DE3119735C2 - Method for regulating the output power of a high-frequency surgical generator - Google Patents
Method for regulating the output power of a high-frequency surgical generatorInfo
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Abstract
Bei einem Verfahren und einer Schaltungsanordnung zur Regelung der Ausgangsleistung eines Elektrochirurgie-Hochfrequenz-Generators wird die beim Einsetzen einer Glimmentladung an der Schneidelektrode (12) auftretende Abflachung (11) der Ausgangsstrom-Zeitkurve am Nulldurchgang zur Bildung der Regelspannung verwendet, um die Ausbildung eines Lichtbogens zu vermeiden.In a method and a circuit arrangement for regulating the output power of an electrosurgery high-frequency generator, the flattening (11) of the output current-time curve at the zero crossing that occurs when a glow discharge starts on the cutting electrode (12) is used to generate the control voltage in order to create an arc to avoid.
Description
4545
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Ausgangsleistung eines Hochfrequenz-Chirurgie-Generators nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for regulating the output power of a high-frequency surgical generator according to the preamble of claim 1 and a circuit arrangement for implementation this procedure.
Es ist bereits bekannt (DE-OS 25 04 280), zum Schneiden und/oder Koagulieren menschlichen Gewebes mit Hochfrequenzstrom die Stromstärke des Hochfrequenzstromes durch einen automatischen und hinreichend schnellen Regelvorgang so einzustellen, daß jederzeit diejenige Stromstärke besteht, die einerseits eine für den Schneid- bzw. Koagulationsvorgang geeignete Erwärmung des Gewebes sicherstellt, andererseits aber das Enistehen von Lichtbogen schädlichen Ausma- m> lies verhindert. Hierbei wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß, sobald der Lichtbogen brennt, der Stromverlauf durch das Auftreten von Stromkomponenten verzerrt wird, deren Frequenz ein Vielfaches der Betriebsfrequenz ist und die als höhere Harmonische b5 bezeichnet werden. Da die Verzerrungsvorgänge in der positiven und in der negativen Halbperiode des Stromes etwa gleich sind, treten fast nur ungeradzahlige höhere Harmonische, vorzugsweise solche mit der dreifachen Betriebsfrequenz als Verzerrung auf. Das Ausmaß dieser Verzerrung wächst mit wachsender Stärke des Lichtbogens. Eine Messung der in dem hochfrequenten Wechselstrom enthaltenen harmonischen Verzerrung ergibt daher ein Maß für die Stärke des Lichtbogens.It is already known (DE-OS 25 04 280) to cut and / or coagulate human tissue with High-frequency current the amperage of the high-frequency current through an automatic and sufficient set fast control process so that at any time there is that current strength that on the one hand a ensures appropriate heating of the tissue for the cutting or coagulation process, on the other hand but the occurrence of arcs is harmful to the extent that it is read prevented. Use is made here of the fact made that, as soon as the arc burns, the current flow through the occurrence of current components is distorted, the frequency of which is a multiple of the operating frequency and which is called higher harmonic b5 are designated. Because the distortion processes in the positive and in the negative half cycle of the current are about the same, almost only odd-numbered higher ones occur Harmonics, preferably those with three times the operating frequency, as distortion. The extent of this Distortion increases as the strength of the arc increases. A measurement of the high frequency The harmonic distortion contained in alternating current therefore provides a measure of the strength of the arc.
Abgesehen von dem relativ hohen Aufwand für die Messung der in dem hochfrequenten Wechselstrom enthaltenen harmonischen Verzerrung hat sich bei Her bekannten Hochfrequenz-Schneidvorrichtung der Lichtbogen schon zu stark entwickelt, bevor durch die Messung von höheren Harmonischen eine Gegensteuerung erfolgen kann.Apart from the relatively high cost of measuring the high-frequency alternating current contained Harmonic distortion has become known in her high frequency cutting device of the arc too much developed before countermeasures are taken by measuring higher harmonics can be done.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, mit denen ein sich ausbildender Lichtbogen schon in einem sehr frühen Stadium mit einfachen schaltungstechnischen Mitteln festgestellt und so eine schnelle und wirksame Gegensteucrung herbeigeführt werden kann.The object of the invention is thus to provide a To create a method and a circuit arrangement of the type mentioned, with which a developing Arc detected at a very early stage with simple circuitry and so a quick and effective countermeasure can be brought about.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 vorgesehen. To solve this problem, the features of the characterizing part of claim 1 are provided.
