DE69931359T2

DE69931359T2 - Elektrodenanordnung für ein elektrochirurgisches gerät

Info

Publication number: DE69931359T2
Application number: DE69931359T
Authority: DE
Inventors: 7 Heol Y Bryn Robert William GODDARD; Jarrett Little Chantry Chantry Rise Bullivant
Original assignee: Gyrus Medical Ltd
Current assignee: Gyrus Medical Ltd
Priority date: 1998-04-03
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2019-03-31
Also published as: EP1065981B1; ES2262315T3; AU3160799A; CA2326526A1; DE69931359D1; JP2002510520A; US6277114B1; GB9807303D0; WO1999051158A1; AU756394B2; JP4237407B2; EP1065981A1

Description

Diese Erfindung betrifft einen Elektrodenanordnung für die elektrochirurgische Entfernung von Gewebe, das in eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit wie physiologische Kochsalzlösung eingetaucht ist, und in erster Linie eine Elektrodenanordnung zur Aufnahme in einem Endoskop zur Durchführung beispielsweise der transurethralen Prostatektomie (TURP).
In den internationalen Anmeldungen WO 97/00647, WO 97/24994, WO 97/24993, WO 97/00646, WO 97/48345 und WO 97/48346 haben die Anmelder eine Anzahl bipolarer Elektrodenanordnungen zur Anbringung am distalen Ende eines langgestreckten rohrförmigen Instrumentenschafts offenbart. In jedem Fall ist die Elektrodenanordnung für die Operation unter Eintauchen in eine leitfähige Flüssigkeit, typischerweise physiologische Kochsalzlösung, ausgestaltet, durch die der Strom von einer Gewebebehandlungselektrode, die an oder angrenzend an dem zu behandelnde Gewebe platziert ist, zu einer Rückelektrode, die von der Gewebebehandlungselektrode beabstandet ist und von der Gewebeoberfläche wegweist, fließt. Ein geeigneter elektrochirurgischer Generator zur Versorgung der offenbarten Elektrodenanordnungen mit Leistung ist in der europäischen Patentanmeldung EP 0754437 der Anmelder beschrieben und dargestellt. Dieser Generator bedient unterschiedliche Betriebsmodi, einen ersten Modus, der ein Gewebetrocknungs- oder -koagulationsmodus ist, in dem die an den Elektroden anliegende Spitzenspannung zur Verhinderung der Dampftaschenbildung an der Gewebebehandlungselektrode begrenzt ist, und einen zweiten Modus, in welchem das Gewebe verdampft wird, um eine Schneid- oder Abtragungswirkung an der Operati onsstelle zu erzeugen. Während des zweiten Modus verursacht die an die Elektrodenanordnung abgegebene Leistung die Bildung einer Dampftasche aus der leitfähigen Flüssigkeit um die Gewebebehandlungselektrode herum. In diesem Fall wird die an der Elektrode anliegenden Spitzenspannung begrenzt, um die Größe der Dampftasche zu steuern und die Zerstörung der Elektrode zu vermeiden. Ein dritter Betriebsmodus ist ein gemischter Modus, der durch Umschalten zwischen den elektrischen Bedingungen des ersten und zweiten Modus erreicht wird.
Eine solche Elektrodenanordnung wird typischerweise durch den Arbeitskanal eines in eine natürliche Körperöffnung eingesetzten Endoskops in eine Körperhöhle eingeführt, oder auch durch eine für den Zugang zur Körperhöhle separat gebildete Öffnung. Unter beiden Bedingungen bildet der rohrförmige Instrumentenschaft den Rückführungsweg für die elektrochirurgischen Ströme, wobei die Verbindung zur Gewebebehandlungselektrode durch einen das Schaftinnere durchsetzenden isolierten Leiter hergestellt wird. Das rohrförmige Glied dient auch der Ableitung der Wärme von den Elektroden während des Betriebs. Dadurch, dass ein Abschnitt des Schafts in die leitfähige Flüssigkeit eintaucht, wird die Verteilung der Wärme unterstützt.
Die urologische endoskopische Chirurgie wird routinemäßig zur Behandlung von Erkrankungen der Harnwege durchgeführt, wobei eine Anzahl komplizierter Instrumente durch die Harnröhre eingeführt werden. Eine besondere Form der ursprünglich für die urologische Chirurgie entwickelten Endoskope sind die Resektoskope. Sie wurden seitdem auch zur hysteroskopischen und Magen-Darm-Chirurgie zur Entfernung von Weichteilgewebe verwendet. Resektoskope unterscheiden sich von vielen anderen Endoskopen darin, dass sie einen integralen Auslösemechanismus zur Erzeugung einer gesteuerten Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des am Mechanismus angebrachten Instruments umfassen. Diese Steuerung ist bei der Entfernung von großen Gewebevolumina besonders nützlich, und sie sind an sich die Instrumente der Wahl zur Durchführung der TURP, der Entfernung der benignen Vergrößerung der Prostata, wie auch der Endometrium- und Fibroidresektion bei der hysteroskopischen Chirurgie und der Resektion von Polypen und Tumoren im Rektum bei der endoskopischen Magen-Darm-Chirurgie.
Spüllösungen auf Elektrolyt- oder Nichtelektrolytbasis können in kontinuierlichem oder intermittierendem Fluss durch das Resektoskop abgegeben werden. Da die herkömmliche Technik zur Durchführung der TURP die monopolare Elektrochirurgie ist, wird gewöhnlich ein Nichtelektrolyt verwendet. Herkömmliche Instrumente können dann allgemein eine Anzahl von am Resektoskop angebrachten Elektroden umfassen.
Ein bipolares Instrument ist aus US 4,116,198 (Roos) bekannt. Es hat eine einzelne aktive Elektrode in Form einer hin- und herschiebbaren Resektionsschleife und eine am distalen Ende des Instrumentenschafts angebrachte Rückführungselektrode. Die elektrische Leitung zwischen den Elektroden erfolgt über eine leitfähige Flüssigkeit, die beide Elektroden umspült.
Ein Resektoskop besteht aus vier Hauptbestandteilen: eine innere Hülse, eine äußere Hülse, ein Teleskop- und Lichtquellenanordnung und ein Arbeitselement. Das aktive oder passive Arbeitselement umfasst einen auf einem Rohr montierten Pendelmechanismus. Das Rohr hat am proximalen Ende einen Teleskopanschluss und einen nach einem Teil seiner Länge angebrachten Dichtungsblock, mit dem die innere Hülse verbunden ist. Der Dichtblock hat ein Durchgangsloch, um den Durchtritt des Teleskops vom proximalen zum distalen Ende des Arbeitselements innerhalb der Bohrung der inneren Hülse zu ermöglichen. Das Loch ist versetzt, sodass sich das Teleskop im oberen Quadranten der Öffnung der inneren Hülse befindet, um Raum für das Elektrodenträgerrohr freizugeben.
Eine von einem drahtförmigen Leiter getragene monopolare Elek trode wird durch das Trägerrohr vom distalen Ende her durch ein zweites Loch im Dichtblock eingesetzt. Das Loch steht schräg, sodass die Elektrode aus dem Dichtblock in einem zum Teleskop vergrößerten Abstand austritt, damit die Elektrode in den Isolierblock mit genügend Isoliermaterial zwischen Elektrode und Teleskop eintritt, um elektrische Isolation bereitzustellen. Dieser Typ monopolarer Elektrode ist typischerweise eine Drahtschaftkonstruktion mit einer großen Arbeitsspitze mit Drahtschlingen- oder Kugelwalzenkonfiguration, um die Einführung durch das Resektoskop zu erleichtern. Eine Walzenelektrode ist in US 5,599,349 (D'Amelio) offenbart.
Es kann vorteilhaft sein, bei herkömmlichen Endoskopen eine von Drähten getragene Elektrode zu verwenden, wobei die Elektrode im Arbeitskanal vom distalen zum proximalen Ende belastet ist, im Gegensatz zu der herkömmlichen Belastung vom proximalen zum distalen Ende. Die letztere Belastungsmethode begrenzt die Abmessung der Arbeitsspitze der Elektrode auf den Innendurchmesser des Arbeitskanals.
Außerdem kann ein drahtförmiger Träger an einer Elektrode unter Bedingungen nützlich sein, wo Zugang und Bewegungsmöglichkeit durch die Begrenzungen der Körperhöhle beschränkt sind.
Bekannte Typen der Elektrodenanordnung sind in US-A-5634924 und US-A-4739759 beschrieben.
