KR102183501B1 - Electrical surgery device - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an electrical surgical apparatus using high frequency electric energy, which comprises: a waveform generation unit for generating RF signals; a high voltage DC power unit for converting AC powder applied from the outside into high voltage DC powder; an RF amplification unit for amplifying the RF signals based on the high voltage DC power received from the high voltage DC power unit to output a high frequency voltage signal having a square wave shape; and an electrode unit for applying the high frequency voltage signal received from the RF amplification unit to human tissues. The present invention can improve energy transfer efficiency delivered to human tissues of a patient through a handpiece.

Description

전기 수술 장치{ELECTRICAL SURGERY DEVICE}Electrosurgical device {ELECTRICAL SURGERY DEVICE}

본 발명은 전기 수술 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고주파 전기 에너지를 이용하여 환자의 인체 조직을 절개, 절단 또는 응고하는 전기 수술 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an electro-surgical device, and more particularly, to an electro-surgical device for incising, cutting, or coagulating a human body tissue of a patient using high-frequency electrical energy.

전기 수술기(electro-surgery generator unit, ESU)는 수술 시 인체 조직의 일부를 절개하고, 수술 시의 출혈을 줄이기 위해 사용되는 의료기기로서, 현대의 외과수술에 필수적인 기기이다. 전기 수술기는 고주파 전류가 인체를 통과하여 흐를 때 근육과 신경에 자극을 주지 않고 짧은 전기 스파크(spark)나 열을 발생하는 원리를 이용한다. 전기 수술기는 300kHz 내지 2MHz의 주파수, 150V 내지 10kV의 전압, 수 내지 수십 A의 전류, 수백 내지 수천 W의 고주파 전력을 생성하여 인체에 인가하며, 기능 모드에 따라 고주파 전압 신호의 파형(waveform)을 변화시켜 사용한다.An electro-surgery generator unit (ESU) is a medical device used to incise a part of human tissue during surgery and reduce bleeding during surgery, and is an essential device for modern surgical operations. Electrosurgical devices use the principle of generating short electric sparks or heat without stimulating muscles and nerves when high-frequency current flows through the human body. The electrosurgical device generates a frequency of 300 kHz to 2 MHz, a voltage of 150 V to 10 kV, a current of several to tens of A, and a high frequency power of hundreds to thousands of W to the human body, and applies the waveform of the high frequency voltage signal according to the function mode. Change and use.

도 1은 일반적인 전기 수술기의 구성을 예시하는 도면이고, 도 2는 일반적인 전기 수술기의 동작 모드를 예시하는 도면이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 통상의 전기 수술기(10)는 두 개의 동작 모드 즉, 단극 모드(monopolar mode)와 양극 모드(bipolar mode)를 지원하며, 각각의 동작 모드 하에서 조직의 절단, 응고, 혈관봉합 등의 기능을 수행한다.1 is a diagram illustrating a configuration of a general electrosurgical device, and FIG. 2 is a diagram illustrating an operation mode of a general electrosurgical device. As shown in FIGS. 1 and 2, a typical electrosurgical device 10 supports two operation modes, that is, a monopolar mode and a bipolar mode, and tissue cutting under each operation mode , Coagulation, and blood vessel suturing.

전기 수술기(10)는 여러 가지 기능 모드에 대응하는 고주파 전기 에너지를 생성하여 제공하는 본체 장치(11)와, 환자의 인체 조직과 접촉하는 수술 도구(12, 13)와, 상기 본체 장치(11)와 수술 도구(12, 13)를 전기적으로 연결하는 케이블(14) 등을 포함한다.The electrosurgical device 10 includes a main body device 11 that generates and provides high-frequency electrical energy corresponding to various functional modes, surgical tools 12 and 13 in contact with a human body tissue of a patient, and the main body device 11 And a cable 14 electrically connecting the surgical instruments 12 and 13 and the like.

본체 장치(11)는 인체 조직의 절개, 절단, 응고, 지혈 기능을 수행하기 위해 전원부, 제어부 및 인터페이스부 등을 포함한다. 상기 본체 장치(11)는 하나 이상의 연결 단자를 구비할 수 있다. 또한, 상기 본체 장치(11)에는 수술 시 효율적인 구동을 위한 풋 스위치(foot switch)가 구비될 수 있다.The main body device 11 includes a power supply unit, a control unit, and an interface unit to perform functions of cutting, cutting, coagulating, and hemostasis of human tissue. The body device 11 may have one or more connection terminals. In addition, the main body device 11 may be provided with a foot switch for efficient driving during surgery.

수술 도구(12, 13)는 전기 수술기(10)의 단극 모드(monopolar mode)에 사용되는 전극들(12)과 양극 모드(bipolar mode)에 사용되는 전극들(13)을 포함한다. 예컨대, 단극 모드에 사용되는 수술 도구는 환자의 시술 부위에 접촉되는 활동 전극(Active Electrode, 12)과 대극판에 대응하는 회귀 전극(Return Electrode, 미도시)을 포함한다. 한편, 양극 모드에 사용되는 수술 도구는 활동 전극과 회귀 전극이 일체로 형성된 핀셋 모양의 전극(13)을 포함한다. 이러한 수술 도구(12, 13)는 인체 조직의 절개, 절단, 응고 기능을 수행하기 위해 다양한 형상으로 형성된다.The surgical tools 12 and 13 include electrodes 12 used in a monopolar mode of the electrosurgical device 10 and electrodes 13 used in a bipolar mode. For example, a surgical tool used in the unipolar mode includes an active electrode (12) in contact with a treatment site of a patient and a return electrode (not shown) corresponding to the counter plate. Meanwhile, the surgical tool used in the bipolar mode includes a tweezer-shaped electrode 13 in which an active electrode and a return electrode are integrally formed. These surgical tools (12, 13) are formed in various shapes to perform incision, cutting, and coagulation functions of human tissue.

전기 수술기(10)는 정현파(sine wave) 또는 삼각파(triangle wave) 형태의 고주파 전압 신호를 조직에 인가한다. 전기 수술기(10)는 고주파 전압 신호의 파형 즉, 듀티 사이클(duty cycle) 및 진폭(magnitude)을 변화하여 서로 다른 기능 모드를 제공한다. 가령, 도 3에 도시된 바와 같이, 전기 수술기(10)는 고주파 전압 신호의 듀티 사이클 및 진폭에 따라 절개 모드(cutting mode), 혼합 모드(blend mode), 응고 모드(coagulation mode) 및 지혈 모드(fulguration mode) 등을 제공한다.The electrosurgical device 10 applies a high-frequency voltage signal in the form of a sine wave or a triangle wave to the tissue. The electrosurgical device 10 provides different functional modes by changing a waveform of a high frequency voltage signal, that is, a duty cycle and an amplitude. For example, as shown in Figure 3, the electrosurgical device 10 according to the duty cycle and amplitude of the high frequency voltage signal cutting mode (cutting mode), mixed mode (blend mode), coagulation mode (coagulation mode) and hemostasis mode ( fulguration mode), etc.

그런데, 이러한 전기 수술기(10)의 일 단점으로는, 정현파가 구형파(square wave)보다 파고율(crest factor)이 높기 때문에, 구형파 전력을 사용하는 경우보다 정현파 전력을 사용하는 경우가 인체 조직으로의 에너지 전달효율이 낮은 문제가 있다. 또한, 느린 상승 시간을 갖는 정현파 전력을 조직에 인가할 경우, 전기 에너지에서 열 에너지로의 변환에 소정의 시간 지연(time delay)이 발생하며, 그로 인해 피드백(feedback) 회로에 의한 피드백 제어에 한계가 존재하는 문제가 있다.However, one disadvantage of the electrosurgical device 10 is that since the sine wave has a higher crest factor than the square wave, the case of using the sine wave power than the case of using the square wave power is the energy to human tissues. There is a problem with low delivery efficiency. In addition, when a sinusoidal power having a slow rise time is applied to the tissue, a predetermined time delay occurs in the conversion of electrical energy to thermal energy, which limits the feedback control by the feedback circuit. There is a problem that exists.

