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Full text of "USPTO Patents Application 09870801"

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Forum Medicotechnicum 


Uber ein Instrument zur leckstromf reien transurethralen 
Resektion 


Von E. ELSASSER und E. ROOS 

Krankenhaus der Barmherzigen Bruder. Urologisehe Abteilung. Munchen. Chefarzte: Priv.-Doz. E. Elsasser / Dr. W. Schneider 


Nach transurethralen elektrochirurgi- 
schen Operationen — meist Resektionen 
an Prostata Oder Harnblase — treten In 
nicht zu unterschatzender Haufigkeit 
Harnrohrenstrikturen auf, die mit groB- 
ter Wahrscheinltchkeit als die Folge von 
Stromverletzungen der Harnrohre ange- 
sehen we r den mussen (ELSASSER, 
ROOS, SCHMIEDT). 

Bei alien chirurgischen Eingriffen mtt 
hochfrequentem Wechselstrom wlrd der 
Organismus des Kranken Teil eines 
Stromkreises: Der vom Generator gelie- 


terte Hochfrequenzstrom tritt an der 
punktformigen Schneideelektrode in 
den Organismus ein und flieBt auf im 
einzelnen unbekannten Wegen zu der 
groBftachigen. inaktiven. innerhalb des 
HF-Generators geerdeten Neutratelek- 
trode und damit zum Erd potential 
(Biid 1). 

Unmittelbar unter der punktformigen 
Aktivelektrode trim der mit hoher Dichte 
eintretende Strom auf den hohen elek- 
trischen Widerstand des Gewebes. Nach 
dem JOULE'schen Gesetz: Warme = 


Stromslarke 2 X Widerstand X Zeit ent- 
wickeln sich im Gewebe unter der 
Aktivelektrode so hone Temperaturen, 
daB es durch Verdampfung von Ge- 
websffussigkeit zur Sprengung der Ge- 
webestruktur und damit zur beabsich- 
tigten Gewebsdurchtrennung kommt. Da 
sich der Strom in der Regel sofort im 
Gewebe ausbreitet, nimmt er sehr rasch 
an Dichte ab und wird daher auf sei- 
nem weiteren Weg durch den Organis- 
mus zur Neutralelektrode erscheinungs- 
frei vertragen. 


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Foinirh Medicotechnicum 



BUd 1: Stromkrols bot Etektrodtlrarglo mH htr- 
fcoaMBlkhor gtordottr Noutraltloktrodo* Dor 
- Hodifroo,i>onzstJOcn IDo6t dabol litunar von dor 
AkttvoJoktrodo out doro Wog d*s goringrton 
WdffftndH zur Erdo. 

Entsprechend den elektrophysikafischen 
Gesetzen schlagt der Strom stets den 
Weg des geringsten Widerstandes zum 
Potentialausgleich ein. In der Regel 
wird ihm dieser Weg in Form der Neu- 
tralelektrode angeboten (Bild 1). 

Kommt der Patient aber mit anderen 
geerdeten Metatlteilen — etwa des Ope- 
rationsttsohes — in Be run rung, so kann 
der Strom auch dort zur Erde abflieBen, 
und dies um so eher, wenn derarttge 
Beruhrungspunkte dem Operationsge- 
btet sehr nahe geiegen sind oder wenn 
die Neutralelektrode durch unsachge- 
m&Be Fixierung dem Stromubergang 
einen hdheren Widerstand entgegen- 
setzt Sind derarttge Kontaktstellen 
mit geerdeten Leitern nur kleinflSchig, 
so wird hier die Stromdicnte erneut 
sehr hoch und es kann zu Verbrennun- 
gen kommen (Bild 1). 

BUd 3: Strombotootong dtr Hamrdtiro M hor- 
kftnuatkhor TUR dvrch Lodutrftmo: Auftor dtm 
fcapozfttvon Lodkstrocn flloBt dor Strom dtrokt 
von dor Sc hnrt doid M tngo ovf dlo to das SpQI- 
wasoor blnttarogoadon Tout dos Roooktoskepo. 



Diese prinzipielte Gefahr von unbeab- 
sichtigten Stromverfetzungen des Ge- 
webes abseits vom Operationsgebiet 1st 
spezieJi bet urologischen Eingriffen aus 
dreiertei GrOnden besonders hoch: 

1. Fur die Schnitte und Koagulationen 
unter Wasser werden besonders hohe 
Stromapptikationen bendttgt 

2. Die Qblichen Resektoskope, die aus 
stromfuhrenden (Schneideschlinge) und 
nichtstromtGhrenden Metallteilen zu- 
sammengesetzt sind, stellen Kondensa- 
toren dar, die einen kapazitrven Ober- 
gang des Hoohfrequenzstromes auch 
auf die von den stromfuhrenden Ele- 
menten isolierten Metallteile zulassen. 

ELSASSER, ROOS und SCHMiEDT 
wiesen 1974 darauf hin. daB etwa 20Vt 
der auf die Schneidschlinge applizierten 
Hochfrequenzteistung kapazitiv als so- 
genannter m Ledkstrom" an den Resek- 
toskopschaft verlorengehen. 


