobei die Güte des Sinus weiter erhöht wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Mehrzahl von Ausgangsendstufen wenigstens 3 bis 20, vorzugsweise 3 bis 10, besonders bevorzugt 3, 4, 6, 8 oder 10. Je mehr Ausgangsendstufen, mit denen sich die sägezahnförmigen Spannungsverläufe erzeugen lassen, verwendet werden, desto feiner kann das Pulsdauermodulationsausgangssignal abgestuft werden, bis schließlich ein stetiger oder nahezu stetiger Sinus erzeugt oder abgebildet wird, bzw. bis die Güte des Sinus optimal oder nahezu optimal ist.
Versuche haben gezeigt, dass sich bereits mit 3 Ausgangsendstufen ausreichend gute Sinusverläufe ergeben haben. Versuche haben gezeigt, dass sich mit 4, 6, 8 oder 10 Ausgangsendstufen der Sinusverläufe verbessert. Versuche haben auch gezeigt, dass sich Ausführungsformen mit mehr als 20 Ausgangsendstufen keine merkliche Verbesserung der Form der Sinusverläufe in Bezug auf die Glattheit eingestellt hat. Grundsätzlich erfolgt eine Optimierung, wobei Unebenheiten, störende Wellen, vorzugsweise störende Oberwellen, oder Sprünge im Sinusverlauf reduziert werden können. Hierbei kann auch von einer Sinus- Approximation oder einem Quasi-Sinus gesprochen werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die galvanische Trennung eingerichtet, den von den Ausgangsendstufen ausgegebenen Signalverlauf zu glätten. Mit anderen Worten ist der Übertrager eingerichtet, den von den Ausgangsendstufen ausgegebenen Signalverlauf zu glätten. Mittels des Übertragers lässt sich das Signal glätten, um so mögliche Unebenheiten, Sprünge oder Ausreißer zu beseitigen. Zur Glättung kann bspw. ein Bandpassfilter verwendet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Ausgangsendstufen eingerichtet, der Reihe nach geschaltet zu werden. Unter einem Schalten kann ein Durchschalten oder Bestromen verstanden werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Ausgangsendstufen parallel und/oder in Reihe geschaltet. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind wenigstens ein erster Satz Ausgangsendstufen mit einer Mehrzahl von ersten Ausgangsendstufen und ein zweiter Satz Ausgangsendstufen mit einer Mehrzahl von zweiten Ausgangsendstufen im Primärschaltkreis zueinander parallel angeordnet.
Hierdurch ist es möglich zuerst alle ersten Ausgangsendstufen und dann alle zweiten Ausgangsendstufen zu schalten. Es ist jedoch bevorzugt möglich, die ersten Ausgangsendstufen und die zweiten Ausgangsendstufen der Reihe nach abwechselnd zu schalten.
Je mehr Ausgangsendstufen, mit denen sich die sägezahnförmigen Spannungsverläufe erzeugen lassen, verwendet werden, desto feiner kann das Pulsdauermodulationsausgangssignal abgestuft werden, bis schließlich ein stetiger oder nahezu stetiger Sinus erzeugt oder abgebildet wird, bzw. bis die Güte des Sinus optimal oder nahezu optimal ist.
Vorzugsweise umfassen der erste Satz Ausgangsendstufen wenigstens zwei erste Ausgangsendstufen und der zweite Satz Ausgangsendstufen wenigstens zwei zweite Ausgangsendstufen. Wie oben erwähnt, haben Versuche gezeigt, dass zwischen 4 bis 10 Ausgangsendstufen bei einer Erhöhung der Anzahl an Ausgangsendstufen die Güte der Sinusverläufe verbessert werden konnte. Versuche haben auch gezeigt, dass sich mit mehr als 20 Ausgangsendstufen keine merkliche Verbesserung der Form der Sinusverläufe in Bezug auf die Glattheit eingestellt hat.
Ein Bestromen kann erfolgen, wie folgt:
- Bestromen wenigstens eines erster Satzes Ausgangsendstufen mit einer Mehrzahl von Ausgangsendstufen, und im Anschluss daran
- Bestromen wenigstens eines zweiten Satzes Ausgangsendstufen mit einer Mehrzahl von zweiten Ausgangsendstufen, oder
- der Reihe nach abwechselndes Bestromen jeweils einer der ersten und zweiten Ausgangsendstufen beider Sätze der Ausgangsendstufen.
