DE60023985T2

DE60023985T2 - Überwachungsvorrichtung für elektrochirurgische Neutralelektrode

Info

Publication number: DE60023985T2
Application number: DE60023985T
Authority: DE
Inventors: Jeffrey L. Eggleston
Original assignee: Sherwood Service AG
Current assignee: Covidien AG
Priority date: 1999-05-11
Filing date: 2000-05-11
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2020-05-12
Also published as: EP1051949A1; DE60023985D1; US6258085B1; EP1051949B1; AU770784B2; US20010031962A1; AU4087400A; US6565559B2; ES2247975T3

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Patient während einer elektrochirurgischen Operation eine Verbrennung erleidet, insbesondere zum Bestimmen einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Patient an einer Umkehrelektrode in einem monopolaren elektrochirurgischen System eine Verbrennung erleidet.
Stand der Technik
In elektrochirurgischen Verfahren liefert eine Quellelektrode oder aktive Elektrode Energie, beispielsweise Radiofrequenzenergie, an den Patienten, und eine Umkehrelektrode führt den Strom zurück zu dem elektrochirurgischen Generator. In monopolaren elektrochirurgischen Systemen ist die Quellelektrode häufig in einem handgeführten Instrument angeordnet, das vom Chirurgen am Operationsort platziert wird, so dass der an dieser Elektrode vorhandene starke Strom mit hoher Stromdichte den gewünschten chirurgischen Effekt des Schneidens oder der Koagluation des Gewebes erzeugt. Die Patienten-Umkehrelektrode ist an einem von der Quellelektrode entfernten Ort angeordnet und ist häufig als Matte ausgebildet, die auf den Patienten aufgeklebt ist.
Die Umkehrelektrode hat eine große Patienten-Kontaktfläche um eine Erwärmung an dieser Stelle zu minimieren, da eine kleinere Kontaktfläche eine höhere Stromdichte und damit eine stärkere Wärmeentwicklung bedingt. Die Kontaktfläche, mit der die Umkehrelektrode am Patienten anhaftet, ist daher besonders wichtig, weil die Stromdichte des elektrischen Signals das Gewebe erhitzt. Die Größe von Umkehrelektroden ist üblicherweise nach Schätzungen des maximalen, während einer Operation auftretenden Stroms und nach dem Einsatzzyklus (d.h. des prozentualen Zeitanteils, in dem der Generator in Betrieb ist) bemessen. Die frühesten Typen von Umkehrelektroden waren als große Metallplatten ausgestaltet, die mit einem leitenden Gel bedeckt waren. Später wurden klebende Elektroden entwickelt, die eine einzige Folie umfassten, die mit elektrisch leitendem Gel oder Klebstoff bedeckt war. Als problematisch hat sich bei solchen Klebeelektroden erwiesen, dass die Kontaktfläche zwischen der Elektrode und dem Patienten abnahm, wenn ein Teil der Klebeelektrode sich vom Patienten gelöst hatte. Dadurch stiegen die Stromdichte im noch klebenden Teil der Elektrode und damit auch die im Gewebe erzeugte Wärmemenge an. Infolgedessen bestand das Risiko einer Verbrennung des Patienten unter dem klebenden Teil der Umkehrelektrode, wenn das Gewebe über einen Punkt hinaus erhitzt wurde, bis zu dem ein Blutkreislauf des Patienten die Haut kühlen konnte.
Um dieses Problem zu beheben wurden geteilte Elektroden und Hardware-Schaltungen entwickelt, die als Umkehrelektroden-Kontaktqualitäts-Monitore (RECQM – Return Electrode Contact Quality Monitor) bezeichnet werden. Die geteilten Elektroden bestehen aus zwei getrennten leitenden Folien. Die Hardware-Schaltung verwendet ein Wechselstromsignal zwischen den beiden Elektrodenhälften um die zwischen den Elektrodenhälften vorhandene Impedanz zu messen. Diese Impedanzmessung zeigt an, wie gut die Umkehrelektrode am Patienten verklebt ist, da die Impedanz zwischen den Elektrodenhälften in direktem Zusammenhang mit der Patienten-Kontaktfläche steht. Wenn die Elektrode beginnt, sich vom Patienten zu lösen, nimmt die Impedanz zu, da die Kontaktfläche der Elektrode abnimmt. Gängige RECQMs sind derart ausgelegt, dass sie diese Veränderung in der Impedanz erfassen, so dass der elektrochirurgische Generator ausgeschaltet wird um ein Risiko einer Verbrennung des Patienten zu verhindern, wenn ein prozentualer Anstieg der Impedanz einen Schwellenwert übertrifft.
Obwohl solche Schutzschaltungen effektiv sind, berücksichtigen sie nicht die Dauer der Übertragung des Stroms. Es werden weiterhin neuere chirurgische Verfahren entwickelt, die stärkere Ströme und höhere Einsaztzzyklen verwenden und die daher das Gewebe stärker erwärmen. Es wäre daher vorteilhaft, eine Schutzschaltung zu entwickeln, die eine Dauer der Einwirkung des Stroms bei der Bestimmung der Wahrscheinlichkeit, dass ein Patient Verbrennungen erleidet, berücksichtigt. Ausgehend von einer derartigen Bestimmung der Wahrscheinlichkeit könnte entweder ein Alarmsignal erzeugt werden oder die Stromversorgung des Generators könnte unterbrochen werden.
