KR101326465B1 - 수술장치 및 그 제어방법 - Google Patents

수술장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수술장치 및 그 제어방법을 개시한 것으로, 이러한 본 발명은 신체 조직에 가해지는 초음파 또는 고주파의 출력세기와 위상을 실시간 감시하는 상태에서 각 신체조직의 종류 및/또는 두께에 무관하게 자동으로 최적의 출력세기와 주파수를 공급 제어하도록 구성한 것이며, 이에따라 피시술자의 시술 부위에 대한 절개와 절제 및 응고의 처치가 정교하게 이루어지도록 함은 물론, 시술 부위의 주변 신체 조직에 대한 변성이나 탄화 발생과 같은 손상을 최소화시키고, 시술 종료 후에는 피시술자의 회복시간을 단축시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

수술장치 및 그 제어방법{IMPROVED SURGICAL DEVICES AND METHODS OF USE}
본 발명은 수술장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초음파 또는 고주파의 복합 에너지를 이용하여 생체 조직의 절개, 절제 또는 응고 등의 처치를 수행할 때, 초음파 또는 고주파의 출력을 정밀 제어할 수 있도록 하는 수술 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 초음파 또는 고주파를 이용하여 신체 조직의 절개, 절제 또는 응고 등의 처치를 수행하는 수술장치는 조작부와 출력 핸드피스부가 구성되며, 상기 출력 핸드피스부에는 초음파 진동을 발생하는 초음파 진동자 또는 고주파 출력부가 설치되는 것이다.
이에따라, 상기 초음파 진동자로부터의 초음파 진동이나 상기 고주파 출력부의 고주파 출력으로부터 신체 조직의 절개, 절제 또는 응고 등의 처치를 수행할 수 있게 되는 것이다.
그러나, 종래 초음파 또는 고주파를 이용한 수술장치는 상기 초음파 진동자의 초음파 출력레벨 또는 고주파 출력부의 고주파 출력레벨이 신체 조직의 종류와 두께에 대응하여 그 출력레벨을 수동으로 제어하는 방식인 바, 이는 피시술자 신체 조직의 임피던스에 따라 출력전력의 공급차이가 크게 발생하는 단점이 있고, 이로인해 절개와 절제 및 응고의 처치가 부족하게 발생되거나, 또는 과도한 출력레벨로 인해 시술 부위가 아닌 시술 부위의 주변 신체 조직에 대한 변성이나 탄화를 발생시키는 문제가 있고, 특히 시술 종료 후 피시술자의 회복시간이 길어지는 단점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 신체 조직에 가해지는 초음파 또는 고주파의 출력세기와 위상을 실시간 감시하는 상태에서 각 신체조직의 종류 및/또는 두께에 무관하게 자동으로 최적의 출력세기와 주파수를 공급 제어하도록 구성함으로써, 피시술자의 시술 부위에 대한 절개와 절제 및 응고의 처치가 정교하게 이루어지도록 함은 물론, 시술 부위의 주변 신체 조직에 대한 변성이나 탄화 발생과 같은 손상을 최소화시키고, 시술 종료 후에는 피시술자의 회복시간을 단축시킬 수 있도록 하는 수술장치 및 그 제어방법을 제공하려는 것이다.
상기 목적 달성을 위한 본 발명 수술장치는, 전원공급부; 상기 전원공급부로부터 공급되는 전압에 따라 일정레벨의 전압을 출력하는 전압출력부; 상기 전압출력부로부터 출력되는 일정레벨의 전압에 따라 피시술자의 신체조직에 고주파 신호를 인가하여, 피시술자의 시술 부위에 대한 절개와 절제 및 응고 처치를 진행하는 출력 핸드피스부; 상기 출력 핸드피스부에서 신체조직으로 고주파 신호 인가시, 상기 고주파 신호를 피드백받고, 상기 피드백받은 고주파 신호와 전류 및 전압 위상차를 검출한 후, 상기 검출된 위상차에 따라 상기 전압출력부에서 일정레벨로 출력되는 전압의 주파수를 보정하는 보정회로부; 상기 출력 핸드피스부로부터 피드백되는 고주파 신호를 증폭 출력하는 증폭기; 및, 상기 출력 핸드피스부로부터 인가되는 고주파 신호의 출력강도가 신체조직별로 설정된 기준범위로 일정하게 유지되도록, 상기 증폭기로부터 증폭 출력되는 고주파 신호에 따라 상기 전압출력부의 전압출력을 제어하는 제어부(MCU); 를 포함하여 구성한 것이다.
