KR101301395B1 - Ultrasonic operating apparatus - Google Patents

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Abstract

본 발명은 조직판정 스마트 초음파 수술장치 및 그 수술장치 구동방법을 개시한 것으로, 이러한 본 발명은 서로 다른 생체 임피던스 특성을 가지는 조직(예; 동맥, 정맥, 위장관, 장간막, 지방, 간, 신장, 위, 비장, 전립선 등)의 종류를 저주파 신호로 판정한 후 그 판정결과에 따라 진동자의 공진주파수를 가변 설정하면서 최적의 진동주파수를 가진 초음파를 인체조직의 수술부위에 인가하도록 구성함은 물론, 최적의 초음파 출력을 내기 위한 구동용 압전진동자에 초음파 구동용 압전체와 더불어 공진주파수 가변용(Tuning) 압전체를 장착한 것이며, 이에따라 생체 매질의 종류에 따라 선정된 최적의 진동주파수와 일치하는 공진 특성을 가지도록 하면서 생체 조직의 종류와 두께 및 수분량 등의 차이에 따라 초음파의 출력전달 효율을 개선하고, 주위조직 손상을 방지함은 물론, 생체 조직의 물성에 따른 최적의 출력제어가 이루어지도록 하면서 수술 시간을 단축시키도록 한 것이다.The present invention discloses a tissue determination smart ultrasound surgical device and a method for driving the surgical device, the present invention is a tissue (eg, arteries, veins, gastrointestinal tract, mesentery, fat, liver, kidney, stomach) having different bioimpedance characteristics , Spleen, prostate, etc.) as a low frequency signal, and according to the determination result is configured to apply the ultrasonic wave having the optimal vibration frequency to the surgical site of the human tissue, while varying the resonance frequency of the vibrator The driving piezoelectric vibrator with the ultrasonic driving piezoelectric body and the resonant frequency tuning piezoelectric piezoelectric piezoelectric vibrator have resonance characteristics that match the optimal vibration frequency selected according to the type of the biological medium. While improving the power transmission efficiency of ultrasonic waves according to the type, thickness and moisture content of living tissue, In addition to preventing damage, the optimal output control according to the properties of the biological tissue is made to shorten the operation time.

Description

조직판정 스마트 초음파 수술장치 및 그 수술장치 구동방법{ULTRASONIC OPERATING APPARATUS}Tissue Determination Smart Ultrasound Surgery Apparatus and Method for Driving the Surgery Apparatus {ULTRASONIC OPERATING APPARATUS}

본 발명은 초음파 진동을 이용하여 마찰열로 혈액과 조직을 응고시키고, 마찰로 조직을 절단하는 복강경 수술에서 사용하는 초음파 수술장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서로 다른 생체 임피던스 특성을 가지는 조직(예; 동맥, 정맥, 위장관, 장간막, 지방, 간, 신장, 위, 비장, 전립선 등)의 종류를 저주파 신호로 판정한 후, 그 판정결과에 따라 진동자의 공진주파수를 가변 설정하면서 응고 및 절단에 최적의 진동주파수를 가진 초음파를 인체조직의 수술부위에 인가하여, 수술 부위 주위의 조직 손상을 방지함은 물론, 수술 시간을 단축시킬 수 있도록 하는 조직판정 스마트 초음파 수술장치 및 그 수술장치 구동방법에 관한 것이다.The present invention relates to an ultrasound surgical apparatus used in laparoscopic surgery to coagulate blood and tissue by frictional heat using ultrasonic vibration and to cut tissue by friction, and more particularly, tissues having different bioimpedance characteristics (eg; Artery, vein, gastrointestinal tract, mesentery, fat, liver, kidney, stomach, spleen, prostate, etc.) is determined as a low frequency signal, and then the resonance frequency of the oscillator is variablely set according to the result of the determination. The present invention relates to a tissue determination smart ultrasound surgical device and a method of driving the surgical device by applying an ultrasonic wave having a vibration frequency to a surgical part of a human tissue to prevent tissue damage around the surgical part and to shorten the operation time. .

일반적으로, 초음파 수술장치는 수술장치의 주요유닛과, 주요유닛에 연결되는 초음파 수술용 핸드피스와, 핸드스위치 혹은 풋스위치(footswitch)를 포함하며, 사용자가 핸드스위치를 작동시키거나 풋스위치를 밟으면 초음파 진동을 개시하도록 이루어져 있는 것이다.In general, the ultrasonic surgical apparatus includes a main unit of the surgical apparatus, an ultrasonic surgical handpiece connected to the main unit, a hand switch or a footswitch, and the user operates the hand switch or presses the foot switch. It is made to initiate the ultrasonic vibration.

즉, 초음파 수술 장치는 초음파를 이용하여 인체조직의 절개나 응고를 하는 장비로서, 신속한 수술과, 무혈절, 주위 조직 손상의 최소화, 및 혈관 결절을 위한 이물질을 남기지 않아 감염율을 현저히 감소시는 동시에, 수술 부위에 대한 회복이 빠른 장점을 가지는 것으로, 전기에너지를 핸드피스의 변환기에서 초음파 진동으로 변환하여 조직의 절개 및 응고가 동시에 일어나도록 하였으며, 이는 마찰력에 의한 절단과 마찰열에 의한 응고가 동시에 발생됨은 물론, 전기에너지가 직접 인체에 전달되지 않아 안전성 증대 및 조직의 열적 손상이 적은 이점이 있다.In other words, the ultrasonic surgical device is a device for incision or coagulation of human tissue using ultrasonic waves, which significantly reduces the infection rate by not leaving foreign objects for rapid surgery, minimization of blood vessels, surrounding tissue damage, and vascular nodules. In addition, the recovery of the surgical site has the advantage that the electrical energy is converted into ultrasonic vibrations from the transducer of the handpiece so that the incision and coagulation of tissue occur simultaneously, which is simultaneously caused by cutting by friction and coagulation by friction heat. Of course, since electrical energy is not directly transmitted to the human body, there is an advantage of increasing safety and less thermal damage to tissue.

