KR20110032569A - Rf thermal treatment of high-frequency resonant inverter generator - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 간이나 갑상선 등의 암 조직 시술시 주변 의료기기에 전자파 간섭을 주지 않는 고효율, 고정밀의 고주파 열치료용 RF 제너레이터의 공진형 인버터에 관한 것이다. 특히 본 발명은 클럭 오실레이터로부터 출력되는 출력 주파수가 480 KHz의 정현파로서 전극에 공급될 때 30∼200 와트(watts)의 RMS 출력을 가지도록 하는 고주파 열치료용 RF 제너레이터의 공진형 인버터에 관한 것이다.The present invention relates to a resonant inverter of a high-efficiency, high-precision RF generator for high frequency thermal therapy that does not cause electromagnetic interference to peripheral medical devices during cancer tissue treatment such as liver or thyroid gland. In particular, the present invention relates to a resonant inverter of a high frequency thermal therapy RF generator such that the output frequency output from the clock oscillator has a RMS output of 30 to 200 watts when supplied to the electrode as a sine wave of 480 KHz.
일반적으로 사람의 신체기관, 예를 들면 간과 같은 기관에 생기는 암 조직 등은 치료하는 방법으로는 약물이나 방사선 등을 이용하여 비수술적으로 암 조직의 성장을 억제 제거하는 방법과 수술을 통해 해당 암 조직을 외과적으로 제거하는 방법이 있다.In general, cancer tissues generated in human body organs such as liver, etc. are treated as drugs or radiation to inhibit the growth of cancer tissues non-operatively and surgery to remove the cancer tissues. There is a method of surgical removal.
상기한 바와 같은 치료방법 중 외과적으로 암 조직을 제거하는 방법은 암 조직 등이 위치한 병변부위의 신체를 절제하여야 하므로 그 부위가 매우 넓어 수술 자체의 어려움과 더불어 수술부위가 완치되기까지 많은 시간을 필요로 할 뿐더러 완치된 후에는 해당 부위에 큰 흉터가 남게 된다.Among the treatment methods described above, the method of surgically removing the cancer tissue is to remove the body of the lesion site where the cancer tissue is located, so the area is very wide, so that the operation itself is difficult and the time for the surgical site is completely cured. Not only is it needed, but after it is cured, a large scar remains in the area.
특히, 암 조직 등은 재발하는 경우가 많은데, 이 경우 기존에 절제했던 병변부위를 다시 절제해야 하므로 환자에게 위험성이 높은 수술을 해야 하는 고통과 함께 경제적인 부담까지도 준다.In particular, cancer tissues are often recurred. In this case, because the previously resected lesions must be resected, the patient may be suffering from high-risk surgery and economic burden.
이에 최근에는 외과적으로 수술을 하지 않고 암 조직 등을 제거하는 방법 즉, 경동맥화학색전술이나 경피적 에탄올주입법, 전신적 항암화학요법, 국소적열치료 등과 같은 방법이 널리 시술되고 있는데, 이 중 국소적열치료방법이 널리 시술되는 가장 효과적인 방법이다.Recently, a method of removing cancer tissues without surgery, such as carotid chemoembolization, percutaneous ethanol injection, systemic chemotherapy, local heat therapy, etc., has been widely used. This is the most effective method that is widely practiced.
상기한 국소적열치료에는 고주파열치료, 마이크로웨이브 소작술, 레이져 소작술 등이 있으며, 이중 고주파에 의한 열치료가 가장 효과적이다. 상기 고주파열치료는 신체기관, 예를 들면 간에 암 조직이 발생하게 되면 이를 절제하지 않은 상태에서 고주파열에 의해 암 조직만을 소작하여 괴사시키는 방법이다.The local heat treatment includes high frequency heat treatment, microwave ablation, laser ablation, etc. Among these, heat treatment by high frequency is most effective. The high-frequency heat treatment is a method of cauterizing only the cancer tissue by high-frequency fever without necrosis when cancer tissue is generated in the body organs, for example, the liver.