Neuere und weitergehende Unter- 
suchungen am Phantom (Roos) haben 
ergeben, daB zusatzJich — durch Neben- 
schtuB uber das SpGrwasser — Strom 
von der Schneidschlinge auf die von 
Spulwasser umfluteten Resektoskopteile 
(Schaft und Optik) ubergehen kann. Der 
Resektoskopschaft wird also sowohl ka- 
pazfUv wie uber das SpOlwasser erheb- 
lich aufgeladen (Bilder 2, 3 und 4). 
3. Die Sum me der Leckstrdme flieBt 
uber das dem Schaft anliegende Ham- 
rohrengewebe zur Neutralelektrode, was 
in der Regel unbemerkt und ohne nach- 
teilige Folgen geschieht, weil der Re- 
sektoskopschaft mit seiner groBen 


Oberflache eine inaktive Elektrode dar- 
steltt Wenn sich der Stromubertritt |e- 
doch aus Irgendwelchen GrOnden (vor- 
bestehende Harnrfchrenstriktur, LOcke 
im isolierenden Gleitmittelfilm) bevor- 
zugt — oder gar ausschlieBlich — an 
einer kletnen, circumskripten Sohaft- 
stelle ereignet. wird die an dieser Stelle 
zu hohe Stromdicnte zu etektrothermi- 
scher Schadigung des Gewebes fuhren. 
Aufgrund der besonderen anatomischen 
Gegebenheiten beim Mann - die mei- 
sten urologischen Patienten sind ja 
Manner — muB auBerdem die Summe 
alter an die Harnrohre abgegebenen 
Leckstrdme, bevor sie sich im kleinen 
Becken ausbreiten konnen, die JPenis- 
wurzel passieren, so daB die Harnrohre 
im Berelch dieses Engpasses zwangs- 
Idufig einer besonders hohen Strom- 
belastung ausgesetzt sein muB, die un- 
ter Umstanden IndividueH nicht mehr 
toleriert wird. 


Um die Harnrohre vor dieser hohen 
Strombelastung mit mdglicher etektro- 
thermischer Schadigung zu schQtzen, 
wurden In letzter Zeit Resektoskope ge- 
baut, deren Schaft entweder ganz aus 
nichtleitendem Material (Teflon 9 ) be* 
steht Oder durch einen Oberzug mit 
einem Teflonschlauch isoliert wird. 
Aber auch solche Resektoskope sind in 
ihrer Anwendung nicht risikolos: Der 
nichtleitende Schaft verhindert zwar 
den Obertrftt der Leckstrdme vom Re- 
sektoskopschaft auf die Harnrohre, 
nicht aber die kapazttrve Aufladung der 
im tnneren des Schaftes gelegenen Me- 
tallteile. Da der Potentialausgleich uber 


tEB&ecHUJSS soujge-spU- 

W*5SBt-S04AFT 



Bild 2; $tromflu8-Vortolhnig bel horMmmllchor tronsurothrolor Rooektlon. 


130 


Medizinal-Markt / Acta Medicotechnica * 24. Jahrgang, Nr. 4/1976 

CONFIDENTIAL 


Forum Medicotechnicum 


Hamrohre und Neutratelektrode durch 
die Isolierung verhtndert wird, sucht 
sich der Leckstrom einen anderen Weg 
zur Erde. Dieser Weg fuhrt zwangslau- 
fig Ober den Operateur, der durch seine 
nicht vermeidbare erhebliche Korper- 
kapazitat gegenOber dem Massepoten- 
tial als uber einen nicht sehr hohen 
Widerstand geerdet angesehen werden 
muB. Unangenehme und zum Teil nicht 
ungefahriiche Entladungserscheinungen 
im Gesicht des Operateurs sind die 
Folge (Bitd 5). Auch an anderen Stel- 
len, z. B. bei Beruhrung der Arme des 
Operateurs mit den geerdeten Armstut- 
zen des Operationstisches, sind punkt- 
formige Entladungen haufig. 

Aber auch der Kranke kann Stromver- 
letzungen erleiden: Wenn bei relativ 
tangem Penis das Instrument tief ein- 
gefuhrt werden muB, kann es — wie in 
einem eigenen Fail — durch Kontakt der 
Glans mit den Metallteilen am Ende 
des Teflonschattes zur zirkularen Ver- 
brennung um den Meatus externus 
herum kommen. Besonders gefahrlich 



Blld 4: Ereatzschaltblld zu den Bltdem 2 und 3. 

fst die Verwendung von Instrumenten 
mit teflon beschichtetem Metatlschatt: 
Kleinste Defekte in der Teflonbeschich- 
tung werden sofort zum Ort intensiven 
Stromubertrittes und thermoelektrischer 
Schadigung der Hamrohre. 
Nachdem es offensichtlich nicht gelingt, 
Leckstrome durch Isolierung einzudam- 
men, scheint es naheliegend, den um- 
gekehrten Weg zu beschretten: namlich 
dem Hochfrequenzstrom einen so 
kurzen und widerstandsarmen Weg 
zum Potentialausgleich anzubieten, daB 
aberrierende Strdme oder Leckstrome 
gar nicht auftreten. 


