KR20090117764A - 전기 소작 방법 및 장치 - Google Patents

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조셉 카롤루스 에더
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피터 세스 에델스타인
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아라곤 서지컬, 인코포레이티드.
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Abstract

본 발명은 예컨대 전기 소작 동안 하부 전극들 사이에 아크 발생을 방지하고/또는 조직 커버리지를 결정하도록, 자동화된 또는 사용자 선택된 동작 또는 전극의 보상을 위한 메커니즘 및 전극 구조물에 관한 것이다.

Description

전기 소작 방법 및 장치{ELECTROCAUTERY METHOD AND APPARATUS}
본 발명은 조직 소작(tissue cauterization)에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 다양한 전극을 갖는 전기 소작 시스템 및 자동화된 동작 또는 사용자 선택 동작 또는 전극들의 보상을 위한 메커니즘과 관련이 있다.
다양한 생리학적 상태들은 조직(tissue) 및 기관(organ)의 제거를 요한다. 모든 조직 제거 절차에서 주요 관심사는 지혈, 즉 출혈을 중지시키는 것이다. 조직을 제거할 때 출혈을 막기 위해 제거할 기관 또는 조직에 공급되는 모든 혈관은 봉합 또는 소작에 의해 봉해져야 한다. 예를 들어, 자궁 적출 시에 자궁을 제거할 때, 혈액을 자궁에 공급하는 소정의 혈관을 따라서 절제되어야 하는 자궁 경부에서 출혈을 억제해야 한다. 이와 유사하게, 종양의 제거 또는 다른 목적으로 간의 일부를 절제하는 경우에 간 내의 혈관은 개별적으로 봉해져야 한다. 개복 수술(open surgical procedure) 및 최소 침습 수술(minimally invasive surgical procedure)에서 지혈이 필요하다. 최소 침습 수술에서는, 캐뉼러 및 다른 작은 통로를 통한 제한된 접근으로 인해, 혈관의 봉합이 특별히 시간 소모적이고 문제가 될 수 있다.
지혈은 기관 또는 다른 조직이 제거되기 전에 세절되어야(morcellated) 하는 제한된 접근 절차(limited access procedure)에서 특히 중요하다. 대부분은 조직은 너무 커서 캐뉼러 또는 다른 제한된 접근 통로를 통해 완전히 제거될 수 없으며, 따라서 조직은 제거하기 전에 세절되어야 하는데, 예를 들면 절단되거나, 연마되거나 또는 기타 작은 조각으로 부서져야 한다.
전술한 예 외에, 동맥, 정맥, 임파선, 신경, 지방, 인대 및 기타 연조직 구조와 같은 생체 조직(living tissue sheet)을 봉합하고 분할하기 위한 다양한 다른 전기 소작 도구가 존재한다. 다수의 알려져 있는 시스템은 신체 조직을 괴사시키기 위해 RF(radio frequency) 에너지를 인가한다. 실제로, 이들 중 일부는 상당한 진보를 하여 오늘날 널리 사용되고 있다. 그러나, 본 발명자는 기존의 방법의 단점을 인식하여 이를 수정하고자 하였으며, 기존의 방법이 적절한 경우에도 가능한 개선점을 연구하였다.
이와 관련하여, 본 발명자가 인식한 한가지 문제점은 오늘날 전극 구조의 작은 크기와 관련이 있다. 구체적으로는, 많은 전기수술 도구 제조업자는 전극을 조직으로 완전히 덮을 가능성을 개선하기 위해 전극의 총 길이 및 표면적을 제한한다. 이 작은 전극 전략의 결과, 의사는 수차례 봉합 및 분할을 거쳐 긴 조직 시트를 적절히 봉합하고 분할해야 한다. 이러한 시간 소모적인 프로세스는 에너지의 전달 및 조직의 분할이 계속적으로 반복되므로, 환자에게 해롭고, 마취 시간을 증가시켜 잠재적으로 주변 구조물에 해를 끼칠 위험을 증가시킨다.
부분적인 전극 커버리지(electrode coverage)의 결과는 중요할 수 있다. 이 상태는 전기 아크(electrical arcing), 조직 소작 및 부적절한 조직 봉합을 일으킬 수 있다. 조직의 기계적인(예컨대, 칼) 또는 전기수술적인 분할은 조직 봉합 직후에 수행되며, 부적절하게 봉합된 조직의 분할은, 봉합되지 않은 혈관이 출혈을 할 수 있기 때문에, 환자에게 위험을 줄 수 있다. 아킹은 자체의 문제를 갖고 있다. 전기 소작 전극들이 목표 조직을 통해 RF 에너지를 전달하는 대신에 그들 사이에 아크를 발생하면, 그 조직에 원하는 전기 소작을 할 수 없게 된다. 또한, 아크의 경로에 따라서, 이것은 목표하지 않은 조직에 손상을 입힐 수도 있다. 다른 문제는 복수의 전극 시스템 내의 인접 전극들이 후에 발화하는 2개의 인접 전극 사이의 천이 구역 사이에서 전기 크로스토크를 발생하거나 또는 과도한 열적 효과를 발생할 수 있다는 것이다. 기존의 설계는 전극들을 고정시키는 조(jaw)에 대해 기계적인 스탠드오프(standoff)를 제공함으로써 이것을 방지하였다. 그러나, 이 스탠드오프는 매우 얇은 조직을 대향 전극과 접촉하지 않게 방해하며, 이들 영역 내의 최적의 전기 봉합을 방해한다. 이들 스탠드오프는, 만약 너무 얕으면, 전극들 사이에 아크를 일으킬 수 있다.
300kHz 내지 10MHz 범위의 통상의 RF 주파수에서, 조직 임피던스는 큰 저항성을 갖는다. 조직 건조 전에, 최초 임피던스는 조직 유형 및 위치, 혈관분포상태(vascularity) 등에 따라 크게 변할 수 있다. 따라서, 국부적인 임피던스에 기초해서만 조직 전극 커버리지의 정확도를 확인하는 것은 부정확하고 실용적이지 못하다. 조직에 의해 전극 커버리지를 결정하는 적절하고 신뢰할 수 있는 방법은 수술 동안에 조직의 안전하고 신속한 봉합 및 분할에 사용하기 위한 보다 큰 길이 및 면적의 전극의 개발을 고려한다. 따라서, 하나 이상의 전극의 조직 커버리지의 면적을 결정하는 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
예를 들어 조직 커버리지를 결정하고/또는 전기 소작 동안 하부 전극들 사이에서의 아킹을 방지하기 위해, 자동화된 동작 또는 사용자 선택 동작 또는 전극들의 보상을 위한 전극 구조 및 메커니즘이 개시된다.
도 1은 본 발명에 따른 전자 소작 시스템의 부품들 및 상호접속의 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 보상 회로의 제 1 실시예를 구비한 전자 소작 장치를 도시한 조합 블록 및 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 보상 회로의 제 2 실시예를 구비한 전자 소작 장치를 도시한 조합 블록 및 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 보상 회로의 제 3 실시예를 구비한 전자 소작 장치를 도시한 조합 블록 및 개략도.
도 5는 본 발명에 따른 선택적으로 발화하는 회로를 갖는 전자 소작 장치를 도시한 조합 블록 및 개략도.
도 6은 본 발명에 따른 유전체 코팅을 갖는 전극을 도시한 블록도.
본 발명자들이 인식한(전술한) 종래 기술의 문제점들을 감안하여, 본 발명자들은 상기 전극이 신체에 삽입된 후에 사용자가 전자 소작 전극을 제어할 수 있는 능력을 향상시킬 것을 추구하였다. 또한, 전극 구조물에 전력을 공급하는 효율을 향상시키고, 전극 구조물로부터 이루어진 측정의 정확도를 향상시키고자 하였다. 이들 향상을 이루면 얻게되는 한가지 이점은 보다 큰 전극 표면을 사용하는 능력으로, 그 유리한 결과는 전술하였다.
도 1은 전자 소작 시스템(100)의 일실시예를 도시한 것이다. 시스템(100)은 전력, 전극 선택기 및 보상기에 의해 전기적으로 구동되는 전극 구조물(102)을 포함한다. 모듈(108)은 하나 이상의 사용자 인터페이스(110)를 통해 전달된 사용자 입력에 따라서 동작한다.
