Электрохирургический генератор Советский патент 1988 года по МПК A61B18/10 

Фиг.1

Изобретение относится к медицине, а именно к высокочастотным электрохирургическим генераторам с регулируемой выходной мощностью, и предназначено для рассечения и коагуляции мягких тканей организма, а также для остановки кровотечений с помощью токов высокой частоты.

Целью изобретения является снижение травматизма пациента путем предотвращения излишне глубокой деструкции ткани при коагулядаи больших объемов ткани.

Входы источников 1 и 2 питания подключены к вторичным обмоткам силового трансформатора (не показан), подключенного первичной обмоткой к сети переменного тока 220 В 50 Гц.

Источники 1.И 2 предназначены для получения вьтрямленных и отфильт15о- ванных напряжений +60В, причем источник 1 отдает в нагрузку ток до 5 А, . а источник 2 - до 1 А.

Первый канал двухканального модулятора 3 вьтолнен на транзисторах 17 - 21 и резисторе 22 - регуляторе

Изобретение относится к электрохирургическим аппаратам и предназначено для рассечения и коагуляции мягких тканей организма. Цель изобретения - снижение травматизма путем предотвращения изли шне глубокой деструкции ткани при коагуляции больших объемов. Генератор содержит источники питания 1 и 2, двухканальный модулятор 3, суммирующий диод 4, усилитель мощности 5 ключевого типа на МОП - транзисторах, задакшщй генера- . тор 6, выходную цепь 7, активный 8 и пассивный 9 электроды. При проведении операции напряжение на выходе усилителя мощности оказывается про- модулированным по амапитуде импульсами с коэффициентом модуляцш в зависимости от задаваемой глубины коагуляции путем регулирования выходного напрй ения второго канала модулятора 3. Средняя мощность на выходе устройства задается путем регулирования выходного напряжения первого канала модулятора. 8 ил. lO

На фиг о 1 представлена фyнкциoнaль 5 выходного напряжения первого канала ная схема устройства; на фиг. 2 - модулятора. Транзистор 17 типа принципиальная схема источника пита- КТбЗОБ вместе с транзисторами 18-20 ния первого канала модулятора; на типа КТ827А образуют составной эмит- фиг, 3 - принципиальная схема источ- терньй повторитель повьштенной мощнос- ника питанкя второго канала модулято- 20 ти с регулируемым напряжением на paj на фиг о 4 - принципиальная схема модулятора; на фиг. 5 - принципиальная схема усилителя мощности высокой частоты; на фиг. 6 - задающий генератор высокой частоты; на фиг 7 - 25 благодаря чему падение напряжения на диаграмма напряжения питания оконеч- этих транзисторах выравнивается и ного каскада усилителя мощности высокой частоты; на фиг, 8 - диаграмма выходного высокочастотного напряжения усилителя мощности высокой часто-30 ставноро.эмиттерного повторителя, ты.Конденсатор 29 обеспечивает дополниУстройство состоит из источников 1 и 2 питания, выходы которых соединены с входами соответственно первого

эмиттере транзистора 20. Транзистор 21 типа КТ816Г с цепочкой резисторов 23 - 25 создают на базах транзисторов 18 и 19 автоматическое смещение.

первый канал модулятора может отдать в нагрузку ток до 5 А. Резисторы 26-28 обеспечивают нормальную работу сотельную фильтрацию выходного напряжения первого канала.Резистор 30 -. разрядный. Выходом первого канала

и второго каналов модулятора 3, Пер- , является эмиттер транзистора 20, вый и второй каналы модулятора 3 соесоединенный с анодом суммирующег диода 4.

динены по выходам последовательно, причем выход первого канала модулятора 3 подключен к аноду суммирующего диода 4, а выход второго канала мо дулятора 3 подключен к катоду суммирующего диода 4. Катод диода 4 соединен также с входом V усилителя 5 мощности Противофазные выходы падающего генератора 6 подключены к входам возбуждения усилителя 5 мощности, Высокочастотньй выход усилителя 5 мощности через выходную цепь 7 подключен к активному 8 и пассивному 9 электродам

40

45

соединенный с анодом суммирующего диода 4.

Второй канал модулятора 3 состоит из генератора модулирующих импульсов выполненного на микросхеме 31 типа К155ЛАЗ, усилителя мощности импульсов на транзисторе 32 типа КТ361Б, переключающего транзистора 33 типа КТ825Г, составнрго эмиттерного повто рителя на транзисторах 34 типа КТбЗОБ и 35 типа КТ827А и .резистора 36 - регулятора амплитуды выходного напряжения второго канала.

