Brevet FR2759573A1 — publié le 19980821

La présente invention concerne un dispositif pour supprimer les courants de fuite d'appareils médicaux électri- ques. Etat de la technique Les appareils de chirurgie à haute fréquence com- portent une électrode neutre que l'on met en contact avec le patient ainsi qu'une électrode dite active utilisée à l'emplacement de l'intervention. Le courant à haute fréquence utilisé pour la chirurgie passe d'un générateur par l'électrode active dans le corps du patient et revient au gé- nérateur par l'intermédiaire de l'électrode neutre. L'ensemble du dispositif est réalisé dans les appareils de chirurgie HF, modernes dans la mesure du possible sans être relié à la terre. Néanmoins, dans un tel dispositif, il y a un cer- tain courant de fuite à la fois du côté de l'électrode active que du côté de l'électrode neutre vers la terre. Cela pro- vient des capacités qui existent nécessairement vis-à-vis de la terre. Du côté de l'électrode active, on a des capacités par exemple dites capacités à la terre du transformateur de sortie et des parties du circuit surveillant et commandant le circuit de sortie ainsi que des lignes externes du côté de l'électrode active; ces capacités sont de l'ordre de gran- deur de 100 pF et plus. Le câble de branchement à la pièce à main de l'électrode active présente également une capacité vis-à-vis de la terre qui est de l'ordre de grandeur de quel- ques 10 pF. Du côté de l'électrode neutre, on a une capacité vers la terre du transformateur de sortie et les parties de circuit pour la surveillance ainsi qu'à travers des lignes internes du côté de l'électrode neutre, qui atteignent des niveaux de quelques 10 pF. Il y a en outre la capacité par rapport à la terre pour le câble de branchement de l'électrode neutre qui correspond à quelques 10 pF ainsi que de l'électrode neutre et du patient relié à l'électrode neu- tre, qui représentent jusqu'à quelques nF. La tension de sortie UHF du générateur génère par les capacités, du côté de l'électrode active, un courant à la terre qui revient à la source de tension par les capacités du côté de l'électrode neutre. On arrive ainsi également du côté de l'électrode neutre, à des courants de fuite qui créent une difficulté car l'électrode neutre liée directement au patient qui se trouve lui-même à un potentiel voisin de celui de la terre ce qui peut engendrer des courants parasites dont on ne connaît pas exactement le passage. Bien que les patients soient, en général, isolés de la terre du fait de sa capaci- té, chaque patient est proche du potentiel de la terre pour un courant à haute fréquence. La situation isolée diminue uniquement le risque de développement de points d'étranglement de courant au niveau des points de contact avec la terre et auxquels on peut avoir des échauffements considérables.15 Les courants de fuite existant du fait de la ca- pacité du patient par rapport à la terre, peuvent engendrer des effets gênants et doivent être évités autant que faire se peut. Dans ce but, le document DE27 40 751 décrit un circuit de sécurité générant un signal d'alarme lorsque ce courant de fuite dépasse un seuil. Le seuil lui-même est com- mandé par un circuit pour compenser les variations de la li- gne de sortie du générateur. Ce dispositif ne permet toutefois que la coupure ou l'interruption de l'intervention électrochirurgicale dès que le seuil est dépassé et que les courants de fuite deviennent trop grands. Il est en outre connu selon le document DE- 94 90 451, un dispositif et un procédé pour mesurer l'intensité des courants de fuite et la commande de la puis- sance fournie par le générateur à haute fréquence. Ce dispo- sitif assure ainsi une limitation active du courant, mais la limitation du courant peut néanmoins réduire la puissance de sortie du générateur à un niveau tel que cela gène l'intervention électrochirurgicale. Anciennement il existait des appareils appelés de type B, dont l'électrode neutre était directement mise à la terre. Il n'y avait dans ce cas pas de courant de fuite entre l'électrode neutre et la terre car ces courants étaient déjà court-circuités vers la terre au niveau de l'appareil. Mais ce type de montage crée un risque sur le plan de la sécurité. En cas de défaillance d'un autre appareil