Das Dokument US 4,657,015 offenbart eine Kontrollvorrichtung zum Unterbrechen eines Hochfrequenzstroms während eines elektrochirurgischen Verfahrens Der Hochfrequenzstrom wird unterbrochen, wenn ein Wärmestau in Körpergewebe einen vorgegebenen Wert übertrifft. Nach der US 4,657,015 ist eine Kontrollelektrode entfernt von der aktiven Elektrode und getrennt von der neutralen Umkehrelektrode am Körper befestigt. Die Kontrollelektrode ist dazu vorgesehen, eine Spannung am Körper abzugreifen. Das Spannungssignal wird quadriert, über die Zeit integriert und mit einer Referenzspannung verglichen. Der Hochfrequenzgenerator wird ausgeschaltet, wenn der Wert der Spannung die Referenzspannung übertrifft. Nach der US 4,657,015 wird die Wärme unter der Umkehrelektrode nicht gemessen, da die Messwerte ausgehend von der separaten Kontrollelektrode berechnet werden. Die US 4,657,015 lehrt sogar, dass die effektive Kontaktfläche unter der neutralen Umkehrelektrode keinen Faktor in den Wärmeberechnungen darstellt. Ferner nutzt die Kontrollvorrichtung nach der US 4,657,015 eine Spannungsmessung zum Bestimmen einer Überhitzung des Gewebes. Die Erfinder glauben jedoch, dass eine Strommessung einen aussagekräftigeren Parameter liefert als eine Spannungsmessung, da die Spannung die Fähigkeit des Gewebes beschreibt, Energie zu übertragen, während durch Stromwerte unmittelbar die Erwärmung des Gewebes beschrieben wird.
Die US 4,741,334 offenbart eine Kontrollschaltung zum Vermeiden einer Verbrennung von Gewebe. Wie in der US 4,657,015 ist eine separate Kontrollelektrode vorgesehen um eine Spannung im Körper zu bestimmen. Die Kontrollelektrode ist von der neutralen Elektrode beabstandet und ist dazu ausgelegt, eine hochfrequente Oberflächenspannung des Körpers zu bestimmen. Die Oberflächenspannung des Körpers wird von einem Umrichter in Gleichstrom-Spannung umgewandelt und wird zum Vergleich mit einer Referenzspannung in einen Komparator eingespeist. Der Generator wird ausgeschaltet, wenn die Körperspannung die Referenzspannung übertrifft. Die US 4,741,334 offenbart ferner eine Schutzschaltung die dazu ausgelegt ist, zu testen, ob die neutrale Elektrode in gutem Kontakt mit der Oberfläche des Körpers des Patienten steht. Ein Komparator vergleicht die von der Kontrollelektrode erfasste Oberflächenspannung des Körpers mit einer von einer Betriebsspannung der elektrochirurgischen Vorrichtung abgeleiteten Referenzspannung. Ein hörbares Warnsignal wird erzeugt, wenn diese Spannungswerte ein vorgegebenes Verhältnis erreichen. Wie in der US 4,657,015 erfordert auch die in der US 4,741,334 offenbarte Vorrichtung eine zusätzliche Elektrode, misst eine Spannung anstatt eines Stroms um ein Überhitzen zu erkennen und berücksichtigt nicht die Dauer, über welche die hochfrequente Energie angewandt wird.
Die DE 197 17 411 offenbart ein Verfahren zum Kontrollieren einer thermischen Belastung des Gewebes des Patienten im Bereich einer neutralen Elektrode in einem System zur Hochfrequenzbehandlung. Die thermische Belastung wird ausgehend von dem Quadrat eines Ausgabestroms berechnet und der berechnete Wert wird mit einem festen Abschlag pro Zeiteinheit korrigiert, der einem natürlichen Abkühlen des Gewebes Rechnung trägt.
Wie bereits oben bemerkt, wäre es vorteilhaft, eine Schutzschaltung bereitzustellen, welche die Wahrscheinlichkeit eines Überhitzens von Gewebe, insbesondere die Wahrscheinlichkeit, dass ein Patient eine Verbrennung erleidet, in einer effektiven Weise bestimmt. Zum Bestimmen sollte ein Strom gemessen werden und es sollte eine Dauer des Energieeintrags berücksichtigt werden.
Darstellung der Erfindung
Die Erfindung ist in den unabhängigen Patentansprüchen 1, 10 und 14 definiert.
Die nachfolgende Beschreibung soll dem besseren Verständnis der Erfindung dienen und betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Wahrscheinlichkeit, mit der ein Patient in einem monopolaren elektrochirurgischen System unter einer Umkehrelektrode Verbrennungen erleidet. In dem Verfahren wird unter Ausnutzung eines ersten Algorithmus ein Erwärmungsfaktor im Bereich der Umkehrelektrode berechnet, unter Ausnutzung eines zweiten Algorithmus ein Kühlungsfaktor im Bereich der Umkehrelektrode berechnet und der berechnete Kühlungsfaktor wird von dem berechneten Erwärmungsfaktor subtrahiert um einen Differenzwert zu erhalten. Der Differenzwert wird mit einem Schwellenwert verglichen und die Leistung wird abhängig von der Beziehung des Differenzwerts und des Schwellenwerts angepasst.
Beim Berechnen des Kühlungsfaktors wird vorzugsweise in einem Schritt eine Ausschaltzeit eines Ausgabestroms berechnet um einen Auszeitwert der Ausschaltzeit zu erhalten, der Auszeitwert der Ausschaltzeit wird mit einem Wert multipliziert, der eine Kenngröße Fähigkeit des Körpers zum Abtransport von Wärme ist. Beim Berechnen des Erwärmungsfaktors wird vorzugsweise in einem Schritt das Quadrat des Ausgabestroms mit einer zweiten Konstanten multipliziert, die indikativ für eine gemessene Impedanz an der Umkehrelektrode ist, wobei die zweite Konstante eine Kenngröße für ein einen Grad des Anhaftens der Umkehrelektrode am Patienten bildet. In einem weiteren Schritt wird das so erhaltene Produkt mit einer Einschaltzeit des Ausgabestroms multipliziert.