Резисторы 37 39 и конденсаторы 40 - 42 определяют временные параИсточник 1 питания (фиг.2) состоит метры модулирующих импульсов. Выход

из выпрямительного моста на диодахгенератора импульсов через токоогра10,- 13 типа КД206А и фильтрующегоничительньй резистор 43 соединен с

конденсатора 14.базой усилителя на транзисторе 32.

Нагрузкой усилителя служит первичная

Источник 2 питания (фиг.3) выполнен; обмотка трансформатора 44, вьшолнен- по аналогичной схеме и состоит из выпрямительного моста 15 типа КЦ405В и фильтрующего конденсатора 16,

ного на ферритовом сердечнике. Резистор 45 обеспечивает запирание транзистора 32 в паузах между модулируювыходного напряжения первого канала модулятора. Транзистор 17 типа КТбЗОБ вместе с транзисторами 18-20 типа КТ827А образуют составной эмит- терньй повторитель повьштенной мощнос- ти с регулируемым напряжением на благодаря чему падение напряжения на этих транзисторах выравнивается и ставноро.эмиттерного повторителя, Конденсатор 29 обеспечивает дополниэмиттере транзистора 20. Транзистор 21 типа КТ816Г с цепочкой резисторов 23 - 25 создают на базах транзисторов 18 и 19 автоматическое смещение.

выходного напряжения первого канала модулятора. Транзистор 17 типа КТбЗОБ вместе с транзисторами 18-20 типа КТ827А образуют составной эмит- терньй повторитель повьштенной мощнос- ти с регулируемым напряжением на благодаря чему падение напряжения на этих транзисторах выравнивается и ставноро.эмиттерного повторителя, Конденсатор 29 обеспечивает дополнипервый канал модулятора может отдать в нагрузку ток до 5 А. Резисторы 26-28 обеспечивают нормальную работу сотельную фильтрацию выходного напряжения первого канала.Резистор 30 -. разрядный. Выходом первого канала

является эмиттер транзистора 20,

соединенный с анодом суммирующего диода 4.

Второй канал модулятора 3 состоит из генератора модулирующих импульсов, выполненного на микросхеме 31 типа К155ЛАЗ, усилителя мощности импульсов на транзисторе 32 типа КТ361Б, переключающего транзистора 33 типа КТ825Г, составнрго эмиттерного повторителя на транзисторах 34 типа КТбЗОБ и 35 типа КТ827А и .резистора 36 - регулятора амплитуды выходного напряжения второго канала.

Резисторы 37 39 и конденсаторы 40 - 42 определяют временные параметры модулирующих импульсов. Выход

обмотка трансформатора 44, вьшолнен-

ного на ферритовом сердечнике. Резистор 45 обеспечивает запирание транзистора 32 в паузах между модулирующими импульсами. Вторичная обмотка трансформатора 44 через токоограничи тельный резистор 46 подключена к базовому переходу переключающего транзистора 33. Резисторы 47 - 49 обеспечивают нормальную работу составного эмиттерного повторителя на транзисторах 34 и 35. Конденсатор 50 обеспечивает дополнительную фильтра- цию напряжения на эмиттере транзистора 35. Резистор 51 - разрядный.

Второй канал включен по вь-чоду последовательно с первым путем сое динения эмиттера транзистора 20 с нижними по схеме концами резисторов 36 и 51. Таким образом, напряжение на выходе второго канала регулируется не от нуля, а от значения напряжения на з.миттере транзистора 20, т.е. от значения напряжения на выходе первого канала.

Сдвоенный выключатель 52 служит для подключения движков резисторов 36 и 22 к базам транзисторов 34 и 17 соответственно.

Модулятор 3 предназначен для полу- чения независимо регулируемых напряжений первого и второго каналов, которые после сложения на суммирующем диоде 4 образуют напряжение питания Vfjj оконечного каскада усилителя 5 мощности.