Dies geschieht 

1. durch extreme raumliche Annahe- 
rung der inaktiven, groBflachigen Neu- 
tratelektrode an die aktive Schneid- 
elektrode, die einen Potentialausgleich 
zwischen beiden Elektroden auf eng- 
stem Raum, d. h. innerhalb des Opera- 
tionsgebietes, also der Harnblase, er- 
moglicht, ohne daB andere Gewebs- 
bezirke in die Strom bahn einbezogen 
werden. Der Strom IlieBt von der 
Schneideschlmge durch das anliegende, 
zu schneidende Gewebe und das Spul- 
wasser unmittelbar zur Neutralelek- 
trode, 

2. durch den AnschluB beider Elektro- 
den an einen Hoohfrequenzgenerator 
mit erdschluBfreiem, schwebendem Aus- 
gangskreis, sog. .floating output". 

Da in diesem erdschluBfreien Aus- 
gangskreis keine der Elektrodenzulef- 
tungen Erdpotential fuhrt, besteht auch 
keine Spannung gegen das Erdpoten- 
tial. Es kann sich so mit kein StromfluB 
vom Operationsfetd zur Erde ausbilden. 


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Foru^n Medicotechnicum 


Dieses Prinzip der Verwendung von bi- 
polar ausgebildeten Elektroden in Ver- 
blndung mit etnem erdschluBtrelen, 
schwebenden Hochfrequenzstromkrels 
haben im Beretch der Gynfikologie 
HIRSCH und ROOS zur laparoskopi- 
schenTubensteriiisatEon und MELCHIOR 
fur die Blutstillung durch blpolare 
Mikrokoagulation beschrieben. 
Am urologischen Resekloskop kdnnen 
Neutralelektrode und Aktiveleklrode 
konstruktiv zu einer bipolaren Elektrode 
vereintgt werden, indem die Neutral- 
elektrode — wie die Btlder 6 und 7 zei- 
gen — als Metallplatte der SchnekJe- 
sch tinge aufgesetzt wird. 
Diese Konstruktion ats bipolare Elek- 
trode bietet operationstechnisch jedoch 
einige Schwierigkeiten: Durch die An- 
ordnung des groBflaxhigen MetallplStt- 
chens oberhalb der Schneideschlinge 
werden offensichtlich die StrSmungsver- 
haltnisse gestort, so daB durch Blasen- 
bildungen im Spuiwasser die Sicht auf 
das Operationsfeld stark beeintrachtigt 
wird. Dieses Problem 1st Jedoch mog- 
Hcherweise von einem erfahrenen Re- 
sektoskophersteller zu losen. 
Eine zweite Moglichkeit, die Neutral- 
elektrode als Metallring in das blasen- 
hahe Ende des Resektoskopschaftes 
einzubauen (Bilder 8 und 9), hat slch 
dagegen operationstechnisch als pro- 
blemlos erwiesen und gut bewahrt 

Schon Messungen am Phantom haben 
gezeigt, daB sowohl bei Verwendung 
der bipolaren wie der Rlngelektrode 
durch die neuarttge Stromfuhrung sehr 
saubere elektrische VerhaJtnlsse ge- 
schaffen werden. Der Resektoskop- 
schaft und das ihm anliegende G ewe be 
unterliegen keiner Belastung durch 
Leckstrdme. der Organ ismus 1st — mit 
Ausnahme des klelnen Bezirkes zwl- 
schen den beiden Elektroden — nicht in 
den Stromkreis eingeschaltet, aberrfe- 
rende Strdme kdnnen nur in minimaler 
Stdrke abgeleitet bzw. gemessen wer- 
den. 

Wir haben eln herkdmmliches Resekto- 
skop mit einem derartigen, die Neutral- 
elektrode tragenden Resektoskopschaft, 
wie ihn die Bilder 8 und 9 zeigen, ver- 
sehen und die normale SchnekJe- 



Bltd 5: Verbrenminesgefahr Im Geslcht 
dea Operateurt: Bel bollerttm Endookop* 
schaft fDeBt dtr Ledcstrom nlcM Ober die 
HarmBhre des Kranken eb, er aucht alch 
den Wetf zur Erde Ober den Operateur. 


schlinge dieses Resektoskopes wie auch 
die Neutralelektrode an ein yon der 
Firma Martin*) zur VerfOgung gestelltes, 
an die besonderen elektrischen Verhalt- 


Blld 6: Blpolare Hektroden-Anordnung zum 
Schnelden bel Iranaurethraler Resettle*: Der 
Strom fileBt von der Schneideschlinge dlrekt 
zu der nahen scfclldffinnlgen Neutralelektrode. 


ISOLATION 

GftOSSRKCHGBl 
GEGENPOL ZUR _ 
SCWBDESOUNGE % 
(NEUTRAlHBCrRODE) 


SOtAJION- 


RJNKHONSPRaNTaP 



nisse angepaBtes HF-Chirurgtegerat mit 
.floating output" angeschlossen. 
Mit dlesem, von uns selbst derart modi- 
fizierten Instrument (Bilder 8 und 9) 
haben wir bis jetzt insgesamt 27 Elek- 
troresektlonen der Prostata und funf der 
Hamblase komplikationslos ausgefuhrt 
Die Schneidefahigkeit der Schlinge war 
durch die neue Stromfuhrung in keiner 
Weise beeintrachtigt: Es tassen sich 
mindestens ebenso gut wie mit den 
herkommlichen Instrumenten muhetos 
glatte, schorffreie Schnitte ausfuhren. 
Dasselbe gilt fur die Blutstillung. die 
mit der Koagulationselektrode ausge- 
zeichnet gelingt. 

