DE3610393C2 - - Google Patents
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- DE3610393C2 DE3610393C2 DE19863610393 DE3610393A DE3610393C2 DE 3610393 C2 DE3610393 C2 DE 3610393C2 DE 19863610393 DE19863610393 DE 19863610393 DE 3610393 A DE3610393 A DE 3610393A DE 3610393 C2 DE3610393 C2 DE 3610393C2
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Hochfrequenz-
chirurgischen Anordnung mit einer Vorrichtung zum
Feststellen eines Hochfrequenz-Fehlerstromes, der
mittels eines mit seiner Primärwicklung in einer zur
allgemeinen Erdung führenden Verbindung eingeschal
teten Wandlers erfaßt wird, an dessen Sekundär
wicklung eine Auswerteschaltung angeschlossen ist,
und mit einem Patienten-Lagergestell.
Derartige Vorrichtungen sind aus den US-PS
42 00 105 und 42 31 372 bekannt.
Unkontrollierte Ströme, die üblicherweise als Fehler
ströme bezeichnet werden, können zu Störungen im
Betrieb, ja zu Lebensgefahr von Personen führen.
Es ist daher vielfach üblich, bei netzbetriebenen
Geräten einen Fehlerstromschalter vorzuschalten.
Ordnungsgemäß verlaufende Ströme fließen auf einem
Leiter zu einem elektrischen Gerät od. dgl. hin
und auf dem Rückleiter zurück. Der Fehlerstrom
schalter wird von beiden Strömen durchflossen, der
art, daß bei ordungsgemäßem Stromlauf sich die
Wirkung der Ströme auf den Fehlerschutzschalter
aufhebt und dieser nicht betätigt wird. Wenn
jedoch im Gerätestromkreis ein Teil des Stromes,
z. B. infolge eines Isolationsfehlers oder über eine
mit der Stromzuführung in Berührung kommende Per
son, nach Erde abgeleitet wird und so nicht auf
dem normalen Weg zurückfließt, stellt der Fehler
stromschutzschalter eine Stromdifferenz fest und
trennt die Netzverbindung ab.
Bei Geräten, die hochfrequente Energie liefern und
der Fehlerstromschalter in die HF-Strom-Leitungen
eingeschaltet ist, kann wegen der hohen Frequen
zen und der gegebenenfalls auftretenden Phasen
verschiebungen gegebenenfalls die ordnungsgemäße
Wirkung beeinträchtigt und die Funktion nicht
sicher sein.
Kräftige hochfrequente Ströme, Spannungen und Leistungen
werden angewendet z. B. in der Hochfrequenz-Chirurgie.
Dabei wird über eine z. B. nadelförmige Elektrode ein
hochfrequenter Strom in das Gewebe eines Patienten zugeführt,
wobei der von der Elektrode eintretende Strom eine be
grenzte Gewebezerstörung erzeugt und gleichzeitig Blutungen
eindämmt.
Der Hochfrequenzstrom kann in Form ungedämpfter, vorzugsweise
sinusartiger, Schwingungen vorliegen. Es sind auch Funken
generatoren bekannt, die in kurzen Abständen, also impuls
artig, Schwingungszüge abklingender Amplitude erzeugen.
Die Frequenz liegt dabei in der Regel im Bereich über
500 kHz bis 1,7 MHz.
Der zugeführte Hochfrequenz-Strom tritt in den Patienten
körper ein und findet dort einen großen Leitungsquerschnitt,
so daß innerhalb des Körpers keine störende Erwärmung auf
tritt; die Erhitzung wird lediglich an der Nadel erhalten,
in deren Nähe der Strom auf einen minimalen Querschnitt
eingeengt ist. Der abfließende Strom wird aus dem Körper
abgenommen an einer Neutralelektrode, die mit großer
Fläche an geeigneter Stelle, z. B. am Oberschenkel,
angebracht ist. Bei fest sitzender Neutralelektrode tritt
auch hier keine merkliche Erwärmung auf und der Strom kann
über ein an die Neutralelektrode angeschlossenes Kabel
zum Generator zurückgeleitet werden.
Anhand der Fig. 1 werden die Geräteteile und deren Zusammenwirken einer solchen
bekannten Anordnung erläutert.
Auf einem Operationstisch 1 ist ein Patient 2 gelagert.
Der Operationstisch 1 ist mit einer Metallplatte 3 versehen,
und zwischen dieser Platte 3 und dem Patienten 2 ist eine
Zwischenlage 4, z. B. aus saugfähigem Material, angebracht.
Der Tisch 1 wird von einem Ständer 5a, 5 b getragen, der
üblicherweise nach dem Stand der Technik aus einem Stück
besteht. Dieser Ständer wird nachstehend allgemein als
Fuß bezeichnet. Der Fuß 5 a, 5 b ist mit einer Grundplatte
6 verbunden und auf dem Fußboden 7 aufgestellt. Die Grund
platte 6 ist über einen Erdleiter 8 mit Erde verbunden;
da die Teile 1, 3, 5 a und 5 b mit der Fußplatte 6 leitend
verbunden sind, sind auch diese Teile geerdet.
