DE19542418A1 - Hochfrequenzgenerator für koagulierendes Schneiden mit starkem Lichtbogen in der Hochfrequenzchirurgie - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochfrequenzgenerator für die Hochfrequenzchirurgie entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Fließt ein, mit Hilfe eines Hochfrequenzgenerators eingespeister, hochfrequenter Strom durch biologisches Gewebe, so führt er in diesem verlustbehafteten Medium zu einer Er­ wärmung, die mit der Stromdichte einhergeht. Verteilt sich der Strom ausgehend von einer kleinflächigen Elektrode (Koagulations- oder Schneidelektrode) in die Tiefe des Gewebes hinein, so erhält man die stärkste Erwärmung unmittelbar an der Elektrode, da dort die höchste Stromdichte auftritt. Die Erwärmung nimmt in die Tiefe des Gewebes hinein ab. Wird das Gewebe über ca. 60°C erhitzt, kommt es zu einer irreversiblen Schädigung, der sogenannten Koagulation. Bei einer Erhitzung über den Siedepunkt der Gewebeflüssigkeit hinaus verdampft diese und es bildet sich eine Dampfschicht um die Elektrode, die diese vom Gewebe isoliert. Ist die Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators groß genug, so wird die isolierende Dampfschicht von Lichtbögen durchschlagen. Am Auftreffpunkt der Lichtbögen kommt es wegen der hohen Stromdichte zu einem schlagartigen Verdampfen der Gewebeflüssigkeit und die Zellstruktur wird aufgerissen. Ist die insgesamt eingespeiste Hochfrequenzleistung groß genug, so kann die Elektrode durch das Gewebe bewegt wer­ den und man spricht vom Schneiden. Wissenschaftliche Untersuchungen der Erfinder zei­ gen, daß das Vorhandensein einer elektrodenumfassenden Dampfschicht eine notwendige Bedingung zum Schneiden darstellt. Aufgrund der hohen Energiedichte am Auftreffpunkt eines Lichtbogens auf der Gewebeoberfläche werden die, im Gewebe enthaltenen Eiweiß­ moleküle abgebaut und es entsteht neben verschiedenen Zwischenabbauprodukten auch Kohlenstoff. Man spricht von einer Karbonisation, die aus medizinischer Sicht wegen der toxischen und teilweise karzinogenen Zwischenabbauprodukte sehr bedenklich ist. Da das Schneiden mit HF-Strom auf dessen thermischer Wirkung beruht und bei wesentlich höhe­ ren Temperaturen erfolgt, als zur Koagulation erforderlich sind, ist es verständlich, daß der eigentliche Trennvorgang immer auch mit einer Koagulation und oftmals sogar mit einer Karbonisation der Schnittränder verbunden ist. Bei vielen Anwendungen ist eine Koagula­ tion der Schnittränder aufgrund der damit einhergehenden Blutstillung im Gegensatz zu einer Karbonisation gewünscht. Anwendungen, bei denen das Auftreten von Koagulationen zumindest nicht stört bilden nahezu ausnahmslos das Einsatzgebiet der heutigen Hochfre­ quenzchirurgie.

Besonders vorteilhaft werden Hochfrequenzströme in der Chirurgie zum Abtragen von Gewebeteilen verwendet, wenn der Operationsort durch natürliche, oder kleine künstliche Körperöffnungen erreichbar ist, ein Skalpell aber nicht ohne großflächige Eröffnung des Körpers des Patienten angesetzt werden kann. Zum Beispiel können in der Urologie mit transurethral eingeführten Operationsinstrumenten und mit Hilfe von Hochfrequenzströmen Tumore aus der Blase abgetragen oder krankhafte Wucherungen der Prostata entfernt wer­ den. In der Enterologie können auf ähnliche Weise z. B. Polypen von der Darmwand abge­ trennt werden. Die Schneidelektrode des Operationsinstrumentes hat dabei nur solange eine Schneidwirkung, wie der den Hochfrequenzstrom liefernde Hochfrequenzgenerator akti­ viert ist. Damit ist ein gefahrloses Einbringen und Entfernen des Operationsinstrumentes durch die Körperöffnungen gewährleistet. Besonders vorteilhaft ist, daß das Schneiden mit Hochfrequenzstrom weitgehend ohne Kraftwirkung vonstatten geht, wodurch aufwendige und platzintensive mechanische Konstruktionen zur Gewebefixierung im endoskopischen Bereich entfallen können. Ein weiterer, großer Vorteil ist die Möglichkeit mit der selben Anordnung schneiden und/oder Blutungen stillen (koagulieren) zu können, wodurch zeitin­ tensive und umständliche Instrumentenwechsel entfallen.

