DE2740751A1

DE2740751A1 - Elektrochirurgischer generator und elektrochirurgisches verfahren

Info

Publication number: DE2740751A1
Application number: DE19772740751
Authority: DE
Inventors: Frank Arthur Alford; David Whittlesey Newton
Original assignee: Valleylab Inc
Current assignee: Valleylab Inc
Priority date: 1976-09-09
Filing date: 1977-09-09
Publication date: 1978-03-30
Also published as: GB1586222A; US4094320A; DE2740751C3; DE2740751B2; FR2364461A1; JPS5335287A

Description

Elektrochirurgischer Generator und elektrochirurgisches Verfahren

Die Erfindung bezieht sich auf Sicherheitsschaltungen für elektrochirurgische Geräte und auf ein Verfahren zum Gebrauch solcher Schaltungen, wie sie beispielsweise In der Hlteren amerikanischen Patentanmeldung us SN 520 der Anmelderin vom 4. November 1974 bereits vorgeschlagen sind.

Verschiedene Sicherheitsschaltungen für die Verwendung bei elektrochirurgischen Systemen sind bekannt. Beispielsweise ist in der US-PS 3 683 923 eine Schaltung beschrieben, die u. a. zum Feststellen einer Diskontinuität in dem Patientenstromkreis dient, welcher die

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indifferente oder Patientenelektrode und die damit verbundene Patientenleitung enthält.Eine solche Diskontinuität kann beispielsweise immer dann auftreten, wenn der Patient die Berührung mit der Patientenelektrode verliert oder wenn es zu einer Unterbrechung in der Patientenleitung kommt. Der Strom von der aktiven Elektrode wird einen Weg zur Masse über einen Wechselstromrückweg immer dann suchen, wenn eine Patientenstromkreisdiskontinuität auftritt. Ein solcher Rückweg kann über eine Uberwachungselektrode geschaffen werden, die am Körper des Patienten befestigt ist, oder über irgendeinen an Masse liegenden Gegenstand, der in versehentlichem Kontakt mit ihm ist. Da eine Uberwachungselektrode oder dgl. den Patienten in einem sehr kleinen Bereich berühren kann, wird dort die Stromdichte ziemlich hoch sein, wodurch es zu Verbrennungen des Patienten kommen kann. Da weiter die Uberwachungselektrode oder dgl. durch ein Laken bedeckt sein kann, kann sich das Verbrennen über eine beträchtliche Zeitspanne erstrecken, bevor es festgestellt wird. Es ist daher sehr wichtig, daß geeignete Einrichtungen vorgesehen sind, um eine Diskontinuität im Patientenstromkreis festzustellen und um bei ihrer Feststellung geeignete Schritte zu unternehmen, wie beispielsweise das Ertönenlassen eines Alarms und/oder die Abschaltung des Generators.

Gemäß der oben genannten US-PS 3 683 923 wird eine Diskontinuität in dem Patientenstromkreis festgestellt, indem die Differenz zwischen dem HF-Strom in der aktiven

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Leitung und dem in der Patientenleitung genommen wird. Immer dann, wenn diese Differenz einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, ertönt ein Alarm. Insbesondere ertönt der Alarm immer dann, wenn der Strom in der aktiven Leitung den Strom in der Patientenleitung um den Schwellenwert überschreitet, oder umgekehrt, d. h. immer dann, wenn der Strom in der Patientenleitung den Strom in der aktiven Leitung übersteigt. Vorstehendes resultiert aus der Tatsache, daß die Differenz zwischen den HF-Strömen in der aktiven Leitung und in der Patientenleitung genommen wird. Der gefährliche Zustand, der einer Patientenstromkreisdiskontinuität entspricht, tritt jedoch ein, wenn der Strom in der aktiven Leitung den Strom in der Patientenleitung übersteigt. Tatsächlich kann der HF-Strom in der Patientenleitung den HF-Strom in der aktiven Leitung ohne Gefahr für den Patienten übersteigen. Wenn zwei elektrochirurgische Generatoren mit jeweils einem Instrument in Berührung mit dem Körper eines Patienten sind, was manchmal der Fall ist, und wenn eines der Instrumente aktiv und das andere leerlaufend ist, wird sich daher der Strom von dem aktiven Instrument auf die Patientenleitungen für die beiden Generatoren aufteilen, wodurch der Patientenleitungsstrom für den leerlaufenden Generator den in der aktiven Leitung desselben übersteigen wird. Mit einer Sicherheitsschaltung der in der oben genannten US-Patentschrift beschriebenen oder der in der oben genannten US-Patentanmeldung vorgeschlagenen Art würde der vorgenannte Zustand einen Fehlalarm erzeugen, d. h. einen Alarm, wenn der Patient

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nicht in Gefahr ist.

Es ist daher Hauptziel der Erfindung, eine verbesserte Sicherheitsschaltung für einen elektrochirurgischen Generator zu schaffen, die nur auf einen Überschuß an Strom in der aktiven Leitung gegenüber Strom in der Patientenleitung anspricht, um dadurch eine Diskontinuität in dem Patientenleitungskreis festzustellen, ohne Fehlalarme immer dann zu erzeugen, wenn der Strom in der Patientenleitung den in der aktiven Leitung übersteigt.

Gemäß der oben genannten US-Patentanmeldung wird eine Stromabfühlvorrichtung in der Masseverbindung der Patientenleitung benutzt, wobei, wenn ein vorbestimmter Strom abgefühlt wird, ein Alarmzustand gemeldet wird. Immer dann, wenn Koagulationsschwingungen hohen Spitzenfaktors (der als der Spitzenwert in Volt oder Ampere dividiert durch den Effektivwert definiert ist) benutzt werden, werden jedoch die Größe und höheren harmonischen Komponenten des Generatorausgangssignals zunehmen, wodurch der Ableitstrom der aktiven Leitung über die Streukapazität von der aktiven Leitung zur Masse vergrößert wird. Dieser Strom wird ebenfalls durch den Stromfühler abgefühlt und tendiert zum Erzeugen eines Fehlalarms, da der Strom für den Patienten nicht gefährlich ist.

