DE19717411A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung der thermischen Belastung des Gewebes eines Patienten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der thermischen Belastung des Gewebes eines Patienten im Anlagebereich einer Neutralelektrode einer Hochfre­ quenzbehandlungseinrichtung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

In der Chirurgie werden Hochfrequenzbehandlungseinrich­ tungen verwendet, um bestimmte Bereiche des Körpers stark zu erwärmen. Hochfrequenzstrom wird dabei über eine Arbeitselektrode einem bestimmten Körperbereich zugeführt, an dem die Behandlung stattfinden soll, über eine Neutralelektrode wird der Hochfrequenzstrom vom Körper wieder der Hochfrequenzeinrichtung zugeführt. Während im Bereich der Arbeitselektrode der Hochfre­ quenzstrom eine lokale Erwärmung hervorrufen soll, ist dies im Bereich der Neutralelektrode unerwünscht. Auf­ grund des Übergangswiderstandes im Anlagebereich der Neutralelektrode am Körper des Patienten ist eine Er­ wärmung jedoch nicht zu vermeiden und kann unter Um­ ständen zu unerwünschten Gewebeschädigungen führen.

Um diese Erwärmung möglichst gering zu halten, ist es bereits bekannt, die Neutralelektroden großflächig aus­ zubilden und dadurch die Stromdichte im Anlagebereich herabzusetzen.

Es ist weiterhin bekannt, die Leistung eines Hochfre­ quenzgerätes während der Behandlungsdauer dadurch zu bestimmen, daß die Spannung zwischen den mit dem Körper verbundenen Elektroden einerseits und der über diese Elektroden fließende Strom andererseits bestimmt wer­ den, so daß abhängig von dem Widerstand des in den Stromkreis eingeschalteten Gewebes die jeweils abge­ gebene Leistung gemessen und zur Regelung der Abgabe­ leistung der Hochfrequenzeinrichtung verwendet werden kann (WO95/09577). Durch dieses Verfahren ist es mög­ lich, Gewebeänderungen im Behandlungsbereich, bei­ spielsweise durch Verdampfen von Flüssigkeit, zu be­ rücksichtigen, die zu einer Veränderung des Ohm'schen Widerstandes des Gewebes und damit auch zu einer Verän­ derung der im Operationsbereich abgegebenen Leistung führen. Die Wärmeentwicklung im Bereich der Neutral­ elektrode kann dadurch in keiner Weise bestimmt oder beeinflußt werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem die thermische Belastung des Gewebes eines Pa­ tienten im Anlagebereich einer Neutralelektrode einer Hochfrequenzbehandlungseinrichtung bestimmt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem solchen Verfahren erfin­ dungsgemäß dadurch gelöst, daß man den über die Neu­ tralelektrode fließenden HF-Strom mißt, ein dem Quadrat dieses Stromes entsprechendes Signal erzeugt, dieses Signal während der gesamten Behandlungsdauer einem In­ tegrator zu führt und aufintegriert und das erzeugte In­ tegrationssignal als Maß für die thermische Belastung des Gewebes verwendet.

Das Integrationssignal, das in dieser Weise gewonnen wird, ist ein Maß für die Energie, die während der Be­ handlungsdauer im Bereich der Neutralelektrode in Wärme umgesetzt wird, denn diese Energie ergibt sich aus ei­ nem Produkt aus der Einschaltzeit, dem Übergangswider­ stand Neutralelektrode/Körpergewebe und dem Quadrat des Momentanwertes des HF-Stromes in der Neutralelektrode. Dieser Momentanwert des HF-Stromes ändert sich während der Behandlungsdauer abhängig von der jeweiligen Be­ handlungstätigkeit und den behandelten Gewebeteilen, so daß durch eine Integration der Quadrate des sich än­ dernden HF-Stromes insgesamt ein Maß zur Verfügung steht für die im Bereich der Neutralelektrode während der gesamten Behandlungsdauer erzeugte Wärme.

Der über die Neutralelektrode fließende HF-Strom kann direkt durch eine Strommessung in der Leitung bestimmt werden, die von der Behandlungseinheit zur Neutralelek­ trode führt.

Es ist aber grundsätzlich auch möglich, die Größe des über die Neutralelektrode fließenden HF-Stromes indi­ rekt zu bestimmen, beispielsweise durch eine Messung des HF-Stromes auf der Primärseite des HF-Stromkreises, also in der Behandlungseinheit selbst, oder durch eine Messung des zur Behandlungseinheit fließenden Versor­ gungsstromes, es kann sich dabei auch um einen Gleich­ strom handeln.

Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn man das Inte­ grationssignal über den gesamten Behandlungszeitraum kontinuierlich reduziert. Diese Reduzierung entspricht einer Abkühlung im Anlagebereich der Neutralelektrode, diese Abkühlung kann durch Wärmeabstrahlung in die Um­ gebung, durch Wärmeabfuhr durch Körperflüssigkeiten oder durch Wärmeleitung im Körpergewebe erfolgen, sie wird während der gesamten Behandlungsdauer stattfinden, so daß es sinnvoll ist, das in der oben beschriebenen Weise erzeugte Integrationssignal während der gesamten Behandlungsdauer kontinuierlich zu erniedrigen, um die­ ser Abkühlung Rechnung zu tragen.

Dabei kann in einer ersten Ausführungsform vorgesehen sein, daß man das Integrationssignal pro Zeiteinheit um einen gleichbleibenden Betrag reduziert, dies ent­ spricht der angenäherten Annahme, daß die Wärmeabfuhr im Anlagebereich der Neutralelektrode über den Zeitraum konstant erfolgt. Es kann aber auch vorgesehen sein, daß man das Integrationssignal pro Zeiteinheit um einen Betrag reduziert, der dem Integrationssignal zu Beginn der Zeiteinheit proportional ist. Dies würde der Tatsa­ che Rechnung tragen, daß die Wärmeabfuhr im Anlagebe­ reich der Neutralelektrode tatsächlich der erreichten Temperatur in diesem Bereich proportional ist, also hö­ her ausfällt, wenn die Erwärmung in diesem Bereich größer ist, und dies wird durch das Integrationssignal repräsentiert.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, daß man die Größe des dem Quadrat des HF-Stromes entsprechenden Signals und/oder die Größe des Integrationssignals während des Behandlungszeitraumes einem Datenspeicher zuführt und in bestimmten Zeitabständen speichert. Auf diese Weise erhält man eine vollständige Dokumentation der pro Zeiteinheit im Anlagebereich der Neutralelektrode in Wärme umgesetzten Energiemenge bzw. der Erwärmung im Anlagebereich, so daß auch am Ende des Behandlungszeit­ raumes diese Vorgänge exakt überprüft und reproduziert werden können.

Günstig ist es, wenn man das Integrationssignal mit ei­ nem Maximalwert vergleicht und bei dessen Überschreiten eine Anzeigeeinrichtung und/oder eine Abschalteinrich­ tung für den HF-Strom betätigt. Da das Integrations­ signal ein Maß für die Erwärmung des Anlagebereiches ist, läßt sich dadurch sicherstellen, daß beim Errei­ chen einer maximalen Erwärmung in diesem Bereich die Behandlungsperson gewarnt wird oder der HF-Strom voll­ ständig abgeschaltet wird, um eine weitere Erwärmung zu verhindern.

Die angegebene Aufgabe läßt sich durch eine Überwa­ chungsschaltung zur Bestimmung der thermischen Bela­ stung des Gewebes eines Patienten im Anlagebereich ei­ ner neutralen Elektrode einer Hochfrequenzbehandlungs­ einrichtung lösen, die gekennzeichnet ist durch eine Meßeinrichtung zur Bestimmung des über die Neutralelek­ trode fließenden HF-Stromes, durch eine Quadriereinheit zur Erzeugung eines dem Quadrat dieses Stromes entspre­ chenden Signals und durch einen Speicher zur Integra­ tion dieses Signals über den gesamten Behandlungszeit­ raum zur Erzeugung eines Integrationssignales als Maß für die thermische Belastung des Gewebes.

Die Größe des über die Neutralelektrode fließenden HF- Stromes kann durch eine Strommeßeinrichtung in der von der Behandlungseinheit zur Neutralelektrode führenden Leitung bestimmt werden. Bei einer abgewandelten Aus­ führungsform ist vorgesehen, daß diese Bestimmung des über die Neutralelektrode fließenden HF-Stromes indi­ rekt erfolgt, und zwar durch eine Strommeßeinrichtung in der Primärseite des HF-Stromkreises oder aber durch eine Strommeßeinrichtung in der zur Behandlungseinheit führenden Versorgungsleitung.