Ein großes Problem in der Hochfrequenzchirurgie ist die richtige Dosierung der momentan applizierten Hochfrequenzleistung. Die für gute Schneidwirkung mindestens notwendige Hochfrequenzleistung kann sehr stark schwanken. Sie hängt von den Schnittparametern, wie der Gewebebeschaffenheit, der Leitfähigkeit und dem Wassergehalt des Gewebes, der Elektrodenform und Elektrodengröße, der Schnittiefe, der Schnittgeschwindigkeit und weiteren Parametern ab, die alle im Laufe einer Operation gewissen, oft sehr abrupt auftre­ tenden Änderungen unterworfen sind. Die übliche, aus der Erfahrung des Operateurs ge­ wonnene Einstellung des Hochfrequenzgenerators führt daher im Mittel zu einer deutlich überhöhten Hochfrequenzleistung. Diese erhöhte Hochfrequenzleistung hat im wesentli­ chen zwei Auswirkungen. Zum einen birgt sie Gefahren, denen sich Operateur und Patient aussetzen müssen, wie beispielsweise bei der Tranrurethralen Resektion von Prostataade­ nomen der Gefahr von Verbrennungen im Augenbereich des Arztes oder im Harnleiter des Patienten aufgrund von Strömen über das Operationsinstrument. Zum anderen hat eine Erhöhung der zugeführten Leistung, gegenüber dem, zum Schneiden erforderlichen Min­ destmaß eine stärkere Koagulation und/oder Karbonisation des Gewebes an der Schnittflä­ che zur Folge. Wegen der starken Schwankungen der Schnittparameter während eines Schnittes und der damit verbundenen Schwankungen der zum Schneiden erforderlichen Mindestleistung, können sich sehr starke Schwankungen der Schnittqualität, d. h. des Ma­ ßes an Koagulation und Karbonisation der Schnittränder ergeben. Diese geringe Reprodu­ zierbarkeit kann selbst bei solchen Anwendungen äußerst störend sein, wo eine Koagulati­ on prinzipiell erwünscht ist.

Aufgrund der beschriebenen Auswirkungen von Fehldosierungen der Hochfrequenzleistung beim Schneiden wär eine Vorrichtung wünschenswert, die den Hochfrequenzgenerator so regelt, daß zu jedem Zeitpunkt nur die gerade zum Schneiden mit einem bestimmten Koa­ gulationsgrad der Schnittränder erforderliche Leistung abgegeben wird.

Eine Vorrichtung zur Anpassung der Leistung beim Schneiden biologischen Gewebes mit Hochfrequenzstrom ist in der Deutschen Patentschrift P 25 04 280 beschrieben. Bei dieser Vorrichtung wird mit Hilfe einer Meßeinrichtung die Intensität des Lichtbogens zwischen der Schneidelektrode und dem zu schneidenden Gewebe festgestellt und das daraus abgelei­ tete elektrische Signal einer Regeleinrichtung zugeführt. Die Regeleinrichtung vergleicht dieses Signal mit dem Sollwertprogramm eines Sollwertgebers und leitet daraus eine Re­ gelgröße ab, die die Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators so einstellt, daß die Intensität des Lichtbogens dem Sollwertprogramm folgt.

Die in industriellen Hochfrequenzgeneratoren für die Hochfrequenzchirurgie bisher ver­ wendeten Realisierungen der o.g. Erfindung regeln ausnahmslos die Ausgangsspannung des Generators derart, daß die Intensität des Lichtbogens zwischen Schneidelektrode und Ge­ webe konstant ist. Es hat sich gezeigt, daß mit einer derartigen Regelung die Ausgangslei­ stung des Hochfrequenzgenerators wesentlich besser an die momentanen Erfordernisse angepaßt werden kann, so daß viele Gefahren für Operateur und Patient vermieden werden. Es zeigt sich jedoch andererseits, daß die Regelung einer konstanten Lichtbogenintensität zwar eine Verbesserung in Bezug auf eine Unabhängigkeit der Schnittqualität von den mo­ mentanen Schnittparametern zur Folge hat, es ergibt sich jedoch nach wie vor eine deutli­ che Restabhängigkeit des Koagulations- und Karbonisationsgrades der Schnittränder von den aktuellen Schnittparametern, insbesondere von der Schnittgeschwindigkeit und der Eintauchtiefe. Wie diese Restabhängigkeit der Schnittqualität von den momentanen Schnittparametern beseitigt werden kann, war bislang nicht bekannt.

