Brevet FR2700857A1 — publié le 19940729

Détecteur de courant pour dispositifs médicaux comprenant des câbles connecteurs La présente invention concerne des systèmes et des instruments médicaux dans lesquels du courant électrique est envoyé à l'extrémité de charge d'un câble électrique ou autre conducteur électrique, y compris mais sans y être limitée, les trocarts électrochirurgicaux et dispositifs d'ablation à fréquence radio (f r), et plus particulièrement des dispositifs détecteurs de courant pour déterminer la quantité de courant ainsi fournie. La présente invention concerne des perfectionnements apportés notamment aux objets des demandes de brevet français FR N 93 02517 du 4 Mars 1993, pour "Système de trocart électrochirurgical à électrode bipolaire" et FR N 93 02518 du 4 Mars 1993, pour 'Système de trocart électrochirurgical". Il existe un grand nombre de cas o il est nécessaire de déterminer la quantité de courant envoyée à l'extrémité distale d'un conducteur électrique tel qu'un câble Par exemple, les demandes de brevet, identifiées ci-dessus, dont les contenus sont incorporés ici par voie de références, décrivent un ensemble à trocart électrochirurgical dans lequel un trocart comprend un élément de coupe électrochirurgical relié par un cable à une générateur éJpcfrochirurgical et dans lequel, selon un mode de réalisation prfér,é, il est souiaitable de couper le générateur électrochirurgical quand la pointe du trocart traverse la paroi de la cavité corporelle en cause (par exemple le péritoine) Comme décrit dans ces demandes, ce résultat peut être obtenu en détectant le courant qui est fourni par le générateur électrochirurgical du fait que ce courant qui est fourni se modifie quand la pénétration est terminée Un autre exemple o ceci est souhaitable concerne les procédures d'ablation à f r. (fréquence radio) o il y a un besoin de contrôler étroitement l'envoi du courant électrochirurgical L'invention est décrite ci-dessous en particulier en ce qui concerne les dispositifs à trocart électrochirurgicaux bien qu'on comprenne que l'invention soit applicable à toute situation dans laquelle il est nécessaire de connaître la quantité de courant alternatif qui est envoyé à une charge à l'extrémité d'un conducteur électrique tel qu'un câble. Considérant plus en détail le problème à résoudre, quand le courant qui est envoyé est de haute fréquence et de tension élevée comme c'est le cas du courant de sortie produit par un générateur électrochirurgical, une mesure du courant total produit par le générateur n'indique pas avec précision le courant effectif envoyé à l'extrémité distale du câble de connexion électrique L'écart ou l'erreur est dû à la capacitance distribuée dans le parcours de retour de courant du générateur Le courant passe dans le câble sur toute sa longueur et la quantité de courant qui s'y écoule est déterminée par la tension, la fréquence, la capacitance distribuée vers la masse (ou le retour), et la longueur du câble Ainsi, quand on se réfère à la figure l o un générateur électrochirurgical est indiqué en G, une impédance de charge (par exemple l'impédance du tissu subissant l'opération par une électrode électrochirurgicale ou un élément de coupe) est indiquée en ZL et une impédance de dérivation représentant la capacitance distribuée allant à la masse, c'est-à-dire la capacitance "de fuite" est indiquée en Zca La tension du générateur est V et le courant total It peut donc être représenté par l'équation It = V/Zca + V/ZL Bien que le courant envoyé à la charge puisse être dérivé en mesurant V et It, puis en soustrayant l'effet de la capacitance, dans de nombreux cas et en particulier en électrochirurgie, la capacitance est inconnue et varie en fait avec la position du câble d'une manière non prévisible, ce qui rend imprécise une simple mesure du courant à l'extrémité du câble située du côté générateur. Selon l'invention, un dispositif détecteur de courant est prévu qui permet une mesure précise du courant qui est effectivement envoyé à partir d'une source à un instrument médical constituant la charge dans des conditions telles que celles décrites ci-dessus, dans lesquelles une mesure directe du courant sur le côté source est imprécise en raison de l'effet de la capacitance distribuée du câble connecteur ou autre connexion entre la source et la charge. Selon un mode de réalisation préféré, un dispositif détecteur de courant est prévu pour détecter le courant alternatif fourni par une source à une charge formée par un instrument médical relié à l'extrémité distale d'un conducteur électrique primaire pour fournir le courant à la charge formée par l'instrument médical à partir de la source, dans lequel la capacitance distribuée entre le conducteur primaire et un parcours de retour vers la source empêche la mesure du courant à l'extrémité source du conducteur primaire d'être une mesure précise du courant envoyé à la charge formée par l'instrument médical, le dispositif détecteur de courant comprenant un conducteur électrique de référence qui est situé à côté du