KR101227073B1 - 생체조직을 응고 괴사시키는 고주파 전기수술기용 전극 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고주파 전기에너지로 생체 조직을 응고 괴사시키는데 사용되는 전기수술기용 전극에 관한 것이다.
본 발명은, 길게 연장된 중공관체 형상을 가지고, 일측에 소정 길이만큼 형성된 비절연영역과 비절연 영역을 제외한 외표면에 형성된 절연영역을 가지는 중공전극; 중공전극과 접촉하고 있는 생체 조직을 냉각시키기 위한 가압식염수를, 생체 밖으로부터 중공전극 내부로 공급하고 중공전극 내부로부터 생체 밖으로 배출시키기 위한 식염수순환구조; 그리고, 중공전극의 비절연 영역에 형성된 하나 이상의 식염수 토출용 구멍;을 포함하는 전기수술기용 전극에 있어서, 순환되는 가압식염수 중 일부를, 식염수 토출용 구멍을 통하여 중공전극과 접촉하고 있는 생체 조직으로 직접 배출시키는 전기수술기용 전극을 제공한다.

Description

생체조직을 응고 괴사시키는 고주파 전기수술기용 전극 {ELECTRODE FOR RADIOFREQUENCY TISSUE ABLATION}

본 발명은 전기수술기용 전극에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고주파 전기에너지로 생체 조직을 응고 괴사시키는데 사용되는 전기수술기용 전극에 관한 것이다.

길다란 중공관체 형상의 전극을 생체 조직내로 관통 삽입시켜 원하는 생체조직을 고주파 에너지로 응고(coagulation 혹은 ablation)시키는 기술은 이미 잘 알려져 있다. 이 경우, 생체 조직에 전류를 흘려주면 생체 조직이 가열되어 다소 복잡한 생화학적 기구에 의해 생체조직과 혈관이 응고된다. 이러한 공정은 대략 60℃ 이상에서 세포 내 단백질의 열변형에 의한 세포의 응고에 주로 의존한다. 여기서 세포란 조직과 혈관 및 혈액을 포함한다. 그런데, 이러한 기술의 문제점은 전극 부근의 생체 조직 및 혈액의 응고가 과다하게 진행되어 탄화되고, 전극 부근의 탄화된 생체 조직이 절연체로 작용하여 생체 조직을 응고시킬 수 있는 영역을 확대하는데 장애물로 작용한다는 점이다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 미국특허 제6,210,411호는 전극의 중공관체 내부를 통해 식염수를 공급하고, 이 식염수를 전극 말단부 부근에 형성되는 다공체를 통해 외부로 토출시키는 기술을 개시한다. 상기 특허와 같이 식염수를 전극 밖으로 토출시키는 기술들은 식염수의 기화잠열에 의해 전극에 인접하는 생체 조직의 탄화를 방지하고 더불어 이 식염수가 전극 주변 조직의 모세혈관 등에 스며들어 전기전도도를 향상시켜 생체 조직의 응고 영역을 확대한다. 그러나, 생체 조직내로 주입될 수 있는 식염수의 양이 많아지면 환자에게 악영향을 주기 때문에 생체 조직내로 주입될 수 있는 식염수의 양이 제한되므로, 생체 조직에 인가되는 고주파 에너지가 한계점을 넘어서면 결국 전극 주변 조직의 탄화가 발생하여 이 방법 역시 응고 영역을 확대하는데 한계를 갖는다.

아울러, 미국특허 제6,506,189호는 말단부가 폐쇄된 중공관체 형상의 전극 내부로 전극 직경에 비해 작은 직경을 갖는 냉각수 튜브를 설치하고 이 냉각수 튜브 내부를 통해 식염수를 전극 내부로 도입한 뒤 전극 내부에서 열교환한 후 냉각수 튜브와 전극 사이의 공간을 통해 회수시키는 식염수 순환에 의해 전극을 냉각시키는 기술을 개시한다. 전극에 의해 고주파 에너지를 인가할 때, 전극의 최인접 조직이 가장 많이 가열되므로 탄화될 가능성이 높은데, 전극을 수냉시켜서 전극과 접하는 최인접 조직을 냉각시킬 수 있으므로 전극의 최인접 조직의 탄화를 방지할 수 있다. 따라서, 생체 조직의 응고 영역을 확대할 수 있다. 그러나, 이 역시 생체 조직내에 인가되는 고주파 에너지가 한계점을 넘어서면 전극 주변 조직의 탄화가 발생하여 이 방법 역시 응고 영역을 확대하는데 한계를 갖는다.

상술한 방법들에 의해 전극으로부터 대략 반경 2cm 정도의 구 모양의 응고 영역을 만들 수 있는 것으로 알려져 있다.