Wie eingangs beschrieben gibt es Anwendungen der Hochfrequenzchirurgie bei denen das Auftreten von Koagulationen der Gewebeschnittflächen wegen der blutstillenden Wirkung erwünscht ist. Vor allem bei blutungsintensiven Anwendungen in der minimalinvasiven Chirurgie wird mit Hochfrequenzstrom jedoch zunächst explizit geschnitten und anschlie­ ßend koaguliert, da die beim Schneiden mit dem Schneidmodus eines herkömmlichen Hochfrequenzgenerators für die Hochfrequenzchirurgie entstehenden Koagulationssäume der Gewebeschnittflächen nicht ausreichen, um die auftretenden Blutungen zu stillen. Stand der Technik beispielsweise bei den erwähnten Transurethralen Resektionen ist es, mehrere Schnitte durchzuführen und anschließend entstandene Blutungsherde zu koagulieren. Am Ende des Eingriffes wird dann nochmals das gesamte Operationsfeld nach Blutungsherden abgesucht und diese koaguliert. Der dabei erzielbare Erfolg hängt einerseits von der Geduld des Operateurs ab. Andererseits werden insbesondere leicht und diffus blutende Stellen nicht erfaßt. Daher ist es heute unerläßlich, daß die Blase des Patienten im Anschluß an die Operation für mehrere Tage über einen Katheter mit Spülflüssigkeit gespült wird und der Patient in etwa eine Woche stationär behandelt wird.

Diese Nachteile könnten vermieden werden, wenn es gelingt, bereits während des Schneidvorganges eine ausreichende Blutstillung, d. h. eine ausreichende Koagulation zu erzielen, da auf diese Weise flächendeckend alle Blutungsherde erfaßt würden. Es wäre ein "Koagulierendes Schneiden" wünschenswert. Die Gewebeschnittflächen sollten dabei mög­ lichst weit in die Tiefe des Gewebes hinein koaguliert werden, um eine gute Blutstillung zu erhalten. Um dies zu erreichen, ist die Einspeisung einer hohen Energie je Flächeneinheit der Gewebeschnittflächen notwendig, die jedoch nicht, wie beim Schneidmodus herkömm­ licher Hochfrequenzgeneratoren zu einem hohen Karbonisationsgrad führen darf- sondern lediglich zu einer tiefen Koagulation.

Speist man eine hohe Hochfrequenzleistung beim Schneidevorgang selbst, d. h. über Licht­ bögen in das Gewebe ein, so hat diese eine geringe Tiefenwirkung (Abfall der Erwärmung in die Tiefe des Gewebes hinein mit 1/r⁴, wobei r der Abstand von der Elektrodenachse ist), führt zu hohen Energiedichten (Temperaturen) an den Gewebeschnittflächen und damit zu einem hohen Karbonisationsgrad. Bisher bekannte Ansätze zum Koagulierenden Schneiden, wie beispielsweise der in der Deutschen Patentschrift DE 41 26 609 A1 beschriebene, versu­ chen daher die Einspeisung einer hohen Energie in expliziten Koagulationszeitabschnitten zu erreichen, die sich mit reinen Zeitabschnitten zur Gewebetrennung zyklisch abwechseln. Problematisch dabei ist jedoch nach wissenschaftlichen Untersuchungen der Erfinder die isolierende Dampfschicht um die Elektrode, die vom vorhergehenden Schneidabschnitt noch vorhanden ist und deren Abbau Zeiten im Bereich zwischen ca. 20 ms bei Anwendung unter Spülflüssigkeit bis hin zu 1 s bei Anwendung an Luft beansprucht. Es muß daher eine sehr lange Pause zwischen Schneid- und Koagulationsphase eingefügt werden und selbst dann ist nicht immer gewährleistet, daß die Dampfschicht bereits abgebaut ist. Selbst wenn zu Beginn der Koagulationsphase keine Dampfschicht mehr vorhanden ist, darf nur eine geringe Hochfrequenzleistung eingespeist werden, da sich sonst erneut eine isolierende Dampfschicht bildet. Da keine hohe Hochfrequenzleistung während des Koagulationsab­ schnittes eingespeist werden kann, muß lange koaguliert werden, um eine ausreichende Energie in die Gewebeschnittflächen einzuspeisen und so einen ausreichenden Koagulati­ onsgrad zu erreichen. Wegen der erforderlichen langen Dauer der Pause und des anschlie­ ßenden Koagulationsabschnittes kann nur sehr langsam geschnitten werden. So wird mit einem, obiger Erfindung entsprechenden Modus zum Koagulierenden Schneiden höchstens eine Schnittgeschwindigkeit von ca. 5 mm/s erreicht. Diese geringe maximale Schnittge­ schwindigkeit führt vor allem bei schnittintensiven Anwendungen, wie der Transurethralen Resektion zu einer, weder für den Operateur, viel weniger jedoch für den Patienten zumut­ baren Verlängerung der Operationsdauer. Hinzu kommen einige andere Nachteile, wie bei­ spielsweise Probleme beim An- und Abschneiden aufgrund ausgetrockneten Gewebes und geringer Schneidleistungen, was sich vor allem bei der, sich an die Grobresektion anschlie­ ßenden Feinresektion zur Beseitigung von geringen Geweberesten besonders hinderlich auswirkt.