conducteur électrique primaire le long de sa longueur, de manière que le conducteur de référence soit exposé à la même tension et à la même capacitance de fuite que le conducteur primaire, mais qui se termine à peu de distance de la charge formée par l'instrument médical auquel il n'est pas relié, et des moyens de soustraction pour soustraire le courant qui passe par ledit conducteur de référence du courant de charge total qui s'écoule vers l'instrument médical de manière à éliminer l'effet de la capacitance distribuée et de produire ainsi une mesure de courant qui corresponde au courant fourni à la charge constituée par l'instrument médical. Selon un mode de mise en oeuvre préféré de ce mode de réalisation, les moyens de soustraction comprennent un agencement de soustraction magnétique Avantageusement, l'agencement de soustraction magnétique comprend un transformateur de courant, le conducteur primaire s'étendant dans le transformateur de courant selon une première orientation et le conducteur de référence s'étendant dans le transformateur de courant selon une orientation opposée de manière que la sortie du transformateur de courant soit en relation avec la différence entre les courants passant par les conducteurs primaire et de référence. De préférence, le dispositif détecteur de courant comprend également des moyens détecteurs pour détecter si le conducteur de référence est intact Dans le mode de mise en oeuvre qui vient d'être décrit, les moyens détecteurs comprennent de préférence un autre transformateur de courant pour détecter le courant passant par le conducteur de référence. Dans un second mode de mise en oeuvre du premier mode de réalisation, les moyens de soustraction comprennent une première impédance reliée en série au conducteur primaire, et une seconde impédance reliée en série au conducteur de référence et des moyens de détection de tension différentielle pour détecter la différence de tension entre lesdites première et seconde impédances. Avantageusement, les moyens de détection de tension différentielle comprennent un premier amplificateur opérationnel dont les entrées sont reliées à la première impédance, un second amplificateur opérationnel dont les entrées sont reliées à la seconde impédance, et un troisième amplificateur opérationnel dont les entrées sont reliées aux sorties des premier et second amplificateurs opérationnels Dans ce mode de mise en oeuvre, des moyens détecteurs pour détecter si le conducteur secondaire est intact, comprennent de préférence une connexion de sortie sur la sortie du second amplificateur opérationnel, c'est-à-dire celui qui est relié à la seconde impédance. Dans un mode de réalisation préféré, le conducteur primaire et le conducteur de référence sont enroulés l'un sur l'autre ou accouplés de toute autre manière sur leur longueur. Selon un autre mode de réalisation, le dispositif détecteur de courant comprend des moyens détecteurs de courant situé à l'extrémité distale du conducteur primaire pour permettre la détection du courant envoyé à la charge formée par l'instrument médical. Selon un autre mode de réalisation encore, le dispositif détecteur de courant comprend un moyen de commutation, relié en série au conducteur primaire et situé à l'extrémité du conducteur primaire qui est du côté de la charge pour, quand il est ouvert, permettre d'effectuer une mesure de la tension résultante quand la source est activée, cette mesure servant de niveau de courant de référence qui doit être soustrait du courant mesuré quand le moyen de commutation est fermé et une connexion est ainsi établie entre la source et la charge formée par l'instrument médical. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention sont indiqués dans, ou ressortiront de la description détaillée qui suit de modes de réalisation préférés de l'invention. La figure l est, comme décrit ci-dessus, un diagramme schématique de circuit montrant l'effet de la capacitance distribuée sur la mesure du courant appliqué à une charge à partir d'un générateur; la figure 2 est un schéma par blocs très schématisé d'un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 3 est un diagramme schématique de circuit, similaire à celui de la figure 1, du premier mode de réalisation de l'invention; la figure 4 est un diagramme schématique d'un circuit similaire à celui de la figure 2, mais comprenant un agencement de soustraction magnétique; la figure 5 est un diagramme schématique de circuit similaire à la figure 5, mais comprenant un détecteur d'intégrité du conducteur de référence; la figure 6 est un diagramme schématique de circuit similaire à celui de la figure 1 selon un autre mode de mise en oeuvre du premier mode de réalisation de l'invention; la figure 7 est schéma par blocs très schématisé d'un autre mode de réalisation encore de l'invention; et la figure 8 est un diagramme schématique de circuit similaire à la figure 1 d'un autre mode de réalisation de l'invention. En se référant à la figure 2, celle-ci est un schéma par blocs d'un mode de réalisation préféré du dispositif