Zur Prufung der neuen elektrischen Ver- 
haltntsse haben wir bet funf der insge- 
samt 32 Operierten elektrische Messun- 
gen durchgefuhrt Die Anordnung der 
MeBinstrumente und die MeB-Strecken 
sind in Bild 10 wiedergegeben: 



Blld 7: Auf engen Raum etngeschrftnktet elefc- 
trlachee Sparatungsfeld bel Untefwaseersdmltt 
mil einer bipolaren Schneideschlinge. 

h — Ableitstrom vom Resektoskop zu 
einer am Oberschenkel fixierten 
Neutralelektrode (bel nichtiso- 
liertem Schaft flieBt dieser Ableit- 
oder Leckstrom Ober die Ham- 
rohre zur Neutralelektrode zu- 
ruck). 

U| = Elektrische Spannung zwischen 
Resektoskop und der Neutral- 
elektrode. 

*) Firms GebrOder MARTIN. D-7200 TutUlngen. 


Asepsis im OP 



STERILI5IERAPPARATE UNVERB. ANQEBOT DURCH LAUTENSCHLXQER 8192 OERETSRIED B. MONCHEN 

132 Medizinal-Markt / Acta Medicotechnica • 24. Jahrgang, Nr. 4/1976 

CONFIDENTIAL 


Forum Medicotechnicum 


Ableitstrom vom Resektoskop zur 
Erde (Ursache haufiger Verbren- 
nungen im Gesicht des Opera- 
teurs). 


U 2 


Elektrlsche Spannung 
Resektoskop und Erde. 


zwisdien 



MEXA11WNG ALS 
GROSSRJG9CHK3ER 
GEGENPOL ZUR 
SCHNBDESCHUNGE 
(NEUTRALBBOROOQ 



STROMZUFUHRUNG 


Blld 8: Bipolar© Elektrodenanordnung zur trans- 
urethraten Resektlon: Die Neutralelektrode 1st 
als Metallrlng am Ende des Resekto*kop*ch si- 
tes angebrachL 


b = Ableitstrom vom Patienten zur 
Erde (Ursache von Verbrennun- 
gen des Patienten bei kleinflachi- 
gen Kontakten mit erdpotentral- 
fGhrenden, leitenden Op-Tisch* 
Tellen). 

U3 = Etektrisohe Spannung zwischen 

Patient und Erde. 
Als MeBinstrumente wurden verwendet: 
Strom* Neuberger-Milliampere- 
messer meter mit Thermokreuz. 

MeBbereiche 0 — 150 mA u. 

0— 600 mA 

Spannungs- Kathodenstrahl-Oszillo- 
messer graph von Advance Elec- 
tronics, Type OS 3000 
Bei jedem zu Operierenden wurden die 
ersten Schnitte mit einem herkomm- 
lichen Resektoskop mit Teflonisolierung 
ausgefuhrt und dabei die wahrend des 
Schneidevorganges auftretenden Leck- 
strdme und Spannungen gemessen. Ab- 
geleitet wurde von den operateurnahen 
Metallteilen des Instrumentes. 

Nach Erfassung der MeBdaten wurde 
das Instrument gewechselt und die 



Blld 9: Photographic- des Instrumentes sua Ab- 
blldtmg 8: Die Neutralelektrode sltzt als Metall- 
rlng am Ende des Resektoskopschaftes. 


Operation mit dem neuen, von uns mo- 
difizierten Resektoskop mit bipolarer 
Stromapplikation 'und erdschluBfretem 
HF-Generator mit .floating output" 
durchgefGhrt 

Am glelchen Patienten wurden nunmehr 
unter den gleichen Bedtngungen, bei 
unver&nderter Lagerung die gleichen 
Messungen wahrend des Schneidevor- 
ganges vorgenommen. 
Die Tabelle zeigt das Mittel aus den 
gewonnenen MeBdaten, in der oberen 
Zeile be! herkommlicher Technik, in der 
unteren Zeile mit dem neuen Instru- 
ment 

Der be! konventioneller Technik gemes- 
sene Leckstrom 1st mit 150 mA so groB, 


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TabeDe: MeBdaten, Schaltung stehe Bild 10 


Operatkmstechnlk 

li 


h 


h 


konverrtloneU. 


- kurzgeschlossen — 


entfallt. 

direkt 

mtt geerdeter Neu- 


belde geerdet 


kurzgeschlossen 

tralelektrode 

150 mA 

300V 





neue bi-polare 

15 mA 

20V 

15 mA 

20V 

<5mA 

<10v 

Technlk 







-RESEK!C6N0PSCHtfT 


Blld 10: 

Anordmmg dtr MeS- 
In ttromente zur 
Erfassung von Lade* 
atrOmen wlhrend trana- 
urathraJen Retakttonen. 
Erittitanmg sl«h« Text 


daB an kteinflachlgen Kontaktstellen mit 
geerdeten Leitern auf jeden Fait mtt 
Verbrennungen gerechnet werden muB, 
gleichgOItig wo dieser Kontakt entsteht: 
Im Berekh der Harnrohre Oder der Haut 
des Kranken Oder der Haut des Opera- 
teurs. 