Aufgabe der im folgenden beschriebenen Erfindung ist es daher, die Hüllkurve der hochfre­ quenten Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators während des Schneidevorganges in einfacher Weise so zu gestalten, daß eine reproduzierbare, von den Schnittparametern, wie der Schnittgeschwindigkeit, der Eintauchtiefe der Schneidelektrode, der Gewebeart etc. unabhängige Koagulation der Schnittränder auftritt mit einer großen Tiefenwirkung und einer Koagulation der Gewebeschnittflächen ohne nennenswerte Karbonisation und daß trotz gleichzeitiger Koagulation eine hohe Schnittgeschwindigkeit erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in den Kennzeichen der Patentansprüche offenbarten Maßnahmen gelöst.

Grundlage der Erfindung ist der bislang nicht bekannte und von den Erfindern ausführlich wissenschaftlich untersuchte Sachverhalt, daß in Bezug auf die Stromverteilung im Gewebe ein großer Unterschied besteht, ob mit normaler Lichtbogenintensität geschnitten wird, oder aber, ob mit sehr starker Lichtbogenintensität geschnitten wird. Beim Schneiden mit normal starker Lichtbogenintensität erfolgt die Stromeinspeisung punktförmig über verein­ zelt an der Schneidelektrode auftretende Lichtbögen. Im Gewebe stellt sich eine Stromver­ teilung entsprechend einem Kugelfeld ein und die damit verbundene Erwärmung nimmt mit 1/r⁴ (und damit sehr schnell) in die Tiefe des Gewebes hinein ab. Die eingespeiste Hochfre­ quenzleistung wird daher hauptsächlich in unmittelbarer Nähe der Elektrode in Wärme um­ gesetzt und führt nicht zu einer tiefen Koagulation. Schneidet man dagegen mit sehr starker Lichtbogenintensität, so bildet sich rund um die Schneidelektrode, ähnlich wie bei Gasent­ ladungsleuchtkörpern eine umfassende Entladung. Die Stromeinspeisung erfolgt nunmehr gleichmäßig über die gesamte im Gewebe befindliche Oberfläche der Elektrode. Die Stromverteilung im Gewebe entspricht dabei einem Zylinderfeld und die durch sie erzeugte Erwärmung nimmt nur mit 1/r² in die Tiefe des Gewebes hinein ab. Es ergibt sich somit unabhängig von der eingespeisten Leistung, rein aufgrund der unterschiedlichen Stromver­ teilung im Gewebe beim Schneiden mit sehr starker Lichtbogenintensität eine wesentlich erhöhte Tiefenkoagulation, die erfindungsgemäß für ein Koagulierendes Schneiden ausge­ nutzt wird.

Problematisch bei einem kontinuierlichen Schneiden mit sehr starker Lichtbogenintensität ist jedoch, daß dabei im Lichtbogen selbst eine hohe Hochfrequenzleistung (< 50% der Ausgangsleistung des Hochfrequenzgenerators) umgesetzt und oberflächlich über Absorp­ tionseffekte in die elektrodennahen Bereiche der Schnittränder eingespeist wird. Wird dort eine bestimmte Energiedichte (Temperatur) überschritten, so karbonisiert das Gewebe. Dies ist der Grund warum kontinuierlich durchgeführte Schnitte mit starker Lichtbogenin­ tensität einen hohen Karbonisationsgrad aufweisen. Diese Karbonisation wird erfindungs­ gemäß verhindert, wenn der Schneidvorgang (Zeitabschnitte I) zyklisch für eine bestimmte Zeit (Zeitabschnitte II) unterbrochen wird.

Die Dauer der Zeitabschnitte I ist so kurz zu wählen, daß am Ende des Zeitabschnittes I nirgends im Gewebe eine Energiedichte (Temperatur) vorhanden ist, die ausreicht um das Gewebe zu karbonisieren. Sie sollte jedoch so lang wie unter diesem Gesichtspunkt mög­ lich gewählt werden, um eine große Tiefenkoagulation und große Schnittweite zu gewähr­ leisten. Geeignet sind Längen des Zeitabschnittes I im Bereich zwischen 10 µs und 100 ms, vorzugsweise jedoch im Bereich zwischen 1 ms und 30 ms.

Die Dauer des Zeitabschnittes II ist so lang zu wählen, daß am Ende des Zeitabschnittes II Maxima der Energiedichte (Temperatur), die zu dessen Beginn im Gewebe vorhanden wa­ ren durch Wärmeleitung weitgehend abgebaut sind, um eine erneute Energieeinspeisung möglich zu machen, ohne daß diese sofort zu einer, für die Karbonisation erforderlichen Energiedichte führt. Geeignet sind Einstellungen der Dauer des Zeitabschnittes II, abhängig von der Einstellung der Dauer des Zeitabschnittes I, im Bereich zwischen 10 µs und 100 ms, vorzugsweise jedoch im Bereich zwischen 1 ms und 50 ms. Um eine hohe Schnittge­ schwindigkeit zu gewährleisten, ist die Dauer von Zeitabschnitt II so kurz wie möglich zu wählen. Sie kann jedoch ohne weiteren Nachteil beliebig lang eingestellt werden, wenn dies durch eine bestimmte Anwendung notwendig werden sollte. Damit der Abbau von Maxima der Energiedichte möglichst schnell vonstatten geht, ist die Ausgangsspannung des Hoch­ frequenzgenerators während Zeitabschnitt II so einzustellen, daß nur eine vernachlässigbare Hochfrequenzleistung eingespeist wird. Vorteilhafterweise ist die Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators während Zeitabschnitt II zu Null eingestellt.