Eine Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, eine Elektrodenanordnung zur verbesserten Entfernung von Gewebe, das in eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit eingetaucht ist, bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Elektrodenanordnung zum elektrochirurgischen Entfernen von Gewebe, das in eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit eingetaucht ist, bereit, wobei die Anordnung eine langgestreckte Stützstruktur mit wenigstens einem Paar von beabstandeten Leiterarmen zum Tragen von elektrochirurgischen Hochfrequenzströmen, wobei die Leiterarme eine Ebene festlegen, einen elektrisch leitenden Körper, der am distalen Ende der Arme befestigt ist, um eine Brücke zwischen den Armen zu bilden, wobei der isolierende Körper sich transversal in Bezug auf die Leiterarme erstreckt, eine sich transversal erstreckenden leitfähigen Gewebebehandlungselektrode, die an einer Seite des isolierenden Körpers angebracht ist und elektrisch leitend mit einem betreffenden Arm des Leiterarmpaars verbunden ist, und eine sich transversal erstreckende leitfähige Rückelektrode, die an der entgegen gesetzten Seite des isolierenden Körpers angebracht und elektrisch mit dem anderen Arm des Leiterarmpaars verbunden ist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewebebehandlungselektrode so an der einen Seite des isolierenden Körpers angebracht ist, dass sie mit Bezug auf eine Trennebene zwischen der Gewebebehandlungselektrode und der Rückelektrode abwärts gerichtet ist, wobei die Trennebene parallel zur Ebene der Leiterarme liegt, und die Rückelektrode so an der entgegen gesetzten Seite des isolierenden Körpers angebracht ist, dass sie mit Bezug auf die Trennebene aufwärts gerichtet ist.
Bevorzugt ist das Verhältnis des freiliegenden Oberflächenbereichs der Gewebebehandlungselektrode zu dem der Rückelektrode größer als 1:1.
Die Anmelder haben gefunden, dass eine optimale Leistung mit einem Verhältnis im Bereich von 1,25:1 bis 2:1 erreicht wird.
Die Gewebebehandlungselektrode kann eine dünne metallische Platte sein, die an einer Außenfläche des isolierenden Körpers liegt.
Der isolierende Körper umfasst bevorzugt ein keramisches, allgemein zylindrisches Element, dessen Zylinderachse transversal zur Stützstruktur ausgerichtet ist, wobei die Gewebebehand lungselektrode und die Rückelektrode eine abwärts bzw. eine aufwärts gerichtete Fläche des keramischen Elements bedecken und beide am Element mittels ineinandergreifender Feder-Nut-Anordnung befestigt sind, die eine Montage ohne Kleber ermöglicht. Dadurch kann die Elektrodenanordnung bei hohen Temperaturen, typischerweise bis zu 500 oder 600 °C betrieben werden.
Die Gewebebehandlungselektrode oder aktive Elektrode kann eine gebogene Platte sein, die direkt an der abwärts gerichteten Oberfläche des keramischen Elements befestigt ist. Sie ist bevorzugt sowohl dünn als auch aus einem relativ schlecht wärmeleitenden Material gefertigt, um den Wärmeübergang von einem Teil der Elektrode zum anderen zu verhindern. Dies soll die Bildung und Aufrechterhaltung einer Dampftasche um die aktive Elektrode herum unterstützen. Oberflächenunebenheiten in Form von Rippen oder alternativ geformten Oberflächenvorsprüngen sind vorgesehen, um die thermische Konvektion durch Strömung der leitfähigen Flüssigkeit zu behindern und um Dampfblasen zwischen sich einzufangen. Im Gegensatz dazu ist die Rückelektrode vorteilhaft glatt, um die umgekehrte Wirkung zu erreichen, d.h. die Verdampfung von Flüssigkeit an ihrer Oberfläche zu vermeiden. Die Anbringung der Rückelektrode direkt über der aktiven Elektrode und auf der entgegen gesetzten Seite des isolierenden Körpers verhindert weitgehend ihre Berührung mit dem Gewebe, erlaubt aber gleichzeitig, dass sie von leitfähiger Flüssigkeit umgeben ist.
Bei der bevorzugten Elektrodenanordnung sind Form und Gestaltung der Gewebebehandlungselektrode und des isolierenden Körpers derart, dass die minimale Leiterpfadlänge zwischen der Gewebebehandlungselektrode und der Rückelektrode mittels Leitung durch die leitfähige Flüssigkeit größer als 1,5 mm ist. Dies kann bei einer kleinen Anordnung erreicht werden, indem das keramische Element so geformt ist, dass es über die Ränder der Elektroden nach außen vorsteht, um eine Leiterpfadlänge zu liefern, die größer als der geometrische Abstand zwischen den Elektroden ist.
Zur Anbringung am Endoskop kann die Stützstruktur nur ein Paar starrer, drahtförmiger Leiter mit Klip zum Anheften an das Teleskoprohr des Endoskops umfassen, welche distal verzweigte Arme aufweisen, die an ihrem distalen Ende das keramische Element und die Elektroden tragen, wobei auf den entsprechenden Seiten des Elements je ein Arm angebracht ist. Vorteilhaft nehmen in der oberen und unteren Oberfläche des keramischen Elements ausgeformte Nuten innere Rippen der Elektroden auf, die so geformt sind, dass sie in den Nuten formschlüssig festliegen, etwa durch einen Schwalbenschwanzquerschnitt. Der Klip dient auch der Befestigung der Leiter aneinander, damit sie proximal zu den Verzweigungen nebeneinander liegen.
Die Erfindung wird nun beispielhaft mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:
1A, 1B und 1C perspektivische Ansichten eines elektrochi rurgischen Instruments mit einem Endoskop und einer pendelnden erfindungsgemäß aufgebauten Elektrodenanordnung sind, wobei das Instrument in drei verschiedenen Montagestufen gezeigt ist;
2 eine vergrößerte perspektivische Ansicht des distalen Abschnitts der zu dem in 1A bis 1C gezeigten Instrument gehörenden Elektrodenanordnung ist;
3 eine perspektivische Explosionsansicht der Anordnung an der Spitze des Instruments ist;
4 ein Diagramm ist, das die Spitzenanordnung in Seitenansicht und das endoskopische Ge sichtsfeld mit einem 30°-Teleskop zeigt;
5 eine Lastkennlinie zeigt, welche die Änderung der Lastimpedanz nach der abgegebenen Ausgangsleistung veranschaulicht, die durch eine Elektrodenanordnung wie in den 1A bis 1C und 2 bis 4 erzeugt wird, wenn sie zum Verschließen einer Gewebeoberfläche verwendet wird;
6 ein Blockdiagramm eines zum Anschließen an das Instrument nach 1A bis 1C geeigneten elektrochirurgischen Generators ist;
7 ein Blockdiagramm eines Teils des Steuerkreises des Generators nach 6 ist;
8 ein Graph ist, der die Änderung der vom Generator erzeugten Ausgangsleistung als Funktion der von der Elektrodenanordnung dargestellten Lastimpedanz zeigt, wobei die Änderung der Ausgangsleistung in zwei Betriebsmodi des Generators gezeigt ist;
9 ein Graph ist, der die Änderung der Ausgangsleistung für den Generator als Funktion der Lastimpedanz nach Abwandlung der Generatorkennlinie als Folge der Abtastung der Ausgangsspannung zeigt;
Mit Bezug auf die 1A bis 1C umfasst ein endoskopisches elektrochirurgisches Instrument mit einer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung 12 ein Teleskop 10 mit einem langgestreckten Hohlrohr. Die Elektrodenanordnung 12 hat eine langgestreckte Stützstruktur 125, welche eine distale Spitzenanordnung 12T trägt, die eine Gewebebehandlungselektrode und eine Rückelektrode umfasst. Diese Elemente werden mit Bezug auf andere Figuren unten näher beschrieben. Die Stützstruktur 12S nimmt die Form eines isolierend umhüllten Leiterpaars an, die zu ihrem distalen Ende hin einen Federklip 12C zur Befestigung der Elektrodenanordnung 12 am Teleskoprohr 10 tragen, derart, dass die Elektrodenanordnung mit dem auf dem Rohr gleitenden Klip distal und proximal hin- und hergeschoben werden kann.