Es ist dabei vorteilhaft, wenn dem Speicher eine Spei­ cherabflußsteuerung zugeordnet ist, die das Intregra­ tionssignal über den gesamten Behandlungszeitraum kon­ tinuierlich reduziert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Spei­ cherabflußsteuerung dabei das Intregrationssignal pro Zeiteinheit um einen gleichbleibenden Betrag reduzieren oder aber bevorzugt um einen Betrag, der dem Integrati­ onssignal zu Beginn der Zeiteinheit proportional ist.

Die Überwachungsschaltung kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform durch einen Datenspeicher gekennzeich­ net sein, der der Quadriereinheit und/oder dem Speicher zugeordnet ist und der die Größe des dem Quadrat des HF-Stromes entsprechenden Signals und/oder die Größe des Integrationssignales während des Behandlungszeit­ raumes in bestimmten Zeitabständen speichert.

Weiterhin kann eine Vergleichseinheit vorgesehen sein, die das Integrationssignal mit einem Maximalwert ver­ gleicht und bei dessen Überschreiten eine Anzeigeein­ richtung und/oder eine Abschalteinrichtung für den HF- Strom betätigt.

Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Die Zeichnung zeigt schematisch eine Überwachungsschaltung zur Bestimmung der thermischen Belastung des Gewebes eines Patienten im Anlagebereich einer Neutralelektrode.

Eine Hochfrequenz-Behandlungseinheit 1 weist zwei An­ schlüsse 2, 3 auf. An den ersten Anschluß 2 ist über einen Antifaradisationskondensator 4 ein HF-Behand­ lungsgerät 5 angeschlossen, beispielsweise eine Haken­ elektrode, der zweite Anschluß 3 steht mit einer Neu­ tralelektrode 6 in Verbindung, die großflächig ausge­ bildet ist und an den Körper eines Patienten 7 flächig angelegt ist, es kann sich dabei um bekannte folienför­ mige Elektroden handeln.

Bei der Behandlung eines Patienten wird das Behand­ lungsgerät 5 mit seinem Elektrodenbereich an das zu be­ handelnde Gewebe des Patienten herangeführt, so daß der Patient 7 in den Hochfrequenzstromkreis eingeschaltet wird, Hochfrequenzstrom fließt dann von der Behand­ lungseinheit 1 über das Behandlungsgerät 5, die behan­ delten Gewebebereiche und andere Gewebebereiche des Patienten zu der Neutralelektrode 6 zurück zur Behand­ lungseinheit 1. Im Behandlungsbereich sollen hohe Stromdichten erreicht werden, da durch Wärmeentwicklung das Gewebe behandelt wird, im Bereich der Neutralelek­ trode 6 hingegen, in der eine solche Erwärmung vermie­ den werden soll, wird durch großflächige Ausbildung der Elektroden versucht, die Stromdichte niedrig zu halten.

In die Leitung 8 zwischen Neutralelektrode 6 und An­ schluß 3 ist eine Meßeinrichtung 9 zur Messung des Ef­ fektiv-HF-Stromes in der Leitung 8 eingeschaltet. Diese erzeugt ein dem Effektivstrom proportionales elektri­ sches Signal, das über eine Leitung 10 einer Quadrier­ einheit 11 zugeführt wird. Diese erzeugt ein dem Qua­ drat des gemessenen effektiven HF-Stromes entsprechen­ des elektrisches Signal und führt dies über eine Lei­ tung 12 einer Speicherzuflußsteuerung 13 zu. Diese wird von einem Zeitgeber 14 über eine Leitung 15 angesteuert und diese bestimmt für einen bestimmten kurzen Zeitraum Δt, der beispielsweise 100 ms betragen kann, einen für diesen kurzen Zeitraum Δt repräsentativen Wert des von der Quadriereinheit 11 gelieferten Signals.

Da sich der Wert des HF-Effektivstroms während der Be­ handlung stark ändern kann, ist es notwendig, für klei­ ne Zeiteinheiten einen solchen repräsentativen Wert zu bestimmen, dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß im Zeitraum Δt über alle anfallenden Werte des qua­ drierten HF-Effektivstromes integriert wird, so daß die Speicherzuflußsteuerung ein Signal erzeugt, welches ein Maß für die Energie ist, die im Zeitraum Δt im Bereich der Neutralelektrode in Wärme umgesetzt wird.

Diese Einzelsignale werden über eine Leitung 16 einem integrierenden Speicher 17 zugeführt, der diese pro Zeiteinheit Δt umgesetzten Wärmemengen über den gesam­ ten Behandlungszeitraum auf integriert und somit ein In­ tegrationssignal erzeugt, welches ein Maß für die durch den HF-Strom im Bereich der Neutralelektrode in Wärme umgesetzte Energie bildet.