Die Verwendung einer konstant hohen Lichtbogenintensität oder einer konstant hohen Ausgangsspannung oder Ausgangsleistung des Hochfrequenzgenerators während der Zeit­ abschnitte I würde, wie oben beschrieben, zu einer nicht reproduzierbaren Schnittqualität und damit hier zu einem, von den momentanen Schnittparametern, insbesondere der Schnittgeschwindigkeit abhängigen Koagulationsgrad der Gewebeschnittflächen führen. Um eine weitgehend von den Schnittparametern unabhängige Schnittqualität zu erhalten, muß der Hochfrequenzgenerator so geregelt werden, daß die, je Flächeneinheit der Gewe­ beschnittflächen eingespeiste Energie nahezu konstant ist. Wie eine derartige Regelung auszusehen hat, war bislang nicht bekannt. Ausführliche, wissenschaftliche Untersuchungen der Erfinder zeigen, daß eine, von den momentanen Schnittparametern unabhängige Schnittqualität erreicht wird, wenn die Lichtbogenintensität zum Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators ins Verhältnis gebracht wird und dieses Verhältnis konstant gere­ gelt wird. Die Wirkung dieser Regelung kann am besten anhand der Eintauchtiefe der Elektrode erläutert werden: Bei einer Verdoppelung der Eintauchtiefe entsteht eine doppelt so große Gewebeschnittfläche wie vor der Erhöhung der Eintauchtiefe. Um das gleiche Maß an Koagulation und Karbonisation zu erreichen, muß je Flächeneinheit der Gewebe­ schnittflächen genauso viel Energie eingespeist werden wie zuvor, d. h. es muß insgesamt doppelt so viel Energie von der Elektrode ins Gewebe eingespeist werden. Um dies zu er­ reichen, muß bei annähernd konstanter Spannung der doppelte Strom fließen. Der doppelte Strom fließt über doppelt so viele Lichtbögen und führt so zur doppelten Lichtbogenin­ tensität. Die Lichtbogenintensität muß sich daher genauso verhalten wie der Strom. Das Verhältnis aus beiden Größen muß konstant geregelt werden. Nur so ist es nach den wis­ senschaftlichen Erkenntnissen der Erfinder möglich, eine von den momentanen Schnittpa­ rametern unabhängige Schnittqualität zu gewährleisten. Eine derartige Regelung ist bis heute in keinem industriell gefertigten Hochfrequenzgenerator für die Hochfrequenzchirurgie realisiert.

Im allgemeinen werden bei modernen Hochfrequenzgeneratoren für die Hochfrequenzchir­ urgie alle Regelungen von Ausgangssignalen über eine Regelung der Ausgangsspannung realisiert, da diese mit den anderen Ausgangssignalen zusammenhängt. So sind beispiels­ weise der Ausgangsstrom und die Ausgangsleistung des Generators über die Patientenim­ pedanz mit der Ausgangsspannung verknüpft. Die Lichtbogenintensität kann daher entspre­ chend dem Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators über eine Einstellung der Aus­ gangsspannung geregelt werden. Eine Möglichkeit zur Messung der Lichtbogenintensität ergibt sich durch Ausnutzung der gleichrichtenden Wirkung des Lichtbogens. Alternativ kann auch die Überschreitungshäufigkeit des Stromes über eine bestimmte Schwelle ausge­ nutzt werden, da der Strom beim Zünden eines Lichtbogens abrupt ansteigt. Die Intensität des Lichtbogens läßt sich jedoch am besten über eine Messung des Oberwellengehaltes im Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators ermitteln, der selbst bei sinusförmiger Genera­ torspannung aufgrund der nichtlinearen Kennlinie des Lichtbogens zustande kommt und dessen Größe von der Lichtbogenintensität abhängt. Diese Methode ist besonders vorteil­ haft, da sie schnell ist, was es gestattet, auch schnelle Änderungen der Lichtbogenintensität zu verfolgen. Um eine elektrodenumfassende Entladung mit ihrer großen Tiefenwirkung bei schnittparameterunabhängiger Schnittqualität zu erhalten, ist vorteilhafterweise das Ver­ hältnis der Effektivwerte des Oberwellengehaltes im Ausgangsstrom des Hochfrequenzge­ nerators zum gesamten Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators, das einem Klirrgrad k entspricht oberhalb eines Wertes von k = 10% konstant zu regeln. Gleichbedeutend ist es, das Verhältnis von Amplituden o. ä. konstant zu regeln.