또한, 상기 전압출력부는, 상기 전원공급부로부터 전원공급시, 상기 제어부로부터 출력되는 제어신호에 따라 스위칭 듀티비를 가변하는 강압형 전압변환기; 상기 강압형 전압변환기로부터 가변되는 스위칭 듀티비에 따라 일정레벨의 전압을 출력하는 인버터 회로부; 및, 상기 인버터 회로부로부터 출력되는 일정레벨의 전압을 승압하여 고주파 신호를 상기 출력 핸드피스부에 출력하는 고주파 트랜스부; 를 포함하는 것이다.
또한, 상기 보정회로부는, 상기 출력 핸드피스부에서 신체조직으로 고주파 신호 인가시, 상기 인가되는 고주파 신호를 피드백받아 고조파 성분을 제거하는 밴드패스 필터부; 상기 밴드패스 필터부로부터 고조파 성분이 제거된 필터링된 고주파 신호로부터 상기 신체조직에 인가되는 고주파 신호의 전압 및 전류 위상차를 감지하는 감지부; 고주파 신호의 시술 출력에 따른 기준주파수가 설정되고, 상기 설정된 기준주파수의 발진신호를 생성하는 발진기; 및, 상기 발진기로부터 생성되는 발진신호에 따라 상기 감지부로부터 감지되는 고주파 신호의 전압 및 전류 위상차를 보정하도록, 상기 발진기로부터 생성되는 발진신호에 따라 상기 전압출력부의 인버터 회로부에서 일정레벨로 출력되는 전압의 주파수를 보정하는 PLL부; 를 포함하는 것이다.
한편, 상기 수술장치의 제어방법으로는, 시술하고자 하는 신체조직에 일정레벨의 고주파 신호를 인가시, 상기 고주파 신호의 전압 및 전류 위상을 감지하는 제 1 단계; 상기 고주파 신호의 전압 및 전류 위상차가 동일 또는 동일하지 않은지를 판단하는 제 2 단계; 상기 제 2 단계의 판단결과 고주파 신호의 전압 및 전류 위상이 동일하지 않고 전류 위상이 전압 위상보다 크면 출력주파수를 올리고, 전류 위상이 전압 위상보다 작으면 출력주파수를 내려 고주파 신호의 전압 및 전류 위상을 동일하게 조절하는 제 3 단계; 상기 제 2 단계의 판단결과 전압 및 전류 위상이 동일하거나 또는 상기 제 3 단계로부터 전압 및 전류 위상이 동일하게 조절되면, 시술 신체조직을 판정한 후 임피던스를 산출하는 제 4 단계; 및, 상기 제 4 단계로부터 산출된 임피던스에 따라 시술하고자 하는 신체조직으로 인가할 전압범위를 설정하는 제 5 단계; 를 포함하여 진행하는 것이다.
또한, 상기 제 4 단계는, 고주파 신호의 전압 및 전류 위상이 동일하면 출력주파수를 감지하는 단계; 상기 감지된 출력주파수로부터 시술하고자 하는 신체조직이 용량성 부하인지 유도성 부하인지를 판정하는 단계; 상기 판정된 신체조직에 인가되는 고주파신호의 전류를 감지한 후 임피던스를 산출하는 단계; 더 를 포함하여 진행하는 것이다.
또한, 상기 제 5 단계는, 상기 제 4 단계로부터 산출된 임피던스에 따라 자동모드인지를 판단하는 단계; 상기 판단결과 자동모드이면 시술하고자 하는 신체조직의 수분 및 두께에 따라 설정된 임피던스를 기초로 전압출력이 이루어지도록 제어하는 단계; 및, 상기 판단결과 자동모드가 아니면, 시술자의 세팅 전압으로 시술하고자 하는 신체조직에 일정한 전압출력이 이루어지도록 제어하는 단계; 를 더 포함하여 진행하는 것이다.