Der integrierende Speicher 17 ist über eine Leitung 18 mit einer Speicherabflußsteuerung 19 verbunden, die ih­ rerseits über eine Leitung 20 mit dem Zeitgeber 14 in Verbindung steht. Der Zeitgeber 14 steuert die Spei­ cherabflußsteuerung 19 derart, daß diese pro Zeitein­ heit das Integrationssignal des integrierenden Spei­ chers 17 um einen bestimmten Betrag erniedrigt, dies kann ein für jede Zeiteinheit gleicher Betrag sein, dieser Betrag kann aber auch der jeweiligen Größe des Integrationssignales proportional sein. Diese Reduzie­ rung des Integrationssignales ist ein Maß dafür, wie im Bereich der Neutralelektrode erzeugte Verlustwärme in die Umgebung abgegeben wird, sei es durch Abstrahlung, durch Wärmeleitung über das Körpergewebe oder durch Konvektion in der umgebenden Luft.

Durch die Speicherabflußsteuerung wird also das Inte­ grationssignal korrigiert, so daß es tatsächlich dem Erwärmungsverhalten im Bereich der Neutralelektrode 6 entspricht, so daß ein niedriges Integrationssignal auf eine geringe resultierende Erwärmung hindeutet, ein großes Integrationssignal dagegen auf eine große resul­ tierende Erwärmung.

Das in dieser Weise erzeugte und gegebenenfalls durch die Speicherabflußsteuerung korrigierte Integrations­ signal wird über eine Leitung 21 einer Anzeigeeinrich­ tung 22 zugeführt, in der das Integrationssignal mit einem fest vorgegebenen Maximalsignal verglichen wird. Wenn das Integrationssignal diesen Maximalwert über­ steigt, wird die Anzeigeeinrichtung 22 aktiviert, die dann Warnsignale abgibt oder die Behandlungseinheit 1 abschaltet oder in der abgegebenen Leistung reduziert.

Mit dem Ausgang der Speicherzuflußsteuerung 13 und mit dem integrierenden Speicher 17 ist ein Dokumentations­ speicher 23 verbunden, der die von der Speicherzufluß­ steuerung dem integrierenden Speicher 17 zugeführten Signale in Abhängigkeit von der Behandlungszeit spei­ chert und der außerdem die jeweilige Größe des im inte­ grierenden Speicher 17 erzeugten Integrationssignales während der Behandlungszeit speichert. Im Dokumenten­ speicher ist somit der gesamte Behandlungsablauf nach­ prüfbar, und zwar einerseits durch die einzelnen pro Zeiteinheit Δt über die Neutralelektrode fließenden Energiepakete und zum anderen hinsichtlich der durch das Integrationssignal repräsentierten Gesamterwärmung. Es ist dadurch überprüfbar, ob beispielsweise eine Schädigung des Gewebes im Anlagebereich der Neutral­ elektrode 6 auf eine zu hohe Erwärmung zurückzuführen ist oder auf andere Effekte, beispielsweise auf eine Drucknekrose oder auf eine chemische Verätzung.

Die beschriebene Überwachungsschaltung kann auch wäh­ rend der Behandlungspausen weiterbetrieben werden. In dieser Zeit ist der gemessene HF-Strom Null, es werden also über die Speicherzuflußsteuerung keine Signale dem integrierenden Speicher 17 zugeführt, die das Integra­ tionssignal erhöhen könnten jedoch wird über die Spei­ cherabflußsteuerung weiterhin das Integrationssignal entsprechend der Abkühlung des Anlagebereichs der Neu­ tralelektrode reduziert, so daß damit die wirklichen Verhältnisse im Anlagebereich reproduziert werden. Wenn nach einer längeren Behandlungspause erneut behandelt wird, ist der Anlagebereich abgekühlt, und dies spie­ gelt sich darin wider, daß das Integrationssignal im integrierenden Speicher 17 einen Minimalwert erreicht hat, der von der Speicherabflußsteuerung nicht weiter erniedrigt werden kann.