Die Erfindung schafft deshalb eine Sicherheitsschaltung der vorgenannten Art, in welcher ein dynamisch veränderli-

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eher Schwellenwert benutzt wird, um dadurch den niedrigst möglichen Schwellenwert zum Ertönenlassen eines Alarms zu ermöglichen, ohne die Erzeugung von Fehlalarmen, die mit der Verwendung von Hochleistungsschwingungen verknüpft sind, wie etwa Koagulationsschwingungen mit hohen Spitze-Spitze-Spannungen und Spitzenfaktoren.

Gemäß dem älteren Vorschlag ist es erwünscht, die Patientenleitung für HF-Ströme im wesentlichen an Masse zu legen, um dadurch das Anheben des Patienten auf ein unerwünschtes Potential zu verhindern. Anästhesisten bevorzugen deshalb häufig, den Patienten während einer chirurgischen Prozedur zu berühren, um die Temperatur, die Pulsfrequenz und dgl. zu überwachen. Da der Bereich der Berührung mit dem Patienten bei einer leichten Berührung ziemlich klein ist, wird die den Patienten berührende Person ein etwas brennendes Gefühl verspüren, wenn der Patient sich auf einem unangemessen hohen Potential befindet. Dieses brennende Gefühl ist häufig beunruhigend, obgleich es im allgemeinen ungefährlich ist. Wenn die Patientenleitung bei Hochfrequenzen von Masse getrennt ist, können die oben erwähnten Ableitströme von der aktiven Leitung zur Masse das Potential der Patientenleitung in bezug auf Masse anheben, und zwar aufgrund der Kopplung dieses Strom über die Streukapazität von der Patientenleitung zur Masse. Der Ableitstrom von der aktiven Leitung zur Masse nimmt, wie oben erwähnt, beispielsweise mit zunehmendem Spitzenfaktor zu. Immer dann, wenn ein hoher Leistungswert erwünscht ist, wird

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es daher schwierig, einen isolierten Ausgangskreis zu verwenden, da das Patientenleitungspotential auf einen unerwünscht hohen Wert ansteigt, und daher muß die Patientenleitung bei Hochfrequenzen im wesentlichen an Masse liegen. Weiter würde der Patient, wenn die aktive Elektrode eines isolierten Ausgangskreises zufällig einen an Masse liegenden Gegenstand berührt, auf das volle Ausgangspotential des Generators angehoben, sofern der Patient für HF-Strom nicht auf etwa Massepotential gehalten würde. Das ist daher ein weiterer Gr\und, die Patientenleitung bei Hochfrequenzen an Masse zu legen.

Es ist jedoch unerwünscht, die Patientenleitung bei niedrigen Frequenzen, beispielsweise bei der technischen Frequenz von 60 Hz, an Masse zu legen. Das heißt, wenn der Patient beispielsweise mit einem fehlerhaften Ausrüstungsteil in Berührung kommt, das auf einem Potential von technischer Frequenz ist, könnte dieses Potential durch den Patienten hindurch zu der an Masse liegenden Patientenleitung geleitet werden und dadurch den Patienten der extremen Gefahr einer Tötung durch elektrischen Strom aussetzen. Bei technischen Frequenzen und dgl. ist es daher erwünscht, die Patientenleitung wirksam von der Masse zu trennen und somit keinen Weg zu schaffen, wo hohe Spannungen mit technischer Frequenz durch einen Patienten bei versehentlicher Berührung mit einem fehlerhaften Ausrüstungsteil hindurchgehen können. In dem oben genannten älteren Vorschlag erfolgt

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das durch Vorsehen eines frequenzetnpfindlichen Netzwerkes zwischen der Patientenleitung und Masse, wodurch HF-Strömen eine niedrige Impedanz und Strömen mit technischer Frequenz und dgl. eine hohe Impedanz dargeboten wird. Das kann durch geeignete Auswahl eines Kondensators erfolgen,dessen Wert niedrig genug ist, um den hohen Frequenzen eine hohe -Impedanz darzubieten, und hoch genug, um den Hochfrequenzen eine niedrige Impedanz darzubieten, wobei sich Hochfrequenzen im Fall der vorliegenden Anmeldung ungefähr von 200 kHz bis 5 MHz erstrecken, ohne daß beabsichtigt ist, die Erfindung auf diesen besonderen Bereich zu beschränken. Eine Beschränkung dahingehend, ein wie kleiner Kondensator benutzt werden kann, besteht in der Spannung an der Patientenleitung. Wie oben erwähnt, darf diese Spannung das Potential des Patienten nicht zu weit anheben. Wie ebenfalls oben erwähnt, werden bei Verwendung von elektrochirurgie chen Generatoren, die auf einem hohen Leistungswert arbeiten, typischerweise hohe Spannungswerte benutzt. Für die Spannung an dem Kondensator besteht daher die Tendenz, mit diesen höheren Spannungswerten zuzunehmen.

Die Erfindung schafft daher weiter eine Schaltung zum Verringern der effektiven Spannung an dem Kondensator in einem frequenzempfindlichen Netzwerk der oben beschriebenen Art, wodurch ein kleinerer Kondensator benutzt werden kann, während gleichzeitig die Spannung an ihm verringert wird.

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Zusammenfassung der Erfindung;

Die Erfindung schafft eine elektrochirurgische Sicherheitsschaltung und ein Verfahren zum Anwenden derselben, wobei die Ströme in der aktiven Leitung und in der Patientenleitung durch Stromwandler überwacht werden, die in der aktiven Leitung bzw. in der Patientenleitung angeordnet sind, und wobei die ermittelten Ströme jeweils gleichgerichtet und dann voneinander subtrahiert werden. Immer wenn der aktive Strom den Patienten- oder Rückstrom um einen Wert übersteigt, der einem dynamisch vqrändlichen Schwellenwert entspricht, wird eine geeignete Maßnahme ergriffen, beispielsweise Ertönenlassen eines Alarms und/oder Abschalten des elektrochirurgischen Generators. Die Sicherheitshschaltung spricht daher nur auf denjenigen Strom in der aktiven Leitung an, der den Strom in der Patientenleitung übersteigt, und nicht umgekehrt. Der Strom in der Patientenleitung kann nämlich den Strom in der aktiven Leitung ohne Gefahr für den Patienten übersteigen und, da das in gewissen elektrochirurgischen Situationen vorkommt, wird es durch die Sicherheitsschaltung nach der Erfindung außer Acht gelassen.