Усилитель 5 мощности (фиг.5) состоит из предварительного двухкаскад- ного усилителя на транзисторах 53 и 54 типа КГ 361В и 55 и 56 типа КГ 921 Б, включенных по схеме двухтактного усиления с нагрузкой в виде первичной обмотки трансформатора 57. Входы предварительного усилителя соединены с противофазными .вькодами задающего генератора 6. Резисторы 58 и 59 вместе с конденсаторами 60 и 61 образуют входную дифференцирукицую цепочку. Резисторы 62 - 64 задают рабочий режим первого каскада предварительного усилителя, а резисторы 65 67 - рабочий режим второго каскада предварительного усилителя. Резисторы 68 - 69 - режимные в цепях базы транзисто - ров 55 и 56. Конденсатор 70 - фильтрующий в цепи питания предварительного усилителя.

Вторичные обмотки трансформатора 57, выполненного на ферритовом сердеч нике, через режимные резисторы 71 г 74 подключены между затворами и истоками транзисторов 75 - 78 типаК11904А

д

5 0

5

0

5

0

5

0

оконечного усилителя мощности, выполненного по ключевой схеме. Резисторы 79 - 82 симметрируют входное сопротивление полевых транзисторов 75 - 78. Нагрузкой оконечного каскада является первичная обмотка трансформатора

83,вьтолненного на ферритовом сердечнике. Вторичная обмотка трансформатора 83 через выходную цепь 7 подключена к активному электроду 8 и пассивному электроду 9. К входу оконечного усилителя мощности подключен катод суммирующего диода 4.

Усилитель 5 мощности предназначен для получения высокочастотного напряжения IJgbijc промодулированного по амплитуде в соответствии с законом изменения напряжения питания оконечного каскада усилителя мощности U .

Задающий генератор 6 высокой частоты (фиг.6) состоит из кварцевого генератора частоты 1760 кГц, вьтолненного на микросхеме 84 типаК155ЛАЗ. Кварц 85 стабилизирует частоту колебаний 1760 кГц. Резисторы 86 88 и конденсатор 89 обеспечивают нормальную работу генератора на f-мкросхеме

К противофазным выходам делителя 90 подключены входы предварительного усилителя 5 мощности.

Задающий генератор 6 предназначен для получения двух противофазных напряжений частотой 440 кГц для возбуждения усилителя 5 мощности.

Выходная цепь 7 представляет собой, например, повьшающ гй выходной трансформатор и разделительные емкости, обеспечивающие согласование выхода усилителя 5 мощности с нагрузкой и электрическую развязку активного 8 и пассивного 9 электродов от цепей устройства.

Питание микросхем 31 модулятора 3, 84 и делителя 90 генератора 6 осуществляется от источника стабилизированного напряжения +5 В (не показан).

Питание предварительного усилителя 5 мощности осуществляется от источника нестабилизированного напряжения +20 В (не показан).

Перед началом работы с устройст вом движки резисторов 36 и 22 уста- новливают в нижнее по схеме положение

Пассивньй электрод 9 накладывают на тело пациента как можно ближе к зоне хирургического вмешательства, Поверхность пассивного электрода 9 должна плотно прилегать к коже пацие та.

При включении устройства в сеть на входы первого и второго каналов модулятора 3 поступают напряжения +60 В и начинают работать задающий генератор 6 и генератор мбдулирующих импульсов второго канала модулятора. 3, Противофазные сигналы возбуждения частотой 440 кГц с выхода задающего генератора 6 поступают на входы усил теля 5 мощности. Сигнал возбуждения усиливается двухтактным усилителем на транзисторах 53 - 56 и вьщеляется на вторичных обмотках трансформатора 57, Амплитуда напряжения возбуждения на затворах транзисторов 75 - 78 составляет 20 - 25 В, что достаточно для насыщения этих транзисторов и работы оконечного усилителя мощности Б ключевом режиме. Питание оконечно- го каскада усилителя мощности осуществляется модулированным нйпряжекням пиг С1нимаемым с катода суммирующего диода 4,

Для включения тока на выходе устройства нажимают сдвоенньш выключа- тель 52, При этом с регулятора выходного напряжения первого канала модулятора 3 - резистора 22 напряжение подается на базу транзистора 17 и с его эмитТерной нагрузки (резистор 28) на базу транзистора 20, Таким образом, на эмиттере транзистора 20, т,е, на выходе 1 ,- го канала, напря- )|:ения соответствует напряжению, снимаемому с движка регулятора резистора 22, .