이러한 초음파 수술장치의 응용분야로서는 복강경 수술, 흉강경 수술, 치질 수술 등의 외과, 전립선 수술 또는 혹 제거와 같은 비뇨기과, 그리고 자궁근종 등의 부인과 수술, 두경부 외과, 비만 수술에도 적용할 수 있는 것이다.Application fields of such an ultrasound surgical device may be applied to laparoscopic surgery, thoracoscopic surgery, hemorrhoid surgery, urology, prostate surgery, or lump removal, and gynecological surgery such as uterine fibroids, head and neck surgery, and obesity surgery.

그러나, 종래 개시되는 초음파 수술장치는 정해진 출력 주파수로 진동자에 인가하는 전압을 수동으로 가변하여 출력을 제어하는 방식이므로, 조직의 종류, 두께, 수분량 등의 차이에 따라 출력전달 효율, 절개력, 응고력에 많은 영향을 주어 출력이 과도할 경우 주위 조직에 손상을 주고, 부족할 경우는 시술 효과의 저하 및 시술시간이 길어지는 단점을 가지고 있었다.However, since the conventional ultrasound surgical apparatus is a method of controlling the output by manually varying the voltage applied to the vibrator at a predetermined output frequency, output transmission efficiency, cutting force, coagulation according to the type of tissue, thickness, moisture content, etc. Too much influence on the force of output causes damage to surrounding tissues, and when it is insufficient, the effect of the procedure is lowered and the procedure time is longer.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 서로 다른 생체 임피던스 특성을 가지는 조직(예; 동맥, 정맥, 위장관, 장간막, 지방, 간, 신장, 위, 비장, 전립선 등)의 종류를 저주파 신호로 판정한 후 그 판정결과에 따라 진동자의 공진주파수를 가변 설정하면서 최적의 진동주파수를 가진 초음파를 인체조직의 수술부위에 인가하도록 구성함으로써, 생체 조직의 종류와 두께 및 수분량 등의 차이에 따라 초음파의 출력전달 효율을 개선하고, 주위조직 손상을 방지함은 물론, 생체 조직의 물성에 따른 최적의 출력제어가 이루어지도록 하면서 수술 시간을 단축시킬 수 있도록 하는 조직판정 스마트 초음파 수술장치 및 그 수술장치 구동방법을 제공함에 그 목적이 있는 것이다.The present invention is to improve the conventional problems as described above, and the type of tissue (eg, artery, vein, gastrointestinal tract, mesentery, fat, liver, kidney, stomach, spleen, prostate, etc.) having different bioimpedance characteristics After judging by the low frequency signal, the ultrasonic wave having the optimal vibration frequency is applied to the surgical site of the human tissue while varying the resonance frequency of the vibrator according to the determination result. According to the present invention, a tissue determination smart ultrasound surgical device and its surgery to improve the power transmission efficiency of the ultrasound, to prevent damage to surrounding tissues, and to shorten the operation time while performing the optimum output control according to the physical tissue properties. It is an object of the present invention to provide a device driving method.

본 발명은 또한, 최적의 초음파 출력을 내기 위한 초음파 진동자에 초음파 구동용 압전체와 더불어 공진주파수 가변용(Tuning) 압전체를 장착함으로써, 생체 매질의 종류에 따라 선정된 최적의 진동주파수와 일치하는 공진 특성을 가지도록 하려는데 또 다른 목적이 있는 것이다.The present invention also provides a resonance characteristic consistent with an optimum vibration frequency selected according to the type of biological medium by mounting a resonant frequency-tuning piezoelectric body together with an ultrasonic driving piezoelectric body on an ultrasonic vibrator for producing an optimum ultrasonic output. There is another purpose.

상기 목적 달성을 위한 발명 조직판정 스마트 초음파 수술장치는, 핸드스위치 또는 풋스위치(footswitch)의 누름신호에 따라 초음파 진동을 개시하도록 초음파 수술용 핸드피스가 연결되는 본체부를 구성하되, 상기 핸드피스는 다층 결합 구조를 이루면서 선단측에 초음파 전달 혼이 결합되는 구동용 압전진동자(Variable PIEZO)와, 주파수 가변용 압전진동자 및 핸드피스를 잡는 압력을 감지하는 FSR부를 포함하여 구성하고, 상기 본체부는 전원공급부와, 상기 구동용 압전진동자에 가변된 입력전압이 인가되도록 PWM신호를 인가 받은 후 이의 듀티비에 따라 상기 전원공급부로부터 공급되는 입력 전압을 가변하여 출력하는 벅 컨버터부(BUCK Converter)와, 상기 벅 컨버터부에 의해 가변되어 출력되는 입력전압에 따라 상기 주파수 가변용 압전진동자에 발진신호가 인가될 수 있도록 조직판정 결과에 따른 설정주파수를 생성하여 출력하는 펄스폭변조부와, 상기 벅 컨버터부에서 상기 펄스폭변조부로 가변된 입력전압 출력이 이루어질 때, 상기 가변 출력되는 입력전압과 이의 전류량을 감지하는 전압/전류 감지부와, 전원과 출력부를 절연시키고 상기 펄스폭변조부로부터 생성되어 출력되는 설정주파수에 따라 입력전압을 일정배수로 증폭 출력하는 트랜스부(HF Trans)와, 시술부위에 저주파 신호를 인가한 후 이를 피드백 받아 생체 조직의 물성을 판정하는 감지신호를 출력하는 인피던스 측정부 및, 상기 벅 컨버터부에 인가되는 PWM신호를 출력하는 제어부를 포함하여 구성하며, 상기 제어부는 상기 FSR부에서 감지하는 신호 및, 상기 인피던스 측정부로부터 측정되는 생체 조직의 물성 판정 신호, 그리고 상기 전압/전류 감지부에 의한 입력전압과 전류량 감지신호를 입력받은 후 상기 벅 컨버터부에 상기 PWM신호를 출력하도록 구성하는 것을 특징으로 한다.The invention tissue determination smart ultrasound surgical device for achieving the above object, but the body portion to which the ultrasonic surgical handpiece is connected to initiate the ultrasonic vibration in response to the push signal of the hand switch or footswitch (footswitch), the handpiece is a multi-layer Driven piezoelectric vibrator (Variable PIEZO) coupled to the ultrasonic transmission horn coupled to the tip side while forming a coupling structure, and a frequency variable piezoelectric vibrator and the FSR unit for sensing the pressure holding the handpiece, the main body unit and the power supply unit A buck converter (BUCK converter) for receiving a PWM signal to apply a variable input voltage to the driving piezoelectric vibrator and then varying and outputting an input voltage supplied from the power supply according to its duty ratio; An oscillation signal is applied to the frequency variable piezoelectric vibrator according to an input voltage that is variable and A pulse width modulator for generating and outputting a set frequency according to a tissue determination result, and when the input voltage output is varied from the buck converter to the pulse width modulator, the variable output voltage and its amount of current are output. A voltage / current detector for detecting a voltage, a transformer for insulating a power supply and an output, and amplifying and outputting an input voltage by a predetermined multiple according to a set frequency generated from the pulse width modulator and outputting a low frequency at a surgical site. And a control unit for outputting a PWM signal applied to the buck converter unit, and an impedance measuring unit for outputting a detection signal for determining the physical properties of the biological tissue after receiving the signal. The signal detected by the, and the physical property determination signal of the biological tissue measured from the impedance measuring unit, and the voltage / electric After receiving the input voltage and the current amount detection signal by the flow detection unit is characterized in that configured to output the PWM signal to the buck converter.

