DE69530646T2

DE69530646T2 - Impedanzrückkopplungsüberwacher für elektrochirurgisches Instrument

Info

Publication number: DE69530646T2
Application number: DE69530646T
Authority: DE
Inventors: David C. West Chester Yates
Original assignee: Ethicon Endo Surgery Inc
Current assignee: Ethicon Endo Surgery Inc
Priority date: 1994-09-23
Filing date: 1995-09-22
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2015-09-23
Also published as: EP0703461B1; EP0703461A3; EP0703461A2; ES2198433T3; CA2158783C; DE69530646D1; US5558671A; EP1151725A1; JPH08196543A; CA2158783A1; JP3857337B2; ATE239920T1; AU3179795A

Description

Fachgebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft die elektrochirurgische Gewebebehandlung und speziell ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der elektrochirurgischen Behandlung von Gewebe durch Messung der Impedanz des mit einer elektrochirurgischen Vorrichtung behandelten Gewebes.
Hintergrund der Erfindung
Elektrochirurgische Generatoren werden angewandt, um therapeutische elektrische Energie an chirurgische Instrumente zu liefern. Diese Instrumente werden beispielsweise zum Schneiden, Koagulieren, Gewebe-Schweißen, zur Ablation und zur Dissektion angewandt. Sowohl monopolare als auch bipolare Generatoren liefern typischerweise elektrochirurgische Energie im Hochfrequenz-(HF-)Bereich an solche Instrumente. Üblicherweise weisen solche Generatoren Steuerungen auf, welche die Spannung und/oder den Strom steuern, so daß annähernd ein gewähltes Leistungsniveau eingehalten und ein maximales Leistungsniveau nicht überschritten wird.
Wenn solche HF-Genratoren angewandt werden, erfolgt die primäre Steuerung durch die Erfahrung des Chirurgen, der darauf reagiert, was er bei der Behandlung des Gewebes mit HF-Energie beobachtet. Oftmals, insbesondere bei endoskopischen Eingriffen, kann der Chirurg nicht ohne weiteres sehen, was sich im Gewebe abspielt. Auch kann es sein, daß Veränderungen der Gewebe-Eigenschaften infolge der Einwirkung von HF-Energie so schnell vonstatten gehen, daß die Reaktionszeit des Chirurgen nicht ausreicht, um schnell genug zu reagieren und die Elektroenergie des Instrumentes auszuschalten. Als Ergebnis können einige Probleme auftreten, welche das Verkohlen, das Kleben des Gewebes an den Elektroden des chirurgischen Instrumentes sowie Über- oder Unterbehandlung des Gewebes umfassen können.
Es ist beobachtet worden, daß sich die Impedanz des Gewebes ändert, wenn HF-Energie angelegt wird. Es wurden Versuche unternommen, die dem Gewebe zugeführte Leistung zu steuern, wenn sich die Gewebe-Impedanz ändert. Beispielsweise ist der Strom auf der Grundlage einer Änderung bei der Spannung oder der Leistung, die vom Generator dem Gewebe zugeführt wird, gesteuert worden. Der Differentialkoeffizient der Gewebe-Impedanz bei der Zufuhr von HF-Energie zum Gewebe ist benutzt worden, um ein Anfangs-Leistungsniveau zu bestimmen und die HF-Leistung auszuschalten, wenn der Differentialkoeffizient der Impedanz eine voreingestellten Wert erreicht (siehe DE 31 20 102 ).
Ungeachtet dieser bekannten Steuerungsanordnungen existiert weiterhin ein Bedürfnis nach Verbesserungen bei der Steuerung der Zufuhr elektrochirurgischer Energie zum Gewebe und/oder bei der Feststellung, wann die Gewebebehandlung ein optimales Niveau erreicht hat.
Insbesondere besteht ein Bedürfnis nach der Schaffung einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur Bestimmung des Endpunktes der Koagulation für verschiedene Gewebe-Impedanzen bzw. für einen Bereich solcher Impedanzen beispielsweise infolge Variationen der Gewebezusammensetzung, des Gewebetyps und der behandelten Gewebebereiche und/oder -volumen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren des in EP-A-0 640 317 beschriebenen Typs.
Zusammenfassung der Eirfindung
Nach der vorliegenden Erfindung ist eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, wie sie in Anspruch 1 definiert ist. Sie kann eine Impedanz-Überwachungsvorrichtung umfassen, welche die Impedanz des Gewebes zwischen den Polen des therapeutischen elektrochirurgischen Instrumentes überwacht. Basierend auf einem Modell des erwarteten Verhaltens der Gewebe-Impedanz als Funktion der Zeit bei der Zufuhr elektrochirurgischer Energie wird die festgestellte Gewebe-Impedanz verwendet, um den Zustand des Gewebes zu bestimmen. Dies soll nun nachfolgend mit weiteren Details beschrieben werden. Ein den Zustand anzeigendes Signal wird entweder für den Benutzer oder für eine Instrumentensteuerung bereitgestellt. Die Vorrichtung kann auch einen Schalter aufweisen, welcher die elektrische Energie automatisch ausschaltet, wenn die Behandlung abgeschlossen ist.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist ein Gewebe-Impedanz-Überwachungsgerät vorgesehen, welches ständig die Gewebe-Impedanz mißt, wenn dem Gewebe elektrische Energie zugeführt wird. Nach den bekannten Gewebe-Impedanzmodellen fällt die Gewebe-Impedanz bei Zufuhr elektrischer Energie anfangs ab und beginnt dann mit dem Auftreten der Koagulation anzusteigen. Nach der vorliegenden Erfindung ist die Feststellung eines Wertes für die minimale Impedanz vorgesehen, d.h. wenn die Impedanz während der Energiezufuhr ihren niedrigsten Wert hat. Dann ist der Impedanzwert dazu gedacht, die gewünschte Wirkung im Gewebe durch Berechnung einer ausgewählten Funktion der festgestellten Minimal-Impedanz zu bestimmen. Wenn die gemessene Impedanz auf ein Niveau ansteigt, deren Impedanzwert dem gewünschten Ergebnis entspricht, beispielsweise Koagulation, Gewebe-Verschweißung oder einem bestimmten Diathermie-Niveau, wird das Instrument eine Reaktion auf dieses Ereignis anzeigen bzw. auslösen. Die vorliegende Erfindung ist vorzugsweise derart eingerichtet, daß dieser Zustand in einem Bereich erwarteter Impedanzwerte festgestellt wird, welche entsprechend dem Gewebetyp, entsprechend der Fläche und/oder dem Volumen variieren.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht der gewünschte Gewebezustand darin, daß die Koagulation abgeschlossen ist. Wenn dieser Punkt erreicht ist, wird ein Rückmeldesignal an eine Steuerungseinheit oder an den Benutzer ausgegeben und die Energiezufuhr zu diesem Zeitpunkt ausgeschaltet. Das Rückmeldesignal kann beispielsweise ein visuelles, ein hörbares oder ein tastbares Signal an den Benutzer auslösen und/oder Befehle an eine Steuerungseinheit liefern, um die Energiezufuhr an das Gewebe automatisch auszuschalten.
Wahlweise kann die Vorrichtung auch einen Schalter aufweisen, welcher die elektrische Energie ausschaltet, wenn ein Kurzschluß-Zustand, ein offener Stromkreis oder beispielsweise eine Strom- oder Spannungszufuhr für eine voreingestellten maximalen Zeitraum festgestellt wird.
Entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine elektrochirurgische Vorrichtung zur Koagulation von Gewebe während eines chirurgischen Eingriffes einen End-Manipulator mit einander gegenüberliegenden Anlageflächen, welche aufeinander zu bewegt werden können, um das elektrochirurgisch zu behandelnde Gewebe zu erfassen. Vorzugsweise weist der End-Manipulator ein erstes und ein zweites Element auf, welche relativ aufeinander zu bewegt werden können, um das elektrochirurgisch zu behandelnde Gewebe dazwischen zu erfassen. Mindestens einer der elektrischen Pole des Instrumentes umfaßt eine Elektrode, die mit mindestens einem der beiden Elemente verbunden ist. Die Elektrode hat Kontakt mit dem zu koagulierendem Gewebe. Eine auf ein Leistungs-Steuersignal reagierende Leistungssteuerung liefert HF-Energie in die Gewebe-Kontaktelektrode(n) des ersten und/oder zweiten Elementes.