Der dynamische Schwellenwert ändert sich gemäß dem Wert des an den Patienten angelegten Signals und kompensiert den Ableitstrom über die Streukapazität von der aktiven Leitung zur Masse. Normalerweise würde dieser Ableitstrom als Strom in dor aktiven Leitung abgefühlt werden und dadurch die Tendenz bestehen, Fehlalarme zu verursachen (d. h. Alarmmeldungen, wenn der Patient nicht in

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Gefahr ist). Unter Verwendung der Schaltung mit dem dynamischen Schwellenwert wird die Auswirkung des genannten Ableitstroms beseitigt, wodurch der Schwellenwert für die Alarmmeldung so niedrig wie möglich eingestellt werden kann.

Die Patientenleitung liegt bei Hochfrequenzen über ein frequenzempfindliches Netzwerk im wesentlichen an Masse, wodurch die Patientenspannung auf einem Minimum gehalten wird. Das frequenzempfindliche Netzwerk weist für große, niederfrequente Spannungen eine hohe Impedanz gegen Masse auf, um die Gefahr des Patienten zu minimieren, wenn dieser durch eine niederfrequente Quelle berührt wird,beispielsweise durch ein fehlerhaftes Ausrüstungsteil, das sich auf einem Potential mit technischer Frequenz befindet. Das frequenzempfindliche Netzwerk kann einen Kondensator enthalten, dessen Wert so gewählt ist, daß sich der vorstehend angegebene Frequenzgang ergibt. Da ein Kondensator benutzt werden muß, der so klein wie möglich ist, um bei niedrigen Frequenzen eine hohe Impedanz zu schaffen, und da die HF-Spannung an dem Kondensator niedrig gehalten werden muß, um dadurch die Patientenspannung bei Hochfrequenzen niedrig zu halten» wird ein weiteres Netzwerk benutzt, um die Verwendung eines kleinen Kondensators zu ermöglichen, während gleichzeitig die Effektivspannung an diesem verringert und dadurch der Schutz des Patienten verbessert wird.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben.

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Die einzige Figur zeigt ein Schaltbild einer Ausführungsfortn der Erfindung.

Ein HF-Generator 10 speist einen Trenntransformator 12, der eine Primärwicklung 14 und drei SekundärwickH lungen 16, 18, 22 hat. Der Ausgangskreis, der mit der Sekundärwicklung 16 verbunden ist, enthält eine aktive Leitung 24 und eine Patienten- oder Rückleitung 26. Die aktive Leitung ist mit einem elektrochirurgischen Instrument 28 verbunden, das eine aktive Elektrode 30 hat, di^e zur Ausführung von chirurgischen Prozeduren an einem Patienten 32 geeignet ist. Der Patient ist normalerweise auf einer indifferenten oder Patientenelektrode 34 angeordnet und der Strom von der Elektrode geht normalerweise durch den Patienten hindurch zu der großflächigen Patientenelektrode 34 und dann zurück zu der Sekundärwicklung 16 über die Patientenleitung 26. Kondensatoren 36 und 38 sind in den Leitungen 24 bzw. 26 angeordnet undVbieten dem Fließen von Faradischem Strom in dem Patienten eine hohe Impedanz dar. Diese Ströme sind Subharmonische, die sich aus dem Gleichrichtungsvorgang ergeben, der an der GrenzfLäche zwischen der aktiven Elektrode und dem Patienten stattfindet, wobei die Subharmonischen eine niedrige Frequenz haben und für den Patienten eine potentielle Gefahr darstellen. Aufgrund der Impedanz, die die Kondensatoren 36 und diesen Strömen darbieten, wird jedoch ihre Größe auf einen ungefährlichen Wert gehalten.

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Wenn in dem PatientenStromkreis, der die Patientenleitung 26 und die Patientenelektrode 34 enthält^ eine Diskontinuität auftritt, kann sich eine potentiell gefährliche Situation für den Patienten ergeben. Typischerweise kann eine Diskontinuität auftreten, wenn der Patient die Berührung mit der Elektrode 34 verliert oder wenn eine Unterbrechung in der Leitung 26 oder in der Verbindung dieser Leitung mit der Elektrode 34 oder der Sekundärwicklung 16 vorhanden ist. Aufgrund der Streukapazität 40 von der aktiven Leitung zur Masse stacht der Strom von der aktiven Elektrode 30 ebenfalls einen Weg nach Masse. Die Leitung 26 wird, wie im folgenden noch ausführlicher beschrieben, durch einen frequenzempfindlichen Wechselstromrückweg oder durch ein frequenzempfindliches Wechselstromnetzwerk, das in seiner Gesamtheit mit 42 bezeichnet ist und einen Widerstand 44 und einen Kondensator 46 enthält, nahe Massepotential gehalten. Solange der Patientenstromkreis intakt ist, fließt daher der Strom durch den Patienten hauptsächlich über die Elektrode 34 zur Leitung 26. Wenn jedoch eine Diskontinuität auftritt, wird dieser Stromweg unterbrochen und der Strom in dem Patienten wird einen anderen Weg zur Masse suchen. Das kann über die Kapazität 48 erfolgen, die die Kapazität zwischen dem Körper des Patienten und Masse darstellt. Wenn der Patient in versehentlichem Kontakt mit einem an Masse liegenden Gegenstand ist, wird jedoch dieser Weg mit niedrigerer Impedanz bevorzugt, der mit 50 bezeichnet ist. Wenn der Berührungspunkt 52 zwischen dem Patienten

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und dem an Masse liegenden Gegenstand klein ist, wird die Stromdichte an dieser Stelle hoch sein, was die Wahrscheinlichkeit in sich birgt, daß an dieser Stelle eine Verbrennung erfolgt, und zwar insbesondere dann, wenn die Diskontinuität in dem Patientenstromkreis und der versehentliche Kontakt mit dem an Masse liegenden Gegenstand 50 für eine lange Zeit unentdeckt bestehen. Das kann mit ziemlicher Wahrscheinlichkeit passieren, wenn der Kontaktpunkt durch ein Laken oder dgl. überdeckt ist.