raccordé au pa- tient, par exemple d'un moniteur d'électrocardiogramme, dans le cas le plus défavorable, du fait d'un défaut d'isolation, la tension du réseau pourrait être appliquée au patient. Cette tension rapportée à la terre traverserait alors direc- tement le patient par l'électrode neutre jusqu'à la terre avec un courant d'une intensité mortelle. C'est pourquoi, ce type de circuit n'est plus autorisé et on a cherché à inté- grer dans la ligne de terre de l'électrode neutre, un conden- sateur formant une résistance négligeable pour le courant HF, mais limitant le courant de défaut à la fréquence du réseau à une valeur inoffensive égale au maximum à 100 gA. De tels ap- pareils sont appelés appareils de type BF (à une électrode flottante). Pour les interventions au niveau du thorax, de tels courants basse fréquence sont néanmoins toujours trop élevés de sorte que l'on a créé des appareils dont l'électrode neutre n'a plus de liaison directe avec la terre. De tels appareils sont appelés appareils de type CF (Cardial Floating) et font actuellement partie de l'état de la techni- que dans le domaine opératoire. Toutefois, on rencontre la difficulté que l'électrode neutre peut prendre un potentiel HF par rapport à la terre engendrant à son tour des courants de fuite NF. De plus, on peut avoir des courants de fuite gê- nants non seulement à l'utilisation des appareils électrochi- rurgicaux décrits ci-dessus, mais de manière générale dans le cas de tous les appareils électromédicaux. Avantages de l'invention La présente invention a pour but de développer un procédé et un dispositif réduisant de manière significative les courants de fuite gênants des appareils de technique mé- dicale, et même les éliminant complètement, en conservant la sécurité des appareils à circuit de type CF. A cet effet l'invention concerne un appareil du type défini ci-dessus, caractérisé par une installation de compensation qui génère un courant de compensation pour com- penser au moins partiellement un courant de fuite. Un dispositif selon l'invention se caractérise ainsi par une installation de compensation permettant de gé- nérer un courant de compensation pour compenser au moins par- tiellement un courant de fuite. Ce courant de compensation est dirigé contre le courant de fuite gênant de sorte que la combinaison des deux courants réduit au moins considérable- ment le courant de fuite ou l'élimine complètement. En particulier, dans le cas d'un appareil d'électrochirurgie à haute fréquence comprenant un généra- teur, au moins une électrode active et une électrode neutre, on peut réduire ou éliminer complètement les effets négatifs évoqués ci-dessus sans modifier la sécurité de fonctionne- ment. Selon un développement avantageux de l'invention, une source de tension de compensation est reliée d'un côté à l'électrode neutre et de l'autre côté au potentiel de la terre. Le courant de compensation passe ainsi dans la direc- tion opposée au courant de fuite par la ligne de l'électrode neutre vers la terre et de celle-ci il revient vers la source de tension de compensation. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, on utilise une capacité de compensation entre la source de tension de compensation et la terre. On a constaté qu'au moins l'utilisation d'une telle capacité de compensa- tion permet théoriquement une compensation totale des cou- rants de fuite. La description des exemples de réalisation explicitera cela. Il est en outre avantageux que la tension de com- pensation soit essentiellement proportionnelle et/ou en phase avec la tension engendrant le courant de fuite, par exemple la tension de sortie du générateur à haute fréquence d'un ap- pareil d'électrochirurgie. Au cas contraire, la compensation complète est difficile car le courant de fuite de même que le courant de compensation doivent être autant que possible en phase et proportionnels pour réaliser une compensation com- plète. Selon un autre mode de réalisation particulière- ment avantageux de l'invention, la tension de compensation est couplée rigidement à la tension de sortie du générateur. Cela permet sur le plan de la construction, les moyens parti- culièrement simples et peu coûteux pour réaliser la source de tension de compensation, notamment pour