Das Verfahren beinhaltet vorzugsweise einen Schritt, in dem ein Alarm bzw. ein Warnsignal erzeugt wird, wenn der Differenzwert den Schwellenwert übertrifft. Der Schritt der Anpassung der Leistung umfasst einen Schritt, in dem die Leistung abgeschaltet wird, wenn der Differenzwert einen zweiten, vorgegebenen Schwellenwert überschreitet und einen Schritt, in dem die Leistung reduziert wird, wenn der Differenzwert unterhalb des zweiten Schwellenwerts liegt.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Bestimmen einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Patient in einem monopolaren elektrochirurgischen System eine Verbrennung erleidet, wobei das Verfahren das Berechnen eines Erwärmungsfaktors im Bereich der Umkehrelektrode mittels eines ersten Algorithmus, das Berechnen eines Kühlungsfaktors im Bereich der Umkehrelektrode mittels eines zweiten Algorithmus, die Subtraktion des berechneten Kühlungsfaktors von dem berechneten Erwärmungsfaktor zum Erhalten eines Differenzwerts, den Vergleich des Differenzwerts mit einem Schwellenwert und das Erzeugen eines Warnsignals unter der Bedingung, dass der Differenzwert den vorbestimmten Schwellenwert übertrifft, umfasst.
Der erste Algorithmus umfasst die Multiplikation eines Stromwerts, der durch das Quadrieren des gemessenen Ausgabestroms erhalten wird, mit einer Konstanten, die indikativ für eine gemessene Impedanz an der Umkehrelektrode ist, und mit einem Wert einer Einschaltzeit des Ausgabestroms. Der zweite Algorithmus umfasst die Multiplikation einer Ausschaltzeit des Ausgabestroms mit einer Konstante, die eine Kenngröße für eine Fähigkeit des Körpers ist, Wärme abzutransportieren.
Die Erfindung betrifft ferner einen elektrochirurgischen Generator zur Benutzung in einem monopolaren elektrochirurgischen System, das ein elektrochirurgisches Werkzeug zum Behandeln von Gewebe, eine Umkehrelektrode und ein Mittel zum Messen der Impedanz besitzt, welches in elektrischer Verbindung mit der Umkehrelektrode steht, um die Impedanz der Umkehrelektrode zu messen. Der elektrochirurgische Generator umfasst ferner einen Stromsensor zum Messen des von dem Generator gelieferten Ausgabestroms und einen Mikroprozessor, der elektrisch mit dem Stromsensor und dem Mittel zum Messen der Impedanz verbunden ist um den Erwärmungsfaktor und den Kühlungsfaktor unterhalb der Umkehrelektrode zu berechnen, wobei die Berechnung des Erwärmungsfaktors zumindest teilweise auf dem gemessenen Ausgabestrom basiert. Der Generator umfasst ferner einen Controller, der zum Einstellen einer Stromversorgung des Generators abhängig von der Beziehung des Erwärmungsfaktors und des Kühlungsfaktors elektrisch mit dem Mikroprozessor verbunden ist. Der Mikroprozessor ist mit einem ersten Algorithmus zum Berechnen des Erwärmungsfaktors und mit einem zweiten Algorithmus zum Berechnen des Kühlungsfaktors ausgestattet. Der erste Algorithmus ist bestimmt durch: KkI2ton wobei K_k die mit der Impedanz der Umkehrelektrode in Ohm zusammenhängende Konstante, I² der quadrierte Ausgabestrom in Milliampère und t_on die Einschaltzeit, während derer der Ausgabestrom fließt, in Millisekunden ist.
Der zweite Algorithmus ist bestimmt durch: Khtoff wobei K_h die Konstante in Grad pro Minute ist, welche die Zeit repräsentiert, die der Körper zum Abkühlen benötigt, und t_off die Ausschaltzeit, während derer der Ausgabestrom nicht fließt, in Sekunden ist.
Der Mikroprozessor ist ferner mit einem Algorithmus ausgestattet, der zum Berechnen eines Differenzwerts den Kühlungsfaktor von dem Erwärmungsfaktor subtrahiert. Der Generator umfasst ferner einen Komparator, der elektrisch mit dem Mikroprozessor verbunden ist und dazu dient, den Differenzwert mit einem Schwellenwert zu vergleichen. Der Komparator ist elektrisch mit einem Controller zum Erzeugen eines ersten Signals verbunden, welches indikativ für eine Beziehung des Differenzwerts zu dem Schwellenwert ist. Ein Mittel zum Erzeugen eines Alarms ist elektrisch mit dem Komparator verbunden und dient zum Erzeugen eines Warnsignals wenn der Differenzwert den Schwellenwert um einen vorgegebenen Wert übertrifft. Der Controller erzeugt ein Ausschaltsignal zum Unterbrechen einer Stromversorgung wenn der Differenzwert einen vorgegebenen Wert (den zweiten Schwellenwert) überschreitet, wobei der vorgegebene Wert größer als der Schwellenwert ist. Der Controller erzeugt ein zweites Signal zum Reduzieren einer Leistung wenn der Differenzwert den Schwellenwert übertrifft, aber kleiner als der vorgegebene Wert ist.
Figurenbeschreibung
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben:
1 zeigt eine schematische Darstellung eines monopolaren elektrochirurgischen Systems;
2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm des elektrochirurgischen Systems zum Bestimmen einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Patient Verbrennungen erleidet; und
3 zeigt ein Flussdiagramm, das die Schritte zeigt, die zum Berechnen der Wahrscheinlichkeit, dass ein Patient Verbrennungen erleidet, durchgeführt werden.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
1 zeigt eine schematische Darstellung eines monopolaren elektrochirurgischen Systems. Das chirurgische Werkzeug zum Behandeln von Gewebe am Ort der Operation ist mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet. Das Werkzeug 11 wird durch einen Generator 10 über ein Kabel 18 mit Elektrochirurgischer Energie versorgt, um Gewebe zu schneiden, zu koagluieren etc.. Eine Umkehrelektrode, die mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet ist, ist unter einem Patienten angeordnet dargestellt und führt die Energie vom Rücken des Patienten durch das Kabel 12 zum Patienten zurück. Die Umkehrelektrode ist vorzugsweise als geteilte Matte ausgebildet, die haftend an der Haut des Patienten befestigt ist.