Zur Vermeidung des vorstehenden Problems ist eine Schaltung vorgesehen, die bewirkt, daß ein Alarm ertönt oder daß eine andere geeignete Maßnahme nach Feststellung einer Diskontinuität in dem Patientenstromkreis getroffen wird. Zuerst sei angemerkt, daß der Strom von der aktiven Elektrode sich normalerweise auf zwei Wege aufteilt, von denen der erste über den Patienten und die Patientenelektrode 34 zur Leitunjg 26 und daher zurück zur Sekundärwicklung 16 geht, während der zweite über den Kondensator zur Masse und dann von der Masse über den Kondensator 46 und den Widerstand 44 wieder zur Leitung 26 geht. Der Strom auf diesem zweiten Weg ist normalerweise ziemlich klein und daher ist der über die Elektrode 34 fließende Strom im wesentlichen gleich dem über die Elektrode 30 fließenden Strom. Wenn jedoch eine Diskontinuität in der Patientenleitung auftritt, wird der über die Elektrode 34 fließende Strom wesentlich kleiner sein als der über die Elektrode 30 fließende Strom. Dieses Prinzip wird

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ausgenutzt, um eine Diskontinuität in dem Patientenstromkreis festzustellen. Dasselbe Prinzip wird in der oben genannten US-PS 3 683 923 ausgenutzt.

Daher überwacht ein Stromwandler 53 mit einer an Masse liegenden Abschirmung den Strom in der aktiven Leitung 24, wo die Primärwicklung 54 in Reihe mit der Leitung liegt. Ein ähnlicher Stromwandler 56 überwacht den Strom in der Patientenleitung 26 und seine Primärwicklung 58 liegt mit dieser Leitung in Reihe. Der HF-Strom, der in der aktiven Leitung fließt, induziert einen Strom in der Sekundärwicklung 60 des Stromwandlers 53, der durch eine Diodenbrücke 62 gleichgerichtet wird, die zwischen eine Leitung 64 und eine an Masse liegende Leitung 66 geschaltet ist. In ähnlicher Weise induziert der Strom, der in der Patientenleitung 26 fließt, einen Strom in der Sekundärwicklung 68 des Stromwandlers 56. Dieser Strom wird durch eine Diodenbrücke 70 gleichgerichtet, die ebenfalls zwischen die Leitungen 64 und geschaltet ist. Die Brücken 62 und 70 sind in unterschiedlichen Richtungen gepolt, so daß ihre jeweiligen Beiträge zu den in den Leitungen 64 und 66 fließenden Strömen einander im wesentlichen aufheben, da diese Beiträge im wesentlichen gleich und entgegengesetzt gerichtet sind.

Zum Glätten des durch die Leitung 64 fließenden Stroms wird ein Filter 71 aus einem Widerstand 72 und einem Kondensator 74 benutzt. Das Potential an dem Widerstand

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72 wird benutzt, um einen Vergleicher 76 immer dann zu triggern, wenn das Potential an dem Widerstand ein durch ein Referenzpotential 78 geschaffenes übersteigt. Ein Widerstand 80 und ein Kondensator 82 koppeln das Potential an dem Widerstand 72 mit dem Vergleicher 76, während Widerstände 84 und 86 und ein Kondensator 88 das Referenzpotential mit dem Vergleicher koppeln.

Das Ausgangs signal des Vergleichers triggert einen Thyristor 90 über ein Koppelnetzwerk, das einen Widerstand 92, einen Kondensator 94 und einen Widerstand 96 enthält. Das Triggern des Thyristors veranlaßt das Ergreifen einer geeigneten Maßnahme, wie beispielsweise das Ertönenlassen eines Alarms 98 oder das Abschalten des Generators entweder kurzzeitig gemäß dem oben genannten älteren Vorschlag oder ständig, bis man sich mit der Diskontinuität befaßt.

Es ist wichtig anzumerken, daß die vorstehende Erfassungsschaltung auf das Vorzeichen der Ströme anspricht, die in der aktiven Leitung und in der Patientenleitung fließen. Das heißt, sie stellt nur denjenigen Strom in der aktiven Leitung fest, der den Strom in der Patientenleitung wesentlich übersteigt, und nicht umgekehrt. Daher kann die Referenzspannung der Spannungsquelle 78 beispielsweise -5 V betragen. Nur wenn die von dem Widerstand 80 aus angelegte Spannung kleiner als -5 V ist, wird der Vergleicher 76 den Thyristor 90 triggern. Wenn eine Patientenstromkreisdiskontinuität

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auftritt, hört daher der Stromfluß durch die Diodenbrücke 70 auf. Der Stromfluß durch die Diodenbrücke 62 geht jedoch weiter und das negative Potential an dem Widerstand 72 wird zunehmen, bis dieses Potential ausreicht, um den Vergleicher zu triggern. Normalerweise würde der Stromfluß durch die Diodenbrücke 70 den Stromfluß durch die Diodenbrücke 62 ausgleichen und daher würde das Potential an dem Widerstand 72 etwa auf den Wert des Massepotentials bleiben, welcher selbstverständlich nicht ausreichen würde, um den Vergleicher zq triggern.