Da die Gümmentladungs-Zeitspanne mit einfachen schaltungstechnischen Mitteln schon bei der Ausbildung eines Lichtbogens im Ansatz sicher und genau gemessen werden kann, kann das die Ausgangsstromstärke begrenzende Steuersignal schon in einem sehr frühen Stadium der Lichtbogenbildung erzeugt und damit eine besonders wirksame Begrenzung der Lichtbogenstärke herbeigeführt werden. Die Feststellung eines in der Entwicklung begriffenen Lichtbogens wird also durch eine Zeitmessung ermöglicht.Since the rubber discharge time span with simple circuitry means already in the training an arc can be measured safely and accurately in the beginning, the output current can limiting control signal generated at a very early stage of the arc formation and thus a particularly effective limitation of the arc strength can be brought about. Finding one in development detected arc is thus made possible by a time measurement.
Eine besonders einfache Schaltungsanordnung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist durch Anspruch 2 gekennzeichnet.A particularly simple circuit arrangement for carrying out the method according to the invention is characterized by claim 2.
Die Impulsbiidungsstufe kann zweckmäßig gemäß Anspruch 3 ausgebildet sein.The pulse generation stage can expediently according to Claim 3 be formed.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigtAn embodiment of the invention is described below described with reference to the drawing; in this shows
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Vorrichtung zur Regelung der Ausgangsleistung eines Elektrochirurgie-Hochfrequenz-Generators in Anwendung bei einem Patienten,1 shows a schematic representation of a conventional device for regulating the output power of an electrosurgery high-frequency generator in use on a patient,
Fig. 2 eine bevorzugte Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung,2 shows a preferred circuit arrangement according to the invention,
Fig.3 ein Impuls-Zeitdiagramm zur Veranschaulichung des AusgangsFignals des Komparators 16 nach F i g. 2,3 shows a pulse-time diagram for illustration of the output signal of the comparator 16 according to FIG. 2,
Fig.3a ein schematisches Diagramm der Änderung der Regelspannung in Abhängigkeit vom Ausgangsstrom, Fig.3a is a schematic diagram of the change the control voltage depending on the output current,
F i g. 4 ein zeitlicher Verlauf des Ausgangsstroms, wie er bei Vorliegen einer Glimmentladung auftritt.F i g. 4 shows the output current as a function of time, such as it occurs in the presence of a glow discharge.
F i g. 5 ein zeitlicher Verlauf des Ausgangsstroms, wie er beim Beginn der Lichtbogenentladung festzustellen ist und dieF i g. 5 shows the output current as a function of time, as determined at the beginning of the arc discharge is and the
Fig. 6, 7 ein weiteres Diagramm und ein detailliertes Schallbild der erfindungsgemäßen Regclelektronik eines Hochfrequenz-Generators.6, 7 a further diagram and a detailed one Sound image of the control electronics according to the invention High frequency generator.
Nach Fig. I wird ein Hochfrequenz-Gencralor 14 über zwei Zuleitungen 20, 21 an eine Schneidelektrode 12 bzw. eine großflächige Neutralelektrodc 22 angelegt. Die Neutralelektrodc 22 wird beispielsweise an den Rücken eines schematisch angedeuteten Patienten 23 angelegt, während von der entgegengesetzten Seite die Schneidelektrode 12 durch das Gewebe des KörpersAccording to FIG. I, a high-frequency gene cralor 14 applied to a cutting electrode 12 or a large-area neutral electrode 22 via two feed lines 20, 21. The neutral electrode 22 is, for example, on the back of a schematically indicated patient 23 while applied from the opposite side the cutting electrode 12 through the tissue of the body
des Patienten 23 hindurchgeführt wird. Der Abstand der gestrichelten Stromlinien deutet die Stromdichte an. welche sich im Bereich der Schneidelektrode 12 auf einen Wert erhöht, der zum Verdampfen von Gewcberiüs-sigkeit führt.of the patient 23 is passed through. The distance of the dashed streamlines indicate the current density. which is located in the area of the cutting electrode 12 on a Increased value for evaporation of debris leads.