Bei der Erfindung erfolgt die Koagulation im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren zum Koagulierenden Schneiden nicht während expliziter Koagulationsabschnitte, sondern im Zuge des Schneidens. Dadurch wird eine flächendeckend gleichmäßige Koagulation er­ reicht, da nicht, wie bei den herkömmlichen Verfahren aus koagulierten Bereichen heraus­ geschnitten werden kann. Durch den Verzicht auf explizite Koagulationsabschnitte und lange Pausen kann mit der Erfindung nahezu ebenso schnell geschnitten werden, wie mit dem normalen Schneidmodus herkömmlicher Hochfrequenzgeneratoren für die Hochfre­ quenzchirurgie, ohne dabei gegenüber den herkömmlichen Verfahren zum Koagulierenden Schneiden an Koagulationswirkung einzubüßen. Wegen des Schneidens mit starker Licht­ bogenintensität treten darüber hinaus bei der Erfindung keine An- und Abschneidprobleme auf.

Wegen ihrer Einfachheit ist eine Ausführungsform der Erfindung besonders vorteilhaft, bei der die Dauern der Zeitabschnitte I und II fest eingestellt sind. Untersuchungen der Erfin­ der zeigen, daß bei einer derartigen Realisierung die genannten Vorteile voll zur Geltung kommen. Eine Vorschrift zur optimalen Einstellung der Dauern von Zeitabschnitt I und II bei einem derart realisierten Koagulierenden Schneiden kann beispielsweise lauten: Bei großem und konstant geregeltem Klirrgrad und sehr lang eingestelltem Zeitabschnitt II wird Zeitabschnitt I von großen Längen her so lange verkürzt, bis der gewünschte Koagulati­ onsgrad erreicht und der Karbonisationsgrad ausreichend gering ist. Anschließend wird die Dauer von Zeitabschnitt II so lange verkürzt, bis die gewünschte maximale Schnittge­ schwindigkeit erreicht wird, ohne daß der Karbonisationsgrad ansteigt.

Es sind auch Ausführungsformen der Erfindung denkbar, bei denen die Längen der Zeitab­ schnitte I und II nicht fest eingestellt sind, sondern dynamisch verändert werden. So gibt es beispielsweise im Zyklus eines Herzschrittmachers Zeitbereiche, in denen ein elektrischer Störimpuls (verursacht durch einen Hochfrequenzgenerator) besonders schädlich wäre. Der Hochfrequenzgenerator kann daher über eine Synchronisationseinrichtung so mit dem Si­ gnal des Herzschrittmachers synchronisiert werden, daß dessen empfindliche Zeitbereiche und die Zeitabschnitte II zusammenfallen.

In ähnlicher Weise sind Ausführungsformen der Erfindung denkbar, bei denen der Hochfre­ quenzgenerator über eine Synchronisationseinrichtung verfügt, mit deren Hilfe periphere Geräte so gesteuert werden, daß ihre Signalübertragung mit den Zeitabschnitten II zusam­ menfällt. So werden im endoskopischen Bereich Videokameras zur Beobachtung des Ope­ rationsortes verwendet. Bei Aktivierung des Hochfrequenzgenerators für die Hochfre­ quenzchirurgie entstehen dann oftmals Störungen im Videosignal, die sich in Form von verrauschten Bildern am Bildschirm bemerkbar machen. Um dies bei der Verwendung der Erfindung zu verhindern kann die Übertragung des Videosignals so mit dem Signal des Hochfrequenzgenerators synchronisiert werden, daß sie nur während der Zeitabschnitte II erfolgt.

Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung sind noch Zeichnungen beigefügt. Es zeigen:

Fig. 1 Prinzipschaltbild des Hochfrequenzgenerators für die Hochfrequenzchirurgie nach der Erfindung.

Fig. 2 Temperaturverlauf im Gewebe quer zur Schnittrichtung beim Schneiden mit normal starkem Lichtbogen und beim Schneiden mit sehr starkem Lichtbogen.