Die Kontaktfläche der Umkehrelektrode, die am Patienten haftet, ist wichtig, da sie die Stromdichte des Signals beeinflusst, die das Gewebe erhitzt. Je kleiner die Kontaktfläche der Umkehrelektrode mit dem Gewebe des Patienten ist, desto größer ist die Stromdichte und desto stärker und konzentrierter ist die Erwärmung des Gewebes. Umgekehrt ist die Stromdichte kleiner und die Erwärmung des Gewebes geringer, je größer die Kontaktfläche der Umkehrelektrode ist.
2 zeigt eine konventionelle Umkehrelektrode, die geteilt ist, um eine Impedanzmessung zwischen den beiden Hälften zu erlauben. Die Impedanzmessung indiziert, wie gut die Umkehrelektrode am Patienten haftet, weil eine direkte Beziehung zwischen der Impedanz und der Patienten- Kontaktfläche besteht. Wenn die Elektrode teilweise vom Patienten gelöst ist, wächst die Impedanz. Dies ist darin begründet, dass jeder Bereich bzw. jeder Quadratzentimeter der Elektrodenmatte, der den Patienten berührt, seinen eigenen Widerstand hat. Alle diese Widerstände sind parallel geschaltet und der resultierende äquivalente Widerstand ist kleiner als der Widerstand jedes einzelnen Elements. Wenn einer dieser parallel geschalteten Widerstände durch das Ablösen der Elektrodenmatte entfernt wird, steigt der Widerstand leicht an. Umkehrelektroden-Kontaktqualitäts-Monitore (RECQM) verwenden ein Wechselstromsignal zwischen den beiden Elektrodenhälften um eine dazwischen liegende Impedanz zu messen. Das Diagramm aus 2 zeigt schematisch die Funktion eines RECQM.
Wenn der gesamte, durch die Umkehrelektrode geleitete Strom ansteigt oder wenn der Einsatzzyklus ansteigt, der durch den prozentualen Anteil der Zeit bestimmt ist, in der der Generator eingeschaltet ist und in der ein Strom fließt, wächst auch die Erwärmung unter der Umkehrelektrode.
Der Erwärmungsfaktor des Gewebes ist ein Maß für die in das Gewebe eingetragene Wärmemenge. Die folgende Gleichung ergibt den Erwärmungsfaktor: Erwärmungsfaktor = I2ton wobei I² der quadrierte Ausgabestrom in Milliampère ist und t_on die Einschaltzeit, in welcher der Radiofrequenzgenerator eingeschaltet ist, in Sekunden.
Demnach kann der Erwärmungsfaktor als das Quadrat eines gegebenen, durch die Umkehrelektrode fließenden Stroms multipliziert mit der Zeit, in welcher der Strom fließt, definiert werden. Wie aus der Gleichung ersichtlich ist, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass ein Patient eine Verbrennung erleidet, wenn entweder der Ausgabestrom erhöht wird oder wenn die Einschaltzeit erhöht wird.
Die vorstehende Gleichung für den Erwärmungsfaktor setzt voraus, dass die Kontaktfläche der Umkehrelektrode mit dem Patienten konstant ist. In der Realität kann die Kontaktfläche sich jedoch ändern, wenn ein Teil der Umkehrelektrode sich vom Patienten ablöst. Um einer geänderten Fläche der Kontaktfläche Rechnung zu tragen, wird in die Gleichung eine Konstante K_h eingeführt, wobei K_h >= 1. Dies kann durch folgende Gleichung dargestellt werden: Erwärmungsfaktor = KhI2ton wobei K_h = 1 wenn die Umkehrelektrode vollständig anhaftet und K_h > 1 wenn die Umkehrelektrode nicht vollständig anhaftet.
Daher wächst der Erwärmungsfaktor, wenn die Kontaktfläche der Umkehrelektrode kleiner wird, weil K_h dann größer als 1 wird. Wenn die Kontaktfläche kleiner wird, steigt die Stromdichte, und die Stärke der Erwärmung bei vorgegebenem Ausgabestrom steigt ebenfalls an.
Ein weiterer, den Wärmeeintrag in das Gewebe beeinflussender Faktor ist die Dauer der Zeit, über die die Radiofrequenzenergie angewandt wird. Der Körper des Patienten hat die Fähigkeit, durch den Fluss von Blut in Kapillargefäßen, kleinen Arterien und kleinen Venen Wärme aus einem Bereich unterhalb der Umkehrelektrode abzuführen. Je mehr Zeit zwischen den Anwendungen der Radiofrequenzenergie liegt, desto größer ist der Abtransport der Wärme, da der Körper mehr Zeit hat, die Wärme auf natürliche Weise abzuführen. Diese Fähigkeit zum Abführen von Wärme über eine gewisse Dauer kann durch die folgende Gleichung modelliert werden: Kühlungsfaktor = Kctoff
Wobei K_c eine vom Patienten abhängige Kühlungskonstante und t_off die Zeit in Sekunden ist, in der die Radiofrequenzenergie ausgeschaltet ist.
Während des elektrochirurgischen Verfahrens wird der Radiofrequenzgenerator viele Male ein- und ausgeschaltet. Der konventionelle Umkehrelektroden-Kontaktqualitäts-Monitor (RECQM) stellt durch die Messung der Impedanz fest, ob die Umkehrelektrode am Patienten befestigt ist. Wenn jedoch ein starker Strom oder ein hoher Einsatzzyklus angewendet wird, können dennoch Verbrennungen auftreten weil der Körper unter Umständen nicht in der Lage ist, die Wärme schnell genug abzutransportieren.