한편, 출원인의 선출원된 대한민국 특허공개번호 10-2004-0092614에서는 기계적으로 뚫은 구멍을 포함하는 중공관체 형상의 중공전극과, 가압 식염수를 중공전극 내부로 도입하기 위한 식염수 튜브와, 중공전극의 구멍을 통해 토출되는 식염수의 유량을 제어하는 유량제어수단을 갖는 전극 구성을 개시하고 있다. 이에 따르면, 가압식염수는 생체 외부로부터 식염수 튜브를 통해 중공전극 내부로 흘러들어가서 중공전극을 냉각시키고 열교환된 가압식염수는 다시금 생체 밖으로 배출되고, 가압식염수의 일부가 중공전극에 뚫려있는 구멍을 통해 배출되는데, 중공전극의 구멍과 엊갈리게 구멍이 뚫려져 있는 쉬스관을 중공전극의 외부에 씌움으로써 가압식염수가 생체 밖으로 폭발적으로 분출되는 것을 막는다. 그러나, 이러한 별개의 유량제어수단의 경우, 중공전극에 조립하기 힘들어 비경제적이며, 인체에 삽입된 후 다시 나오면서 분리될 염려가 있을 뿐만 아니라, 쉬스관 자체가 가압식염수의 냉각효과를 감소시킬 수 있고, 전체 전극의 직경, 즉 바늘의 굵기를 크게 하여 인체에 삽입시 많은 출혈을 야기하는 문제점을 갖는다.

이에 본 발명은 중공전극 내부를 가압식염수에 의해 만족스럽게 냉각시킬 수 있음과 동시에 중공전극으로부터 필요한 양만큼 가압식염수를 중공전극과 접촉하고 있는 생체 내부로 토출시킬 수 있는 경제적이고 아주 단순한 전극 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 길게 연장된 중공관체 형상을 가지고, 일측에 소정 길이만큼 형성된 비절연영역과 비절연 영역을 제외한 외표면에 형성된 절연영역을 가지는 중공전극; 중공전극과 접촉하고 있는 생체 조직을 냉각시키기 위한 가압식염수를, 생체 밖으로부터 중공전극 내부로 공급하고 중공전극 내부로부터 생체 밖으로 배출시키기 위한 식염수순환구조; 그리고, 중공전극의 비절연 영역에 형성된 하나 이상의 식염수 토출용 구멍;을 포함하는 전기수술기용 전극에 있어서, 순환되는 가압식염수 중 일부를, 식염수 토출용 구멍을 통하여 중공전극과 접촉하고 있는 생체 조직으로 직접 배출시키는 전기수술기용 전극을 제공한다.

여기서, 식염수 토출용 구멍은 복수개 형성되고 중공전극에 대하여 대칭되는 위치에 형성될 수 있다.

또한, 식염수 토출용 구멍은 중공전극을 허공에 노출시킨 상태에서, 중공전극을 순환하는 가압식염수의 5% 미만이 허공으로 토출될 수 있고, 바람직하게는 중공전극을 순환하는 가압식염수의 0.3 내지 3.8%가 허공으로 토출될 수 있고, 더욱 바람직하게는 중공전극을 순환하는 가압식염수의 0.9 내지 2.0%가 허공으로 토출될 수 있다.

다르게는, 중공전극을 허공에 노출시킨 상태에서, 전극 내부로 90 cc/min으로 식염수를 순환시키는 경우, 식염수 토출 구멍을 통해 허공으로 토출되는 식염수의 유량이 0.31 내지 3.42cc/min 이하인 것이 바람직하다.

또한, 중공전극을 허공에 노출시킨 상태에서, 전극 내부로 90 cc/min으로 식염수를 순환시키는 경우, 식염수 토출 구멍을 통해 허공으로 토출되는 식염수의 유량이 0.82 내지 1.65 cc/min인 것이 더욱 바람직하다.

다르게는, 식염수 토출 구멍의 반지름은 0.01 내지 0.025 mm인 것이 바람직하다.

또한, 식염수 토출 구멍의 반지름은 0.0125 내지 0.0175 mm인 것이 더욱 바람직하다.

아울러, 가압식염수는 700 내지 1060 KPa로 가압되어 중공전극 내부로 공급되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 아주 경제적으로 중공 전극의 내부의 냉각을 극대화시키면서 중공전극과 접촉하고 있는 생체 조직 내부로 조절된 양만큼 식염수를 토출시킬 수 있어서, 생체조직의 응고괴사 영역을 손쉽게 확대시킬 수 있는 장점이 있다.

더불어 출혈을 최소화할 뿐만 아니라 의사들이 시술에 손쉽게 적용될 수 있는 장점이 있다.

도 1은 외표면에 식염수 토출 구멍을 형성한 전극을 포함하는 전기수술기용 전극을 보여준다.
도 2는 도 1의 전극을 포함하는 전체 수술장비를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 3는 전극 및 식염수 튜브의 구성을 잘 보여주는 도면이다.
도 4은 본 발명인 전기 수술용 전극의 단면도이다.
도 5는 본 발명인 전기 수술용 전극을 다른 각도에서 본 단면도이다.