Die Impedanzmeßschaltung ist an den Ausgang des HF-Generators gekoppelt und mißt die Impedanz des Gewebes zwischen den Elektroden, die dem ersten und zweiten Pol entsprechen. Eine Rückmeldeschaltung ist an die Impedanzmeßschaltung angeschlossen. Die Rückmeldeschaltung weist eine erste Vorrichtung zur Bestimmung eines Minimal-Impedanzwertes sowie zum Halten dieses Minimal-Impedanzwertes auf. Eine zweite Vorrichtung ist eine an die erste Vorrichtung gekoppelte Schwellwert-Bestimmungsschaltung. Die Schwellwert-Bestimmungsschaltung bestimmt einen Impedanz-Schwellwerte als Funktion des gehaltenen Minimal-Impedanzwertes.
Die Schwellwert-Bestimungsschaltung kann eine analoge Vorrichtung zur Bestimmung der Funktion der Minimal-Impedanz oder eine Digitalschaltung, wie beispielsweise ein Tabellenspeicher zur Bestimmung des Impedanz-Schwellwertes auf der Basis eines eingegebenen Minimal-Impedanzwertes sein.
Nachdem der Schwellwert bestimmt worden ist, vergleicht ein erster Komparator den gemessenen Impedanzwert mit dem Schwellwert und erzeugt ein Leistungs-Steuersignal an die Leistungssteuerung, um die dem Gewebe zugeführte HF-Leistung bis zur Erfüllung der Bedingung zu steuern, daß der gemessene Impedanzwert den Impedanz-Schwellwert überschreitet.
Eine Leistungssteuerung kann auch mindestens einen elektrischen Schalter enthalten, um selektiv HF-Energie an das Instrument zu liefern, um das zwischen dem ersten und dem zweiten Element befindliche Gewebe zu koagulieren.
Die Leistungssteuerung kann die dem Gewebe zugeführte Leistung unter einer Anzahl von Bedingungen selektiv auszuschalten. Die Steuerung kann dazu benutzt werden, die Leistung auszuschalten, wenn der gemessene Impedanzwert den Impedanz-Schwellwert überschreitet, wenn ein unterbrochener Stromkreis oder ein Kurzschluß vorliegt oder wenn eine Spannung oder ein Strom für einen Zeitraum zugeführt wird, der ein Maximum überschreitet.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Steuerungseinrichtung zu schaffen, um die Energieabgabe des Generators in einem durch eine System-Lastkurve bestimmten optimalen Bereich zu halten. Die Steuerungseinrichtung verwendet die gemessene Lastimpedanz, um das gewünschte Leistungsabgabe-Niveau zu bestimmen und vergleicht dann die gewünschte Leistungsabgaben mit der tatsächlichen Leistungsabgabe für ein bestimmtes Gewebe. Die Steuerungseinrichtung übernimmt das Ergebnis des Vergleiches und steuert die Leistungsabgabe des Generators entsprechend.
Obwohl das Instrument eine monopolare Vorrichtung oder eine multipolare Vorrichtung mit zwei oder mehr als zwei Polen sein kann, weist der End-Manipulator vorzugsweise zwei elektrisch entgegengesetzte Elektroden entsprechend zwei elektrisch entgegengesetzten Polen auf.
Bei der bevorzugten bipolaren Vorrichtung sind die elektrisch entgegengesetzten Elektroden jedes der Pole auf einer oder auf beiden der entgegengesetzten Flächen angeordnet. Der erste und der zweite elektrisch entgegengesetzte Pol umfaßt jeweils mindestens eine das Gewebe kontaktierende Elektrode. Die Elektroden sind am distalen Ende der elektrochirurgischen Vorrichtung angeordnet, so daß beim Schließen des ersten und des zweiten Elementes zum Erfassen von Gewebe die entgegengesetzten Elektroden beiderseits eines Teiles des erfaßten Gewebes angeordnet sind. Die Impedanzüberwachungsschaltung überwacht die Impedanz des Gewebes zwischen den Elektroden während der Zufuhr von HF-Energie durch das Gewebe. Wie oben beschrieben wird eine minimale Impedanz gemessen, aus welcher ein Impedanz-Schwellwert berechnet wird. Ein Komparator vergleicht die gemessenen Impedanzwerte mit dem bestimmten Impedanz-Schwellwert und erzeugt ein Steuersignal, um die zum Gewebe zugeführte HF-Energie auszuschalten, wenn die Bedingung erfüllt ist, daß der gemessene Impedanzwert den Impedanz-Schwellwert überschreitet.
Eine Leistungssteuerung kann mindestens eine elektrischen Schalter aufweisen, um den Instrument zum Koagulieren von Gewebe, das sich zwischen dem ersten und dem zweiten Element befindet, selektiv HF-Energie zuzuführen.
Die Leistungssteuerung kann wahlweise die dem Gewebe zugeführte Energie unter einer Anzahl von Bedingungen ausschalten. Die Steuerung kann benutzt werden, um die Leistung abzuschalten, wenn der gemessene Impedanzwert den Impedanz-Schwellwert überschreitet, wenn eine Stromkreisunterbrechung oder ein Kurzschluß vorliegt oder wenn die zugeführte Spannung oder der zugeführte Strom für einen bestimmten Zeitraum einen Maximalwert überschreiten.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht eine Steuerungseinrichtung vor, um die Energie-Abgabe des Generators in einen optimalen Bereich zu legen, der durch eine System-Lastkurve bestimmt ist. Die Steuerungseinrichtung benutzt die gemessene Last- Impedanz, um das gewünschte Energie-Niveau zu bestimmen und vergleicht die gewünschte Energieabgabe mit der tatsächlich an ein Ziel, das Gewebe enthält, abgegebenen Energie. Die Steuerungseinrichtung übernimmt das Ergebnis des Vergleiches und steuert die Energieabgabe des Generators entsprechend.
Wen auch das Instrument eine monopolare Vorrichtung oder ein multipolare Vorrichtung mit zwei oder mehr als zwei Polen sein kann, weist der End-Manipulator vorzugsweise zwei elektrisch entgegengesetzte Elektroden auf, die zwei elektrisch entgegengesetzten Polen entsprechen.
Bei der bevorzugten bipolaren Vorrichtung befinden sich elektrisch entgegengesetzte Elektroden auf jedem der Pole und sind auf einer oder auf den entgegengesetzten Flächen angeordnet. Sowohl der erste als auch der zweite elektrisch entgegengesetzte Pol umfaßt mindestens eine Gewebe-Kontaktelektrode. Die Elektroden sind am distalen Ende der elektrochirurgischen Vorrichtung angeordnet, so daß wenn sich das erste und das zweite Element aneinander annähern, um das Gewebe zu erfassen, sich dasselbe zwischen denselben befindet. Die Impedanz-Überwachungsschaltung überwacht die Impedanz des Gewebes zwischen den Elektroden, während der Zufuhr von HF-Energie durch dieses Gewebe. Wie oben beschreiben, wird eine Minimal-Impedanz gemessen, aus welcher der Impedanz-Schwellwert berechnet wird. Ein Komparator vergleicht die gemessenen Impedanzwerte mit dem zuvor bestimmten Impedanz-Schwellwert und erzeugt ein Steuersignal, um die dem Gewebe zugeführte HF-Energie auszuschalten, wenn die Bedingung erfüllt ist, daß der gemessene Impedanzwert den Impedanz-Schwellwert überschreitet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist jede der Elektroden, welche dem ersten Pol entsprechen, in bezug auf die Auflagefläche gegenüber jeder der Elektroden, welche dem zweiten Pol entsprechen, versetzt. Mit anderen Worten: Die Elektroden sind derart gegeneinander versetzt, daß sie auf den Auflageflächen einander nicht diametral gegenüberliegen, und sie sind von jeder anderen auf der gleichen Fläche getrennt und isoliert.
Bei der bevorzugten Ausführungsform des elektrochirurgischen Instrumentes wird das Gewebe in einer Kompressionszone zwischen der ersten Anlagefläche und der zweiten Anlagefläche komprimiert und die elektrische Energie durch die Kompressionszone geleitet. Besonders bevorzugt wird es, wenn die Kompressionszone ein durch eine Kompressionsleiste auf einer der Anlageflächen definiert ist, welche das Gewebe gegen die andere Anlagefläche preßt. Als Alternative oder zusätzlich kann sich auf beiden Anlageflächen eine Kompressionsleiste befinden.