보다 상세히 후술하는 바와 같이, 시스템(100)의 소정의 부품들은 디지털 데이터 처리 구성을 갖도록 구현될 수 있다. 이들은 다양한 형태로 구현될 수 있다.
일부 예는 범용 프로세서, 디지털 신호 처리기(DSP), ASIC(application specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 또는 기타 프로그램 가능한 로직 장치, 이산 게이트 또는 트랜지스터 로직, 이산 하드웨어 부품 또는 본 명세서에서 설명한 기능을 수행하도록 설계된 이들의 조합을 포함한다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서일 수 있지만, 대안으로서, 임의의 종래의 프로세서, 제어기, 마이크로컨트롤러 또는 상태 머신일 수도 있다. 프로세서는 또한 예를 들어, DSP와 마이크로프로세서, 복수의 마이크로프로세서의 조합, DSP 코어와 조합된 하나 이상의 마이크로프로세서와 같은 컴퓨팅 장치의 조합 또는 기타 그러한 구성으로 구현될 수 있다.
보다 구체적인 예로서, 디지털 데이터 처리 장치는 디지털 데이터 저장부에 결합된 마이크로프로세서, 개인용 컴퓨터, 워크스테이션, 제어기, 마이크로컨트롤러, 상태 머신, 또는 기타 처리 머신과 같은 프로세서를 포함한다. 본 예에서, 저장부는 고속 액세스 저장부 및 비휘발성 저장부를 포함한다. 고속 액세스 저장부는, 예를 들어 프로세서에 의해 실행된 프로그래밍 인스트럭션을 저장하는데 사용될 수 있다. 저장부는 다양한 장치에 의해 구현될 수 있다. 많은 대안들이 가능하다. 예를 들어, 부품들 중 하나가 제거될 수도 있다. 또한, 저장부는 프로세서에 내장되거나 또는 심지어 장치 외부에 제공될 수도 있다.
장치는 또한 커넥터, 라인, 버스, 케이블, 버퍼, 전자기 링크, 안테나, IR 포트, 트랜스듀서, 네트워크, 모뎀, 또는 프로세서가 장치 외부의 다른 하드웨어와 데이터를 교환하게 하는 기타 수단과 같은 입력/출력을 포함한다.
전술한 바와 같이, 디지털 데이터 저장 장치의 다양한 예는, 예를 들어 시스템(100)(도 1 참고)에 의해 사용된 저장부를 제공하고, 저장부를 구현하는 등에 사용될 수 있다. 그 응용에 따라서, 이 디지털 데이터 저장부는 데이터 저장 또는 머신 판독 가능한 인스트럭션의 저장과 같은 다양한 기능을 위해 사용될 수 있다. 이들 인스트럭션은 다양한 처리 기능을 수행하는 것을 도울 수 있거나 또는 컴퓨터 상에 소프트웨어 프로그램을 설치하는 역할을 할 수도 있는데, 여기서 그러한 소프트웨어 프로그램은 본 명세서에 개시된 내용과 관련된 다른 기능들을 수행하도록 실행 가능하다.
예시적인 저장 매체는 프로세서가 저장 매체로부터 정보를 판독하고, 저장 매체에 정보를 기록할 수 있도록 프로세서에 결합된다. 이와 달리, 저장 매체가 프로세서에 통합될 수도 있다. 다른 예에서는, 프로세서와 저장 매체가 ASIC 또는 기타 집적 회로로 존재할 수도 있다.
(전술한) 기계 실행가능한 인스트럭션을 포함하는 저장 매체와 달리, 다른 실시예는 로직 회로를 사용하여 시스템의 데이터 처리 특성을 처리한다.
속도, 비용, 설비 비용 등을 감안한 애플리케이션의 특정 요건에 따라서, 이 로직은 수천 개의 소형 집적 트랜지스터를 갖는 ASIC(application-specific integrated circuit)을 구성함으로써 구현될 수 있다. 그러한, ASIC는 CMOS, TTL, VLSI 또는 다른 적절한 구성으로 구현될 수 있다. 다른 대안들은 디지털 신호 처리 칩(DSP), 이산 회로(예를 들면, 저항, 캐패시터, 다이오드, 인덕터 및 트랜지스터), FPGA(field programmable gate array), PLA(programmable logic array), PLD(programmable logic device) 등을 포함한다.
전극 구조물(102)
도 1을 참조하면, 전극 구조물(102)은 제 1 및 제 2 전극 표면(103-104)을 포함한다. 전극 표면(104)은 개별 전극(104a, 104b 등)과 같은 전극 그룹에 의해 형성된다. 일례에서, 전극들은 실질적으로 인접할 수 있다. 일례에서, 전극 표면(103)은 도시된 바와 같이 단일 전극을 포함한다. 다른 예에서, 표면(103)은 전 극(104)과 동일하거나 또는 상이한 수의 복수의 전극을 포함한다.
일실시예에서, 전극 표면(103-104)은 대향하는 2극식 전극을 사용하여 목적하는 조직 영역에 전력을 제공하도록 구성된다. 대향하는 2극식 전극의 사용은, 전극들 사이에 에너지 흐름을 집중시켜 대향하는 전극들 내에 한정되지 않는 인접 조직에 대한 효과를 제한하기 때문에 유리하다.
한 경우에, 전극 구조물(103-104)은 대칭 방식으로 조직에 접촉하도록 일반적으로 유사한 기하구조를 가질 수 있다. 이와 달리, 전극 구조물(103-104)은 상이한 기하구조를 가질 수도 있다. 예를 들어, 하나의 전극 구조물은 자연적인 바디 오리피스(body orifice)에 삽입하기 위한 프로브를 포함할 수 있고, 다른 전극 구조물은 바디 오리피스로부터 이격된 외부 조직 표면과 결합하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서는, 둘보다 많은 전극 구조물을 이용할 수도 있지만, 적어도 2개의 전극 구조물 또는 단일 구조물의 개별 영역들이 반대 극성으로 통전되어 목적하는 조직에 RF 에너지를 인가한다. 일부 예에서, 전극 구조물들은 예를 들어 기관 또는 기타 조직 덩어리 위에 위치하며 그 위에 형성된 둘 이상의 전극 표면을 가질 수 있는 단일 탄성 튜브 또는 셀과 같은 단일 지지 구조물의 일부로서 형성된 상이한 영역일 수 있다.
상이한 전극 표면은 동일하거나 또는 반대 극성의 고주파수 에너지가 이들에게 인가될 때 서로 격리된다. 다른 예에서는, 단일 전극 구조물이 복수의 전기적으로 도전성 또는 활성인 영역을 가질 수 있는데, 여기서 전기적으로 도전성 영역은 동일하거나 또는 반대 극성으로 통전될 수 있다.
일부 예에서는, 전극 구조물과 조직 사이의 유효 전기 접촉 영역을 향상시키거나 또는 증가시키기 위해 부가적인 구조물 또는 부품을 제공하는 것이 바람직할 수도 있다. 구체적으로는, 전기 접촉을 향상시키기 위해, 즉 전극과 조직 사이의 전기 임피던스를 감소시키고 전극과 조직 사이의 총 표면 접촉 면적을 증가시키기 위해 전극 구조물이 조직 침투 요소를 포함할 수도 있다. 예시적인 조직 침투 요소는 바늘, 핀, 돌출부, 채널 등을 포함한다. 일특정 예는 핀이 조직 표면을 통해 피하 조직 덩어리로 침입할 수 있도록 뾰족한 말단 팁을 갖는 핀을 포함한다. 핀은 1mm 내지 5cm 또는 3mm 내지 1cm 범위의 깊이를 가질 수 있다. 핀의 직경은 0.1mm 내지 5mm 또는 0.5mm 내지 3mm 범위이다. 일례에서, 핀은 전극 구조물의 조직 접촉 영역 위에 고르게 분포되고, 0.1 핀/㎠ 내지 10 핀/㎠ 또는 0.5 핀/㎠ 내지 5 핀/㎠ 범위의 밀도를 갖는다. 조직 침투 요소가 사용될 때, 이들은 전극 구조물의 전기적으로 활성 영역 위에 일반적으로 균일하게 분산될 수 있다. 핀 또는 기타 조직 침투 요소가 전기적으로 도전성인 부합적 또는 강성 전극 표면에 더하여 제공될 수 있지만, 일부 예에서는 핀이 전극 구조물의 전체 전기 도전성 또는 활성 영역을 제공할 수 있다.