An ihren proximalen Enden treten die Drähte der Stützstruktur in einen isolierenden Kabelträger 14 ein, der bei montiertem Instrument in einem thermoplastischen Montageblock 16 aufgenommen ist, wie in 1B und 1C gezeigt. Der Montageblock 16 kann auf dem Teleskop 10 in Bezug auf eine Kragenanordnung 18 gleiten, die am Teleskoprohr befestigt ist, wobei die relative Bewegung zwischen Montageblock 16 und Kragenanordnung 18 durch Zusammendrücken zweier federgespannter Griffe 20 und 22 bewirkt wird, die jeweils an jenen angebracht sind. Dadurch kann die distale Spitzenanordnung 12T relativ zum Ende des Teleskops 10 hin- und herbewegt werden. Im Träger 14 sind Verbindungen zwischen den Leiterdrähten der Stützstruktur 12S und einem flexiblen Kabel 24 hergestellt, das in einem In-line-Stecker 26 zum Anschluss des Instruments an einen (nicht gezeigten) elektrochirurgischen Hochfrequenzgenerator endet.
Wenn die Elektrodenanordnung 12 am Teleskop 10 befestigt worden ist, wird eine innere Endoskophülse 28 über die Kombination aus Teleskop und Elektrodenanordnung 12 gezogen, wie in 1B gezeigt, und über eine Dichtung 30 und über die drahtförmige Stützstruktur geschoben, um an den dem Isolierblock 16 zugeordneten Dichtblock 32 anzuschließen, wie in 1C gezeigt. Man sieht, dass der distale Endabschnitt der Elektrodenanordnung 12 nun aus dem distale Ende der inneren Hülle 28 herausragt.
Ein in den Zeichnungen nicht gezeigtes Endstadium der Montage besteht im Aufziehen einer äußeren Hülse auf die innere Hülse 28 zur Vereinigung mit dem Dichtblock 32, der eine Öffnung für die Hinführung einer leitfähigen Flüssigkeit von einer (nicht gezeigten) Flüssigkeitsquelle zum distalen Ende des Instruments aufweist.
Wie in 2 gezeigt, ist der distale Endabschnitt der Stützstruktur 125 jenseits des Teleskopklips 12C durch die Verzweigung des Leiterpaars in zwei lateral beabstandete Leiterarme 12A und 12B gekennzeichnet. Wie man sehen wird, sind die Arme 12A und 12B am Verzweigungspunkt geknickt, sodass sie distal vom Verzweigungspunkt auf entgegen gesetzten Seiten des Teleskops 10 liegen, und sie sind distal zum Teleskopende abwärts unter das Teleskopende gebogen, um die distale Spitzenanordnung 12T an einer Stelle unter der Teleskopachse zu stützen. Ausgenommen an den äußersten distalen Enden sind die die Stützstruktur 12S bildenden Leiter 12A und 12B über ihre ganze Länge mit einem wärmeschrumpfbaren Material umhüllt.
Die distale Spitzenanordnung 12T ist eine bipolare Gerätearbeitsspitze mit einer relativ großflächigen Gewebebehandlungselektrode zum Entfernen großer Gewebevolumina durch Gewebeverdampfung. Ein Beispiel für solches Gewebe ist das mit dem als benigne Prostatahypertrophie (BPH) bekannten Zustand zusammenhängende Gewebe. BPH verursacht eine Vergrößerung der Prostata, die den Harnfluss aus der Blase durch die Harnröhre, die von ihr umgeben ist, einschränkt. Das Verfahren zieht die Entfernung allen Gewebes in der walnussförmigen Kapsel nach sich und stellt den normalen Harnfluss wieder her. Das typische Gewicht des entfernten Gewebes ist 30 bis 40 g.
Mit Bezug auf 2 und 3 zusammen umfasst die distale Spitzenanordnung 12T einen keramischen Isolierkörper 34 von allgemein zylindrischer Konfiguration, der sich transversal zwischen den äußersten distalen Endabschnitten der Leiterarme 12A und 12B erstreckt, eine dünne teilzylindrische Gewebebehandlungselektrode oder aktive Elektrode 36 aus Edelstahl, die den unteren Oberflächenabschnitt des Isolierkörpers 34 bedeckt, und eine Rückelektrode 38 aus Edelstahl, die die nach oben gerichtete Oberfläche des Isolierkörpers 34, d.h. auf der der aktiven Elektrode entgegen gesetzten Seite des Isolierkörpers, bedeckt. Die Rückelektrode 38 befindet sich daher direkt über der aktiven Elektrode 36 und in Längsrichtung der Elektrodenanordnung 12 im Wesentlichen in der gleichen Lage. Beide Elektroden 36 und 38 erstrecken sich transversal zwischen den äußersten distalen Enden der Leiterarme 12A und 12B und jede ist direkt am keramischen Isolator ohne Verwendung von Klebstoff befestigt, sodass es keinen engen Kontakt zwischen den Elektroden 36, 38 und dem Isolierkörper 34 gibt.
Wie in 3 deutlich gezeigt, hat die aktive Elektrode 36 außer ihrer teilzylindrischen Grundplatte 36A mehrere integrale, sich transversal erstreckende, parallele, nach außen ragende Rippen 36B. Diese dienen dazu, die Leistungsschwelle der Elektrodenanordnung 12 für die Verdampfung zu senken, indem die Wärmeströmung von der Elektrode weg behindert wird und kleine Taschen aus Salzlösungsdampf eingefangen werden, insbesondere wenn die aktive Elektrode 36 sich nahe bei dem behandelten Gewebe befindet. Die Wirkung der Rippen 36B wird durch mikroskopische Aufrauung der freiliegenden Elektrodenoberfläche verstärkt. Die Aufrauung kann durch Bearbeitung oder auch durch eine Gestaltung, bei der sie als Ergebnis einer Funkenerosion an der freiliegenden Oberfläche auftritt, bewirkt werden.
Die aktive Elektrode 36 ist aus Edelstahl aufgebaut, welcher eine relativ schlechte Wärmeleitfähigkeit besitzt. Dies in Verbindung mit der geringen Wärmekapazität durch die geringe Dicke der Grundplatte 36A (wobei die Dicke im Bereich von 0,15 bis 0,5 mm liegt) behindert den Wärmeübergang von einem Abschnitt der aktiven Elektrode 36 zu einem anderen, sodass, falls ein Abschnitt der aktiven Elektrode von der leitfähigen Flüssigkeit benetzt wird, die Wärme nicht rasch von anderen Abschnitten der Elektrode zum benetzten Abschnitt verteilt wird. Die Abstützung der Spitzenanordnung 12T durch Drähte vermindert ebenfalls die Wärmeausbreitung zum Rest der Elektrodenanordnung 12. Diese Maßnahmen helfen alle bei der Förderung der Verdampfung der leitfähigen Flüssigkeit über der Oberfläche der aktiven Elektrode 36.
Wie man in 3 auch sieht, hat die aktive Elektrode eine integrale unterschnittene innere Rippe 36C, die parallel zu den transversalen Rippen 36B verläuft. Dies ermöglicht einen Formschluss der aktiven Elektrode 36 mit einer komplementären unterschnittenen Nut 34A im keramischen Isolierkörper 34. Die Nut 34A erstreckt sich transversal zum Isolierkörper 34 und ist an einem seitlichen Ende des Isolierkörpers offen, am anderen jedoch geschlossen. Folglich kann die aktive Elektrode 36 im Isolierkörper durch Einschieben der inneren Rippe 36C in das offene Ende der Nut 34A befestigt werden, bis sie vollständig darin untergebracht ist und die Rippe 36C an das geschlossene Ende anstößt.
Eine gleichartige unterschnittene Nut 34B ist in die obere Außenfläche des Isolierkörpers 34 eingeschnitten und nimmt eine entsprechende innere Rippe 38A der Rückelektrode 38 auf, wie ebenfalls in 3 gezeigt. In diesem Fall öffnet sich jedoch die obere Nut 34B zur dem offenen Ende der unteren Nut 34A entgegen gesetzten Seitenfläche des Isolierkörpers 34. Wie die untere Nut 34A ist sie am anderen Ende geschlossen. Demzufolge kann die Rückelektrode 38 am Isolierkörper auf gleiche Weise wie die aktive Elektrode 36 angebracht werden, indem sie von einer, in diesem Fall aber von der anderen Seite, eingeschoben wird.
Benachbart zu den offenen Enden der entsprechenden Nuten 34A und 34B ist jede Elektrode an den entsprechenden Leiterarm 12A bzw. 12B angeschweißt. Proximal sind die Leiterarme 12A und 12B aneinander befestigt. Dies zusammen mit der Nachgiebigkeit der Arme 12A und 12B und einer Federspannung gegeneinander hält die Elektroden 36 und 38 in Richtung auf das geschlossene Ende der entsprechenden Nut 34A bzw. 34B, wodurch die distale Spitzenanordnung ohne Verwendung von Klebstoff montiert bleibt.