이와 같이, 본 발명은 신체 조직에 가해지는 초음파 또는 고주파의 출력세기와 위상을 실시간 감시하는 상태에서 각 신체조직의 종류 및/또는 두께에 무관하게 자동으로 최적의 출력세기와 주파수를 공급 제어하도록 구성한 것으로, 이를 통해 피시술자의 시술 부위에 대한 절개와 절제 및 응고의 처치가 정교하게 이루어지도록 함은 물론, 시술 부위의 주변 신체 조직에 대한 변성이나 탄화 발생과 같은 손상을 최소화시키고, 시술 종료 후에는 피시술자의 회복시간을 단축시키는 효과를 기대할 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예로 수술장치의 구성을 보인 블럭 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예로 수술장치의 제어방법을 보인 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예로 수술장치의 구성을 보인 블럭 구성도.
첨부된 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수술장치는 전원공급부(10), 전압출력부(20), 출력 핸드피스부(30), 보정회로부(40), 증폭기(50), 그리고 제어부(60)를 포함하는 것이다.
상기 전압출력부(20)는 상기 전원공급부(10)로부터 공급되는 전압에 따라 일정레벨의 전압을 상기 출력 핸드피스부(30)에 출력하는 것으로, 강압형 전압변환기(21), 인버터 회로부(22), 고주파 트랜스부(23)를 포함하는 것이다.
상기 강압형 전압변환기(21)는 상기 전원공급부(10)로부터 전원공급시, 상기 제어부(60)로부터 출력되는 제어신호에 따라 스위칭 듀티비를 가변하도록 구성된다.
상기 인버터 회로부(22)는 상기 강압형 전압변환기(21)로부터 가변되는 스위칭 듀티비에 따라 일정레벨의 전압을 상기 고주파 트랜스부(23)에 출력하도록 구성되는 것이다.
상기 고주파 트랜스부(23)는 상기 인버터 회로부(22)로부터 출력되는 일정레벨의 전압을 승압하여 고주파 신호를 상기 출력 핸드피스부(30)에 출력하도록 구성되는 것이다.
상기 출력 핸드피스부(30)는 상기 전압출력부(20)로부터 출력되는 일정레벨의 전압에 따라 피시술자의 신체조직에 고주파 신호를 인가하여, 피시술자의 시술 부위에 대한 절개와 절제 및 응고 처치를 진행하도록 구성되는 것이다.
상기 보정회로부(40)는 상기 출력 핸드피스부(30)에서 신체조직으로 고주파 신호 인가시, 상기 고주파 신호를 피드백받고, 상기 피드백받은 고주파 신호의 전압 및 전류 위상차를 검출한 후, 상기 검출된 위상차에 따라 상기 전압출력부(20)에서 일정레벨로 출력되는 전압의 주파수를 보정하는 것으로, 밴드패스 필터부(41), 감지부(42), 발진기(43), PLL부(Phase Locked Loop)(44)를 포함하는 것이다.
상기 밴드패스 필터부(41)는 상기 출력 핸드피스부(30)에서 신체조직으로 고주파 신호 인가시, 상기 인가되는 고주파 신호를 피드백받아 고조파 성분을 제거하도록 구성되는 것이다.
상기 감지부(42)는 상기 밴드패스 필터부(41)로부터 고조파 성분이 제거된 필터링된 고주파 신호로부터 상기 신체조직에 인가되는 고주파 신호의 전압 및 전류 위상차를 감지한 후 이를 상기 PLL부(44)에 출력하도록 구성되는 것이다.
상기 발진기(43)는 고주파 신호의 시술 출력에 따른 기준주파수가 설정되고, 상기 설정된 기준주파수의 발진신호를 생성한 후 이를 상기 PLL부(44)에 제공하도록 구성되는 것이다.