détecteur de courant ou du système de l'invention, quand il est incorporé dans un ensemble à trocart électrochirurgical L'ensemble à trocart comprend une unité ou un générateur électrochirurgical (UEC) 10 relié à un trocart électrochirurgical 12, tel que celui qui est décrit dans les demandes identifiées plus haut, par un fil ou un conducteur de liaison 14 d'un câble de connexion 16 L'UEC 10 comprend un circuit de fermeture ou de coupure 18 qui peut correspondre par exemple à celui décrit dans les demandes identifiées plus haut et qui permet la fermeture de l'UEC 10, c'est-à-dire la suspension ou la coupure de la puissance envoyée au trocart 12 par l UEC 10, lors de la pénétration de la pointe du trocart dans la paroi de la cavité en question (par exemple la paroi abdominale) Dans ce mode de réalisation, une unité de détection de courant 20 est située dans l'UEC 10, bien qu'une unité de commande ou une boîte de commande séparée puisse être prévue. Comme mentionné plus haut, un problème important des systèmes dans lesquels la détection du courant a lieu dans l'UEC (ou dans une boite de commande à distance) est que pour les fréquences en cause, le câble de connexion 16 présente une impédance de 'fuite' importante et variable qui rend la détection du point de coupure difficile Selon le mode de réalisation de la figure 2 et comme cela est également représenté schématiquement à la figure 3 et aux figures 4 à 6, un fil ou un conducteur de référence 22 est également prévu dans le câble 16, en parallèle, c'est-à-dire à côté et étroitement accouplé au fil 14 transportant le courant f r vers le trocart 12 mais n'est pas relié à l'élément de coupe 12 a du trocart 12 Le résultat est que le détecteur de courant 20 peut être amené à détecter la différence entre les conditions de charge que l'on constate dans le fil ou conducteur "actif" (primaire) 14 et le fil ou conducteur de référence 22. Comme noté ci-dessus, cet agencement du fil de référence 22 est également montré schématiquement à la figure 3 qui est un diagramme schématique de circuit similaire à celui de la figure 1 et dans lequel on utilise les mêmes notations Comme illustré, le second conducteur électrique ou de référence 22 est placé à côté du conducteur primaire "actif" 14 de manière que le courant qui est couplé à partir du fil de référence 22 vers le retour de courant du générateur 10, en un autre endroit qu'à l'extrémité du fil de référence 22, est équivalent au courant couplé à partir du conducteur primaire 14 vers le retour de courant du générateur 10 La technique préférée pour obtenir ce résultat consiste à relier les deux conducteurs 14 et 22 à la source de courant du générateur et de torsader les conducteurs 14 et 22. Comme expliqué plus haut, seul le conducteur électrique primaire 14 est en fait relié à une charge (ZL) à l'extrémité distale, le conducteur secondaire se terminant juste avant la charge Le conducteur secondaire ou de référence 22 présente une impédance vers la masse (Zcb) due à la capacitance de fuite, c'est-à-dire la capacitance de couplage distribuée Plus le conducteur secondaire 22 est proche de l'extrémité du conducteur 14, plus la perte de courant par le couplage capacitif sera en relation directe Comme les deux pertes de courant sont rendues égales, le courant total envoyé à la pointe peut être déterminé, comme indiqué plus haut, en soustrayant le courant de fuite dans le fil secondaire 22 du courant total dans le fil primaire 14, c'est-à-dire IL = Il Icb Comme on peut mesurer avec précision Il et Icb sur le côté générateur du câble 16, si l'on est assuré que Icb = Ica, on peut alors obtenir IL en soustrayant Icb de Il. On peut utiliser divers procédés pour effectuer la soustraction indiquée ci-dessus, et dans le mode de réalisation de la figure 2, et comme illustré par le diagramme schématique de circuit de la figure 4, ce résultat peut être obtenu par une soustraction magnétique en utilisant un transformateur de courant 24 En particulier, le conducteur primaire 14 est passé dans le transformateur 24 selon une orientation donnée alors que le conducteur secondaire ou de référence 22 est passé dans le même transformateur 24 selon une orientation opposée, comme montré à la figure 4 La sortie du transformateur de courant 24 est alors la différence entre le courant passant dans le conducteur primaire 14 et dans le conducteur secondaire 22, c'est-à- dire le courant appliqué à la charge ZL (élément de coupe 12 a) C'est ce courant qui est détecté par le détecteur de courant 20 et utilisé pour commander le circuit de coupure 18. Il est à noter que si le conducteur secondaire 16 est rompu, les lectures de courant deviennent imprécises Pour cette raison, l'invention concerne également des techniques pour déterminer si le conducteur secondaire 22 est intact En particulier, le contrôleur qui détecte le courant et commande le générateur électrochirurgical 10 (représenté schématiquement par les unités 18 et 20 à la figure 2) est prévu pour produire un signal d'alarme et pour couper le générateur électrochirurgical 