In der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, nicht nur den gelieferten Strom und die Dauer, über die der Strom geliefert wird, zu erfassen, sondern zusätzlich den Erwärmungsfaktor und den Kühlungsfaktor zu berechnen und zu vergleichen, um die Wahrscheinlichkeit, dass der Patient eine Verbrennung erleidet, zu messen.
Insbesondere, Bezug nehmend auf 2, umfasst der elektrochirurgische Generator einen Mikroprozessor 26, eine einstellbare Stromversorgungseinheit 22, beispielsweise eine Hochspannungs-Stromversorgungseinheit, zum Erzeugen von Radiofrequenzströmen und eine Radiofrequenz-Ausgangsstufe 24, die elektrisch mit der Stromversorgungseinheit 22 verbunden ist, um zur Übertragung auf das Werkzeug 11 eine Ausgangsspannung und einen Ausgabestrom zu erzeugen. Die Stromversorgungseinheit wird von einem Controller 25 abhängig von der weiter unten beschriebenen, berechneten Wahrscheinlichkeit, dass ein Patient Verbrennungen erleidet, eingestellt.
Der Mikroprozessor 26 hat eine Vielzahl von Eingangsschnittstellen. Eine Eingangsschnittstelle steht in elektrischer Verbindung mit einem Sensor 28 zum Erfassen des Ausgabestroms, der den Ausgabestrom der Radiofrequenz-Ausgangsstufe 24 misst, der auf den Patienten übertragen wird. Die zweite Eingangsschnittstelle ist elektrisch mit einem Mittel 30 zum Berechnen der Einschaltzeit des Ausgabestroms verbunden. Während des operativen Verfahrens wird der Generator in vorgegebenen oder variablen Intervallen mit dazwischen liegenden Ausschalt-Intervallen aktiviert, um dem Gewebe Gelegenheit zu geben, sich durch den Wärmeabtransport durch den Fluss des Bluts des Patienten von selbst abzukühlen. Das Mittel 30 bestimmt die Dauer der Zeit, über die der Strom bereitgestellt wurden und überträgt ein Signal, das eine Kenngröße für diese Dauer bildet, zum Mikroprozessor 26. Eine Mittel 32 zum Berechnen einer Ausschaltzeit des Stroms überträgt über eine der Eingangsschnittstellen ein Signal an den Mikroprozessor 26, das eine Kenngröße für die Dauer der Ausschaltzeit ist, über welche der Generator ausgeschaltet war.
Ein Algorithmus des Mikroprozessors 26, der weiter unten detaillierter beschrieben werden soll, verarbeitet die Signale des Stromsensors 28 und der Mittel 30, 32 bei der Berechnung der Wahrscheinlichkeit, dass ein Patient Verbrennungen erleidet. Die Ausgangsschnittstelle des Mikroprozessors 26 steht in elektrischer Verbindung mit einem Komparator 34. Das Ergebnis der Berechnung des Mikroprozessors wird mit Schwellenwerten verglichen, die in dem Komparator vorgegeben sind oder die in den Komparator eingespeist werden. Wenn die Schwellenwerte überschritten werden, wird zur Warnung eines Bedieners ein Alarmsignal zum Generieren eines Warnsignals erzeugt. Wenn die Schwellenwerte überschritten werden, sendet der Komparator 34 zudem ein Signal zum Anpassen der Leistung an den Controller 25, welcher der Stromversorgungseinheit 22 abhängig von dem Grad, um welches der Schwellenwert überschritten ist, signalisiert, dass die Leistung, beispielsweise der Radiofrequenz-Ausgabestrom, entweder angepasst werden muss oder dass die Stromversorgungseinheit 22 ausgeschaltet werden muss um die Stromversorgung zu unterbrechen.
Ein Mittel 40 zum Messen der Impedanz ist Teil eines Stromkreises der Umkehrelektrode. Das Mittel 40 zum Messen der Impedanz misst die Impedanz zwischen geteilten Mattenteilen 41, 42 der Matte 44 Umkehrelektrode um ein Maß für einen Grad des Anhaftens der Matte 44 zu bestimmen. Die Impedanz steigt an, wenn ein Teil der Matte 44 der Umkehrelektrode sich vom Patienten löst. Das Mittel 40 zum Messen der Impedanz überträgt ein Signal zu einer Eingangsschnittstelle des Mikroprozessors 26, das indikativ für die gemessene Impedanz ist. Der Algorithmus des Mikroprozessors 26 berücksichtigt die gemessene Impedanz in der im Folgenden beschriebenen Weise.
In 3 sind der Algorithmus zur Berechnung einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Patient Verbrennungen erleidet und das System zum Anpassen des Radiofrequenz-Ausgabestroms in der Form eines Flussdiagramms dargestellt. Wie dargestellt wird der ausgehende Radiofrequenzstrom gemessen und quadriert, dargestellt als I² in Milliampère. Die Dauer der Zeit, über die der Radiofrequenzstrom fließt (t_on), in Einheiten von Sekunden, wird mit dem quadrierten Strom nach der Formel I²t_on multipliziert um einen ersten Wert zu erhalten.
Wie bereits oben dargestellt, misst das Mittel 40 zum Messen der Impedanz die Impedanz der Umkehrelektrode, die eine Kenngröße für einen Grad des Anhaften der Umkehrelektrode am Patienten bildet und eine Anhaftungskonstante K_h ergibt. Diese Anhaftungskonstante wird mit I²t_on multipliziert um den Erwärmungsfaktor zu berechnen. Demnach wird der Erwärmungsfaktor nach dem Algorithmus K_hI²t_on berechnet, wobei die Anhaftungskonstante K_h = 1 wenn die Umkehrelektrode vollständig am Patienten haftet und K_h > 1 wenn die Umkehrelektrode nicht vollständig am Patienten haftet.