Fig. 3 Zeitverlauf der Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 ist das Prinzipschaltbild des Hochfrequenzgenerators für die Hochfrequenzchirur­ gie nach der Erfindung dargestellt. Der Hochfrequenzgenerator verfügt über einen regelba­ ren Hochfrequenz-Leistungsoszillator (4), eine Meßeinrichtung (2), mit deren Hilfe die zur Regelung des Hochfrequenzgenerators erforderlichen Ausgangsgrößen des Hochfrequenz­ generators, wie der Effektivwert (I) des Ausgangsstromes, der Effektivwert (U) der Aus­ gangsspannung oder der Klirrgrad k im Ausgangsstrom gemessen werden, über eine Rege­ leinrichtung (1) zur Einstellung der momentanen elektrischen Ausgangsgrößen des Hoch­ frequenzgenerators, sowie über einen Zeitgeber (3). Der zum Schneiden benötigte Hoch­ frequenzstrom wird über die Schneidelektrode (5) in das Gewebe des Patienten (7) einge­ speist und fließt zur Neutralen Elektrode (6) ab. Die Regeleinrichtung (1) erhält die zeitab­ hängigen Sollwerte der Ausgangssignale des Hochfrequenzgenerators von einem Sollwert­ programm (8) und generiert aus dem Vergleich mit den, von der Meßeinrichtung (2) ge­ wonnenen Meßwerten der aktuellen Größen der Ausgangssignale des Hochfrequenzgenera­ tors einen Sollwert für die Spannung (U_soll), die der regelbare Hochfrequenz- Leistungsoszillator (4) abgeben soll.

In Fig. 2 ist der Temperaturverlauf im Gewebe quer zur Schnittrichtung beim Schneiden mit normal starkem Lichtbogen (9) und beim Schneiden mit sehr starkem Lichtbogen (10) dargestellt. Beim Schneiden mit normal starkem Lichtbogen erfolgt die Stromeinspeisung punktförmig über vereinzelt auftretende Lichtbögen. Die Stromverteilung entspricht einem Kugelfeld. Ausgehend von der Elektrodenachse (r=0) ergibt sich mit wachsendem Abstand r von der Elektrodenachse, d. h. in die Tiefe des Gewebes hinein ein Abfall der Erwärmung mit 1/r⁴ (9). Beim Schneiden mit starkem Lichtbogen dagegen bildet sich rund um die Elektrode eine umfassende Entladung, ähnlich wie bei einer Gasentladungsröhre. Die Stro­ meinspeisung erfolgt nun gleichmäßig über die gesamte, im Gewebe befindliche Elektro­ denfläche und es stellt sich eine Stromverteilung gemäß einem Zylinderfeld ein. Ausgehend von der Elektrodenachse (r=0) ergibt sich mit wachsendem Abstand r von der Elektro­ denachse, d. h. in die Tiefe des Gewebes hinein ein Abfall der Erwärmung mit 1/r² (10). Beim Schneiden mit starkem Lichtbogen ergibt sich somit unabhängig von der eingespei­ sten Hochfrequenzleistung, rein aufgrund der unterschiedlichen Stromverteilung im Gewe­ be eine erhöhte Tiefenwirkung.

In Fig. 3 ist der erfindungsgemäße Zeitverlauf der Ausgangsspannung des Hochfrequenz­ generators dargestellt. Der Hochfrequenzgenerator gibt eine hochfrequente Spannung (11) ab, die für die erste Periode T angedeutet ist. Erfindungsgemäß wird die Hüllkurve der Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators - hier ist der Effektivwert (U) der Aus­ gangsspannung dargestellt - so gestaltet, daß mindestens zwei Zeitabschnitte zyklisch wie­ derholt werden. Im Zeitabschnitt I wird die Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenera­ tors so geregelt, daß das Verhältnis aus den Effektivwerten des Oberwellengehaltes im Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators zum gesamten Ausgangsstrom des Hochfre­ quenzgenerators, das einem Klirrgrad k entspricht, konstant und so hoch ist, daß eine elek­ trodenumfassende Entladung um die Schneidelektrode entsteht (k<10%). Durch die Rege­ lung eines konstanten Klirrgrades wird eine von den Schnittparametern, wie Eintauchtiefe der Schneidelektrode, oder Schnittgeschwindigkeit unabhängige Schnittqualität, d. h. ein konstantes Maß an Koagulation und Karbonisation der Schnittränder erreicht. Die elektro­ denumfassende Entladung sorgt für eine große Tiefenkoagulation der Schnittränder. Beim kontinuierlichen Schneiden mit starkem Lichtbogen würde aufgrund der hohen, im Licht­ bogen umgesetzten und in die Schnittoberflächen eingespeisten Hochfrequenzleistung ein hoher Grad an Karbonisation entstehen. Dies läßt sich erfindungsgemäß vermeiden, wenn der Schneidvorgang zyklisch durch einen Zeitabschnitt II unterbrochen wird, bevor im Ge­ webe Energiedichten (Temperaturen) überschritten werden, die zur Bildung von Karboni­ sationen ausreichen. Während des Zeitabschnittes II ist die Ausgangsspannung des Hoch­ frequenzgenerators so gering einzustellen, daß nur eine vernachlässigbare Hochfrequenz­ leistung in das Gewebe eingespeist wird, so daß der Abbau von am Ende von Zeitabschnitt I im Gewebe vorhandenen Maxima der Energiedichte durch Wärmeleitung in Zeitabschnitt II möglichst schnell vonstatten gehen kann. Die Dauer des Zeitabschnittes II ist bei vorge­ gebener Dauer des Zeitabschnittes I so lang einzustellen, daß Maxima der Energiedichte weitgehend abgebaut werden können, jedoch ist sie so kurz einzustellen, wie möglich, um eine hohe Schnittgeschwindigkeit zu ermöglichen.