Weiter gelöst wird die Aufgabe der Erfindung durch ein System umfassend eine elektrochi- rurgische Vorrichtung, wie oben beschrieben, und ein elektrochirurgisches Instrument, wobei das elektrochirurgisches Instrument zum Schneiden und/oder zum Koagulieren von Gewebe eingerichtet ist.
Vorzugsweise ist das elektrochirurgische Instrument eine Koagulationszange. Die Koagulationszange kann an den Sekundärschaltkreis angeschlossen werden. Mittels des Systems ist es möglich, bei einer minimal invasiven Endoskopie ist eine schnelle und zuverlässige Gewebeversiegelung zu erzielen. Im Sekundärschaltkreis kann eine hohe Frequenz erzeugt werden. Hierdurch ist es möglich, einen Sinus mit einer Frequenz von mindestens 150 kHz, vorzugsweise mindestens 200 kHz, bevorzugt mindestens 300 kHz, zu erzeugen.
Weiter gelöst wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Verfahren zur Steuerung einer elekt- rochirurgischen Vorrichtung zur Hochfrequenzerzeugung mit einer Frequenz von wenigstens 150 kHz, wobei in einem Primärschaltkreis der Vorrichtung ein Hochfrequenz-Signalerzeuger mit einer Mehrzahl von Ausgangsendstufen aufweist, wobei jede Ausgangsendstufe einen elektronischen Schalter umfasst, und wobei der Primärschaltkreis mit einem Sekundärschaltkreis mittels eines Übertragers galvanisch getrennt ist, die nachfolgenden Schritte umfassend:
- Schalten der elektronischen Schalter in Abhängigkeit von zumindest einem Sollparameter,
- mittels des Hochfrequenz-Signalerzeugers Erzeugen eines stufenförmigen Spannungsverlaufs aus pulsweitenmodulierten Rechteckspannungen, der einem Sinusreferenzsignal folgt, mittels Pulsdauermodulation aus der Gesamtheit der von den elektronischen Schaltern erzeugten Spannungsverläufen und
- Regeln einer Ausgangsspannung zur Ansteuerung der Ausgangsendstufen in Abhängigkeit von den pulsweitenmodulierten Rechteckspannungen mittels einer Steuereinheit.
Vorzugsweise ist der elektronische Schalter ausgewählt aus der Gruppe umfassend, einen elektrischen Schalter, eine elektrische Schaltung, einen Transistor oder einen MOS-FET.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren nachfolgenden Schritt
- Erfassen des stufenförmigen Spannungsverlaufs mittels der Steuereinheit, wobei der stufenförmige Spannungsverlauf einem annähernd sinusförmigen Spannungsverlauf entspricht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren nachfolgenden Schritt
- Schalten, wenn eine Spannung von einem der elektronischen schaltererzeugten Spannungsverläufe dem Sinusreferenzsignal entspricht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren die nachfolgenden Schritte
- Erzeugen von sägezahnförmigen Spannungsverläufen entsprechend der Anzahl von elektronischen Schaltern, - Erzeugen von Pulsdauermodulationsausgangssignalen entsprechend der Anzahl von sägezahnförmigen Spannungsverläufen, wobei ein Sollparameter so definiert ist, dass wenn jeweils die Spannung der sägezahnförmigen Spannungsverläufe einem Sinusreferenzsignal entspricht, und
- ausgehend von den Pulsdauermodulationsausgangssignalen Erzeugen des stufenförmigen Verlaufs aus den pulsweitenmodulierten Rechteckspannungen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren nachfolgenden Schritt
- Erzeugen von sägezahnförmigen Signalverläufen, in Abhängigkeit von der Anzahl an Ausgangsendstufen, mit vorzugsweise wenigstens 3 bis 20 sägezahnförmigen Signalverläufen, bevorzugt 3 bis 10 sägezahnförmigen Signalverläufen, und besonders bevorzugt 3, 4, 6, 8 oder 10 sägezahnförmigen Signalverläufen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren nachfolgenden Schritt
- Glätten des stufenförmigen Spannungsverlaufs mittels eines Tiefpassfilter zur Erzeugung eines sinusförmigen Spannungsverlaufs, wobei vorzugsweise jedem elektronischen Schalter ein Tiefpassfilter, vorzugsweise aus einer Spule und einem Kondensator (LC-Glied), nachgeschaltet ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren nachfolgenden Schritt
- Glätten des von den Ausgangsendstufen ausgegebenen Signalverlaufs mittels galvanischer Trennung.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren nachfolgende Schritte
- Bestromen wenigstens eines erster Satzes Ausgangsendstufen mit einer Mehrzahl von Ausgangsendstufen, und im Anschluss daran
- Bestromen wenigstens eines zweiten Satzes Ausgangsendstufen mit einer Mehrzahl von zweiten Ausgangsendstufen, oder
- der Reihe nach abwechselndes Bestromen jeweils einer der ersten und zweiten Ausgangsendstufen beider Sätze der Ausgangsendstufen.