일례에서, 전극은 복수의 상이한 전기 도전성 영역을 포함하는데, 이들 영역은 전기적으로 서로 격리되거나 또는 전기적으로 서로 결합될 수 있다. 단일 전극 구조물은 그 위에 3개, 4개, 5개 및 10개 이상의 이산 전기 도전성 영역을 포함할 수 있다. 그러한 전기 도전성 영역은 그들 사이에 전기 절연 영역 또는 구조물에 의해 정의될 수 있다.
복수 전극 표면(104)의 일례로는 공기 갭, 플라스틱 부재 또는 기타 절연체일 수 있는 갭에 의해 분리되는 복수의 전기 도전성 스트립이 있다. 갭은 바람직하게는 0.5mm 미만이다. 또한, 복수의 조직 침투 핀이 각각의 전기 도전성 스트립의 길이를 따라 배치될 수 있다. 전기 도전성 스트립은 다른 극성 구성으로 통전될 수 있다. 가장 간단하게, 대향 스트립은 단일 전원 상의 반대 폴에 접속된다. 그러나, 전기 접속은 사실상 임의의 패턴으로 스트립에 전력을 공급하도록 재배치될 수 있다. 또한, 상이한 극성에서 이들 영역에 전력을 공급하는 것을 허용하도록 각각의 스트립의 상이한 영역을 전기적으로 격리시키거나 또는 전극을 동일 극성으로 설정하되 모든 전극을 발화하거나 특정 전극을 발화하거나 또는 복수의 전극을 동시에 발화하는 것을 포함할 수 있는 발화 패턴의 다양한 시퀀스로 설정하는 것도 가능하다.
전극 구조물(102)은 평면으로 도시되었지만, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 다양한 상이한 형태로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 전극 구조(103-104)는 관형 신체 구조물 또는 조직 덩어리 위에 용이하게 배치될 수 있도록 일반적으로 구부러질 수 있다. 한 경우에, 전극 구성은 특정 기관 또는 조직 기하구조와 결합하는 기하구조를 갖도록 특별히 구성된다. 다른 경우에, 전극 구성은 이들이 확대되어 상이한 조직 표면에 부합될 수 있도록 조정될 수 있다. 이와 관련하여, 전극 스트립은, 전극 구조물이 평탄화되거나 또는 다양한 다른 구성을 취할 수 있게 하는, 예를 들어 부합적 메시와 같은 재료로 구성될 수 있다. 또한, 절연 구조물이 또한 가요성 또는 부합적 재료(conformable material)로 형성될 수 있으며, 전극 구성의 재구성을 허용한다. 구조물(102)은 당업자에게 공지되어 있는 구성들 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 따라 구현될 수 있다. 일부 예시적인 형상은 대향 조(jaw), 실린더, 프로브, 평면 패드 등을 포함한다. 이와 관련하여, 전극들이 조직 표면에 결합하기 위한 임의의 적절한 방식으로 구성될 수 있다.
따라서, 전극은 강성, 가요성, 탄성, 비탄성(비팽창성), 평면, 비평면성 등일 수 있고, 전극 구조물과 조직 사이의 전기 접촉을 향상시키고 또한 전극 면적을 증가시키기 위해 조직 침투 요소를 선택적으로 채용할 수도 있다. 전극 구성은 이들이 상이한 조직 표면에 결합되어 부합되도록 부합적일 수 있거나 또는 이들이 특정 기관 또는 조직 기하구조에 결합하도록 기하구조를 갖도록 특별히 구성될 수 있다. 두 예에서, 전극 구조물은 조직 침투 요소를 더 구비할 수 있다.
선택적으로, 전극 구조물은 도전성 표면 및 비도전성 표면을 모두 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 이것은 한 표면을 노출된 금속 면으로 남겨두고, 전극의 다른 표면은 예를 들어 유전체 재료로 덮거나 절연시킴으로써 달성된다. 강성 전극의 경우에, 절연체가 적층되거나 코팅되거나 또는 대향 표면에 직접 도포될 수 있다. 가요성 및 탄성 전극의 경우에, 절연층이 손실 또는 이동 없이 전극과 함께 팽창될 수 있고 수축될 수 있도록 절연층은 가요성이다. 일부 경우에, 별개의 팽창가능한 재료 시트가 절연이 요구되는 면을 덮는다. 일부 실시예에서는, 모든 전극 표면이 유전체 재료로 코팅될 수 있다.
일실시예에서, 전극 구조의 전기 활성 영역이 1 내지 50 ㎠ 또는 그 이상의 범위를 갖는다. 전극 구조의 다른 상세 및 예들은 참조로서 포함된 미국 특허 출 원에 설명되어 있다.
전원(106)
전원(106)은 하나 이상의 복수의 전원을 포함한다. 기본적으로, 전원(106)은 전극 구조물(102)의 하나 이상의 전기 활성 영역을 통해 목적하는 조직에 인가하기 위한 RF와 같은 고주파수 전력을 생성한다. 후술하는 바와 같이, 전력의 존속기간 및 크기는 전극 구조물들(103-104) 사이의 조직을 소작하거나 괴사시킨다.
예시적인 주파수 대역은 100kHz 내지 10 MHz 또는 200kHz 내지 750kHz을 포함한다. 전력 레벨은 처리되는 조직의 표면적 및 부피에 의존하는데, 일부 예는 10W 내지 500W 또는 25W 내지 250W 또는 50W 내지 200W의 범위를 포함한다. 전력은, 예컨대 1W/㎠ 내지 500W/㎠ 또는 10W/㎠ 내지 100W/㎠의 레벨에서 인가될 수 있다.
전원(106)은 다양한 종래의 범용 전기수술 전원을 사용하여 구현될 수 있다. 전원(106)은 정현파 또는 비정현파 형태를 이용할 수 있으며, 고정되거나 제어된 전력 레벨로 동작할 수 있다. 적절한 전원은 상용 공급자들로부터 얻을 수 있다.
일실시예에서, 전원은 전압 및 전류는 가변적이지만 일정한 출력 전력을 공급하며, 전력 출력은 부하에 따라 변한다. 따라서, 시스템이 매우 높은 임피던스 부하를 보이면, 전압은 아킹을 회피하기 위해 적절한 레벨로 유지된다. 조직 전기소작에 의하면, 임피던스 범위는 예를 들어 2Ω 내지 1000Ω이다. 일정한 전력을 인가함으로써, 전원(106)은 저 임피던스에서 큰 전류를 공급하여, 조직이 먼저 소작되고 있을 때 최초 탈수를 달성하고, 소작이 진행됨에 따라 보다 높은 전압을 인가하여 조직 봉합 프로세스를 완료한다. 따라서, 소작 프로세스의 시작 시에 전원(106)은 보다 큰 전류 및 보다 작은 전압을 제공할 수 있고 프로세스의 봉합 단계에서 보다 높은 전압 및 보다 낮은 전류를 제공할 수 있다. 그러한 전력 생성기의 제어는 적어도 부분적으로 시스템(100) 감시 능력에 기초한다.
일실시예에서, 전원(106)은 원하는 전력을 설정하는 메커니즘을 포함한다. 이 설정은 실시간 제어, 사용자에 의해 사전 설정된 선택, 디폴트 설정, 사전 결정된 프로파일의 선택 등에 의해 발생할 수 있다. 일실시예에서, 플라이백 트랜스포머와 함께 펄스 폭 변조가 사용된다. 시스템은 플라이백 트랜스포머의 1차 코일을 충전하고 조절된 출력을 생성한다. 2차 코일은 예를 들어 원하는 전력 출력을 생성하기 위해 원하는 수의 암페어에서 15 볼트로 조절될 수 있다. 1차 코일을 충전하는 펄스의 폭에 의해 결정된 주기에 기초하여, 전력 곡선이 결정된다. 따라서, 본 발명은 플라이백 트랜스포머의 1차 코일에 소정 레벨의 전력을 확립하고, 부하, 즉 조직의 임피던스에 관계없이 동일 레벨의 전력이 2차 코일에 의해 제공된다.