Nach F i g. 2 ist an die Ausgangsleitung 20 des Hochfrequenz-Generators 14 ein induktiver Meßfühler 17 angelegt, an dessen Ausgang ein dem Ausgangsstrom des Hochfrequenz-Generators 14 proportionales Ausgangssignal an'.iagL Die induktive Auskopplung erfolgt zweckmäßigerweise am Ausgangstransformator des Hochfrequenz-Generators 14.According to FIG. 2 is to the output line 20 of the high frequency generator 14 an inductive sensor 17 is applied, at the output of which is an output current of the high-frequency generator 14 proportional output signal an'.iagL The inductive decoupling takes place expediently at the output transformer of the high-frequency generator 14.
Das Ausgangssignal des Meßfühlers 17 wird an eine gestrichelt umrandete Regelstufe 13 angelegt, welche einen Gleichrichter 15, daran anschließend einen Kornparalor 16 und schließlich einen Integrator 19 aufweist. Vom Integrator 19 ist eine Rückkopplungsleitung 24 zum Hochfrequenz-Generator 14 zurückgeführt.The output signal of the sensor 17 is applied to a control stage 13 outlined in dashed lines, which a rectifier 15, followed by a Kornparalor 16 and finally an integrator 19. A feedback line 24 is fed back from the integrator 19 to the high-frequency generator 14.
Der zweite Eingang des !Comparators 16 wird durch eine von einer Klemme 25 Ober ein Potentiometer 26 abgeleitete Festspannung beaufschlagt. Überschreitet das vorn Gleichrichter 25 in den ersten Eingang des Komparators 16 eintretende Signal die Fes^pannung, so tritt gemäß Fig.3 ein Impuls 18 aus dem Komparator 16 aus. Unterschreitet das Ausgangssignal des Gleichrichters 15 den Wert der Festspannung am Eingang des Komparators 16. so ist das Ausgangssignal des Komparators gemäß F i g. 3 Null.The second input of the comparator 16 is connected to a terminal 25 via a potentiometer 26 derived fixed voltage applied. If the front rectifier exceeds 25 in the first input of the Comparator 16 entering signal the Fes ^ voltage, then a pulse 18 emerges from the comparator according to FIG 16 off. If the output signal of the rectifier 15 falls below the value of the fixed voltage at the input of the comparator 16. so is the output signal of the comparator according to FIG. 3 zero.
Am Ausgang des über eine Periode integrierenden Integrators 19 entsteht ein Steuersignal, welches dem Flächeninhalt der Impulse 18 nach F i g. 3 proportional ist.At the output of the integrator 19, which integrates over a period, a control signal is produced which corresponds to the Area of the pulses 18 according to FIG. 3 is proportional.
F i g. 4 gibt schema tisch das Ausgangssignal des Meßfühlers 17 in dem Augenblick wieder, wo eine Glimmentladung zwischen der Schneidelektrode und dem umgebenden Gewebe eingesetzt hat. Man erkennt im Bereich des Nüüdurchgangs einen nach einem Knick 27 vorliegenden abgeflachten Teil 11 des zeitlichen Verlaufs des Ausgangsstroms. Dies entspricht einer Verkleinerung des Abstandes T der beiden Knickpunkte 27 einer Halbwelle.F i g. 4 is a schematic diagram of the output signal of the sensor 17 at the moment when a glow discharge has set in between the cutting electrode and the surrounding tissue. In the area of the zero passage, a flattened part 11 of the time profile of the output current, which is present after a kink 27, can be seen. This corresponds to a reduction in the distance T between the two inflection points 27 of a half-wave.