Unter Bestromen kann Schalten verstanden werden.
Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer elektrochirurgischen Vorrichtung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Primärschaltkreises aus Fig. 1,
Fig. 3 ein Pulsweitenmodulationsdiagramm,
Fig. 4 ein weiteres Pulsweitenmodulationsdiagramm, basierend auf der Fig. 2,
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines alternativen Primärschaltkreises aus Fig. 1 ,
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines weiteren alternativen Primärschaltkreises aus Fig. 1,
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines noch weiteren alternativen Primärschaltkreises aus Fig. 1 ,
Fig. 8 ein Schaltdiagramm basierend auf der Anordnung der Augangsendstufen gemäß Fig. 7, und
Fig. 9 ein Spannungsdiagramm basierend auf Fig. 8.
Fig. 1 zeigt eine elektrochirurgische Vorrichtung 1. Die elektrochirurgische Vorrichtung 1 dient der Hochfrequenzerzeugung zur Koagulation und/oder zum Schneiden von Gewebe. Die mit der elektrochirurgische Vorrichtung 1 zu erzielende Frequenz beträgt wenigstens 150 Hz, vorzugsweise wenigstens 200 kHz oder bevorzugt wenigstens 300 kHz. Die elektrochirurgische Vorrichtung 1 umfasst einen Primärschaltkreis 2 mit einem Hochfrequenz-Signalerzeuger 3, einen Sekundärschaltkreis 15 und einen Übertrager 12. Der Primärschaltkreis 2 ist vom Sekundärschaltkreis 15 mittels des Übertragers 12 galvanisch getrennt. Der Sekundärschaltkreis 15 weist einen ersten ohmschen Widerstand 20 und einen zweiten kapazitiven Widerstand 21 auf. Die Widerstände 20, 21 können als Gewebewiderstand verstanden werden. Im Sekundärschaltkreis 15 kann ein Instrument, bspw. eine Koagulationszange angeordnet bzw. angeschlossen sein (nicht gezeigt).
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des Primärschaltkreises 2 im Detail aus Fig. 1.
Der Hochfrequenz-Signalerzeuger 3, der im Primärschaltkreis 2 angeordnet ist, umfasst drei Ausgangsendstufen 5. Jede der drei Ausgangsendstufen 5 umfasst einen elektronischen Schalter 7, der vorzugsweise als MOS-FET ausgebildet ist, und eine integrierte Schaltung 6. Die integrierten Schaltungen 6 sind den elektronischen Schaltern 7 vorgeschaltet. Die elektronischen Schalter 7 werden von den integrierten Schaltungen 6 angesteuert oder aktiviert. Die elektronischen Schalter 7 sind eingerichtet, in Abhängigkeit von zumindest einem Sollparameter geschalten zu werden. Jedem elektronischen Schalter 7 ist ein Tiefpassfilter, aus einer Spule und einem Kondensator (LC-Glied 8), nachgeschaltet. Wie in der Fig. 2 weiter gezeigt, umfasst der Hochfrequenz-Signalerzeuger 3 eine Steuereinheit 4. Die Steuereinheit 4 kann als zentrale Steuerschaltung verstanden werden. Bevorzugt ist die Steuereinheit 4 eingerichtet die integrierten Schaltungen 6 anzusteuern oder zu aktivieren.
Fig. 3 zeigt ein Pulsweitenmodulationsdiagramm. Ein von einem elektronischen Schalter 7 erzeugter Spannungsverlauf a ist als ein Sägezahnprofil ausgebildet oder er ist sägezahnförmig. Das Sägezahnprofil kann als ein Zähler verstanden werden, der von 0 bis zu einem vorgegebenen Wert zählt, wo er dann auf 0 zurückgesetzt wird. Der Anstieg des Spannungsverlaufs ist linear, der Abstieg des Spannungsverlaufs erfolgt abrupt. Nach einem Durchlaufen eines Zyklus vom Anstieg bis zum Abstieg kann der Zyklus dann wieder von neuem beginnen.