또한, 전기 수술기(10)의 다른 단점으로는, 수술 시 응고된 혈액, 조직 찌꺼기, 탄화물(charring) 등이 전극 면에 눌러 붙을 수 있다. 이와 같은 부착물은 도전 통로에 저항을 증가시켜 입력 전력에 대한 조직 내 열 발생의 정비례 관계를 왜곡시켜 피드백 제어에 소정의 오차를 야기하며, 결국 조직의 바람직한 절단 또는 지혈을 방해하는 문제가 있다. 또한, 해당 부착물은 집도의로 하여금 전극 팁에서 응고물을 떼어내도록 하는 불필요한 과정을 야기하며, 그로 인해 신속한 수술 진행을 방해하는 문제가 있다.In addition, as another disadvantage of the electrosurgical device 10, coagulated blood, tissue debris, charring, etc. may adhere to the electrode surface during surgery. Such an attachment increases the resistance of the conductive path, thereby distorting the direct proportional relationship of heat generation in the tissue to the input power, causing a predetermined error in the feedback control, and eventually hindering the desired cutting or hemostasis of the tissue. In addition, the attachment causes an unnecessary process of causing the surgeon to remove the coagulum from the electrode tip, thereby preventing rapid operation.

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 구형파로 이루어진 고주파 전압 신호를 이용하여 환자의 인체 조직을 신속하고 효율적으로 절개, 절단 또는 응고시킬 수 있는 전기 수술 장치를 제공함에 있다.It is an object of the present invention to solve the above and other problems. Another object is to provide an electrosurgical device capable of rapidly and efficiently incising, cutting, or coagulating a patient's human body tissue by using a high-frequency voltage signal made of a square wave.

또 다른 목적은 이물질 부착 방지 기능을 갖는 도전성 박막층이 적어도 일 부분에 코딩된 수술 도구를 포함하는 전기 수술 장치를 제공함에 있다.Another object is to provide an electrosurgical device including a surgical tool in which a conductive thin film layer having a function of preventing adhesion of foreign substances is coated on at least a portion.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, RF 신호를 생성하는 파형 발생부; 외부로부터 인가된 교류 전원을 고전압 직류 전원으로 변환하는 고전압 직류 전원부; 상기 고전압 직류 전원부로부터 수신된 고전압 직류 전원을 기반으로 상기 RF 신호를 증폭하여 구형파 형상을 갖는 고주파 전압 신호를 출력하는 RF 증폭부; 및 상기 RF 증폭부로부터 수신된 고주파 전압 신호를 인체 조직에 인가하는 전극부를 포함하는 전기 수술 장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention to achieve the above or other object, a waveform generator for generating an RF signal; A high voltage DC power supply for converting AC power applied from the outside into a high voltage DC power supply; An RF amplifier configured to amplify the RF signal based on the high voltage DC power received from the high voltage DC power supply and output a high frequency voltage signal having a square wave shape; And it provides an electrosurgical device comprising an electrode unit for applying the high-frequency voltage signal received from the RF amplification unit to the human tissue.

좀 더 바람직하게는, 상기 전기 수술 장치는 고전압 직류 전원부, RF 증폭부 및 전극부 중 적어도 하나와 관련된 데이터를 측정하는 센서부; 및 상기 센서부로부터 피드백된 측정 데이터를 기반으로 고주파 전압 신호의 출력을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. More preferably, the electro-surgical device includes: a sensor unit for measuring data related to at least one of a high voltage DC power supply unit, an RF amplifier unit, and an electrode unit; And a controller configured to control an output of a high frequency voltage signal based on the measurement data fed back from the sensor unit.

좀 더 바람직하게는, 상기 제어부는 파형 발생부 또는 RF 증폭부를 제어하여 고주파 전압 신호의 주파수 및 듀티 사이클 중 적어도 하나를 조절하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 제어부는 고전압 직류 전원부를 제어하여 고주파 전압 신호의 진폭을 조절하는 것을 특징으로 한다. More preferably, the control unit may control at least one of a frequency and a duty cycle of a high frequency voltage signal by controlling a waveform generator or an RF amplifier. In addition, the control unit is characterized in that by controlling the high voltage DC power supply to adjust the amplitude of the high-frequency voltage signal.

좀 더 바람직하게는, 상기 고전압 직류 전원부는 안정된 고전압 직류 전원을 생성하기 위한 위상천이 풀 브릿지 컨버터(phase-shifted full-bridge converter, PSFBC)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 RF 증폭부는 하프 브릿지 인버터(half-bridge inverter)로 구성되는 것을 특징으로 한다. More preferably, the high voltage DC power supply unit is characterized in that it comprises a phase-shifted full-bridge converter (PSFBC) for generating a stable high voltage DC power supply. In addition, the RF amplification unit is characterized in that it is composed of a half-bridge inverter (half-bridge inverter).

좀 더 바람직하게는, 상기 하프 브릿지 인버터는 고전압 직류 전원부의 출력 단에 연결되어, 상기 고전압 직류 전원부로부터 수신된 고전압 직류 전원을 기반으로 구형파 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 하프 브릿지 인버터는 제1 및 제2 커패시터(C1, C2), 제1 및 제2 트랜지스터 소자(S1, S2) 및 하나의 변압기(T)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 제1 및 제2 트랜지스터 소자(S1, S2)로 입력되는 제1 및 제2 제어 신호(VS1, VS2)는 파형 발생부로부터 수신된 RF 신호에 기초하여 생성되는 것을 특징으로 한다. More preferably, the half-bridge inverter is connected to an output terminal of the high voltage DC power supply unit, and generates a square wave signal based on the high voltage DC power received from the high voltage DC power supply unit. In addition, the half-bridge inverter is characterized in that it includes first and second capacitors (C 1 , C 2 ), first and second transistor elements (S 1 , S 2 ), and one transformer (T). In addition, the first and second control signals V S1 and V S2 input to the first and second transistor elements S 1 and S 2 are generated based on the RF signal received from the waveform generator. To do.

좀 더 바람직하게는, 상기 전극부는 고주파 전압 신호가 출력되는 전극 팁, 상기 전극 팁을 지지하는 전극 지지부 및 상기 전극 팁의 적어도 일 표면에 코팅된 도전성 박막층을 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 전극부는 고주파 전압 신호가 출력되는 전극 팁, 상기 전극 팁을 지지하는 전극 지지부, 상기 전극 팁의 표면에 부착된 버퍼층 및 상기 버퍼층의 표면에 코팅된 도전성 박막층을 포함하는 것을 특징으로 한다. More preferably, the electrode portion is characterized in that it comprises an electrode tip for outputting a high-frequency voltage signal, an electrode support portion for supporting the electrode tip, and a conductive thin film layer coated on at least one surface of the electrode tip. In addition, the electrode portion is characterized in that it comprises an electrode tip for outputting a high frequency voltage signal, an electrode support portion supporting the electrode tip, a buffer layer attached to a surface of the electrode tip, and a conductive thin film layer coated on the surface of the buffer layer.