이하에서 본 발명을 첨부도면 및 실시 예에 기초하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 이하의 설명이나 첨부도면에 의해 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 오로지 특허청구범위의 기재에 의해서만 제한된다.

도 1은 본 발명에 따라 길게 연장된 중공관체 형상을 가지고, 일측에 소정 길이만큼 비절연 영역(20)과 비절연 영역을 제외한 외표면에 형성된 절연 영역(24)을 가지는 중공전극(50)이 생체 내에 삽입되어 응고 괴사를 진행하는 모습을 도식적으로 보여준다. 중공전극의 일측 폐쇄 말단부(10)는 첨단부재 형상으로 중공전극(50)에 일체로 형성되는 것이 일례로 간 등과 같은 생체조직(200)에 관통 삽입되는데 유리할 것이다. 도시한 바와 같이, 중공전극(50)의 비절연 영역(20)에는 식염수 토출 구멍(22)이 형성되어 있다. 생체 내의 종양조직으로 중공전극이 삽입된 채로, 중공전극으로 고주파 전류를 인가하면 대략 구 모양으로 응고괴사가 진행된다. 도 1에 응고괴사가 진행된 영역을 도면번호 150으로 나타내었다. 일례로 간암이 간 내부에서 발견된 경우, 간암 조직보다 더 큰 크기의 구 모양의 응고괴사 영역을 만들기 위해 수술이 진행된다.

즉, 생체 조직(200) 내에서 가열에 의해 응고괴사가 일어나는데, 이를 위해 종양조직에 비절연영역(20)을 접촉시키고, 비절연영역(20)에 고주파 전류를 가하는 경우, 비절연영역(20)은 도전체이므로 비절연영역(20)에 접촉하는 생체조직으로 고주파 전류가 흘러서 일정 범위까지 응고괴사가 진행한다. 원치 않는 신체 부위에까지 응고괴사가 진행하는 것을 막기 위하여 전극의 비절연영역(20)을 제외하고는 중공전극(50)의 대부분은 절연 코팅하거나 고무 튜브를 덧씌워서 절연영역(24)을 형성한다. 즉, 종양조직에 폐쇄 말단부(10)를 대고 고주파 전류를 가하는 경우, 비절연영역(20)에 접촉하는 조직에 고주파 전류가 흘러 거의 폐쇄 말단부(10)를 중심으로 대략 구 형상으로 응고괴사가 진행된다. 중공전극(50)의 직경이 3mm를 초과하는 경우, 피부의 관통 삽입시 출혈이 심하여 수술을 제대로 하기 힘들다. 따라서, 중공전극(50)의 직경은 3mm를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 출혈을 최소화하기 위하여 더욱 바람직하게 중공전극(50)의 직경은 2mm 이하 혹은 1.5mm 이하로 하는 것이 좋다.

그런데, 중공전극의 비절연영역(20) 주변에서 생체 조직 및 혈액의 응고가 과다하게 진행되어 탄화되고, 전극 부근의 탄화된 생체 조직이 절연체로 작용하여 생체 조직을 응고시킬 수 있는 영역을 확대하는데 장애물로 작용하므로, 본 발명에서는 중공전극 및 생체 조직의 냉각을 수행하기 위한 식염수 순환 구조를 제공한다. 이를 위하여, 중공전극(50)은 속이 비어있는 중공 관체 형상이며 그 안에 식염수 튜브(30)가 있어 식염수를 중공전극(50) 속으로 공급한다. 식염수는 식염수 튜브(30)를 통해 공급되어 식염수 튜브(30)와 중공전극(50) 사이의 공간을 통해 배출될 수 있고, 그 반대일 수도 있다. 중공전극(50) 내부로 식염수 튜브(30)를 통해 도입되는 식염수는, 전술한 이유 때문에 중공전극(50)이 매우 가늘도록 제한되므로, 불가피하게 압력이 매우 높은 상태(대략 700 ~ 1060 KPa 정도의 고압으로 가압됨)로 중공전극(50) 내부로 유입되어 비절연영역(20) 중공전극의 내표면과 폐쇄 말단부(10)를 냉각시킨 뒤 되돌아나가 배출된다.

식염수는 식염수 튜브(30)를 통해 외부로부터 유입되고, 중공전극의 비절연영역(20)의 내부에서 열교환을 수행한 후, 열교환된 식염수가 중공전극(50)과 식염수 튜브(30) 사이의 공간을 통해 외부로 배출된다(전술한 것처럼 그 반대일 수도 있다). 즉, 도 2를 참조하면, 공급배관(82)을 통해 유입된 식염수는 전극의 손잡이(100) 내부를 지나 식염수 튜브(30)를 통해 중공전극의 내부로 공급되고, 열교환을 마친 식염수는 중공전극(50)과 식염수 튜브(30) 사이의 공간을 통해 신체 외부로 나온 후 전극의 손잡이(100)를 거쳐서 배출배관(84)을 통해 배출된다.