Claims (18)

1. Verfahren zur Überwachung der thermischen Bela­ stung des Gewebes eines Patienten im Anlagebe­ reich einer Neutralelektrode einer Hochfrequenz­ behandlungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß man den über die Neutralelektrode fließenden HF-Strom mißt, ein dem Quadrat dieses Stromes entsprechendes Signal erzeugt, dieses Signal wäh­ rend der gesamten Behandlungsdauer einem Integra­ tor zu führt und aufintegriert und das erzeugte Integrationssignal als Maß für die thermische Be­ lastung des Gewebes verwendet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß man den über die Neutralelektrode flie­ ßenden HF-Strom durch eine direkte Strommessung in der von der Hochfrequenzbehandlungseinrichtung zur Neutralelektrode führenden Leitung bestimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß man den über die Neutralelektrode flie­ ßenden HF-Strom auf indirekte Weise durch eine primärseitige Strommessung in der Hochfrequenzbe­ handlungseinrichtung bestimmt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß man den über die Neutralelektrode flie­ ßenden HF-Strom indirekt durch eine Messung des zur Hochfrequenzbehandlungseinrichtung fließenden Versorgungsstromes bestimmt.

5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß man das Integra­ tionssignal über den gesamten Behandlungszeitraum kontinuierlich reduziert.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß man das Integrationssignal über den ge­ samten Behandlungszeitraum pro Zeiteinheit um ei­ nen gleichbleibenden Betrag reduziert.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß man das Integrationssignal über den ge­ samten Behandlungszeitraum pro Zeiteinheit um ei­ nen Betrag reduziert, der dem Integrationssignal zu Beginn der Zeiteinheit proportional ist.

8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß man die Größe des dem Quadrat des HF-Stromes entsprechenden Si­ gnals und/oder die Größe des Integrationssignals während des Behandlungszeitraumes einem Daten­ speicher zuführt und in bestimmten Zeitabständen speichert.

9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß man das Integra­ tionssignal mit einem Maximalwert vergleicht und bei dessen Überschreiten eine Anzeigeeinrichtung und/oder eine Abschalteinrichtung für den HF- Strom betätigt.

10. Überwachungsschaltung zur Bestimmung der thermi­ schen Belastung des Gewebes eines Patienten im Anlagebereich einer Neutralelektrode einer Hoch­ frequenzbehandlungseinrichtung, gekennzeichnet durch eine Meßeinrichtung (9) zur Bestimmung des über die Neutralelektrode (6) fließenden HF-Stro­ mes, durch eine Quadriereinheit (11) zur Erzeu­ gung eines dem Quadrat dieses Stromes entspre­ chenden Signals, durch einen Speicher (17) zur Integration dieses Signals über den gesamten Be­ handlungszeitraum zur Erzeugung eines Integrati­ onssignals als Maß für die thermische Belastung des Gewebes.

11. Überwachungsschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (9) eine Strommeßeinrichtung ist, die in die Leitung (8) zwischen Neutralelektrode (6) und Behandlungsein­ heit (1) eingeschaltet ist.

12. Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Meßeinrichtung zur Bestimmung des über die Neutralelektrode (6) fließenden HF-Stro­ mes eine direkte Meßeinrichtung ist, die den pri­ märseitig in der Hochfrequenz-Behandlungseinheit (1) fließenden Strom bestimmt.

13. Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Meßeinrichtung zur Bestimmung des über die Neutralelektrode (6) fließenden HF-Stro­ mes durch eine indirekte Strommeßeinrichtung ge­ bildet wird, die in die Stromversorgungsleitung der Hochfrequenz-Behandlungseinheit (1) einge­ schaltet ist.

14. Schaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß dem Speicher (17) eine Speicherabflußsteuerung (19) zugeordnet ist, die das Intregrationssignal über den gesamten Behand­ lungszeitraum kontinuierlich reduziert.

15. Schaltung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß die Speicherabflußsteu­ erung (19) das Intregrationssignal pro Zeitein­ heit um einen gleichbleibenden Betrag reduziert.

16. Schaltung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß die Speicherabflußsteu­ erung (19) das Intregrationssignal pro Zeitein­ heit um einen Betrag reduziert, der dem Integra­ tionssignal zu Beginn der Zeiteinheit proportio­ nal ist.

17. Schaltung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, ge­ kennzeichnet durch einen Datenspeicher (23), der der Quadriereinheit (11) und/oder dem Speicher (17) zugeordnet ist und der die Größe des dem Quadrat des HF-Stromes entsprechenden Signals und/oder die Größe des Integrationssignals wäh­ rend des Behandlungszeitraumes in bestimmten Zeitabständen speichert.

18. Schaltung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, ge­ kennzeichnet durch eine Vergleichseinheit (22), die das Integrationssignal mit einem Maximalwert vergleicht und bei dessen Überschreiten eine An­ zeigeeinrichtung und/oder eine Abschalteinrich­ tung für den HF-Strom betätigt.