Die Rückelektrode 38 hat keine äußeren Rippen, wirkt aber als entgegen gerichteter, allgemein teilzylindrischer Schalenabschnitt 38B mit glatter Außenfläche 38C. Praktisch wird die Rückelektrode 38 wie die aktive Elektrode 36 aus Edelstahl gefertigt. Sie kann jedoch aus einem Material höherer Wärmeleitfähigkeit hergestellt sein, um die Wirkung der glatten Oberfläche 38C bei der Verhinderung der Verdampfung an der Rückelektrode 38 zu ergänzen.
Der Isolierkörper 34 trennt die Elektroden 36 und 38 derart, dass der Pfad geringsten elektrischen Widerstands die Leitung durch das zu behandelnde Gewebe ist, sodass direkte Lichtbogenbildung zwischen aktiver und Rückelektrode weitgehend vermieden wird. Die Anmelder haben gefunden, dass, um dieses zu erreichen, die minimale Leiterpfadlänge zwischen den Elektroden 36 und 38 unter den meisten Bedingungen 1,5 mm ist. Wie dieser Abstand erhalten wird, ist am besten in der schematischen Seitenansicht der 4 zu sehen. Bei dieser Ausführungsform der Elektrodenanordnung 12 ist der Isolierkörper so geformt, dass das Ausmaß, in dem er und die Elektroden 36 und 38 den Blick des Chirurgen auf das behandelte Gewebe durch das Teleskop 10 behindern, so weit wie möglich vermindert wird. Die optischen Eigenschaften des bevorzugten Teleskops 10 sind derart, dass sein Sehwinkel auf eine Sichtachse zentriert ist, die um 25 bis 30° zur Achse des Teleskoprohrs liegt und nach unten auf die distale Spitzenanordnung und das umgebende Gewebe gerichtet ist.
Der Isolierkörper 34 ist derart geformt und montiert, dass er eine Trennebene zwischen den Elektroden 36 und 38 definiert, die im wesentlichen parallel zur Stützstruktur 12S und mit den distalen Kanten der Elektroden näher zusammen als mit deren proximalen Kanten liegt (siehe 1A und 2). Um eine Leiterpfadlänge von mindestens 1,5 mm zwischen Kantenpaaren (d.h. zwischen den distalen bzw. den proximalen Kanten) zu erreichen, hat der Isolierkörper 34 eine distale Rippe 34D, die deutlich über die distalen Kanten 36D und 38D der Elektroden 36 und 38 hervorragt. Demzufolge ist die Leiterpfadlänge zwischen diesen distalen Kanten beträchtlich größer als ihr geometrischer Abstand. Auf der proximalen Seite hat der Isolierkörper 34 eine proximale Trennrippe 34P, die breiter als die distale Rippe 34D ist und in relativ geringem Ausmaß über den Hauptzylinderumriss des Körpers hervorragt. Auf diese Weise wird die Größe über alles der distalen Spitzenanordnung im Gesichtsfeld des Teleskops 10 vermindert, wie an den gestrichelten Linien in 4 zu sehen, während die Fähigkeit zur Gewebeentfernung unter verschiedenen Angriffswinkeln wegen des halbkreisförmigen Querschnitts der aktiven Elektrode 36 erhalten bleibt. Gleichzeitig gewährt die kurze hervorstehende Rippe 34P auf der proximalen Seite den Vorteil, dass sie die aktive Elektrode 36 sichtbar macht, sodass der Chirurg sehen kann, wenn eine Dampftasche gebildet wird.
Um die Größe der distalen Spitzenanordnung trotz ihrer relativ großen Elektrodenflächen klein zu halten, ist der drahtförmige Leiterarm 12A nahe bei der Rückelektrode 38 angebracht. Eine zusätzliche Keramikhülse 40 um den distalen Endabschnitt des Arms 12A wirkt als Hochtemperaturisolator zwischen beiden.
Das Umfangsmaß von proximal nach distal und die Breite der aktiven Elektrode 36 sind etwa 1,8 mm bzw. 4 mm, was eine geometrische Fläche der Platte von etwa 7 mm² ergibt. Im allgemeinen Sinn wird eine Teilzylinder- oder Außenfläche von mehr als 5 mm² bevorzugt. Die nach Montage auf den Isolierkörper 34 tatsächlich freiliegende Oberfläche der aktiven Elektrode 36 ist wegen der Oberflächenvorsprünge und der Seitenrandflächen typischerweise im Bereich von 15 mm² aufwärts. Diese Zahl liegt bevorzugt im Bereich von 15 bis 35 mm², kann aber bis zu 50 oder 60 mm² betragen.
Man versteht, dass die Abtragungsgeschwindigkeit für das Gewebe um so größer ist, je größer die Fläche der aktiven Elektrode ist, vorausgesetzt, dass an der Elektrode genügend Leistung verteilt und über ihre ganze freiliegende Oberfläche eine Dampfschicht unterhalten werden kann.
Unter Berücksichtigung der obigen Bedingungen wird nun das elektrische Verhalten der Elektrodenanordnung 12 bei in die leitfähige Flüssigkeit eingetauchten Elektroden 36 und 38 mit Bezug auf den Graphen der 5 betrachtet. Dieser veranschaulicht die Hysterese, die zwischen Gewebetrocknungs- und Gewebeverdampfungsmodus der Anordnung 12 besteht, wenn sie an die Oberfläche des zu behandelnden Gewebes angrenzt. Die durch Verdampfung des Gewebes erreichte Entfernung des Gewebes tritt ein, wenn die aktive Elektrode 36 mit einer Dampfschicht bedeckt ist. Ohne eine solche Schicht wird das Gewebe lediglich getrocknet. Wenn die Elektrodenanordnung 12 in eine leitfähige Lösung ohne angelegte Hochfrequenzenergie eintaucht, gibt es eine Anfangsimpedanz "r" am Punkt "0", deren Größe durch die Geometrie der Elektrodenanordnung und die Leitfähigkeit der Flüssigkeit festgelegt wird. Je höher der Wert "r" ist, desto größer ist die Neigung der Elektrodenanordnung 12, in den Verdampfungsmodus einzutreten. Legt man an die Anordnung 12 Hochfrequenzenergie an, wird die Flüssigkeit erhitzt. Im Fall physiologischer Kochsalzlösung (0,9 % Gewicht/Volumen) ist der Temperaturkoeffizient der Flüssigkeit positiv, sodass der entsprechende Impedanzkoeffizient negativ ist. Daher fällt beim Anlegen der Energie die Impedanz anfangs und sie fällt weiter mit zunehmender Abführung der Energie bis zum Punkt "B" (siehe 5), bei dem die in engem Kontakt mit der Elektrodenanordnung 12 stehende Salzlösung den Siedepunkt erreicht. Auf der Oberfläche der aktiven Elektrode 36 bilden sich kleine Dampfblasen und die Impedanz beginnt anzusteigen. Wenn nach dem Punkt "B" die Energie weiter erhöht wird, dominiert der positi ve Leistungskoeffizient der Impedanz, sodass nun kleine Leistungssteigerungen große Impedanzsteigerungen hervorrufen.
Wenn sich aus den Dampfblasen eine Dampfschicht bildet, tritt an der verbleibenden Grenzfläche Elektrode/Salzlösung eine Zunahme der Leistungsdichte auf. Es gibt jedoch ein freiliegendes, nicht mit Blasen bedecktes Gebiet auf der aktiven Elektrode 36, und das beansprucht die Grenzfläche noch mehr und erzeugt mehr Dampfblasen und noch höhere Leistungsdichte. Dies ist ein Zustand des Durchgehens, wobei ein Gleichgewicht nur erreicht wird, wenn die Elektrode vollständig von Dampf umhüllt ist. Man kann die Durchgehenszustand vermeiden, wenn man die angelegte Spannung begrenzt, wodurch die Abführung der Leistung zu höheren Impedanzlasten vermieden wird. Für einen gegebenen Variablensatz gibt es eine Leistungsschwelle vor dem Erreichen dieses neuen Gleichgewichts (Punkt "C").