Es gibt chirurgische Prozeduren, bei welchen es erwünscht ist, zwei verschiedene Generatoren mit ihrem jeweiligen elektrochirurgischen Instrument in Berührung mit dem Patienten zu haben, wobei einer der Generatoren eingeschaltet und der andere leerlaufend ist. In diesem Fall würde sich der Strom aus dem aktiven Generator auf seine eigene Patientenelektrode und auf die Patientenelektrode für den leerlaufenden Generator aufteilen. Der in der Patientenleitung des leerlaufenden Generators fließende Strom würde den in der aktiven Leitung desselben fließenden Strom übersteigen. In Sicherheitsschaltungen, die dem oben genannten älteren Vorschlag entsprechen oder in der oben genannten US-PS 3 683 923 beschrieben sind, würde dieser Zustand einen Fehlalarm auslösen, d. h. einen Alarm, wenn der Patient nicht in Gefahr ist. In der Schaltungsanordnung nach der Erfindung würde das bedeuten, daß der in der Diodenbrücke 70 flies-

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sende Strom den in der Diodenbrücke 62 fließenden wesentlich übersteigt. Das Potential an dem Widerstand 72 würde daher gegenüber Masse positiv zunehmen. Dadurch wird jedoch die Spannung an dem Widerstand 72 einfach weiter von der Spannung weggetrieben, die zum Triggern des Vergleichers 76 benötigt wird. Wie oben erwähnt, spricht daher die Erfassungsschaltung nach der Erfindung effektiv auf das Vorzeichen der Ströme an, die in der aktiven Leitung und in der Patientenleitung fließen,wodurch nur ein wesentlicher Überschuß von Sfrom in der aktiven Leitung gegenüber dem Strom in der Patientenleitung festgestellt wird, um eine Alarmvorrichtung 98 oder eine andere geeignete Maßnahme auszulösen.

Ziemlich häufig soll der HF-Generator 10 einen hohen Leistungswert haben. Das könnte zum Beispiel für Koagulationsschwingungen bedeuten, daß ein hoher Spitzenfaktor zusammen mit einer hohen Spitze-Spitze-Spannung benutzt wird, wobei der Amplitudenwert des Ausgangs signals eingestellt werden kann. Ein Generator zur Erzeugung solcher Schwingungen ist beispielsweise aus der US-PS 3 963 030 bekannt.

Ableitströme über die Streukapazität 40 nehmen bei Hochleistungsschwingungen der oben angegebenen Art aufgrund des hohen Wertes der Schwingung zusammen mit dem höheren Gehalt an Harmonischen derselben zu, wobei die Größe des Ableitstroms zunommt, wenn der Wert des Ausgangs-

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signals zunimmt. Der Weg, dem dieser Strom folgt, geht über die Streukapazität 40 zur Masse und dann über den Kondensator 46, den Widerstand 44, den Kondensator 38, die Sekundärwicklung 16 und die Primärwicklung 54 zurück zur Streukapazität 40. Der durch die Wicklung 54 fliessende Strom neigt daher dazu, den durch die Wicklung fließenden Strom um eine Größe zu übersteigen, die dem Ableitstrom entspricht. Weiter nimmt, wenn der Wert des Ausgangssignals des Generators 10 zunimmt, die Größe, um die der durch die Wicklung 54 fließende Strom den i^ der Wicklung 58 fließenden übersteigt, zu. Der zusätzliche Stromfluß, der durch den Ableitstrom über die Diodenbrücke 62 hervorgerufen wird, ist so gepolt, daß die Spannung an dem Widerstand 72 zu der Schwellenwert- oder Referenzspannung für den Vergleicher 76 bewegt wird. Es besteht daher die Gefahr, daß wegen des Ableitstroms Fehlauslösungen vorkommen.

Zum Ausgleichen und Kompensieren des Ableitstroms ist die Sekundärwicklung 18 des Transformators 12 vorgesehen, die den Strom mit einer Gleichrichterbrücke 100 über einen einstellbaren Kondensatr 102 koppelt. Die Polung des Stroms über die Brücke 100 ist zu der des Stroms über die Brücke 62 entgegengesetzt und gleicht die Zunahme des Stroms über die Brücke 62 aufgrund des Ableitstroms über die Streukapazität 40 aus. Insbesondere ist die veränderliche Kapazität 102 in einem Bereich verstellbar, der dem Wert der Streukapazität 40 entspricht. Die Streukapazität 40 kann typischerweise etwa 80 pF betragen, während der veränderliche Kondensator 102

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einen Wert von etwa 2,4 bis etwa 24,5 pF haben kann. Der Wert, auf den der veränderliche Kondensator 102 eingestellt wird, entspricht so dem Wert der Streukapazität 40, so daß der Stromfluß über die Diodenbrücke 100 im wesentlichen gleich jeder Zunahme des Stromflusses über die Diodenbrücke 62 aufgrund eines Ableitstroms ist. Es sei angemerkt, daß, wenn der Ausgangswert des Generators 10 geändert wird, sich der Ableitstrom ändert und sich auch der entsprechende Ausgleichsstrom über die Brücke 100 ändert, da die über die Sekundärwicklung gekoppelte Spannung derjenigen Spannung entspricht, die an der aktiven Leitung anliegt und den Ableitstrom erzeugt. Die die Sekundärwicklung 18, den veränderlichen Kondensator 102 und die Brücke 100 enthaltende Schaltung schafft daher einen dynamisch veränderlichen Ausgleich. Zu dem festen Schwellenwert, der durch die Referenzspannung squel Ie 78 geschaffen wird, wird daher der veränderliche Äusgleichswert der Brücke 100 addiert, so daß der Vergleicher 76 erst getriggert wird, wenn die Differenz zwischen dem Strom in der aktiven Leitung und dem Strom in der Patientenleitung einen dynamisch veränderlichen Schwellenwert übersteigt, der den festen Schwellenwert der Quelle 78 plus den veränderlichen Ausgleichswert der Brücke 100 umfaßt. Änderungen in der Einstellung des Ausgangswertes des HF-Generators werden daher in der Sicherheitsschaltung nach der Erfindung kompensiert, wodurch der feste Schwellenwert, der durch die Referenzspannungsquelle 78 geschaffen wird, so niedrig wie möglich eingestellt werden kann, ohne

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daß die Gefahr von Fehlauslösungen besteht. Dadurch, daß der feste Schwellenwert so niedrig wie möglich eingestellt wird, wird die Sicherheit des Patienten verbessert.