Claims (11)

1. Hochfrequenzgenerator für die Hochfrequenzchirurgie mit

• - einer Regeleinrichtung (1) zur Einstellung des momentanen Effektivwertes (U) der Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators,
• - einer Meßeinrichtung (2), die die Intensität des Lichtbogens ermittelt und die ein Ausgangssignal entsprechend dieser Intensität abgibt,
• - sowie einem Zeitgeber (3),

bei dem der Effektivwert (U) der Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators in zeitlicher Folge so verändert wird, daß mindestens zwei aufeinanderfolgende Zeitab­ schnitte zyklisch wiederholt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Effektivwert (U) der Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators während Zeit­ abschnitt I derart geregelt wird, daß sich zwischen Schneidelektrode und Gewebe eine umfassende Entladung aufgrund eines geeignet starken Lichtbogens derart einstellt, daß sich im Gewebe eine zylinderförmige Stromverteilung (1/r²) ergibt und daß die pro Flä­ cheneinheit der Gewebeschnittflächen eingespeiste Energie nahezu konstant ist
und daß der Effektivwert (U) der Ausgangsspannung des Generators während Zeitab­ schnitt II hinreichend klein eingestellt ist, daß kein Lichtbogen zwischen Schneidelektro­ de und Gewebe auftritt,
und daß die Dauer des Zeitabschnittes I hinreichend klein ist und daß bei vorgegebener Dauer des Zeitabschnittes I die Dauer des Zeitabschnittes II hinreichend groß eingestellt ist, daß sich ein hinreichend kleiner Karbonisationsgrad der Schnittflächen einstellt.

2. Hochfrequenzgenerator für die Hochfrequenzchirurgie nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Effektivwert (U) der Ausgangsspannung des Hochfrequenzgene­ rators während Zeitabschnitt I so geregelt wird, daß sich ein annähernd konstantes Ver­ hältnis der Effektivwerte des Oberwellengehaltes im Ausgangsstrom des Hochfrequenz­ generators zum gesamten Ausgangsstrom des Hochfrequenzgenerators ergibt.

3. Hochfrequenzgenerator für die Hochfrequenzchirugie nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des Zeitabschnittes I hinreichend klein eingestellt ist, daß am Ende des Zeitabschnittes I die pro Gewebevolumen vorhandene Energie so gering ist, daß sie insbesondere an den Gewebeschnittflächen nur zu einer vernachlässigbaren Karbonisation führt.

4. Hochfrequenzgenerator für die Hochfrequenzchirurgie nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer des Zeitabschnittes II hinreichend groß eingestellt ist, daß im Gewebe, insbesondere in der Nähe der Gewebeschnittflächen vorhandene Maxi­ ma der Energiedichte weitgehend abgebaut werden.

5. Hochfrequenzgenerator für die Hochfrequenzchirurgie nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Effektivwert (U) der Ausgangsspannung des Hochfrequenzge­ nerators während des Zeitabschnittes II hinreichend klein eingestellt ist, daß nur eine vernachlässigbare, das Gewebe nicht erwärmende Hochfrequenzleistung in das Gewebe eingespeist wird.

6. Hochfrequenzgenerator für die Hochfrequenzchirurgie nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Effektivwert (U) der Ausgangsspannung des Hochfrequenzgene­ rators während des Zeitabschnittes II zu Null eingestellt ist.

7. Hochfrequenzgenerator für die Hochfrequenzchirurgie nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Längen der Zeitabschnitte I und II fest eingestellt sind.

8. Hochfrequenzgenerator für die Hochfrequenzchirurgie nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des Zeitabschnittes I im Bereich zwischen 10 µs und 100 ms, vorzugsweise jedoch im Bereich zwischen 1 ms und 30 ms eingestellt ist und daß abhängig von der Dauer des Zeitabschnittes I die Dauer des Zeitabschnittes II im Be­ reich zwischen 10 µs und 100 ms, vorzugsweise jedoch im Bereich zwischen 1 ms und 50 ms eingestellt ist.

9. Hochfrequenzgenerator für die Hochfrequenzchirurgie nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Störungen in peripheren Geräten durch den Hochfrequenzgenerator, dieser eine Synchronisationseinrichtung enthält, welche die pe­ ripheren Geräte synchron mit den Zeitabschnitten II steuert, derart, daß diese während der Zeitabschnitte I nicht gestört werden.

10. Hochfrequenzgenerator für die Hochfrequenzchirurgie nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dieser eine Synchronisationseinrichtung enthält, mit deren Hilfe die Abfolge der Zeitabschnitte I und II und/oder die Längen der Zeitabschnitte I und II so an die Funktion peripherer Geräte angepaßt wird, daß diese nicht gestört werden.