Eine Ausführungsform weist ein mit dem End-Manipulator verbundenes Schneidelement auf. Das Schneidelement ist so angeordnet, daß es Gewebe an der Koagulationsstelle oder in deren Nähe schneidet. Vorzugsweise wird die Koagulation beendet, bevor irgendein mechanischer oder anderer Schnitt an der Koagulationsstelle oder darum herum durchgeführt wird. Wenn das Gewebe koaguliert oder kauterisiert ist, kann das Schneidelement benutzt werden, um durch das koagulierte Gewebe hindurch oder zwischen zwei Koagulationszonen zu schneiden.
Bei einer anderen Ausführungsform ist eine Blutstillungsvorrichtung in einer Linear-Schneidvorrichtung eingebaut, ähnlich einem Linear-Klammerinstrument mit Schneideinrichtung. Bei dieser Ausführungsform umfaßt die Blutstillungsvorrichtung zwei im wesentlichen parallele und langgestreckte Elektrodenstäbe, die an einen Pol angeschlossen sind sowie einen Schlitz für die Bewegung des Schneidwerkzeuges zwischen den Stäben. Wahlweise können auf jeder Seite des Schlitzes und der Stäbe eine oder mehrere Reihe(n) Klammern vorgesehen werden, um eine zusätzliche Blutstillung zu erreichen.
In Funktion wird das Gewebe zwischen den Klemmbacken des Instrumentes eingeklemmt und elektrische Energie in Form von Hochfrequenz (HF) wird dem komprimierten Gewebe zugeführt, um entlang der beiden, im wesentlichen parallelen Stäbe die Blutgefäße zu koagulieren oder zu kauterisieren. Auf der Basis der Impedanz-Modellierung mit dieser speziellen Elektrodenanordnung wird eine geeignete Funktion die Minimal-Impedanz in die Impedanz-Rückmeldeschaltung eingeschlossen, um ein geeignetes Impedanz-Schwellwert-Niveau zu bestimmen. Ein Warnmechanismus wird angewandt, um den Benutzer zu warnen, wenn die Impedanz außerhalb des Bereiches liegt oder den Impedanz-Schwellwert überschreitet. Das Warnsignal kann auch an eine Steuerungseinrichtung oder an ein Leistungssteuerung gerichtet werden, um eine geeignete Reaktion des Instrumentes zu veranlassen einschließlich der Abschaltung der dem Gewebe zugeführten HF-Energie im richtigen Zeitpunkt.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung mit den beigefügten Zeichnungen und den nachfolgenden Ansprüchen deutlich werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Seitenansicht eines bipolaren endoskopischen elektrochirurgischen Instrumentes, das entsprechend der vorliegenden Erfindung betätigbar ist.
2 ist eine Teil-Schnittansicht des distalen Endes des Instrumentes von 1 in einer offenen Position.
3 ist eine Teil-Schnittansicht des distalen Endes des Instrumentes von 1 in einer geschlossenen, nicht ausgelösten Position.
4 ist eine Teil-Schnittansicht des distalen Endes des Instrumentes von 1 in einer geschlossenen, ausgelösten Position.
5 ist eine Stirnseiten-Schnittansicht des distalen Endes des Instrumentes von 1 geschnitten entlang der Linie 5-5.
Die 6 bis 9 sind schematische Blockdiagramme einer mikroprozessorgesteuerten Impedanz-Überwachungseinrichtung zur Steuerung der dem elektrochirurgischen Instrument von 1 zugeführten HF-Energie.
10 ist ein schematisches Blockdiagramm einer analogen Ausführungsform der Steuerung zur Anwendung im Instrument von 1.
11 ist eine Logik-Tabelle der Steuerung von 10, welche die Steuerungslogik der HF-Ausgabe-Steuerung zeigt.
12 ist eine charakteristische Kurve, welche die Änderung der Impedanz über der Zeit während der Zufuhr elektrochirurgischer Energie zum Gewebe unter Verwendung des elektrochirurgischen Instrumentes von 1 zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Während die vorliegende Erfindung allgemein bei einer Vielzahl sowohl monopolarer als auch bipolarer elektrochirurgischer Instrumente und zwar sowohl in herkömmlicher als auch in endoskopischer Ausführung anwendbar ist, wird sie hier unter Bezugnahme auf ein bipolares Linear-Schneidinstrument beschrieben werden.
Der Hauptzweck der Impedanz-Überwachungseinrichtung besteht darin, festzustellen, wann das Gewebe bis zu einem gewünschten Grad behandelt worden ist. Vorzugsweise ist diese Behandlung beendet, wenn das Gewebe kauterisiert worden ist bevor ein übermäßiges Kleben, Verbrennen oder Verkohlen eintritt. Die Impedanz des Gewebes, wenn es mittels elektrochirurgischer Energie erhitzt wird, folgt allgemein einer charakteristischen Gewebe-Impedanzkurve. Entsprechend der Impedanzkurve nimmt die Impedanz allgemein ab, erreicht einen Minimalwert und steigt dann an, wenn die Koagulation und Gewebe-Entwässerung eintritt. Bei einer bestimmten Impedanz oder in einem Impedanzbereich auf der charakteristischen Kurve wird die Koagulation vorhersagbar eintreten.
12 ist eine charakteristische Impedanzkurve und zeigt die Änderung der Gewebe-Impedanz als Funktion der Zeit während der Anwendung elektrochirurgischer Energie unter Anwendung des in den 1 bis 5 dargestellten elektrochirurgischen Instrumentes. Die vorliegende Erfindung bestimmt auf der Kurve einen Impedanz-Schwellwert Z_ziel 46, an welchem Koagulation auftritt. Diese Impedanz beruht auf dem Wert der niedrigsten Impedanz Z_min 45 auf der Kurve, d.h. wenn das Fallen der Impedanz endet und sie anzusteigen beginnt. Eine Funktion der Minimal-Impedanz f(Z_min) wird benutzt, um annähernd einen Punkt Z_ziel 46 vorherzusagen, an welchem Koagulation eintritt.
Nun erfolgt eine Bezugnahme auf die 10, wo ein schematisches Blockdiagramm einer analogen Ausführungsform der Impedanz-Überwachungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Die Impedanz-Überwachungsvorrichtung bestimmt, wann die Impedanz beendet ist, aber auch andere Instrumentenparameter, beispielsweise wenn eine Leitungsunterbrechung oder ein Kurzschluß vorliegt oder wenn dem Gewebe Spannung und Strom länger als eine vorgegebene Zeit zugeführt werden. Solche Bedingungen können ein Problem beim Instrument und/oder beim vom Instrument erfaßten Gewebe anzeige. Beispielsweise, wenn übermäßig viel Gewebe, nicht genug oder ein ungeeignetes Gewebe vom Instrment erfaßt werden.
Das Instrment 10 wird positioniert, um das zu behandelnde Gewebe zu erfassen. Wenn es dann richtig positioniert ist, wird dem Gewebe HF-Energie zugeführt.
Ein Generator 70 liefert HF-Energie an das vom End-Manipulator 15 des Instrumentes 10 erfaßte Gewebe. Vorzugsweise werden 30 V bis 200 V RMS (quadratischer Mittelwert) bei einer Grundfrequenz, vorzugsweise mit Sinuswellenform bei einer Frequenz von 300 kHz bis 3 MHz und einem Strom von 0,1 A bis 4,0 A zugeführt. Der Generator 70 wird durch einen vom Benutzer betätigten Schalter 42 eingeschaltet. Der vom Benutzer betätigte Schalter 42 liefert ein Signal zum Einschalten der Energie an die Steuerung 79. Der Ausgang 129 der Steuerung ist mit einem Analogschalter 130 gekoppelt. Wenn der Ausgang 129 ein Signal „HF ein" an den Schalter 130 liefert, dann liefert ein Oszillator 72, der über einen Schalter 130 an einen Analog-Multiplizierer 75 gekoppelt ist, eine Spannung bekannter Frequenz an diesen. Der Ausgang des Analog-Multiplizierers 75 ist mit einem Treiber 76 gekoppelt und dieser wiederum mit dem Eingang eines HF-Verstärkers 71. Ein verstärktes HF-Signal wird von dem Generator 70 an eine Schaltung 80 geliefert, welche die erste Elektrode 39 und die zweite Elektrode (Amboß 18) des Instrumentes 10 sowie das vom Instrument 10 zu behandelnde Gewebe 43 umfaßt.
Der Strom und die Spannung, welche dem Gewebe zugeführt werden gemessen und als RMS-Strom („I_RMS") und RMS-Spannung („V_RMS") bestimmt.