전원(106)은 전술한 바와 같이, 디지털 데이터 처리 장비를 포함할 수 있다. 이 선택적인 장비는, 구현되면, 전원(106)의 피처 및 동작을 확립하고 제어하는데 사용된다.
도시된 바와 같이, 전원(106)은 구조물(102)의 복수의 전극에 대한 전력원이다. 따라서, 전원(106) 또는 모듈(108)은 복수의 출력 채널을 제공하며, 이들 출 력 채널 각각은 독립적으로 조정가능하다. 이 실시예에서, 시스템(100)은 전극에 전력을 공급하기 위한 복수의 도체(108c)의 도전성 공급 경로와, 전원에 접지 경로 및/또는 피드백을 제공하는 리턴 경로(108b) 또는 전류 흐름의 방향에 따라 그 반대의 경로를 포함한다.
보다 구체적인 실시예에서, 모듈(108)은 모듈(108)의 디지털 데이터 프로세서에 의해 개별 전극으로 라우팅된 복수의 출력(108c)을 갖는다. 이들 복수의 출력은 프로세서에 의해 독립적으로 동작되고 쉽게 복조되며 할당가능하다. 따라서, 프로세서는 소작 사이클의 동작의 소정 시점에 임의의 하나 이상의 전극 요소에 출력을 할당할 수 있으며, 다른 시점에 그들을 동적으로 재할당할 수 있다. 예를 들어, 전력원이 4개의 채널 전력원이고 전기수술 장치가 16개의 전극을 가지면, 각각의 채널은 전기수술 장치 내의 4개의 전극을 지원할 수도 있다. 그러나, 이 구성은 일부 채널이 보다 많은 전극을 지원하도록 변할 수도 있다.
사용자 인터페이스(110)
사용자 인터페이스(110)는 사용자가 전원(106)을 포함하는 모듈(108)과 정보를 교환하도록 하나 이상의 장치를 포함한다. 공통 사용자 인터페이스가 존재할 수도 있고 또는 각각의 부품(106, 108)에 대해 별도의 사용자 인터페이스가 존재할 수도 있다. 사용자 인터페이스는 이하의 일부 예에서 제시하는 바와 같이 다양한 방법으로 구현될 수 있다. 휴먼투머신 플로(human-to-machine flow)에 있어서와 같이, 인터페이스(110)의 일부 예는 버튼, 다이얼, 스위치, 키보드, 원격 제어 콘 솔 또는 기타 기계적 장치를 포함한다. 다른 예들은 마우스, 트랙볼 등과 같은 포인팅 장치를 포함한다. 또 다른 예는 디지털화 패드, 터치 스크린, 음성 입력 또는 본 명세서에 개시된 목적에 적합한 임의의 다른 예를 포함한다. 머신투휴먼 교환(machine-to-human exchange)에 있어서와 같이, 인터페이스(110)는 비디오 모니터, 디스플레이 스크린, LED, 기계 표시기, 오디오 시스템 또는 본 명세서에 개시된 목적에 적합한 임의의 다른 예를 이용할 수 있다.
사용자 입력은 링크(108a)를 통해 모듈(108)에 대한 인터페이스로부터 전달된다.
센서
시스템(100)은 또한 시스템(100)의 다양한 부품에 부착된 다양한 센서를 포함할 수 있다. 도면을 혼잡하지 않게 하기 위해 도 1에 도시되지 않은 센서는 전극(103-104), 모듈(108)의 부품, 전원(106)의 부품 등과 같은 부품에 부착될 수 있다. 이들 센서의 예는 전압, 전류, 임피던스, 인가된 전압과 전류 사이의 위상각, 온도, 에너지, 주파수 등을 감지하는 장치를 포함한다. 보다 구체적으로는, 이들 장치 중 일부는 전압계, 아날로그-디지털 변환기, 서미스터, 트랜스듀서, 전류계 등을 포함한다.
모듈(108)
전술한 바와 같이, 모듈(108)은 하나 이상의 전원(106)을 포함한다. 이 기 능 외에, 모듈(108)은 자동화된 동작 또는 사용자 선택 동작 또는 후술하는 방식으로의 전극의 보상 중 일부 또는 전부를 수행하도록 구현될 수 있다. 일측면에 따르면, 모듈(108)은 전극에 대한 전력 인가를 선택적으로(선택은 사전결정되거나 기계에 의해 선택되거나 사용자에 의해 선택됨) 제한함으로써 조직의 특정 영역 또는 전극의 제어 발화 순서를 목표로 하여 사용될 수 있다. 다른 측면에 따르면, 모듈(108)은 임피던스를 전극 회로에 유입하여 사전결정되거나 기계에 의해 선택되거나 사용자에 의해 선택된 임피던스 정합 또는 보상을 제공한다.
모듈(108)의 일선택 측면에 따르면, 모듈(108)은 전극에 대한 전력 인가를 선택적으로(선택은 사전결정되거나 기계에 의해 선택되거나 사용자에 의해 선택됨) 제한함으로써 조직의 특정 영역을 목표로 할 수 있다. 이와 관련하여, 모듈(108)은 각각의 전극(103-104)에 개별적으로 결합된 다양한 출력(108b-108c)을 갖는다. 일례로서, 출력(108b-108c)은 배선, 케이블, 버스 또는 기타 전기 도체를 포함할 수 있다. 도시된 예에서, 복수의 전극(104a, 104b 등)에 도달하는 복수의 도체(108c)가 존재한다.
모듈(108)은 전원(106)으로부터 제 1 및 제 2 전극 표면(103-104) 양단에 전압을 인가하여, 전압이 전극들 중 선택된 전극에 배타적으로 인가된다. 이들 전극은 인터페이스(110)로부터의 사용자 입력, 기계에 의해 실행된 분석 및/또는 디폴트 상태에 따라서 선택될 수 있다. 이와 관련하여, 모듈(108)은 전기적 및/또는 기계적 스위치의 스위칭 메커니즘, 중계기 또는 전극들 중 선택된 전극에 전력을 공급하는 기타 메커니즘을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 전원(106)은 모 듈(108)에 통합되고, 컴퓨터 제어부는 선택된 출력 도체를 선택적으로 활성화한다.
독립적인 스위칭 네트워크에 의해서든 또는 출력도체의 컴퓨터 조절 작용에 의해서든, 모듈(108)은 사용자 인터페이스(110)로부터의 입력 또는 전술한 디지털 데이터 처리 장치와 같은 기계로부터의 입력에 따라서 전극을 활성화한다. 애플리케이션의 특성에 따라, 전극에 대한 그러한 제어된 전력 인가는 기계에 의해 선택된 표준 분석, 디폴트 상태 또는 사용자 입력에 따라서 수행될 수 있다.
도 5는 2개의 전원, 전극 구조물 및 목적하는 조직 영역의 상황에서, 프로세서에 의해 제어된 스위칭 네트워크의 일례의 통상의 적용을 도시한 것이다. 이 예에서, 전극 표면은 다음과 같이 구성된다. 전극 표면은 전기 소작을 수행하는 동안 실질적으로 나란하며, 한 표면의 각각의 전극은 다른 전극 표면 내의 대응부와 정렬된다. 이 예에서는, 하부 표면의 각 전극에 대응하는 상부 표면으로부터 2개의 전극이 존재한다.
모듈(108)은 조직의 특정 영역을 목표로 하는 소정의 전극에 대한 전력 인가를 선택적으로 제한한다. 또한 전극들은 상이한 단부에 대해 선택될 수도 있다. 즉, 모듈(108)은 동일 전극 표면의 인접 전극들의 발화가 동시에 또는 순차적으로 일어나는 것을 방지하기 위해 전극의 선택을 감시하거나 또는 제어한다. 전극 발화가 이격된 방식으로 발생하도록 하는 것은 전극들 사이에서 의도하지 않은 아킹을 방지하고 전기 소작의 효과를 향상시킨다. 일실시예에서, 제어된 발화 순서는 컴퓨터 제어에 의해 이루어지며, 특히 모듈(108)의 디지털 데이터 처리 부품에 의해 이루어진다. 컴퓨터 제어에 대한 대안으로서, 전자기계식 분배기 또는 기타 장 치와 같은 기계적인 수단이 사용될 수 있다.