Das frequenzerapfindliche Netzwerk 42 dient dem Zweck, einen Weg hoher Impedanz für technische Frequenzen und dgl. von der Patientenleitung zur Masse zu schaffen und gleichzeitig einen Weg niedriger Impedanz für Hochfrequenzen aufrechtzuerhalten. Die Impedanz für technische Frequenzen und dgl. sollte hoch sein, weil die Möglichkeit besteht, daß der Patient durch ein fehlerhaftes Ausrüstungsteil mit einem großen Potential niedriger Frequenz in Berührung kommt. Wenn sich die Patientenleitung 26 in diesem Frequenzbereich auf Massepotential befinden würde, könnte ein extrem gefährlicher Strom durch den Patienten hindurch über die Elektrode 34 und die Leitung 26 zur Masse fließen. Um das zu vermeiden, wird der Wert des Kondensators 46 so gewählt, daß er bei technischen Frequenzen aureichend klein ist, um dadurch den gewünschten Weg mit hoher Impedanz zwischen der Patientenleitung und Masse zu schaffen. Wie im folgenden ausführlicher dargelegt, kann die Sekundärwicklung 22 des Transfomrators 12 benutzt werden, um den Wert des Kondensators 46 zu verkleinern und um dadurch bei technischen Frequenzen eine größere Trennung der Leitung 26 von der Masse zu erzielen.

Der Wert des Kondensators 46 bei Hochfrequenzen ist groß genug, daß eine niedrige Impedanz zwischen der Patienten-

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leitung und Masse gebildet wird, um dadurch den Patienten wirksam auf einem niedrigen Potential zu halten. Bislang werden im Stand der Technik isolierte Ausgangskreise benutzt, wobei die Patientenleitung von der Masse sowohl bei technischen Frequenzen als auch bei Hochfrequenzen getrennt ist. Das Potential des Patienten könnte daher aus verschiedenen Gründen auf unerwünscht hohe Werte ansteigen. Wenn beispielsweise die aktive Elektrode 30 versehentlich mit einem an Masse liegenden Gegenstand in Berührung käme ,würde die volle Ausgangsspannung des Generators an dem Patienten anliegen. Weiter könnten starke Ableitströme über die Streukapazität von der aktiven Leitung, zur Masse und dann zurück über die Kapazität von der Patientenleitung zur Masse das Potential des Patienten auf einen solchen Wert erhöhen, daß eine Person, wie beispielsweise ein Anästhesist, der den Patienten leicht berührt, ein leichtes, beunruhigendes brennendes Gefühl verspüren könnte.

In der Schaltungsanordnung nach der Erfindung werden diese Probleme durch den HF-Weg niedriger Impedanz, der durch das frequenzempfindliche Netzwerk 42 geschaffen wird, minimiert, wobei die Impedanz dieses Weges wesentlich kleiner ist als die der Streukapazität 104 von der Patientenleitung 26 zur Masse.

Ein frequenzempfindliches Netzwerk der vorgenannten Art ist in der älteren Anmeldung bereits vorgeschlagen worden. Gemäß der Erfindung kann die Wirksamkeit desselben durch

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die Verwendung der Sekundärwicklung 22 des Transformators 12 und durch einen Kondensator 106 verbessert werden, mittels welchen Strom über den Kondensator 46 geleitet wird, wobei der letztgenannte Strom nicht mit dem In Phase 1st, der aufgrund des von der aktiven Elektrode kommenden Stromflusses durch diesen Kondensator fließt. Wie oben erwähnt, teilt sich der von der Elektrode 30 kommende Strom normalerweise auf zwei Wege auf, von denen einer das frequenzempfindliche Netzwerk 42 enthält. Die Größe des Stroms, der von der Sekundärwicklung 22 und dem Kondensator 106 geliefert wird, sollte ein Teil der maximalen Größe des Stroms sein, der aufgrund des von der aktiven Elektrode 30 kommenden Stromflusses erwartungsgemäß über den Kondensator 46 fließt, d. h. des Stroms,der fließen würde, wenn der Vergleicher 76 getriggert wird, um einen Alarmzustand anzuzeigen. Typischerweise beträgt der Ausgleichsstrom etwa 1/2 dieses maximalen Stroms und reduziert daher das Potential der Leitung 26 auf einen Wert, der für den Patienten sogar dann zulässig ist, wenn der dem Maximalwert nahekommende Strom fließt. Der Wert des Kondensators 46 beträgt typischerweise 1500 pF. Wenn die die Wicklung 22 und den Kondensator 106 enthaltende Schaltung nicht verwendet würde, müßte jedoch dieser Wert auf etwa 2500 pF erhöht werden, um ein ausreichend niedriges Potential an dem Patienten sicherzustellen, wenn nahezu der Maximalstrom fließt. Typischerweise soll das Potential an dem Patienten 30 V nicht übersteigen. Der Wert des Kondensators 46 kann daher auf einen kleineren Wert

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verringert und dadurch die Trennung des Patienten gegenüber Masse bei technischen Frequenzen verbessert werden, während gleichzeitig das HF-Potential an dem Patienten auf einem Wert von beispielsweise weniger als V gehalten wird.

Zur Veranschaulichung dienende Werte, die für die Bauelemente der in der Figur dargestellten Schaltung benutzt werden können, wobei alle Kapazitätswerte in Mikrofarad und alle Widerstandswerte in Ohm, - 10 %, 1/2 Watt, aufgeführt sind, falls nichts anderes angegeben ist, sind folgende:

Kondensatoren 36 und 38 0,0047, 6kv

Widerstand 44 100, 3W

Kondensator 46 1500 pF, 6kV

Widerstand 72 5,6 K

Kondensator 74 0,33, 50V

Referenzspannungsquelle 78 -5V

Widerstand 80 100 K

Kondensator 82 0,1, 50V

Widerstand 84 120 K

Widerstand 86 10 K

Kondensator 88 0,01, 100V

Thyristor 90 MCR

Widerstand 92 2,2 K

Kondensator 94 0,1, lOOV

Widerstand 96 10 K

Kondensator 102 2,4 - 24,5 pF

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Le

ersetze

Claims

PATENTANSPRÜCHE;

1J) Elektrochirurgischer Generator, gekennzeichnet durch einen HF-Generator, durch ein elektrochirurgisches Instrument mit einer aktiven Elektrode zum Anlegen an einen Patienten, durch eine aktive Leitung zum Zuführen von Strom von dem Generator zu der aktiven Elektrode, durch eine mit dem Patienten verbindbare Patientenelektrode zur Schaffung eines Weges niedriger Impedanz für Strom von der aktiven Elektrode, durch eine Patientenleitung zum Zurückleiten von Strom von der Patientenelektrode zu dem Generator, und durch eine Sicherheitsschaltung, die nur einen Überschuß an Strom in der aktiven Leitung in bezug auf den Strom in der Patientenleitung feststellt, um dadurch eine Diskontinuität in einem Patientenstromkreis anzuzeigen, der die Patientenelektrode und die Patientenleitung enthält.