좀 더 바람직하게는, 상기 도전성 박막층은 화학 기상 증착법(Chemical　Vapor　Deposition, CVD) 또는 물리 기상 증착법(Physical Vapor Deposition, PVD)을 통해 코팅되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 도전성 박막층은 다이아몬드 박막과, 상기 다이아몬드 박막에 첨가된 불순물을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 불순물은 붕소(B) 물질임을 특징으로 한다.More preferably, the conductive thin film layer is characterized in that it is coated through a chemical vapor deposition method (Chemical 　 Vapor 　 Deposition, CVD) or a physical vapor deposition (PVD) method. In addition, the conductive thin film layer is characterized in that it includes a diamond thin film and impurities added to the diamond thin film. The impurity is characterized in that it is a boron (B) material.

본 발명의 실시 예들에 따른 전기 수술 장치의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effect of the electro-surgical device according to embodiments of the present invention will be described as follows.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 고주파를 갖는 구형파 전압 신호를 생성하여 핸드피스(hand piece)로 출력함으로써, 상기 핸드피스를 통해 환자의 인체 조직으로 전달되는 에너지 전달 효율을 향상시킬 수 있고, 상기 핸드피스를 통해 상기 인체 조직을 신속하고 효율적으로 절개, 절단 또는 응고시킬 수 있다는 장점이 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, by generating a square wave voltage signal having a high frequency and outputting it to a hand piece, it is possible to improve energy transfer efficiency delivered to the human body tissue of the patient through the hand piece. , There is an advantage in that the human tissue can be rapidly and efficiently incised, cut or coagulated through the handpiece.

또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 빠른 상승 시간을 갖는 구형파 전압 신호를 인체 조직에 인가할 경우, 전기 에너지에서 열 에너지로 변환되는데 소요되는 시간 지연이 최소화되어, 입력 전력과 수술 조직에서 발생하는 열의 상관성에 선형성을 보장할 수 있으며, 그 결과 출력 전력을 반영한 입력 전력의 피드백 제어에 관한 정확도를 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, when a square wave voltage signal having a fast rise time is applied to a human tissue, the time delay required to convert from electrical energy to thermal energy is minimized, and thus input power and surgical tissue It is possible to ensure linearity in the correlation of heat generated in the system, and as a result, there is an advantage in that the accuracy of the feedback control of the input power reflecting the output power can be improved.

또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 이물질 부착 방지 기능을 갖는 도전성 박막층을 수술 도구(즉, 전극부)의 적어도 일 표면에 코팅함으로써, 수술 시 응고된 혈액, 조직 찌꺼기, 탄화물(charring) 등이 전극 팁의 표면에 눌러 붙는 현상을 효과적으로 방지할 수 있다는 장점이 있다.In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, by coating a conductive thin film layer having a function of preventing adhesion of foreign substances on at least one surface of a surgical tool (ie, electrode part), blood coagulated during surgery, tissue debris, and carbide (charring) ) Has the advantage of being able to effectively prevent the phenomenon of sticking to the surface of the electrode tip.

다만, 본 발명의 실시 예들에 따른 전기 수술 장치가 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects that can be achieved by the electrosurgical device according to the embodiments of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned are common knowledge in the technical field to which the present invention belongs from the following description. It can be clearly understood by those who have.

도 1은 일반적인 전기 수술기(ESU)의 구성을 예시하는 도면;
도 2는 일반적인 전기 수술기(ESU)의 동작 모드를 예시하는 도면;
도 3은 고주파 전압 신호의 듀티 사이클 및 진폭 크기에 따른 전기 수술기의 기능을 예시하는 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 수술 장치의 구성을 나타내는 도면;
도 5는 고주파 전압 신호의 파형 종류에 따른 파고율을 예시하는 도면;
도 6은 도 4의 고전압 직류 전원부에 사용되는 위상천이 전파 컨버터(PSFBC)의 회로 구성도;
도 7은 도 4의 RF 증폭부에 사용되는 하프 브릿지 인버터의 회로 구성도;
도 8은 도 7의 하프 브릿지 인버터의 제어 신호 및 출력 신호의 파형을 나타내는 도면;
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수술 도구를 예시하는 도면;
도 10은 도 9의 수술 도구를 A-A'를 따라 절단한 단면을 나타내는 도면.1 is a view illustrating the configuration of a general electrosurgical unit (ESU);
2 is a view illustrating an operation mode of a general electrosurgical unit (ESU);
3 is a diagram illustrating a function of an electrosurgical device according to a duty cycle and amplitude magnitude of a high frequency voltage signal;
4 is a view showing the configuration of an electrosurgical device according to an embodiment of the present invention;
5 is a diagram illustrating a crest factor according to a waveform type of a high frequency voltage signal;
6 is a circuit configuration diagram of a phase shift propagation converter (PSFBC) used in the high voltage DC power supply of FIG. 4;
7 is a circuit diagram of a half-bridge inverter used in the RF amplification unit of FIG. 4;
8 is a diagram showing waveforms of control signals and output signals of the half-bridge inverter of FIG. 7;
9 is a view illustrating a surgical tool according to an embodiment of the present invention;
FIG. 10 is a view showing a cross-section of the surgical tool of FIG. 9 taken along A-A'.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but identical or similar elements are denoted by the same reference numerals regardless of reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted. In addition, in describing the embodiments disclosed in the present specification, when it is determined that a detailed description of related known technologies may obscure the subject matter of the embodiments disclosed in the present specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical idea disclosed in the present specification is not limited by the accompanying drawings, and all modifications included in the spirit and scope of the present invention It should be understood to include equivalents or substitutes.

본 발명은 구형파로 이루어진 고주파 전압 신호를 이용하여 환자의 인체 조직을 신속하고 효율적으로 절개, 절단 또는 응고시킬 수 있는 전기 수술 장치를 제안한다. 또한, 본 발명은 이물질 부착 방지 기능을 갖는 도전성 박막층이 적어도 일 부분에 코딩된 수술 도구를 포함하는 전기 수술 장치를 제안한다.The present invention proposes an electrosurgical device capable of rapidly and efficiently incising, cutting or coagulating a human body tissue of a patient using a high-frequency voltage signal made of a square wave. In addition, the present invention proposes an electrosurgical device including a surgical tool in which a conductive thin film layer having a function of preventing adhesion of foreign matter is coated on at least a portion.

이하에서는, 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 수술 장치의 구성을 나타내는 도면이다.4 is a view showing the configuration of an electrosurgical device according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 수술 장치(또는 전기 수술기, 100)는 파형 발생부(110), 고전압 직류 전원부(120), RF 증폭부(130), 전극부(140), 센서부(150) 및 제어부(160)를 포함한다. 도 4에 도시된 구성요소들은 전기 수술 장치를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 전기 수술 장치는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.4, the electrosurgical device (or electrosurgical device, 100) according to an embodiment of the present invention includes a waveform generator 110, a high voltage DC power supply unit 120, an RF amplification unit 130, and an electrode unit 140. ), a sensor unit 150 and a control unit 160. The components shown in FIG. 4 are not essential in implementing the electro-surgical device, and thus, the electro-surgical device described herein may have more or fewer components than the components listed above.

파형 발생부(110)는 미리 결정된 전압 크기(가령, 5V)를 갖는 RF(radio frequency) 신호를 생성하고, 상기 생성된 RF 신호를 RF 증폭부(130)로 출력할 수 있다. 이때, 상기 RF 신호는 구형파(square wave) 신호일 수 있다. 또한, 상기 RF 신호는 200kHz 내지 2MHz 범위의 주파수를 가질 수 있다.The waveform generator 110 may generate a radio frequency (RF) signal having a predetermined voltage level (eg, 5V), and may output the generated RF signal to the RF amplifying unit 130. In this case, the RF signal may be a square wave signal. In addition, the RF signal may have a frequency in the range of 200 kHz to 2 MHz.