Diese Erde ist eine allgemeine Erdung, die in Fig. 1 unten
als waagerecht durchlaufende, gestrichelte Linie 9 darge
stellt ist. Mit dieser Erdung sind alle neutralen Teile
in der Nähe des Operationstisches verbunden. Im Fußboden des
Operationsraumes können weiter metallische Streifen 9 a
eingelassen sein, die ebenfalls mit der Erdung 9 über Erdlei
ter 9 b verbunden sind. Dadurch wird sichergestellt, daß
sich auch auf dem Fußboden keine störenden Potentiale
ausbilden können. Die Streifen 9 a stellen somit einen
Potentialausgleich her. Die Erdung 9 ist in bekannter Weise
mit wenigstens einem Erdpunkt im Gebäude und/oder dem Bau
grund verbunden.
Oberhab des Patienten ist ein HF-Generator 10 dargestellt,
der an eine Ausgangswicklung 11 hochfrequente Ströme geeig
neter Stärke und Form liefert, die von Klemmen
12 und 13 abgenommen werden können. Der Generator ist über
ein Kabel 10 a mit dem Wechselstrom-Netz verbunden; dieses
Kabel enthält auch einen Schutzerde-Leiter 10 b, der
gegebenenfalls über einen Verbindungsleiter 10 c an den
Erdleiter 21 oder in anderer Weise an die allgemeine Erdung
9 angeschlossen ist.
Mit der Klemme 12 ist über ein Kabel 14 die, z. B. nadelför
mige, Aktivelektrode 15 verbunden, mit der vom Chirurgen
die erforderlichen Eingriffe durchgeführt werden.
Die Klemme 13 ist über ein Kabel 16 mit der Neutralelektrode
17 verbunden. Der über die Nadel 15 zugeführte hochfrequente
Strom tritt in den Körper des Patienten 2 ein und fließt
über einen durch eine gestrichelte Linie 18 angedeuteten
Stromweg zur Neutralelektrode 17 und über den Leiter
16 zur Ausgangsklemme 13 des Generators 10 zurück. Der
im Körper zurücklaufende Strom ist natürlich nicht auf
einen bestimmten Bereich um die Linie 18 festgelegt.
Auch der übrige Körper kann über mehr oder weniger große
Leitungswiderstände von einem Teil des über die Aktivelektrode
15 zugeführten hochfrequenten Stromes durchflossen werden.
In der bisher beschriebene Schaltung, in der die
Generator-Ausgangsklemmen 12 und 13 nur mit der Aktivelek
trode 15 bzw. mit der Neutralelektrode 17 verbunden sind,
könnte der Strom von der Aktivelektrode 15 etwa entsprechend
dem strichpunktiert dargestellten Stromweg 19 durch den
Körper des Patienten 2 hindurch nach unten fließen; er
findet dabei nur einen sehr geringen Widerstand. Wenn
die Zwischenlage 4 trocken ist, wird zwischen dem Körper
des Patienten 2 und der Metallplatte 3 ein Kondensator
gebildet, über den der hochfrequente Strom die Platte
4 erreichen kann. Auch zwischen der Neutralelektrode
16 und der Platte 4 besteht ein kapazitiver Übergang,
und so kann der Strom von der Elektrode 15 durch den
Körper und die gebildete Kapazität hindurch zur Platte
4 von dieser zurück über die gebildete Kapazität zur
Neutralelektrode 17 fließen, so daß parallel zum vorgesehenen
Stromweg 18 ein weiterer Stromweg gebildet wird. Wenn
sich in der Zwischenlage 14 unter dem Patienten 2 bei
20 eine Flüssigkeitsansammlung gebildet hat, wird eine
relativ niederohmige Strombrücke zur Platte 4 gebildet.
Dadurch kann der Fehlerstrom über den Stromweg 19 deutlich
stärker werden. Wenn die Neutralelektrode 17 locker sitzt,
erhöht sich der Widerstand über den Stromweg 18, und
entsprechend wird der Stromanteil über den Stromweg 19
größer. In der Nähe des Überganges aus dem Stromweg 19
über den leitfähigen Bereich 20 zur Platte 4 kann sich
daher eine deutliche Konzentrierung des Stromes, eine
stärkere Erwärmung und gegebenenfalls eine Verbrennung
ergeben.
Üblicherweise ist der Hochfrequenz-Generator 10 über
einen Leiter 21 mit Erde verbunden, und auch die Klemme
13 der Ausgangswicklung 11 ist über eine Verbindung 22
mit der Erdungsklemme 23 des Generators 10 und damit
über die Leitung 21 an Erde angeschlossen. Auch die Metall
platte 3 ist über den Fuß 5 a, 5 b, die Grundplatte 6 und
den Erdleiter 8 geerdet. Ströme über die strichpunktiert
gezeichnete Strombahn 19 fließen dann zur Platte 4, über
den Erdleiter 8 nach Erde und über die Leiter 21 und
22 zurück zu dem mit der Klemme 13 verbundenen Ende der
Ausgangswicklung 11. Es tritt somit ein Fehlerstrom über
die Leitung 21, 22 auf, und der Strom durch den Leiter
16 wird entsprechend vermindert.
Es kann auch vorkommen, daß die Fingerspitzen 25 - außerhalb
der Zwischenlage 4 - die Metallplatte 3 direkt berühren.
Es ist dann möglich, daß von der Aktivelektrode 15 durch
den Körper des Patienten, z. B. entsprechend der punktiert
dargestellten Linie 26, ein Teilstrom über die Fingerspitzen
25 nach Erde und über die Leitungen 21 und 22 zum Generator
10 zurückfließt, der dann die Leitung 16 nicht durchfließt.
