DE19826958A1

DE19826958A1 - Verfahren und Vorrichtung zum elektrochirurgischen Schneiden und Koagulieren

Info

Publication number: DE19826958A1
Application number: DE1998126958
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter Lies; Juergen Lademann; Victor V Luchinin
Original assignee: LIES HANS DIETER
Current assignee: LIES HANS DIETER
Priority date: 1998-06-17
Filing date: 1998-06-17
Publication date: 1999-12-23
Also published as: WO1999065406A1; AU4772799A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schneiden und Koagulieren von Gewebe in der Chirurgie. Hierbei wird die schneidende Wirkung eines Schneidwerkzeuges, beispielsweise einer Skalpellklinge, mit der koagulierenden Wirkung eines Heizelementes kombiniert. DOLLAR A Die Besonderheit des Verfahrens besteht in der automatischen Steuerung und Stabilisierung der Temperatur des Schneidewerkzeugs. Dadurch kann ein Koagulationseffekt erzielt werden, ohne das Gewebe in besonderer Weise thermisch zu schädigen. Durch das Verfahren wird sichergestellt, daß es beim Kontakt des Schneidwerkzeugs mit dem Gewebe nicht zu einem Temperaturabfall an der Oberfläche des Schneidwerkzeugs aufgrund eines Abkühlungseffektes kommt, wodurch die koagulierende Wirkung beeinträchtigt würde. DOLLAR A Da die Temperatur des Schneidwerkzeugs die Koagulationstemperatur während des Schneidevorgangs nicht oder nur geringfügig übersteigt, werden keine toxischen oder karzinogenen Schadstoffe gebildet, wie das beim Einsatz von chirurgischen Lasern und bekannten elektro-chirurgischen Geräten der Fall ist.

Description

Die Erfindung betrifft:

- ein Verfahren zum elektrochirurgischen Schneiden und Koagulieren von biologischem Ge webe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1,
- eine dafür geeignete Vorrichtung, bestehend aus einem elektrisch leitenden, selbst geregel ten chirurgischen Schneide- und/oder Koagulierwerkzeug, beispielsweise eines Skalpells, d. h. eines zum chirurgischen Schneiden und/oder Koagulieren gestalteten Messers, nach dem Oberbegriff des Anspruches 9 und 10 und
- dazu bei Bedarf noch eine externe Strom- bzw. Spannungsquelle, mit der in Abhängigkeit von der Temperatur des chirurgischen Schneidewerkzeuges seine Temperaturcharakteristik nach dem Oberbegriff des Anspruches 12 regelbar ist.

Die Erfindung ist sowohl anstelle der üblichen Elektrochirurgie als auch vorzugsweise in der Mikrochirurgie anwendbar.

Die bekannte, mit Hochfrequenz arbeitende Elektrochirurgie zum Schneiden und/oder zum Koagulieren von biologischem, vorzugsweise menschlichem, Gewebe, beruht darauf, daß zwischen der Schneidevorrichtung, das kann ein chirurgisches Messer, ein sogenanntes Skal pell, aber auch jede andere Schneideelektrode (wie z. B. eine Schlaufe, eine Nadel oder dgl.) sein, und der an geeigneter Stelle mit einer Neutralelektrode elektrisch leitend verbundenem Gewebe ein Lichtbogen erzeugt wird, der aufgrund seiner thermischen Wirkung das Gewebe auftrennt und je nach Wellenform des Stromes bzw. der Spannung die Schnittränder denatu riert, d. h. die angeschnittenen Gefäße koaguliert. Dadurch wird ein Bluten im Schneidebe reich weitgehend unterbunden, was für verschiedene Aufgabenstellungen in der Chirurgie von großer Wichtigkeit ist [Dissertation von Helmut Wurzer an der Universität der Bundes wehr München, Mai 1995]. Ein ähnlicher Effekt wird beim Einsatz von Lasern, besonders von Argon- und Nd : YAG-Lasern, in der Chirurgie erzielt.