réaliser une compen- sation de tension en phase avec la tension de sortie du géné- rateur HF. Selon un exemple de réalisation particulier de l'invention, le courant de compensation est régulé surtout dans le cas de l'utilisation d'un couplage figé de la tension de compensation à la tension de sortie, par un atténuateur réglable et/ou une capacité de compensation réglable. Dans ce cas, même pour une tension de compensation fixe, on peut at- ténuer les courants de fuite à un niveau aussi faible que possible et dans le cas idéal, jusqu'à zéro. Selon un autre développement avantageux de l'invention, la tension de compensation est prise directement du transformateur de sortie du générateur d'un appareil d'électrochirurgie ce qui aboutit à une construction particu- lièrement simple et peu coûteuse et garantit que la tension de compensation soit en phase avec la tension de la haute fréquence du générateur. La prise de la tension de compensa- tion sur le transformateur peut se faire par exemple par un enroulement complémentaire et/ou un transmetteur supplémen- taire, chaque fois du côté du primaire et/ou du secondaire du transformateur de sortie du générateur. Selon un développement préférentiel de l'invention, la capacité de compensation est intégrée dans le boîtier du transformateur par exemple du transformateur de sortie du générateur haute fréquence d'un appareil d'électrochirurgie, qui fournit de préférence également la tension de compensation. Selon un mode de réalisation, cela peut se faire avec des moyens particulièrement réduits en ce qu'à l'aide d'une plaque isolée de la paroi du boîtier, on réalise un condensateur à plaques. Le diélectrique est de préférence une plaque en céramique placée entre le boîtier du transformateur et la plaque du condensateur. Pour commander la capacité de compensation, on réalise de préférence la commande mécanique de cette capacité par exemple sous la forme d'un condensateur à plaques, varia- ble. L'entraînement peut se faire par exemple à l'aide d'un moteur électrique; on peut également envisager sans diffi- culté un entraînement électromagnétique linéaire et/ou un en- traînement piézo-électrique. Dans ce contexte on peut envisager toutes les possibilités connues actuellement et futures, pour réaliser une capacité variable et commandée. Partant de la théorie, un procédé préférentiel de compensation des courants de fuite consisterait à générer un point de masse virtuel par un amplificateur de compensation. Un tel amplificateur de compensation permet par exemple de réguler le branchement de l'électrode neutre par rapport à la masse sans liaison directe au potentiel de la terre. On évi- terait ainsi complètement tout courant de fuite vers la terre. Un régulateur supplémentaire pourrait néanmoins être supprimé et les éventuelles erreurs de phase seraient compen- sées automatiquement par l'amplificateur. Par exemple, les exigences de dynamique, notamment de largeur de bande d'un tel amplificateur de puissance sont très élevées. Toutefois, en tenant compte notamment des développements ultérieurs de tels amplificateurs, on pourrait également imaginer que des amplificateurs peu coûteux avec des puissances appropriées se trouveront à l'avenir dans le commerce. Dans ce cas, l'utilisation d'un tel amplificateur de puissance dans le ca- dre de l'invention, constituerait comme indiqué ci-dessus, une variante extrêmement avantageuse. La présente invention sera décrite ci-après à l'aide de différents exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre un circuit d'un appareil de chirurgie selon l'état de la technique équipé d'un circuit de mesure du courant de fuite, - la figure 2 montre un exemple de réalisation d'un circuit selon la figure 1 avec en outre une source de tension de compensation, - la figure 3 montre un autre schéma correspondant à la fi- gure 2, - la figure 4 montre un exemple de réalisation de l'invention avec une régulation par un atténuateur, - la figure 5 montre un mode de réalisation de l'invention avec une régulation par une capacité de compensation, - la figure 6 montre un exemple de réalisation avec un ampli- ficateur de puissance, - la figure 7 montre un exemple de la prise de la tension de compensation à l'aide d'un enroulement supplémentaire sur le