DE19826958A1 - Method and device for electrosurgical cutting and coagulation - Google Patents
Method and device for electrosurgical cutting and coagulationInfo
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- A61B2017/00017—Electrical control of surgical instruments
- A61B2017/00022—Sensing or detecting at the treatment site
- A61B2017/00084—Temperature
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft:
The invention relates to:
- - ein Verfahren zum elektrochirurgischen Schneiden und Koagulieren von biologischem Ge webe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1,- A method for electrosurgical cutting and coagulation of biological Ge weave according to the preamble of claim 1,
- - eine dafür geeignete Vorrichtung, bestehend aus einem elektrisch leitenden, selbst geregel ten chirurgischen Schneide- und/oder Koagulierwerkzeug, beispielsweise eines Skalpells, d. h. eines zum chirurgischen Schneiden und/oder Koagulieren gestalteten Messers, nach dem Oberbegriff des Anspruches 9 und 10 und- A suitable device, consisting of an electrically conductive, self-regulated th surgical cutting and / or coagulating tool, for example a scalpel, d. H. of a knife designed for surgical cutting and / or coagulation the preamble of claim 9 and 10 and
- - dazu bei Bedarf noch eine externe Strom- bzw. Spannungsquelle, mit der in Abhängigkeit von der Temperatur des chirurgischen Schneidewerkzeuges seine Temperaturcharakteristik nach dem Oberbegriff des Anspruches 12 regelbar ist.- If necessary, an external current or voltage source with which depending its temperature characteristic from the temperature of the surgical cutting tool can be regulated according to the preamble of claim 12.
Die Erfindung ist sowohl anstelle der üblichen Elektrochirurgie als auch vorzugsweise in der Mikrochirurgie anwendbar.The invention is both instead of the usual electrosurgery and preferably in the Microsurgery applicable.
Die bekannte, mit Hochfrequenz arbeitende Elektrochirurgie zum Schneiden und/oder zum Koagulieren von biologischem, vorzugsweise menschlichem, Gewebe, beruht darauf, daß zwischen der Schneidevorrichtung, das kann ein chirurgisches Messer, ein sogenanntes Skal pell, aber auch jede andere Schneideelektrode (wie z. B. eine Schlaufe, eine Nadel oder dgl.) sein, und der an geeigneter Stelle mit einer Neutralelektrode elektrisch leitend verbundenem Gewebe ein Lichtbogen erzeugt wird, der aufgrund seiner thermischen Wirkung das Gewebe auftrennt und je nach Wellenform des Stromes bzw. der Spannung die Schnittränder denatu riert, d. h. die angeschnittenen Gefäße koaguliert. Dadurch wird ein Bluten im Schneidebe reich weitgehend unterbunden, was für verschiedene Aufgabenstellungen in der Chirurgie von großer Wichtigkeit ist [Dissertation von Helmut Wurzer an der Universität der Bundes wehr München, Mai 1995]. Ein ähnlicher Effekt wird beim Einsatz von Lasern, besonders von Argon- und Nd : YAG-Lasern, in der Chirurgie erzielt.The known high-frequency electrosurgery for cutting and / or Coagulation of biological, preferably human, tissue is based on the fact that between the cutting device, which can be a surgical knife, a so-called scal pell, but also any other cutting electrode (such as a loop, a needle or the like) be, and the electrically connected at a suitable point with a neutral electrode Tissue creates an arc, which due to its thermal effect affects the tissue separates and depending on the waveform of the current or voltage the cut edges denatu riert, d. H. the cut vessels coagulated. This causes bleeding in the cutting area rich largely prevented what different tasks in surgery is of great importance [Dissertation by Helmut Wurzer at the University of the Federal weir Munich, May 1995]. A similar effect is particularly evident when using lasers of argon and Nd: YAG lasers, achieved in surgery.
Problematisch erweist sich dabei die Tatsache, daß der Schneideeffekt beim Einsatz von Elektrochirurgiegeräten und Lasern auf dem Verdampfen von Gewebe beruht, wobei Tempe raturen von einigen hundert Grad, im Falle des Einsatzes von Impulslasern sogar kurzzeitig von einigen tausend Grad erzeugt werden [H.-P. Berlien, G. Müller, Angewandte Lasermedi zin, Lehr- und Handbuch für Praxis und Klinik, Ecomed-Verlag Landsberg 1989]. Diese Temperaturen führen nicht nur zu einer Koagulation sondern auch zu einer Gewebeschädi gung, die den Heilungsprozeß verzögert. Weiterhin werden beim Verdampfen von Gewebe toxische und karzinogene Produkte erzeugt, die eine potentielle Gefährdung für das medizini sche Personal und den Patienten darstellen [J. Lademann, H.-J. Weigmann, H. Meffert, W. Sterry, Investigation of harmful volatile substances during laser tissue interaction in laser sur gery by laser spectroscopic methods, in: "Laser in Medicine", W. Waidelich, G.Staehler (Edits.), Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York, 641-644, 1995]. The fact that the cutting effect when using Electrosurgery equipment and lasers rely on tissue evaporation, with Tempe temperatures of a few hundred degrees, even briefly if pulse lasers are used of a few thousand degrees [H.-P. Berlien, G. Müller, Applied Laser Medium interest, teaching and handbook for practice and clinic, Ecomed-Verlag Landsberg 1989]. This Temperatures not only lead to coagulation but also to tissue damage which delays the healing process. Furthermore, when evaporating tissue produces toxic and carcinogenic products that pose a potential hazard to the medical profession represent the staff and the patient [J. Lademann, H.-J. Weigmann, H. Meffert, W. Sterry, Investigation of harmful volatile substances during laser tissue interaction in laser sur gery by laser spectroscopic methods, in: "Laser in Medicine", W. Waidelich, G.Staehler (Edits.), Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York, 641-644, 1995].