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2. Elektrochirurgischer Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Ausgangssignals des HF-Generators einstellbar ist und daß die Sicherheitsschaltung einen Überschuß an Strom in der aktiven Leitung in bezug auf den Strom in der Rückleitung feststellt und eine Schwellenwertschaltung enthält, die einen Alarmzustand anzeigt, wenn der Strom in der aktiven Leitung den Patientenleitungsstrom um einen durch die Schwellenwertschaltung gelieferten Schwellenwert übersteigt, wobei die Schwellenwertschaltung eine Kompensationsschaltung zum dynamischen Verändern des Schwellenwertes enthält und wobei die Kompensationsschaltung auf Verstellungen des Ausgangssignalwertes des Generators anspricht und bewirkt, daß die Sicherheitsschaltung auf erwartete Differenzen zwischen den Strömen in der aktiven Leitung und der Patientenleitung unter normalen Bedingungen anspricht, um dadurch sowohl einen Empfindlichkeitsschwellenwert in einer Vielzahl von Zuständen zu liefern als auch die Tendenz der Signalverstellungen, vorzeitig den Alarmzustand zu erzeugen, wenn keine Gefahr für den Patienten besteht, auszugleichen.

3. Elektrochirurgischer Generator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen frequenzempfindlichen Wechselstromrückweg, der zwischen die Patientenleitung und Masse geschaltet ist und dessen Impedanz bei niedrigen Frequenzen hoch und bei den Ausgangsfrequenzen des HF-Generators n'cdrig ,st, wobei der Strom über den letztgenannten Weg eine Funktion der Differenz zwischen dem Strom in der aktiven Leitung und dem Patientenleitungsstrom ist und wobei die Sicherheitsschaltung den Wert des HF-Stroms anzeigt, der über den Wechselstrorarückweg fließt. 809813/0759

4.Elektrochirurgischer Generator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem frequenzempfindlichen Wechselstromrückweg ein Kondensator angeordnet ist und daß der elektrochirurgische Generator eine Spannungssenkung seinrichtung enthält, die die Spannung an dem Kondensator senkt, so daß der Kondensator einen kleinen Kapazitätswert haben kann, wodurch eine größere Niederfrequenzimpedanz zur Masse gebildet wird, während gleichzeitig die Spannung an der Patientenleitung auf einem Wert gehalten wird, der für den Patienten ungefährlich ist.

5. Elektrochirurgischer Generator, gekennzeichnet durch einen HF-Generator, dessen Ausgangssignalwert einstellbar ist, durch ein elektrochirurgisches Instrument mit

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einer aktiven Elektrode zum Anlegen an einen Patienten, durch eine aktive leitung zum Zuführen von Strom von dem Generator zu der aktiven Elektrode, durch eine Patientenelektrode, die mit dem Patienten verbindbar ist, um einen Weg niedriger Impedanz für Strom von der aktiven Elektrode zu schaffen, durch eine Sicherheitsschaltung zum Feststellen eines Überschusses an Strom in der aktiven Leitung in bezug auf den Strom in der Rückleitung, mit einer Schwellenwertschaltung zum Anzeigen eines Alarmzustandes, wenn der Strom in der aktiven Leitung den Patientenleitungsstrom um einen Schwellenwert übersteigt, der durch die Schwellenwertschaltung gebildet wird, wobei die Schwellenwertschaltung eine Kompensationsschaltung zum dynamischen Verändern des Schwellenwertes enthält, die auf Verstellungen des Ausgangssignalwertes des Generators anspricht, um die Tendenz der Signalverstellungen, vorzeitig den Alarmzustand zu erzeugen, wenn keine Gefahr für den Patienten besteht,auszugleichen.

6. Elektrochirurgischer Generator nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsschaltung einen Ausgleichsstrom erzeugt, der eine Funktion des Ableitstroms ist, welcher von der aktiven Leitung über die Streukapazität zur Masse fließt, und daß die Kompensationsschaltung eine Subtrahierschaltung enthält, die den Ausgleichsstrom von der Differenz zwischen dem Strom in der aktiven Leitung und dem Patientenleitungsstrom, die durch die Sicherheitsschaltung festgestellt wird, subtrahiert.

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7. Elektrochirurgischer Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsschaltung enthält:

eine Überwachungsschaltung für die aktive Leitung zum Abfühlen des Stroms in der aktiven Leitung; eine Überwachungsschaltung für die Patientenleitung zum Abfühlen des Stroms in der Patientenleitung; eine Gleichrichterschaltung zum Gleichrichten des durch die Überwachungsschaltung für die aktive Leitung in der aktiven Leitung abgefühlten Stroms; eine Gleichrichterschaltung zum Gleichrichten des durch die überwachungsschaltung für die Patientenleitung abgefühlten Stroms in der Patientenleitung; durch eine Subtrahierschaltung, die die gleichgerichteten Ströme, welche durch die beiden Gleichrichterschaltungen erzeugt worden sind, voneinander subtrahiert; und eine Detektorschaltung, die nur dann eine Anzeige liefert, wenn der gleichgerichtete Strom der aktiven Leitung den gleichgerichteten Strom der Patientenleitung übersteigt.