Der Übergang vom Punkt "C" zu einem Verdampfungsgleichgewichtszustand folgt der Leistungs-Impedanz-Kurve für die mit dem Instrument gekoppelte HF-Stufe des Generators. Die Natur dieser Kurve beeinflusst die Stabilität des Verdampfungsgleichgewichtszustands und wird unten näher beschrieben. Nach dem Erreichen des Verdampfungsgleichgewichtszustands steigt die Impedanz rasch bis auf um die 1000 Ohm an, wobei der genaue Wert von den Systemvariablen abhängt. Die Dampfschicht wird nun von Entladungen durch die Schicht zwischen der aktiven Elektrode 36 und der Grenzfläche Dampf/Salzlösung oder der Grenzfläche Dampf/Gewebe je nach der Nähe der Gewebeoberfläche unterhalten. Der Hauptanteil der Leistungsabfuhr erfolgt innerhalb der Dampfschicht mit der daraus folgenden Erwärmung der aktiven Elektrode 36. Die abgeführte Energiemenge und die Größe der Dampftasche hängen von der Ausgangsspannung ab. Wenn diese zu niedrig ist, wird die Tasche nicht aufrechterhalten, und wenn sie zu hoch ist, wird die Elektrodenanordnung 12 zerstört. Man bemerke, dass, wenn Leistung bei demselben Niveau wie bei Punkt "C" abgegeben würde, die sich ergebende Spannung eine Zerstö rung der Elektrode hervorrufen würde. Der normale Arbeitspunkt für eine zur Verdampfung verwendete Elektrode ist als Punkt "D" veranschaulicht. Dieser Punkt ist einzigartig durch die Kombination der Impedanz-Leistungs-Kurve für die Elektrodenanordnung in Verbindung mit der Grenze der Verdampfungsspannung, die als Kurve V_V in 5 auftritt, definiert.
Die gestrichelte Linie E deutet das Leistungsniveau an, über dem die Zerstörung der Elektrode erfolgt. Wenn die Leistung vermindert wird, fällt die Impedanz, bis bei Punkt "A" die Dampftasche kollabiert und die Elektrodenanordnung 12 in den Trocknungsmodus zurückkehrt. An diesem Punkt ist die Energieabfuhr innerhalb der Dampftasche unzureichend für deren Aufrechterhaltung, sodass der direkte Kontakt zwischen der aktiven Elektrode 36 und der Salzlösung wiederhergestellt wird und die Impedanz rasch abfällt. Die Leistungsdichte an der aktiven Elektrode 36 fällt gleichfalls, sodass die Temperatur der Salzlösung unter den Siedepunkt fällt. Die Elektrodenanordnung 12 ist dann im stabilen Trocknungsmodus unter der durch die Kurve V_D angezeigten Trocknungsspannungsgrenze.
Um die Elektrodenanordnung 12 im Verdampfungsmodus zu betreiben, wird Energie angelegt, um einen Arbeitspunkt auf der Kurve zwischen "D" und Punkt "A" aufrechtzuerhalten. Der obere Teil dieser Kurve hat sich als bestgeeignet zur Gewebeentfernung durch Verdampfen erwiesen. Wie oben festgestellt ist in diesem Bereich der Kurve die dem Generator dargebotene Lastimpedanz um die 1000 Ohm. Die Verdampfungsspannungsgrenze (Kurve V_V) wird im Bereich von 250 bis 600 V_peak mit 300 V_peak als typischem Wert eingestellt.
Ein für die Versorgung der Elektrodenanordnung 12 geeigneter Generator, der die oben dargelegten Bedingungen erfüllt, ist in Form eines Blockschaltbilds in 6 veranschaulicht.
Mit Bezug auf 6 umfasst der Generator einen Hochfre quenz(HF)-Leistungsoszillator 60 mit einem Paar Ausgangsanschlüssen 60C zum Kuppeln über Ausgangsklemmen 62 an die durch die durch die Elektrodenanordnung 12, wenn sie im Betrieb ist, dargestellte Lastimpedanz 64. Durch das Schaltnetzteil 66 wird Energie an den Oszillator 60 geliefert.
Bei der bevorzugten Ausführungsform arbeitet der HF-Oszillator bei etwa 400 kHz, wobei jede Frequenz im HF-Bereich von 300 kHz aufwärts geeignet ist. Das Schaltnetzteil 66 arbeitet typischerweise bei einer Frequenz im Bereich von 25 bis 50 kHz. Über die Ausgangsanschlüsse 60C ist ein Schwellwert-Spannungsdetektor 68 mit einem ersten, an das Schaltnetzteil 66 angeschlossenen Ausgang 68A und einem zweiten, an den Einschaltzeitsteuerkreis 70 angeschlossenen Ausgang 68B angeschlossen. Ein mit dem Bediener verbundener Mikroprozessorkontroller 72 steuert ein (nicht gezeigtes) Display und ist mit einem Steuereingang 66A des Netzteils 66 zur Anpassung der Generatorausgangsleistung über eine Veränderung der Versorgungsspannung und mit einem Eingang 68C zum Einstellen des Schwellenwerts des Schwellwertspannungsdetektors 68 zum Einstellen der HF-Ausgangsspitzenspannung verbunden.
Im Betrieb veranlasst der Mikroprozessorkontroller 72 das Anlegen von Energie an das Schaltnetzteil 66, wenn elektrochirurgische Leistung vom Chirurgen angefordert wird, der eine Auslöseschalteranordnung bedient, die an einem Handstück oder einem Fußschalter vorgesehen sein kann. Über den Eingang 68C wird ein konstanter oder alternierender Ausgangsspannungsschwellenwert entsprechend den Steuereinstellungen an der Vorderseite des Generators (siehe 1) eingestellt. Typischerweise wird zur Trocknung und Koagulation der Schwellenwert auf einen Trocknungsschwellenwert zwischen 150 und 200 V eingestellt. Wenn eine Verdampfungsausgangsleistung wie mit der oben beschriebenen Elektrodenanordnung 12 erforderlich ist, wird der Schwellenwert im Bereich von 250 oder 300 bis 600 V eingestellt. Diese Spannungswerte sind Spitzenspannungen. Dies bedeutet, dass für die Trocknung eine HF-Ausgangswellenform mit niedrigem Scheitelfaktor zu bevorzugen ist, damit sich maximale Leistung ergibt, bevor die Spannung bei den angegebenen Werten festgelegt wird. Typischerweise wird ein Scheitelfaktor von 1,5 oder weniger erreicht.
Wenn ein gemischter Ausgang erforderlich ist, wechselt der über den Eingang 68C eingestellte Spannungsschwellenwert ständig zwischen dem Wert für die Trocknung oder Koagulation und dem für Schneiden oder Verdampfen.
Wenn der Generator erstmals aktiviert wird, ist der Zustand des Steuereingangs 60I des HF-Oszillators 60 (der an den Einschaltzeitsteuerkreis 70 angeschlossen ist) "ein", sodass das Leistungsschaltgerät, welches das schwingende Element des Oszillators bildet, in jedem Schwingungszyklus über einen maximalen Leitungszeitraum eingeschaltet ist. Die zur Lastimpedanz 64 abgegebene Leistung hängt teilweise von der am HF-Oszillator 60 durch das Schaltnetzteil 66 anliegenden Versorgungsspannung und teilweise von der Lastimpedanz ab. Wenn die Versorgungsspannung hinreichend hoch ist, kann die Temperatur der die Elektroden 36 und 38 der Elektrodenanordnung 12 umgebenden Flüssigkeit so weit ansteigen, dass die Flüssigkeit verdampft, was zu einem raschen Anstieg der Lastimpedanz und demzufolge einem raschen Anstieg der an den Klemmen anliegenden Ausgangsspannung führt.
Wie oben mit Bezug auf 5 beschrieben, werden unterschiedliche Schwellenspannungswerte eingestellt, je nach dem, ob der Generator im Trocknungsmodus oder im Verdampfungsmodus verwendet wird. In beiden Fällen werden zum Einschaltzeitsteuerkreis 70 und zum Schaltnetzteil 66 Auslösesignale gesendet, wenn der entsprechende gewählte Schwellenspannungswert erreicht ist. Der Einschaltzeitsteuerkreis 70 hat die Wirkung, dass er scheinbar sofort die Einschaltzeit des HF-Oszillatorschaltgeräts vermindert. Gleichzeitig wird das Schaltnetzteil 66 abgeschaltet, sodass die an den Oszillator 60 gelieferte Spannung zu fallen beginnt.