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird die Schneidewirkung im wesentlichen durch ein mit einer scharfen Schneide versehenes Werkzeug erzeugt, wie es bei einem chirurgischen Skalpell der Fall ist. Wird dieses Schneidewerkzeug, z. B. dieses Skalpellklinge, während des Schneidens nun aber gleichzeitig erhitzt, so wird es möglich, durch die thermische Denaturie rung des Gewebes die Schnittränder zu koagulieren und dadurch die aufgeschnittenen Gefäße zu verschließen. Gleichzeitig erfolgt bei Bedarf auch eine Unterstützung der mechanischen Schneidewirkung durch das Erhitzen des Schneidewerkzeuges.In the proposed method, the cutting effect is essentially a tool with a sharp cutting edge, like a surgical one Scalpel is the case. If this cutting tool, e.g. B. this scalpel blade, during the However, cutting is heated at the same time, so it becomes possible through thermal denatury the tissue to coagulate the cut edges and thereby the cut open vessels to close. At the same time, mechanical support is also provided if necessary Cutting effect by heating the cutting tool.
Das Problem ist nun, daß das Schneidewerkzeug, z. B. das Skalpell, durch Wärmeleitung au genblicklich an den Stellen abkühlt, an dem es mit dem Gewebe in Berührung kommt, wo durch es seine Wirkung weitgehend einbüßt. Aus diesem Grunde wird in dem hier vorge schlagenem Verfahren dieser durch Gewebeberührung bedingter Wärmeableitung durch einen automatischen Regelmechanismus entgegengewirkt und dadurch die Temperatur im wesentli chen konstant gehalten.The problem now is that the cutting tool, e.g. B. the scalpel, by heat conduction au cools down exactly where it comes into contact with the tissue, where it largely loses its effect. For this reason it is featured here proposed method of this heat dissipation due to tissue contact by a counteracted automatic control mechanism and thereby the temperature essentially Chen kept constant.
Die Realisierung eines solchen automatischen Systems kann auf den folgenden zwei ver
schiedenen Wegen erreicht werden:
Bei dem Konzept des "eingeprägten Stromes", was soviel wie das Erzwingen eines konstan
ten, vom Verbraucher unabhängigen Stromes bedeutet, d. h. Verwendung einer Konstant
stromquelle mit Innenwiderstand = 0, ist das Schneidewerkzeug, z. B. die Skalpellklinge, als
Serienschaltung von Widerständen aufzufassen bzw. mit in Reihe geschalteten Widerständen
zu belegen. Dabei müssen die Widerstände einen möglichst hohen negativen Temperatur
koeffizienten (TK) aufweisen. Wird nun durch Berührung mit dem Gewebe einer dieser Wi
derstände abgekühlt, so steigt sein Widerstandswert infolge seines negativen TK augenblick
lich an, was bei der Serienschaltung der Widerstände und unter der Voraussetzung eines kon
stanten Stromes zum Anstieg der in Wärme umgesetzten Leistung und damit augenblicklich
zur Wiedererhöhung der Temperatur an der berührten Stelle führt. Aus diesem Grunde wird
für den Widerstand die Verwendung eines leitenden Materials mit negativem Temperatur
koeffizienten (TK), z. B. eines Halbleiters, vorgeschlagen, der in der Größenordnung von eini
gen %/K liegen kann.The implementation of such an automatic system can be achieved in the following two different ways:
In the concept of "impressed current", which means as much as forcing a constant current independent of the consumer, ie using a constant current source with internal resistance = 0, the cutting tool, for. B. the scalpel blade, as a series connection of resistors or to be connected with series-connected resistors. The resistors must have the highest possible negative temperature coefficient (TK). If one of these resistors is now cooled by contact with the tissue, its resistance value rises immediately due to its negative TK, which results in an increase in the power converted into heat and thus instantaneously when the resistors are connected in series and under the condition of a constant current Raising the temperature at the touched point leads. For this reason, the use of a conductive material with negative temperature coefficient (TK), z. B. a semiconductor, proposed that can be on the order of gen% gen / K.