8. Elektrochirurgischer Generator nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsschaltung eine !Compensations- und Gleichrichteinrichtung sowie eine Koppe!einrichtung zum Koppeln eines Teils des Ausgangsstroms des HF-Generators mit der Kompensations-»und Gleichrichteinrichtung enthält, die darauf anspricht und den Ausgleichsstrom erzeugt, welcher von der Differenz zwischen dem gleichgerichteten Strom der aktiven Leitung und dem gleichgerichteten Patientenleitungsstrom subtrahiert wird, um dadurch die Tendenz der Signalverstellung, vorzeitig den Alarmzustand

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zu erzeugen, auszugleichen.

9· Elektrochirurgischer Generator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppeleinrichtung einen veränderlichen Kondensator enthält, dessen Wert auf einen dem Wert der Streukapazität zwischen der aktiven Leitung und Masse entsprechenden Wert eingestellt werden kann.

¹O- Elektrochirurgischer Generator, gekennzeichnet durch einen elektrischen HF-Generator, durch ein elektrochirurgisches Instrument mit einer aktiven Elektrode zum Anlegen an einen Patienten, durch eine aktive Leitung zum Zuführen von Strom von dem Generator zu der aktiven Elektrode, durch eine Patientenelektrode, die mit dem Patienten verbindbar ist, um einen Weg niedriger Impedanz für Strom von der aktiven Elektrode zu bilden, durch eine Patientenleitung zum Zurückleiten von Strom von der Patientenelektrode zu dem Generator, durch eine Sicherheitsschaltung zum Feststellen eines Überschusses an Strom in der aktiven Leitung in bezug auf den Patientenleitungsstrom, um dadurch eine Diskontinuität in einem Patientenstromkreis anzuzeigen, der die Patientenelektrode und die Patientenleitung enthält, und durch einen frequenzempfindlichen Wechselstromrückweg, der zwischen die Patientenleitung und Masse geschaltet ist und einen Kondensator enthält, wobei die Impedanz des Weges bei niedrigen Frequenzen hoch und bei den Ausgangsfrequenzen des HF-Generators niedrig

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ist und wobei der Strom über den letztgenannten Weg eine Funktion der Differenz zwischen dem Strom in der aktiven Leitung un dem Patientenleitungstrom ist und wobei die Sicherheitsschaltung den Wert des durch den Wechselstrom rückweg fließenden HF-Stroms anzeigt, und durch eine SpannungsSenkungseinrichtung zum Senken der Spannung an dem Kondensator, so daß der Kondensator einen kleinen Kapazitätswert haben kann, um dadurch eine höhere Niederfrequenzimpedanz gegen Masse zu schaffen, während gleichzeitig die Spannung an der Patientenleitung auf einem Wert gehalten wird, der für den Patienten ungefährlich ist.

11. Elektrochlrurgischer Generator nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungssenkungseinrichtung eine Einrichtung zum Koppeln eines Teils des Ausgangsstroms des HF-Generators mit dem Kondensator enthält, wobei der letztgenannte Strom nicht mit dem aufgrund des Stroms in der aktiven Leitung durch den Kondensator fließenden Strom in Phase ist, wodurch die Spannung an dem Kondensator gesenkt wird.

12. Elektrochlrurgischer Generator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der genannt· Teil des Ausgangsstrotns des Generators ein Bruchteil des Maximal Stroms ist, der aufgrund des Stroms der aktiven Leitung durch den Kondensator fließt, wobei der Maximalstrom auftritt, wenn die Diskontinuität durch die Sicherheitsschaltung angezeigt wird.

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13. Elektrochirurgisches Verfahren, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Erzeugen eines HF-Signals,

Anlegen eines elektrochirurgischen Instruments mit einer aktiven Elektrode an einen Patienten, Zuführen von Strom von dem Generator zu der aktiven Elektrode über eine aktive Leitung, Verbinden einer Patientenelektrode mit dem Patienten, um einen Weg niedriger Impedanz für Strom von der aktiven Elektrode zu schaffen,

Zurückleiten von Strom von der Patientenelektrode zu dem Generator über eine Patientenleitung, und Feststellen nur eines Überschusses an Strom in der aktiven Leitung in bezug auf den Patientenleitungsstrom, um dadurch eine Diskontinuität in einem Patientenstromkreis anzuzeigen, der die Patientenelektrode und die Patientenleitung enthält.

14. Elektrochirurgisches Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Ausgangssignals des HF-Generators einstellbar ist und daß in dem Stromüberschußfeststellungsschritt ein Überschuß an Strom in der aktiven Leitung in bezug auf den Strom in der Rückleitung festgestellt und ein Alarmzustand angezeigt wird, wenn der Strom in der aktiven Leitung den Patientenleitungsstrom um einen Schwellenwert, übersteigt, und daß in einem weiteren Schritt der Schwellenwert dynamisch verändert wird, um die Tendenz von Verstellungen des Wertes des erzeugten HF-Signals, unerwünschte Alarmzustände oder Erhöhungen

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des Schwellenwertes zu verursachen, auszugleichen.

15. Elektrochirurgisches Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein frequenzempfindlicher Wechselstromrückweg, der einen Kondensator enthält, zwischen der Patientenleitung und Masse geschaffen wird, wobei die Impedanz des Weges bei niedrigen Frequenzen hoch und bei den Ausgangsfrequenzen des HF-Generators niedrig ist, wobei der Strom über den letztgenannten Weg eine Funktion der Differenz zwischen dem Strom in der aktiven Leitung und dem Patientenleitungsstrom ist und wobei die Sicherheitsschaltung den Wert des über den Wechselstromrückweg fließenden HF-Stroms anzeigt, und daß die Spannung an dem Kondensator gesenkt wird, indem diesem Strom zugeführt wird, der mit dem Strom, welcher aufgrund des Stroms in der aktiven Leitung durch ihn fließt, nicht in Phase ist, so daß der Kondensator einen kleinen Kapazitätswert haben und dadurch eine höhere Niederfrequenzimpedanz gegen Masse geschaffen werden kann, während gleichzeitig die Spannung an der Patientenleitung auf einem Wert gehalten wird, der für den Patienten ungefährlich ist.

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