Der Kühlungsfaktor wird mit Hilfe der gemessenen Ausschaltzeit, in welcher der Strom nicht geflossen ist, berechnet. Genauer gesagt wird die Ausschaltzeit des Ausgabestroms (t_off) in Sekunden berechnet und mit der Kühlkonstante K_c multipliziert um den Kühlungsfaktor als K_ct_off zu berechnen. Die Kühlkonstante K_c trägt der Tatsache Rechnung, dass der Blutfluss in Kapillargefäßen, kleinen Arterien und Venen des Patienten das Gewebe im Lauf der Zeit abkühlt. Beispielsweise kann, ausgehend von der Annahme, dass normales Gewebe um 1 Grad pro Minute abkühlt, die Kühlkonstante in einer konservativen Wahl zu ½ Grad pro Minute bestimmt werden, um allfällige Variationen zu berücksichtigen. Abhängig von der Abkühlzeit des Gewebes könnten auch andere Werte der Kühlkonstanten gewählt werden.
Weiterhin Bezug nehmend auf das Flussdiagramm aus 3 wird der Kühlungsfaktor durch den Mikroprozessor von dem Erwärmungsfaktor subtrahiert um einen Wert zu bestimmen (einen „Differenzwert"), der repräsentativ für die Wahrscheinlichkeit ist, dass ein Patient Verbrennungen erleidet. Nach der Berechnung sendet der Mikroprozessor 26 ein Signal zu dem Komparator 34, das eine Kenngröße für den Differenzwert ist (vgl. 2). Der Differenzwert wird mit einem ersten Schwellenwert verglichen. Wenn der Differenzwert kleiner oder gleich dem Schwellenwert ist, bedeutet dies, dass der Unterschied zwischen dem Kühlungsfaktor und dem Erwärmungsfaktor vergleichsweise klein ist, was wiederum bedeutet, dass nur eine geringe Wahrscheinlichkeit besteht, dass ein Patient Verbrennungen erleidet, und dass keine Anpassungen vorgenommen werden müssen.
Wenn andererseits der Differenzwert den ersten Schwellenwert übertrifft, wird der Differenzwert von dem Komparator 34 mit einem zweiten (vorbestimmten) Schwellenwert verglichen. Der zweite Schwellenwert ist derart gewählt, dass er einer Situation entspricht, in der die Wahrscheinlichkeit, dass ein Patient Verbrennungen erleidet, sehr hoch ist, so dass der Radiofrequenzstrom durch das Gewebe unterbrochen werden muss. Wenn der Differenzwert den zweien Schwellenwert übertrifft, bedeutet dies, dass der Erwärmungsfaktor im Vergleich zum Kühlungsfaktor zu hoch ist. Der Komparator 34 übermittelt dann ein zweites Signal an den Controller 25. Der Controller verarbeitet dieses Signal und erzeugt ein Ausschaltsignal an die Stromversorgungseinheit 22 um den Radiofrequenzstrom zu unterbrechen. Dieses Ausschalten gibt dem Körper Zeit, die Wärme aufzunehmen und das Gewebe zu Kühlen. Wenn der Differenzwert jedoch den ersten Schwellenwert übertrifft, nicht jedoch den zweiten Schwellenwert, so bedeutet dies, dass, obwohl der Erwärmungsfaktor vergleichsweise groß ist und obwohl bei dem gegebenen Stromniveau die Wahrscheinlichkeit, für Verbrennungen gegeben ist, der Erwärmungsfaktor nicht groß genug ist, um ein Ausschalten erforderlich zu machen. Vielmehr muss das Niveau des Ausgabestroms reduziert werden. Unter diesen Umständen erzeugt der Komparator 34 ein drittes Signal an den Controller 25, welches indikativ für die hohe Wahrscheinlichkeit ist, dass ein Patient Verbrennungen erleidet. Der Controller 25 erzeugt seinerseits ein Signal an die Stromversorgungseinheit 22 um die Stromversorgung und damit den Ausgabestrom um einen vorgegebenen Wert zu reduzieren. Das System bleibt demnach eingeschaltet, aber mit reduziertem Stromniveau, um den Erwärmungseffekt auf das Gewebe zu reduzieren. Durch die Reduktion des Ausgabestroms wird offensichtlich auch der Erwärmungsfaktor reduziert, da in die Berechnung des Erwärmungsfaktors der quadrierte Strom eingeht. Durch die Reduktion des Erwärmungsfaktors wird auch die Differenz zwischen dem Erwärmungsfaktor und dem Kühlungsfaktor verkleinert, wodurch letztlich die Wahrscheinlichkeit verringert wird, dass ein Patient Verbrennungen erleidet. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Patient Verbrennungen erleidet, wird vorzugsweise während des operativen Vorgangs laufend in der oben beschriebenen Weise berechnet um die Erwärmung des Gewebes ständig zu überprüfen und zu kontrollieren.
Wie in den 2 und 3 dargestellt wird ein Alarmsignal zu dem Mittel 27 zum Erzeugen des Alarms gesendet, wenn die die Wahrscheinlichkeit, dass ein Patient Verbrennungen erleidet, den ersten Schwellenwert übertrifft. Der Alarm bzw. das Warnsignal kann in der Form eines sichtbaren Hinweises, eines hörbaren Hinweises oder eines sichtbaren und hörbaren Hinweises ausgestaltet sein. Zudem kann ein sichtbarer und/oder hörbarer Alarm erzeugt werden, um das Ausschalten der Stromversorgung anzuzeigen, wenn die Wahrscheinlichkeit, dass ein Patient Verbrennungen erleidet, den zweiten Schwellenwert übertrifft.
Insgesamt sind die Antworten auf vorgegebene Werte der Wahrscheinlichkeit für Verbrennungen in den folgenden Formeln angegeben:
Wenn der erste Schwellenwert < Differenzwert und der zweite Schwellenwert < Differenzwert, wird der Radiofrequenz-Ausgabestrom unterbrochen;
wenn der erste Schwellenwert < Differenzwert < zweiter Schwellenwert wird die Stromversorgung des Radiofrequenz-Ausgabestroms angepasst; und
wenn der erste Schwellenwert > Differenzwert, wird der Radiofrequenz-Ausgabestrom beibehalten.