다른 실시예에서는, 사전결정된, 기계 선택 또는 사용자 선택에 의한 임피던스 정합 또는 보상을 제공하기 위해 모듈(108)이 임피던스를 전극 회로에 유입할 수 있다. 즉, 모듈(108)은 임피던스를 전원, 출력부(108b-108c) 및 전극(103-104)을 포함하는 회로에 전기적으로 유입하는 메커니즘을 포함한다.
보다 구체적으로는, 모듈(108)은 캐패시터, 인덕터 및/또는 전원 및 전극(103-104)을 포함하는 회로 내의 임피던스의 양을 제어하기 위해 조정되거나 또는 선택적으로 도입될 수 있는 기타 임피던스 소자를 포함한다. 이들 임피던스 소자는 이산 소자들, 집적 회로 피처 또는 본 명세서에 개시된 목적에 적합한 기타 구조물을 포함할 수 있다. 모듈(108)은 사용자, 기계에 의한 분석 및/또는 디폴트 설정으로부터의 지시에 따라서 이 임피던스 정합 또는 보상을 확립한다.
조정가능한 임피던스의 일례로는, 조정가능한 강자성 코어 또는 이산 인덕터 주위를 감는 도체 재료의 코일과 같은 임의의 공지된 인덕턴스를 포함하는 조정가능한 인덕터가 있다. 이 예에서, 전체적인 인덕턴스는 수동으로, 기계식으로, 전기식으로 또는 예컨대 사용자 인터페이스(110)를 통한 본 발명의 목적에 적합한 임의이 수단에 의해 활성화될 수 있는 스위치를 닫음으로써 선택적으로 증가된다.
도 2는 상부 전극 표면의 각각의 전극과 직렬 연결된 인덕턴스를 갖는 전극 배치를 도시한 것이다. 도 3은 하부 전극 표면의 각각의 전극과 직렬 연결된 인덕턴스를 포함하는 다른 예를 도시한 것이다. 다른 예에서, 도 4는 캐패시터가 상부 전극 표면의 각각의 전극과 직렬로 배치된 "T" 형 네트워크를 포함한다. 또한, 다 른 인덕터가 함께 활성화되도록 설계되어 있는 각 쌍의 전극과 병렬로 배치된다. 도 2 내지 4의 예는 고정되거나 조정가능하거나 또는 고정 및 조정가능한 구성의 조합으로 되어 있는 임피던스 요소들을 이용할 수 있다. 또한, 그들 표면 상에 유전체 코팅을 갖는 전극과 관련하여, 본 발명에 의해 임피던스 정합 및/또는 보상을 위한 거의 무한대의 부가적인 회로 구성이 당업자에게 자명할 것이다.
전극 회로에 임피던스를 도입하는 구성 외에, 다른 고려 사항은 그러한 임피던스 요소의 값이다. 일례에서, 임피던스는 최대 전력 전송을 달성하고 정확한 전력 측정을 달성하도록 선택된다. 이와 관련하여, 임피던스는 RF 생성기, 즉 전원(106)과 조직 사이의 임피던스 매치를 유지하도록 선택된다. 임피던스 정합은 인가된 전압과 전류 사이의 위상각이 0일 때 달성된다. 즉, 부가적인 인덕턴스가 증가된 용량 리액턴스를 보상하도록 증가된다. 일례에서, 이것은 한정된 범위 및 거의 무한한 분해능을 갖는 연속적으로 변하는 인덕터에 의해 달성된다. 그러한 인덕터는 거의 제로 위상으로 조정될 수 있다. 다른 예에서, 임피던스 정합은 정확히 제로가 아닐 수도 있지만 가장 낮은 가능성의 위상각을 찾기 위해 도 2 내지 4에 도시된 바와 같은 적절한 구성의 이산 인덕티브 소자를 사용하여 수행된다.
이상 본 발명의 구조적 특징을 설명하였으므로, 다음은 본 발명의 동작 측면을 설명한다. 본 명세서에 개시된 실시예와 관련하여 설명한 임의의 방법, 프로세스 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어, 하드웨어에 의해 실행된 소프트웨어 모듈, 사람이 수행하는 단계들 또는 이들의 조합으로 직접 실시될 수 있다.
전기 소작 방법을 수행하는 순서는 전극 구조물을 포함하는 전기소작 시스템 및 자동화된 동작 또는 사용자 선택 동작 또는 전극의 보상을 위한 메커니즘을 포함한다. 설명의 편의를 위해, 특별한 제한이 없다면, 이 예는 도 1의 시스템(100)의 특정 환경에서 설명한다.
제 1 단계에서, 시스템(100)을 동작시키는 상이한 파라미터가 선택된다. 일례에서, 하나 이상의 사용자가 이들 파라미터를 선택하여 이들을 사용자 인터페이스(110)를 통해 시스템(100)에 전달한다. 다른 예에서는, 시스템(100)을 동작시키기 위한 파라미터가 모듈(108)에 탑재된 디지털 데이터 처리 장비에 의해 선택된다. 이 경우에, 파라미터는 사용자 입력, 디폴트 값, 시스템(102)에 설치된 다양한 센서에 의해 수집된 측정치, 모듈(108)의 프로그래밍 등에 따라 설정된다.
특별한 제한이 없다면, 다음은 제 1 단계에서 선택될 수 있는 파라미터의 일부 배타적이지 않은 예이다.
(1) 조직의 특정 영역 상에 전극(103-104)의 에너지를 집중시키기 위해 활성화되는 개별 전극의 식별자(예컨대 도 5).
(2) 전극의 발화 순서(firing order)
(3) 전원(106)과 전극(103-104) 사이의 임피던스 정합 및/또는 보상에 사용되는 임피던스의 크기의 평가 또는 측정(예컨대 도 2 내지 4)
(4) 전압, 전류, 전력 등의 크기, 주파수, 위상 또는 기타 특성과 같은 전기 소작에 인가되는 전력의 파라미터.
(5) 시스템(100)의 동작을 변화시킬 수 있는 임의의 기타 파라미터.
다음 단계에서, 적절히 훈련된 사람이 전극(103-104)을 전기 소작될 목표 조 직 영역에 위치시킨다. 전극(103-104)을 위치시키는 방식은, 전극(103-104)의 구성, 목표하는 신체 부위의 특성, 수행 절차 및 기타 그러한 인자들에 따라서 변한다. 전극 구조물(103-104) 모두가 신체 내에서 사용되는 경우가 있을 수도 있고, 한 전극은 신체 내부에 삽입하고 다른 전극은 외부적으로 사용되는 다른 실시예, 즉 당해 분야에 공지되어 있는 바와 같이 2극성 또는 단일 극성의 애플리케이션도 있다.
다음 단계의 일특정 예에서, 103과 같은 다른 면의 하나의 전극에 대응하는 104와 같은 한 표면의 복수의 전극이 존재한다. 정렬이 장치의 제조 동안에 이루어지는 것이 바람직하지만, 선택적으로는, 사용자가 전극 표면들이 실질적으로 평행하고 제 2 전극의 각각의 전극이 대응하는 제 1 전극과 정렬되도록 제 1 및 제 2 전극 표면(103-104)을 정렬한다. 도 2 내지 5는 마지막 정렬의 예를 도시한 것이다.
다른 단계에서, 전기 소작을 시작할 방향이 주어진다. 이것은 인터페이스(110)를 통해 제공되는 사용자 입력에 의해 발생한다. 예를 들면, 사용자가 시작 버튼을 누르거나, 시작 명령을 말하거나, 풋 페달을 밟거나, 레버를 당기거나 또는 기타 액션을 취할 수 있다. 다른 예에서는, 사용자가 개시한 타이머의 만료시에 전자적으로 발생한다.
또 다른 단계에서, 시스템(100)은 시작 명령에 응답하여 전기 소작을 행한다. 여기서, 시스템(100)은 2극식 RF 전력을 전극 구조물(103-104)의 이격 배치에 의해 정의된 목표 조직 영역에 인가한다. 대향하는 2극식 전극의 사용은 전극들 사이에 에너지를 집중시키고 대향 전극 내에 한정되지 않는 인접 조직에 대한 영향을 제한한다. 실제로, 전력은 처리되는 조직 덩어리의 조직 온도를 60℃ 내지 80℃ 또는 그 이상과 같은 소작 또는 괴사에 요구되는 임계 레벨 이상으로 상승시키기에 충분한 시간동안 인가될 수 있다.