본 발명의 일면에 따라, 상기 본체부에는, 상기 트랜스부에서 증폭되어 핸드피스로 출력되는 입력전압의 세팅된 주파수를 현재 출력 주파수와 비교 후 보정하여 상기 펄스폭변조부에서 생성되어 출력되는 설정주파수를 일정레벨로 일정하게 유지시키는 피엘엘부(PLL)을 더 포함하여 구성한 것이다.According to an aspect of the present invention, in the main body portion, the set frequency of the input voltage amplified by the transformer unit and output to the handpiece is compared with the current output frequency and corrected by the set frequency generated and output from the pulse width modulator It is configured to further include a PLEL unit (PLL) to maintain a constant at a constant level.

본 발명의 다른 일면에 따라, 상기 본체부에는, 상기 제어부에서 출력되는 가변전압에 따라 상기 PLL부의 주파수를 가변시키는 D/A컨버터부를 더 포함하여 구성한 것이다.According to another aspect of the present invention, the main body unit further comprises a D / A converter unit for varying the frequency of the PLL unit according to the variable voltage output from the control unit.

한편 본 발명에 따른, 상기 조직판정 스마트 초음파 수술장치에 의해 구현되는 초음파 수술장치 구동방법은, 사용자에 의한 풋스위치 누름 상태를 감지하는 제 1 단계; 저주파 등의 조직판정 신호를 초음파 진동자의 초음파 전달 혼을 통해 인가하고 이의 피드백 결과(임피던스 측정)에 따라 생체 조직의 종류를 판정하는 제 2 단계; 상기 피드백 신호의 측정범위가 근육, 혈관, 지방 등 인지 생체 조직을 판별하고 이의 범위를 벗어날 때에는 초음파 출력을 정지시킨 후 풋스위치 상태를 확인하면서 정상적인 접촉인지를 연속 감지하는 제 3 단계; 정상적인 조직에 초음파 출력 혼이 접촉 되었을 경우 임상적으로 얻은 조직별 최적 주파수 데이터 베이스에서 해당 주파수를 가져오고, 이를 제어부에서 전압으로 변환하고, PLL부의 VCO단에 입력하여 생체 조직에 최적인 주파수로 초음파 진동자를 구동시키는 제 4 단계; 상기 제 4 단계 이후 풋스위치가 누름상태 동안 연속 초음파 출력을 내보내면서 이의 전류량과 인가전압을 D/A 컨버터부로 상시 감지하여 생체 조직의 두께에 따른 적정 출력을 자동으로 인가하는 제 5 단계; 및, 상기 제 5 단계에서 풋스위치의 떨어진 상태를 감지하면 초음파 출력을 정지시키는 제 6 단계; 를 포함하여 진행된다.On the other hand, according to the present invention, the ultrasonic surgical device driving method implemented by the tissue determination smart ultrasonic surgery apparatus, the first step of detecting a footswitch pressing state by the user; A second step of applying a tissue determination signal such as a low frequency through an ultrasonic delivery horn of the ultrasonic vibrator and determining the type of biological tissue according to a feedback result thereof (impedance measurement); A third step of determining whether the measurement range of the feedback signal is cognitive biological tissue such as muscles, blood vessels, fats, etc., and if it is out of the range, stopping the ultrasonic output and checking a footswitch state to continuously detect whether the contact is normal; When the ultrasound output horn is in contact with the normal tissue, the frequency is taken from the optimal frequency database for each tissue obtained clinically, converted into a voltage by the control unit, and inputted into the VCO terminal of the PLL unit, and the ultrasound is performed at the optimal frequency for the living tissue. A fourth step of driving the vibrator; A fifth step of automatically sensing a current amount and an applied voltage with a D / A converter unit while outputting a continuous ultrasonic output while the foot switch is pressed after the fourth step and automatically applying a proper output according to the thickness of the biological tissue; And a sixth step of stopping the ultrasonic output when the foot switch detects the separated state of the foot switch in the fifth step. Lt; / RTI >

본 발명의 일면에 따라, 상기 제 3 단계에서는 생체 조직의 판별 범위를 벗어나는 경우 초음파 전달 혼의 끝단이 단락되거나, 또는 핸드피스의 초음파 진동자가 조직에서 떨어져 있는 것으로 판단하고, 상기 판단결과에 따라 일정시간 이내에 정상 부하 조건이 감지되지 않을 경우에는 에러나 경고를 표시하는 단계를 더 포함하는 것이다.According to an aspect of the present invention, in the third step, the end of the ultrasonic delivery horn is shorted or the ultrasonic vibrator of the handpiece is determined to be separated from the tissue when it is out of the determination range of the biological tissue, and the predetermined time is determined according to the determination result. If a normal load condition is not detected within a second time, the method further includes displaying an error or warning.