상기한 바와 같이 암 조직(세포)을 고주파 열치료를 통해 제거하기 위한 장치는 일정 레벨의 고주파수를 발생시키는 고주파 열치료용 RF 제너레이터와, 상기 고주파 열치료용 RF 제너레이터에서 발생되는 고주파수가 가해지는 하나의 전극(electrode)을 가지는 것을 예로 들 수 있다.As described above, a device for removing cancer tissue (cells) through high frequency heat treatment includes an RF generator for generating a high frequency of high frequency and one to which high frequency generated from the RF generator for high frequency heat treatment is applied. For example, having an electrode of.
이에 이미 출원되어 등록된 대한민국 등록특허 제10-739002호의 '고주파 열치료용 멀티 RF 제너레이터'는 하나의 고주파 열치료용 RF 제너레이터로부터 다수의 전극에 고주파를 공급하여 크기가 큰 암세포를 효율적으로 고사시킬 수 있도록 하는 한편 소작범위의 확대와 안전성을 증진시킬 수 있음은 물론이고 1개 이상의 채널을 제어할 수 있도록 하여 이원병변에 대하여 동시에 시술 가능하도록 하고 있다.The 'multi-RF generator for high frequency thermal therapy' of Korean Patent No. 10-739002, which is already filed and registered, can efficiently kill large sized cancer cells by supplying high frequency to a plurality of electrodes from one RF generator for high frequency thermal therapy. In addition to improving the cauterization range and enhancing safety, it is also possible to control more than one channel to allow simultaneous treatment of binary lesions.
그러나 고주파 열치료용 RF 제너레이터는 480 KHz의 고출력(30∼200W)으로 간이나 갑상선 등의 암 조직 시술시에 전극을 통해 암 조직을 가열하여 괴사시킬 수 있는 기기로서 주변 의료기기에 전자파 간섭을 준다. 특히 고주파 열치료용 RF 제너레이터와 함께 의료진에 시술부위의 영상을 제공하는 초음파 진단기와 같은 영상 진단기기가 사용되는데, 이 영상 진단기기는 전자파에 예민한 기기로서 고주파 열치료용 RF 제너레이터로부터 발생하는 전자파로 인하여 의료진에게 선명한 영상을 제공하지 못하는 경우가 있다.However, the RF generator for high frequency thermal therapy is a high power (30 ~ 200W) of 480 KHz that can cause necrosis by heating cancer tissue through electrodes during cancer tissue treatment such as liver or thyroid. . In particular, an image diagnosis device such as an ultrasound diagnosis device that provides an image of a treatment site to a medical staff is used together with an RF generator for high frequency thermal therapy. The image diagnosis device is a sensitive device to electromagnetic waves. Because of this, there is a case that can not provide a clear image to the medical staff.
상기한 초음파 진단기의 초음파 프로브는 그 용도에 따라 4MHz에서 13MHz의 주파수 대역을 사용한다. 여기서 고주파 열치료용 RF 제너레이터로부터 발생되는 480KHz의 고조파(2nd, 3rd,····,Nth)들이 초음파 진단기의 사용 주파수 대역에 분포하면서 진단 영상에 간섭을 일으키게 된다. 특히, 고주파 열치료용 RF 제너레이터에 사용되고 있는 푸쉬 풀 방식은 고주파 발생이 많고 출력 임피던스가 용량성으로 생체세포가 가지는 용량성 부하와 임피던스 매칭이 어렵고 효율적인 소작이 되지 않는다.The ultrasonic probe of the ultrasonic diagnostic apparatus uses a frequency band of 4 MHz to 13 MHz according to its use. Here, 480KHz harmonics (2nd, 3rd, ...), Nth generated from the RF generator for high frequency thermal therapy are distributed in the frequency band used by the ultrasonic diagnostic apparatus and cause interference to the diagnostic image. In particular, the push-pull method used in the RF generator for high frequency thermal therapy has high frequency generation and the output impedance is capacitive, which makes it difficult to efficiently match the capacitive load of the living cell with impedance and is not efficient cauterization.