또한, 본 발명에서는 중공전극의 냉각 유체로 가압 식염수를 사용하고 가압 식염수의 일부를 생체 조직 내로 배출하여 그 기화 잠열로 응고의 과다 진행 및 탄화를 막고 전기전도도를 높이기 위해서 중공전극의 비절연영역(20)에 식염수 토출용 구멍(22)을 형성한다. 구멍(22)이 지나치게 큰 경우 순환하는 식염수의 압력이 매우 높은 상태이므로 가압 식염수가 폭발적으로 분출하여 인체 장기의 손상을 가져올 수 있을 뿐만 아니라, 원하는 종양 조직의 포인트에 중공전극의 비절연영역(20) 및 폐쇄 말단부(10)를 위치시키는 것을 방해한다. 또한, 통상 수술시 허용되는 인체내 식염수 주입량은 대략 120 ㏄/hr 이하이므로, 인체 내로 분출되는 식염수의 양은 엄격히 제어되어야 한다. 다만 고주파 전류의 인가에 따라 기화되는 식염수의 양도 고려할 필요가 있다.

본 발명은 시술 중에 가압 식염수에 의해 비절연영역(20) 및 폐쇄 말단부(10)의 냉각을 효과적으로 수행하면서, 냉각용 가압 식염수의 일부를 효과적으로 생체 조직 내부로 토출시킬 수 있는 구조를 제공하는 것을 가장 큰 특징으로 한다.

구멍(22)을 뚫는 방법으로는, 예를 들어 엔디야그/이산화탄소(ND:YAG/CO₂)를 소스로 한 레이저를 이용하여 뚫는 방법이 있다. 레이저로 뚫는 경우, 기계적 방법으로는 뚫기 힘든 미세한 구멍을 뚫을 수 있고, 주로 원형으로 구멍이 뚫리게 된다. 하지만 구멍의 형상은 관계없으며, 식염수의 유량을 조절하는 요인은 구멍의 크기와 순환하는 가압 식염수의 유량이다.

본 발명에 따르면, 중공전극 외부에 별도로 유량제어수단을 설치할 필요가 없으므로 중공전극의 직경을 1.5mm 이하로도 제작할 수 있게 된다. 이는 수술 진행시 출혈을 최소화하여 수술을 진행하는 의사들의 부담을 덜어주는 효과가 있다. 다만, 전체 전극의 직경이 1.2mm 미만이면 현재의 기술로는 전극이 인체에 삽입될 때 손상되지 않고 관통 삽입되는 최소의 두께로 제작되더라도, 그 내부에 온도센서가 들어가면서 가압 식염수를 순환시키기에 적합하지 않게 된다. 따라서, 전술한 출혈 가능성을 고려한 중공전극의 직경은 1.2 mm 내지 3.0 mm로 제한되고, 그 바람직한 범위는 1.2 mm 내지 2.0 mm 이고, 더욱 바람직한 범위는 1.2 mm 내지 1.5 mm이다.

도 2는 도 1의 중공전극(50)과 식염수 순환 구조를 포함하는 전체 수술장비를 도식적으로 나타낸 도면이다.

전체 시스템은 중공전극(50)뿐 아니라, 식염수를 소정의 유속 또는 압력으로 공급배관(82)을 통하여 전극 속 식염수 튜브(30)로 보낼 수 있는 식염수주입 펌프(61)나 전극의 냉각을 수행하여 전극 밖으로 나온 식염수가 배출배관(84)을 통하여 저장되는 토출 식염수 저장부(62)와 같은 식염수 순환 구조와, 생체 조직에 접촉하는 중공전극의 비절연영역으로 고주파 전류를 흘리기 위한 고주파 제너레이터(63)를 구비한다. 고주파 제너레이터(63)에는 복수개의 중성 전극(nentral electrode)(64)가 전기적으로 연결되는데, 수술 중에 중성 전극(64)이 예를 들면 인체의 허벅지 등에 부착된다. 생체 내에서 전극은 생체 조직(200), 예를 들어 간 등으로 삽입되며, 이 때 약간의 출혈이 동반될 수 있다. 전극이 생체 조직(200)에 삽입되면 고주파 제너레이터(63)가 적절한 고주파(예를 들어 펄스)를 전극에 인가하고, 생체 조직(200)은 전극에 의해 가열되며 응고 괴사가 진행된다. 이러한 과정에서, 전극 부분의 조직이 탄화되고, 전극 부근의 탄화된 생체 조직이 절연체로 작용하여 생체 조직을 응고시킬 수 있는 영역을 확대하는데 장애물로 작용할 수 있다. 이를 막기 위하여, 식염수, 특히 생리식염수 주머니(60)에서 공급되는 식염수가 식염수주입 펌프(61)를 거쳐 소정의 압력 내지 유속으로 가압되어 가압 식염수가 공급배관(82) 및 식염수 튜브(30)를 통해 중공전극(50) 내부로 공급된다.