본 발명의 다른 일면에 따라, 상기 제 5 단계에서는 조직의 두께가 두꺼울수록 조직의 저항이 커져 전류량이 작아지므로, 이 경우 상용 전압의 가변범위 내에서 전압을 상승시켜 적정 전류가 흐르게 해주고, 이의 반대인 조직의 얇은 부분을 시술할 경우에는 상용 전압의 가변범위 내에서 전압을 낮춰 많은 전류가 흐르도록 하면서 생체 조직이 상하거나 주위 조직에 영향을 주는 것을 방지시키는 단계; 를 더 포함하는 것이다.According to another aspect of the present invention, in the fifth step, the thicker the thickness of the tissue, the larger the resistance of the tissue and the smaller the amount of current. In this case, the appropriate current flows by increasing the voltage within the variable range of the commercial voltage, and vice versa. When a thin portion of the phosphorus tissue is treated, lowering the voltage within a variable range of the commercial voltage to prevent a large amount of current from flowing to the living tissue and affecting surrounding tissues; .

이와 같이, 본 발명은 서로 다른 생체 임피던스 특성을 가지는 조직(예; 동맥, 정맥, 위장관, 장간막, 지방, 간, 신장, 위, 비장, 전립선 등)의 종류를 저주파 신호로 판정한 후 그 판정결과에 따라 진동자의 공진주파수를 가변 설정하면서 최적의 진동주파수를 가진 초음파를 인체조직의 수술부위에 인가하도록 구성함은 물론, 최적의 초음파 출력을 내기 위한 초음파 진동자에 초음파 구동용 압전체와 더불어 공진주파수 가변용(Tuning) 압전체를 장착한 것으로, 이를 통해 생체 매질의 종류에 따라 선정된 최적의 진동주파수와 일치하는 공진 특성을 가지도록 하면서 생체 조직의 종류와 두께 및 수분량 등의 차이에 따라 초음파의 출력전달 효율을 개선하고, 주위조직 손상을 방지함은 물론, 생체 조직의 물성에 따른 최적의 출력제어가 이루어지도록 하면서 수술 시간을 단축시키는 효과를 기대할 수 있는 것이다.As described above, the present invention determines the types of tissues having different bioimpedance characteristics (for example, arteries, veins, gastrointestinal tract, mesentery, fat, liver, kidney, stomach, spleen, prostate, etc.) with low frequency signals and then determines the results. The resonant frequency of the oscillator is variablely set to apply an ultrasonic wave having an optimal vibration frequency to the surgical site of the human tissue, and the ultrasonic frequency piezoelectric element and the resonant frequency are variable to the ultrasonic vibrator for outputting an optimal ultrasonic output. Tuning piezoelectric element is installed, and through this, it has resonant characteristics consistent with the optimal vibration frequency selected according to the type of biological medium, and transmits the power of ultrasonic wave according to the type of biological tissue and the difference of thickness and moisture content. Improving efficiency, preventing damage to surrounding tissues, and ensuring optimal output control according to physical tissue properties Would you expect the effect of shortening the surgical time.

도 1은 본 발명 조직판정 스마트 초음파 수술장치의 블럭 구성도.
도 2는 본 발명의 초음파 진동자의 구조도.
도 3은 본 발명 조직판정 스마트 초음파 수술장치 구동방법을 보인 흐름도.
도 4는 본 발명의 임피던스 측정에 따른 생체 조직의 판정 그래프.1 is a block diagram of a tissue determination smart ultrasound surgical apparatus of the present invention.
2 is a structural diagram of the ultrasonic vibrator of the present invention.
Figure 3 is a flow chart illustrating a method of driving the tissue determination smart ultrasound surgical apparatus of the present invention.
Figure 4 is a determination graph of living tissue according to the impedance measurement of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예로 조직판정 스마트 초음파 수술장치의 블럭 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예로 초음파 진동자의 구조도를 도시한 것이다.1 is a block diagram of a tissue determination smart ultrasound surgery apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 shows a structural diagram of the ultrasonic vibrator in an embodiment of the present invention.

첨부된 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 조직판정 스마트 초음파 수술장치는 핸드스위치 또는 풋스위치(footswitch)의 누름신호에 따라 초음파 진동을 개시하도록 초음파 수술용 핸드피스(10)가 연결되는 본체부(20)에 있어서, 상기 핸드피스(10)에는 구동용 압전진동자(Variable PIEZO)(11)와 주파수 가변용 압전진동자(11b), FSR부(12)를 구성하고, 상기 본체부(20)에는 전원공급부(21), 벅 컨버터부(BUCK Converter)(22), 펄스폭변조부(PWM)(23), 전압/전류 감지부(24), 트랜스부(HF Trans)(25), 인피던스 측정부(26), 제어부(MCU)(27), PLL부(28), D/A컨버터부(29)를 포함하는 것이다.1 and 2, the tissue determination smart ultrasound surgical apparatus according to an embodiment of the present invention, the ultrasonic surgical handpiece 10 to initiate the ultrasonic vibration in response to the push signal of the hand switch or footswitch (footswitch) In the main body 20 is connected to, the handpiece 10 comprises a driving piezoelectric vibrator (Variable PIEZO) 11, the frequency variable piezoelectric vibrator (11b), the FSR unit 12, The main body 20 includes a power supply 21, a buck converter 22, a pulse width modulator (PWM) 23, a voltage / current detector 24, a transformer (HF Trans) ( 25), an impedance measurement unit 26, a control unit (MCU) 27, a PLL unit 28, and a D / A converter unit 29.

상기 구동용 압전진동자(11)는 다층 결합 구조를 이루면서 선단측에 초음파 전달 혼(11a)이 결합 구성되는 것이다.The driving piezoelectric vibrator 11 is a ultrasonic coupling horn 11a is coupled to the front end side while forming a multilayer coupling structure.

상기 FSR부(12)는 사용자가 핸드피스를 잡은 상태에서, 상기 사용자의 손을 통해 상기 핸드피스에 가해지는 압력을 감지하도록 구성되며, 상기 감지되는 압력세기는 상기 본체부(20)의 제어부(27)에 출력되도록 구성된다.The FSR unit 12 is configured to detect the pressure applied to the handpiece through the user's hand in a state in which the user grasps the handpiece, and the detected pressure intensity is controlled by the control unit of the main body unit 20 ( 27) is configured to be output.