Bei dem Konzept der "eingeprägten Spannung", was soviel wie das Anlegen einer konstan ten, vom Verbraucher unabhängigen Spannung bedeutet, d. h. Verwendung einer Konstant spannungsquelle mit Innenwiderstand = 0, ist das Schneidewerkzeug, z. B. die Skalpellklin ge, als eine Parallelschaltung von Widerständen aufzufassen bzw. mit parallel geschalteten Widerständen zu belegen. Dabei müssen die Widerstände einen möglichst hohen positiven Temperaturkoeffizienten (TK) aufweisen. Wird nun durch Berührung mit dem Gewebe einer dieser Widerstände abgekühlt, so fällt sein Widerstandswert infolge seines positiven TK au genblicklich ab, was bei der Parallelschaltung der Widerstände und unter der Voraussetzung einer konstanten Spannung ebenfalls zum Anstieg der in Wärme umgesetzten Leistung und damit augenblicklich zur Wiedererhöhung der Temperatur an der berührten Stelle führt. In beiden Fällen müssen die Temperaturkoeffizienten (TK) möglichst hoch sein. Aus diesem Grunde wird für den Widerstand die Verwendung eines Materials mit positivem Temperatur koeffizienten (TK) vorgeschlagen, der ebenfalls in der Größenordnung von einigen %/K lie gen kann. With the concept of "impressed tension", which means putting on a constant ten means voltage independent of the consumer, d. H. Using a constant voltage source with internal resistance = 0, is the cutting tool, e.g. B. the scalpel clinic ge, as a parallel connection of resistors or with connected in parallel To show resistance. The resistances must be as positive as possible Have temperature coefficients (TK). Becomes one by touching the tissue of these resistors cooled, its resistance value falls due to its positive TC at the moment what happens when the resistors are connected in parallel and under the condition a constant voltage also increases the power converted into heat and so that the temperature at the touched point is immediately increased again. In In both cases, the temperature coefficients (TK) must be as high as possible. For this The reason for the resistance is the use of a material with a positive temperature Coefficient (TK) proposed, which is also in the order of a few% / K can.
Sollte der Leistungsanstieg mit dem erzielbaren Wert für den TK den Wärmeverlust durch Berührung nicht ausreichend ausgleichen können, so kann durch eine zusätzliche aktive Re gelung der konstanten Strom- bzw. Spannungsquelle der erhöhte Bedarf an Wärmeleistung aufgebracht werden. Dafür soll der Widerstandswert der Heizwiderstände als Maß für die mittlere Temperatur des Schneidewerkzeugs herangezogen und die Strom- bzw. Spannungs quelle entsprechend nachgeregelt werden.If the increase in output with the achievable value for the TC results from the heat loss Can not compensate for touch sufficiently, so can by an additional active Re the constant current or voltage source, the increased need for thermal output be applied. For this, the resistance value of the heating resistors should be a measure of the average temperature of the cutting tool and the current or voltage source are adjusted accordingly.
Im Falle der seriell angeordneten Widerstände mit negativem TK und der Heizung des Schneidewerkzeugs mit eingeprägtem Strom wäre einer Widerstandserhöhung durch Abküh lung mit einer Stromeinspeisung mit ansteigendem Strom zu begegnen. Diese Charakteristik kann beispielsweise mit einer Stromquelle mit negativem Innenwiderstand (oder -leitwert) er reicht werden. Damit würden aber auch die nicht betroffenen Widerstände der Serienschal tung stärker erwärmt, was nur durch ein gut wärmeleitendes Material für das Schneidewerk zeug weitgehend ausgemittelt werden kann.In the case of series resistors with negative TC and heating the Cutting tool with impressed current would increase the resistance by cooling counteracting with a current feed with increasing current. This characteristic can, for example, with a current source with negative internal resistance (or conductance) be enough. But this would also affect the unaffected resistances of the series scarf tion warmed more, which is only due to a good heat-conducting material for the cutting unit largely can be averaged.
Im Falle der parallel angeordneten Widerstände mit positivem TK und der Heizung des Schneidewerkzeugs mit eingeprägter Spannung wäre einer Widerstandserniedrigung durch Abkühlung mit einer Spannungsversorgung mit ansteigendem Spannung zu begegnen. Diese Charakteristik kann beispielsweise mit einer Spannungsquelle mit negativem Innenwider stand erreicht werden. Damit würden aber auch die nicht betroffenen Widerstände der Paral lelschaltung stärker erwärmt, was ebenfalls nur durch ein gut wärmeleitendes Material für das Schneidewerkzeug weitgehend ausgemittelt werden kann.In the case of parallel resistors with positive TC and heating the Cutting tool with an impressed voltage would reduce the resistance Counter cooling with a voltage supply with increasing voltage. This Characteristic can, for example, with a voltage source with negative internal resistance status can be achieved. This would also affect the unaffected resistance of the Paral Oil circuit warmed more, which is also only due to a good heat-conducting material for the Cutting tool can be largely averaged.
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