Die Berührungsfläche der Fingerspitzen 25 mit der Platte
24 kann klein sein, so daß dort eine hohe Stromdichte
und eine starke Erwärmung auftritt, die zu Verbrennungen
führen kann. Die dargestellte Linie 26 entspricht dem
Stromfluß dann, wenn der Arm dicht am Körper anliegt.
Aber auch wenn dies nicht der Fall ist und der erwähnte
Fehlerstrom einen anderen Weg, z. B. über die Schulter
27 in den Arm und zu den Fingerspitzen 25, nimmt, können
die gleichen Störungen auftreten; denn der Weg durch
den Arm weist eine so großen Querschnitt auf, daß die
Leitfähigkeit genügend hoch ist, um die erwähnte Stromleitung
zu bewirken.
Es kann auch ein anderes elektrisches Behandlungsgerät,
z. B. ein Elektrokardiograph 28 angeschlossen sein, der
einerseits von einer Klemme 29 über eine Leitung 30 geerdet
ist und von dem eine Meßklemme 31, die über eine Leitung
32 mit einer Elektrode 33 am Patienten verbunden ist,
ebenfalls über eine Verbindungsleitung 34 im Gerät 28
an die Erdklemme 29 angeschlossen ist. Dann liegt die
Elektrode 33 ebenfalls an Erde, so daß sich von der Aktiv
elektrode 15 über die durch Striche und doppelte Punkte
dargestellte Linie 35 ein Fehlerstrom von der Aktivelektrode
15 über die Leitungen 32, 34, 30 nach Erde und weiter
über die Leitungen 21 und 22 zur Ausgangsklemme 13 des
HF-Generator 10 ausbilden kann. Jeder dieser Fehler
ströme kann möglicherweise an Körperstellen, an denen
eine Einengung des Stromes und damit eine stärkere
Wärmeentwicklung auftritt, zu Störungen oder Verletzun
gen führen.
Bei den bekannten Anordnungen nch den US-PS
42 00 105 und 42 31 372 wird der Fehlerstrom von
der Leitung abgenommen, die zum Zuführen der HF-
Energie an die Patientenelektrode dient. Dadurch
ergibt sich eine unerwünschte Verkopplung von
Nutz-Strom und Fehlerstrom, die eine exakte
Funktion der Fehlerstrom-Ermittlung beeinträchti
gen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Fehler
strom möglichst unverfälscht nahe der für die Entstehung
maßgebenden Fehlerkontakte und möglichst nicht beein
flußt durch den Hochfrequenz-Netzstrom festzustellen
und auszuwerten, ohne daß die Schutzerdungsfunktion,
vor allem für den Netzwechselstrom, beeinträchtigt wird.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst,
- - daß das Patienten-Lagergestell wenigstens einen Fuß hat, der eine einen erhöhten Hochfrequenz-Widerstand bewirkende, den Fuß in einen oberen und einen unteren Teil trennende, Unterbrechung aufweist,
- - daß die Unterbrechung zwischen dem oberen und dem unteren, mit der allgemeinen Erdung verbundenen, Teil des Fußes als isolierende Platte ausgebildet ist, die an ihrer oberen und unteren Seite je eine leitende Schicht trägt und diese Schichten mit der Primärwicklung des Wandlers verbunden sind, und
- - daß der obere und untere Teil des Fußes über elek trisch leitende Verbindungselemente aneinander befestigt sind, die für den HF-Strom einen Wider stand aufweisen, der im Vergleich zu den von den leitenden Schichten und der Primärwicklung des Wandlers gebildeten Widerstand nicht vernachlässigbar klein ist.
Auf diese Weise wird die Messung des hochfrequenten
Fehlerstromes vom hochfrequenten Nutz-Stromkreis,
in dem starke Ströme fließen können, getrennt, so
daß eine störende Beeinflussung der Fehlerstrom
messung vermieden ist. Eine sichere Schutzerdungs
funktion, auch für große Ströme, insbesondere für
einen, z. B. über einen 16 A-Automaten begrenzten
Netz-Kurzschlußstrom, bleibt dabei gewährleistet.
Durch die HF-Energie wird praktisch immer ein ge
wisser Grundwert des Fehlerstromes hervorgerufen,
der insbesondere kapazitiv bedingt ist. Dieser
Grundwert ist so gering, daß durch ihn Störungen,
insbesondere Verletzungen eines Patienten, nicht
zu befürchten sind; dieser Grundwert liegt
beispielsweise deutlich unter 1 mA. Unerwünschte
Auswirkungen sind erst zu erwarten, wenn der Strom
wesentlich höhere Werte, z. B. zwischen 1 und 10 mA,
erreicht. Die Grenze, bis zu der ein Fehlerstrom
unbedenklich ist, kann je nach der betreffenden
Apparatur, den verwendeten Schwingungen und Ener
gien in der Praxis bestimmt und festgelegt werden.
Wenn diese Grenze des Fehlerstromes überschritten
ist, wird nach der Erfindung ein Signal ausgelöst.
Dieses Signal soll auf die Gefahr hinweisen, damit
gegebenenfalls Abhilfe geschaffen werden kann.
Eine sofortige Abschaltung der Energiezufuhr, wie
es bei einem in der Netzzuleitung liegenden Fehler
strom-Schutzschalter üblich ist, ist beim vorlie
genden Fall in der Regel nicht erwünscht; denn
dann würde sofort das Arbeiten mit der Hochfre
quenzenergie unterbrochen, und es könnten, z. B.
bei einem chirurgischen Eingriff, Komplikationen
durch eine unvollkommene Operation hervorgerufen
werden.