10 si un niveau minimal de courant dans le conducteur secondaire ou de référence 22 n'est pas détecté quand l'activation de VUEC 10 est commencée Dans le mode de réalisation à soustraction magnétique des figures 2 et 4, ce résultat est obtenu, comme montré à la figure 5, en ajoutant un autre transformateur de courant 26 dans lequel seul passe le conducteur secondaire 22. Un autre procédé pour effectuer la soustraction de courant désirée est représenté à la figure 6 qui est similaire aux figures 3 et 4 mais dans laquelle le transformateur 24 est remplacé par des impédances 28 et 30 reliées aux conducteurs respectifs 14 et 22 Des amplificateurs différentiels de tension 32 et 34 sont reliés aux impédances respectives 28 et 30 et les sorties des deux amplificateurs sont reliées à un autre amplificateur différentiel 36 Ainsi, la sortie de ce dernier est une tension VO proportionnelle au courant de charge La surveillance pour savoir si le conducteur 22 est intact peut également être effectuée avec le mode de réalisation de la figure 6 en ajoutant par exemple une connexion de sortie 34 a sur la sortie de l'amplificateur différentiel de tension 34 de manière à mesurer seulement la tension passant par l'impédance 30 placée dans le conducteur secondaire 22. Une autre approche du problème de base mentionné ci-dessus est illustrée en référence à la figure 7 Dans ce mode de réalisation et comme montré schématiquement à la figure 7, un détecteur de courant 40 est placé à l'extrémité distale du conducteur primaire ou "actifs 14 (il n'y a pas de conducteur de référence) Si la sortie du détecteur n'est pas affectée par la capacitance allant à la masse, c'est-à- dire quand la sortie est un signal numérique, de la lumière (passant par un câble à fibre optique), un signal f r transmis ou une tension continue correspondant au courant, le courant de charge peut être détecté avec précision On peut utiliser l'un quelconque d'un certain nombre de types différents de détecteurs de courant, y compris un détecteur thermique et une thermistance (ou thermocouple) pour convertir le signal en une tension utilisable, un transformateur de courant à redressage et filtrage pour convertir le courant en une tension continue, et analogues. En se référant à la figure 8, celle-ci montre un autre mode de réalisation de l'invention La figure 8 est similaire à la figure 1 et là encore les mêmes notations ont été utilisées La figure 8 diffère de la figure 1 par le fait qu'il est prévu, pour résoudre le problème mentionné ci-dessus, une unité de commutation ou un interrupteur 42 à l'extrémité charge du câble, c'est-à-dire à l'extrémité comprenant l'impédance de charge ZL Pendant le fonctionnement, l'interrupteur 42 est laissé ouvert, le courant de charge devenant un zéro connu, et le générateur G (correspondant à l'UEC 10 de la figure 2) est amené à produire une tension Le courant résultant peut être mesuré et utilisé en tant que niveau de référence, en supposant que le mouvement du câble de connexion (par exemple un câble correspondant au câble 16) soit minimal, de manière que la capacitance distribuée soit constante. Ce niveau de courant de référence est soustrait du courant total produit quand l'interrupteur 42 est activé (fermé) et que du courant est ainsi envoyé à la charge (et à la capacitance distribuée) Le résultat de la mesure quand l'interrupteur est ouvert peut être également utilisée pour calculer la capacitance distribuée et la valeur calculée résultante peut être alors utilisée pour déterminer le courant envoyé à la charge. Bien que la présente invention ait été décrite en ce qui concerne des modes de réalisation spécifiques et exemplaires, l'homme de l'art comprendra que des variantes et modifications peuvent être apportées à ces modes de réalisation exemplaires sans s'écarter du champ d'application et de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif détecteur de courant pour détecter le courant alternatif fourni par une source (G) à une charge ( 12, 12 a) formée par un instrument médical relié à l'extrémité distale d'un conducteur électrique primaire ( 14) pour fournir le courant à la charge formée par l'instrument médical à partir de la source, dans lequel la capacitance distribuée entre le conducteur primaire ( 14) et un parcours de retour vers la source empêche la mesure du courant à l'extrémité source du conducteur primaire d'être une mesure précise du courant envoyé à la charge formée par l'instrument médical, caractérisé en ce qu'il comprend un conducteur électrique de référence ( 22) qui est situé à côté du conducteur électrique primaire le long de sa longueur mais qui se termine à peu de distance de la charge formée par l'instrument médical auquel il n'est pas relié, et des moyens de soustraction ( 24, 26, 28-34) pour soustraire le courant qui passe par ledit conducteur de référence du courant de charge total qui s'écoule vers l'instrument médical de manière à éliminer l'effet de la capacitance distribuée et de produire ainsi une mesure de courant qui corresponde au courant fourni à la charge constituée par l'instrument médical. 