transformateur de sortie du générateur haute fréquence, - la figure 8 montre un exemple de réalisation de la prise de la tension de compensation par un transformateur supplémen- taire du côté du secondaire, - la figure 9 montre un exemple de réalisation pour la prise de la tension de compensation du côté primaire du transfor- mateur de sortie, - la figure 10 montre un exemple de réalisation de l'intégration d'une capacité de compensation dans le boî- tier d'un transformateur. Le schéma de la figure 1 montre une source de tension haute fréquence UHF reliée en sortie d'une part à une électrode active AE et d'autre part à une électrode neutre NE. L'électrode active correspond à l'instrument à main pro- prement dit pour le travail d'électrochirurgie. L'électrode neutre est fixée au corps du patient pour fermer le circuit électrique. Les capacités parasites gênantes sont représen- tées du côté de l'électrode active AE par les capacités CA et CLA. La capacité CA représente la capacité vis-à-vis de la masse de la sortie du transformateur de sortie et des parties de circuit pour surveiller et commander ainsi que pour la li- gne interne du côté de l'électrode active. La capacité CA est de l'ordre de quelques 10 pF. Une autre capacité résulte du câble de raccorde- ment de la pièce à mains; celle-ci porte la référence CLA. Cette capacité CLA peut atteindre quelques 10 pF. Du côté de l'électrode neutre, on a la capacité à la terre de la sortie correspondante du transformateur de sortie et des parties de circuit surveillant les lignes in- ternes du côté de l'électrode neutre; cette capacité porte la référence CN. Cette capacité peut être de quelques 10 pF. En outre, on a la capacité à la terre du câble de branchement de l'électrode neutre et ainsi que celle de l'électrode neutre elle-même; cette capacité porte la réfé- rence CLN dans le circuit. Cette capacité peut également at- teindre quelques 10 pF. En liaison avec l'électrode neutre NE, on a re- présenté un circuit de mesure des courants de fuite. La ré- sistance R ainsi qu'un ampèremètre Am convenant pour les hautes fréquences, relie l'électrode neutre à la terre. La tension de sortie UHF, interne permet le pas- sage d'un courant IFO vers la terre par les capacités CA et CLA; ce courant revient par les capacités CN et CLN ainsi que par le chemin de mesure formé de la résistance R et de l'ampèremètre Am de l'électrode neutre pour revenir à la source de tension. La composante de ce courant qui revient par le chemin de mesure R, Am est le courant de défaut IF du côté de l'électrode neutre; ce courant se mesure par l'ampèremètre Am. Ce courant de défaut du côté de l'électrode neu- tre doit être réduit selon l'invention ou être éliminé com- plètement. Pour cela, selon la vue de la figure 2, on ins- talle une source de tension UK pour la compensation. Cette source de tension de compensation UK est reliée d'un côté à la ligne de l'électrode neutre et de l'autre côté à la terre par l'intermédiaire du condensateur de compensation CK. La source de tension de compensation UK produit un courant de compensation IKO- Une partie de ce courant traverse les capa- cités CN et CLN pour revenir à la source de tension UK. Une autre partie de ce courant de compensation IKO représente le courant de compensation IK qui revient par l'électrode neutre et par le circuit de mesure R, Am. Le courant IK est dirigé en sens opposé au courant de défaut IF. Pour compenser de ma- nière optimale le courant de défaut IF, il faut dimensionner de manière correspondante la source de tension de compensa- tion UA ainsi que la capacité de compensation CK. Pour expliciter ce dimensionnement, on a repré- senté le circuit de la figure 2 sous la forme d'un montage en pont à la figure 3. La vue de la figure 3 qui correspond exactement à la figure 2 montre qu'en cas de compensation to- tale, les courants IK et IF doivent s'éliminer réciproque- ment, c'est-à-dire être de sens opposé et de même intensité. Dans ce cas, il n'y aura pas de chute de tension au niveau de la branche Q. Pour cela, il faut respecter les équations sui- vantes: IFO = j) (CA + CLA) UHF IKO = j) CK UK en outre, on a par hypothèse: IFO = IKO les équations ci-dessus donnent: jO (CA + CLA) UHF = jc CK UK Le terme jo s'élimine des deux côtés si