파형 발생부(110)는, 제어부(160)의 제어 신호에 따라, RF 신호의 주파수, 듀티 사이클(duty cycle) 또는 진폭(magnitude) 등을 조절할 수 있다.The waveform generator 110 may adjust the frequency, duty cycle, or amplitude of the RF signal according to the control signal of the controller 160.

고전압 직류 전원부(120)는 상용 전원으로부터 인가 받은 교류 전원을 정류하여 고전압 직류 전원으로 변환하고, 상기 변환된 고전압 직류 전원을 RF 증폭부(130)로 출력할 수 있다. 이때, 상기 고전압 직류 전원부(120)에서 출력되는 전압은 0V 내지 1kV의 범위를 가질 수 있다.The high voltage DC power supply unit 120 rectifies the AC power applied from the commercial power source and converts it into a high voltage DC power supply, and may output the converted high voltage DC power to the RF amplifier 130. In this case, the voltage output from the high voltage DC power supply unit 120 may have a range of 0V to 1kV.

고전압 직류 전원부(120)는 안정된 고전압 직류 전원을 생성하기 위한 위상천이 풀 브릿지 컨버터(Phase-Shifted Full-Bridge Converter, PSFBC)를 포함할 수 있다. 상기 위상천이 풀 브릿지 컨버터(PSFBC)에 대한 좀 더 자세한 설명은 후술하도록 한다.The high voltage DC power supply unit 120 may include a phase-shifted full-bridge converter (PSFBC) for generating a stable high voltage DC power supply. A more detailed description of the phase shift full bridge converter (PSFBC) will be described later.

고전압 직류 전원부(120)는 위상천이 풀 브릿지 컨버터(PSFBC)와 함께, 정류 회로, 단락 보호 회로, 과전압 보호 회로, 과전류 보호 회로 및 과전력 보호 회로 등을 포함할 수 있다. The high voltage DC power supply unit 120 Along with the phase shift full bridge converter (PSFBC), a rectifier circuit, a short circuit protection circuit, an overvoltage protection circuit, an overcurrent protection circuit, and an overpower protection circuit may be included.

RF 증폭부(130)는 고전압 직류 전원부(120)로부터 인가 받은 고전압 직류 전원을 기반으로 파형 발생부(110)로부터 수신된 RF 신호의 진폭을 증폭하여 출력할 수 있다. 이때, 상기 RF 증폭부(130)의 최대 출력 전압은 5kV일 수 있고, 최대 출력 전력은 500W일 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.The RF amplifying unit 130 may amplify and output the amplitude of the RF signal received from the waveform generator 110 based on the high voltage DC power applied from the high voltage DC power supply unit 120. In this case, the maximum output voltage of the RF amplifier 130 may be 5kV, and the maximum output power may be 500W, but is not limited thereto.

RF 증폭부(130)는 하프 브릿지 인버터(half-bridge inverter), 풀 브릿지 인버터(full-bridge inverter) 및 푸시-풀 증폭기(push-pull amplifier) 중 어느 하나로 구성될 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 하프 브릿지 인버터로 구성될 수 있다. 상기 하프 브릿지 인버터는 전기 수술 장치(100)에서 요구되는 전력을 공급하기 위해 가장 알맞은 회로 방식이며, 이에 대한 좀 더 자세한 설명은 후술하도록 한다.The RF amplification unit 130 may be composed of any one of a half-bridge inverter, a full-bridge inverter, and a push-pull amplifier, and more preferably It can be configured as a half bridge inverter. The half-bridge inverter is the most suitable circuit method to supply power required by the electrosurgical device 100, and a more detailed description thereof will be described later.

푸시-풀 증폭기는 바이어스 회로가 간단하고 구동 조건이 단순하며, 하프 브릿지 인버터보다 낮은 전력에 적당하다. 한편, 풀 브릿지 인버터는 하프 브릿지 인버터보다 많은 반도체 소자들, 즉 네 개의 트랜지스터 소자를 구비하며, 상기 하프 브릿지 인버터보다 높은 전력에 적당하다.The push-pull amplifier has a simple bias circuit and simple driving conditions, and is suitable for lower power than half-bridge inverters. On the other hand, the full bridge inverter has more semiconductor elements than the half bridge inverter, that is, four transistor elements, and is suitable for higher power than the half bridge inverter.

전극부(또는 핸드피스, 140)는, 전기 수술 장치(100)의 출력 단으로서, RF 증폭부(130)로부터 수신된 고주파 전압 신호를 인체 조직에 인가하는 기능을 수행할 수 있다. 이때, 상기 인체 조직에 인가되는 고주파 전압 신호는 구형파 신호일 수 있다.The electrode unit (or handpiece 140) is an output terminal of the electrosurgical apparatus 100 and may perform a function of applying a high-frequency voltage signal received from the RF amplifying unit 130 to human tissues. At this time, the high frequency voltage signal applied to the human tissue may be a square wave signal.

전극부(140)는 전기 수술 장치(100)의 단극 모드에 사용되는 단극 전극과 해당 장치(100)의 양극 모드에 사용되는 양극 전극을 포함할 수 있다. 이때, 상기 단극 전극과 양극 전극은 환자의 수술 목적에 따라 여러 가지 모양으로 형성될 수 있다.The electrode unit 140 may include a unipolar electrode used in the unipolar mode of the electrosurgical device 100 and an anode electrode used in the bipolar mode of the device 100. At this time, the unipolar electrode and the positive electrode may be formed in various shapes according to the patient's surgical purpose.

센서부(150)는 전기 수술 장치(100)를 구성하는 주요 요소들과 관련된 전압, 전류, 전력, 저항, 온도 또는 광 등을 실시간으로 측정하고, 상기 측정된 데이터를 제어부(160)로 제공할 수 있다. 일 예로, 센서부(150)는 고전압 직류 전원부(120)의 출력 전압 및 전류를 측정하여 제어부(160)로 제공할 수 있다. 또한, 센서부(150)는 RF 증폭부(130)의 출력 전압 및 전류를 측정하여 제어부(160)로 제공할 수 있다. 또한, 센서부(150)는 전극부(150)의 전압, 전류 또는 온도 등을 측정하여 제어부(160)로 제공할 수 있다.The sensor unit 150 measures voltage, current, power, resistance, temperature, light, etc. related to the main elements constituting the electrosurgical device 100 in real time, and provides the measured data to the control unit 160. I can. For example, the sensor unit 150 may measure the output voltage and current of the high voltage DC power supply unit 120 and provide the measured output voltage and current to the control unit 160. In addition, the sensor unit 150 may measure the output voltage and current of the RF amplification unit 130 and provide it to the control unit 160. In addition, the sensor unit 150 may measure the voltage, current, or temperature of the electrode unit 150 and provide it to the control unit 160.

제어부(160)는 전기 수술 장치(100)의 동작 모드 및/또는 기능 모드에 따라 파형 발생부(110), 고전압 직류 전원부(120) 및 RF 증폭부(130)를 제어하여 고주파 전압 신호를 출력할 수 있다.The control unit 160 controls the waveform generator 110, the high voltage DC power supply unit 120, and the RF amplification unit 130 according to the operation mode and/or function mode of the electrosurgical device 100 to output a high frequency voltage signal. I can.