도1은 종래의 고주파 열치료용 RF 제너레이터의 일 예를 보인 것으로서 스위치(S11)(S12)는 전자 스위치로서 일반적으로 파워 MOSFET가 널리 사용된다. 상기 스위치(S11)(S12)는 180도의 위상차 동작타이밍을 가지는 것으로서 스위치(S11)는 구형파의 플러스 싸이클을, 스위치(S12)는 구형파의 마이너스 싸이클을 담당하게 된다.1 illustrates an example of a conventional RF generator for high frequency thermal therapy, in which switches S11 and S12 are generally used as power switches. The switches S11 and S12 have a phase difference operation timing of 180 degrees, so that the switch S11 is responsible for the positive cycle of the square wave and the switch S12 is responsible for the negative cycle of the square wave.
상기 트랜스(T11)에 고압(HV)이 가해지는 상태에서, 스위치(S11)(S12) 동작시 커패시터(C11)와 커패시터(C2)를 거쳐 트랜스(T12) 1차측 코일에 전달된 구형파 교류신호는 트랜스(T12)의 2차측 코일의 인덕턴스 값(Lt2)과 커패시터(C13)의 캐패시턴스 값에 의해 병렬 공진하게 된다. 이 신호는 커패시터(C14)를 거쳐 전극(101)에 전달되게 된다.In the state where the high voltage HV is applied to the transformer T11, the square wave AC signal transmitted to the primary coil of the transformer T12 through the capacitor C11 and the capacitor C2 during the operation of the switches S11 and S12 is The inductance value Lt2 of the secondary coil of the transformer T12 and the capacitance value of the capacitor C13 cause resonance in parallel. This signal is transmitted to the
여기서 출력 임피던스는 커패시터(C4)에 의해 용량성으로 된다.Here, the output impedance becomes capacitive by the capacitor C4.
상기한 바와 같은 RF 제너레이터에서 신호는 두 개의 트랜스(T1)(T2)를 거치면서 손실이 생기고 부하측에 공진회로가 연결되어 있으므로 부하의 크기에 따라 공진회로의 Q가 감소되어 정현파 신호에 일그러짐이 생기고 고조파가 증가하는 문제점이 있다.In the RF generator as described above, the signal passes through two transformers (T1) and T2, and a loss occurs and a resonance circuit is connected to the load side. There is a problem that harmonics increase.
상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 형출력파이 정현파에 가깝고 효율이 높은 안정적인 RF신호를 제공할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.The present invention for solving the conventional problems as described above has an object to provide a stable RF signal with high efficiency close to the type output sine wave.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 고주파 열치료용 RF 제너레이터의 공진형 인버터는, 오실레이터에서 출력되는 발진주파수를 고출력으로 증폭시켜 전극에 공급하는 고주파 열치료용 RF 제너레이터의 공진형 인버터에 있어서, 상기 오실레이터에서 출력되는 발진 주파수를 주파수가 480 KHz이고 RMS 출력이 30∼200 와트(watts)인 고출력 정현파로 처리하여 전극에 전달하는 공진형 인버터를 구비하는 것을 특징으로 한다.The resonant inverter of the RF generator for high frequency heat treatment according to the present invention for achieving the above object is a resonant inverter of the RF generator for high frequency heat treatment which amplifies the oscillation frequency output from the oscillator to high power and supplies it to the electrode. The oscillation frequency output from the oscillator is characterized in that it comprises a resonant inverter for processing a high output sine wave having a frequency of 480 KHz and RMS output of 30 to 200 watts (watts) to the electrode.
또한 본 발명은 상기 공진형 인버터는 상기 공진형 인버터에 공급되는 고압을 스위칭하는 발진 주파수와 일치하는 공진 주파수를 공진시키기 위해 인덕터와 커패시터가 직렬 접속된 직렬 공진회로부와, 상기 직렬 공진회로부의 출력을 2차 공진시켜 순수한 정현파의 교류출력을 전극에 전달하기 위해 커패시터와 트랜스의 1차측 코일이 병렬 접속된 병렬 공진회로부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In another aspect, the resonant inverter is a series resonant circuit portion in series with an inductor and a capacitor in order to resonate the resonant frequency corresponding to the oscillation frequency for switching the high voltage supplied to the resonant inverter, and the output of the series resonant circuit portion. In order to deliver a pure sine wave alternating current output to the electrode by the secondary resonator, the primary coil of the capacitor and the transformer is characterized in that it consists of a parallel resonant circuit portion connected in parallel.