Die MeBwerte be! Anwendung der 
neuen blpolaren Technlk llegen unter- 
halb des kritischen Berelches, und sle 
lessen slch mit groBer WeJirscheinllch- 
kert durch konstrukUve Verbesserungen 
am Resektoskop und am Zuteltungs- 
kabel noch welter reduzieren. 

Zusammenfassung 
Es wird Ober efn Resektoskop mtt neu- 
artiger Anordnung der Elektroden be- 
richtet, das mit einem leckstromfrelen 
Hochfrequenzstromkrers arbeitet Blsher 

134 


wurden dam it 32 komplikationslose Re- 
sektionen ausgefQhrt 
Der Hochfrecjuenzstrom. der von einem 
erdschluBfreien Hochfrequenzgenerator 
mit schwebendem Ausgangskrels gelle- 
fert wfrd, flleBt von der akttven 
Schneideelektrode durch das zu schnel- 
dende Gewebe und das SpOlwasser di- 
rekt zu der ringf&rmtgen, am proxima- 
len Ende des Resektoskopschaftes an- 
gebrachten Neutralelektrode. Der Strom- 
fluB im Organ ism us bleibt auf das Welne 
Operaltonsgeblet inrterhalb der Blase 
beschrfinkt Da die Zuleitungen zu bei- 
den Elektroden keine Spannung gegen- 
flber dem Masse potential (Erd potential) 
aufwe&en. kann sich auch kein Strom-' 
fluB vom Operationsfeld zur Erde aus- 
bitden. Entsprechend konnen bei der 
neuen Methode — im Gegensatz zu den 
herkdmmllchen — keine nennenswerten 


Leckstr6me gemessen werden. die als 
Ursache von Stromverletzungen an 
Harnrohre oder Haut des Kranken in 
Frage kommeru 


Uterafair: 

II) ELSASSER. E., ROOS. E.. u. SCHMIEDT, E.: 
Lacfcatrom Infolge fcapaztttven Strom Ober- 
ganges als Ursactia von Hamrdhrenstrik- 
turen nach TUR. Verh. Bar. Deutsche Ges. 
Urol. 26. Tg. 1974 Munohen. Springer Ver- 
lag Berlin - Heidelberg, 1975. p. 44—45. 

(7) HIRSCH. HA., und ROOS. E.: Laparoskopl- 
ache Tubensterilisation mit einer neuen 
Bikoagulalionszanga. Geburtsb. u. Frauen- 
heilk. 34. 340-344 0974). 

|3] MELCHIOR, H.: Bipolar© Mikrokoaguiailon. 
Verb. Bar. Dents ch. Ges. Urol. 25. Tg. 1973 
Aachen. Springer Vertag Berlin - Heidel- 
berg 1974. p. 144-145. 


Keywords: 

Leckstromfreie transurethrate Resek- 
tion — neves Instrument 

Transurethral resection without leakage 
of current - new instrument 

Resection transuretrale sans tuite de 
courantnouveau appareil 

Reseccidn transuretral sin fuga de 
corriente - un nuevo instrumento 


Anschritt der Verfasser: Priv.-Doz. Dr. E. 
Els&sser, Krankenhaus der Barmherzi- 
gen Br Oder. Urologische Abtellung. Ro- 
manstra&e 93. D-8000 Munchen 19. 

E. floos. Ing. VDI. Fa. Oebr. Martin, 
D-7200 Tuttllngen.. 


Medizinal-Markt/ 
Acta Medlcotechnica 

Unsere nachste Ausgabe hat 
M Technische Mittel In der Kran- 
kenpflege" zum Fachthema. 
AuBerdem berichtet Prof. Dr. Max 
Anliker. Institut fur Bfomedizini- 
sche Technlk der Untversit&t Zu- 
rich und der ETHZ, Ober neue 
diagnostische Verfahren sowie 
Ober Gerite, die an seinem In- 
stitut entwickelt wurden. 


r 


Medizinal-Markt / Acta Medicotechnica 


24. Jahrgang, Nr. 4/1976 

CONFIDENTIAL 


Translated title : 


An instrument for transurethral resection without leakage of current 


German title : 


Uber ein Instrument zur leckstromfireien transurethralen Resektion 


Authors : 


Elsasser, E.; Roos, E. 


Authors' 
affiliation : 


Krankenhaus der Barmherzigen Briider, Urologische Abteilung 
[Brothers of Charity Hospital, Department of Urology], Munich 


Source: 


Medwnal-Markt/ActaMedicotechnica, Vol. 24, No. 4, 1976. Pages 129- 
134. 


Urethral strictures, which should in all probability be regarded as the result of electrical injury 
to the urethra, occur not infrequently after transurethral electrosurgical operations, mostly 
resections of the prostate or bladder (ELSASSER, ROOS, SCHMIEDT). 

In all surgical interventions involving high-frequency alternating current, the organism of the 
patient becomes part of an electrical circuit. The high-frequency current delivered by the 
generator enters the organism at the punctiform cutting electrode and flows via paths (the details 
of which are unknown) to the large-area, passive neutral electrode, grounded inside the HF 
generator, and thus to ground potential (Figure 1). 