도 3는 중공전극(50) 구성 부품의 분해 사시도로, 비절연영역(20), 식염수 토출용 구멍(22), 절연영역(24), 식염수 튜브(30) 및 온도센서라인(40)의 구성을 잘 보여주고 있다. 폐쇄 말단부(10)인 첨단부재는 중공전극(50)에 형성된다. 즉, 폐쇄 말단부(10)로 속이 꽉 찬 전도성 첨단부재를 사용하고 이를 중공전극(50)과 용접하여 일체로 형성할 수 있다. 물론, 중공전극(50)의 일단부를 첨단부재 형상으로 가공하여 얻을 수도 있을 것이다. 폐쇄 말단부(10) 및 중공전극(50)은 피하의 생체 조직으로 관통 삽입되어야 하므로, 강성과 생체 적합성을 고려하여 적절한 재질로 만들어져야 하는데, 일례로 스테인레스강 튜브 등이 사용될 수 있다.

아울러, 중공전극(50)의 대부분의 길이는 절연 코팅이나 고무 튜브 등으로 씌워져서 절연영역(24)을 형성한다. 이에 따라, 중공전극(50)을 통해 고주파 전류가 인가되더라도 비절연영역(20)에서만 고주파 전류가 인가되고 절연영역(24)과 접촉하는 생체조직으로 고주파 전류가 인가되지는 않는다. 그리고, 온도센서라인(40)은 식염수 튜브 안으로 삽입되어 폐쇄 말단부(10) 및 중공전극의 비절연영역(20) 안쪽에서의 온도를 실시간으로 감지하여 고주파의 출력 제어에 활용될 수 있다. 레이저로 형성된 식염수 토출용 구멍(22)이 매우 작으므로, 구멍(22)을 통하여 생체 내부로 토출되는 식염수의 압력은 생체 내부의 조직을 손상시키지 않고, 수술시 허용되는 인체내 식염수 주입량을 넘어서지 않는 양으로 제어될 수 있다.

도 4는 본 발명인 전기 수술용 중공전극(50)의 단면도이다. 즉, 도 3에서 설명된 부품들을 조립한 것의 단면도이다. 도 2에서 설명된 공급배관(82)으로부터 가압 식염수가 식염수 튜브(30)로 유입되면, 가압 식염수는 식염수 튜브(30)를 거치면서 폐쇄 말단부(10)와 중공전극의 비절연영역(20)을 냉각시킨다. 식염수 튜브(30)를 빠져나온 식염수는 대부분 식염수 튜브(30)와 중공전극(50)의 내면 사이를 거쳐 배출배관(84)을 통해 중공전극(50)을 빠져나간다. 본 발명에서는 이러한 가압 식염수의 일련의 흐름을 '식염수가 순환한다'고 정의한다.

한편, 본 발명은 순환하는 식염수의 오직 일부만이 식염수 토출용 구멍(22)을 통해 중공전극(50) 외부로 토출되는 것을 특징으로 한다. 도 4는 중공전극(50)이 허공에 놓인 상태에서 시술시의 조건대로 가압식염수를 순환시키는 경우, 레이저로 형성된 식염수 토출용 구멍(22)을 통해 토출되는 식염수의 모습을 도식적으로 보인 것이다. 가압 식염수는 분명히 분출되지만, 식염수 토출용 구멍의 크기가 매우 작기 때문에 그 압력 및 양이 제한되어 생체 조직이나 인체에 해를 주지 않는다. 그에 대해서는 후술한다.

도 5는 본 발명인 전기 수술용 전극을 다른 각도에서 본 단면도이다. 중공전극의 비절연영역(20)에 구멍(22)을 뚫는 경우, 그 개수에는 제한이 없으나, 1개를 뚫는 경우는 한 방향으로만 식염수가 배출되므로 중공전극(50)에 반작용으로 인한 외력을 가할 우려가 있다. 이러한 외력은 원하는 종양조직의 정확한 포인트에 중공전극(50)을 위치시키는 것을 방해할 수 있다. 따라서, 구멍(22)은 중공전극(50)의 중심에서 대칭되는 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 도 5에서 보는 바와 같이, 원형의 구멍(22)이 직경이 d로 같은 2개의 구멍이 서로 180도 떨어져서 위치하는 것을 나타내었다. 그러나 구멍(22)의 개수는 예시일 뿐, 구멍(22)의 개수가 n개라면, 이웃하는 구멍(22) 사이가 각각 360/n도만큼 떨어져 있으면 구멍(22)전체가 중공전극(50)에 대해 반작용으로 인한 외력의 합이 0이므로, 원하는 종양조직의 정확한 포인트에 중공전극(50)을 비교적 쉽게 위치시킬 수 있다.

실시예

소간을 실험대상으로 하고, 고주파 제너레이터로는 벨리랩(Valleylab)사 제품을 사용하였다. 본 실험에서 중공전극(50)에는 식염수 토출용 구멍(22)이 서로 180도 떨어진 위치에서 구비되었다. 본 실험에서 구멍(22)의 크기를 바꾸어가며 실험한 실시예 1 내지 7에 대한 결과를 표 1 내지 표 3으로 다음과 같이 나타내었다.