상기 전원공급부(21)는 상용전원(AC Power)로부터 스위칭 모드 파워 서플라이(Switching Mode Power Supply)를 통해 전압을 상기 벅 컨버터부(22)에 인가하도록 구성되는 것이다.The power supply unit 21 is configured to apply a voltage to the buck converter unit 22 from a commercial power source (AC Power) through a switching mode power supply.

상기 벅 컨버터부(22)는 상기 구동용 압전진동자(11)에 가변된 입력전압이 인가되도록 상기 제어부(27)에서 출력하는 PWM신호를 인가받은 후 이의 듀티비에 따라 상기 전원공급부(21)로부터 공급되는 입력 전압을 가변한 후 이를 상기 펄스폭변조부(23)에 출력하도록 구성된다.The buck converter 22 receives the PWM signal output from the controller 27 so that a variable input voltage is applied to the driving piezoelectric vibrator 11 and then, from the power supply 21 according to its duty ratio. It is configured to vary the input voltage supplied and output it to the pulse width modulator 23.

상기 펄스폭변조부(23)는 상기 벅 컨버터부(22)에 의해 가변되어 출력되는 입력전압에 따라 상기 구동용 압전진동자(11)에 발진신호가 인가될 수 있도록 조직판정 결과에 따른 설정주파수를 생성하되, 주파수 가변용 압전진동자(11b)의 전기 단자에 적절한 인덕턴스를 가하여 공진주파수를 변경한 후, 이를 트랜스부(25)에 출력하도록 구성된다.The pulse width modulator 23 adjusts the set frequency according to the tissue determination result so that an oscillation signal is applied to the driving piezoelectric vibrator 11 according to an input voltage that is variable and output by the buck converter 22. It is configured to generate an appropriate inductance to the electrical terminal of the piezoelectric vibrator 11b for variable frequency, change the resonant frequency, and output the same to the transformer unit 25.

상기 전압/전류 감지부(24)는 상기 벅 컨버터부(22)에서 상기 펄스폭변조부(23)로 가변된 입력전압 출력이 이루어질 때, 상기 가변 출력되는 입력전압과 이의 전류량을 감지한 후 이를 상기 제어부(27)에 출력하도록 구성된다.The voltage / current detector 24 detects the variable output voltage and the amount of current thereof when the buck converter 22 outputs a variable input voltage from the buck converter 22 to the pulse width modulator 23. It is configured to output to the control unit 27.

상기 트랜스부(25)는 전원과 출력부를 절연시키는 한편, 상기 펄스폭변조부(23)로부터 생성되어 출력되는 설정주파수에 따라 입력전압을 일정배수로 증폭한 후 이를 핸드피스(10)에 출력하도록 구성된다.The transformer 25 insulates the power supply and the output, and amplifies the input voltage by a predetermined multiple according to the set frequency generated and output from the pulse width modulator 23 and outputs the same to the handpiece 10. do.

상기 인피던스 측정부(26)는 시술부위에 저주파 신호를 인가한 후 이를 피드백받아 생체 조직의 물성을 판정하는 감지신호를 상기 제어부(27)에 출력하도록 구성된다.The impedance measuring unit 26 is configured to apply a low frequency signal to the surgical site and then feed it back to the control unit 27 to output a detection signal for determining physical properties of the biological tissue.

상기 제어부(27)는 상기 벅 컨버터부(22)에 인가되는 PWM신호를 출력하는 것으로, 상기 제어부(27)는 상기 FSR(12)에서 감지하는 신호 및, 상기 인피던스 측정부(15)로부터 측정되는 생체 조직의 물성 판정 신호, 그리고 상기 전압/전류 감지부(24)에 의한 입력전압과 전류량 감지신호를 입력받은 후 상기 벅 컨버터부(22)에 상기 PWM신호를 출력하게 되는 것이다.The control unit 27 outputs a PWM signal applied to the buck converter unit 22, and the control unit 27 measures the signal detected by the FSR 12 and the impedance measurement unit 15. After receiving the physical property determination signal of the biological tissue, the input voltage and the current amount detection signal by the voltage / current detection unit 24 is to output the PWM signal to the buck converter 22.

상기 PLL부(28)는 상기 트랜스부(25)에서 증폭되어 핸드피스(10)로 출력되는 입력전압의 세팅된 주파수를 현재 출력 주파수와 비교 후 보정하여 상기 펄스폭변조부(23)에서 생성되어 상기 트랜스부(25)에 출력되는 설정주파수를 일정레벨로 일정하게 유지시키도록 구성된다.The PLL unit 28 is generated by the pulse width modulator 23 by correcting the set frequency of the input voltage amplified by the transformer unit 25 and output to the handpiece 10 after comparison with a current output frequency. It is configured to keep the set frequency output to the transformer unit 25 at a constant level.

상기 D/A컨버터부(29)는 상기 제어부(27)에서 출력되는 가변전압에 따라 상기 PLL부(28)의 주파수를 가변시키도록 구성되는 것이다.The D / A converter unit 29 is configured to vary the frequency of the PLL unit 28 according to the variable voltage output from the control unit 27.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 조직판정 스마트 초음파 수술장치는 첨부되는 도 1 내지 도 4에서와 같이, 우선 사용자에 의한 풋스위치 누름 상태를 감지하게 되며, 상기 감지결과 풋스위치의 누름신호가 본체부(20)에 구성되는 제어부(27)에 인가되는 경우, 상기 제어부(27)는 저주파 등의 조직판정 신호를 구동용 압전진동자의 초음파 전달 혼을 통해 인가하고 이의 피드백 결과(임피던스 측정)에 따라 생체 조직의 종류를 판정하게 된다.Thus, the tissue determination smart ultrasound surgical apparatus according to an embodiment of the present invention, as shown in Figures 1 to 4 attached, first to detect the pressing state of the foot switch by the user, the detection signal of the foot switch is the main body When applied to the control unit 27 configured in the unit 20, the control unit 27 applies a tissue determination signal such as low frequency through the ultrasonic transfer horn of the piezoelectric vibrator for driving and according to the feedback result (impedance measurement) thereof The type of living tissue is determined.