Der Vollständigkeit halber sei bemerkt, daß in der
Zeitschrift "acta medicotechnica, Nr. 5, 1981,
Seiten 179-184", technische Möglichkeiten und sicher
heitstechnische Probleme beim Einsatz von Hoch
frequenz-Chirurgiegeräten beschrieben sind. Dabei
wird das Fließen von Fehlerströmen erörtert, da
runter auch solchen, die über den geerdeten OP-
Tisch fließen. Eine solche Anordnung, bei der
diese Fehlerströme gemessen und ausgewertet werden,
wird gerade nicht beschrieben. Dieses steht in Über
einstimmung mit dem Stand der Technik, wonach eine
Erdleitung stets ohne Unterbrechung direkt an eine
allgemeine Erdung geführt wird.
Weiter ist bei einer Anordnung nach der US-PS
42 00 105, bei der der Patientenkörper über eine
Fehlerstrom-Differenz-Schaltung und Niederfrequenz-
Abtrennkondensatoren an die Sekundärwicklung des
primärseitig geerdeten Hochfrequenz-Generators
angeschlossen ist, ein Wandler zur Fehlerstrom
übertragung an eine Auswerteschaltung in eine Verbin
dung zwischen der Sekundärwicklung des Hochfre
quenz-Generators und Erde eingeschaltet; um eine
Erdverbindungsleitung im üblichen, Sicherheit
gewährenden Sinne handelt es sich dabei nicht, und
eine Erdverbindung des Lager-Gestelles besteht
nicht.
Bei der Erfindung wird die HF-Energie von den Ausgangs
klemmen eines Hochfrequenz-Generators (HF-Generator) über eine
erste und eine zweite Speiseleitung dem Körper über mit diesem
in Berührung stehende Elektroden zugeführt, und der Fehlerstrom wird
mittels eines Wandlers aus einer Erdleitung abgetastet
und der Auswerteschaltung zugeführt. Die erste und die zweite
Speiseleitung sind dabei mit der Aktiv-Elektrode bzw. mit
der Neutral-Elektrode verbunden. Der Wandler bildet einen
Transformator, dessen Primärseite von dem Fehlerstrom ge
speist wird. Auf der Sekundärseite kann der transformierte
Strom der Auswerteschaltung zugeführt werden; dann wirkt der
Transformator im wesentlichen als Spannungswandler. Es ist
auch möglich, die primär zugeführte Energie zur Sekundär
seite in der Spannung hochzutransformieren, so daß dort
eine wesentlich höhere Spannung mit hohem Innenwiderstand
zur Verfügung steht. Dem Wandler braucht nur ein Teil
des insgesamt auftretenden Fehlerstromes zugeführt werden,
soweit dieser Teil zur Aussteuerung der Auswerteschaltung
ausreicht; die an die Primärwicklung des Wandlers ange
koppelte Erdleitung bildet dann gegebenenfalls nur einen
Teil der insgesamt wirksamen Erdverbindung, z. B. zwischen
einem Operationstisch und der Gesamt-Erdung.
Vorzugsweise kann der Wandler in die Erdleitung des Pa
tienten-Lagergestelles eingefügt sein. Dieses Gestell kann
die Form eines oder mehrerer Füße oder Beine haben, wie
es bei Möbeln, auch medizinischen Möbelstücken, ver
schiedenster Art üblich ist.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die
Warneinrichtung
optischer und/oder akustischer Art sein und z. B. eine
Lampe bzw. einen Tongenerator in Verbindung mit
einem Lautsprecher enthalten. Das Einschalten der einen
oder der anderen Warneinrichtung kann ggf. von der
Stärke des gemessenen Fehlerstromes abhängig gemacht
sein.
Der obere und der untere Teil des Fußes können nach
einer Ausführungsform der Erfindung aneinander be
festigt sein durch Verbindungselemente, z. B. Schrauben,
die für hochfrequente Schwingungen einen Widerstand auf
weisen, der im Vergleich zum Widerstand zwischen den leiten
den Schichten über den Wandler einen merklichen Wert be
sitzt. Durch die Verbindungselemente wird so keine voll
ständige Überbrückung für Hochfrequenzschwingungen bewirkt;
z. B. kann eine Stromleitung im Verhältnis 2 : 1 zwischen
den Verbindungselementen und dem Wandlereingang erreicht
werden. Vorzugsweise wird dazu die Oberfläche der Ver
bindungselemente, z. B. spiralförmig - wie bei einer nor
malen Schraube - profiliert. Da Hochfrequenz vorzugsweise
auf der Oberfläche eines metallischen Körpers geleitet
wird, wird, z. B. bei einer Eisenschraube, erreicht, daß
die Verbindungselemente die Hochfrequenz nur unvollkommen
ableiten. Andererseits leiten diese Verbindungselemente
bei Netzfrequenz mit ihrem ganzen Querschnitt. Ein etwaiger
starker netzfrequenter Strom wird somit ungehindert nach
Erde abgeleitet, wobei eine Schädigung des Wandlerein
ganges bzw. der Auswerteschaltung nicht zu befürchten ist.
Ist die Primärwicklung des Wandlers in die
Erdleitung eingeschaltet und eine Sekundärwicklung an
die Auswerteschaltung angeschlossen. Dadurch kann der Eingang
des Wandlers sehr niederohmisch gehalten werden, so daß
die erdende Funktion nicht beeinträchtigt wird. Anderer
seits kann durch Transformation zur Sekundärwicklung
ein Fehlerstrom-Signal geeigneter Größe für die Aus
steuerung der Auswerteschaltung erhalten werden.
Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich bei einer An
ordnung, bei der der Wandler mit der Auswerteschaltung kombi
niert ist. Es sind dann nur die Signalgeber, vorzugsweise
über eine flexible Leitung, anzuschließen und an einem
geeigneten Ort im Operationssaal aufzustellen. Die Auswer
teschaltung kann, gegebenenfalls etwas getrennt vom Wandler,
am oberen oder am unteren Fußteil angebracht sein, was
zu einem stabilen und platzsparenden Aufbau führt.
Die Auswerteschaltung kann auch mit dem Hochfrequenz-Ge
nerator kombiniert sein, so daß gegebenenfalls von diesem
die Speiseenergie geliefert wird. Da ein Fehlerstrom-
Signal nur dann von Interesse ist, wenn der HF-Generator
in Betrieb ist, ist so die Speisung des Auswerte-Teiles
in diesen Zeitintervallen sichergestellt.
Die Anordnung kann auch so getroffen werden, daß die Aus
werteschaltung vom Wandler getrennt angeordnet ist. Da der
Ausgang des Wandlers eine höhere Impedanz aufweist, sind
Beeinträchtigungen durch eine längere Verbindungsleitung
zur Auswerteschaltung nicht zu befürchten. Die Auswerteschaltung
kann dann an geeigneter Stelle, z. B. beim Anästhesisten,
angeordnet werden. Dieser kann bei geeigneter Ausbildung
der Auswerteschaltung dann auch unterschiedliche Fehlerstrom
signale überwachen.
Der Wandler selbst kann dann am oberen oder am unteren
Tischfuß-Teil angeordnet und über eine flexible Leitung
mit der Auswerteschaltung verbunden sein.
Für den Wandler ist die Bemessung zweckmäßig so zu wählen,
daß er eine niedrige Eingangsimpedanz aufweist und daß
sein Ausgang bei Hochfrequenz eine ausreichende Steuer
größe für die Auswerteschaltung liefert. Die Primärwicklung
kann dabei aus einer einzigen Windung oder einem Teil davon
bestehen. Eine solche einzige Eingangswindung kann so aus
gebildet sein, daß sie etwa hindurchfließenden Netz-Wechsel
strom ohne merklichen Spannungsabfall überträgt.
Zweckmäßig weist der Wandler für die vom HF-Generator
gelieferten Schwingungen Resonanz auf. Sein Übertragungs
maß ist dann für Hochfrequenz groß auch bei niedrigem,
in der Erdleitung liegendem Eingangswiderstand. Zum Beispiel kann
die Eingangswindung für Hochfrequenz eine Reihenresonanz
aufweisen und/oder die Sekundärwicklung kann Parallelreso
nanzverhalte zeigen. Damit ein Wandler nach der Er
findung auch mit verschiedenen Hochfrequenz-Generatoren
benutzt werden kann, kann die Resonanz einstellbar sein.
Die Resonanz kann auch tiefer liegen als die Frequenz der
Schwingungen des HF-Generators. Dann liegt die oftmals
scharfe Resonanzspitze außerhalb des Übertragungsbereiches,
und die Amplitude des übertragenen Fehlerstrom-Signals
ist nicht so sehr von etwaigen Veränderungen der Frequenz
der HF-Schwingungen abhängig.
Der Wandler ist zweckmäßig ausgelegt für einen Grundwert
des Hochfrequenz-Fehlerstromes im Milliampere-Bereich,
z. B. in der Größe von 1 bis 10 mA, und er ist für einen
Fehlerstrom geeignet, der wenigstens zwanzigmal so groß
ist wie der Grundwert, insbesondere bis 500 mA oder mehr
betragen kann.
Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung ist der Wandler über
ein für Hochfrequenz durchlässiges Filter an die Erdleitung
und/oder an die Auswerteschaltung angeschlossen. Der Wandler
und/oder Teile des Eingangskreises der Auswerteschaltung
können in das Filter einbezogen sein. Ein einfaches Filter
kann durch eine Kondensatorkopplung gebildet werden. So
wird erreicht, daß netzfrequente Kurzschlußströme nicht
zur Auswerteschaltung übertragen werden. Die Erdleitung, in
die der Wandler eingeschaltet ist, soll für große Ströme,
z. B. 5 A bis 20 A, überbrückt sein, um einen Netz-Kurz
schluß abzuleiten.
Bei einer Auswerteschaltung für eine Anordnung
nach der Erfindung soll die Speisung zweckmäßig durch eine
Batterie erfolgen, damit hohe Sicherung für das Melden
eines Fehlerstromes erreicht wird. Zweckmäßig kann die
Speisung durch einen Akkumulator erfolgen, der vorzugs
weise dauernd oder zeitweise, z. B. nachts, mittels einer
Ladeschaltung aufgeladen wird.
Die Auswerteschaltung kann zweckmäßig im Warn-Fall eine Betriebs
spannung an einer Signalgeber liefern, diesen also einfach
einschalten. So kann als Signalgeber eine optische Ein
richtung, z. B. eine Lampe, dienen oder eine akustische
Einrichtung, z. B. ein von einem Tongenerator gesteuerter
Lautsprecher oder Kopfhörer. Der Lautsprecher ist fest
mit Tongenerator, gegebenenfalls über einen Verstärker,
verbunden, und das Signal wird abgegeben, sobald die Be
triebsspannung dem Tongenerator zugeführt wird.