실시예	구멍 반지름(mm)	구멍 개수	총 순환유량	총 구멍면적 (mm2)
1	0.01	2	90 cc/min	0.000628
2	0.0125	2	90 cc/min	0.0009813
3	0.015	2	90 cc/min	0.001413
4	0.0175	2	90 cc/min	0.0019233
5	0.02	2	90 cc/min	0.002512
6	0.0225	2	90 cc/min	0.0031793
7	0.025	2	90 cc/min	0.003925

구멍 반지름은 레이저를 이용해서 뚫은 각 구멍의 반지름을 나타내고, 구멍은 전술한 바와 같이 서로 180도 떨어진 위치에 형성하였고, 두 개의 구멍의 면적과 가압 식염수의 총 순환유량(total circulation flow rate)은 위 표 1과 같았다.

실시예	허공에서의 누출량	총순환유량 대비 누출량 비율(%)	조직 내 유출량	총순환유량 대비 유출량 비율(%)	누출량 대비 유출량 (%)
1	0.31 cc/min	0.344444444	0.25 cc/min	0.277777778	80.6451612
2	0.82 cc/min	0.911111111	0.66 cc/min	0.733333333	80.4878048
3	1.21 cc/min	1.344444444	0.97 cc/min	1.077777778	80.1652892
4	1.65 cc/min	1.833333333	1.35 cc/min	1.5	81.8181818
5	2.20 cc/min	2.444444444	1.81 cc/min	2.011111111	82.2727272
6	2.75 cc/min	3.055555556	2.42 cc/min	2.688888889	88
7	3.42 cc/min	3.8	2.95 cc/min	3.277777778	86.2573099

이상과 같은 구성을 갖는 중공전극에 표 1과 같이 총 순환유량을 흘릴 경우, 구멍을 통한 허공에서의 누출량(leakage flow rate in air)와, 조직 내에서의 유출량(leakage flow rate in tissue)을 표 2에 나타내었다. 아울러, 총 순환유량 대비 허공에서의 누출량의 비율과, 총 순환유량 대비 조직 내에서의 유출량의 비율도 나타내었으며, 허공에서의 누출량 대비 조직 내에서의 유출량의 비율도 함께 표 2에 나타내었다.

실시예	응고괴사시간	응고부피 (cm3)	비절연영역 길이	비고
1	3분	10.65	1 cm	양호(응고 부피가 작음)
2	15분	60.65	3 cm	양호
3	15분	151.42	3 cm	양호
4	15분	181.50	3 cm	양호
5	15분	208.57	3 cm	양호(다소 불규칙)
6	15분	238.14	3 cm	양호(다소 불규칙)
7	15분	274.63	3 cm	양호(다소 불규칙)

소간 조직 내에서 응고괴사시간(ablation time) 및 응고부피(ablation volume)와, 전극의 비절연영역의 길이를 표 3에 나타내었다.

이상의 실시예로부터 응고괴사된 영역의 부피와 구모양의 규칙성을 고려할 때, 실시예 2, 실시예 3 및 실시예 4의 경우가 최적의 결과임을 확인할 수 있었다. 실시예 1의 경우 식염수 토출량이 작아서 응고부피가 작았지만, 후술하는 바와 같이 구멍의 개수를 늘리거나, 총순환유량을 증가시키는 등의 배려를 하는 경우에는 역시 만족스러운 결과가 나올 것으로 생각된다. 실시예 5, 실시예 6, 실시예 7의 경우 이전 실시예에 비해 응고괴사 부피가 커졌지만 구의 단면 모양이 다소 불규칙해지거나 타원형에 가까워졌다.

그러나, 식염수 토출용 구멍이 매우 작은 크기였기 때문에 어느 실시예에서도 토출되는 식염수에 의해 생체조직이 손상되거나 토출되는 식염수의 양이 과다한 경우는 발견되지 않았다. 통상 전기수술 중 인체에 허용되는 식염수 주입양이 120cc/hr이므로, 본 발명의 실시예 중에서 가장 식염수의 토출양이 많았던 실시예 7의 경우가 15분 동안의 실험에서 44.25 cc(ml)(조직 내에서의 토출양은 38.85 cc(ml)임)의 식염수 토출양을 나타내었기 때문에, 기준에 적합하였다. 따라서, 본 발명의 실시예 모두에서 식염수의 인체 내부로의 토출량은 만족스러웠다. 더불어, 전극에 가하는 고주파 출력이 강한 경우는 유출되는 식염수가 쉽게 기화할 수 있으므로 인체에 영향이 적을 수 있다.