즉, 상기 본체부(20)에 포함되는 벅 컨버터부(22)는 구동용 압전진동자(11)에 가변된 입력전압이 인가되도록 상기 제어부(27)에서 출력하는 PWM신호를 인가받은 후 이의 듀티비에 따라 전원공급부(21)로부터 공급되는 입력 전압을 가변한 후 이를 상기 펄스폭변조부(23)에 출력한다.That is, the buck converter 22 included in the main body 20 receives a PWM signal output from the control unit 27 so that a variable input voltage is applied to the driving piezoelectric vibrator 11, and then the duty ratio thereof. As a result, the input voltage supplied from the power supply 21 is varied and then output to the pulse width modulator 23.

그러면, 상기 펄스폭변조부(23)는 상기 벅 컨버터부(22)에 의해 가변되어 출력되는 입력전압에 따라 상기 구동용 압전진동자(11)에 발진신호가 인가될 수 있도록 조직판정 결과에 따른 설정주파수를 생성한 후 이를 트랜스부(25)에 출력한다.Then, the pulse width modulator 23 is set according to a tissue determination result so that an oscillation signal is applied to the driving piezoelectric vibrator 11 according to an input voltage that is variable and output by the buck converter 22. After generating the frequency and outputs it to the transformer (25).

다음으로, 상기 트랜스부(25)는 상기 펄스폭변조부(23)로부터 생성되어 출력되는 설정주파수에 따라 입력전압을 일정배수로 증폭한 후 이를 핸드피스(10)에 출력하게 된다.Next, the transformer 25 amplifies the input voltage by a predetermined multiple according to the set frequency generated and output from the pulse width modulator 23 and outputs it to the handpiece 10.

이때, 상기 트랜스부(25)로부터 상기 핸드피스(10)로 증폭 출력되는 신호와, 상기 제어부(27)에서 출력되는 가변전압에 따라 D/A컨버터부(29)에서 출력하는 가변전압이 PLL부(28)에 인가되면서, 상기 PLL부(28)의 주파수는 가변되고, 이에따라 상기 펄스폭변조부(23)에서는 상기 구동용 압전진동자(11)에 발진신호가 인가될 수 있도록 조직판정 결과에 따른 설정주파수를 생성할 수 있게 되는 것이다.At this time, a variable voltage output from the D / A converter unit 29 according to the signal amplified and output from the transformer unit 25 to the handpiece 10 and the variable voltage output from the control unit 27 is a PLL unit. While being applied to (28), the frequency of the PLL unit 28 is variable, accordingly the pulse width modulator 23 according to the tissue determination result so that the oscillation signal can be applied to the driving piezoelectric vibrator (11) The set frequency can be generated.

다음으로, 상기 벅 컨버터부(22)의 출력라인에 연결되는 전압/전류 감지부(24)는 상기 벅 컨버터부(22)에서 상기 펄스폭변조부(23)로 가변된 입력전압 출력이 이루어질 때, 상기 가변 출력되는 입력전압과 이의 전류량을 감지한 후 이를 상기 제어부(27)에 출력하게 된다.Next, when the voltage / current sensing unit 24 connected to the output line of the buck converter 22 has a variable input voltage output from the buck converter 22 to the pulse width modulator 23. After detecting the variable output voltage and the amount of current thereof, the variable voltage is output to the controller 27.

또한, 상기 본체부(20)에 구성되면서 핸드피스(10)에 연결되는 인피던스 측정부(26)는 시술부위에 저주파 신호를 인가한 후 이를 피드백받아 생체 조직의 물성을 판정하는 감지신호를 상기 제어부(27)에 출력하게 되는 바, 상기 제어부(27)는 상기 벅 컨버터부(22)에 PWM신호를 출력할 수 있는 것이다.In addition, the impedance measuring unit 26 which is configured in the main body 20 and connected to the handpiece 10 applies a low frequency signal to the surgical site and receives the feedback signal to determine the physical properties of the biological tissue. The control unit 27 may output the PWM signal to the buck converter unit 22.

즉, 상기 제어부(27)는 상기 FSR(12)에서 감지하는 신호 및, 상기 인피던스 측정부(15)로부터 측정되는 생체 조직의 물성 판정 신호, 그리고 상기 전압/전류 감지부(24)에 의한 입력전압과 전류량 감지신호를 입력받은 후 상기 벅 컨버터부(22)에 상기 PWM신호를 출력하게 되며, 이러한 PWM신호에 따라 첨부된 도 4에서와 같이 생체 조직의 종류를 판정할 수 있는 것이다.That is, the control unit 27 detects the signal detected by the FSR 12, the physical property determination signal of the biological tissue measured by the impedance measuring unit 15, and the input voltage by the voltage / current detecting unit 24. The PWM signal is output to the buck converter 22 after receiving the overcurrent detection signal, and the type of living tissue can be determined according to the PWM signal as shown in FIG. 4.

한편, 상기 상기 피드백 신호의 측정범위가 근육, 혈관, 지방 등 인지 생체 조직을 판별하고 이의 범위를 벗어나는 경우, 상기 제어부(27)는 초음파 출력을 정지시킨 후 풋스위치 상태를 확인하면서 정상적인 접촉인지를 연속 감지하게 되는데, 정상적인 조직에 구동용 압전진동자(11)의 초음파 출력 혼(11a)이 접촉시, 상기 제어부(27)는 임상적으로 얻은 조직별 최적 주파수 데이터 베이스에서 해당 주파수를 가져오게 되며, 이러한 주파수 정보는 전압으로 변환된 후 PLL부(28)의 VCO단에 입력되면서 생체 조직에 최적인 주파수로 상기 구동용 압전진동자(11)를 구동시킬 수 있게 되는 것이다.On the other hand, if the measurement range of the feedback signal is a biological tissue, such as muscle, blood vessels, fat, etc., and if it is out of the range, the control unit 27 stops the ultrasonic output and checks the state of the footswitch to determine whether it is normal contact. When the ultrasonic output horn (11a) of the driving piezoelectric vibrator 11 is in contact with normal tissue, the control unit 27 brings the corresponding frequency from the optimal frequency database for each tissue obtained clinically, The frequency information is converted into a voltage and then input to the VCO terminal of the PLL unit 28 to drive the driving piezoelectric vibrator 11 at a frequency optimal for living tissue.