Ein Sinusreferenzsignal S (auch Eingabesignal) kann in einem Prozessor der Steuereinheit 4 und/oder mittels eines entsprechenden Programms bestimmt oder errechnet werden. Alternativ ist es auch möglich, das Sinusreferenzsignal S analog zu bestimmen. Anschließend kommt eine logische „und“-Verknüpfung hinzu. Dabei wird das Sinusreferenzsignal S mit dem Sägezahnprofil verknüpft, um ab einem bestimmten Zählerstand eine logische 1 zu erzeugen. Hierdurch wird ein Pulsdauermodulationsausgangssignal erzeugt in der Form einer pulsweitenmodulierten Rechteckspannung A. Eine einzelne pulsweitenmodulierte Rechteckspannung ist jedoch nicht ausreichend, um einen sinusförmigen Spannungsverlauf bzw. einen annähernd sinusförmigen Verlauf ausreichend gut zu erzeugen.
In der Fig. 4 ist ein weiteres Pulsweitenmodulationsdiagramm gezeigt, basierend auf der Fig.
2. Anstatt der lediglich einen pulsweitenmodulierten Rechteckspannung gemäß Fig. 3 werden jetzt drei pulsweitenmodulierte Rechteckspannungen A, B, C erzeugt.
Der Hochfrequenz-Signalerzeuger 3 ist eingerichtet, mittels Pulsdauermodulation aus der Gesamtheit der von den drei elektronischen Schaltern 7 erzeugten Spannungsverläufen a, b, c einen stufenförmigen Spannungsverlauf D aus den pulsweitenmodulierten Rechteckspannungen A, B, C zu erzeugen. Dabei werden die drei elektronischen Schalter 7 nacheinander, also der Reihe nach, durchgeschaltet. Der stufenförmige Spannungsverlauf D folgt dem Sinusreferenzsignal S. Zur Erzeugung des stufenförmigen Spannungsverlaufs D aus dem Sinusreferenzsignal S umfasst die Steuereinheit 4 wenigstens einen Prozessor.
Im Detail ist der Hochfrequenz-Signalerzeuger 3 eingerichtet, - entsprechend der drei elektronischen Schalter 7 die drei sägezahnförmige Spannungsverläufe a, b, c zu erzeugen,
- entsprechend der drei sägezahnförmigen Spannungsverläufe a, b, c Pulsdauermodulationsausgangssignale zu erzeugen, wobei der Sollparameter so definiert ist, dass geschaltet wird, wenn eine Spannung eines sägezahnförmigen Spannungsverlaufes a, b, c dem Sinusreferenzsignal S entspricht, und
- ausgehend von den Pulsdauermodulationsausgangssignalen den stufenförmigen Spannungsverlauf D aus den pulsweitenmodulierten Rechteckspannungen A, B, C zu erzeugen.
Die Steuereinheit 4 ist eingerichtet, in Abhängigkeit von den pulsweitenmodulierten Rechteckspannungen A, B, C eine Ausgangsspannung zur Ansteuerung der drei Ausgangsendstufen 5 zu regeln. Ferner ist die Steuereinheit 4 eingerichtet, den stufenförmigen Spannungsverlauf D zu erfassen, wobei dieser einem annähernd sinusförmigen Spannungsverlauf entspricht bzw. folgt.
Oben erwähnter Sollparameter ist so definiert, dass geschaltet wird, wenn eine Spannung von einem der elektronischen Schalter 7 erzeugten Spannungsverläufe a, b, c dem Sinusreferenzsignal S entspricht.
Jede der Ausgangsendstufen 5 kann eine dem elektronischen Schalter 7 vorgeschaltete Halb- oder Vollbrücke aufweisen. Der Übertrager 12 kann eingerichtet sein, mittels der Halboder Vollbrücke im Primärschaltkreis 2 betrieben zu werden.
Weiterhin ist der Hochfrequenz-Signalerzeuger 3 eingerichtet, den stufenförmigen Spannungsverlauf D mittels eines Tiefpassfilters (LC-Glied 8) zu glätten, um so einen sinusförmigen Spannungsverlauf zu erzeugen. Mit anderen Worten kann mittels des Tiefpassfilters die Güte des Sinusverlaufs erhöht oder verbessert werden.