이상의 실시예로부터 식염수 토출용 구멍을 통해 토출되는 식염수의 누출량의 비율은 허공에서의 누출량으로 볼 때 5% 미만임을 알 수 있다. 즉, 대부분의 식염수는 순환 과정을 거치게 되고, 순환하는 식염수의 5% 미만이 중공전극 밖으로 토출된다. 이 정도의 양으로 토출되는 식염수는 생체조직에 해를 주지 않음을 알 수 있었다. 즉, 본 발명에서 가능한 가압 식염수의 순환유량은 최대 120 cc/min 정도인데, 허공에서의 누출량 기준으로 5%이면 수술이 진행되는 15분 동안 허공에서 누출되는 식염수의 양은 90 cc(ml)(조직 내에서 누출되는 식염수양은 더 적을 것임)이므로 기준에 적합하다. 표로 부터 확인되는 바와 같이, 바람직하게는 중공전극을 순환하는 가압식염수의 0.3 내지 3.8%가 허공으로 토출될 수 있고, 더욱 바람직하게는 중공전극을 순환하는 가압식염수의 0.9 내지 2.0%가 허공으로 토출될 수 있는데, 이 경우 본 발명의 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4에서 밝혀낸 바와 같이 만족스러운 구모양의 응고괴사 영역을 얻어낼 수 있었다.

본 실험에서, 구멍(22)을 통해 소간으로 유출된 액체의 유량은 허공에서 누출된 가압 식염수 유량의 약 80~88% 였고, 허공에서의 누출량과 조직 내의 유출량을 비교한 결과, 거의 선형에 가까운 관계에 있음을 확인할 수 있다.

식염수 토출용 구멍의 반지름이 0.01mm인 경우에는 시간을 더 주어도 응고사이즈의 상승은 이루어 지지 않았다. 이것을 통해, 응고부피를 좀 더 크게 하기 위해서는, 조직 내로 유출되는 식염수의 양은 0.25cc/min을 넘어야 바람직하며, 즉 공기 중으로 누출되는 식염수의 양은 0.31cc/min을 넘어야 바람직하다는 것을 알 수 있다. 공기 중으로 누출되는 식염수의 양이 0.31cc/min 미만이 될 정도로 식염수 토출용 구멍의 반지름이 작은 경우, 식염수의 양이 적어 제대로 냉각 및 임피던스를 낮추는 효과를 낼 수 없어서 응고되는 조직의 부피가 작아지게 된다는 것을 알 수 있다. 그러나, 반지름이 0.01 mm인 실시예 1의 경우처럼 구멍이 작더라도 구멍의 개수를 증가시킴으로써 유량을 증가시킬 수도 있다. 따라서, 위 실시예 1에서처럼 구멍이 2개인 경우에는 유량이 부족하지만, 실시예 1의 반지름 크기를 갖는 구멍을 다수개 대칭되는 위치에 뚫는다면 생체 조직(200)의 임피던스를 낮출 수 있는 정도의 식염수 양을 유출시킬 수 있을 것이다. 즉, 중공전극의 강성에 영향을 주지 않는 범위내에서 구멍의 개수를 늘일 수 있다면 구멍(22)의 하나의 면적 또는 직경이 작다고 하더라도 수술을 수행하는 데에 지장이 없을 것이다.

다르게는 중공전극을 허공에 노출시킨 상태에서, 전극 내부로 90 cc/min으로 식염수를 순환시키는 경우, 식염수 토출 구멍을 통해 허공으로 토출되는 식염수의 유량이 0.82 내지 1.65 cc/min인 경우나, 식염수 토출 구멍의 반지름은 0.0125 내지 0.0175 mm인 경우에, 실시예2, 실시예 3, 실시예 4에서 제시하는 바람직한 구 모양의 응고괴사 영역이 얻어질 수 있음을 알 수 있다.

다음으로, 중공전극 내부로 식염수를 공급하면서 공급된 식염수 모두를 전극 말단부 부근에 형성된 다공체를 통해 중공전극 외부의 조직 내로 토출시키는 비교예 1의 경우와, 중공전극 내부에 설치되는 식염수 튜브 내부를 통해 식염수를 전극 내부로 도입하여 전극 내부에서 열교환한 후, 식염수 튜브와 전극 사이의 공간을 통해 회수시키는 식염수 순환에 의해 전극을 냉각시키는 비교예 2의 경우, 대부분의 실험에서 응고된 부피가 30cm³를 넘지 못하였다. 그러나, 본 발명의 경우 표 3에 보인 바와 같이, 구멍의 반지름이 증가함에 따라 응고부피가 비교예 1 및 2의 경우에 비하여 적어도 2배 많게는 9배 이상까지 상승된 것을 확인할 수 있다.

가압 식염수로 식염수를 사용하는 경우, 고농도(예를 들어, 3% 이상) 식염수를 사용하는 것과 0.9%의 생리식염수를 사용하는 것이 있다. 0.9%의 생리식염수를 사용하는 경우, 고농도 식염수를 사용하는 것에 비해 농도가 낮아 전기 전도도를 높이는 효과가 고농도에 비해 적은 대신 응고되는 모양이 고르게 되었다. 본 실험은 0.9%의 생리식염수를 식염수로 사용한 결과로, 고농도 식염수를 사용하는 경우에는 생체의 전기전도도를 높이는 효과가 더욱 탁월하여 응고된 부피가 더욱 증가할 것이라고 예측된다.