2 Dispositif détecteur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de soustraction comprennent un agencement de soustraction magnétique ( 24, 26). 3 Dispositif détecteur de courant selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit agencement de soustraction magnétique comprend un transformateur de courant ( 24), ledit conducteur primaire ( 14) s'étendant dans ledit transformateur de courant selon une première orientation et ledit conducteur de référence ( 22) s'étendant dans ledit transformateur de courant selon une orientation opposée de manière que la sortie du transformateur de courant soit en relation avec la différence entre les courants passant par les conducteurs primaire et de référence. 4 Dispositif détecteur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de détection ( 26, 28-36) pour détecter si ledit conducteur de référence est intact. il Dispositif détecteur de courant selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de détection comprennent un autre transformateur de courant ( 26) pour détecter le courant passant par ledit conducteur de référence. 6 Dispositif détecteur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de soustraction comprennent une première impédance ( 28) reliée en série audit conducteur primaire ( 14), une seconde impédance ( 30) reliée en série audit conducteur de référence ( 22) et des moyens de détection de tension différentielle ( 36) pour détecter la différence de tension entre lesdites première et seconde impédances. 7 Dispositif détecteur de courant selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de détection de tension différentielle comprennent un premier amplificateur opérationnel ( 32) dont les entrées sont reliées à la première impédance ( 28), un second amplificateur opérationnel ( 34) dont les entrées sont reliées à la seconde impédance ( 30), et un troisième amplificateur opérationnel ( 36) dont les entrées sont reliées aux sorties des premier et second amplificateurs opérationnels ( 32, 34). 8 Dispositif détecteur de courant selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de détection pour détecter si le conducteur secondaire est intact. 9 Dispositif détecteur de courant selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de détection comprennent une connexion de sortie ( 34 a} sur la sortie du second amplificateur opérationnel ( 34) relié à ladite seconde impédance ( 30). Dispositif détecteur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de détection pour détecter si ledit second détecteur est intact. 11 Dispositif détecteur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit conducteur primaire et ledit conducteur de référence sont enroulés l'un sur l'autre sur leur longueur. 12 Dispositif détecteur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite source ( 10) comprend un générateur électrochirurgical ( 18), ledit instrument médical ( 12) comprend une électrode électrochirurgicale ( 12 a), et ledit conducteur primaire ( 14), ledit conducteur de référence ( 22) et ledit parcours de retour sont inclus dans un câble de connexion ( 16) relié entre ledit générateur et ledit instrument médical. 13 Dispositif détecteur de courant pour détecter le courant alternatif envoyé par une source (G) à une charge ( 12, 12 a) constituée par un instrument médical relié à l'extrémité distale d'un conducteur électrique primaire pour fournir le courant à la charge constituée par l'instrument médical à partir de la source, dans lequel la capacitance distribuée entre le conducteur primaire et un parcours de retour vers la source empêche une mesure du courant à l'extrémité du conducteur primaire située du côté de la source d'être une mesure précise du courant envoyé à l'instrument médical, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens détecteurs de courant ( 40) disposés à l'extrémité distale du conducteur primaire pour permettre la détection du courant envoyé à la charge formée par l'instrument médical. 14 Dispositif détecteur de courant pour détecter le courant alternatif envoyé par une source (G) à une charge ( 12, 12 a) formée par un instrument médical relié à l'extrémité distale d'un conducteur électrique primaire pour envoyer le courant à la charge formée par l'instrument médical à partir de la source, dans lequel la capacitance distribuée entre le conducteur primaire et un conducteur de retour vers la source (G) empêche une mesure du courant à l'extrémité du conducteur primaire située du côté de la source d'être une mesure précise du courant envoyé à la charge formée par l'instrument médical, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de commutation ( 42) relié en série audit conducteur primaire et situé à l'extrémité du conducteur primaire qui est du côté de la charge pour, quand il est ouvert, permettre d'effectuer une mesure de Ta tension résultante quand la source est activée, qui sert de niveau de courant de référence qui doit être soustrait du courant mesuré quand le moyen de commutation est fermé.