Ein Spannungs- und Stromsensor 81 tastet Strom und Spannung ab, welche dem Gewebe zugeführt werden. Der Spannungs- und Stromsensor 81 weist einen Strom-Transformator 82 mit geringer Impedanz in Serie zum Generator sowie einen Spannungs-Transformator 83 mit hoher Impedanz parallel zum Generator 70 auf. Vorzugsweise hat der Strom-Transformator 82 beispielsweise ein Windungsverhältnis von 1 : 20 sowie einen 50-Ohm-Widerstand parellel zur Sekundärwicklung des Transformators. Vorzugsweise hat der Spannungs-Transformator 83 beispielsweise ein Windungsverhältnis von 20 : 1 sowie einen 1-Kiloohm-Widerstand parellel zur Sekundärwicklung des Transformators.
Der Ausgang des Strom-Transformators 82 ist mit einem RMS-Wandler 84 gekoppelt. Der RMS-Wandler 84 wandelt den abgetasteten Strom in ein Gleichspannungssignal an den Ausgang 86 um, das für I_RMS repräsentativ ist. Der Ausgang des Spannungs-Transformators 83 ist mit einem RMS-Wandler 85 gekoppelt. Der RMS-Wandler 85 wandelt das abgetasteten Spannungssignal in ein Gleichspannungssignal an den Ausgang 87 um, das für V_RMS repräsentativ ist.
Die gemessene Impedanz Z wird dann aus den gemessenen Werten I_RMS und V_RMS berechnet. Die Ausgaben 87 und 85 von V_RMS und I_RMS werden einem Analog-Dividierer 88 zugeführt, welcher die Spannung V_RMS durch den Strom I_RMS dividiert, um ein Ausgangssignal 89 zu liefern, das für die gemessene Impedanz Z repräsentativ ist.
Aus den Werten I_RMS und V_RMS sowie der gemessenen Impedanz Z stellt die Impedanz-Überwachungsvorrichtung fest, ob ein Kurzschluß oder eine Leitungsunterbrechung vor liegt, ob Strom und Spannung über einen Zeitraum zugeführt wurden, der ein vorgegebenes Maximum überschreitet und ob die Koagulation beendet ist.
Ein Kurzschluß-Zustand wird durch Vergleich der gemessenen Impedanz Z mit einem vorgegebenen Kurzschluß-Impedanz-Schwellwert, festgestellt, an welchem oder unter welchem wahrscheinlich Kurzschluß vorliegt („Z_SC"). Wenn der gemessene Wert von Z bei oder unter Z_SC liegt, wird der Steuerung ein Kurzschlußsignal zugeführt.
Das Impedanzsignal 89 wird einem Kurzschlußdetektor 90 zugeführt, der aus einem Komparator besteht. Der positive Ausgang 92 des Komparators ist an ein Potentiometer 93 angeschlossen, an welchem der Impedanz-Schwellwert Z_SC eingestellt ist. Wenn das Impedanzsignal 89 bei der Eingabe am negativen Eingang 94 des Komparators 91 niedriger ist als am positiven Eingang 92, erscheint am Ausgang 95 des Komparators 91 der „ein"-Zustand. Dieser Zustand wird einer Logik-Steuerung 79 mitgeteilt, welche eine vorprogrammierte Reaktion des Instrumentes auslöst, welche bei dieser Ausführungsform im Ausschalten der HF-Energie besteht.
Ein Zustand der Leitungsunterbrechung liegt vor, wenn zwischen den Elektroden 18 und 39 eine Spannung aber kein Strom vorliegt. Eine Leitungsunterbrechung wird wie folgt festgestellt: Wenn der Wert V_RMS über einem vorgegebenen Minimal-Schwellwert mit der Spannung V_Schelle, und der Wert I_RMS unter einem vorgegebenen Minimal-Strom-Schwellwert mit dem Wert I_schwellw. liegt, dann wird ein Leitungsunterbrechungssignal an die Steuerung gegeben.
Ein Strom-Schwellwert-Detektor 106 weist ein Potentiometer 107 auf, das an einen negativen Eingang 108 angeschlossen ist. Das Potentiometer 107 stellt das I_Schwellw.-Niveau so ein, daß beim Vorhandensein eines Stromes dies vom Strom-Detektor 106 angezeigt wird. Das I_RMS-Signal 86 ist am positiven Eingang 109 des Komparators 106 angeschlossen. Wenn somit der Wert I_RMS größer ist als der am Potentiometer 107 eingestellte Wert I_Schwell _w, dann erscheint am Ausgang 110 des Strom-Schwellwert-Detektors 106 eine positive Spannung.
In entsprechender Weise weist ein Spannungs-Schwellwert-Detektor 113 weist ein Potentiometer 114 auf, das an einen negativen Eingang 115 angeschlossen ist. Das Potentiometer 113 stellt einen Spannungs-Schwellwert ein, bei welchem der Schwellwert-Detektor 113 einen positiven Ausgang V_Schwellw. anzeigt, wenn eine minimale Spannung vorhanden ist. Das V_RMS-Signal 86 ist am positiven Eingang 116 des Schwellwert-Detektors 113 ange schlossen. Wenn somit der Wert V_RMS den Wert V_Schwellw. überschreitet, dann erscheint am Ausgang 117 des Spannungs-Schwellwert-Detektors 113 eine positive Spannung.
Der Ausgang 117 des Spannungs-Schwellwert-Detektors 113 ist ebenfalls an ein UND-Tor 111 und der Ausgang 110 des Strom-Schwellwert-Detektors 106 ist an den invertierten Eingang 112 des UND-Tores 111 angeschlossen. Das UND-Tor 111 wirkt als ein Leitungsunterbrechungs-Detektor. Wenn der Wert V_RMS den Wert V_Schwellw. überschreitet und wenn der Wert I_RMS den Wert I_Schwellw. nicht überschreitet, erscheint am Ausgang 120 des UND-Tores 111 eine logische 1, was eine Leitungsunterbrechung anzeigt. Der Ausgang 120 des UND-Tores 111 ist an die Steuerung 79 angeschlossen, um den Zustand der Leitungsunterbrechung anzuzeigen.
Wenn Strom oder Spannung über einen längeren Zeitraum zugeführt werden und der Zustand der beendeten Koagulation nicht festgestellt wurde, kann dies beispielsweise anzeigen, daß das Instrument kein Gewebe eingeklemmt hat oder daß eine Fehlfunktion aufgetreten ist. Wenn der Wert V_RMS über dem vorgegebenen Wert V_Schwellw. oder der Wert I_RMS über dem Wert I_Schwellw. liegt, dann wird ein Zeitgeber eingeschaltet. Wenn der Zeitgeber über einen Zeitraum eingeschaltet ist, der länger ist als der vorgegebene Maximal-Zeitraum T_max, dann wird ein Zeitüberschreitungssignal an die Steuerung gegeben. Wenn Dauer des „ein"-Zustandes des Zeitgeber nicht größer ist als T_max, dann führt die Vorrichtung dem Gewebe weiterhin HF-Strom zu, und die Messung von Strom, Spannung, Impedanz usw. wird, wie oben beschrieben, fortgesetzt.
Der Ausgang 110 des Strom-Schwellwert-Detektors 106 mit einem ODER-Tor 118 verbunden, welches seinerseits mit einem Zeitgeber 121 verbunden ist. Wenn der Wert I_RMS den Wert I_Schwellw, überschreitet, dann gibt der Ausgang 110 des Strom-Schwellwert-Detektors 106 eine logische 1 an das ODER-Tor 118, welches den Zeitgeber 121 einschaltet.
In entsprechender Weise ist der Ausgang 117 des Spannungs-Schwellwert-Detektors 113 mit dem ODER-Tor 118 verbunden. Wenn der Wert V_RMS den Wert V_Schwellw. überschreitet, dann gibt sein Ausgang 119 eine logische 1 an das ODER-Tor 118, welches den Zeitgeber 121 einschaltet. Der Ausgang des 123 des Zeitgebers 121 ist mit der Steuerung 79 verbunden. Wenn der Zeitgeber 121 über einen Zeitraum aktiviert ist, welcher einen vorgegebenen Zeit-Schwellwert T_max überschreitet, dann geht der Ausgang 123 auf eine logische 1. Der Zeitgeber wird durch einen vom Benutzer betätigten Schalter 42, der mit dem Zeitge ber-Rücksetzschalter 122 gekoppelt ist, zurückgesetzt, wenn das Instrument 10 zurückgesetzt wird.