Одновременно, с нажатием педали переключателя 52 напряжение с регуля тора 36 подается на базу транзистора 34 и с его эмиттерной нагрузки на базу транзистора 35, Таким образом, на эмиттере транзистора 35 напряжение будет соответствовать напряжению, снимаемому с движка регулятора резистора 36, С генератора модулирующих импульсов (с вьгоода 8 микросхемы 31) имщ льсы длительностью 10 мкс, периодом повторения 1000 МКС поступают на

д

j д 5 о

5

0

усилитель тока на транзисторе 32 и с вторичной обмотки трансформатора 44 на переключающий транзистор 33, На время действия модулирующего импульса транзистор 33 входит в насыщение и напряжение с эмиттера транзистора 35 оказывается приложенным между катодом и анодом суммирующего диода 4, Таким образом, диод 4 на время действия модулирующего импульса запирается и питание усилителя 5 мощности осуществляется только напряжением с эмиттера транзистора 35, т,ео с выхода второго канала, В паузе между модулируюшзи- 1Ф1 импульсами транзистор 33 закрыт, диод 4 открывается прямо приложенным напряжением с эмиттера транзистора 20 т,е, с выхода первого канала, и питание усилителя 5 мощности осуществляется только с выхода первого кана- . ла. При этом получают форму напряжения питания оконечного каскада усилителя 5 мощности в общем виде, представленную на фиг, 7, соответствует выходному напряжению второго канала модулятора 3 и регулируется резистором 36 в диапазоне от значения напряжения на выходе первого канала до значения напряжения на выходе первого канала плюс 60 В, и„ .., соответfV t Н

ствует выходному напряжению первого канала и регулируется резистором 22 в диапазоне от О до 60 В, Таким образом, напряжение U, оказывается про-, модулированным по амплитуде импульсами с коэффициентом модуляции в зависимости от взаимного положения движков резисторов 36 и 22,

Напряжение Uj,,. модулирует выходной высокочастотный ток устройства и на выходе форма имеет в общем случае вид, представленный на фиг,8,,

Амплитуда выходного тока в радиоимпульсах, определяющая глубину пробоя клеточных мембран ткани, а следовательно, и глубину коагуляции, задается резистором 36, регулирующим выходное напряжение второго канала модулятора 3, .

Амгшитуда выходного тока в паузах между радиоимпульсами, определяющая среднюю мощность на выходе устройства, задается резистором 22, регулирующим выходное напряжение первого канала модулятора 3, Поскольку скважность радиоимпульсов велика, то их мощность, при коэффициенте модуляции менее 90% составляет менее 3% от

импульсами с большой с

15

20

средней выходной мощности устройства, т„е, мощностью радиоимпульсов можно пренебречь. Таким образом, средняя выходная мощность устройства регулируется только резистором 22, а глубина коагуляции и деструкции ткани регулируется только резистором 36.

Предлагаемое устройство позволяет получить коэффициент модуляции выход- о ного тока в пределах О - 100%. Так, например, при регулировании выходного тока только резистором 22 (движок резистора 36 находится в нижнем по схеме положении), выходная средняя мощность устройства изменяется от О до максимального значения, при этом коэффициент модуляции равен нулю. Такой режим соответствует режиму резания, применяемому при электрохирургических воздействиях.

При регулировке выходного тока только резистором 36 (движок резистора 22 находится в нижнем по схеме

положении) коэффициент модуляции вы- 25 регулируется амплитуда ходного тока равен 100%, . форма тока аналогична форме выходного тока известного устройства, что соответствует режиму коагуляции. Изменяя положение движков резисторов 36 и 22, можно изменять коэффициент модуляции выходного тока в пределах О - 100%, осуществляя тем самым плавный переход от режима резания к резанию с гемо- стазом и к коагуляции, что бывает необходимо при проведении точно дози- рованных электрохнрургических воздействий.

Таким образом, предлагаемое уст ройство позволяет независимо регулировать коэффициент модуляции выходного тока и среднюю выходную мощность при сохранении всех преимуществ известного устройства (высокий коэффициент полезного воздействия, хороший

30

40

тепловой режим), что обусловлено при- мо в ряде случаев

причем, поскольку оба тора имеют независимую и каждьш из них питает го источника йитания, мо регулировать максим мальный уровни напряже усилителя мощности и т нять коэффициент модзш высокоч астотного тока

Коэффициент модуляц высокочастотного тока отнощение между амплит тотного тока в радиоим тудой высокочастотного между радиоимпульсами. скважности радиоимпуль циенте модуляции больш радиоимпульсов не оказ ного влияния на средш ной мощности, поэто гу импульсов можно пренеб