또한, 본 실험에서는 식염수의 순환량을 90 cc/min.로 사용하였다. 직경 1.5mm의 전극에서 70cc/min. 이하인 경우에는 식염수의 양이 적어 적절한 냉각효과를 발휘하지 못하여 적절한 응고 사이즈를 얻을 수 없다. 또한, 식염수의 순환량이 120cc/min. 이상이 되도록 하기는 기술적인 한계로 이루기 곤란하다. 기술적인 한계를 극복하고 순환량이 120cc/min. 이상이 되도록 하더라도 전극의 냉각효과는 좋게 되나 전체 순환유량이 느는 만큼 조직내로 유출되는 양도 많아져 조직이 불규칙하게 응고되어 바람직하지 않다. 따라서 바람직하게는 순환량이 커질수록 조직내로 유출되는 양을 줄이기 위하여 구멍의 크기를 작게 하여야 할 것이다.

Claims (10)

1. 길게 연장된 중공관체 형상을 가지고, 폐쇄 단부를 갖는 일측에 소정 길이만큼 형성된 비절연영역과 비절연 영역을 제외한 외표면에 형성된 절연영역을 가지는 도전성 중공전극;
   중공전극의 비절연영역과, 중공전극과 접촉하고 있는 생체 조직을 냉각시키기 위한 식염수를, 생체 밖으로부터 중공전극 내부로 공급하고 중공전극 내부로부터 생체 밖으로 배출시킴으로써 생체 바깥과 중공전극 내측 사이에서 순환시킬 수 있는 식염수순환구조; 그리고,
   중공전극의 비절연 영역에 형성된 하나 이상의 식염수 토출용 구멍;을 포함하는 전기수술기용 전극에 있어서,
   중공전극의 내측은 중공전극과 접촉하고 있는 생체 조직과 하나 이상의 식염수 토출용 구멍을 통해 직접 연통하고,
   순환되는 식염수 중 일부가, 하나 이상의 식염수 토출용 구멍을 통하여 중공전극과 접촉하고 있는 생체 조직으로 직접 토출되며,
   하나 이상의 식염수 토출 구멍은, 식염수가 생체 조직으로 직접 토출될 수 있어서 토출된 식염수의 기화 잠열로 생체 조직을 냉각시키고 토출된 식염수가 생체 조직의 임피던스를 낮출 수 있는 크기 및 개수를 가짐과 동시에, 토출되는 식염수의 압력과 유속을 제한하여 생체 조직으로 토출되는 식염수가 생체 조직을 손상시키지 않는 크기 및 개수를 갖는 것을 특징으로 하는 전기수술기용 전극.
2. 제1항에 있어서,
   하나 이상의 식염수 토출용 구멍은 복수개로 형성되고 중공전극에 대하여 대칭되는 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 전기수술기용 전극.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   하나 이상의 식염수 토출용 구멍은, 중공전극을 허공에 노출시킨 상태에서, 중공전극을 순환하는 식염수의 5% 미만이 허공으로 토출되는 것을 특징으로 하는 전기수술기용 전극.
4. 제3항에 있어서,
   하나 이상의 식염수 토출용 구멍은, 중공전극을 허공에 노출시킨 상태에서, 중공전극을 순환하는 식염수의 0.3 내지 3.8%가 허공으로 토출되는 것을 특징으로 하는 전기수술기용 전극.
5. 제4항에 있어서,
   하나 이상의 식염수 토출용 구멍은, 중공전극을 허공에 노출시킨 상태에서, 중공전극을 순환하는 식염수의 0.9 내지 2.0%가 허공으로 토출되는 것을 특징으로 하는 전기수술기용 전극.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   중공전극을 허공에 노출시킨 상태에서, 중공전극 내부로 90 cc/min으로 식염수를 순환시키는 경우, 하나 이상의 식염수 토출 구멍을 통해 허공으로 토출되는 식염수의 유량이 0.31 내지 3.42cc/min 이하인 것을 특징으로 하는 전기수술기용 전극.
7. 제4항에 있어서,
   중공전극을 허공에 노출시킨 상태에서, 중공전극 내부로 90 cc/min으로 식염수를 순환시키는 경우, 하나 이상의 식염수 토출 구멍을 통해 허공으로 토출되는 식염수의 유량이 0.82 내지 1.65 cc/min인 것을 특징으로 하는 전기수술기용 전극.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   하나 이상의 식염수 토출 구멍의 반지름은 0.01 내지 0.025 mm인 것을 특징으로 하는 전기수술기용 전극.
9. 제8항에 있어서,
   하나 이상의 식염수 토출 구멍의 반지름은 0.0125 내지 0.0175 mm인 것을 특징으로 하는 전기수술기용 전극.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    식염수는 700 내지 1060 KPa로 가압되어 중공전극 내부로 공급되는 것을 특징으로 하는 전기수술기용 전극.
    

Images