Die Bedingung Koagulation beendet wird wie folgt festgestellt: Zuerst wird Z_max bestimmt. Dann wird ein Zielwert Z_Ziel der Impedanz als Funktion der Minimal-Impedanz berechnet. Der Kurvenzug Anfangsimpedanz, Z_min, Z_Ziel der Impedanzkurve und die Zeit für die Beendigung können für einen gegebenen Anwendungsfall und/oder ein gegebenes Instrument variieren, aber sie korrelieren mit einer Funktion der Minimal-Impedanz. In Abhängigkeit vom verwendeten Instrument und/oder einem tatsächlich gewünschten Ergebnis kann die tatsächliche Funktion der Minimal-Impedanz variieren. Bei dieser speziellen Ausführungsform ist f(Z_min linear: f(Z_min) = 0,2 Z + 500. Diese Funktion ist bereichsgebunden, d.h., wenn Z_min > 560 Ohm ist, dann ist Z_Ziel, gleich Z_min + 50 Ohm. f(Z_min) kann auch eine andere Funktion sein. Sie kann stetig, unstetig, linear, nicht linear, eine stückweise Approximation und/oder die Form einer Verweistabelle haben. f(Z_min) kann auch an unterschiedliche Werte gebunden sein.
Das Impedanzsignal 89 wird wie folgt verwendet, um die Koagulation des Gewebes festzustellen: Zuerst wird festgestellt, ob der gemessene Z-Wert eine Minimal-Impedanz Z_min ist. Das Impedanzsignal 89 wird invertiert und durch einen Verstärkungs-Versetzungs-Inverter 96 kompensiert. Der Ausgang des Verstärkungs-Versetzungs-Inverters 96 ist mit einem Spitzendetektor 97 verbunden. Der Ausgang 102 des Verstärkungs-Versetzungs-Inverters ist repräsentativ für einen invertierten und versetzt gemessenen Wert Z. d.h. (–Z + k). Z_min ist nun der höchste betrachtete Wert (–Z + k).
Der Spitzen-Detektor 97 stellt nun den höchsten Wert der invertierten und versetzt gemessenen Impedanz Z fest, wobei es sich um Z_min handelt. Wenn Z_min aufgetreten ist, ist der Ausgang 103 des Spitzen-Detektors 97 repräsentativ für (–Z_min + k). Die HF-Energie wird weiterhin dem Gewebe zugeführt und weiterhin hinsichtlich Kurzschluß, Leitungsunterbrechung, Zeitüberschreitung, Auftreten von Z_min überwacht bis Z gleich Z_Ziel ist.
Wenn Z_min bestimmt worden ist, wird die Funktion f(Z_min) berechnet, um eine Impedanz Z_Ziel zu erhalten; bei welcher die Behandlung (Koagulation) abgeschlossen ist. Der Ausgang 103 des Spitzen-Detektors 97 ist mit einer Schwellwert-Bestimmungs-Schaltung 98 verbunden, welche die Funktion von Z_min berechnet, um Z_Ziel zu bestimmen. Der Ausgang 99 der Schwellwert-Bestimmungsschaltung ist für Z_Ziel, repräsentativ, wenn die gemessene Impedanz gleich Z_min ist.
Es wird ein ständiger Vergleich zwischen Z und F(Z_min) vorgenommen. Es muß angemerkt werden, daß hier f(Z_min) ständig als f(Z) berechnet wird, bis ein Z_min festgestellt wird. Der Vergleich zwischen Z und f(Z) erfolgt ständig, bis Z_min bestimmt ist. Dies hat keine schwerwiegenden Konsequenzen, weil angenommen wird, daß f(Z) während der Gewebebehandlung und einer ersten Koagulation kein vollständiges Signal auftritt.
Wenn Z als kleiner oder gleich Z_Ziel gemessen wird, dann wird weiterhin HF-Energie zugeführt und die oben beschriebenen Schritte werden ausgeführt, bis ein Signal an die Steuerung gegeben wird, das ein Signal für Leitungsunterbrechung, Kurzschluß, Zeitüberschreitung oder Beendigung der Koagulation ist. Wenn das gemessene Z größer oder gleich „Z_Ziel" ist, dann wird ein Signal an die Steuerung gegeben, daß die Koagulation beendet wurde. Es wird nochmals angemerkt, daß bei dieser Ausführungsform Z invertiert und verschoben wurde, um die Z_min-Bestimmung mittels des Spitzen-Detektors 97 zu ermöglichen.
Der Ausgang 99 „Z_Ziel," der Schwellwert-Bestimmungs-Schaltung 98 ist mit dem positiven Eingang 101 eines Komparator-Operationsverstärkers 100 verbunden. Der Ausgang 102 des Verstärkungs-Versetzungs-Inverters 96 ist mit dem negativen Eingang 104 des Komparators 100 verbunden. Der Komparator 100 vergleicht den repräsentativen Wert –Z + k, der an den negativen Eingang 104 des Komparators 100 gegeben wird, mit dem repräsentativen Wert Z_Ziel, der als Funktion von –Z_min + k berechnet wird. Wenn –Z + k kleiner oder gleich Z_Ziel, ist, ist der Ausgang 105 des Komparators positiv. Das heißt, wenn das gemessene Z größer ist als f(Z_min)wird ein Signal „Koagulation beendet" am Ausgang 105 des Komparators 100 auftreten.
Es wird für jeden Zustand ein Signal an die Steuerung gegeben, welches anzeigt, ob der Zustand vorliegt oder nicht. Beim Vorliegen eines oder mehrerer dieser Zustände wird die HF-Energie von der Steuerung automatisch ausgeschaltet. 11 zeigt die System-Logik der Steuerung 79. Die Steuerung 79 weist einen Kurzschluß-Eingang 124, einen Koagulation-Beendet-Eingang 125, einen Leitungsunterbrechungs-Eingang 126, einen Zeitüberschreitungs-Eingang 127 und einen Rücksetz-Eingang 128 auf. Die Steuerung 79 weist auch einen HF-Steuerungs-Eingang 129 auf, welcher die Lieferung elektrochirurgischer Energie an das Gewebe ein- und ausschaltet. Solange der Ausgang 129 auf logisch 1 steht, ist die HF-Energie eingeschaltet. Der Ausgang 129 steht auf logisch 1, wenn die Eingänge Koagulation-Beendet 125, Zeitüberschreitung 127, Kurzschluß 124, Leitungsunterbrechung 126 und Rücksetzen 128 sämtlich auf logisch „0" stehen. Wenn einer oder mehrere der Eingänge 124, 125, 126, 127 und 128 auf logisch „1" stehen, wird der HF-Steuerungs-Ausgang 129 zu logisch „0" und die HF-Leistung wird ausgeschaltet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, welche die Energieabgabe nach der Last-Impedanz steuert. Die Last-Impedanz wird benutzt, um ein bevorzugtes Energie-Niveau zu bestimmen, beispielsweise das Niveau von Spannung, Strom oder Leistung, basierend auf einem speziellen Lastkurvensystem für einen Generator, ein Instrument und/oder ein Anwendungsgebiet. Die Steuerungseinrichtung vergleicht dann das momentane Energie-Niveau für die gemessene Impedanz mit dem gewünschten Energie-Niveau und stellt den Generator-Ausgang entsprechend der Differenz zwischen beiden ein, beispielsweise vorzugsweise um die Differenz zwischen beiden zu vermindern.
Die spezielle Lastkurve gibt vorzugsweise Spannung, Strom und Leistung für einen Impedanzbereich an, wodurch die Leistungsfähigkeit des Instrumentes optimiert werden soll. Die Lastkurve kann verschiedene Formen haben. Beispielsweise kann sie stetig oder stufenförmig sein. Die Lastkurve kann von Generator zu Generator oder auch für ein spezielles Instrument in Verbindung mit den Generator oder für einen speziellen elektrochirurgischen Anwendungsfall des Generators variieren. Beispielsweise sind bei einer Ausführungsform unter Verwendung eines hierin beschriebenen Instrumentes drei Impedanz-Bereiche festgestellt worden, in welchen unterschiedliche Energieanforderungen bestehen: Zu Beginn liegt die Gewebe-Impedanz in einem niedrigen Bereich, beispielsweise von 20 Ohm bis 100 Ohm. In den niedrigeren Bereichen ist mehr Strom erforderlich, um genug Leistung zur Auslösung der Gewebe-Koagulation bereitzustellen. Ein zweiter mittlerer Bereich von beispielsweise etwa 100 Ohm bis 500 Ohm erfordert eine ausreichende Leistung, um den Koagulationsprozess aufrecht zu erhalten. Ein dritter Bereich höherer Impedanzen von beispielsweise 500 Ohm und mehr tritt typischerweise gegen Ende der Koagulation auf und erfordert eine Spannungsbegrenzung um eine Funkenbildung und ein Kleben des Gewebe zu verhindern. Daher wird die Lastkurve bei dieser Ausführungsform sowohl innere Eigenschaften des Generators und seine Ausgangsspannung, bei welcher für eine spezielle Impedanz eine optimale Leistung geliefert wird widerspiegeln als auch spezielle Leistungsanforderungen für ein vorgegebene Instrument bzw. einen Anwendungsfall.