여기서, 상기 설명에서 생체 조직의 판별 범위를 벗어나는 경우, 상기 제어부(27)는 초음파 전달 혼(11a)의 끝단이 단락되거나, 또는 핸드피스(10)의 구동용 압전진동자(11)가 조직에서 떨어져 있는 것으로 판단하고, 상기 판단결과에 따라 일정시간 이내에 정상 부하 조건이 감지되지 않을 경우에는 에러나 경고를 표시하는 제어동작을 수행하게 되는 것이다.Here, in the above description, if the determination range of the living tissue is out of the range, the control unit 27 may short the end of the ultrasonic delivery horn 11a, or the piezoelectric vibrator 11 for driving the handpiece 10 may be separated from the tissue. If it is determined that there is a normal load condition within a predetermined time according to the determination result, a control operation for displaying an error or a warning is performed.

이때, 상기 풋스위치가 누름상태 동안 연속 초음파 출력을 내보내면서 이의 전류량과 인가전압은 D/A 컨버터부(29)로 상시 감지하게 되고, 따라서 상기 제어부(27)는 생체 조직의 두께에 따른 적정 출력을 자동으로 구동용 압전진동자(11)에 인가할 수 있는 것이다.At this time, while the footswitch outputs a continuous ultrasonic output while the state is pressed, the current amount and the applied voltage is always sensed by the D / A converter unit 29, so that the control unit 27 is appropriate output according to the thickness of the living tissue It can be automatically applied to the driving piezoelectric vibrator (11).

즉, 조직의 두께가 두꺼울수록 조직의 저항이 커져 전류량이 작아지므로, 이 경우 상용 전압의 가변범위 내에서 전압을 상승시켜 적정 전류가 흐르게 해주고, 이의 반대인 조직의 얇은 부분을 시술할 경우에는 상용 전압의 가변범위 내에서 전압을 낮춰 많은 전류가 흐르도록 하면서 생체 조직이 상하거나 주위 조직에 영향을 주는 것을 방지시키게 되는 것이다.In other words, the thicker the tissue, the greater the resistance of the tissue and the smaller the amount of current. In this case, the appropriate current flows by increasing the voltage within the variable range of the commercial voltage. By lowering the voltage within the variable range of the voltage to allow a large amount of current to flow while preventing the biological tissue from damaging or affecting the surrounding tissue.

이때, 상기 핸드스위치 또는 풋스위치가 떨어진 상태로 감지되면, 상기 제어부(27)는 초음파 출력을 정지시키게 되는 것이다.In this case, when the hand switch or the foot switch is detected as being in a separated state, the control unit 27 stops the ultrasonic output.

본 발명은 상술한 바람직한 실시예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 간주한다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be easy to understand. It is also to be understood that the technical spirit of the invention is also deemed to belong to the scope of the appended claims if the practice of such improvements, alterations, substitutions or additions falls within the scope of the appended claims.

10; 핸드피스 11; 구동용 압전진동자
11a; 초음파 전달 혼 11b; 주파수 가변용 압전진동자
12; FSR부
20; 본체부 21; 전원공급부
22; 벅 컨버터부 23; 펄스폭변조부
24; 전압/전류 감지부 25; 트랜스부
26; 인피던스 측정부 27; 제어부
28; PLL부 29; D/A컨버터부10; Hand piece 11; Piezoelectric Oscillator for Driving
11a; Ultrasonic delivery horn 11b; Piezoelectric Oscillator for Variable Frequency
12; FSR portion
20; Body portion 21; Power supply
22; Buck converter 23; Pulse Width Modulator
24; A voltage / current detector 25; Transbu
26; An impedance measuring unit 27; The control unit
28; PLL section 29; D / A Converter

Claims (6)