Die galvanische Trennung ist eingerichtet, den von den Ausgangsendstufen 5 ausgegebenen Signalverlauf weiter zu glätten. Mit anderen Worten ist der Übertrager eingerichtet, den von den Ausgangsendstufen 5 ausgegebenen Signalverlauf weiter zu glätten. Hierdurch ist es möglich den Spannungsverlauf weiter zu glätten. Mit anderen Worten kann mittels der galvanischen Trennung bzw. des Übertragers die Güte des Sinusverlaufs weiter erhöht oder verbessert werden.
Die Vorrichtung 1 mit wenigstens den drei Ausgangsendstufen 5 ist ausreichend, um einen sinusförmigen Spannungsverlauf bzw. einen annähernd sinusförmigen Verlauf ausreichend gut zu erzeugen. Fig. 5 zeigt eine alternative schematische Darstellung des Primärschaltkreises 2 im Detail aus Fig. 1. Im Unterschied zur Fig. 2 sind anstatt der drei Ausgangsendstufen 5 insgesamt vier Ausgangsendstufen 5, 10 vorgesehen. Dabei sind ein erster Satz Ausgangsendstufen mit zwei ersten Ausgangsendstufen 5 und ein zweiter Satz Ausgangsendstufen mit zwei zweiten Ausgangsendstufen 10 im Primärschaltkreis 2 zueinander parallel angeordnet. Es werden die vier elektronischen Schalter 7, die vorzugsweise als MOS-FET ausgebildet sind, nacheinander durchgeschaltet.
Fig. 6 zeigt eine weitere alternative schematische Darstellung des Primärschaltkreises 2 im Detail aus Fig. 1. Im Unterschied zur Fig. 2 sind anstatt der drei Ausgangsendstufen 5 insgesamt sechs Ausgangsendstufen 5, 10 vorgesehen. Dabei sind ein erster Satz Ausgangsendstufen mit drei ersten Ausgangsendstufen 5 und ein zweiter Satz Ausgangsendstufen mit drei zweiten Ausgangsendstufen 10 im Primärschaltkreis 2 zueinander parallel angeordnet. Es werden die sechs elektronischen Schalter 7, der vorzugsweise als MOS-FET ausgebildet sind, nacheinander durchgeschaltet.
Die nachfolgenden Ausführungen zur Fig. 7, gelten in entsprechender Weise auch für die Fig. 5 und Fig. 6, die weniger Ausgangsendstufen aufweisen als in Fig. 7 dargestellt.
Fig. 7 zeigt eine weitere alternative schematische Darstellung des Primärschaltkreises 2 im Detail aus Fig. 1. Im Unterschied zur Fig. 2 sind anstatt der drei Ausgangsendstufen 5 insgesamt zehn Ausgangsendstufen 5, 10 vorgesehen. Dabei sind ein erster Satz Ausgangsendstufen mit fünf ersten Ausgangsendstufen 5 und ein zweiter Satz Ausgangsendstufen mit fünf zweiten Ausgangsendstufen 10 im Primärschaltkreis 2 zueinander parallel angeordnet.
Fig. 8 ist ein Schaltdiagramm über die Zeit basierend auf der Anordnung der Augangsend- stufen 5, 10 gemäß der Fig. 7. Der erste Satz Ausgangsendstufen mit den fünf ersten Ausgangsendstufen 5 ist im Diagramm aufgeteilt in die fünf ersten Ausgangsendstufen A1 bis A5. Der zweite Satz Ausgangsendstufen mit den fünf zweiten Ausgangsendstufen 10 ist im Diagramm aufgeteilt in die fünf zweiten Ausgangsendstufen B1 bis B5. Geschaltet bzw. bestromt wird der Reihe nach gemäß der Zahlenfolge 1 bis 10, wie folgt: A1, B1, A2, B2, A3, B3, A4, B4, A5 und B5. Ist dieser Zyklus durchlaufen, beginnt er wieder von vorne.
Der Hochfrequenz-Signalerzeuger 3 aus Fig. 7 ist entsprechend dem in Fig. 2 gezeigten Hochfrequenz-Signalerzeuger 3 eingerichtet, mittels Pulsdauermodulation aus der Gesamtheit der von den zehn elektronischen Schaltern 7 erzeugten Spannungsverläufen (nicht gezeigt) einen stufenförmigen Spannungsverlauf (nicht gezeigt) aus den pulsweitenmodulierten Rechteckspannungen A1, B1 , bis A5, B5 zu erzeugen. Der stufenförmige Spannungsverlauf folgt einem Sinusreferenzsignal S (nicht gezeigt). Die Steuereinheit 4 ist eingerichtet, den stufenförmigen Spannungsverlauf D zu erfassen, wobei dieser einem annähernd sinusförmigen Spannungsverlauf entspricht bzw. folgt.