제어부(160)는, 특정 동작 모드 및 기능 모드 시, 센서부(150)로부터 피드백(feedback)된 센싱 데이터를 기반으로 파형 발생부(110), 고전압 직류 전원부(120) 및 RF 증폭부(130)를 제어하여 고주파 전압 신호의 출력을 실시간으로 제어할 수 있다. 예컨대, 제어부(160)는 파형 발생부(110) 또는 RF 증폭부(130)를 제어하여 고주파 전압 신호의 주파수 및 듀티 사이클 중 적어도 하나를 변경할 수 있다. 또한, 제어부(160)는 고전압 직류 전원부(120)를 제어하여 고주파 전압 신호의 진폭을 변경할 수 있다. In a specific operation mode and function mode, the control unit 160 includes a waveform generator 110, a high voltage DC power supply unit 120, and an RF amplification unit 130 based on sensing data feedback from the sensor unit 150. It is possible to control the output of the high-frequency voltage signal in real time by controlling. For example, the controller 160 may change at least one of a frequency and a duty cycle of the high frequency voltage signal by controlling the waveform generator 110 or the RF amplification unit 130. Further, the controller 160 may control the high voltage DC power supply unit 120 to change the amplitude of the high frequency voltage signal.

제어부(160)의 출력 제어는 전기 수술 장치(100)의 동작 모드 및 기능 모드에 따른 정 전압 제어, 정 전류 제어 또는 정 전력 제어일 수 있으며, 해당 제어들이 단독 또는 조합하여 사용될 수 있다. 또한, 구체적인 출력 제어 방식으로는 비례(Proportional, P) 제어 방식, 비례 적분(Proportional Integral, PI) 제어 방식, 비례적분미분(Proportional Integral Differential, PID) 제어 방식 등이 있으며, 해당 제어 방식들이 단독 또는 조합하여 사용될 수 있다. The output control of the control unit 160 may be constant voltage control, constant current control, or constant power control according to the operation mode and function mode of the electrosurgical apparatus 100, and the corresponding controls may be used alone or in combination. In addition, specific output control methods include a proportional (P) control method, a proportional integral (PI) control method, a proportional integral differential (PID) control method, and the like. Can be used in combination.

이와 같은 구성요소들을 갖는 전기 수술 장치(100)는 구형파 신호에 대응하는 고주파 전압 신호를 생성하여 환자의 인체 조직에 인가함으로써, 기존의 정현파를 사용하는 전기 수술 장치에 비해 상기 인체 조직으로의 에너지 전달 효율을 향상시킬 수 있다. 이는 구형파 신호의 파형이 정현파 신호의 파형에 비해 파고율(crest factor)이 낮기 때문이다. 여기서, 상기 파고율은 신호 파형의 최대값(즉, 피크값)을 실효값(Root Mean Square, RMS 값)으로 나눈 값으로서, 파형의 날카로움 정도 또는 파형에 포함된 출렁이는 성분의 비율을 나타낸다.The electrosurgical device 100 having such components generates a high-frequency voltage signal corresponding to the square wave signal and applies it to the human tissue of the patient, thereby transferring energy to the human tissue compared to the electrosurgical device using a conventional sinusoidal wave. Efficiency can be improved. This is because the waveform of the square wave signal has a lower crest factor than that of the sinusoidal signal. Here, the crest factor is a value obtained by dividing the maximum value (i.e., peak value) of the signal waveform by the root mean square (RMS value), and represents the sharpness of the waveform or the ratio of the fluctuating components included in the waveform.

좀 더 구체적으로, 전기 수술 장치(100)에서는 조직을 절개 또는 응고시키기 위해 전기 에너지를 열 에너지로 변환하게 되는데, 이때 발생하는 열 에너지는 단위 시간당 조직에 전달되는 전력에 비례한다. 이때, 에너지 전달 효율은 조직에 인가되는 신호의 파고율(crest factor)과 밀접한 관계가 있다. 즉, 해당 신호의 파고율이 낮을수록 에너지 전달 효율이 높고, 해당 신호의 파고율이 높을수록 에너지 전달 효율이 낮은 특성을 갖는다.More specifically, the electrosurgical device 100 converts electrical energy into thermal energy in order to cut or coagulate the tissue, and the thermal energy generated at this time is proportional to the power delivered to the tissue per unit time. At this time, the energy transfer efficiency is closely related to the crest factor of the signal applied to the tissue. That is, the lower the crest factor of the signal, the higher the energy transfer efficiency, and the higher the crest factor of the corresponding signal, the lower the energy transfer efficiency.

가령, 도 5에 도시된 바와 같이, 서로 다른 파형을 갖는 신호들의 파고율을 계산한 결과, 정현파(sine wave) 신호의 파고율은 약 1.4이고, 삼각파(triangle wave) 신호의 파고율은 약 1.7이며, DC 신호 및 구형파(square wave) 신호의 파고율은 1.0이다. 따라서, 상기 신호들이 동일한 최대값을 갖는 경우, DC 신호 및 구형파 신호는 정현파 신호 및 삼각파 신호에 비해 파고율이 낮기 때문에 단위 시간당 가장 큰 전력을 전달할 수 있게 된다.For example, as shown in FIG. 5, as a result of calculating the crest factor of signals having different waveforms, the crest factor of the sine wave signal is about 1.4, the crest factor of the triangle wave signal is about 1.7, and DC The crest factor of the signal and square wave signal is 1.0. Accordingly, when the signals have the same maximum value, the DC signal and the square wave signal have a lower crest factor than the sine wave signal and the triangular wave signal, so that the greatest power can be delivered per unit time.

더 나아가, 빠른 상승 시간을 갖는 구형파 신호를 인체 조직에 인가할 경우, 전기 에너지에서 열 에너지로 변환되는데 소요되는 시간 지연이 최소화되어, 입력 전력과 수술 조직에서 발생하는 열의 상관성에 선형성을 보장할 수 있으며, 그 결과 출력 전력을 반영한 입력 전력의 피드백 제어에 관한 정확도를 향상시킬 수 있다.Furthermore, when a square wave signal with a fast rise time is applied to a human tissue, the time delay required to convert from electrical energy to thermal energy is minimized, thereby ensuring linearity in the correlation between the input power and heat generated from the surgical tissue. As a result, it is possible to improve the accuracy of the feedback control of the input power reflecting the output power.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기 수술 장치는 구형파로 이루어진 고주파 전압 신호를 생성하여 핸드피스(hand piece)로 출력함으로써, 상기 핸드피스를 통해 환자의 인체 조직을 신속하고 효율적으로 절개, 절단 또는 응고시킬 수 있다.As described above, the electrosurgical device according to the present invention generates a high-frequency voltage signal made of a square wave and outputs it to a hand piece, thereby rapidly and efficiently cutting and cutting a patient's human body through the hand piece. Or it can coagulate.

도 6은 도 4의 고전압 직류 전원부에 사용되는 위상천이 풀 브릿지 컨버터(PSFBC)의 회로 구성도이다.6 is a circuit diagram of a phase shift full bridge converter (PSFBC) used in the high voltage DC power supply of FIG. 4.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 위상천이 풀 브릿지 컨버터(200)는 DC/DC 컨버터로서, 스위칭부(210), 변압기(220) 및 정류기(230)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6, the phase shift full bridge converter 200 according to an embodiment of the present invention is a DC/DC converter, and may include a switching unit 210, a transformer 220, and a rectifier 230.

스위칭부(210)는 변압기(220)의 일차 측에 연결되며, 제어부(미도시)의 스위칭 제어 신호에 따라 선로를 개폐하는 동작을 수행할 수 있다. 상기 스위칭부(210)는 풀 브릿지 형태로 연결된 4개의 트랜지스터 소자(S1~S4)와, 각각의 트랜지스터 소자(S1~S4)에 병렬로 연결된 4개의 커패시터 소자(C1~C4)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 트랜지스터 소자들(S1~S4)은 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) 소자, BJT(Bipolar Junction Transistor) 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 소자일 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다. 또한, 상기 커패시터 소자들(C1~C4)은 필수적인 구성요소는 아니며 실시 형태에 따라 생략 가능하도록 구성될 수 있다.The switching unit 210 is connected to the primary side of the transformer 220 and may open and close a line according to a switching control signal from a control unit (not shown). The switching unit 210 includes four transistor elements S 1 to S 4 connected in the form of a full bridge, and four capacitor elements C 1 to C 4 connected in parallel to each of the transistor elements S 1 to S 4 . ) Can be included. At this time, the transistor devices S 1 to S 4 may be a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) device, a Bipolar Junction Transistor (BJT), or an Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) device, and are not limited thereto. Does not. In addition, the capacitor elements C 1 to C 4 are not essential components and may be configured to be omitted according to embodiments.