상기 PLL부(44)는 상기 발진기(43)로부터 생성되는 발진신호에 따라 상기 감지부(42)로부터 감지되는 고주파 신호의 전압 및 전류 위상차를 보정하도록, 상기 발진기(43)로부터 생성되는 발진신호에 따라 상기 전압출력부(20)의 인버터 회로부(22)에서 일정레벨로 출력되는 전압의 주파수를 보정하도록 구성되는 것이다.
상기 증폭기(50)는 상기 출력 핸드피스부(30)로부터 피드백되어 상기 밴드패스 필터부(41)에 의해 고조파 성분이 필터링되는 고주파 신호를 피드백받은 후 이를 상기 제어부(60)에 증폭 출력하도록 구성되는 것이다.
상기 제어부(60)는 상기 출력 핸드피스부(30)로부터 인가되는 고주파 신호의 출력강도가 신체조직별로 설정된 기준범위로 일정하게 유지되도록, 상기 증폭기(50)로부터 증폭 출력되는 고주파 신호에 따라 상기 전압출력부(20)의 전압출력이 제어되도록, 상기 전압출력부(20)에 포함되는 강압형 전압변환기(21)의 스위칭 듀티비를 제어하는 것이다.
즉, 본 발명의 실시예는 첨부된 도 1 및 도 2에서와 같이, 우선 전원공급부(10)로부터 전압출력부(20)에 전원(AC 220V)이 공급될 때, 상기 전압출력부(20)에 포함되는 강압형 전압변환기(21)는 스위칭 듀티비를 가변하고, 상기 가변되는 스위칭 듀티비에 따라 인버터 회로부(22)는 일정레벨의 전압을 상기 고주파 트랜스부(23)에 출력하게 된다.
그러면, 상기 고주파 트랜스부(23)는 상기 인버터 회로부(22)로부터 출력되는 일정레벨의 전압을 승압하여 고주파 신호를 상기 출력 핸드피스부(30)에 출력하게 되는 바,
상기 출력 핸드피스부(30)는 상기 전압출력부(20)로부터 출력되는 일정레벨의 전압에 따라 피시술자의 신체조직에 고주파 신호를 인가하여, 피시술자의 시술 부위에 대한 절개와 절제 및 응고 처치를 진행할 수 있는 것이다.
이때, 상기 출력 핸드피스부(30)에서 시술하고자 하는 신체조직에 일정레벨의 고주파 신호를 인가할 때, 상기 고주파 신호는 보정회로부(40)에 피드백되는 바,
상기 보정회로부(40)에 포함되는 밴드패스 필터부(41)는 상기 출력 핸드피스부(30)에서 신체조직으로 고주파 신호 인가시, 상기 인가되는 고주파 신호를 피드백받아 고조파 성분을 제거한 후 이를 감지부(42) 및 증폭기(50)로 출력하게 된다.
그러면, 제어부(60)는 상기 증폭기(50)로부터 증폭 출력되는 고주파 신호에 따라 상기 전압출력부(20)에 포함되는 강압형 전압변환기(21)의 스위칭 듀티비를 제어하고, 상기 감지부(42)는 상기 밴드패스 필터부(41)로부터 고조파 성분이 제거된 필터링된 고주파 신호로부터 상기 신체조직에 인가되는 고주파 신호의 전압 및 전류 위상차를 감지한 후 이를 PLL부(44)에 출력하게 된다.
이때, 상기 PLL부(44)는 상기 감지부(42)를 통해 감지되는 고주파 신호의 전압 및 전류 위상차가 동일 또는 동일하지 않은지를 판단하고, 상기 판단결과에 따라 전압출력부(20)에 포함되는 인버터 회로부(22)의 출력주파수를 조절하게 된다.
즉, 상기 PLL부(44)는 고주파 신호의 전압 및 전류 위상이 동일하지 않고 전류 위상이 전압 위상보다 크다고 판단될 경우에는 시술하고자 하는 신체조직의 성분이 용량성 부하로 판정하여 발진기(43)로부터 생성되는 발진신호에 따라 인버터 회로부(22)의 출력주파수를 올리는 조절동작을 수행하고, 반대로 전류 위상이 전압 위상보다 작다고 판단될 경우에는 시술하고자 하는 신체조직의 성분이 유도성 부하로 판정하면서 상기 발진기(43)로부터 생성되는 발진신호에 따라 인버터 회로부(22)의 출력주파수를 내리는 조절동작을 수행하게 되는 것이다.