Die darauffolgende Steuerung der Einschaltzeit in den einzelnen Zyklen des Oszillators 60 wird durch Betrachtung des inneren Aufbaus des Einschaltzeitsteuerkreises 70 verständlich, der in 7 gezeigt ist. Der Schaltkreis umfasst einen HF-Sägezahngenerator 74 (synchronisiert mit der HF-Oszillatorfrequenz durch ein vom Oszillator 60 abgeleitetes und am Synchronisationseingang 74I anliegendes Synchronisationssignal) und einen Rampengenerator 76, der durch einen Rückstellimpuls vom Ausgang 68B des Schwellenspannungsdetektors 68 (siehe 6), der erzeugt wird, wenn die eingestellte Schwellenspannung erreicht ist, zurückgestellt wird. Der Rückstellimpuls ist das oben erwähnte Auslösesignal. Der Einschaltzeitsteuerkreis 70 umfasst ferner einen Komparator 78 zum Vergleich der vom Sägezahn- bzw. Rampengenerator 74 bzw. 76 erzeugten Sägezahn- bzw. Rampenspannungen, um ein Rechtecksteuersignal zum Anlegen an den Eingang 60I des HF-Oszillators 60 zu erhalten. Wie in den Schwingungsformdiagrammen der 7 gezeigt, sind die Schwingungsformen der Sägezahn- und der Rampenspannung so geartet, dass das Tastverhältnis des am Oszillator 60 anliegenden Rechtecksignals nach jedem Rückstellimpuls progressiv ansteigt. Infolgedessen steigt die Einschaltzeit des HF-Oszillators 60 wieder progressiv bis auf den anfänglichen Maximalwert an, nachdem sie auf die Detektion des Erreichens der eingestellten Schwellenspannung hin scheinbar sofort vermindert wurde. Dieser Zyklus wiederholt sich bis die Versorgungsspannung für den Oszillator 60 vom Schaltnetzteil 66 (6) auf ein Niveau vermindert wurde, bei dem der Oszillator mit maximalem Leitungszeitraum arbeiten kann, ohne dass die Ausgangsspannung die eingestellte Schwellenspannung, wie sie vom Detektor 68 ermittelt wird, überschreitet.
Die Ausgangsspannung des Generators ist wichtig für den Betriebsmodus. Die Betriebsmodi sind nämlich ausschließlich durch die Ausgangsspannung, insbesondere die Ausgangsspitzenspannung, definiert. Die Absolutmessung der Ausgangsspannung ist nur zur Mehrfachdatensteuerung erforderlich.
Jedoch kann eine Einfachdatensteuerung (d.h. unter Verwendung einer Steuergröße) bei diesem Generator angewendet werden, um die Ausgangsspannung innerhalb der vorbestimmten Spannungsgrenzen einzugrenzen. Daher vergleicht der in 6 gezeigte Schwellenspannungsdetektor 68 die HF-Ausgangsspitzenspannung mit einem voreingestellten Gleichspannungsschwellenwert, und er hat eine hinreichend schnelle Ansprechzeit, um einen Rückstellimpuls für den Einschaltzeitsteuerkreis 70 innerhalb eines halben HF-Zyklus zu erzeugen.
Im oben mit Bezug auf die 6 und 7 beschriebenen Generator findet die Leistungsverminderung als Antwort auf die Schwellenspannungsdetektion auf zweierlei Weise statt:

a) eine sofortige Verminderung der an den Ausgangsschwingkreis des Oszillators 60 gelieferten HF-Energie und
b) ein Abschalten der Gleichspannung am Oszillator 60 über einen oder mehrerer vollständige Zyklen des Schaltnetzteils 66 (d.h. typischerweise über eine Minimaldauer von 20 bis 40 μs).

Bei der bevorzugten Ausführungsform beträgt die sofortige Leistungsverminderung mindestens drei Viertel der verfügbaren Leistung (oder mindestens die Hälfte der Spannung) der Gleichspannungsversorgung; die kontinuierliche Rückkopplung der Schwellenspannung ruft jedoch eine kontinuierliche Verminderung der von der Gleichstromversorgung abgegebenen Leistung hervor. Daher wird in der HF-Stufe ein schnelles Ansprechen erreicht, wobei die Versorgungsgleichspannung der Verminderung folgt, um die HF-Stufe zur Rückkehr zum vollen Tastverhältnis zu befähigen, wodurch eine weitere rasche Leistungsreduktion ermöglicht wird, wenn die Schwellenspannung erneut überschritten wird.
Das rasche Ansprechen bei Erreichen der Verdampfungsspitzenschwellenspannung V_V verhindert wirksam die Zerstörung der Elektrode beim Durchgehen entlang des Abschnitts "E" der in 5 gezeigten Impedanz-Leistungs-Kurve. Die wirksame Steuerung des Verdampfungsmodus wird auch durch die Tatsache unterstützt, dass der bevorzugte Generator eine auf etwa 160 Ohm eingestellte Ausgangsimpedanz hat. Die Wirkung dieser Wahl wird aus der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die 8 und 9 ersichtlich, die Graphen sind, welche die Änderung der Ausgangsleistung zeigen, die vom Generator in unterschiedliche Lastimpedanzen erzeugt werden kann.
Mit Bezug auf 8 ist die an die Last abgegebene Leistung hier als Funktion der Lastimpedanz für zwei verschiedene Einstellungen der Oszillatorversorgungsspannung gezeigt. In beiden Fällen sieht man, dass links vom Leistungs-Impedanz-Gipfel eine Zunahme der Lastimpedanz zu einem Ansteigen der Ausgangsleistung und daher auch der Ausgangsspannung führt. Bei höheren Impedanzen rechts von den Gipfeln steigt die Spannung weiter, obwohl weniger aggressiv, an, wenn die Impedanz zunimmt.
Ein Merkmal des bevorzugten Generators ist, dass die Ausgangsstufe als Leerlaufoszillator mit einer Ausgangsimpedanz (entsprechend den Gipfeln in 8) von etwa 160 Ohm arbeitet. Dies ist beträchtlich niedriger als die Ausgangsimpedanz von herkömmlichen Generatoren, wie sie für die Unterwasserelektrochirurgie verwendet werden, und trägt zu der Fähigkeit bei, ein Durchgehen unter Lichtbogenbildung und daraus folgende übermäßige Gewebezerstörung und Elektrodenabbrand zu vermeiden.
Man sollte verstehen, dass, wenn der Generator zur Trocknung verwendet wird, die Bildung von Dampfhüllen und Lichtbögen an der Elektrode vermieden werden sollte. Umgekehrt ist die Bildung von Dampfhüllen und Lichtbögen für Schneiden oder Verdampfen notwendig, jedoch nur zu einem Niveau, das zum Erreichen der erforderlichen Gewebewirkungen und zur Vermeidung des Elektrodenabbrands passt. Arbeitspunkte für Trocknung bzw. Schneiden oder Verdampfen bei niedriger und hoher Leistung sind in 8 gezeigt.
Um vom Trocknungsmodus zum Verdampfungsmodus überzugehen, ist ein starker Leistungsstoß erforderlich, daher rührt die Lage des Gipfels der Leistungs-Last-Kurve zwischen den Arbeitspunkten für die Trocknung und den Schneide- oder Verdampfungsbetrieb auf der Kurve. Indem man die Ausgangsleistung auf diese Weise mit der Impedanz ansteigen lässt, erreicht man einen starken Leistungsstoß mit hinreichender Energie für die Lichtbogenbildung trotz der von den Elektroden 36, 38 anfänglich dargestellten geringen Impedanz. Wenn die Versorgungsspannung des Oszillators 60 erhöht wird, hat die Elektrodenanordnung 12 eine größere Neigung, in den Schneidmodus zu fallen, während bei niedrigeren Versorgungsspannungswerten die bistabile Natur des Ausgangs stärker ausgeprägt zum Trocknungszustand neigt.
Die bistabilen Eigenschaften ergeben sich nicht nur aus dem Verhalten der Elektrodenimpedanz, sondern auch aus der Form der Leistungs-Lastimpedanz-Kurve. Je flacher die Lastkurve ist, desto konstanter ist die Ausgangsleistung über ein Band von Impedanzen und umso weniger ausgeprägt ist die Wirkung.
Mit Bezug auf 8 erkennt man, dass im Schneide- oder Gewebeverdampfungsmodus durch die mit zunehmender Impedanz abnehmende Ausgangsleistung ein Leistungsgleichgewichtspunkt erreicht wird.