정류기(230)는 변압기(220)의 이차 측에 연결되며, 상기 변압기(220)의 이차 측으로 넘어온 고전압을 정류하는 동작을 수행할 수 있다. 상기 정류기(230)는 4개의 다이오드 소자(D1~D4)와 하나의 인덕터 소자(L)와 하나의 커패시터 소자(C5)로 구성될 수 있다. The rectifier 230 is connected to the secondary side of the transformer 220 and may perform an operation of rectifying a high voltage that has passed to the secondary side of the transformer 220. The rectifier 230 may include four diode elements D 1 to D 4 , one inductor element L and one capacitor element C 5 .

변압기(220)는 스위칭부(210)와 정류기(220) 사이에 배치되어, 입력 전압(Vin)을 미리 결정된 직류 전압으로 승압하는 동작을 수행할 수 있다. The transformer 220 may be disposed between the switching unit 210 and the rectifier 220 to perform an operation of boosting the input voltage V in to a predetermined DC voltage.

이와 같은 구성을 갖는 위상천이 풀 브릿지 컨버터(200)는 위상 천이 제어 방식을 이용하여 저 전압의 직류 전원을 고 전압의 직류 전원으로 변환하는 동작을 수행할 수 있다. 상기 위상천이 풀 브릿지 컨버터(200)는 높은 스위칭 주파수로 동 작하면서도 영 전압 스위칭(zero voltage switching, ZVS)이 가능하여 스위칭 손실이 적고, EMI(electromagnetic interference) 측면에서도 비교적 유리하다.The phase shift full bridge converter 200 having such a configuration may perform an operation of converting low voltage DC power into high voltage DC power using a phase shift control method. The phase shifted full bridge converter 200 operates at a high switching frequency and can perform zero voltage switching (ZVS), resulting in low switching loss and relatively advantageous in terms of electromagnetic interference (EMI).

위상천이 풀　브리지 컨버터(200)는 제1 스위치(S1)와 제4 스위치(S4)가 동시에 온(on)되었을 때와　제2 스위치(S2)와 제3 스위치(S3)가 동시에 온(on)되었을 때 변압기에 전류가 흐르게 된다. 여기서, 제1 및 제2 스위치(S1, S2)는 동시에 켜지면 안되기 때문에 위상이 항상 반대이고, 제3 및 제4 스위치(S3, S4)의 관계도 마찬가지이다. 제3 및 제4 스위치(S3, S4)의 위상을 제어하면, 제4 스위치(S4)가 제1 스위치(S1)와 겹쳐 전류가 흐르는 시간과 제3 스위치(S3)가 제2 스위치(S2)와 겹쳐 전류가 흐르는 시간이 조절된다. 이와 같이 위상 천이에 의해 겹치는 시간이 많을수록 부하 쪽으로 전류가 많이 흐르게 되는 원리이다.The phase shift full bridge converter 200 is when the first switch (S 1 ) and the fourth switch (S 4 ) are turned on at the same time, and the second switch (S 2 ) and the third switch (S 3 ) are simultaneously When turned on, current flows through the transformer. Here, since the first and second switches S 1 and S 2 must not be turned on at the same time, the phases are always opposite, and the relationship between the third and fourth switches S 3 and S 4 is also the same. When the phase of the third and fourth switches (S 3 , S 4 ) is controlled, the fourth switch (S 4 ) overlaps the first switch (S 1 ) and the current flow time and the third switch (S 3 ) are reduced. 2 The time when the current flows by overlapping with the switch (S 2 ) is controlled. As described above, the more overlapping time due to the phase shift, the more current flows toward the load.

도 7은 도 4의 RF 증폭부에 사용되는 하프 브릿지 인버터의 회로 구성도이고, 도 8은 도 7의 하프 브릿지 인버터의 제어 신호 및 출력 신호의 파형을 나타내는 도면이다.7 is a circuit configuration diagram of a half-bridge inverter used in the RF amplifying unit of FIG. 4, and FIG. 8 is a diagram illustrating waveforms of control signals and output signals of the half-bridge inverter of FIG. 7.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 하프 브릿지 인버터(300)는 고전압 직류 전원부(120)의 출력 단에 연결되어, 상기 고전압 직류 전원부(120)로부터 수신된 고전압 직류 전원을 기반으로 구형파 신호를 생성할 수 있다. 이때, 상기 하프 브릿지 인버터(300)의 입력 전원은 고전압 직류 전원부(120)의 출력 전원에 대응한다.7 and 8, the half-bridge inverter 300 according to an embodiment of the present invention is connected to the output terminal of the high voltage DC power supply unit 120, the high voltage DC power received from the high voltage DC power supply unit 120 A square wave signal can be generated based on. In this case, the input power of the half-bridge inverter 300 corresponds to the output power of the high voltage DC power supply unit 120.

하프 브릿지 인버터(300)는 두 개의 커패시터(C1, C2)와 두 개의 트랜지스터 소자(S1, S2)와 하나의 변압기(T)로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 트랜지스터 소자(S1, S2)는 MOSFET 소자, BJT 소자 또는 IGBT 소자일 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.The half bridge inverter 300 may include two capacitors C 1 and C 2 , two transistor elements S 1 and S 2 , and one transformer T. Here, the transistor devices S 1 and S 2 may be MOSFET devices, BJT devices, or IGBT devices, but are not limited thereto.

제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)는 입력 전원(VHVDC)의 양 단 사이에 직렬로 연결될 수 있다. 마찬가지로, 제1 트랜지스터 소자(S1)와 제2 트랜지스터 소자(S2)는 입력 전원(VHVDC)의 양 단 사이에 직렬로 연결될 수 있다. 아울러, 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)는 제1 및 제2 트랜지스터 소자(S1, S2)와 병렬로 연결될 수 있다.The first capacitor C 1 and the second capacitor C 2 may be connected in series between both ends of the input power V HVDC . Similarly, the first transistor device S 1 and the second transistor device S 2 may be connected in series between both ends of the input power V HVDC . In addition, the first and second capacitors C 1 and C 2 may be connected in parallel with the first and second transistor devices S 1 and S 2 .

변압기(T)의 일차 측은 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2) 사이에 위치하는 제1 노드(N1)와 제1 트랜지스터 소자(S1)와 제2 트랜지스터 소자(S2) 사이에 위치하는 제2 노드(N2)에 연결될 수 있다. 상기 변압기(T)의 이차 측은 저항 소자(R)와 연결될 수 있다.The primary side of the transformer T is a first node N 1 , a first transistor element S 1 , and a second transistor element S 2 positioned between the first capacitor C 1 and the second capacitor C 2 . ) May be connected to the second node (N 2 ) positioned between. The secondary side of the transformer T may be connected to the resistance element R.