보다 구체적으로는, 전기 소작은 구성 세트에 따라서 행해진다. 예를 들어, 전원(106)은 확립된 전력 설정에 따라서 동작한다. 또한, 모듈(108)은 선택된 전극 조합에 따라서 전극들 중 개별 전극을 발동시키도록 동작한다. 즉, 모듈(108)은 전원(106)으로부터 제 1 및 제 2 전극 표면(103-104) 양단에 전압을 인가하여, 전압이 선택된 전극에 배타적으로 인가된다. 컴퓨터 제어의 경우, 이것은 모듈(108)이 선택된 전극에 전력을 선택적으로 인가함으로써 달성된다.
선택된 전극의 사용에 대한 추가적인 향상으로서, 전극들은 선택된 발화 순서를 사용하여 활성화될 수 있다. 이 예에서, 모듈(108)은 전원(106)으로부터 제 1 및 제 2 전극 표면(103-104) 양단에 전압을 인하하여, 전압이 한번에 하나 이상의 제 1 전극(102) 및 하나 이상의 제 2 전극(103)에 인가되고, 모듈(108)은 동일한 전극 표면의 인접 전극을 동시에 또는 순차적으로 발화하는 것을 방지한다. 모듈(108)은 또한 사전 결정되었거나 또는 사용자가 선택한 발화 순서를 구현할 수도 있다.
예를 들어, 복수의 전극을 갖는 RF 장치 내의 둘 이상의 복수의 전극들 사이에서 열적 또는 전기적 상호작용을 방지하는 한 방법은 인접 전극들이 순차적으로 충전되지 않도록 전극의 발화 순서를 변경하는 것이다. 예를 들어, 전극이 순차적 으로 1, 2, 3, 4로 넘버링되는 4개의 전극 시스템을 순차 발화하는 대신에, 본 발명은 인접하는 전극들이 순차적으로 발화하지 않도록 이들을 3, 1, 4, 2, 4, 2, 4, 1, 3, 1, 3 등과 같은 순서로 발화한다. 발화 횟수는 일부 전극들이 보다 빈번하게 발화하는 순서로 전달된 에너지를 평형화하도록 각각의 전극에 대해 상이할 수 있다. 이것은 한 전극으로부터 다른 전극으로의 전송 동안의 크로스토크 및 2개의 전극 사이의 천이 영역에서의 순차적인 열 상승의 누적 효과를 방지한다. 또한, 둥근 전극은 전극들 사이와 천이 표면에서 발생하는 에지 효과를 최소화할 수 있다.
또한, 도전성 전극, 통상적으로는 금속인 전극의 한 전극 표면 또는 두 대향 표면 모두가 비전도성 유전체 재료로 코팅되면, RF 에너지는 여전히 용량 결합을 통해 이들 사이의 조직을 통해 전송될 수 있다. 도 6은 본 발명에 따른 유전체 코팅을 갖는 전극을 도시한 블록도이다. 그러나, 표면 코팅의 비전도성 특성으로 인해, 전극 표면은 근접하거나 접촉하더라도 단락을 일으키지 않는다. 이런 방법으로, 전극 쌍의 일부분이 부분적으로만 조직을 캡처하면, 즉 전극의 일부분 사이에 5mm 정도의 작은 공기 갭이 존재하면, RF 에너지는 조직을 돌아가는 것과 반대로 조직을 통과하여 근접한 전극들 사이를 직접 흐른다. 이것은 조직 임피던스가 상승할 때 봉합 사이클에서 특히 중요하다. 조직 임피던스가 높을 때, 에너지는 노출된 전극 부분들 사이에서와 같이 보다 낮은 저항의 다른 경로를 찾는다. 이들 유전체층은 테플론과 같은 폴리머, 티타늄, 텅스텐 또는 탄탈과 같은 금속 산화물 또는 세라믹의 얇은 코팅일 수 있다. 적절한 캐패시턴스를 획득하기 위해, 이들 층은 마이크론 범위의 두께를 갖는다.
다른 실시예에서, 전극 표면 또는 영역 중 상이한 영역을 선택적으로 통전시킴으로써 다양한 상이한 조직 소작 패턴이 시스템(100)에 의해 달성될 수 있다. 모든 다른 전극은 통전되지 않은 채로 남겨두고 2개의 인접 전극을 선택적으로 통전시킴으로써, 제한된 조직 영역이 소작된다. 이와 대조적으로, 다른 복수의 전극 표면을 통전시킴으로써, 보다 큰 영역이 소작된다. 전극 표면 극성의 정확한 패턴에 따라서 약간 상이한 패턴이 달성된다. 다른 실시예에서, 전극 표면은 조직 소작 패턴을 생성하기 위해 다른 극성의 패턴으로 통전될 수 있다. 다른 패턴은 소작된 조직의 다소 다른 패턴을 생성하는데 사용될 수도 있다.
선택된 발화를 위한 다른 방법은 고 임피던스의 국부적인 영역이 전체 전극을 따른 전체적인 시스템 임피던스에 영향을 주지 않도록 이용된다. 여기서, 전극들은 이미 양호하게 봉합되어 고임피던스 값에 도달한 한 영역이 조직이 아직 봉합되지 않아 보다 낮은 임피던스 상태에 있는 다른 영역에 영향을 주지 않도록 활성화된다. 선택적으로는, 모듈(108)이 특정 전극 위치/배치에서 조직의 특성에 따라서, 각각의 전극 또는 전극 쌍에 대해 고유한 전력 및 에너지 전달 프로파일을 이용할 수도 있다.
전기 소작의 실행은 선택된 임피던스 보상 및/또는 선택된 정합을 이용한다. 그 결과, 전원(106)으로부터 전달된 전력은 작은 전기 손실로 목표 조직 영역으로 전달된다.
시스템(100)은 또한 공액 정합(conjugate matching) 임피던스를 감지하여 자 동으로 조정할 수 있다. 이에 응답하여, 모듈(108)은 전극 표면(103-104) 및 전원(106)을 포함하는 도체 경로에 인가된 임피던스를 조정한다.
이와 달리, 센서는 원시 데이터를 모듈(108)에 제공하고, 모듈(108)은 임피던스를 조정할 수 있는지의 여부 및 그 방법을 분석한다. 다른 예에서, 모듈(108)은 센서로부터의 지시 또는 데이터에 응답하여 임피던스를 조정할 수 있다. 이것은 전원(106)에 의해 전달된 RF 에너지의 주파수를 변경시킴으로써 수행될 수 있다. 예를 들어, 일실시예에서, 모듈(108)은 임피던스, 압력 또는 이들의 조합 및/또는 기타 파라미터를 측정함으로써 소작 사이클의 시작에서 조직이 각각의 전극에 존재하는 지의 여부를 감지한다. 조직이 임의의 전극에 존재하지 않으면, 그러한 전극 쌍은 유휴 상태이며, 모듈(108)은 이 전극의 발화를 비활성화하고/또는 사용자 인터페이스(110)를 통해 운영자에게 경보를 보낸다. 모듈(108)은 또한 봉합 사이클이 활성인지 또는 각각의 전극 쌍에 의해 완료되었는 지의 여부를 나타내는 각각의 전극 쌍에 대한 상태 표시기를 제공할 수 있다. 이 실시예에서, 소작 사이클이 개시되면, 각각의 전극 쌍은 유휴 상태, 활성 상태 또는 완료 상태 중 어느 하나를 나타내는 LED와 같은 모드 상태 표시기를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 유전체 코팅된 전극 표면의 사용을 통해 하나 이상의 전극의 조직 커버리지의 영역을 결정하는 문제를 처리한다(도 6 참조). 적절한 RF 생성기 및 유전체 코팅으로 코팅된 전극 표면에 의해, RF 전압 및 전류의 위상각을 측정함으로써 조직 커버리지의 결정이 이루어질 수 있다. 유전체 코팅은 조직에 대해 용량 결합을 생성하므로, 주어진 유전체 재료 두께에 대해, 캐패시턴스는 커버리지의 영역의 함수이다.