핸드스위치 또는 풋스위치(footswitch)의 누름신호에 따라 초음파 진동을 개시하도록 초음파 수술용 핸드피스가 연결되는 본체부를 구성하되,
상기 핸드피스는 다층 결합 구조를 이루면서 선단측에 초음파 전달 혼이 결합되는 구동용 압전진동자(Variable PIEZO)와, 주파수 가변용 압전진동자 및 핸드피스를 잡는 압력을 감지하는 FSR부를 포함하여 구성하고,
상기 본체부는 전원공급부와, 상기 구동용 압전진동자에 가변된 입력전압이 인가되도록 PWM신호를 인가 받은 후 이의 듀티비에 따라 상기 전원공급부로부터 공급되는 입력 전압을 가변하여 출력하는 벅 컨버터부(BUCK Converter)와, 상기 벅 컨버터부에 의해 가변되어 출력되는 입력전압에 따라 상기 주파수 가변용 압전진동자에 발진신호가 인가될 수 있도록 조직판정 결과에 따른 설정주파수를 생성하여 출력하는 펄스폭변조부와, 상기 벅 컨버터부에서 상기 펄스폭변조부로 가변된 입력전압 출력이 이루어질 때, 상기 가변 출력되는 입력전압과 이의 전류량을 감지하는 전압/전류 감지부와, 전원과 출력부를 절연시키고 상기 펄스폭변조부로부터 생성되어 출력되는 설정주파수에 따라 입력전압을 일정배수로 증폭 출력하는 트랜스부(HF Trans)와, 시술부위에 저주파 신호를 인가한 후 이를 피드백 받아 생체 조직의 물성을 판정하는 감지신호를 출력하는 인피던스 측정부 및, 상기 벅 컨버터부에 인가되는 PWM신호를 출력하는 제어부를 포함하여 구성하며, 상기 제어부는 상기 FSR부에서 감지하는 신호 및, 상기 인피던스 측정부로부터 측정되는 생체 조직의 물성 판정 신호, 그리고 상기 전압/전류 감지부에 의한 입력전압과 전류량 감지신호를 입력받은 후 상기 벅 컨버터부에 상기 PWM신호를 출력하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 조직판정 스마트 초음파 수술장치.To configure the body portion to which the ultrasonic surgical handpiece is connected to initiate the ultrasonic vibration in accordance with the push signal of the hand switch or footswitch (footswitch),
The handpiece is configured to include a drive piezoelectric vibrator (Variable PIEZO) coupled to the ultrasonic transmission horn on the tip side while forming a multi-layer coupling structure, a frequency variable piezoelectric vibrator and an FSR unit for sensing the pressure holding the handpiece,
The main body unit receives a PWM signal such that a variable input voltage is applied to the power supply unit and the driving piezoelectric vibrator, and then converts and outputs an input voltage supplied from the power supply unit according to its duty ratio. And a pulse width modulator for generating and outputting a set frequency according to a texture determination result so that an oscillation signal can be applied to the frequency variable piezoelectric vibrator according to an input voltage that is variably output by the buck converter. When a variable input voltage output is made from the buck converter to the pulse width modulator, a voltage / current detector for sensing the variable output voltage and the amount of current thereof, and insulates a power supply and an output from the pulse width modulator. And HF Trans for amplifying and outputting the input voltage by a certain multiple according to the set frequency outputted And a control unit for outputting a PWM signal applied to the buck converter unit and an impedance measuring unit for applying a low frequency signal and receiving the feedback and outputting a detection signal for determining the physical properties of the biological tissue. After receiving the signal detected by the unit, the physical property determination signal of the biological tissue measured from the impedance measuring unit, and the input voltage and current amount detection signal by the voltage / current detection unit and outputs the PWM signal to the buck converter unit Tissue determination smart ultrasound surgical device, characterized in that configured to. 제 1 항에 있어서,
상기 본체부에는 상기 트랜스부에서 증폭되어 핸드피스로 출력되는 입력전압의 세팅된 주파수를 현재 출력 주파수와 비교 후 보정하여 상기 펄스폭변조부에서 생성되어 출력되는 설정주파수를 일정레벨로 일정하게 유지시키는 피엘엘부(PLL)을 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 조직판정 스마트 초음파 수술장치.The method of claim 1,
The main body unit compares the set frequency of the input voltage amplified by the transformer unit and output to the handpiece with a current output frequency and corrects it to maintain the set frequency generated by the pulse width modulator at a constant level. Smart determination device for tissue determination, characterized in that it further comprises a PLEL (PLL). 제 2 항에 있어서,
상기 본체부에는 상기 제어부에서 출력되는 가변전압에 따라 상기 PLL부의 주파수를 가변시키는 D/A컨버터부를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 조직판정 스마트 초음파 수술장치.3. The method of claim 2,
And the main body unit further comprises a D / A converter unit for varying the frequency of the PLL unit according to the variable voltage output from the control unit. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 장치를 사용하여, 사용자에 의한 핸드스위치 또는 풋스위치 누름 상태를 감지하는 제 1 단계;
저주파 등의 조직판정 신호를 구동용 압전진동자의 초음파 전달 혼을 통해 인가하고 이의 피드백 결과(임피던스 측정)에 따라 생체 조직의 종류를 판정하는 제 2 단계;
상기 피드백 신호의 측정범위가 근육, 혈관, 지방 등 인지 생체 조직을 판별하고 이의 범위를 벗어날 때에는 초음파 출력을 정지시킨 후 풋스위치 상태를 확인하면서 정상적인 접촉인지를 연속 감지하는 제 3 단계;
정상적인 조직에 초음파 출력 혼이 접촉 되었을 경우 임상적으로 얻은 조직별 최적 주파수 데이터 베이스에서 해당 주파수를 가져오고, 이를 제어부에서 전압으로 변환하고, PLL부의 VCO단에 입력하여 생체 조직에 최적인 주파수로 구동용 압전진동자를 구동시키는 제 4 단계;
상기 제 4 단계 이후 풋스위치가 누름상태 동안 연속 초음파 출력을 내보내면서 이의 전류량과 인가전압을 D/A 컨버터부로 상시 감지하여 생체 조직의 두께에 따른 적정 출력을 자동으로 인가하는 제 5 단계; 및,
상기 제 5 단계에서 풋스위치의 떨어진 상태를 감지하면 초음파 출력을 정지시키는 제 6 단계; 를 포함하여 진행하는 것을 특징으로 하는 조직판정 스마트 초음파 수술장치 구동방법.A first step of detecting a hand switch or footswitch pressing state by a user using the apparatus of any one of claims 1 to 3;
A second step of applying a tissue determination signal such as low frequency through an ultrasonic delivery horn of a piezoelectric vibrator for driving and determining the type of biological tissue according to a feedback result thereof (impedance measurement);
A third step of determining whether the measurement range of the feedback signal is cognitive biological tissue such as muscles, blood vessels, fats, etc., and if it is out of the range, stopping the ultrasonic output and checking a footswitch state to continuously detect whether the contact is normal;
When the ultrasound output horn is in contact with the normal tissue, the frequency is taken from the optimal frequency database for each tissue obtained clinically, converted into voltage by the control unit, and input to the VCO terminal of the PLL unit to be driven at the optimal frequency for the biological tissue. A fourth step of driving the piezoelectric vibrator;
A fifth step of automatically sensing a current amount and an applied voltage with a D / A converter unit while outputting a continuous ultrasonic output while the foot switch is pressed after the fourth step and automatically applying a proper output according to the thickness of the biological tissue; And
A sixth step of stopping the ultrasonic output when the fifth switch detects the separated state of the foot switch; The method for driving tissue determination smart ultrasound surgical apparatus comprising the progress. 제 4 항에 있어서,
상기 제 3 단계에서는 생체 조직의 판별 범위를 벗어나는 경우 초음파 전달 혼의 끝단이 단락되거나, 또는 핸드피스의 구동용 압전진동자가 조직에서 떨어져 있는 것으로 판단하고, 상기 판단결과에 따라 일정시간 이내에 정상 부하 조건이 감지되지 않을 경우에는 에러나 경고를 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조직판정 스마트 초음파 수술장치 구동방법.5. The method of claim 4,
In the third step, it is determined that the end of the ultrasonic delivery horn is short-circuited or the piezoelectric vibrator for driving the handpiece is separated from the tissue when it is out of the determination range of the living tissue. If not detected, the method of driving a tissue determination smart ultrasound surgical apparatus, characterized in that it further comprises the step of displaying an error or warning. 삭제delete
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