Die Auswerteschaltung kann je nach Art und/oder Größe des
Fehlerstromes unterschiedliche Warnsignale liefern. So
kann bei einem sehr schwachen Fehlerstrom nur eine optische
Warnung gegeben werden, während bei einem stärkeren
Fehlerstrom ein akustisches Signal ausgelöst wird und
den Operateur unmittelbar erreicht. Bei einem sehr star
ken Fehlerstrom kann durch die Auswerteschaltung mittels des
abgegebenen Fehlerstrom-Signals auch der HF-Generator
abgeschaltet werden.
Durch die Auswerteschaltung wird der Signalgeber bei Auftreten
eines oberhalb des Grundwertes liegenden Fehlerstromes
den Warnsignal-Geber sofort einschalten, bei Wegfall des
aufgetretenen Fehlerstromes aber erst, z. B. um 5 bis 10
Sekunden verzögert, wieder abschalten. So kann auch bei
einer kurzzeitigen Überschreitung des Grundwertes ein Warn
signal über längere Zeit abgegeben werden und so das Be
dienungspersonal zuverlässig aufmerksam gemacht werden.
Da es für die Sicherheit eines Patienten auf die Zuverlässig
keit der Fehlerstrom-Signalauswertung sehr ankommt,
kann in der Auswerteschaltung, insbesondere bei Batterie- oder
Akkumulator-Betrieb, zweckmäßig ein Speisespannung-
Prüfer enthalten sein, der dann, wenn die Speisespannung
einen Grenzwert unterschreitet, ein Hinweissignal abgibt.
Dieses Hinweissignal kann sich zweckmäßig in der Tonhöhe
und/oder in der Intervalldauer vom Fehlerstrom-Warnsignal
unterscheiden. Zum Beispiel kann durch den Batterieprüfer der Tonge
nerator in Abständen von z. B. 5 Sekunden, auf zweimal
½ Sekunde eingeschaltet werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispiels
weise näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung
gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine Kontaktplatte mit dem Wandler und
Fig. 3 eine Schaltung zur Signalverarbeitung.
Anhand von Fig. 1 wurde eine bekannte Anordnung mit den
zugehörigen Geräteteilen beschrieben, wobei vorausge
setzt wurde, daß der Fuß 5 a, 5 b des Operationstisches 1
von oben bis unten, vorzugsweise in einem Stück, durchgehend
ausgebildet ist. Der Fehlerstrom von Tisch 1 zur Grund
platte 6 und über die Leitung 8 nach der Erdung 9 fließt
dabei durch den Fuß 5a, 5 b.
Um nach der Erfindung den Fehlerstrom messen zu können,
ist der Fuß zwischen seinem oberen Teil 5 a und seinem un
teren Teil 5 b unterbrochen. Das untere Ende des oberen
Teiles 5 a und das obere Ende des unteren Teiles 5 b gehen
in flanschartige Verbreiterungen 36 über, die eine etwa
quadratische Fläche bilden (vgl. Fig. 2, linker Teil).
An den Ecken dieser Quadratflächen sind Löcher angebracht,
durch die der obere und der untere Flansch 36 bzw. 37 mit
Schrauben 38 aneinander befestigt werden können.
Zwischen den Flanschen 36 und 37 ist eine isolierende Plat
te 39 angebracht, die an ihrer oberen und an ihrer unteren
Seite je eine leitende Schicht trägt. Diese leitenden
Schichten 40 bzw. 41 sind über Leitungen, z. B. isolierte
Drähte, 42 bzw. 43 mit den Enden der Primärwicklung 44
eines Wandlers 45 verbunden. Dessen Sekundärwicklung 46
ist über Leitungen 47 und 48, von denen die eine geerdet
sein kann, mit dem Eingang 49 einer Auswerteschaltung 50
verbunden.
Die leitenden Schichten 40 und 41 stehen in metallischem
Kontakt mit den Flanschen 36 bzw. 37. Ein vom Operationstisch
1 nach Erde fließender hochfrequenter Fehlerstrom kann
somit durch die Primärwicklung 44 des Transformators 45
fließen.
Die Schrauben 38 werden unisoliert
eingesetzt, so daß sie zwischen den beiden Flanschen
eine leitende Verbindung herstellen. Die flächenhafte Be
rührung zwischen den Schichten 40 und 41 der Platte 39
und den Flanschteilen 36 bzw. 37 weist jedoch eine große
Ausdehnung auf, während die Schrauben insgesamt nur einen
geringen Querschnitt haben. Schon vom Querschnitt bzw.
der Fläche her kann daher die Stromführung über die Schichten
40 bzw. 41 begünstigt sein. Diese Schichten sind außerdem
aus gut leitendem Material, z. B. Kupfer und/oder Silber
hergestellt und sie sind durch Kupferleitungen 42 und 43
mit einer Kupferdrahtwicklung 44 verbunden. Außerdem sind
die Schrauben 38 aus Eisen und weisen eine schraubenförmig
profilierte Oberfläche auf, was ihre Leitfähigkeit für
Hochfrequenz vermindert. Allerdings besteht für Hochfrequenz
zwischen den Schichten 40 und 41 auch eine Neben
schluß-Impedanz über die zwischen den Schichten 40 und
41 mit dem Isoliermaterial 39 gebildete Kapazität. Insgesamt
hat es sich gezeigt, daß ohne Schwierigkeiten die Ausbildung
so getroffen werden kann, daß ein beträchtlicher Teil,
z. B. zwei Drittel, des insgesamt durch den Fuß 5a, 5 b
fließenden Fehlerstromes die Primärwicklung 44 des Wandlers
45 durchfließt; dabei kann diese Wicklung dadurch gebildet
werden, daß die Leitungen 42, 43 um den Kern des Wandlers
45 etwa als einzige Windung herumgeführt werden.