ELECTROSURGICAL UNIT 

TERMINAL FOR NEUTRAL ELECTRODE, GROUNDED 
OPERATING TABLE, GROUNDED 

BURN FROM LOCALIZED CONTACT WITH THE OPERATING TABLE 

Figure 1: Etectrosnrsical draft with cooTcatfonal grounded neutral electrode. The Wgh-freqoency current in tins case always flows 
from the actite electrode to ground Tia the path of least resistance. 


Immediately beneath the punctiform active electrode, the current, entering with high density, 
encounters the high electrical resistance of the tissue. According to JOULE's law: heat = 
current strength 2 x resistance x time, such high temperatures develop in the tissue under the 
active electrode that the tissue structure bursts owing to vaporization of the fluid in the tissue, 
producing the intended parting of the tissue. Because the current usually spreads in the tissue 
immediately, its density drops very quickly and the current is therefore tolerated without incident 
during its further progress through the organism to the neutral electrode. 

According to the laws of electrophysics, current will always flow along the path of least 
resistance between potentials. Usually this path is offered in the form of the neutral electrode 
(Figure 1). 


- I - 


CONFIDENTIAL 
FTHI 00924 


If, however, the patient comes into contact with other grounded metal parts - the operating table, 
for example - the current can also flow from that point to ground, particularly if such points of 
contact with the operating table are very close to the operation site or if, as a result of improper 
attachment, the neutral electrode offers higher resistance to the current transfer. If such contact 
points with grounded conductors are small in area, the current density again becomes very high 
and can lead to burns (Figure 1), 

This basic risk of unintended electrical injury to tissue away from the operation site is 
particularly high in the case of uroiogical interventions, for the following three reasons: 

1. Particularly high current applications are required for cutting and coagulation operations 
under water. 

2. Conventional resectoscopes, which are composed of current-carrying (cutting loop) and 
non-current-carrying metal parts, represent capacitors which also permit a capacitive transfer of 
the high-frequency current to the metal parts insulated from the current-carrying elements. 

ELSASSER, ROOS and SCHMIEDT indicated in 1974 that about 20% of the high-frequency 
output delivered to the cutting loop is lost capacitively as so-called " leakage current" at the 
resectoscope shaft. 

More recent and more extensive studies on a phantom (Roos) have shown that - with a secondary 
connection via the irrigation liquid - current can in addition pass from the cutting loop to those 
parts of the resectoscope inundated with irrigation liquid (shaft and optical system). The 
resectoscope shaft is thus significantly charged, both capacitively as well as via the irrigation 
liquid (Figures 2, 3, and 4). 

LOOP - IRRIGATION LIQUID - SHAFT SHUNT 
TOGETHER YIELD THE TOTAL LEAKAGE CURRENT 
LOOP - SHAFT CAPACITANCE 
OUTFLOWING LEAKAGE CURRENT 
RESECTOSCOPE SHAFT 
CUTTING LOOP 

Figure 2: Current-flow distribution with conrfntional transurethral resection. 

Figure 3: Current loading of the urethra fa the case of conYentional TUR by leakage currents. In addition to the caparitiTe leakage 
current, the current Hows directly from the cutting loop to those parts of the resectoscope projecting into the irritation BqukL 


-2 - 


CONFIDENTIAL 


HF UNIT 

Jl CURRENT FLOW CUTTING LOOP > NEUTRAL ELECTRODE 

IRRIGATION LIQUID 

J2 - CURRENT FLOW SHAFT - NEUTRAL ELECTRODE 

LOOP CAPACITANCE 

Figure 4: EquSraleat drarit for Figures 2 and 3. 

3/ The sum of the leakage currents flows via the urethral tissue lying up against the shaft 
to the neutral electrode; this usually takes place unnoticed and without negative consequences, 
because the resectoscope shaft with its large surface represents a passive electrode. If for any 
reason (preexisting urethral stricture, gaps in the insulating lubricant film) the current transfer 
takes place preferentially - or even exclusively - to a small circumscribed point on the shaft, the 
excessive current density at this point can lead to electrothermal damage to the tissue. Due to 
the particular anatomical conditions in men - the majority of urological patients are of course 
men - the sum of all the leakage currents delivered to the urethra must also pass the root of the 
penis, before they can spread in the true pelvis, so that the urethra must necessarily be exposed 
to a particularly high current loading in the region of this constriction point, which under certain 
circumstances can no longer to be tolerated in some individuals. 

To protect, the urethra from this high current loading with possible electrothermal damage, 
resectoscopes have recently been built in which the shaft either consists entirely of a 
nonconductive material (Teflon®) or is insulated by covering it with a Teflon tube. 

But the use of such resectoscopes is also not without risk. The nonconductive shaft of course 
prevents the passage of the leakage currents from the resectoscope shaft to the urethra, but not 
the capacitive charging of the metal parts located inside the shaft. Because the insulation 
prevents the equalizing of potential via the urethra and the neutral electrode, the leakage current 
seeks another path to ground. This path leads of necessity through the operator, who must be 
considered grounded over a resistance which is not very high due to his unavoidable body 
capacitance relative to ground potential. Unpleasant discharge phenomena in the operator's 
face, which can sometimes be dangerous, are the result (Figure 5). Localized discharges are 
also frequent at other points, for example, during contact between the operator's arms and the 
grounded armrests of the operating table. 

i 

Figure 5: Dancer of bonis to the operator's face: In the case of an insulated endoscope shaft, the leakage current does not flow away 
Tia the urethra of the patient, but seeks a pathway to ground through the operator. 