bien que l'on a la condition suivante pour une compensation complète: CK UK = (CA + CLA) UHF Les équations données ci-dessus montrent que le courant de défaut du côté de l'électrode neutre se compense complètement au moins sur le plan théorique. En outre, les équations ci-dessus montrent que cette compensation peut se faire indépendamment de la fréquence et de la composante d'harmoniques de UHF dans la mesure o le terme jo des deux sources de tension UHF et UK est identique et que les deux tensions sont en phase. La tension de sortie UHF du générateur haute fré- quence est en général une grandeur variable. C'est pourquoi, pour respecter les conditions indiquées ci-dessus, il faut que UK varie de la même manière et en phase.5 Déjà un appareil à compensation rigide du courant de fuite représenterait un progrès par rapport à l'état de la technique car ainsi les courants de fuite du côté de l'électrode neutre seraient toujours suffisamment éloignés de la limite autorisée même en cas de conduite extrême des li-10 gnes de raccordement de l'électrode (et ainsi pour des capa- cités parasites extrêmes). Si ce principe est étendu à une compensation régulée, on obtient un appareil ayant des pro- priétés non atteintes jusqu'alors. Il n'y a aucun risque de brûlure du patient lorsqu'on active l'appareil, aussi long- temps qu'aucun courant actif ne traverse le patient, même si celui-ci est en contact direct au potentiel de la terre car l'électrode neutre est maintenue au potentiel de la terre par la compensation, bien que l'électrode n'y soit pas effective- ment reliée. Elle est à une terre virtuelle. On ne rencontre aucun parasite au niveau de l'appareil sur les moniteurs contrôlant le patient ni sur un appareil vidéo aussi longtemps qu'aucun courant actif ne tra- verse le patient. Le réseau de compensation de potentiel n'est pas influencé par l'appareil chirurgical. De plus, on peut avoir des tensions de sortie de niveau quelconque sans que le courant de fuite ne dépasse une limite acceptable. Quelques exemples de réalisation seront décrits ci-après pour montrer la compensation régulée. La figure 4 montre une régulation de la tension de compensation par un régulateur Re et un atténuateur Ab. Pour cet organe de régulation il faut veiller en particulier à ne pas engendrer de défaut de phase. L'atténuateur Ab peut être réalisé comme résistance commandée par exemple sous la forme d'un transistor de type MOSFET. On pourrait également envisager l'utilisation d'un amplificateur de puissance com- mandé par la tension UHF du générateur. Il La figure 5 montre à son tour un condensateur de compensation CK régulé par le régulateur Re. Le condensateur peut être de type mécanique, à variation mécanique. On peut par exemple envisager un condensateur à plaques. Comme élé- ment de commande, il faut un élément d'entraînement qui peut exécuter un mouvement dans la plage longitudinale correspon- dante. Cela peut être par exemple un élément piézo-électrique ou encore un moteur linéaire d'un haut-parleur. On pourrait également envisager des types d'entraînement par un moteur électrique ou d'un type différent. Pour avoir la résistance au claquage, nécessaire, on peut utiliser un diélectrique souple comme par exemple un élastomère. Suivant le moteur utilisé, on aura alors en même temps un élément de rappel pour le condensateur. Le mode de réalisation de la figure 6 montre éga- lement un amplificateur de puissance utilisé comme source de tension de compensation. Cet amplificateur de compensation élevée peut être branché pour que la sortie du côté de l'électrode neutre du transformateur de sortie UHF soit tou- jours à la terre. Ainsi, aucun courant de fuite ne traverse la branche Q. Ce mode de réalisation n'a pas besoin de régu- lateur et les éventuels défauts de phase sont compensés auto- matiquement. Toutefois, comme indiqué ci-dessus, les exigences relatives à la dynamique d'un tel amplificateur de puissance sont très élevées. Pour avoir l'identité de phase entre la tension de compensation UK et la tension de sortie UHF du générateur, il est avantageux comme déjà indiqué ci-dessus, de prendre la tension de compensation UK directement sur le transformateur de sortie du générateur. Les figures 7 à 9 montrent des exemples de réali- sation