Nun wird auf 10 Bezug genommen, wo ein Generator mit einer Regelkreisanordung dargestellt ist. Das Impedanzsignal 89 und das Spannungs-V_RMS-Signal 87 werden über eine Steuerungseinrichtung, welche eine Funktions-Anpassungs-Vorrichtung 61 und einen Fehlerverstärker 62 umfaßt, zum Generator 70 zurückgeführt. Die Steuerungseinrichtung veranlaßt den Generator 70 innerhalb eines gewünschten Bereiches auf der Grundlage einer Last-Impedanz Spannungen zu erzeugen, um eine Anpassung an eine spezielle Lastkurve zu erzielen.
Die Impedanz 89 wird in eine Funktions-Anspassungs-Vorrichtung 61 eingegeben. Der Ausgang 64 der Funktions-Anpassungs-Vorrichtung 61 gibt auf der Grundlage der Eingangs-Impedanz 89 eine gewünschte Spannung an. Diese gewünschte Spannungsfunktion ist die für den Generator 70 erforderliche Spannung, um eine spezielle vorgegebene Lastkurve zu erzeugen. Der gewünschte Spannungs-Ausgang 64 wird mit der tatsächlichen Spannung in einen Fehlerverstärker 62 eingegeben. Der Ausgang 65 des Fehlerverstärkers 62 stellt die Fehlerspannung dar, welche über eine Diode 77 in einen Analog-Multplizierer 75 eingespeist wird.
Als Alternative können Strom, Spannung oder andere Energieparameter verwendet werden, um die Leistungsabgabe der Energiequelle bzw. des Generators 70 zu steuern. Ein Signal entsprechend der Ziel-Impedanz wird in die Funktions-Anpassungs-Vorrichtung eingegeben, welche die gewünschten Strom-, Leistungs- oder andere Energie-Parameter liefert, welche dann mit den gemessenen oder berechneten Werten dieser Parameter verglichen werden.
Die Diode 77 sichert die Funktion des Analog-Multiplizierers 75 im ersten Quadranten. Der Analog-Multiplizierer 75 wirkt als Amplituden-Modulator des Oszillators 72, so daß große Fehlerspannungen am Ausgang 65 zu großen Ausgabewerten am HF-Verstärker 71 führen. Kleine Fehlerspannungen am Ausgang 65 führen zu kleineren HF-Ausgaben vom HF-Verstärker 71. Somit wirkt der Generator 70 als Spannungsregelkreis, so daß die gewünschte Lastkurve erhalten wird. Die Regelkreis-Kompensations-Vorrichtung 63 wirkt im Regelkreis stabilisierend. Wenn ein anderer elektrischer Parameter anstelle der Spannung verwendet wird, dann bewirkt die Formanpassungs-Funktion vorzugsweise die Ausgabe von Signalen, welche die Differenz zum anderen Energieparameter wiedergeben.
Nun wird auf die 6 bis 9 Bezug genommen, welche ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Realisierung einer mikroprozessorgesteuerten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Wenn das System eingeschaltet wird (Block 200), werden die Variablen Z_min, V_Schwellw I_Schwellw Zeitüberschreitung und Z_anfang initialisiert (Block 201). Das System geht nun zur Aktivierung des HF-Schalters über (Block 202). Wenn der HF-Schalter eingeschaltet ist, werden die Interrupts für den HF-Schalter (Block 203), für Kurzschluß (Block 204) und für Leitungsunterbrechung (Block 205) eingeschaltet, so daß beim Auftreten einer dieser Interrupt-Bedingungen der Mikroprozessor automatisch zu den Befehlen übergeht, die mit dem Block 234 in Verbindung stehen.
Nachdem die Interrupts eingestellt sind, wird der Zeitgeber gestartet (Block 206). Es läuft eine Folge ab, um den Zustand des HF-Verstärkers zu prüfen (Block 207), beispielsweise das „ein"-Signal feststellen oder ob bestimmte Spannungen im richtigen Bereich liegen. Wenn der Verstärker ordnungsgemäß arbeitet, wird die HF-Energie eingeschaltet (Blöcke 208 und 209).
Wenn der Verstärker nicht ordnungsgemäß arbeitet, erfolgt eine HF-"Aus"-Anforderung (Blöcke 209 und 210) und es wird eine Hardware-Ausfall-Warnmarkierung eingestellt (Block 211). Das System sucht nach einer Hardware-Ausfall-Markierung (Block 233). Wenn der Hardware-Ausfall festgestellt wird, erzeugt die Steuerung eine Hardware-Ausfall-Warnanzeige und schaltet ab (Blöcke 243 und 244).
Wenn kein Hardware-Ausfall angezeigt wird (Block 233), dann werden V_RMS und I_RMS gelesen(Block 235), um zu festzustellen, ob eine Spannung oder ein Strom dem System zugeführt werden (Block 236). Wenn das System zuerst initialisiert ist, sollte bis zum Erreichen des Befehls zum Einschalten der Energie in Block 209 kein Strom und keine Spannung vorhanden sein. Wenn eine Spannung oder ein Strom vorliegt, wenn die HF-Anforderung auf „aus" Steht, dann liegt ein Hardware-Ausfall vor. Es wird ein Hardware-Ausfall angezeigt und das Programm gestoppt (Blöcke 243 und 244).
Wenn die HF-Energie eingeschaltet ist (Block 209), dann werden V_RMS und I_RMSabgelesen und die Impedanz Z wird berechnet, indem V_RMS durch I_RMS dividiert wird (Block 212). Die Steuerung prüft, ob die V- und I-Freigabe-Markierungen eingestellt sind (Block 213). Diese Markierungen werden eingestellt, wenn eine Minimal-Schwellwert-Spannung vorhanden ist und ein Minimal-Schwellwert-Strom durch die Elektroden der Vorrichtung fließt (Blöcke 214, 215, 216 und 217).
Wenn die V- und I-Freigabe-Markierungen eingestellt sind (Block 213) prüft die Software die Zeitüberschreitungs-Bedingung , um festzustellen, ob die Vorrichtung für einen Zeitraum über einem Maximalwert eingeschaltet war. Wenn die Zeitüberschreitungs-Bedingung festgestellt wird, wird die Zeitgeber-Markierung gesetzt, die HF-Energie wird ausgeschaltet (Blöcke 218 und 219) und eine Hardware-Ausfall-Prüfung läuft ab (Block 233).
Nach der Prüfung des Zeitüberschreitungs-Bedingung prüft die Steuerung auf die Zustände Kurzschluß oder Leitungsunterbrechung. Wenn ein Kurzschluß vorliegt, wird die entsprechende Kurzschluß- oder Leitungsunterbrechungs-Markierung gesetzt (Block 220), die HF- Energie wird ausgeschaltet (Block 221) und eine Hardware-Ausfall-Prüfung läuft an (Block 233).
Die Steuerung prüft wiederum in Block 222 die Freigabe von V und I, bevor der in der Schaltung von 8 dargestellte Schwellwert-Bestimmungsteil durchgeführt wird. Wenn die Spannung und der Strom in den Blöcken 214 und 216 nicht V_Schwellw. bzw. I_Schwellw. überschreiten, dann führt die Steuerung beginnend bei Block 212 die Prüfung auf Zeitüberschreitung, Kurzschluß, Leitungsunterbrechung durch, um die Feststellung der Beendigung der Koagulation freizugeben. Dadurch wird die Vorrichtung freigegeben, zu warten, bis genug Strom und Spannung durch die Schaltung geleitet wurde, um den Zustand der Koagulations-Beendigung zu prüfen.
Wenn die V- und I-Freigabe-Markierungen gesetzt sind, sind die Kurzschluß- und Leitungsunterbrechungs-Bits nicht gesetzt (Block 220) und die Zeitüberschreitungs-Bedingung existiert noch nicht (Block 219) und die gemessene Impedanz wird wie folgt benutzt, um festzustellen, ob die Koagulation beendet ist.