But the patient, too, can suffer electrical injuries. If it is necessary to insert the instrument 
deeply in the case of a relatively long penis, contact of the glans with the metal parts at the end 
of the Teflon shaft can - as in one of the authors* own cases - lead to circular burning around 
the meatus externus. Particularly dangerous is the use of instruments with a Teflon-covered 
metal shaft. The slightest defects in the Teflon coating immediately become the site of intensive 
current transfer and thermoelectric injury to the urethra. 

-3- 


CONFIDENT1AL 


Following the apparent failure of efforts to contain leakage currents through insulation, the 
obvious alternative was to take the opposite approach, namely, to offer the high-frequency 
current a path to balance the potential difference that would be so short and offering such low 
resistance that aberrant currents or leakage currents do not even occur. 

This is effected: 

1. by moving the large-area, passive neutral electrode extremely close to the active cutting 
electrode, which permits a potential equalization between the two electrodes within the smallest 
possible space, namely within the operating zone, i.e. the bladder, without other tissue being 
included in the current path. The current flows directly from the cutting loop to the neutral 
electrode through the adjacent tissue to be cut and the irrigation liquid. 

2. by connecting both electrodes to a high-frequency generator with an ungrounded "floating 
output" circuit 

Because in the case of this ungrounded circuit none of the electrode lines carries ground 
potential, there is also no voltage in opposition to ground potential. No current can thus flow 
from the operating zone to ground. 

This principle of the use of bipolar electrodes in conjunction with an ungrounded, floating high- 
frequency circuit has been described by HIRSCH and ROOS in the field of gynecology, for 
laparoscopic tube sterilization, and by MELCHIOR for stanching the blood using bipolar 
microcoagulation. 

In the urological resectoscope, the neutral electrode and active electrode can be structurally 
combined into a bipolar electrode by incorporating the neutral electrode - as Figures 6 and 7 
show - as a metal plate over the cutting loop. 

INSULATION 

LARGE-AREA ANTIPOLE TO THE CUTTING LOOP (NEUTRAL ELECTRODE) 

INSULATION 

OPERATING PRINCIPLE 

Figure 6: Bipolar electrode arrangement for cutting m the case of transurethral resection: The torrent flows from the catting loop 
directly to tbe nearby t&aemform neutral electrode* 

LARGE-AREA ANTIPOLE TO THE CUTTING LOOP 

Figure 7: Electrical voltage field limited to a restricted area, during cutting with a Dipolar «wfe>g loop under water. 


However, this bipolar electrode arrangement presents certain difficulties from the point of view 

-4- 


CONFIDENT1AL 


of operating technique: The arrangement of the metal plate above the cutting loop apparently 
disturbs the conditions of flow, so that the formation of bubbles in the irrigation liquid greatly 
impairs the view of the operating field. A skilled resectoscope manufacturer may, however, be 
able to resolve this problem. 

A second possibility, the incorporation of the neutral electrode as a metal ring into the end of 
the resectoscope shaft near the bladder (Figures 8 and 9), has on the other hand been found to 
be without problems from the standpoint of operating technique and have proved successful. 

METAL RING AS LARGE-AREA ANTIPOLE TO THE CUTTING LOOP (NEUTRAL ELECTRODE) 

INSULATING MATERIAL 
SECTIONAL VIEW OPTICAL SYSTEM 

POWER SUPPLY 


Figure 8: Arrangement of bipolar electrodes for transurethral resection. The neutral electrode Is attached as a metal ring to the end 
of the resectoscope shaft. 


Figure 9: Photograph of the instrument from Figure 8. The neutral electrode is positioned as a metal ring at the end of the resectoscope 
shaft 


Measurements on a phantom have already shown that the use of both the bipolar and the annular 
electrode yield very good electrical conditions due to the new current path. The resectoscope 
shaft and the tissue adjacent to it are not subject to loading from leakage currents, the organism 
(with the exception of the small area between the two electrodes) does not form part of the 
circuit, and aberrant currents can only be derived or measured in minimal strength. 

We have provided a conventional resectoscope with a resectoscope shaft carrying the neutral 
electrode, like that shown in Figures 8 and 9, and connected the resectoscope's standard cutting 
loop and the neutral electrode to an HF surgical unit with floating output, adapted to the special 
electrical conditions and made available to us by the Martin company. [Footnote: Firma 
Gebriider MARTIN [Martin Brothers), D-7200 Tuttlingenl 

With this unit (Figures 8 and 9), which we modified ourselves as described above, we have to 
date performed a total of 27 prostate electroresections and 5 bladder electroresections, all 
without complications. The cutting capability of the loop was in no way impaired by the new 
current pathway. Smooth, clean-edged cuts can be executed effortlessly, at least as well as with 
conventional instruments. 

The same is true for stanching of the blood, with the coagulation electrode achieving excellent 
results. 

To test the new electrical conditions, we took measurements with five of the total of 32 patients. 
The layout of the measuring instruments and the measurement intervals are shown in Figure 10. 


