Brevet FR2536924A1 — publié le 19840601

DISPOSITIF D'ELECTRO-CHIRURGIE COMPORTANT UN GENERATEUR DE CRENEAUX RECTANGULAIRES A FRONTS TRES RAIDES. L'invention se rapporte à l'électro-chirurgie et, plus par- ticulièrement, à la forme d'onde des signaux utilisés pour la coupe des tissus. Les bistouris électriques actuels utilisent, pour la coupe, des courants à haute fréquence de l'ordre de plusieurs cen- taines de K Hz à quelques M Hz (entre 250 K Hz et 2 M Hz par exemple) Il s'agit généralement d'une onde entretenue pure pour la coupe et, pour la coagulation ou en mode mixte, éventuellement d'une onde modulée, à un taux allant de 80 à % par exemple, par des signaux ayant une fréquence de l'ordre de la dizaine ou de quelques dizaines de K Hz. La forme d'onde des signaux de modulation est choisie de manière empirique et variable d'un appareil à l'autre, pou- vant aller du signal carré ou rectangulaire à la sinusoïde, au signal triangulaire, ou autres Les signaux, même lors- qu'ils sont rectangulaires, n'ont pas de flancs raides, les circuits électriques mis en oeuvre ne transmettant pas des fréquences suffisamment élevées à cet effet. -2- Les puissances engendrées en régime d'onde entretenue pure sont réglables entre O et 200 watts pour la classe d'appa- reils dits à faible puissance, de O à 300 watts pour les appareils dits à moyenne puissance et de O à 400 watts pour les appareils de grande puissance. Avec des puissances aussi importantes, le fonctionnement en coupe produit très souvent une zone de tissu nécrosé dans la région d'attaque de l'électrode et 'une zone interne sous- jacente plus ou moins brûlée * à cause de cet inconvénient, important en pratique, les bistouris électriques sont prin- cipalement utilisés en coagulation. La présente invention se propose de remédier à cet inconvé- nient et de réaliser des coupes franches du genre de celles qui sont obtenues en micro-chirurgie à l'aide d'un faisceau laser. Elle a pour objet un procédé d'électro-chirurgie caractérisé par l'utilisation de créneaux rectangulaires ayant des temps de montée inférieurs à quelques dizaines de nanosecondes. L'invention a encore pour objet un dispositif générateur de tels créneaux rectangulaires à flancs très raides. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, le réglage de la puissance fournie par ledit générateur est obtenu par modulation de largeur d'impulsions au moyen d'un dispositif de comptage d'impulsions d'horloge à fréquence égale à plusieurs dizaines de M Hz, programmable par une in- formation numérique. Dans une forme d'exécution particulièrement avantageuse, l'information numérique de programmation est fournie, à par- tir d'un microprocesseur, par un dispositif de stockage et de recyclage périodique, lequel est avantageusement cons- titué par des registres "FIFO". D'autres particularités, ainsi que les avantages de l'inven- tion, apparaîtront clairement à là lumière de la description ci-après. -3- La figure unique du dessin annexé représente un dispo- sitif générateur de signaux rectangulaires à flancs très raides, modulés en largeur, conforme à un mode d'exécution préféré de l'invention. Ce dispositif comprend essentiellement: un microproces- seur, non figuré, qui fournit des mots d'information à un circuit périodique de stockage et de recyclage composé d'or- ganes 10 à 14; un modulateur composé d'organes 20 à 22; un oscillateur à quartz 3; un diviseur de fréquence composé d'organes 40 et 41, un amplificateur de puissance comprenant deux transistors à effet de champ 50-51, précédé d'un cir- cuit d'attaque comprenant trois transistors à effet de champ -61-62 et un transformateur de sortie 7, aux bornes secon- daires 70-71 duquel sont reliés les organes d'utilisation. L'oscillateur 3 fournit, sous la forme de signaux rectangu- laires d'amplitude 5 volts par exemple, une fréquence d'hor- loge C par exemple égale à 56 M Hz, que les diviseurs 40-41 divisent par 64 pour' obtenir une fréquence de 875 K Hz. Celle-ci est appliquée aux deux étages de compteurs program- mables 20-21 et à la bascule de sortie 22 du modulateur. A chaque période de la fréquence fondamentale A (de 875 K Hz dans l'exemple considéré), l'ensemble compteur 20-21 com- mence à compter les impulsions d'horloge (à 56 M Hz) au début de la période et il envoie une impulsion à la bascule de sortie 22 lorsqu'il a atteint sa capacité maximum, laquelle est programmée, entre O et une valeur B, égale à 32 dans l'exemple décrit, par les D bits de sortie de l'organe 11 (dans l'exemple considéré o B = 32, D = 5) Il en résulte que le modulateur fournit, à sa sortie, un signal carré dont la largeur peut varier d'une période à la suivante, entre O et 570 ns, par pas de 1/B = 1/32, en'fonction du mot composé des 5 bits susvisés. Ce mot est fourni par deux registres FIFO 10 et 11 ayant un contenu de 16 mots de cinq bits chacun, agencés pour fond- tionner suivant l'un des trois modes suivants -4- un mode de chargement, o les mots de commande nécessaires (en nombre au maximum égal à 32) pour déterminer une sé- quence complète de modulation, qui sont fournis par; le micro-processeur en fonction du programme mis en service, sont introduits dans l'ensemble 10-11, un mode bouclé, au cours duquel ces mots circulent conti- nuellement dans les deux registres, à la fréquence A, pour produire des séquences complètes successives; enfin, un mode "transparent V, o tout se passe comme si le mot 31 était en permanence appliqué au modulateur, de sorte que celui-ci fournit des signaux carrés non modulés à la fréquence fondamentale - Le mode de