Fig. 1 gibt ein Ausführungsbeispiel an, das die wesentlichen
Teile etwa schematisch erkennen läßt. Die praktische
konstruktive Ausführung kann davon abweichen. Insbesondere
kann die Unterbrechung mit der isolierenden Schicht 39
direkt unterhalb des Operationstisches 1 angeordnet werden.
Das ist insbesondere dann empfehlenswert, wenn dieser Ope
rationstisch abnehmbar ausgebildet ist, um den Patienten
einfach transportieren zu können.
Fig. 2 zeigt in Aufsicht die isolierende Platte 39 mit
der darüber liegenden leitenden Schicht 40, die in eine
Anschlußfahne 51 übergeht. Die nicht sichtbare untere
Schicht geht in eine Anschlußfahne 52 über. Innerhalb
der Platte 39 ist durch eine gestrichelte Linie 53 die
äußere Kontur des zylindrisch ausgebildeten unteren Fußteiles
dargestellt, an dem die quadratische (untere) Flanschplatte
37 befestigt ist. Die isolierende Platte 39 mit den leitenden
Schichten 40 und 41 ist an den Ecken im Bereich der Schrauben
löcher der Flanschplatten 36 bzw. 37 ausgespart, was den
Zusammenbau erleichtert.
In Fig. 2 ist rechts der Wandler 45 im Schnitt dargestellt.
Er besteht aus einem ringförmigen Kern 55 mit rechteckigem
Kern, z. B. aus Hochfrequenz-Ferrit. Um diesen ringförmigen
Kern herum ist eine Sekundärwicklung 46 angebracht, de
ren Wicklungsenden an die Leitungen 47 bzw. 48 der Auswerte
schaltung 50 hin angeschlossen sind. Die Leitungen 42 und 43
bilden eine geschlossene Schleife, so daß die Primär
wicklung 44 des Wandlers 45 durch einen einzigen, durch
den Innenraum des ringförmigen Kernes 55 hindurchlaufenden
Leiter gebildet wird. Der Eingang des Wandlers 45 weist
somit eine sehr niedrige Impedanz auf, während durch ein hohes
Übersetzungsverhältnis zur Sekundärwicklung 46 sichergestellt
wird, daß in der Auswerteschaltung 50 eine ausreichende Eingangs
spannung zugeführt wird.
Fig. 3 zeigt schematisch die Schaltungsanordnung, mit
der aus dem dem Wandler zugeführten Fehlerstrom-Signal
ein Warnsignal gebildet wird.
Die leitenden Schichten 40 und 41, die beiderseits der
isolierenden Platte 39 angeordnet sind (vgl. Fig. 1), sind
über Klemmen 56 bzw. 57 an die Eingangswicklung 44 des
Wandlers 45 angeschlossen. Die Sekundärwicklung 46 ist
einerseits mit Erde verbunden und andererseits über eine
Hochfrequenz-Diode 58 an einen Belastungswiderstand 59
angeschaltet.
Wenn ein Fehlerstrom-Signal auftritt, fließt es durch die
Primärwicklung 44, und an der Sekundärwicklung 46 tritt
eine Spannung auf, die von der Diode 58 gleichgerichtet
wird und am Widerstand 59 zur Verfügung steht. Diese
Spannung kann aus Halbwellen der Hochfrequenzschwingung
bestehen; gegebenenfalls kann durch einen dem Widerstand
59 parallel geschalteten Kondensator 60 eine Glättung vorge
nommen werden. Der Sekundärwicklung 46 liegt eine Kapazität
61 parallel, die im wesentlichen das Resonanzverhalten
des Wandlers 45 bestimmt. Die Kapazität 61 kann vorwiegend
durch die Windungskapazitäten bestimmt sein und gegebenen
falls durch einen zugeschalteten Kondensator vergrößert
werden.
Das gleichgerichtete Fehlerstrom-Signal tritt an einer
Klemme 62 auf und wird einem Eingang einer Vergleichsstufe
(Komparator) 63 zugeführt. Einem anderen Eingang der Ver
gleichsstufe 63 wird von einem Spannungsgeber 64 eine Ver
gleichsspannung zugeführt. Die Vergleichsstufe arbeitet
so, daß sie nur dann ein Ausgangssignal liefert, wenn
die an der Klemme 62 auftretende Spannung größer ist als
die von der Stufe 64 zugeführte Vergleichsspannung. Das
Ausgangssignal der Stufe 63 wird über eine Ausschalt-
Verzögerungsstufe 65 der Signalgeberstufe 66 zugeführt.
In dieser ist ein Tongenerator 67 enthalten. Wenn das Ein
gangssignal für die Stufe 66 auftritt, werden die vom Ton
generator 67 erzeugten Schwingungen verstärkt und vom Aus
gang der Stufe 66 einem Lautsprecher 50 b zugeführt, so
daß der Warnton hörbar wird. Das Einschalten der Stufe
66 durch das von der Stufe 63 zugeführte Signal kann in
einfacher Weise dadurch erfolgen, daß die Speisespannung
für den Tongenerator und/oder den Verstärker wirksam ge
macht wird.