Während des ersten Näherungsschrittes ist die Z-Anfangs-Markierung gesetzt und Z_min ist zu Beginn den gemessenen Impedanz-Werten zugeordnet (Blöcke 223 bis 225). Zu Beginn entspricht Z_min der gemessenen Impedanz und daher wird der Block 227 bei Block 226 übergangen. Es erfolgt eine Berechnung von f(Z_min) (Block 228). Solange die gemessene Impedanz kleiner ist als f(Z_min), wird die Schrittfolge fortgesetzt. Beim nächsten Durchlauf der Blöcke 223 bis 231 wird die Impedanz erneut gemessen und mit der zuvor gemessenen Impedanz verglichen, welche Z_min zugewiesen wurde (Block 226). So lange die Impedanz abnimmt, wird Z_min immer ein neuer Wert zugeordnet (Blöcke 226 und 227), und die Schritte werden wiederholt. Wenn die gemessene Impedanz größer oder gleich f(Z_min ist, d. h. einer Schwellwert-Impedanz entspricht, wird die Koagulation-Beendet-Markierung gesetzt (Block 230). Wenn die Koagulation-Beendet-Markierung gesetzt ist, wird die HF ausgeschaltet (Block 223) und die Hardware-Ausfall-Prüfung läuft ab.
Wenn nach dem ersten Programmdurchlauf eine Hardware-Ausfall-Warnung (Blöcke 233 und 236) oder ein Interrupt auftritt, stellt System die Ursache fest und zeigt diese an (Blökke 233 bis 242). V_RMS und I_RMS werden gelesen (Block 235). Wenn dem System kein Strom und keine Spannung zugeführt werden, prüft die Steuerung, ob Markierungen für Leitungsunterbrechung, Kurzschluß oder Zeitüberschreitung gesetzt worden sind (Block 237). Wenn dies der Fall ist, zeigt ein Signal, welche Markierungen gesetzt sind, und das Programm kehrt zum Start zurück (Blöcke 240 und 242). In entsprechender Weise prüft die Steuerung, ob die Markierung Koagulation beendet gesetzt ist (Block 239). Wenn diese Markierung gesetzt worden ist, wird sie für 10 Sekunden angezeigt (Block 241). Wenn nicht, dann wird sie als nicht beendet angezeigt (Block 240) und das Programm kehrt zum Start zurück (Block 242). Die Bauteile zur Ausführung der Schritte der 6 bis 9 werden vorzugsweise derart ausgewählt, daß ein kompletter Durchlauf aller Schritte zumindest alle 1/50 Sekunden erfolgt.
Nun wird auf die 1 bis 5 Bezug genommen, wo ein Instrument dargestellt ist, das in Verbindung mit einer Impedanz-Rückmelde-Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Ein endoskopisches Linear-Schneid- und -Klammer-Instrument 10 ist dargestellt mit einem Gehäuse 16, das mit einem Schaft 30 mit durchlaufendem Hohlrum gekoppelt ist, wobei sich vom distalen Ende des Schaftes 30 aus ein End-Manipulator 15 erstreckt. Der End-Manipulator 15 umfaßt eine erstes und ein zweites Element aus sich aneinander anlegenden Klemmbacken 32 und 34. Der Klemmbacken 32 ist beweglich am Klemmbacken 34 angebracht. Das Gehäuse 16 hat einen Klemm-Auslöser 12 zum Schließen der Klemmbacken 32 und 34. Die Klemmbacken 32 und 34 sind in 2 in einer ungeklemmten Position, in 3 in einer geklemmten Position vor dem Auslösen und in 4 in einer geklemmten Position nach dem Auslösen dargestellt.
Der Klemmbacken 32 umfaßt einen Amboß 18, eine U-förmige Elektrode 39, die sich über die Länge des Klemmbackens erstreckt und ein U-förmiges Isolierstück 31, das die Außenseite der Elektrode 39 umgibt. Der Klemmbacken 32 hat eine Innenfläche 33, welche der Innenfläche 35 des Klemmbackens 34 zugewandt ist. Die U-förmige Elektrode 39 besteht aus zwei Elektrodenstäben 27 und 28, die einen ersten Pol bilden und sich im wesentlichen entlang der Innenfläche 33 erstrecken. Die U-förmige Elektrode 39 besteht aus einem elektrischen Leiter, wie Aluminium oder rostfreier Stahl von Chirurgie-Qualität. Die Stäbe 27 und 28 sind durch einen Messerkanal 29 getrennt, der sich in Längsrichtung durch die Mitte der Elektrode 39 erstreckt. Im Amboß 18 sind an der Innenfläche seitlich außerhalb der Stäbe 27 und 28 Taschen 36 zur Aufnahme der Klammer-Enden vorgesehen. Die Elektrodenstäbe 27 und 28 sowie das Isolierstück 31 bilden eine Leiste 56, die sich auf der Innenfläche 33 über den Amboß-Abschnitt 37 hinaus erstreckt (5). Die Elektrode 39 wirkt als ein erster Pol eines bipolaren Systems. Der Amboß 18 besteht aus einem elektrisch leitfähigem Material und wirkt als ein zweiter Pol des bipolaren Systems, der dem ersten Pol elektrisch entgegengesetzt ist. Der Amboß 18 ist von den Elektroden durch das U-förmige Isolierstück 31 getrennt.
Die bipolare Energie kann dem End-Manipulator 15 vom elektrochirurgischen Generator 40 (10) über Drähte 19 und 20 zugeführt werden, die sich in den Körper 16 des Instrumentes erstrecken. Der Generator 40 wird vom Benutzer mittels eines Schalters 42 (10) betätigt. Der Draht 19 leitet über elektrische Kontakteinrichtungen elektrischen Strom durch den Schaft 30 zur Elektrode 39. Der Draht 20 leitet einen Strom zum Amboß 18 und ist über eine elektrische Kontakteinrichtung durch den Schaft 30 mit dem Amboß 18 verbunden. Der elektrische Stromkreis wird nur geschlossen, wenn der Klemmauslöser 12 geschlossen wird. Eine Einrichtung zur Verbindung des Drahtes mit der entsprechenden Elektrode und auch die Instrumenten-Betätigungseinrichtungen sind in der Haupt-Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 08/095.797 beschrieben.
Der Klemmbacken 34 umfaßt einen Magazinkanal 22 und ein darin eingesetztes Magazin 23. Das Magazin 23 weist eine Bahn 25 für einen Keil 13, einen Messerkanal 26, der sich in Längsrichtung durch die Mitte des Magazins 23 erstreckt, eine Serie von Stößeln 24, die sich in die Bahn 25 hinein erstrecken sowie Klammern 17 auf, die in zwei Sätzen paralleler Doppelreihen angeordnet sind. Wenn zwischen den Klemmbacken 32 und 34 Gewebe erfaßt wird, kann ein Auslöser 14 am Gehäuse 16 betätigt werden, um ein Schneidelement 11 durch das erfaßte Gewebe vorzuschieben und es zu schneiden. Wenn der Auslöser 14 betätigt wird, wird gleichzeitig der Keil 13 durch die Bahn 25 vorgeschoben und veranlaßt die Stößel 24 zu einer Verlagerung zu den Klammern 17 hin, wodurch diese durch das Gewebe hindurch in die Amboß-Taschen 36 getrieben werden.
In Funktion wird der End-Manipulator 15 des Instrumentes an einer Stelle positioniert, wo Gewebe behandelt werden soll. Die Klemmbacken 32 und 34 werden geöffnet und das Gewebe dann zwischen inneren Auflageflächen 35 und 33 der jeweiligen Klemmbacken 32 und 34 plaziert. Der Klemmauslöser 12 wird gedruckt, um die Klemmbacken 32 und 34 zu schließen und das Gewebe zwischen den inneren Auflageflächen 33 und 35 zu fixieren und zu komprimieren. Das Schließen des Klemmauslösers 12 schließt auch den elektrischen Stromkreis. Wenn das Gewebe zwischen den Klemmbacken 32 und 34 richtig positioniert ist, kann der Benutzer HF-Energie vom Generator 40 unter Betätigung des benutzerbetätigten Schalters 42 anlegen. Der Strom fließt durch das komprimierte Gewebe zwischen der Elektrode 39, d.h. den Stäben 27 und 28 sowie dem Amboß 18.