또한 본 발명은 상기 인덕터는 높은 Q를 가지는 훼라이트 소재를 사용하여 에너지 효율을 높일 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that the inductor to increase the energy efficiency by using a ferrite material having a high Q.
또한 본 발명은 상기 인덕터는 단일 권선으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that the inductor is made of a single winding.
또한 본 발명은 상기 공진형 인덕터와 상기 전극 사이에 출력 임피던스로서 유도성의 트랜스를 접속하여, 생체세포의 용량성 임피던스와 상쇄시켜 순수한 생체세포 저항성분에 대한 최대 전력을 공급할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.In another aspect, the present invention is characterized by connecting an inductive transformer as an output impedance between the resonant inductor and the electrode to offset the capacitive impedance of the living cell to supply the maximum power to the pure cell resistance. .
따라서 본 발명에 의하면, 본 발명은 단일 권선의 직렬 공진 인덕터를 사용함으로써 제작이 간단하고 높은 Q 값을 얻을 수 있으며, 표준 커패시터 값에 맞추기가 수월하다.Therefore, according to the present invention, the present invention is simple to manufacture, high Q value can be obtained by using a single winding series resonant inductor, and it is easy to match the standard capacitor value.
또한 본 발명은 부하 저항(R)을 대신에 결합 트랜스와 커패시터를 병렬로 연결하여 2차 공진을 일으킴으로써 다시 한번 기본 주파수를 필터링할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of filtering the fundamental frequency once again by causing the secondary resonance by connecting the coupling transformer and the capacitor in parallel instead of the load resistor (R).
도1은 본 발명에 의한 고주파 열치료용 RF 제너레이터의 공진형 인버터를 보인 것으로서 도시되지 않은 오실레이터에서 출력되는 발진주파수를 고출력으로 증폭시켜 전극(10)에 공급할 때 공진형 인버터(11)를 배치하여, 오실레이터에서 출력되는 발진 주파수를 주파수가 480 KHz이고 RMS 출력이 30∼200 와트(watts)인 고출력 정현파로 처리하여 전극(10)에 전달할 수 있도록 하는 것이다.Figure 1 shows a resonant inverter of the RF generator for high frequency thermal therapy according to the present invention, when the oscillation frequency output from an oscillator (not shown) is amplified to high power to supply a
상기 공진형 인버터(11)는 고압(HV)이 인가되고 오실레이터로부터 공급되는 480 KHz의 발진주파수에 의해 교대로 스위칭 동작하는 두 개의 스위치(S1)(S2)와 전극(10) 사이에 위치하며 직렬 공진회로부(12)와 병렬 공진회로부(13)로 구성되는데, 여기서 직렬 공진회로부(12)는 공진형 인버터(11)에 공급되는 고압(HV)을 스위칭하는 발진 주파수와 일치하는 공진 주파수를 공진시키기 위해 인덕터(L1)와 커패시터(C1)가 직렬 접속된 구조를, 병렬 공진회로부(13)는 직렬 공진회로부(12)의 출력을 2차 공진시켜 순수한 정현파의 교류출력을 전극(10)에 전달하기 위해 커패시터(C2)와 트랜스(T1)의 1차측 코일이 병렬 접속된 구조를 갖는다.The
여기서, 인덕터(L1)는 높은 Q를 가지는 훼라이트 소재를 사용함으로써 에너지 효율을 높일 수 있다. 또한 단일 권선의 인덕터(L1)를 사용함으로써 제작이 간단하고 높은 Q 값을 얻을 수 있다.Here, the inductor L1 can increase energy efficiency by using a ferrite material having a high Q. In addition, the use of a single winding inductor (L1) is simple to fabricate and achieves a high Q value.