Zur Erzeugung des stufenförmigen Spannungsverlaufs D aus dem Sinusreferenzsignal S umfasst die Steuereinheit 4 wenigstens einen Prozessor, wobei die Steuereinheit 4, wie eingangs beschrieben, eingerichtet ist, in Abhängigkeit von den pulsweitenmodulierten Rechteckspannungen A1 , B1, bis A5, B5 eine Ausgangsspannung zur Ansteuerung der Ausgangsendstufen 5 zu regeln.
Der Hochfrequenz-Signalerzeuger 3 ist eingerichtet, den stufenförmigen Spannungsverlauf mittels eines Tiefpassfilters zu glätten, um so einen sinusförmigen Spannungsverlauf zu erzeugen.
Das in Fig. 9 gezeigte Spannungsdiagramm über die Zeit basiert auf dem Schaltdiagramm über die Zeit gemäß der Fig. 8. Die eine sinusförmige Kurve SS (Sekundärspannung: 200V /div) ist gegenüber der anderen sinusförmigen Kurve PS (Primärspannung: 5V /div) wesentlich glatter, d. h. stetiger mit wenigen oder vorzugsweise kleinen Sprüngen im Verlauf.
Mit der Erfindung kann ein sauberes Sinussignal erzeugt werden, das in der Elektronik nur geringe Leistungsverluste aufweist, und das keine oder nur wenige Oberwellen erzeugt und sich schnell, sicher, präzise und zuverlässig regeln lässt.
Die Erfindung betrifft eine elektrochirurgische Vorrichtung 1 zur Hochfrequenzerzeugung, umfassend einen Hochfrequenz-Signalerzeuger 3, der eine Mehrzahl von Ausgangsendstufen 5 aufweist, wobei jede Ausgangsendstufe 5 einen elektronischen Schalter 7 umfasst, wobei jeder der elektronischen Schalter 7 eingerichtet ist, in Abhängigkeit von zumindest einem Sollparameter geschalten zu werden, wobei der Hochfrequenz-Signalerzeuger 3 eingerichtet ist, mittels Pulsdauermodulation aus der Gesamtheit der von den elektronischen Schaltern 7 erzeugten Spannungsverläufen einen stufenförmigen Spannungsverlauf aus pulsweitenmodulierten Rechteckspannungen zu erzeugen, der einem Sinusreferenzsignal folgt, und eine Steuereinheit 4, die eingerichtet ist, in Abhängigkeit von den pulsweitenmodulierten Rechteckspannungen eine Ausgangsspannung zur Ansteuerung der Ausgangsendstufen 5 zu regeln. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Figure imgf000017_0001
1 Vorrichtung 2 Primärschaltkreis
3 Hochfrequenz-Signalerzeuger 4 Steuereinheit
5 Ausgangsendstufe 6 IC (Steuerschaltung)
7 elektronischer Schalter 8 LC-Glied 10 Ausgangsendstufe 12 Übertrager 15 Sekundärschaltkreis 20 Widerstand 21 Widerstand a Spannungsverlauf b Spannungsverlauf c Spannungsverlauf A Rechteckspannung
A1 Rechteckspannung A2 Rechteckspannung A3 Rechteckspannung A4 Rechteckspannung A5 Rechteckspannung B Rechteckspannung
B1 Rechteckspannung B2 Rechteckspannung B3 Rechteckspannung B4 Rechteckspannung B5 Rechteckspannung C Rechteckspannung D stufenförmiger Spannungsverlauf PS Primärsignal S Sinusreferenzsignal SS Sekundärsignal

Claims

Ansprüche
1. Elektrochirurgische Vorrichtung (1) zur Hochfrequenzerzeugung mit einer Frequenz von wenigstens 150 kHz zur Koagulation und/oder zum Schneiden von Gewebe, umfassend
- einen Primärschaltkreis (2) mit einem Hochfrequenz-Signalerzeuger (3), wobei der Hochfrequenz-Signalerzeuger (3) eine Mehrzahl von Ausgangsendstufen (5) aufweist,
- einen Sekundärschaltkreis (15) und
- einen Übertrager (12), wobei der Primärschaltkreis (2) von dem Sekundärschaltkreis (15) mittels des Übertragers (12) galvanisch getrennt ist, wobei jede Ausgangsendstufe (5) einen elektronischen Schalter (7) umfasst, wobei jeder der elektronischen Schalter (7) eingerichtet ist, in Abhängigkeit von zumindest einem Sollparameter geschalten zu werden, wobei der Hochfrequenz-Signalerzeuger (3) eingerichtet ist, mittels Pulsdauermodulation aus der Gesamtheit der von den elektronischen Schaltern (7) erzeugten Spannungsverläufen einen stufenförmigen Spannungsverlauf aus pulsweitenmodulierten Rechteckspannungen zu erzeugen, der einem Sinusreferenzsignal folgt, und
- eine Steuereinheit (4), die eingerichtet ist, in Abhängigkeit von den pulsweitenmodulierten Rechteckspannungen eine Ausgangsspannung zur Ansteuerung der Ausgangsendstufen (5) zu regeln.