Es wird ferner betont, dass für den Fall, dass der Differenzwert zwischen den ersten Schwellenwert und den zweiten Schwellenwert fällt, auch der Einsatzzyklus reduziert werden kann anstatt die Leistung zu reduzieren. Dies kann von einem hörbaren oder sichtbaren Hinweis begleitet sein. Die Reduktion des Einsatzzyklus könnte auch die erste Antwort darauf sein, dass die Wahrscheinlichkeit für Verbrennungen einen ersten Schwellenwert übertrifft, wobei auf die erste Antwort dann von einer Reduktion der Leistung folgt, wenn der erste Schwellenwert weiterhin überschritten wird.
Beide Schwellenwerte sind basierend auf der Wahrscheinlichkeit für Verbrennungen vorausbestimmt, so dass das Überhitzen des Gewebes rechtzeitig erkannt werden und der elektrochirurgische Generator entsprechend eingestellt werden kann. Die Verwendung von Stromwerten in der Berechnung des Erwärmungsfaktors verbessert nach der Überzeugung der Erfinder die Genauigkeit der Bestimmung der Wahrscheinlichkeit, dass ein Patient Verbrennungen erleidet da Stromwerte die Erwärmung des Gewebes verursachen.
In einer alternativen Ausgestaltung umfasst das Verfahren einen zusätzlichen Schritt, in dem die Größe der zu verwendenden Umkehrelektrode, beispielsweise für Erwachsene, Kinder oder Neugeborene, bestimmt wird und in dem die Erwärmungs- und Kühlkonstanten entsprechend angepasst werden. Der Benutzer kann den Generator über die verwendete Größe informieren oder die Größe kann anhand von Unterschieden im Verbindungsstecker der Umkehrelektrode automatisch erkannt werden.
Obwohl die vorausgehende Beschreibung viele Merkmale enthält, sollten diese Merkmale nicht als Einschränkungen sondern vielmehr als Beispiele für vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betrachtet werden. Der Fachmann wird viele andere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung finden, die von den beigefügten Patentansprüchen umfasst sind.

Claims

Elektrochirurgische Vorrichtung zum Bestimmen der Wahrscheinlichkeit, dass ein Patient an einer Umkehrelektrode (14) in einem monopolaren elektrochirurgischen System eine Verbrennung erleidet, wobei die Vorrichtung ein Mittel (28) zum Messen des Ausgabestroms eines Generators umfasst, mit: einem Mittel zum Berechnen eines Erwärmungsfaktors benachbart der Umkehrelektrode unter Verwendung eines ersten Algorithmus; einem Mittel zum Berechnen eines Kühlungsfaktors benachbart der Umkehrelektrode unter Verwendung eines zweiten Algorithmus; einem Mittel zum Substrahieren des berechneten Kühlungsfaktors von dem berechneten Erwärmungsfaktor, um einen Differenzwert zu erhalten; einem Mittel zum Vergleichen des Differenzwerts mit einem Schwellenwert; und einem Mittel zum Einstellen der Leistung in Abhängigkeit von der Beziehung des Differenzwerts zu dem Schwellenwert, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Berechnen eines Kühlungsfaktors derart betreibbar ist, dass der Kühlungsfaktor dadurch bestimmt wird, dass die Auszeit des Ausgabestroms berechnet wird, um einen Auszeitwert zu erhalten, und dass der Auszeitwert mit einer ersten Konstante multipliziert wird, die indikativ für eine Fähigkeit des Patientkörpers ist, Wärme abzuleiten.
Elektrochirurgische Vorrichtung nach Anspruch 1, des weiteren mit einem Mittel (40) zum Messen der Impedanz an der Umkehrelektrode, bei dem das Mittel zum Berechnen eines Erwärmungsfaktors derart betreibbar ist, dass das Quadrat des Ausgabestroms mit einer zweiten Konstante multipliziert wird, die indikativ für die gemessene Impedanz an der Umkehrelektrode ist.
Elektrochirurgische Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die zweite Konstante für das Anhaften der Umkehrelektrode an den Patienten repräsentativ ist.
Elektrochirurgische Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Mittel zum Berechnen eines Erwärmungsfaktors derart betreibbar ist, um den Ausgabestrom zu messen und so einen ersten Wert zu erhalten, und um den ersten Wert zu quadrieren, um so das Quadrat des Stromwerts zu erhalten.
Elektrochirurgische Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der das Mittel zum Berechnen eines Erwärmungsfaktors ferner derart betreibbar ist, um die Einschaltzeit des Ausgabestroms zu berechnen, um so einen Einschaltwert zu erhalten, und um den Einschaltwert mit dem Quadrat des Stromwerts zu multiplizieren, um so einen zweiten Wert zu erhalten.
Elektrochirurgische Vorrichtung nach Anspruch 5, des weiteren mit einem Mittel (40) zum Messen der Impedanz an der Umkehrelektrode, bei dem das Mittel zum Berechnen eines Erwärmungsfaktors ferner derart betreibbar ist, um die Impedanz an der Umkehrelektrode auszulesen und den Impedanzwert mit dem zweiten Wert zu multiplizieren.
Elektrochirurgische Vorrichtung nach Anspruch 1, des weiteren mit einem Mittel zum Erzeugen eines Alarms, falls der Differenzwert den Schwellenwert überschreitet.
Elektrochirurgische Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Mittel zum Einstellen der Leistung derart betreibbar ist, um die Leistung dann abzuschalten, falls der Differenzwert einen vorbestimmten Wert überschreitet, und um die Leistung herabzusenken, falls der Differenzwert unterhalb des vorbestimmten Wertes liegt.