С помощью одного ка

сокочастотного тока ус зах между радиоимпульс ние с выхода второго к ра, складываясь на сумм с выходным напряжением ла, определяет амплитуд тока устройства в ради чем второй канал модз ля ется к cVммиpyющe гy ди время модулирующего им

Это в свою очередь о возможность как изменен уровня выходной мощност в большом диапазоне при ной амплитуде тока в pa так и изменения в ббльш амплитуды тока в радиои фиксированном уровне ср ной мощности устройства

при п

менением в усилителе мощности ключевого генератора на МОП - транзисторах и задающего генератора с фиксированной амплитудой напряжения возбуждения.

Благодаря введению модулятора в цепь питания усилителя мощности и выполнению его двухканальным с индивидуальными источниками питания каналов появляется возможность получить на выходе модулятора напряжение, промодулированное по амплитуде периодически следукацими прямоугольными

импульсами с большой скважностью.

5

20

о

5 регулируется амплитуда

0

0

причем, поскольку оба канала модулятора имеют независимую регулировку и каждьш из них питается от отдельного источника йитания, можно независимо регулировать максимальный и минимальный уровни напряжения питания усилителя мощности и тем самьм изменять коэффициент модзшяцик выходного высокоч астотного тока устройства.

Коэффициент модуляции выходного высокочастотного тока определяет со- отнощение между амплитудой высокочастотного тока в радиоимпульсе и амплитудой высокочастотного тока в паузах между радиоимпульсами. При большой скважности радиоимпульсов и коэффициенте модуляции больше 10% мощность радиоимпульсов не оказывает значительного влияния на средш й лфовень выходной мощности, поэто гу мощностью радиоимпульсов можно пренебречь

С помощью одного канала модулятора

выходного высокочастотного тока устройства в паузах между радиоимпульсаъя а напряже- ние с выхода второго канала 1 юдулято- ра, складываясь на суммт-гпующем диоде с выходным напряжением первого канала, определяет амплитуду выходного тока устройства в радиоимпульсе причем второй канал модз лятора подключа™ ется к cVммиpyющe гy диоду только на время модулирующего импульса„

Это в свою очередь обуславливает возможность как изменения среднего уровня выходной мощности устройства в большом диапазоне при фиксированной амплитуде тока в paдиoи myльcax, так и изменения в ббльшом диапазоне амплитуды тока в радиоимпульсах при фиксированном уровне средней выходной мощности устройства 5 что необходипри практическом

использовании устройства, Б частности, при использовании устройства для осуществ,пения высокочастотной электрокоагуляции тканей раздельная регу

лировка указанных параметров обуславливает возможность регулироваш1я в широком диапазоне ре химов электрохирургического воздействия при резании или коагуляции, обуславливая тем

самым безопасность процесса коагуляции в различных практических ситуациях за счет раздельного регулирования глубины коагуляции и уровня средней мощности, обеспечивающего обработку необходимого объема ткани.

При проведении коагуляции энергия радиоимпульсов обеспечивает лишь электрический пробой клеточных мембран ткани на глубину, определяемую амплитудой радиоимпульсов, и гомогенизацию структуры ткани, а основной нагрев ткани с целью ее коагуляции осзгществляется высокочастотным током в паузе между радиоимпульсами о

Формула изобретения

Электрохирургический генератор, содержащий задающий генератор высокой частоты, усилитель мощности высо кой частоты ключевого типа на МОП - транзисторах, выходную цепь, модулятор, источник напряжения питания око10

и

Фиг, 2

нечного каскада усилителя мощности и электроды, соединенные с выходом усилителя мощности высокой частоты через выходную цепь, отличающийся тем, что, с целью снижения травматизма путем предотвращения излишне глубокой деструкции ткани при коагуляции больших объемов, он снабжен вторым источником напряжения а модулятор выполнен двухканальным с независимой регулировкой выходного напряжения каждого канала и включен в цепь питания усилителя мощности, причём входы каналов модулятора подключены каждый к своему источнику напряжения, а выходы через суммирующий диод - к усилителю мощности, входы возбуждения которого соединены с вы- хйдами задающего генератора.

ш

/V

608

IS

Фиг.3

Sltm fторой ММЛ

У

пот ь

Д

мин -

WOO ПК с

Время

Фиг

Время