-5 - 


CONFIDENTIAL 


RESECTOSCOPE SHAFT 
BIPOLAR CUTTING LOOP 
HF UNIT, UNGROUNDED 

Figure l(h Arrangement of the measuring instruments for recording the leakage corrects daring transurethral resections. See text for 
explanation* 


I, = Leakage current from the resectoscope to a neutral electrode fixed to the thigh (when the 
shaft is not insulated, this outflow or leakage current flows back via the urethra to the 
neutral electrode). 

U, = Electrical potential between the resectoscope and the neutral electrode. 

1 2 = Leakage current from the resectoscope to ground (cause of frequent burns to the face of 

the operator) 

U 2 = Electrical potential between the resectoscope and ground. 

1 3 = Leakage current from the patient to ground (cause of burns to the patient in the case of 

small-surface contacts with conductive parts of the operating table carrying ground 
potential). 

U 3 = Electrical potential between patient and ground. 

The following measuring instruments were used: 

Current meter: Neuberger mill iam meter with thermal interface. 

Measurement range: 0-150 mA and 0-600 mA. 

Voltage meter: Cathode-ray oscilloscope from Advance Electronics, Type OS 3000. 

In the case of each of the patients being operated on, the initial cuts were made with a 
conventional resectoscope with Teflon insulation, and the resulting leakage currents and voltages 
arising during the cutting operation were measured. Hie connection was made to metal parts 
of the instrument near the operator. 

After recording the measurement data, the instrument was changed, and the operation was 
completed using the new resectoscope, as modified by us, with bipolar current application and 
ungrounded HF generator with floating output. 

The same measurements were then taken during the cutting procedure on the same patient, under 
the same conditions, with the position unchanged. 

The table shows the averages from the measurement data obtained, with the upper line showing 
the results for the conventional technique and the lower line those for the new instrument. 

-6- 

CONFIDENTIAL 


At 150 mA, the leakage current measured using the conventional technique is so large that burns 
must in any event be anticipated at small contact points with grounded conductors, no matter 
where this contact arises: in the patient's urethra or on the patient's skin or on the operator's 
skin. 

The readings obtained during use of the new bipolar technique lie below the critical region, and 
they can probably be reduced still further by structural improvements in the resectoscope or in 
the feed cable. 


Table: Measurement data; for circuit diagram see Figure 10 


Operating technique 

1. 


I. 


h 


CoDTefldooal with grounded 
neutral electrode 

&orted, both grounded 

Omitted, directly shorted 

150 mA 

500V 





New bipolar technique 

15 mA 

20 V 

15 mA 

JO V 

<5mA 

<10 V 


Summary 

This subject of the report is a resectoscope with a new arrangement of the electrodes, which 
operates with a high-frequency circuit having no leakage current. It has thus far been used to 
complete 32 resections without complications. 

The high-frequency current, delivered by an ungrounded high-frequency generator with a 
floating output circuit, flows directly from the active cutting electrode, through the tissue to be 
cut and the irrigation liquid, to the annular neutral electrode at the proximal end of the 
resectoscope shaft. The current flow in the organism remains within the small operation zone, 
inside the bladder. Because the lines to the two electrodes exhibit no voltage above ground 
potential, no current can flow from the operation area to ground. As a result, with the new 
method - in contrast to the conventional one - no significant leakage currents can be measured 
which could cause electrical injuries to the patient's urethra or skin. 


Literature: 

[1] ELSASSER, E., ROOS, E., and SCHMIEDT, E.: Leakage current resulting from 
capacitive current transfer as a cause of urethral strictures after TUR [in German]. Veih. Ber. 
Deutsche Ges. UroL, 26th meeting, Munich 1974. Springer Verlag Berlin - Heidelberg, 1975, 
44-48. 


- 7- 


CONFIDENTIAL 


[2] HIRSCH, H. A., and ROOS, E.: Laparoscopic tubal sterilization with a 
bfcoagulation device [in German]. Geburtsh. u. Frauenheilk. 34, 340:344 (1974). 

13] MELCHIOR, H.: Bipolar microcoagulatibn [in German]. Verh. Ber. Deutsche 
Urol.. 25th meeting, Aachen 1973. Springer Verlag Berlin - Heidelberg, 1974, 144-45. 


Keywords: 

Transurethral resection without leakage of current - new instrument 
[in German, English, French and Spanish] 

Authors' addresses: Priv.-Doz. Dr. E. Elsasser, Krankenhaus der Barmherzigen Bruder, 
Urologische Abteilung [Brothers of Charity Hospital, Department of Urology], Romanstrasse 
93, D-8000 Munich 19 [Federal Republic of Germany] 

E. Roos, Ing. VDI, Fa. Gebr. Martin, D-7200 Tuttlingen [Federal Republic of Germany]. 


-8- 


CONFIDENTIAL 
ETHI 00931 


Washington^ DC 
August 18, 1998 

I, Eric Norman McMillan, an ATA (American Translators Association) 
accredited German to English translator, do hereby certify that the attached 
document is a true translation done by myself of the document in the German 
language likewise attached. 


Subscribed and sworn to before me this eighteenth day of August, 1998 in the 
District of Columbia.,. 



"Notary Publi 


Na a** i We CS7F.ICT OF COLUMBIA 


CONFIDENTIAL 
ETUI 00932 


IS BLANK 


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