Die Anmelder haben gefunden, dass das oben beschriebene inhärente Gleichgewicht für die Aufrechterhaltung eines stabilen Verdampfungszustands unzureichend sein kann. Aus diesem Grund wird die HF-Ausgangsspannung vom HF-Oszillator 60 (6) begrenzt, wobei die Begrenzung äußerst schnell erfolgt, typischerweise mit einer Ansprechzeit von 20 μs oder weniger. Eine übermäßige Hochfrequenzinterferenz wird durch lineare Verände rung der Einschaltzeit des Oszillatorschaltgeräts als Antwort auf ein Rückkopplungssignal vom Schwellenspannungsdetektor 68 vermieden. Diese Technik wird im Zusammenhang damit angewendet, dass der HF-Oszillator 60 einen vergleichsweise niedrigen Ausgangsgütefaktor hat, wenn er an die Last angepasst ist, wobei dieser Gütefaktor ausreicht, um Schaltrauschen zu unterdrücken, ohne dass das Ansprechen auf die Ausgangsschwellenspannungsdetektion ungeordnet gedämpft wird.
Beispielsweise ist die Wirkung der Schwellenspannungssteuerung für eine bestimmte Elektrodenkonfiguration in 9 gezeigt. Die fetten Linien 200 und 202 bezeichnen die modifizierte Leistungs-Lastimpedanz-Kennlinie. Für die durch die Linie 200 gezeigte Trocknung wird das Schaltnetzteil so eingestellt, dass es eine Spitzenleerlaufausgangsleistung (angepasst) zwischen 75 und 110 W erzeugt, wobei in diesem Fall die tatsächliche Leistung etwa 90 W ist. Für Schneiden und Verdampfen (gezeigt durch Linie 202) kann die kontinuierliche Spitzenleistung zwischen 120 und 175 W liegen. In diesem Fall ist sie 150 W. Beispielsweise werden die Spannungsschwellenwerte auf 180 V_peak für die Trocknung und 300 V_peak für das Schneiden eingestellt, wie durch die Hyperbeln konstanter Spannung 204 bzw. 206 veranschaulicht. Die Leistungs-Impedanz-Kurven folgen den entsprechenden Kurven konstanter Schwellenspannung rechts von ihrem Schnittpunkt mit den unveränderten Leerlauf kurven 208 und 210. Daher versteht man, dass die Trocknungsschwellenkurve die maximale Spannung darstellt, die im Trocknungsmodus erhalten werden kann, bevor es zur Lichtbogenbildung kommt, während die Schwellenkurve des Schneidens oder Verdampfens die Leistung beim Schneiden oder Gewebeverdampfen zum Erreichen des gewünschten Gewebeeffekts und im Extremfall zum Vermeiden des Elektrodenabbrands begrenzt. Die Trocknungsschwellenkurve stellt auch eine zur Lichtbogenbildung für das Schneiden oder Verdampfen unzureichende Spannung dar.
Ein wesentliches Merkmal der Generatorkennlinie für das elek trochirurgische Schneiden oder Gewebeverdampfen ist, dass bei der Spitzenleistung (angepasste Impedanz) die Lastimpedanz zwischen den Impedanzen liegt, die den Schwellenspannungen bei diesem Leistungsniveau entsprechen. Dagegen hat im Trocknungsmodus die Leistungs-Lastimpedanz-Kennlinie eine Leistungsspitze bei einer Impedanz, die bei diesem Leistungsniveau unter der Trocknungsschwellenkurve liegt.
In der Praxis wird die Ausgangsleistung im Trocknungsmodus höher als im Schneid- oder Gewebeverdampfungsmodus sein. Der Grund für die Feststellung (trotz des scheinbaren Widerspruchs zu den Lastkurven der 9) ist, dass die oben beschriebenen Gleichgewichtspunkte an verschiedenen Stellen der entsprechenden Kurven liegen. Um Gewebeverdampfung sicherzustellen, ist die hohe Spitzenleistung der oberen Kurve erforderlich, um die Schwellenkurve (entsprechend 300 V_peak) für Schneiden oder Verdampfen zu erreichen. Der Verdampfungsmodus folgt dann der Schwellenkurve für Schneiden oder Verdampfen. Der Arbeitspunkt ist durch die Lastimpedanz definiert, die erzeugt wird, wenn ein ausreichendes Maß von Lichtbogenbildung auftritt. Typischerweise ist die Lastimpedanz unter diesen Umständen größer als 1000 Ohm. Der Generator ist so konfiguriert, dass er einen Leistungsstoß über einen Anfangszeitraum zwischen 100 ms und 1 s bei einem Niveau typischerweise etwa 25 % über der eingestellten kontinuierlichen Verdampfungsausgangsleistung abgibt. Daher ist die Ausgangsleistung bei der vorliegenden Ausführungsform von der Betätigung des Fußschalters zur Auslösung des Anlegens von HF-Leistung an die Elektrodenanordnung 12 an für 400 ms auf etwa 200 W erhöht. Dies stellt die Verdampfung der leitfähigen Flüssigkeit über der aktiven Elektrode 36 weitgehend sicher, selbst wenn diese sauber ist und keine Funkenerosion stattgefunden hat. Nach dieser Stoßperiode kann die tatsächlich gezogene Leistung während der Gewebeverdampfung für diese bestimmte Elektrode zwischen 50 und 100 W liegen, obwohl die gesamte 150 W-Spitzenleistung verfügbar ist, um sicherzustellen, dass Dampftaschen zur Förderung der Lichtbogenbildung für die Verdampfung aufrechterhalten werden. Diese Situation ist mit Bezug auch auf 5 leichter zu verstehen. Die Aktivierung des anfänglich erhöhten Ausgangs wird durch die Einrichtung eines Stoßsignals, anzulegen an das Schaltnetzteil 66, durch den Kontroller 72 über die Leitung 66A für die genannte Startperiode bewirkt (siehe 6). Der Spannungsschwellenwert der Verdampfung nimmt ab, wenn die freiliegende Oberfläche durch Funkenerosion aufgeraut wurde.
Der Generator ist eingehender in der oben genannten europäischen Patentanmeldung 0754437 beschrieben.
Man erkannt aus der obigen Beschreibung der Elektrodenanordnung 12, dass sowohl aktive wie Rückelektrode 36 bzw. 38 potentiell eine Dampftasche bilden können. Bei herkömmlichen bipolaren Elektroden ist die Verdampfung der Flüssigkeit durch höhere Energiedichte an der aktiven als an der Rückelektrode weitgehend auf die aktive Elektrode begrenzt, indem die freiliegende Oberfläche der aktiven Elektrode wesentlich kleiner eingerichtet ist als die der Rückelektrode. Dagegen hat die oben mit Bezug auf die 1A bis 1C und 2 bis 4 beschriebene Elektrodenanordnung 12 ein Oberflächenverhältnis der aktiven zur Rückelektrode von über 1:1, typischer im Bereich von 1,25:1 bis 2:1 (aktiv:Rück). Hier ist die Oberfläche jene Fläche, die bei vollständigem Eintauchen vor Aktivieren des elektrochirurgischen Generators in Kontakt mit der leitfähigen Flüssigkeit ist. Die vorliegende Elektrodenanordnung 12 wurde so gestaltet, dass die Konfiguration der Rückelektrode das Einfangen von Dampftaschen und deren Bildung an der Oberfläche verhindert, während dieses Einfangen von den Merkmalen der aktiven Elektrode 36 geleistet wird, sodass, wenn sich erst einmal Dampfblasen zu bilden beginnen, diese in den Hohlräumen zwischen den Rippen 36B und in den durch die Oberflächenrauhigkeit bereitgestellten mikroskopischen Dellen eingefangen werden, wodurch die wirksame Kontaktfläche der aktiven Elektrode mit der leitfähigen Flüssigkeit vermindert wird. Dies fördert die rasche Bildung einer die aktive Elektrode 36 völlig bedeckenden Dampftasche. Die Platzierung der aktiven Elektrode 36 nahe bei der Gewebeoberfläche vermindert die Kühlwirkung der Konvektionsströmungen in der Flüssigkeit, ermöglicht der eingefangene Salzlösung, die elektrochirurgische Leistung aufzunehmen und so rasch den Siedepunkt der Flüssigkeit zu erreichen und aufrechtzuerhalten. Wenn das Sieden erst einmal begonnen hat, verlangsamen die Nuten zwischen den Rippen 36B die Wanderung der entweichenden Dampfblasen von der aktiven Elektrode weg und fördern so ihr Zusammentreten zu einer Dampftasche. Die Rückelektrode 38 ist direkt über der aktiven Spitze angebracht und so gelagert, dass sie Kontakt zum Gewebe vermeidet, weshalb sichergestellt ist, dass sie ständig von leitfähiger Flüssigkeit umgeben ist, die ihre Oberfläche kühlt, wodurch die Energie durch ein großes Flüssigkeitsvolumen abgeführt wird.