Wird nun die Festspannung am Eingang des Komparators 16 so eingestellt, daß bei einem Strom oberhalb der Knickstelle 27 ein Impuls 18 entsteht, darunter nicht, so werden innerhalb des oberhalb der Knickstellen 27 gelegenen Halbwcllcntcils 28 Impulse 18 vorliegen. Die Impulse 1& sind zwecks Kennzeichnung des zeitlichen Zusammenhanges auch in I·' i g. 4 gestrichelt angedeutet. Durch eine Zweiwcgglcichrichtung im Gleichrichter 15 kann auch die negative Halbwolle des Ausgangssignals des Meßfühlers 17 ausgenutzt werden, was in Fig. 3 dargestellt ist. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 isl eine Einwcggleichrichtung angenommen.If now the fixed voltage at the input of the comparator 16 is set so that with a current above the kink 27 creates a pulse 18, not below it, in this way, pulses 18 will be present within the half-cycle section 28 located above the kinks 27. the Pulses 1 & are for the purpose of identifying the temporal Context also in I · 'i g. 4 indicated by dashed lines. By means of a two-way direction in the rectifier 15 the negative half-wool of the output signal of the sensor 17 can also be used, which is shown in FIG is shown. In the embodiment according to FIG A one-way rectification is assumed.
Je stärker die Glimmentladung wird und je mehr sie sich der Lichtbogenbildung nähert, wird der abgeflachte Teil 11 immer flacher, bis er schließlich auf der Abszisse liegt, wie das in F i g. 5 gezeigt ist. Es liegt jetzt zwischen den Halbwellen eine Stromlücke 29 vor, und es hat sich ein Lichtbogen ausgebildet. Dieser Fall soll durch geeignete Regelung vermieden werden.The stronger the glow discharge becomes and the closer it approaches the arc formation, the flattened one becomes Part 11 flatter and shallower until it finally lies on the abscissa, like that in FIG. 5 is shown. It now lies between a current gap 29 in front of the half-waves, and an arc has formed. This case should be through appropriate Regulation can be avoided.
Dies geschieht dadurch, daß schon beim Erscheinen eines abgeflachten Teils 11, wie er in F i g. 4 angedeutet ist, der Integrator 19 ein ausreichendes Steuersignal zur Leistungsminderung am Hochfrequenz-Generator 14 liefert.This is done by the fact that as soon as a flattened part 11 appears, as shown in FIG. 4 indicated is, the integrator 19 is a sufficient control signal to reduce the power of the high-frequency generator 14 supplies.
Fig. 3a deutet «Jas am Ausgang des Integrators 19 vorliegende Steuersignal an. Der erste horizontale Bereich U» entsDricht dem Ohm'schen Kontakt, bei dem die Basis Tin Fig.4 am größten ist. Im Bereich der Glimmentladung fällt die Kurve dann zur Stromachsc ; stetig ab. bis sie im Bereich der Lichtbogenbildung nahe der /-Achse wieder in einen horizontalen Verlauf stetig umschwenkt. Dieser Bereich der Steuerspannung darf erfindungsgemäß nicht erreicht werden. Die Grenze sollte etwa bei der durch eine gestrichelte Linie angedeuteten Spannung U\ liegen.3a indicates “YES” at the output of the integrator 19 control signal present. The first horizontal area U » corresponds to the ohmic contact, in which the base Tin Fig. 4 is greatest. In the area of the glow discharge, the curve then falls to the current axisc; steadily from. until it swings steadily back into a horizontal course in the area of the arc formation near the / axis. According to the invention, this range of the control voltage must not be reached. The limit should be around the voltage U \ indicated by a dashed line.