Problematisch erweist sich dabei die Tatsache, daß der Schneideeffekt beim Einsatz von Elektrochirurgiegeräten und Lasern auf dem Verdampfen von Gewebe beruht, wobei Tempe raturen von einigen hundert Grad, im Falle des Einsatzes von Impulslasern sogar kurzzeitig von einigen tausend Grad erzeugt werden [H.-P. Berlien, G. Müller, Angewandte Lasermedi zin, Lehr- und Handbuch für Praxis und Klinik, Ecomed-Verlag Landsberg 1989]. Diese Temperaturen führen nicht nur zu einer Koagulation sondern auch zu einer Gewebeschädi gung, die den Heilungsprozeß verzögert. Weiterhin werden beim Verdampfen von Gewebe toxische und karzinogene Produkte erzeugt, die eine potentielle Gefährdung für das medizini sche Personal und den Patienten darstellen [J. Lademann, H.-J. Weigmann, H. Meffert, W. Sterry, Investigation of harmful volatile substances during laser tissue interaction in laser sur gery by laser spectroscopic methods, in: "Laser in Medicine", W. Waidelich, G.Staehler (Edits.), Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York, 641-644, 1995].

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird die Schneidewirkung im wesentlichen durch ein mit einer scharfen Schneide versehenes Werkzeug erzeugt, wie es bei einem chirurgischen Skalpell der Fall ist. Wird dieses Schneidewerkzeug, z. B. dieses Skalpellklinge, während des Schneidens nun aber gleichzeitig erhitzt, so wird es möglich, durch die thermische Denaturie rung des Gewebes die Schnittränder zu koagulieren und dadurch die aufgeschnittenen Gefäße zu verschließen. Gleichzeitig erfolgt bei Bedarf auch eine Unterstützung der mechanischen Schneidewirkung durch das Erhitzen des Schneidewerkzeuges.

Das Problem ist nun, daß das Schneidewerkzeug, z. B. das Skalpell, durch Wärmeleitung au genblicklich an den Stellen abkühlt, an dem es mit dem Gewebe in Berührung kommt, wo durch es seine Wirkung weitgehend einbüßt. Aus diesem Grunde wird in dem hier vorge schlagenem Verfahren dieser durch Gewebeberührung bedingter Wärmeableitung durch einen automatischen Regelmechanismus entgegengewirkt und dadurch die Temperatur im wesentli chen konstant gehalten.

Die Realisierung eines solchen automatischen Systems kann auf den folgenden zwei ver schiedenen Wegen erreicht werden:
Bei dem Konzept des "eingeprägten Stromes", was soviel wie das Erzwingen eines konstan ten, vom Verbraucher unabhängigen Stromes bedeutet, d. h. Verwendung einer Konstant stromquelle mit Innenwiderstand = 0, ist das Schneidewerkzeug, z. B. die Skalpellklinge, als Serienschaltung von Widerständen aufzufassen bzw. mit in Reihe geschalteten Widerständen zu belegen. Dabei müssen die Widerstände einen möglichst hohen negativen Temperatur koeffizienten (TK) aufweisen. Wird nun durch Berührung mit dem Gewebe einer dieser Wi derstände abgekühlt, so steigt sein Widerstandswert infolge seines negativen TK augenblick lich an, was bei der Serienschaltung der Widerstände und unter der Voraussetzung eines kon stanten Stromes zum Anstieg der in Wärme umgesetzten Leistung und damit augenblicklich zur Wiedererhöhung der Temperatur an der berührten Stelle führt. Aus diesem Grunde wird für den Widerstand die Verwendung eines leitenden Materials mit negativem Temperatur koeffizienten (TK), z. B. eines Halbleiters, vorgeschlagen, der in der Größenordnung von eini gen %/K liegen kann.