캐패시터에 대한 기본적인 공식은 다음과 같다.
C=ε0εrA/d
패럿으로 표현된 이 식에서, ε0은자유 공간의 유전율(8.854E-12)이고, εr은 유전체의 상대유전율이며, A/d는 면적과 유전체 두께의 비이다.
주어진 주파수에서, 저항은 다음과 같이 표현된다.
Xc=1/ωC
여기서, ω는 2*Pi*주파수이다.
이 경우에 완전히 커버된 전극으로 용량 리액턴스를 상쇄시키고 RF 전압 및 전류의 위상각을 측정하기 위해, 적절한 RF 생성기가 공액 임피던스 인덕턴스를 삽입하는데 요구된다. 전극이 부분적으로만 커버되면, 유효 영역이 더 작기 때문에 캐패시턴스가 변하는데, 즉 더 작아진다. 그 결과, 리액턴스 및 궁극적으로는 RF 전압 및 전류의 위상각이 변한다. 변화의 크기는 조직 저항에 의해 부분적으로 영향을 받지만, 이 방법은 조직에 의한 전극 커버리지의 가장 큰 정도의 결정을 허용한다고 믿어진다.
그러한 방법의 다른 이점은 보다 작은 표면적으로 주파수를 변화시켜, 예를 들면 증가시켜 전기 아킹 및 조직 소작에 대한 기회를 최소화하면서 최대 전력 전송을 유지할 수 있도록 RF 생성기의 제어 알고리즘을 시그널링할 수 있다. 잠재적인 전기 아킹 및 조직 소작 상태는 위상 및/또는 임피던스에서의 급속한 변화에 의 해 그리고 처리 파라미터를 단축하거나 변화시키기 위해 RF 생성기 제어 알고리즘을 시그널링하는데 조직에 의해 부분적으로만 커버되는 전극들이 사용된다는 점을 식별함으로써 신속하게 검출될 수 있다.
최대 전력 전송을 달성하고 정확한 전력 측정을 달성하기 위해, RF 생성기와 조직 사이에 임피던스 정합을 유지하는 것이 바람직하다. 임피던스 정합은 위상각이 0일 때 달성된다. 제로 근방의 위상을 달성하는데 여러 방법이 이용될 수 있다. 한가지 그러한 방법은 부가적인 반응 요소들, 예컨대 보다 큰 인덕턴스를 사용하여 증가된 용량 리액턴스를 보상하는 것이다. 이 방법은 다음 두 상이한 방법으로 달성될 수 있다.
(1) 유한 범위 및 거의 무한한 분해능을 갖는 연속적으로 변할 수 있는 인덕터의 삽입을 통해. 이러한 인덕터는 거의 제로 위상으로 조정될 수 있다.
(2) 거의 제로 위상은 아니지만, 최저 위상을 찾기 위해, 예컨대 인덕터와 같은 이산 요소들의 삽입을 통해.
두 경우에, RF 생성기 내에 전자기계적 장치가 요구된다.
예컨대, 제로 위상과 같은 최대 전력 전송을 달성하는 다른 방법은 RF 주파수를 변경하는 것이다. 리액턴스가 주파수 의존적이라고 하면, 이 방법은 RF 생성기가 전자적으로 변하는 주파수에 의해 위상 불일치를 보상하게 한다. 이것은 중계기, 서버 등과 같은 임의의 기계 장치를 요구하지 않을 수 있다. 또한, RF 생성기는 소자들을 변경하기 위해 먼저 RF 전력을 인터럽트하는 것보다 동작 동안에 주파수를 변경할 수 있다. 따라서 이것은 가장 바람직한 방법일 수 있다.
이상 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 당업자는 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고 본 명세서에 개시된 애플리케이션들을 대체할 수 있는 다른 애플리케이션을 쉽게 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부한 청구범위에 의해서만 제한된다.

Claims (39)

  1. 전기 소작(electrocautery) 장치로서,
    제 1 전극 어레이를 형성하는 복수의 인접한 제 1 전극과,
    적어도 하나의 제 2 전극과,
    상기 제 1 전극 및 상기 적어도 하나의 제 2 전극에 전기적으로 결합된 출력부를 갖는 전원과,
    상기 전원으로부터 상기 제 1 전극 어레이 내의 임의의 전극과 상기 적어도 하나의 제 2 전극 중 둘 이상의 전극 사이에 선택적으로 전압을 인가하는 수단을 포함하며,
    상기 전극들은 인접한 전극들의 발화가 동시에 또는 순차적으로 일어나지 않도록 선택한 발화 순서로 작동되어지는
    전기 소작 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 선택적으로 전압을 인가하는 수단은 인접 전극들이 연속적으로 충전되지 않도록 상기 전극들을 활성화하는
    전기 소작 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 2 전극은 적어도 하나의 리턴 전극(return electrode)을 포함하는
    전기 소작 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 선택적으로 전압을 인가하는 수단은 상기 전극에 의해 전달된 에너지를 평형화하기 위해서 하나 이상의 각 상기 전극에 대한 다른 발화 시간 동안 상기 전극들을 활성화하는
    전기 소작 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 선택적으로 전압을 인가하는 수단은 일부 전극들을 다른 전극들보다 더 자주 발화하는 시퀸스로 상기 전극들을 활성화하는
    전기 소작 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 적어도 하나는 전극들 사이 및 임의의 천이 표면(transition surface)에서 발생하는 에지 효과(edge effect)를 최소화하도록 둥근 에지(rounded edge)를 갖는
    전기 소작 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 상기 적어도 하나의 제 2 전극 중 적어도 하나는 용량 결합을 통해 상기 전극들 사이에서 RF 에너지가 전송될 수 있도록 하는 유전체 또는 비전도성 재료로 코팅된 전극 표면을 더 포함하는
    전기 소작 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 상기 적어도 하나의 제 2 전극의 적어도 일부분은 0.5mm보다 작은 절연 갭을 한정하는 이격 관계를 갖는
    전기 소작 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 전극 표면 코팅은 폴리머를 포함하는
    전기 소작 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 폴리머는 테플론(Teflon®), 티타늄, 텅스텐 및 탄탈 중 어느 하나로 이루어진 금속 산화물 또는 세라믹 재료 중 어느 하나를 포함하는
    전기 소작 장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 코팅은 적어도 하나의 코팅층을 포함하는
    전기 소작 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원으로부터 선택적으로 전압을 인가하는 수단은 다양한 상이한 소작 패턴중 임의의 상기 전극들중 다른 것을 선택적으로 에너지하기 위한 수단을 더 포함하는
    전기 소작 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원으로부터 선택적으로 전압을 인가하는 수단은 고 임피던스의 국부적인 영역이 상기 제 1전극 어레이를 가로질려 전체적인 임피던스에 영향을 주지 않도록 전극을 선택한 발화하기 위한 수단을 더 포함하는
    전기 소작 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 전극을 선택한 발화하기 위한 수단은 이미 양호하게 봉합되어 고임피던스 값에 도달한 한 영역이 다른 영역을 봉합하는 장치의 성능에 영향을 주지 않도록 활성화되는
    전기 소작 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원으로부터 선택적으로 전압을 인가하는 수단은 특정 전극 위치/배치 에서의 특성에 따라서, 각각의 전극 또는 전극 쌍에 대해 고유한 전력 및 에너지 전달 프로파일을 이용할 수도 있도록 상기 전극들의 다른 것들을 선택적으로 에너지화하기 위한 수단을 더 포함하는
    전기 소작 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원으로부터 선택적으로 전압을 인가하는 수단은 공액 정합 임피던스를 감지하고 자동적으로 조정하기 위한 수단을 더 포함하는
    전기 소작 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원으로부터 선택적으로 전압을 인가하는 수단은 임피던스를 조정할 수 있는지의 여부 및 그 방법을 분석하기 위해 데이터를 수집하기 위한 수단을 더 포함하는
    전기 소작 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원으로부터 선택적으로 전압을 인가하는 수단은 상기 전원에 의해 전달된 RF에너지의 주파수를 변경함으로써 임피던스를 조정하기 위한 수단을 더 포함하는
    전기 소작 장치.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원으로부터 선택적으로 전압을 인가하는 수단은 임피던스, 압력중 어느 것이나 이들 파라미터의 어느 조합을 측정함으로써 소작 사이클의 시작에서 조직이 각각의 전극에 의해 부분적으로 커버되는지의 여부를 감지하기 위한 수단을 더 포함하는
    전기 소작 장치.