Mit anderen Worten wird die Steuerspannung umso geringer, je kleiner die Länge fi der Impulse 18 gemäß F i g. 3 ist. Ein Abfallen der Steuerspannung bewirkt im Generator 14 eine Herabsetzung der Ausgangsleistung. Der Ausgang des Komparators 16 liefert also Rechieckgleichstromimpulse 18, deren Impulsdauer bei einer sinusförmigen Stromkurve genau der Hälfte der Periodendauer dieser Sinuskurve entspricht In diesem Fall ist also das Tastverhältnis 0,5. Beim Auftreten des beschriebenen abgeflachten Teils 11 der Stromkurve wird das Tastverhältnis kleiner als 0,5. Die Unterbrechung des direkten Kontaktes zwischen der Schneidelektrode 12 und dem Gewebe wird dadurch anger :igtIn other words, the smaller the length fi of the pulses 18, the lower the control voltage F i g. 3 is. A drop in the control voltage causes im Generator 14 a reduction in output power. The output of the comparator 16 thus supplies square-wave direct current pulses 18, the pulse duration of which is exactly half the period duration in the case of a sinusoidal current curve corresponds to this sinusoid. In this case, the duty cycle is 0.5. When the described flattened part 11 of the current curve, the duty cycle is less than 0.5. The interruption of the Direct contact between the cutting electrode 12 and the tissue is thereby stimulated
Der !ntegrator IS bildet eine dem'! sstvcrhältnis proportionale Steuerspannung, die den Hochfrequenz-Generator 14 so steuert, daß der Schnitt entweder bei direktem Ohm'schen Kontakt der Schneidelektrode 12 mit deir Gewebe oder bei Unterbrechung dieses Kontaktes bei Stromübergang durch eine für das Gewebe günstige anormale Glimmentladung, nicht jedoch durch Lichtbogenbildung erfolgt. Die Stcuergleichspannung regelt den Hochfrequenz-Generator ?4 so, daß das Tastverhältnis jeweils nur knapp unter dem Wert 0,5 bleibt und die Zündung eines Lichtbogens an der Schneidelektrode 12 sicher verhindert wird.The! Ntegrator IS forms one of the '! sst ratio proportional Control voltage that controls the high-frequency generator 14 so that the cut either with direct Ohmic contact of the cutting electrode 12 with the tissue or when this contact is interrupted when the current passes through an abnormal glow discharge that is favorable for the tissue, but not through Arcing occurs. The control DC voltage regulates the high-frequency generator? 4 so that the Duty cycle in each case remains just below the value 0.5 and the ignition of an arc at the Cutting electrode 12 is reliably prevented.
Die Eingangsspannung, die dem Ausgangsstrom der Endstufe entspricht, hat etwa die Form gemäß F i g. 6. Aus dieser Spannungsform wird in der Regelelektronik zur Leistungsregelung des Hochfrequenzgenerators nach F i g. 7 bis zum Kollektor TP1 des letzten Transistors 5FV90 ein Rechteckimpuls gebildet. Der Ausgang des bei 5 in F i g. 7 gezeigten Tiefpasses liefert somit eine Gleichspannung, die dem Tastverhältnis entspricht.The input voltage, which corresponds to the output current of the output stage, has approximately the form shown in FIG. 6. This voltage form is used in the control electronics for power control of the high-frequency generator according to FIG. 7 a square pulse is formed up to the collector TP 1 of the last transistor 5FV90. The output of the at 5 in F i g. 7 thus provides a DC voltage that corresponds to the duty cycle.
/ -in Punkt 6 der Schaltung nach F i g. 7 wird eine Spannung abgegriffen, die proportional der Eingangsspannung ist. Die Spannung an der Stelle TP2 kann von 0 bis 5 V betragen. An der Stelle TP3 liegen wegen des Verhältnisses der Widerstände 4,7 k/2.2 k immer ca. 5 V./ -in point 6 of the circuit according to FIG. 7 a voltage is tapped which is proportional to the input voltage. The voltage at point TP2 can be from 0 to 5 V. At point TP3 there is always approx. 5 V due to the ratio of the resistances 4.7 k / 2.2 k.
Der erste Operationsverstärker bildet wegen des Verhältnisses 82 k/22 k U., (5 V- bei 0 bis 5 V). Bei negativer Ausgangsspannung sperrt die Diode. An der Stelle TP4 liegen wegen des Widerstandsvcrhallnis 3,3 k/2,5 k auch etwa 5 V.The first operational amplifier forms because of the ratio 82 k / 22 k U., (5 V- at 0 to 5 V). If the output voltage is negative, the diode blocks. At the point TP4 there is also about 5 V because of the resistance ratio 3.3 k / 2.5 k.
Wenn U1- kleiner wird, steigt die Spannung an der Stelle TP4. Die Diode leitet. Der letzte Operationsverstärker bildet eine Spannung Ua, welche sich auf folgenden Wert beläuft:When U 1 - becomes smaller, the voltage at point TP4 increases. The diode conducts. The last operational amplifier forms a voltage Ua, which amounts to the following value:
UA = UTP5 = 47 k/10 k (U5- UTp*). U A = U T P5 = 47 k / 10 k (U 5 - U T p *).
Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings
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