제1 트랜지스터 소자(S1)로 입력되는 제1 제어 신호(VS1)와, 제2 트랜지스터 소자(S2)로 입력되는 제2 제어 신호(VS1)는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호일 수 있다. 상기 제1 및 제2 제어 신호(VS1, VS2)는 파형 발생부(110)로부터 수신된 RF 신호에 기초하여 생성될 수 있다. 상기 제2 제어 신호(VS2)는 제1 제어 신호(VS1)를 반전한 신호일 수 있다. The first control signal V S1 input to the first transistor element S 1 and the second control signal V S1 input to the second transistor element S 2 may be PWM (Pulse Width Modulation) signals. . The first and second control signals V S1 and V S2 may be generated based on the RF signal received from the waveform generator 110. The second control signal V S2 may be a signal obtained by inverting the first control signal V S1 .

이와 같은 제어 신호들(VS1, VS2)이 제1 및 제2 트랜지스터 소자(S1, S2)로 입력되면, 하프 브릿지 인버터(300)는 도 8에 도시된 바와 같은 구형파 전압 신호를 출력하게 된다. 즉, 하프 브릿지 인버터(300)는 출력 전압의 절대 값이 입력 전압의 절반인 구형파 전압 신호를 출력하게 된다. When such control signals V S1 and V S2 are input to the first and second transistor elements S 1 and S 2 , the half bridge inverter 300 outputs a square wave voltage signal as shown in FIG. 8. Is done. That is, the half-bridge inverter 300 outputs a square wave voltage signal in which the absolute value of the output voltage is half of the input voltage.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수술 도구를 예시하는 도면이고, 도 10은 도 9의 수술 도구를 A-A'를 따라 절단한 단면을 나타내는 도면이다.9 is a diagram illustrating a surgical tool according to an embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a view showing a cross-section of the surgical tool of FIG. 9 taken along line A-A'.

도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수술 도구(300)는 전기 수술 장치(100)의 단극 모드(monopolar mode)에 사용되는 단극 전극과 해당 장치(100)의 양극 모드(bipolar mode)에 사용되는 양극 전극을 포함할 수 있다. 이하, 본 실시 예에서는, 양극 모드에 사용되는 양극 전극을 예시하여 설명하도록 한다.9 and 10, the surgical tool 300 according to an embodiment of the present invention includes a unipolar electrode used in a monopolar mode of the electrosurgery device 100 and a bipolar mode of the device 100 It may include a positive electrode used in (bipolar mode). Hereinafter, in the present embodiment, an anode electrode used in the anode mode will be illustrated and described.

양극 전극(300)은 활동 전극(310) 및 회귀 전극(320)을 포함할 수 있다. 상기 활동 전극(310) 및 회귀 전극(320)은 일체로 결합되어 핀셋 모양의 전극 조립체를 형성할 수 있다.The anode electrode 300 may include an active electrode 310 and a return electrode 320. The active electrode 310 and the return electrode 320 may be integrally combined to form a tweezer-shaped electrode assembly.

활동 전극(310)은 고주파 전압 신호가 출력되는 제1 전극 팁(311)과 상기 제1 전극 팁(311)을 지지하는 제1 전극 지지부(313)를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 회귀 전극(320)은 제1 전극 팁(311)에서 출력된 고주파 전압 신호가 입력되는 제2 전극 팁(321)과 상기 제2 전극 팁(321)을 지지하는 제2 전극 지지부(323)를 포함할 수 있다.The active electrode 310 may include a first electrode tip 311 from which a high-frequency voltage signal is output and a first electrode support part 313 supporting the first electrode tip 311. Similarly, the return electrode 320 includes a second electrode tip 321 to which a high frequency voltage signal output from the first electrode tip 311 is input, and a second electrode support 323 supporting the second electrode tip 321 It may include.

도 10의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 전극 팁(311, 321)의 적어도 일 표면에는 얇은 박막층(330)이 코팅될 수 있다. 상기 전극 팁(311, 321)의 표면에 박막층(330)을 코팅하기 위해서는 화학 기상 증착법(Chemical　Vapor　Deposition, CVD) 또는 물리 기상 증착법(Physical Vapor Deposition, PVD) 등이 사용될 수 있다.As shown in FIG. 10A, a thin thin film layer 330 may be coated on at least one surface of the first and second electrode tips 311 and 321. In order to coat the thin film layer 330 on the surface of the electrode tips 311 and 321, chemical vapor deposition (CVD) or physical vapor deposition (PVD) may be used.

일 예로, 상기 박막층(330)은 도전성 박막층일 수 있다. 상기 도전성 박막층(330)은 수 내지 수백 마이크로미터(㎛)의 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 도전성 박막층(330)은 금속, 비금속, 반도체 등과 같은 다양한 재질로 형성될 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 다이아몬드 박막에 불순물을 첨가하여 형성될 수 있다. 상기 다이아몬드 박막에 첨가된 불순물은 두 개의 전극 간에 전류가 잘 흐를 수 있도록 전기전도도(Conductivity)를 조절하는 역할을 수행한다. 상기 불순물로는 대표적으로 붕소(B)가 사용될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다. For example, the thin film layer 330 may be a conductive thin film layer. The conductive thin film layer 330 may be formed to have a thickness of several to several hundred micrometers (㎛). In addition, the conductive thin film layer 330 may be formed of various materials such as metal, non-metal, semiconductor, and the like, and more preferably, may be formed by adding impurities to the diamond thin film. Impurities added to the diamond thin film play a role of controlling electrical conductivity so that current flows well between the two electrodes. Boron (B) may be typically used as the impurity, but is not limited thereto.

다이아몬드 박막은 높은 경도를 가지므로 내구성 및 수명이 뛰어나며, 수술 시 가열된 조직이 코팅 면에 눌러 붙지 않고 세척 시 이물질이 쉽게 떨어지는 장점을 가진다. Since the diamond thin film has high hardness, it has excellent durability and longevity, and has the advantage that the heated tissue does not stick to the coating surface during surgery, and foreign substances easily fall off during washing.

한편, 다른 실시 예로, 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 전극 팁(311, 321)의 표면과 도전성 박막층(300) 사이에는 코팅을 원활하기 위한 버퍼층(340)이 배치될 수 있다. 상기 버퍼층(340)은 접착 성질을 갖는 금속 재질로 형성될 수 있다. Meanwhile, as another example, as shown in FIG. 10B, a buffer layer 340 for smooth coating may be disposed between the surfaces of the electrode tips 311 and 321 and the conductive thin film layer 300. . The buffer layer 340 may be formed of a metal material having adhesive properties.

또한, 다른 실시 예로, 상기 박막층에는 유전체(dielectrics)가 사용될 수 있다. 상기 유전체는 커패시터로서 작용하여 직류 전류는 차단하고 고주파 전류는 통과시킨다. 바람직하게는 유전체 박막층에 테프론, DLC(diamond-like carbon), 절연성 다이아몬드 등이 사용될 수 있다.In addition, as another example, dielectrics may be used for the thin film layer. The dielectric acts as a capacitor, blocking direct current and passing high-frequency current. Preferably, Teflon, diamond-like carbon (DLC), insulating diamond, or the like may be used for the dielectric thin film layer.

이상, 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 수술 도구는 전극 팁의 표면에 도전성 또는 유전체 박막층을 코팅함으로써, 수술 시 응고된 혈액, 조직 찌꺼기, 탄화물(charring) 등이 전극 팁의 표면에 눌러 붙는 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.As described above, as described above, in the surgical tool according to the present invention, by coating a conductive or dielectric thin film layer on the surface of the electrode tip, blood coagulated during surgery, tissue debris, carbide (charring), etc. are pressed onto the surface of the electrode tip. Can be effectively prevented.

한편 이상에서는 본 발명의 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술 되는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Meanwhile, although specific embodiments of the present invention have been described above, various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the described embodiments, and should be defined by the claims to be described later, as well as those equivalent to the claims.