2. Elektrochirurgische Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (4) eingerichtet ist, den stufenförmigen Spannungsverlauf zu erfassen, wobei dieser einem annähernd sinusförmigen Spannungsverlauf entspricht.
3. Elektrochirurgische Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Sollparameter so definiert ist, dass, wenn eine Spannung von einem der elektronischen Schalter (7) erzeugten Spannungsverläufe dem Sinusreferenzsignal entspricht, geschaltet wird, wobei der elektronische Schalter (7) vorzugsweise ein MOS-FET ist.
4. Elektrochirurgische Vorrichtung (1) nach einem der vorherstehenden Ansprüche, wobei jede Ausgangsendstufe (5) eine dem elektronischen Schalter (7) vorgeschaltete Brückenschaltung, vorzugsweise eine Halb- oder Vollbrücke, aufweist.
5. Elektrochirurgische Vorrichtung (1) nach einem der vorherstehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (4) zur Erzeugung des stufenförmigen Spannungsverlaufs aus dem Sinusreferenzsignal wenigstens einen Prozessor umfasst. Elektrochirurgische Vorrichtung (1) nach einem der vorherstehenden Ansprüche, wobei der Hochfrequenz-Signalerzeuger (3) eingerichtet ist,
- entsprechend der Anzahl von elektronischen Schaltern (7) sägezahnförmige Spannungsverläufe zu erzeugen,
- entsprechend der Anzahl von sägezahnförmigen Spannungsverläufen Pulsdauermodulationsausgangssignale zu erzeugen, wobei der Sollparameter so definiert ist, dass, wenn eine Spannung eines sägezahnförmigen Spannungsverlaufes dem Sinusreferenzsignal entspricht, geschaltet wird, und
- ausgehend von den Pulsdauermodulationsausgangssignalen den stufenförmigen Spannungsverlauf aus den pulsweitenmodulierten Rechteckspannungen zu erzeugen. Elektrochirurgische Vorrichtung (1) nach einem der vorherstehenden Ansprüche, wobei der Hochfrequenz-Signalerzeuger (3) eingerichtet ist, den stufenförmigen Spannungsverlauf mittels eines Tiefpassfilters zu glätten, um einen sinusförmigen Spannungsverlauf zu erzeugen. Elektrochirurgische Vorrichtung (1) nach einem der vorherstehenden Ansprüche, wobei jedem elektronischen Schalter (7) ein Tiefpassfilter, vorzugsweise aus einer Spule und einem Kondensator (LC-Glied 8), nachgeschaltet ist. Elektrochirurgische Vorrichtung (1) nach einem der vorherstehenden Ansprüche, wobei die Mehrzahl von Ausgangsendstufen (5) wenigstens 3 bis 20, vorzugsweise 3 bis 10, ist. Elektrochirurgische Vorrichtung (1) nach einem der vorherstehenden Ansprüche, wobei die galvanische Trennung eingerichtet ist, den von den Ausgangsendstufen (5) ausgegebenen Signalverlauf zu glätten. Elektrochirurgische Vorrichtung (1 ) nach einem der vorherstehenden Ansprüche, wobei die Ausgangsendstufen (5) eingerichtet sind, der Reihe nach geschaltet zu werden. Elektrochirurgische Vorrichtung (1) nach einem der vorherstehenden Ansprüche, wobei die Ausgangsendstufen (5) parallel und/oder in Reihe geschaltet sind. Elektrochirurgische Vorrichtung (1) nach einem der vorherstehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein erster Satz Ausgangsendstufen mit einer Mehrzahl von ersten Ausgangsendstufen (5) und ein zweiter Satz Ausgangsendstufen mit einer Mehrzahl von zweiten Ausgangsendstufen (10) im Primärschaltkreis (2) zueinander parallel angeordnet sind. System umfassend eine elektrochirurgische Vorrichtung (1) nach einem der vorherstehenden Ansprüche und ein elektrochirurgisches Instrument, wobei das elektrochirurgisches Instrument zum Schneiden und/oder zum Koagulieren von Gewebe eingerichtet ist. Verfahren zur Steuerung einer elektrochirurgischen Vorrichtung (1) zur Hochfrequenzerzeugung mit einer Frequenz von wenigstens 150 kHz, wobei in einem Primärschaltkreis (2) der Vorrichtung (1) ein Hochfrequenz-Signalerzeuger (3) mit einer Mehrzahl von Ausgangsendstufen (5) aufweist, wobei jede Ausgangsendstufe (5) einen elektronischen Schalter (7) umfasst, und wobei der Primärschaltkreis (2) mit einem Sekundärschaltkreis (15) mittels eines Übertragers (12) galvanisch getrennt ist, die nachfolgenden Schritte umfassend:
- Schalten der elektronischen Schalter (7) in Abhängigkeit von zumindest einem Sollparameter,
- mittels des Hochfrequenz-Signalerzeugers (3) Erzeugen eines stufenförmigen Spannungsverlaufs aus pulsweitenmodulierten Rechteckspannungen, der einem Sinusreferenzsignal folgt, mittels Pulsdauermodulation aus der Gesamtheit der von den elektronischen Schaltern (7) erzeugten Spannungsverläufen und
- Regeln einer Ausgangsspannung zur Ansteuerung der Ausgangsendstufen (5) in Abhängigkeit von den pulsweitenmodulierten Rechteckspannungen mittels einer Steuereinheit (4). Verfahren nach Anspruch 15, weiter umfassend nachfolgenden Schritt
- Erfassen des stufenförmigen Spannungsverlaufs mittels der Steuereinheit, wobei der stufenförmige Spannungsverlauf einem annähernd sinusförmigen Spannungsverlauf entspricht. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, weiter umfassend nachfolgenden Schritt
- Schalten, wenn eine Spannung von einem der elektronischen Schalter (7) erzeugten Spannungsverläufe dem Sinusreferenzsignal entspricht, wobei der elektronische Schalter (7) vorzugsweise ein MOS-FET ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, weiter umfassend die nachfolgenden Schritte
- Erzeugen von sägezahnförmigen Spannungsverläufen entsprechend der Anzahl von elektronischen Schaltern (7),
- Erzeugen von Pulsdauermodulationsausgangssignalen entsprechend der Anzahl von sägezahnförmigen Spannungsverläufen, wobei ein Sollparameter so definiert ist, dass wenn jeweils die Spannung der sägezahnförmigen Spannungsverläufe einem Sinusreferenzsignal entspricht, und
- ausgehend von den Pulsdauermodulationsausgangssignalen Erzeugen des stufenförmigen Verlaufs aus den pulsweitenmodulierten Rechteckspannungen. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, weiter umfassend nachfolgenden Schritt
- Erzeugen von sägezahnförmigen Signalverläufen, in Abhängigkeit von der Anzahl an Ausgangsendstufen (5), mit vorzugsweise wenigstens 3 bis 20 sägezahnförmigen Signalverläufen, bevorzugt 3 bis 10 sägezahnförmigen Signalverläufen.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, weiter umfassend nachfolgenden Schritt
- Glätten des stufenförmigen Spannungsverlaufs mittels eines Tiefpassfilter zur Erzeugung eines sinusförmigen Spannungsverlaufs, wobei vorzugsweise jedem elektronischen Schalter (7) ein Tiefpassfilter, vorzugsweise aus einer Spule und einem Kondensator (LC-Glied 8), nachgeschaltet ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, weiter umfassend den nachfolgenden Schritt
- Glätten des von den Ausgangsendstufen (5) ausgegebenen Signalverlaufs mittels galvanischer Trennung. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, weiter umfassend nachfolgende Schritte
- Bestromen wenigstens eines erster Satzes Ausgangsendstufen mit einer Mehrzahl von Ausgangsendstufen (5), und im Anschluss daran
- Bestromen wenigstens eines zweiten Satzes Ausgangsendstufen mit einer Mehrzahl von zweiten Ausgangsendstufen (10), oder
- der Reihe nach abwechselndes Bestromen jeweils einer der ersten und zweiten Ausgangsendstufen (5, 10) beider Sätze der Ausgangsendstufen.
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