fonctionnement est déterminé par le circuit d'in- terface, lui-même composé de registres FIFO 12 à 14 et qui reçoit un mot de commande provenant du micro-processeurs. La réalisation matérielle de cet ensemble de mise en mémoire et de reproduction séquentielle de l'information de commande de modulation en largeur fournie par le micro-processeur ne sera pas décrite plus'en détail. L'homme du métier pourra imaginer diverses variantes de cet ensemble, sa réalisation avec des registres FIFO étant toutefois particulièrement simple. On notera que l'utilisation de FIFO, ou d'organes équiva- lents, permet de réaliser des séquences de modulation aussi -variées et complexes qu'on le désire, comprenant un nombre quelconque de périodes de la fréquence fondamentale A et, éventuellement, une variation de la largeur des créneaux d'un créneau à-chaque créneau suivant. Comme, dans la pratique, le micro-processeur utilisé utili- sera des composants du type CMOS, -qui présentent, entre autres, l'avantage d'être peu sensibles au bruit engendré par l'amplificateur de puissance, les mots ne pourront être- modifiés qu'à un rythme de 200 K Hz au maximum, c'est-à-dire que la vitesse de modulation serait relativement faible en l'absence d'un dispositif de stockage et de recyclage de l'information Il faut souligner par-ailleurs que l'utili- sation d'un tel dispositif simplifie considérablement la programmation et permet de rendre le micro-processeur -5- disponible, pendant la modulation, pour l'exécution d'autres tâches, telles que la sécurité ou le contrôle de la puissance. Les signaux carrés non modulés seront généralement utilisés pour la coupe Pour le mode mixte, on utilisera par exemple une séquence comprenant 8 créneaux de largeur 570 ns, suivis de 8 créneaux de largeur nulle ou inférieure à 570 ns et, pour la coagulation, une séquence composée de '16 créneaux de largeur 570 ns, suivis de 16 créneaux de largeur nulle ou inférieure à 570 ns Ces exemples de séquences de modulation ne sont nullement limitatifs, le dispositif décrit permet- tant d'obtenir à volonté des séquences de modulation quel- conques. Les transistors 60-61-62 et 50-51 sont avantageusement du type VMOS-: ils travaillent en interrupteurs et non en classe A, ce qui leur permet de conserver sensiblement la raideur des flancs des signaux modulés En pratique, si les signaux à 875 K Hz fournis par la bascule 22 ont par exemple des fronts de montée de l'ordre de 10 ns, les signaux ampli- fiés auront des fronts de l'ordre de 20-ns: l'expérience a montré que de tels signaux sont particulièrement satisfai- sants pour l'électro-chirurgie. Le circuit d'attaque 60-61-62 est d'un type connu en soi Le montage en série d'une résistance 620, d'une inductance 621 et d'une diode 622 assure la commande rapide de la grille du transistor 62 par la dérivée du signal appliqué à la grille du transistor 60 Le transistor 62 assure la décharge de la capacité de grille du transistor VMOS de puissance 50. Dans l'amplificateur de puissance, le transistor 51 remplit une fonction d'isolement et facilite-la commande de grille du transistor 50. Le montage composé de la diode 72, en série avec le circuit composé de la capacité 73 et de la résistance 74 en paral- lèle, montage connecté aux bornes du primaire du transfor- mateur de sortie, remplit, de manière connue en soi, une fonction de protection par récupération, pendant les temps -6- de blocage des transistors, de l'énergie réactive accumulée au primaire pendant les temps de conduction. Il va de soi que diverses modifications pourront être appor- tées aux circuits décrits et représentés, sans s'écarter de l'esprit de l'invention. -7- Revendications de brevet 1 Dispositif d'électro-chirurgie comportant un organe générateur de créneaux rectangulaires et, caractérisé en ce que ledit organe générateur est agencé pour engendrer des créneaux ayant des temps de montée inférieurs à quelques dizaines de nanosecondes. 2 Dispositif selon la revendication 1-, caractérisé en ce qu'il comporte un oscillateur d'horloge ( 3) à fréquence égale à plusieurs dizaines de M Hz, un divi- seur de fréquence ( 40-41) engendrant des signaux carrés à une fréquence fondamentale sous-multiple de la fréquence d'horloge, de l'ordre de plusieurs centaines de K Hz, des moyens ( 20-21-22) de compter, à partir du début de chaque période de ladite fréquence fondamentale, un nombre variable de périodes d'horloge programmé par une information numéri- que et des moyens ( 22) d'engendrer des créneaux rectangu- laires dont la largeur est déterminée, à chaque période de la fréquence fondamentale, par la durée dudit comptage. 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite information numérique est four- nie, à partir d'un micro-processeur, par un dispositif ( 10- 14) de stockage et de recyclage périodique d'une séquence de mots binaires 4 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit dispositif de stockage et de recyclage est composé de registres FIFO ( 10-14) et agencé et commandé pour effectuer, soit le chargement de ladite sé- quence, soit la circulation en boucle des mots de ladite sé- quence dans le dispositif, soit la génération permanente du mot qui correspond à la largeur maximale des créneaux. -8- Dispositif selon l'une des revendications 2-à 4, caractérisé en ce que la fréquence d'horloge est égale à 56 M Hz et la fréquence fondamentale est égale à 875 K Hz. 6 Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens d'am- plification de puissance desdits créneaux rectangulaires,- comportant des transistors à effet de champ ( 50-51).