또한 본 발명은 공진형 인덕터(11)와 전극(10) 사이에 출력 임피던스로서 유도성의 트랜스(T1)를 접속함으로써 생체세포의 용량성 임피던스와 상쇄시켜 순수한 생체세포 저항성분에 대한 최대 전력을 공급할 수 있다.In addition, the present invention can connect the inductive transformer (T1) as the output impedance between the
상기한 바와 같은 본 발명의 동작 예를 설명한다.An operation example of the present invention as described above will be described.
동작 설명에 앞서, 일단에 고압(HV)이 인가되는 스위치(S1)와 일단이 접지된 스위치(S2)를 살펴보면, 이는 전자스위치로서 파워 MOSFET를 예로 들 수 있다. 이 스위치(S1)(S2)는 종래기술에서와 마찬가지로 180도의 위상차 동작타이밍을 가지는 것으로서 스위치(S1)는 구형파의 플러스 싸이클을, 스위치(S2)는 구형파의 마이너스 싸이클을 담당하게 된다.Before describing the operation, a switch S1 to which a high voltage HV is applied at one end and a switch S2 at which one end is grounded will be described. For example, a power MOSFET may be used as an electronic switch. As in the prior art, the switches S1 and S2 have a phase difference operation timing of 180 degrees, and the switch S1 is responsible for the positive cycle of the square wave and the switch S2 is responsible for the negative cycle of the square wave.
도면에는 도시되지 않은 오실레이터로부터 공급되는 발진 주파수 즉, 스위칭 주파수에 의해 스위치(S1)가 '온'상태로 연결되면, 고압(HV)에 의한 충전전류가 직렬 공진회로부(12) 즉, 인덕터(L1)와 커패시터(C1)를 통하여 흐르고, 다시 스위칭 주파수에 의해 스위치(S2)가 '온'상태로 스위치(S1)가 '오프'상태로 전환되면 방전전류가 역방향으로 흐르게 된다.When the switch S1 is connected to an 'on' state by an oscillation frequency supplied from an oscillator (not shown), that is, a switching frequency, the charging current by the high voltage HV is connected to the series
이때 스위칭 주파수를 FC라고 하면, 인덕터(L1)와 커패시터(C1)에 의해 아래의 수학식 1과 같은 직렬 공진주파수가 스위칭 주파수와 일치하면, 구형파 전류성분에서 기본파만 통과되어 부하(R) 즉, 전극(10)에 전달되게 된다.In this case, when the switching frequency is F C , when the series resonant frequency is equal to the switching frequency by the inductor L1 and the capacitor C1 and the switching frequency, only the fundamental wave is passed through the square wave current component so that the load R is obtained. That is, it is delivered to the
여기서 Frs는 직렬 공진주파수이다.Where F rs is the series resonant frequency.
또한 상기한 바와 같이 얻어진 공진 주파수는 병렬 공진회로부(13) 즉, 커패시터(C2)와 트랜스(T1) 1차측 코일에 의해 2차 공진으로 아래의 수학식 2와 같은 병렬 공진주파수가 순수한 정현파의 교류출력이 트랜스(T1)를 통하여 전극(10)에 가해지게 된다.In addition, the resonance frequency obtained as described above is a secondary resonance by the parallel
여기서 Frp는 병렬 공진주파수이다.Where F rp is the parallel resonant frequency.
도1은 종래의 고주파 열치료용 RF 제너레이터를 보인 도면.1 is a view showing a conventional RF generator for high frequency thermal therapy.
도2는 본 발명에 의한 고주파 열치료용 RF 제너레이터를 보인 도면.Figure 2 shows an RF generator for high frequency heat treatment according to the present invention.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-Explanation of symbols for the main parts of the drawings
10 : 전극 11 : 공진형 인버터10
12 : 직렬 공진회로부 13 : 병렬 공진회로부12: series resonant circuit portion 13: parallel resonant circuit portion
S1, S2 : 스위치 T1 : 트랜스 S1, S2: switch T1: transformer
C1, C2 : 커패시터 L1 : 인덕터 C1, C2: Capacitor L1: Inductor
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| JP2011067590A (en) | 2011-04-07 |
| KR101143851B1 (en) | 2012-05-22 |
| IT1400081B1 (en) | 2013-05-17 |
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