Bei dem Konzept der "eingeprägten Spannung", was soviel wie das Anlegen einer konstan ten, vom Verbraucher unabhängigen Spannung bedeutet, d. h. Verwendung einer Konstant spannungsquelle mit Innenwiderstand = 0, ist das Schneidewerkzeug, z. B. die Skalpellklin ge, als eine Parallelschaltung von Widerständen aufzufassen bzw. mit parallel geschalteten Widerständen zu belegen. Dabei müssen die Widerstände einen möglichst hohen positiven Temperaturkoeffizienten (TK) aufweisen. Wird nun durch Berührung mit dem Gewebe einer dieser Widerstände abgekühlt, so fällt sein Widerstandswert infolge seines positiven TK au genblicklich ab, was bei der Parallelschaltung der Widerstände und unter der Voraussetzung einer konstanten Spannung ebenfalls zum Anstieg der in Wärme umgesetzten Leistung und damit augenblicklich zur Wiedererhöhung der Temperatur an der berührten Stelle führt. In beiden Fällen müssen die Temperaturkoeffizienten (TK) möglichst hoch sein. Aus diesem Grunde wird für den Widerstand die Verwendung eines Materials mit positivem Temperatur koeffizienten (TK) vorgeschlagen, der ebenfalls in der Größenordnung von einigen %/K lie gen kann.

Sollte der Leistungsanstieg mit dem erzielbaren Wert für den TK den Wärmeverlust durch Berührung nicht ausreichend ausgleichen können, so kann durch eine zusätzliche aktive Re gelung der konstanten Strom- bzw. Spannungsquelle der erhöhte Bedarf an Wärmeleistung aufgebracht werden. Dafür soll der Widerstandswert der Heizwiderstände als Maß für die mittlere Temperatur des Schneidewerkzeugs herangezogen und die Strom- bzw. Spannungs quelle entsprechend nachgeregelt werden.

Im Falle der seriell angeordneten Widerstände mit negativem TK und der Heizung des Schneidewerkzeugs mit eingeprägtem Strom wäre einer Widerstandserhöhung durch Abküh lung mit einer Stromeinspeisung mit ansteigendem Strom zu begegnen. Diese Charakteristik kann beispielsweise mit einer Stromquelle mit negativem Innenwiderstand (oder -leitwert) er reicht werden. Damit würden aber auch die nicht betroffenen Widerstände der Serienschal tung stärker erwärmt, was nur durch ein gut wärmeleitendes Material für das Schneidewerk zeug weitgehend ausgemittelt werden kann.

Im Falle der parallel angeordneten Widerstände mit positivem TK und der Heizung des Schneidewerkzeugs mit eingeprägter Spannung wäre einer Widerstandserniedrigung durch Abkühlung mit einer Spannungsversorgung mit ansteigendem Spannung zu begegnen. Diese Charakteristik kann beispielsweise mit einer Spannungsquelle mit negativem Innenwider stand erreicht werden. Damit würden aber auch die nicht betroffenen Widerstände der Paral lelschaltung stärker erwärmt, was ebenfalls nur durch ein gut wärmeleitendes Material für das Schneidewerkzeug weitgehend ausgemittelt werden kann.