indiquant comment prendre une telle tension. La figure 7 montre un enroulement complémentaire ZW prévu sur le trans- formateur de sortie Tr. A la figure 8, on a un transformateur complémentaire Z du côté du secondaire du transformateur de sortie Tr. A la figure 9, on a un transformateur complémen- taire Z du côté du primaire du transformateur de sortie Tr. Dans tous ces cas, on réalise une tension de compensation qui est en phase avec la tension UHF du générateur. La figure 10 montre une partie de paroi de boî- tier 1 d'un boîtier de transformateur. Sur le boîtier 1 du transformateur, on a une borne 2 pour brancher la tension de compensation UK prise directement sur le transformateur de sortie du générateur haute fréquence. Une plaque en céramique 3 sert de diélectrique entre le boîtier 1 et la plaque exté- rieure 4 en métal. La plaque extérieure 4 est réalisée de préférence en cuivre; elle comporte une borne 5 à l'aide de laquelle la plaque extérieure 4 est mise à la terre. Comme représenté, on forme une capacité CK entre le boîtier 1 et la plaque extérieure 4 pour que l'ensemble du circuit de compen- sation forme un tout installé avec le transformateur de sor- tie du générateur à haute fréquence. La réalisation décrite et représentée constitue ainsi une solution particulièrement avantageuse du point de vue de la fabrication. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Dispositif pour supprimer les courants de fuite d'appareils médicaux électriques, caractérisé par une installation de compensation qui génère un courant de compensation (IK) pour compenser au moins partiellement un courant de fuite (IF) - 2 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'appareil médical électrique est un appareil d'électrochi- rurgie à haute fréquence comprenant un générateur (UHF), au moins une électrode active (AE) et une électrode neutre (NE) 3 ) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' une source de tension de compensation (UK) est reliée d'un côté à l'électrode neutre et de l'autre côté au potentiel de la terre. 4 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé par une capacité de compensation (CK) branchée entre la source de tension de compensation (UK) et la terre. ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que la tension de compensation (UK) est proportionnelle à la ten- sion provoquant le courant de fuite (IF) et en phase avec cette tension. 6 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la tension de compensation (UK) est essentiellement propor- tionnelle à la tension de sortie (UHF) du générateur HF de l'appareil chirurgical. 7 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que la tension de compensation (UK est essentiellement en phase avec la tension de sortie (UHF) du générateur HF de l'appareil chirurgical. 8 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que le courant de compensation (IK) est réglable par un atténua- teur réglable (Ab) et/ou une capacité de compensation régla- ble (CK). 9 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que la tension de compensation (UK) est prise sur le transforma- teur de sortie (Tr) du générateur de l'appareil chirurgical. 10 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la capacité de compensation (CK) est intégrée dans un boîtier de transformateur. 11 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à , caractérisé en ce que la tension de compensation (UK) est prise par l'intermédiaire d'un enroulement complémentaire (ZW) et/ou d'un transforma- teur complémentaire (Z) du côté primaire et/ou secondaire du transformateur de sortie (Tr) du générateur de l'appareil chirurgical. 12 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la capacité de compensation (CK) est réglable mécaniquement. 13 ) Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que la capacité de compensation (CK) est réglable par un moyen d'entraînement comprenant un moteur électrique, un moteur électromagnétique linéaire et/ou un moteur piézo-électrique. 14 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par un amplificateur de puissance (LV) pour générer le courant de compensation (IK) ) Appareil de technique médicale pour la mise en oeuvre du dispositif selon l'une quelconque des revendications précé- dentes.