Wenn sich eine Dampftasche gebildet hat, fördern die Rippen 36B der aktiven Elektrode 36 die Lichtbogenfortpflanzung, weil sie natürliche Gebiete hoher Ionenkonzentration bilden. Die Rippen 36B sind abgerundet, um ein unbeabsichtigtes Zerreißen des behandelten Gewebes zu vermeiden. Die Rippen 36B sind senkrecht zur Bewegungsrichtung der Elektrode 36 über die Gewebeoberfläche ausgerichtet. Es wurde gefunden, dass diese Anordnung die beste axiale Retention des Dampfs verursacht, während die Seiten des verdampften Grabens in der Gewebeoberfläche die an den Seiten der Elektrodenanordnung 12 verlorene Menge begrenzen. Ein zweiter Vorteil des derartigen Zurückhaltens von Dampf ist, dass die Wanderung von Blasen von der Spitze hinweg vermindert wird, wodurch die Sicht des Chirurgen auf die Operationsstelle verbessert ist. Diese Orientierung der aktiven Elektrode 36 erzeugt auch die gleichmäßigste Gewebeentfernung über die Breite der Anordnung.
Um die gleichmäßige Gewebeentfernung beim Bewegen der aktiven Elektrode 36 über das Gewebe weiter zu erleichtern, ist sie bogenförmig geschwungen, womit die Anpassung an die Krümmung des zu entfernenden Gewebes beabsichtigt ist. Aus diesem Grund hat die aktive Spitze einen halbkreisförmigen Querschnitt, um eine maximale Oberfläche für die Gewebeentfernung in allen Stadien sowohl der Vorwärts- als auch der Rückwärtsbewegung bereitzustellen.
Die oben beschrieben Elektrodenanordnung 12 ist insbesondere gedacht für die Elektroverdampfung der Prostata (EVAP) und anderer Verfahrensvarianten, die allgemein als transurethrale Resektion der Prostata (TURP) bezeichnet werden, typischerweise durch stufenweise Abtragung der Prostata durch die Harnröhre hindurch, sei es für benigne oder maligne Erkrankungen; für die transurethrale Entfernung von Tumoren der Harnwege, wie sie als primäre oder sekundäre Neoplasmen auftreten können, und wie sie ferner überall im Harntrakt von den Nierenbecken bis zum äußeren Harnröhrenkanal auftreten können.
Aus dem Umfang der erfindungsgemäßen Anwendungen ist ersichtlich, dass es weitere zusätzliche Anwendungen der Verdampfung von Gewebe in der allgemeinen laparoskopischen, endoskopischen Magen-Darm-Chirurgie, der Hysteroskopie, der Thoraskopie und von neurochirurgischen Verfahren gibt, wobei die Erfindung besonders brauchbar bei der Entfernung von benigne oder maligne erkranktem Gewebe und Neoplasmen ist.
Die Operationsstelle wird gewöhnlich in einem kontinuierlichen Strom einer leitfähigen Flüssigkeit, wie physiologische Kochsalzlösung, gebadet, um anatomische Körperhöhlen oder -räume, wie den menschlichen Uterus oder chirurgisch erzeugte, zu füllen und zu dehnen. Außerdem kann eine lokal gespülte Umgebung um die Spitze der Elektrodenanordnung 12 herum in einem gasgefüllten Hohlraum erzeugt werden. Die Spülflüssigkeit kann von der Operationsstelle abgesaugt werden, um durch Anwendung der HF-Energie erzeugte Produkte zusammen mit Gewebe, Trümmer oder Blut zu entfernen.

Claims

Elektrodenanordnung zum elektrochirurgischen Entfernen von Gewebe, das in eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit eingetaucht ist, wobei die Anordnung eine langgestreckte Stützstruktur (12S) mit wenigstens einem Paar von beabstandeten Leiterarmen (12A, 12B) zum Tragen von elektrochirurgischen Hochfrequenzströmen umfasst, und die Leiterarme eine Ebene festlegen und einem elektrisch isolierenden Körper (34), der an einem distalen Ende der Arme befestigt ist, um eine Brücke zwischen den Armen zu bilden, wobei der isolierende Körper sich transversal in Bezug auf die Leiterarme erstreckt, einer sich transversal erstreckenden leitfähigen Gewebebearbeitungselektrode (36), welche an einer Seite des isolierenden Körpers angebracht ist und elektrisch mit einem einzelnen Arm des Paars von Leiterarmen verbunden ist, und einer sich transversal erstreckenden leitfähigen Rückelektrode (38), welche an der entgegen gesetzten Seite des isolierenden Körpers angebracht ist und elektrisch an dem anderen Arm des Paars von Leiterarmen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewebebearbeitungselektrode so an der einen Seite des isolierenden Körpers angebracht ist, dass sie in Bezug auf eine Trennebene zwischen der Gewebebearbeitungselektrode und der Rückelektrode nach unten gerichtet ist, wobei die Trennebene parallel zu der Ebene der Leiterarme liegt und die Rückelektrode so an der entgegen gesetzten Seite des isolierenden Körpers angebracht ist, dass sie in Bezug auf die Trennebene nach oben gerichtet ist.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis des freigelegten Oberflächenbereichs der Gewebebearbei tungselektrode (36) zu dem der Rückelektrode (38) größer als 1:1 ist.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 2, wobei das Verhältnis im Bereich von 1,25:1 bis 2:1 liegt.
Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Gewebebearbeitungselektrode (36) eine dünne metallische Platte ist an einer äußeren Oberfläche des isolierenden Körpers (34).
Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Gewebebearbeitungselektrode (36) eine Mehrzahl von Oberflächenvorsprüngen (36B) besitzt.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 5, wobei die Oberflächenvorsprünge sich transversal erstreckende Rippen (36B) umfassen.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Rückelektrode (38) eine im Wesentlichen glatte Oberfläche aufweist.
Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der isolierende Körper (34) aus einem keramischen Material gebildet ist.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 8, wobei wenigstens die Gewebebearbeitungselektrode (36) die allgemeine Form einer Platte aufweist und die Platte und der isolierende Körper (34) komplementär geformte Merkmale besitzen, welche ein ineinander verzahntes Befestigen der Platte an dem Körper bereitstellen.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, wobei die Kombination des isolierenden Körpers (34), der Gewebebearbeitungs elektrode (36) und der Rückelektrode (38) ein im Wesentlichen zylinderförmiges Element bildet mit einer Achse, welche sich transversal zu der Stützstruktur (12C) erstreckt und die Elektrode leitende, im Wesentlichen teilzylindrische Schalenelemente bilden, die entlang sich transversal erstreckenden, proximal und distal freigelegten Teilen des isolierenden Körpers voneinander getrennt sind.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 10, wobei die Form und Gestaltung der Elektroden (36, 38) und des isolierenden Körpers (34) derart sind, dass die minimale Leiterpfadlänge zwischen der Gewebebearbeitungselektrode und der Rückelektrode größer als oder gleich 1,5 mm ist, wenn diese in einer leitenden Flüssigkeit eingetaucht sind.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 11, wobei der transversal freigelegte Teil des isolierenden Körpers (34) als Rippen gebildet ist (34D, 34P), welche sich über die äußeren Oberflächen der getrennten Elektroden (36, 38) nach außen erstrecken, um eine minimale Leitungspfadlänge bereitzustellen, welche größer als der Abstand zwischen den Elektroden ist.
Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Gewebebearbeitungselektrode und die Rückelektrode jeweils nach unten bzw. nach oben gerichtet sind, wenn sich die Stützstruktur (12S) und die Elektroden (36, 38) im Wesentlichen horizontal erstrecken.
Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Kombination des isolierenden Körpers (34) und den Elektroden (36, 38) allein durch das Paar von Leitern (12A, 12B) gestützt ist.
Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Paar von Leiterarmen (12A, 12B) als zwei vonein ander beabstandete, isolierte, parallele Stützarme gebildet sind und die die Kombination des isolierenden Körpers (34) und der Elektroden (36, 38) eine Brücke zwischen den Armen an deren distalen Enden bilden.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 4, wobei die dünne Platte mit Ausnahme irgendeines Oberflächenvorsprungs eine Dicke im Bereich von 0,15 bis 0,5 mm aufweist.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 4 oder 16, wobei die Platte eine thermische Leitfähigkeit von kleiner als 2 WK cm^–1 besitzt.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 18, wobei die dünne Platte aus Edelstahl gebildet ist.