Nachdem die HF-Energie ausgeschaltet wurde, zeigt die Steuerung den Instrumenten-Status an, d.h. Leitungsunterbrechung, Kurzschluß, Koagulation beendet, Zeitablauf. Wenn der Zustand der beendeten Koagulation angezeigt wird, kann der Auslöser 14 betätigt werden, um das Schneidelement 11 durch die Messerkanäle 26 und 29 vorzuschieben und das zwischen den Stäben 27 und 28 erfaßte Gewebe, das kauterisiert wurde, zu schneiden. Zugleich schiebt der Auslöser 14 den Keil 13 durch die Bahn 25 vor, um die Stößel 24 vorzuschieben, wodurch die Klammern 17 durch das Gewebe in die Taschen 36 des Ambosses 18 vorgeschoben werden. Somit liegt die Schnittlinie seitlich von der durch die Stabelektroden 27 und 28 gebildeten Koagulationslinien und auch seitlich von den in Doppelreihe zu beiden Seiten des Schneidelementes 11 angeordneten Klammern 17, wenn das Schneidelement 11 das Gewebe schneidet.
Die Erfindung wurde mit spezifischen Details in einer Weise beschrieben, wie sie beispielhaft ausgeführt werden kann und dem Fachmann sind leicht vielfältige Variationen, Änderungen und Erweiterungen der betreffenden Grundprinzipien möglich, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Das Impedanz-Rückmeldesystem, wie es oben beschrieben wurde, wird angewandt, um anzuzeigen, wenn eine aureichende Kauterisation stattgefunden hat. Wenn die Koagulation beendet ist, kann die Steuerung ein Signal an den Benutzer ausgeben oder die Steuerung kann die HF-Energie automatisch ausschalten. Andere Signale können ebenso an den Benutzer des Instrumentes ausgegeben werden. Beispielsweise kann ein Ton, welcher eine gemessenen Impedanz entspricht, vorgesehen sein, um Änderungen in der Impedanz hörbar zu machen.
Es ist beabsichtigt, daß diese Vorrichtung und/oder dieses Verfahren bei zahlreichen Typen elektrochirurgischer Instrumente angewandt werden, einschließlich monopolaren, bipolaren und multipolaren Anordnungen. Das Impedanz-Rückmeldesystem kann ganz oder teilweise als gesonderte Einheit mit oder ohne Energiequelle oder Generator in eine gegebenes Instrument eingebaut werden.

Claims

Steuerungseinrichtung umfassend: eine Impedanzmeßschaltung (81), welche an Gewebe-Kontaktelektroden (39), die zu einem Gewebe-Behandlungsteil eines chirurgischen Instrumentes (10) gehören, sowie an eine Energiequelle zur Zufuhr therapeutischer elektrochirurgischer Energie an diese Elektroden (39) anschließbar ist und ein Energie-Steuerungssignal zur Steuerung der HF-Energie, welche von der Energiequelle an die Elektroden (39) geliefert wird, wobei die Impedanzmeßschaltung (81) eingerichtet ist: die Impedanz von Gewebe (43), das vom Gewebe-Behandlungsteil (15) des chirurgischen Instrumentes (10) erfaßt wird, zu messen; festzustellen, daß ein Minimal-Impedanzswert Z_MIN aufgetreten ist sowie diesen Wert zu messen; dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzmeßschaltung (81) ferner eingerichtet ist, einen Ziel-Impedanzwert Z_TARGET als Funktion des Minimal-Impedanzwertes Z_MI _N zu bestimmen; den gemessenen Impedanzwert mit dem Ziel-Impedanzwert zu vergleichen und das Energie-Steuerungssignal zu ändern, wenn der gemessene Impedanzwert den Ziel-Impedanzwert überschreitet.
Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Impedanzmeßschaltung (81) aufweist: eine erste Einrichtung zur Bestimmung des Minimal-Impedanzwertes; eine an die erste Einrichtung angeschlossene zweite Einrichtung zur Bestimmung des Ziel-Impedanzwertes als Funktion des Minimal-Impedanzwertes und eine dritte Einrichtung zum Vergleichen des gemessenen Impedanzwertes mit dem Ziel-Impedanzwert und zur Erzeugung eines Signals, welches anzeigt, ob der gemessene Impedanzwert den Ziel-Impedanzwert überschreitet.
Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 umfassend: einen ersten Eingang zum Empfang mindestens eines ersten Signals (V_RMS), welches für die Spannung, der von der Stromquelle dem Gewebe zugeführen Energie, sowie eines zweiten Signals (I_RMS), welches für den Strom der von der Stromquelle dem Gewebe zugeführten Energie repräsentativ ist; einen zweiten Eingang zum Empfang eines dritten Signals, welches für die Impedanz des mit Energie versorgten Gewebes repräsentativ ist und aus dem ersten und dem zweiten Signal bestimmt wird und eine Funktions-Anpassungseinrichtung zur Lieferung eines vierten Signals, welches für die gewünschte Energie-Abgabe entsprechend einer System-Lastkurve repräsentativ ist und welches repräsentativ für die, entsprechend dem durch das dritte Signal angegebenen Impedanzwert, gewünschte Energie-Abgabe ist; wobei die von der Energiequelle (40) an das Target gelieferte Energie im Bereich einer auf der System-Lastkurve beruhenden gewünschten Energie-Abgabe liegt.
Steuerungseinrichtung nach Anspruch 3, welche eine Vergleichseinrichtung zum Vergleich des für die gewünschte Energie-Abgabe repräsentativen vierten Signals mit mindestens einem Wert des ersten und zweiten Signals aufweist, wobei diese Vergleichseinrich tung zur Lieferung eines Steuersignals zur Steuerung der Energiequelle (40) eingerichtet ist.
Steuerungseinrichtung nach Anspruch 4, bei welcher das Steuerungssignal einen Vergleich des vierten Signals mit mindestens einem Wert des ersten und zweiten Signals darstellt.
Generator (40) zur Lieferung elektrochirurgischer Energie an ein elektrochirurgisches Instrument (10), wobei dieser Generator umfaßt: eine elektrochirurgische Energiequelle, um elektrochirurgische Energie an das elektrochirurgische Instrument (10) zu liefern und eine Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Energie-Abgabe der Energiequelle angeordnet ist.
Elektrochirurgisches Instrument (10) zur Behandlung von Gewebe bei einem chirurgischen Eingriff, wobei das elektrochirurgische Instrument (10) umfaßt: eine erste und eine zweite Elektrode, die elektrisch voneinander isoliert und derart eingerichtet sind, daß sie das zu behandelnde Gewebe kontaktieren und elektrochirurgische Energie zwischen den Elektroden durch das Gewebe leiten und eine Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Abgabe elektrochirurgischer Energie zwischen Elektroden eingerichtet ist.
Elektrochirurgisches Instrument (10) zur Behandlung von Gewebe bei einem chirurgischen Eingriff, wobei das elektrochirurgische Instrument (10) umfaßt: eine erste und eine zweite Elektrode (39, 18), die elektrisch voneinander isoliert und derart eingerichtet sind, daß sie das zu behandelnde Gewebe kontaktieren und elektrochirurgische Energie zwischen den Elektroden (39, 18) durch das Gewebe leiten; eine elektrochirurgische Energiequelle (40) zur Lieferung der elektrochirurgischen Energie an die Elektroden (39, 18) und eine Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Abgabe elektrochirurgischer Energie von der elektrochirurgischen Energiequelle (40) an die Elektroden (39, 18) eingerichtet ist.
Elektrochirurgisches Instrument nach Anspruch 7 oder 8, bei welchem die erste Elektrode (39) auf einem ersten oder einem zweiten Element (32, 34) angeordnet ist und bei welchem das erste und das zweite Element (32, 34) relativ zueinander beweglich sind, um zwischen ihnen befindliches Gewebe zu erfassen.
Elektrochirurgisches Instrument nach Anspruch 9, bei welchem die zweite Elektrode (18) auf dem ersten oder zweiten Element (32, 34) angeordnet ist.
Elektrochirurgisches Instrument nach Anspruch 9, bei welchem: das erste und das zweite Element (32, 34) jeweils eine Anlagefläche zum Erfassen des elektrochirurgisch zu behandelnden Gewebes aufweisen, die erste und die zweite Elektrode (32, 34) jeweils ein oder mehrere Elektroden-Elemente) (39, 18) umfassen, die auf den Anlageflächen angeordnet sind und die ersten und zweiten Elektroden-Elemente (39, 18) auf den Anlageflächen gegeneinander versetzt sind.