Elektrochirurgische Vorrichtung nach Anspruch 8, des weiteren mit einem Mittel zum Erzeugen eines Alarms, falls der Differenzwert den Schwellenwert überschreitet.
Elektrochirurgische Vorrichtung zum Bestimmen der Wahrscheinlichkeit, dass ein Patient an einer Umkehrelektrode (14) in einem monopolaren elektrochirurgischen System eine Verbrennung erleidet, wobei die Vorrichtung ein Mittel (28) zum Messen des Ausgabestroms eines Generators umfasst, mit: einem Mittel zum Berechnen eines Erwärmungsfaktors benachbart der Umkehrelektrode unter Verwendung eines ersten Algorithmus; einem Mittel zum Berechnen eines Kühlungsfaktors benachbart der Umkehrelektrode unter Verwendung eines zweiten Algorithmus; einem Mittel zum Subtrahieren des berechneten Kühlungsfaktors von dem berechneten Erwärmungsfaktor, um einen Differenzwert zu erhalten; einem Mittel zum Vergleichen des zweiten Werts mit einem Schwellenwert; und einem Mittel zum Erzeugen eines Warnsignals, falls der Differenzwert den Schwellenwert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Berechnen eines Kühlungsfaktors ein Mittel umfasst zum Multiplizieren einer berechneten Auszeit des Ausgabestroms mit einer Konstante, die indikativ für die Fähigkeit des Patientkörpers ist, Wärme abzuleiten.
Elektrochirurgische Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der das Mittel zum Berechnen eines Erwärmungsfaktors derart betreibbar ist, um einen Stromwert mit einer Konstante zu multiplizieren, die indikativ für die gemessene Impedanz an der Umkehrelektrode ist.
Elektrochirurgische Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der das Mittel zum Berechnen des Erwärmungsfaktors derart betreibbar ist, um den Ausgabestrom zu quadrieren, der von dem Strommessmittel gemessen wurde.
Elektrochirurgische Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der das Mittel zum Berechnen eines Erwärmungsfaktors derart betreibbar ist, den Stromwert mit der Einschaltzeit des Ausgabestroms zu multiplizieren.
Elektrochirurgisches System mit: einem elektrochirurgischen Generator (10), der ein elektrochirurgisches Werkzeug (11) zum Behandeln von Gewebe besitzt; einer Umkehrelektrode (14); und einem Impedanzsensor (40), der in elektrischer Verbindung mit der Umkehrelektrode (14) steht, um die Impedanz der Umkehrelektrode zu messen, bei dem der elektrochirurgische Generator des weiteren aufweist: einen Stromsensor (28) zum Messen des von dem Generator abgegebenen Ausgabestroms; einen Mikroprozessor (26), der mit dem Stromsensor und dem Impedanzsensor elektrisch verbunden ist, zum Berechnen eines Erwärmungsfaktors und eines Kühlungsfaktors des Gewebes unterhalb der Umkehrelektrode, wobei die Berechnung des Erwärmungsfaktors zumindest teilweise auf dem gemessenen Augabestrom und der gemessenen Impedanz der Umkehrelektrode beruht; und einem Controller (25), der mit dem Mikroprozessor elektrisch verbunden ist, zum Einstellen einer Leistungsversorgung des Generators auf die Beziehung des berechneten Erwärmungsfaktors zu dem Kühlungsfaktor hin.
Generator nach Anspruch 14, bei dem der Mikroprozessor einen ersten Algorithmus zum Berechnen des Erwärmungsfaktors und einen zweiten Algorithmus zum Berechnen des Kühlungsfaktors umfasst.
Generator nach Anspruch 15, bei der der erste Algorithmus als K_hI²t_on bestimmt ist, wobei K_h die Konstante ist, die für die gemessene Impedanz in Ohm der Umkehrelektrode steht, I² das Quadrat des gemessenen Ausgabestroms in Milliampère und t_on die Zeit in Sekunden ist, in der der Ausgabestrom abgegeben wird.
Generator nach Anspruch 16, bei dem der zweite Algorithmus als K_ct_off bestimmt ist, wobei K_c die Konstante in Grad pro Minute ist, die für die Abkühlungszeit des Körpers steht, und t_off die Zeit in Sekunden ist, in der der Ausgabestrom nicht abgegeben wird.
Generator nach Anspruch 16, bei dem die gemessene Impedanz indikativ für den Grad des Anhaftens der Umkehrelektrode an das Gewebe ist.
Elektrochirurgischer Generator nach Anspruch 16, bei dem der Mikroprozessor einen Algorithmus zum Subtrahieren des Kühlungsfaktors von dem Erwärmungsfaktor, um einen Differenzwert zu berechnen, umfasst, und der Generator ferner einen Komparator (34) aufweist, der mit dem Mikroprozessor elektrisch verbunden ist, zum Vergleichen des Differenzwerts mit einem Schwellenwert, und der Komparator mit dem Controller elektrisch verbunden ist, um ein erstes Signal zu erzeugen, das indikativ für die Beziehung des Differenzwerts zu dem Schwellenwert ist.
Elektrochirurgischer Generator nach Anspruch 19, des weiteren mit einem Alarm (27), der mit dem Komparator elektrisch verbunden ist, zum Erzeugen eines Warnsignals, falls der Differenzwert den Schwellenwert um einen vorbestimmten Betrag überschreitet.
Elektrochirurgischer Generator nach Anspruch 19, bei dem der Controller ein Abschaltsignal erzeugt, um die Leistung zu beenden, falls der Differenzwert einen vorbestimmten Wert überschreitet, wobei der vorbestimmte Wert größer als der Schwellenwert ist.
Elektrochirurgischer Generator nach Anspruch 21, bei dem der Controller ein zweites Signal erzeugt, um die Leistung zu verringern, falls der Differenzwert den Schwellenwert, aber nicht den vorbestimmten Wert überschreitet.