Damit bei einem kurzzeitigen Überschreiten des Grundwertes
des Fehlerstromes nicht nur ein kurzer Warnton auftritt,
ist zwischen dem Ausgang der Vergleichsstufe 63 und dem
Eingang der Signalgeberstufe 66 eine Verzögerungsstufe
65 eingeschaltet. Diese gibt ein ihrem Eingang zugeführtes
Signal unmittelbar an die Stufe 66 weiter; wenn das Signal
aber wieder wegfällt, wird es von der Stufe 65 noch eine
bestimmte Zeit, z. B. einige Sekunden, festgehalten, damit
der Warnton nicht überhört wird. Entsprechendes gilt auch,
wenn neben dem Lautsprecher 50 b oder an seiner Stelle eine
optische Anzeige, z. B. eine Lampe, 50 a (vgl. Fig. 1) vom
Ausgang des Signalgebers 66 gesteuert wird. Die bisher
beschriebene Schaltung wird von einer Batterie 69 gespeist,
deren Minus-Pol an Erde liegt und deren Plus-Pol an eine
Speiseleitung 70 angeschlossen ist, mit der auch die einzel
nen Stufen 63, 64, 65 und 66 verbunden sind. Um die Batterie
spannung zu überwachen, ist ein Batterieprüfer 71 zwischen
der Leitung 70 und Erde eingeschaltet. Wenn die Batterie
spannung einen bestimmten Grenzwert unterschreitet,
gibt der Batterieprüfer 71 ein Steuersignal an die Stufe
66, so daß der Lautsprecher 50 b ertönt. Um eine deutliche
Unterscheidung vom Fehlerstrom-Warnsignal zu ermöglichen,
kann das Batterie-Warnsignal impulsartig, also aus kurzen
Intervallen bestehend, aufgebaut sein und/oder für die
Batteriewarnung kann eine andere Tonhöhe gewählt werden,
indem der Tongenerator 67 anders abgestimmt oder ein weiterer,
nicht dargestellter Tongenerator verwendet wird.
Die Erfindung kann
auch
bei der Überwachung der Neutralelektrode von EKG-Geräten sowie
bei der Überwachung von mit stromführenden Körperkontakt
einheiten arbeitenden Untersuchungs- und Therapiegeräten ange
wendet werden.
Claims (11)
1. Hochfrequenz-chirurgische Anordnung,
- - mit einer Vorrichtung zum Feststellen eines Hochfrequenz-Fehlerstromes, der mittels eines mit seiner Primärwicklung in einer zur all gemeinen Erdung führenden Verbindung einge schalteten Wandlers erfaßt wird, an dessen Sekundärwicklung eine Auswerteschaltung ange schlossen ist, und
- - mit einem Patienten-Lagergestell,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß das Patienten-Lagergestell wenigstens einen Fuß (5 a, 5 b) hat, der eine einen erhöhten Hochfrequenz-Widerstand bewirkende, den Fuß in einen oberen und einen unteren Teil trennende, Unterbrechung aufweist,
- - daß die Unterbrechung zwischen dem oberen und dem unteren, mit der allgemeinen Erdung verbundenen Teil des Fußes (5 a, 5 b) als isolierende Platte (39) ausgebildet ist, die an ihrer oberen und unteren Seite je eine leitende Schicht (40, 41) trägt und diese Schichten mit der Primärwicklung des Wandlers (45) verbunden sind, und
- - daß der obere und untere Teil des Fußes über elek trisch leitende Verbindungselemente (38) aneinander befestigt sind, die für die HF-Strom einen Wider stand aufweisen, der im Vergleich zu den von den leitenden Schichten und der Primärwicklung des Wandlers gebildeten Widerstand nicht vernachlässigbar klein ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberflächen der Verbindungselemente (38)
eine ihre Leitfähigkeit für den Hochfrequenzstrom
vermindernde Profilierung aufweisen.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Wandler (44, 45, 46) bei der Frequenz des HF-
Stromes eine Resonanz in seinem Übertragungsmaß auf
weist.
4. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (44, 45, 46)
ausgelegt ist für einen Grundwert des HF-Fehlerstromes
im Milliampere-Bereich, z. B. in der Größe von 1 bis 10 mA.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Wandler (44, 45, 46) für eine HF-Strom ausgelegt
ist, der wenigstens 20mal so groß ist wie der Grund
wert, insbesondere bis 500 mA oder mehr beträgt.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Wandler (44, 45, 46) über
ein für Hochfrequenzstrom durchlässiges Filter
an die Auswerteschaltung (50) angeschlossen ist.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Wandler (44, 45, 46) über eine Kondensator-
Kopplung an die Auswerteschaltung (50) angeschlossen
ist.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß als ein von der Auswerteschal
tung (50) gesteuerter Signalgeber (66) eine optische
Einrichtung (50 a) dient.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß als ein von der Auswerteschaltung
(50) gesteuerter Signalgeber eine akustische Ein
richtung, z. B. ein von einem Tongenerator (67) ge
steuerter Lautsprecher (50) oder Kopfhörer dient.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch
gekennzeichnet, daß durch die Auswerteschaltung
(50) der Signalgeber (66) bei Auftreten eines
Fehlerstromes sofort eingeschaltet, bei Wegfall des
aufgetretenen Fehlerstromes aber erst mittels einer
Verzögerungsschaltung (65) verzögert, z. B. um
5 bis 15 sec., abgeschaltet wird.
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