100: 전기 수술 장치 110: 파형 발생부
120: 고전압 직류 전원부 130: RF 증폭부
140: 전극부 150: 센서부
160: 제어부 200: 위상천이 풀 브릿지 컨버터
300: 하프 브릿지 인버터100: electrosurgical device 110: waveform generator
120: high voltage DC power supply 130: RF amplification unit
140: electrode unit 150: sensor unit
160: control unit 200: phase shift full bridge converter
300: half bridge inverter

Claims (16)

RF 신호를 생성하는 파형 발생부;
외부로부터 인가된 교류 전원을 고전압 직류 전원으로 변환하는 고전압 직류 전원부;
상기 고전압 직류 전원부로부터 수신된 고전압 직류 전원을 기반으로 상기 RF 신호를 증폭하여 구형파 형상을 갖는 고주파 전압 신호를 출력하는 RF 증폭부; 및
상기 RF 증폭부로부터 수신된 고주파 전압 신호를 인체 조직에 인가하는 전극부를 포함하되,
상기 RF 증폭부는 상기 고전압 직류 전원부의 출력 단에 연결되어, 상기 고전압 직류 전원부로부터 수신된 고전압 직류 전원을 기반으로 구형파 전압 신호를 생성하는 하프 브릿지 인버터만을 포함하고,
상기 하프 브릿지 인버터에서 출력되는 구형파 전압 신호의 절대값은 상기 고전압 직류 전원부의 출력 전압의 절반(1/2)에 대응하며,
상기 하프 브릿지 인버터는 제1 및 제2 커패시터(C1, C2), 제1 및 제2 트랜지스터 소자(S1, S2) 및 하나의 변압기(T)를 포함하고,
상기 제1 및 제2 트랜지스터 소자(S1, S2)로 입력되는 제1 및 제2 제어 신호(VS1, VS2)는 상기 파형 발생부로부터 수신된 RF 신호에 기초하여 생성되며,
상기 제2 제어신호(VS2)는 상기 제1 제어신호(VS1)를 반전한 신호임을 특징으로 하는 전기 수술 장치.A waveform generator for generating an RF signal;
A high voltage DC power supply for converting an AC power applied from the outside into a high voltage DC power;
An RF amplifier configured to amplify the RF signal based on the high voltage DC power received from the high voltage DC power supply and output a high frequency voltage signal having a square wave shape; And
Including an electrode unit for applying the high-frequency voltage signal received from the RF amplification unit to human tissue,
The RF amplification unit includes only a half-bridge inverter connected to the output terminal of the high voltage DC power supply unit and generating a square wave voltage signal based on the high voltage DC power received from the high voltage DC power supply unit,
The absolute value of the square wave voltage signal output from the half-bridge inverter corresponds to half (1/2) of the output voltage of the high voltage DC power supply,
The half-bridge inverter includes first and second capacitors (C 1 , C 2 ), first and second transistor elements (S 1 , S 2 ), and one transformer (T),
The first and second control signals V S1 and V S2 input to the first and second transistor elements S 1 and S 2 are generated based on the RF signal received from the waveform generator,
The second control signal (V S2 ) is an electrosurgical device, characterized in that the signal obtained by inverting the first control signal (V S1 ). 제1항에 있어서,
상기 고전압 직류 전원부, RF 증폭부 및 전극부 중 적어도 하나와 관련된 데이터를 측정하는 센서부; 및
상기 센서부로부터 피드백된 측정 데이터를 기반으로 상기 고주파 전압 신호의 출력을 제어하는 제어부를 더 포함하는 전기 수술 장치.The method of claim 1,
A sensor unit that measures data related to at least one of the high voltage DC power supply unit, the RF amplification unit, and the electrode unit; And
Electrosurgical apparatus further comprising a control unit for controlling the output of the high-frequency voltage signal based on the measurement data fed back from the sensor unit. 제2항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 파형 발생부 또는 RF 증폭부를 제어하여 상기 고주파 전압 신호의 주파수 및 듀티 사이클 중 적어도 하나를 조절하는 것을 특징으로 하는 전기 수술 장치.The method of claim 2,
The control unit controls the waveform generator or the RF amplifier to control at least one of a frequency and a duty cycle of the high frequency voltage signal. 제2항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 고전압 직류 전원부를 제어하여 상기 고주파 전압 신호의 진폭을 조절하는 것을 특징으로 하는 전기 수술 장치.The method of claim 2,
The control unit controls the high voltage DC power supply to adjust the amplitude of the high-frequency voltage signal. 제1항에 있어서,
상기 고전압 직류 전원부는, 안정된 고전압 직류 전원을 생성하기 위한 위상천이 풀 브릿지 컨버터(phase-shifted full-bridge converter, PSFBC)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 수술 장치.The method of claim 1,
The high voltage DC power supply unit, electrosurgical apparatus comprising a phase-shifted full-bridge converter (PSFBC) for generating a stable high voltage DC power supply. 제5항에 있어서,
상기 위상천이 풀 브릿지 컨버터는 변압기와, 상기 변압기의 일차 측에 연결되는 스위칭부와, 상기 변압기의 이차 측에 연결되는 정류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 수술 장치.The method of claim 5,
The phase shift full bridge converter comprises a transformer, a switching unit connected to the primary side of the transformer, and a rectifier connected to the secondary side of the transformer. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 전극부는, 상기 고주파 전압 신호가 출력되는 전극 팁, 상기 전극 팁을 지지하는 전극 지지부 및 상기 전극 팁의 적어도 일 표면에 코팅된 박막층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 수술 장치.The method of claim 1,
The electrode part, an electrode tip to which the high frequency voltage signal is output, an electrode support part supporting the electrode tip, and a thin film layer coated on at least one surface of the electrode tip. 제1항에 있어서,
상기 전극부는, 상기 고주파 전압 신호가 출력되는 전극 팁, 상기 전극 팁을 지지하는 전극 지지부, 상기 전극 팁의 표면에 부착된 버퍼층 및 상기 버퍼층의 표면에 코팅된 박막층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 수술 장치.The method of claim 1,
Electrosurgery, characterized in that the electrode part includes an electrode tip to which the high frequency voltage signal is output, an electrode support part supporting the electrode tip, a buffer layer attached to the surface of the electrode tip, and a thin film layer coated on the surface of the buffer layer Device. 제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 박막층은 도전성 박막층임을 특징으로 하는 전기 수술 장치.The method of claim 10 or 11,
Electrosurgical device, characterized in that the thin film layer is a conductive thin film layer. 제12항에 있어서,
상기 도전성 박막층은, 다이아몬드 박막과, 상기 다이아몬드 박막에 첨가된 불순물을 포함하는 것을 특징으로 전기 수술 장치.The method of claim 12,
The electrosurgical device, characterized in that the conductive thin film layer includes a diamond thin film and impurities added to the diamond thin film. 제13항에 있어서,
상기 불순물은 붕소(B) 물질임을 특징으로 하는 전기 수술 장치.The method of claim 13,
Electrosurgical device, characterized in that the impurity is a boron (B) material. 제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 박막층은 유전체 박막층임을 특징으로 하는 전기 수술 장치.The method of claim 10 or 11,
Electrosurgical device, characterized in that the thin film layer is a dielectric thin film layer. 제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 박막층은, 화학 기상 증착법(Chemical　Vapor　Deposition, CVD) 또는 물리 기상 증착법(Physical Vapor Deposition, PVD)을 통해 코팅되는 것을 특징으로 전기 수술 장치.The method of claim 10 or 11,
The thin film layer is an electrosurgical device, characterized in that it is coated through a chemical vapor deposition method (Chemical Vapor Deposition, CVD) or a physical vapor deposition method (Physical Vapor Deposition, PVD).
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