Claims

1. Verfahren zum elektrochirurgischen Schneiden und/oder Koagulieren von biologischem, vorzugsweise menschlichem, Gewebe, das darauf beruht, daß die mechanische Schneidewir kung einer Schneidevorrichtung, das hier Schneidewerkzeug genannt werden soll und das beispielsweise eine Skalpellklinge, d. h. ein scharf geschliffenes chirurgisches Messer sein kann, durch Erhitzen bei Bedarf unterstützt wird und/oder die geöffneten Gefäße, vorzugs weise Blutgefäße, durch die thermische Denaturierung koaguliert, die damit verschlossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidewerkzeugs, beispielsweise die Skalpellklinge, die mit dem Gewebe in Kon takt kommt, aus einem elektrischen Leiter besteht, bzw. mit einem elektrischen Leiter belegt ist, und mit Hilfe von elektrischer Leistung auf den medizinisch erforderlichen Temperaturbe reich erhitzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidewerkzeugs, beispielsweise die Skalpellklinge, durch einen negativen Tem peraturkoeffizienten seiner elektrische Leitfähigkeit bei Anlegen eines eingeprägten Stromes automatisch auf den medizinisch erforderlichen Temperaturbereich geregelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidewerkzeug, beispielsweise die Skalpellklinge, durch einen positiven Tempe raturkoeffizienten seiner elektrische Leitfähigkeit bei Anlegen einer eingeprägten Spannung automatisch auf den medizinisch erforderlichen Temperaturbereich geregelt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Leitfähigkeit des Schneidewerkzeugs mit einem negativen bzw. positivem Temperaturkoeffizienten durch Verwendung eines leitfähigen Material, vorzugsweise beste hend aus einem Halbleiter, bewirkt wird, aus dem das Schneidewerkzeug besteht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Leitfähigkeit des Schneidewerkzeugs mit einem negativen bzw. positivem Temperaturkoeffizienten durch eine leitfähige Schicht, vorzugsweise bestehend aus einem Halbleiter, bewirkt wird, die auf einem elektrisch nichtleitendem aber vorzugsweise scharf geschliffenem, z. B. aus einer Keramik bestehende, Skalpell aufgebracht und so kontaktiert ist, daß eine so gestaltete Skalpellklinge in der erforderlichen Weise erhitzt werden kann.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Leitfähigkeit des Schneidewerkzeugs, beispielsweise der Skalpellklinge, mit ihrem negativen bzw. positiven Temperaturkoeffizienten zur Bestimmung der mittleren Temperatur der Skalpellklinge herangezogen wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum bzw. unabhängig vom automatischen Regelmechanismus der elektrischen Leitfähigkeit des Schneidewerkzeugs, aufgrund ihres negativen bzw. ihres positiven TKs, nach Anspruch 2 bzw. 3 noch eine, durch die mittlere Temperatur des Schneidewerkzeugs be stimmte Nachregelung, vorzugsweise durch Erhöhung des Heizstromes bzw. der Heizspannung, erfolgt. Dabei ergibt sich die Information über die mittlere Temperatur aus dem elektrischen Widerstand des Schneidewerkzeugs.

8. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß beim Schneiden oder Koagulieren von Gewebe keine toxischen oder karzinogen Pyroly seprodukte entstehen.

9. Vorrichtung zum elektrochirurgischen Schneiden und/oder Koagulieren von biologi schem, vorzugsweise menschlichem, Gewebe, dadurch gekennzeichnet,

daß das Schneidewerkzeug, beispielsweise die Skalpellklinge, aus einem Material besteht, dessen Leitfähigkeit sich mit der Temperatur ändert und das so kontaktiert ist, so daß sich beim Beaufschlagen des Schneidewerkzeugs mit vorbestimmtem elektrischem Strom bzw. Spannung automatisch die gewünschte Temperatur der Skalpellklinge einstellt.

10. Vorrichtung zum elektrochirurgischen Schneiden und/oder Koagulieren von biologi schem, vorzugsweise menschlichem, Gewebe, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidewerkzeug, beispielsweise die Skalpellklinge, mit einer Schicht überzogen wird, dessen Leitfähigkeit sich mit der Temperatur ändert und das so kontaktiert ist, so daß sich beim Beaufschlagen des Schneidewerkzeugs mit vorbestimmtem elektrischem Strom bzw. Spannung automatisch die erforderliche Temperatur der Skalpellklinge einstellt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitfähige Schneidewerkzeug bzw. die elektrische leitfähige Schicht des Schneidewerkzeugs, beispielsweise die Skalpellklinge, durch einen Überzug mit einer Isolati onsschicht vorzugsweise mechanisch und elektrisch geschützt ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur elektrischen Versorgung des Schneidewerkzeugs, eine Strom- bzw. Spannungsquelle verwendet wird, die den Wert des durch das Schneidewerkzeug geführten Stromes, bzw. der an dem Schneidewerkzeug anliegenden Spannung automatisch so nach dem elektrischen Leit wert bzw. Widerstand regelt, daß die mittlere Temperatur des Schneidewerkzeugs konstant gehalten werden kann.