한편, 상기 출력 핸드피스부(30)에서 신체조직에 인가되는 고주파 신호의 전압 및 전류 위상이 동일하거나 또는 상기 PLL부(44)에 의해 전압 및 전류 위상이 동일하게 조절되는 경우, 상기 제어부(60)는 시술 신체조직을 판정한 후 임피던스를 산출하게 된다.
즉, 상기 제어부(60)는 시술자가 자동모드를 선택한 경우, 상기 PLL부(43)의 출력주파수에 따라 고주파 신호의 전압 및 전류 위상이 동일하게 조절될 때, 상기 조절되는 출력주파수로부터 시술하고자 하는 신체조직이 용량성 부하 또는 유도성 부하인지를 판정한 후, 상기 판정된 신체조직의 임피던스를 산출한다.
다음으로, 상기 산출된 임피던스에 따라 상기 제어부(60)는 시술하고자 하는 신체조직의 수분 및 두께에 따라 설정된 임피던스를 기초로 전압출력이 이루어지는 자동모드를 실행시키게 되는 것이다.
즉, 상기 자동모드는 산정된 임피던스를 기초로 기 구축된 최적의 전압 정보를 비교하여, 상기 출력 핸드피스부(30)에서 신체조직에 최적의 고주파 신호를 인가하도록, 상기 강압형 전압변환기(21)의 출력전압을 최적의 상태로 가변시키게 되는 것이다.
반면, 상기 제어부(60)는 시술자가 수동모드를 선택한 경우, 상기 PLL부(43)의 출력주파수에 따라 고주파 신호의 전압 및 전류 위상이 동일하게 조절될 때, 상기 조절되는 출력주파수로부터 시술하고자 하는 신체조직이 용량성 부하 또는 유도성 부하인지를 판정한 후, 상기 판정된 신체조직의 임피던스를 산출한다.
다음으로, 상기 산출된 임피던스에 따라 상기 제어부(60)는 시술하고자 하는 신체조직에 시술자가 설정한 전압으로 발생하는 고주파 신호가 인가되도록 수동모드를 실행시키게 되는 것이다.
즉, 상기 수동모드는 시술자가 선택한 임피던스를 기초로 상기 출력 핸드피스부(30)에서 신체조직에 고주파 신호를 항상 일정레벨로 유지된 상태에서 인가하도록, 상기 강압형 전압변환기(21)의 출력전압을 일정하게 유지시키게 되는 것이다.
10; 전원공급부 20; 전압출력부
21; 강압형 전압변환기 22; 인버터 회로부
23; 고주파 트랜스부 30; 출력 핸드피스부
40; 보정회로부 41; 밴드패스 필터부
42; 감지부 43; 발진기
44; PLL부 50; 증폭기
60; 제어부

Claims (6)

  1. 전원공급부;
    상기 전원공급부로부터 공급되는 전압에 따라 일정레벨의 전압을 출력하는 전압출력부;
    상기 전압출력부로부터 출력되는 일정레벨의 전압에 따라 피시술자의 신체조직에 고주파 신호를 인가하여, 피시술자의 시술 부위에 대한 절개와 절제 및 응고 처치를 진행하는 출력 핸드피스부;
    상기 출력 핸드피스부에서 신체조직으로 고주파 신호 인가시, 상기 고주파 신호를 피드백받고, 상기 피드백받은 고주파 신호와 전류 및 전압 위상차를 검출한 후, 상기 검출된 위상차에 따라 상기 전압출력부에서 일정레벨로 출력되는 전압의 주파수를 보정하는 보정회로부;
    상기 출력 핸드피스부로부터 피드백되는 고주파 신호를 증폭 출력하는 증폭기; 및,
    상기 출력 핸드피스부로부터 인가되는 고주파 신호의 출력강도가 신체조직별로 설정된 기준범위로 일정하게 유지되도록, 상기 증폭기로부터 증폭 출력되는 고주파 신호에 따라 상기 전압출력부의 전압출력을 제어하는 제어부; 를 구비하며,
    상기 전압출력부는,
    상기 전원공급부로부터 전원공급시, 상기 제어부로부터 출력되는 제어신호에 따라 스위칭 듀티비를 가변하는 강압형 전압변환기;