  20. 제 1 항에 있어서, 조직이 임의의 전극에 존재하지 않으면, 상기 전극은 유휴 상태이며, 상기 전극의 발화은 비활성화되고/또는 경보가 운영자에게 제공되는
    전기 소작 장치.
  21. 제 1 항에 있어서, 전극에 대해서 봉합 사이클이 활성인지 또는 완료되었는 지의 여부를 나타내는 각각의 전극에 대한 상태 표시기를 더 포함하는
    전기 소작 장치.
  22. 전기 소작(electrocautery) 방법으로서,
    제 1 전극 어레이를 형성하는 복수의 인접한 제 1 전극을 제공하는 단계와,
    적어도 하나의 제 2 전극을 제공하는 단계와,
    상기 제 1 전극 및 상기 적어도 하나의 제 2 전극에 전기적으로 결합된 출력부를 갖는 전원을 제공하는 단계와,
    상기 전원으로부터 상기 제 1 전극 어레이 내의 임의의 전극과 상기 적어도 하나의 제 2 전극 중 둘 이상의 전극 사이에 선택적으로 전압을 인가하는 단계를 포함하며,
    상기 전극들은 인접한 전극들의 발화가 동시에 또는 순차적으로 일어나지 않도록 선택한 발화 순서로 작동되어지는
    전기 소작 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 2 전극은 적어도 하나의 리턴 전극(return electrode)을 포함하는
    전기 소작 방법.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 선택적으로 전압을 인가하는 단계는 인접 전극들이 연속적으로 충전되지 않도록 상기 전극들을 활성화하는 단계를 더 포함하는
    전기 소작 방법.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 선택적으로 전압을 인가하는 단계는 상기 전극에 의해 전달된 에너지를 평형화하기 위해서 하나 이상의 각 상기 전극에 대한 다른 발화 시간 동안 상기 전극들을 활성화하는 단계를 더 포함하는
    전기 소작 방법.
  26. 제 22 항에 있어서,
    상기 선택적으로 전압을 인가하는 단계는 일부 전극들을 다른 전극들보다 더 자주 발화하는 시퀸스로 상기 전극들을 활성화하는 단계를 더 포함하는
    전기 소작 방법.
  27. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 어레이를 형성하는 복수의 인접한 제 1 전극을 제공하는 단계와 상기 적어도 하나의 제 2 전극을 제공하는 단계는 용량 결합을 통해 상기 전극들 사이에서 RF 에너지가 전송될 수 있도록 하는 유전체 또는 비전도성 재료로 코팅된 전극 표면을 제공하는 단계를 더 포함하는
    전기 소작 방법.
  28. 제 22 항에 있어서,
    상기 전원으로부터 선택적으로 전압을 인가하는 단계는 다양한 상이한 소작 패턴중 임의의 상기 전극들중 다른 것을 선택적으로 에너지하는 단계를 더 포함하는
    전기 소작 방법.
  29. 제 22 항에 있어서,
    상기 전원으로부터 선택적으로 전압을 인가하는 단계는 고 임피던스의 국부적인 영역이 상기 제 1전극 어레이를 가로질려 전체적인 임피던스에 영향을 주지 않도록 전극을 선택한 발화하는 단계를 더 포함하는
    전기 소작 방법.
  30. 제 22 항에 있어서,
    상기 전원으로부터 선택적으로 전압을 인가하는 단계는 이미 양호하게 봉합되어 고임피던스 값에 도달한 한 영역이 다른 영역에 영향을 주지 않도록 상기 전극을 활성화하는 단계를 더 포함하는
    전기 소작 방법.
  31. 제 22 항에 있어서,
    상기 전원으로부터 선택적으로 전압을 인가하는 단계는 특정 전극 위치/배치에서의 특성에 따라서, 각각의 전극 또는 전극 쌍에 대해 고유한 전력 및 에너지 전달 프로파일을 이용할 수도 있도록 상기 전극들의 다른 것들을 선택적으로 에너지화하는 단계를 더 포함하는
    전기 소작 방법.
  32. 제 22 항에 있어서,
    상기 전원으로부터 선택적으로 전압을 인가하는 단계는 공액 정합 임피던스를 감지하고 자동적으로 조정하는 단계를 더 포함하는
    전기 소작 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 전원으로부터 선택적으로 전압을 인가하는 단계는 임피던스를 조정할 수 있는지의 여부 및 그 방법을 분석하기 위해 데이터를 수집하는 단계를 더 포함하는
    전기 소작 방법.
  34. 제 32 항에 있어서,
    상기 전원으로부터 선택적으로 전압을 인가하는 단계는 상기 전원에 의해 전달된 RF에너지의 주파수를 변경함으로써 임피던스를 조정하는 단계를 더 포함하는
    전기 소작 방법.
  35. 제 22 항에 있어서,
    상기 전원으로부터 선택적으로 전압을 인가하는 단계는 임피던스, 압력중 어 느 것이나 이들 파라미터의 어느 조합을 측정함으로써 소작 사이클의 시작에서 조직이 각각의 전극에 의해 부분적으로 커버되는지의 여부를 감지하는 단계를 더 포함하는
    전기 소작 방법.
  36. 제 35 항에 있어서, 조직이 임의의 전극에 존재하지 않으면, 상기 전극은 유휴 상태이며, 상기 전극의 발화은 비활성화되고/또는 경보가 운영자에게 제공되는
    전기 소작 방법.
  37. 제 22 항에 있어서, 전극에 대해서 봉합 사이클이 활성인지 또는 완료되었는 지의 여부를 나타내는 각각의 전극에 대한 상태 표시기를 제공하는 단계를 더 포함하는
    전기 소작 방법.
  38. 전자 소작 장치로서,
    제 1 전극 어레이를 형성하는 복수의 인접한 제 1 전극과,
    적어도 하나의 제 2 전극과,
    상기 제 1 전극 및 상기 적어도 하나의 제 2 전극에 전기적으로 결합된 출력부를 갖는 전원과,
    상기 전원으로부터 상기 제 1 전극 어레이 내의 임의의 전극과 상기 적어도 하나의 제 2 전극 중 둘 이상의 전극 사이에 선택적으로 전압을 인가하기 위한 수단을 포함하며,
    상기 전극들은 인접한 전극들의 발화가 동시에 또는 순차적으로 일어나지 않도록 선택한 발화 순서로 작동되며,
    상기 제 1 전극 및 상기 적어도 하나의 제 2 전극 중 적어도 하나는 용량 결합을 통해 상기 전극들 사이에서 RF 에너지가 전송될 수 있도록 하는 유전체 또는 비전도성 재료로 코팅된 전극 표면을 더 포함하는
    전기 소작 장치.
  39. 전기 소작 방법으로서,
    제 1 전극 어레이를 형성하는 복수의 인접한 제 1 전극을 제공하는 단계와,
    적어도 하나의 제 2 전극을 제공하는 단계와,
    상기 제 1 전극 및 상기 적어도 하나의 제 2 전극에 전기적으로 결합된 출력부를 갖는 전원을 제공하는 단계와,
    상기 전원으로부터 상기 제 1 전극 어레이 내의 임의의 전극과 상기 적어도 하나의 제 2 전극 중 둘 이상의 전극 사이에 전압을 선택적으로 인가하는 단계를 포함하며,
    상기 전극들은 인접한 전극들의 발화가 동시에 또는 순차적으로 일어나지 않도록 선택한 발화 순서로 작동되며,
    상기 제 1 전극 어레이를 형성하는 복수의 인접한 제 1 전극을 제공하는 단계 및 적어도 하나의 제 2 전극을 제공하는 단계는,
    용량 결합을 통해 상기 전극들 사이에서 RF 에너지가 전송될 수 있게 하는 유전체 또는 비도전성 재료로 코팅된 적어도 하나의 전극을 제공하는 단계를 더 포함하는
    전기 소작 방법.
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