    상기 강압형 전압변환기로부터 가변되는 스위칭 듀티비에 따라 일정레벨의 전압을 출력하는 인버터 회로부; 및,
    상기 인버터 회로부로부터 출력되는 일정레벨의 전압을 승압하여 고주파 신호를 상기 출력 핸드피스부에 출력하는 고주파 트랜스부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 보정회로부는,
    상기 출력 핸드피스부에서 신체조직으로 고주파 신호 인가시, 상기 인가되는 고주파 신호를 피드백받아 고조파 성분을 제거하는 밴드패스 필터부;
    상기 밴드패스 필터부로부터 고조파 성분이 제거된 필터링된 고주파 신호로부터 상기 신체조직에 인가되는 고주파 신호의 전압 및 전류 위상차를 감지하는 감지부;
    고주파 신호의 시술 출력에 따른 기준주파수가 설정되고, 상기 설정된 기준주파수의 발진신호를 생성하는 발진기; 및,
    상기 발진기로부터 생성되는 발진신호에 따라 상기 감지부로부터 감지되는 고주파 신호의 전압 및 전류 위상차를 보정하도록, 상기 발진기로부터 생성되는 발진신호에 따라 상기 전압출력부의 인버터 회로부에서 일정레벨로 출력되는 전압의 주파수를 보정하는 PLL부; 를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 수술장치.
  4. 시술하고자 하는 신체조직에 일정레벨의 고주파 신호를 인가시, 상기 고주파 신호의 전압 및 전류 위상을 감지하는 제 1 단계;
    상기 고주파 신호의 전압 및 전류 위상차가 동일 또는 동일하지 않은지를 판단하는 제 2 단계;
    상기 제 2 단계의 판단결과 고주파 신호의 전압 및 전류 위상이 동일하지 않고 전류 위상이 전압 위상보다 크면 출력주파수를 올리고, 전류 위상이 전압 위상보다 작으면 출력주파수를 내려 고주파 신호의 전압 및 전류 위상을 동일하게 조절하는 제 3 단계;
    상기 제 2 단계의 판단결과 전압 및 전류 위상이 동일하거나 또는 상기 제 3 단계로부터 전압 및 전류 위상이 동일하게 조절되면, 시술 신체조직을 판정한 후 임피던스를 산출하는 제 4 단계; 및,
    상기 제 4 단계로부터 산출된 임피던스에 따라 시술하고자 하는 신체조직으로 인가할 전압범위를 설정하는 제 5 단계; 를 포함하여 진행하는 것을 특징으로 하는 수술장치 제어방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 4 단계는,
    고주파 신호의 전압 및 전류 위상이 동일하면 출력주파수를 감지하는 단계;
    상기 감지된 출력주파수로부터 시술하고자 하는 신체조직이 용량성 부하인지 유도성 부하인지를 판정하는 단계;
    상기 판정된 신체조직에 인가되는 고주파신호의 전류를 감지한 후 임피던스를 산출하는 단계; 더 를 포함하여 진행하는 것을 특징으로 하는 수술장치 제어방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제 5 단계는,
    상기 제 4 단계로부터 산출된 임피던스에 따라 자동모드인지를 판단하는 단계;
    상기 판단결과 자동모드이면 시술하고자 하는 신체조직의 수분 및 두께에 따라 설정된 임피던스를 기초로 전압출력이 이루어지도록 제어하는 단계; 및,
    상기 판단결과 자동모드가 아니면, 시술자의 세팅 전압으로 시술하고자 하는 신체조직에 일정한 전압출력이 이루어지도록 제어하는 단계; 를 더 포함하여 진행하는 것을 특징으로 하는 수술장치 제어방법.
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