KR20110032571A - 생체세포의 임피던스 변화에 따라 ｒｆ 출력을 제어하는 방법 및 시스템 - Google Patents

생체세포의 임피던스 변화에 따라 ｒｆ 출력을 제어하는 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극에 가해지는 RF 전압과 전류의 위상 값을 검출하고 이들 간의 위상 차이를 구하는 제1단계와, 소작 시술시 생체세포가 가지는 저항 성분과 용량성 리액턴스(XC) 성분 등의 임피던스 변화를 구하는 제2단계 및 용량성 리액턴스(XC) 성분을 상쇄(XC=XL)시키기 위해 RF 출력단에 유도성 리액턴스(XL) 성분을 연결시켜 출력 임피던스가 저항 성분을 갖도록 하는 것이다.
Figure P1020090090125
생체 세포, 용량성 부하특성, 전극 탄화현상, 적응형 소작제어.

Description

생체세포의 임피던스 변화에 따라 ＲＦ 출력을 제어하는 방법 및 시스템{Changes in the impedance of biological cells to control the RF output and the system}
본 발명은 생체세포의 임피던스 변화에 따라 RF 출력을 제어하는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 특히 본 발명은 소작 시술시에 생체 세포가 가지는 임피던스 변화를 저항성분과 리액턴스 성분으로 구분하고 유도성 리액턴스를 연결시켜 생체 세포의 용량성 리액턴스 성분을 상쇄시켜 순수한 저항성분만 남도록 하여 소작효율을 높일 수 있도록 하는 생체세포의 임피던스 변화에 따라 RF 출력을 제어하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
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.
상기한 바와 같은 치료방법 중 외과적으로 암 조직을 제거하는 방법은 암 조 직 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.
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.
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.
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.
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.
이에 이미 출원되어 등록된 대한민국 등록특허 제10-739002호의 '고주파 열치료용 멀티 RF 제너레이터'는 하나의 고주파 열치료용 RF 제너레이터로부터 다수 의 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.
상기한 바와 같은 종래의 고주파 열치료용 RF 제너레이터는 소작 시술시 전극 끝에 내장된 온도센서인 열전대(thermocouple)를 이용하여 생체조직의 온도(20℃∼100℃) 변화를 감시하게 된다.
상기 열전대에 의해 검출되는 생체조직의 온도가 설정된 온도에 접근하면, 데이터 분석 및 제어부의 제어로 RF신호 발생부로부터 전극에 가해지는 RF 출력을 감소시키게 된다. 뿐만 아니라, 데이터 분석 및 제어부는 전압/전류 검출부에 의해 검출되는 RF 전압과 전류값에 의해 출력 임피던스(Z=V/I)를 구하고, 출력 임피던스의 변화(50Ω∼200Ω)에 따라 RF신호 발생부로부터 전극에 가해지는 RF 출력을 가감시키게 된다.
그러나 상기한 바와 같은 종래기술에서는 출력 임피던스의 절대값만을 가지고 RF 출력을 제어하므로 생체세포의 미세한 용량성 리액턴스 값의 변화에 따라 소작의 크기와 진행상태를 파악하여 RF 출력을 제어하기가 쉽지 않다.
즉, 소작 시술시 생체세포가 가지는 용량성 부하특성으로 인해 임피던스 정합이 어렵고, 이로 인해 효율적인 소작이 이루어지지 않는다. 또한 전극의 탄화현상으로 임피던스가 쉽게 높아지고 전류가 줄어들어 제한된 시간 내에 원하는 크기의 소작을 형성하기가 쉽지 않다.
뿐만 아니라 상기한 바와 같은 온도와 전압, 전류에 의한 RF 출력 제어시 전체적인 소작 진행에 대한 정보가 충분하지 않아 소작 크기를 정확하게 파악하기가 어렵기 때문에 초음파 진단기 등을 이용하여 동시에 시술 부위의 영상을 투시 관찰하여야 하는 번거로움이 있다.
상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 온도와 전압, 전류와 함께 RF 전압과 전류의 위상 차이를 비교분석하여 생체세포의 임피던스 변화를 정량적으로 산출하고, 이를 근거로 소작 시술시의 RF 출력을 제어할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 소작 시술시 전극에 가해지는 RF 출력을 제어하는 생체세포의 임피던스 변화에 따라 RF 출력을 제어하는 방법에 있어서, 상기 전극에 가해지는 RF 전압과 전류의 위상 값을 검출하고 이들 간의 위상 차이를 구하는 제1단계; 소작 시술시 생체세포가 가지는 저항 성분과 용량성 리액턴스(XC) 성분 등의 임피던스 변화를 구하는 제2단계; 및 상기 용량성 리액턴스(XC) 성분을 상쇄(XC=XL)시키기 위해 상기 RF 출력단에 유도성 리액턴스(XL) 성분을 연결시켜 주는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 상기 유도성 리액턴스(XL)는 서로 다른 값을 가지는 다수의 유도성 리액턴스나 외부 입력에 따라 값이 가변되는 가변 유도성 리액턴스(XL)로 이루어지고, 상기 다수의 유도성 리액턴스나 상기 가변 유도성 리액턴스(XL)는 용량성 리액턴스(XL) 값에 따라 그 값이 선택 또는 가변되어 RF 출력단에 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 상기 유도성 리액턴스(XL)가 상기 용량성 리액턴스(XC)와 동일한 값을 가지도록 선택 또는 가변되어, 생체세포의 임피던스가 저항 성분만을 가지도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 소작 시술시 전극에 가해지는 RF 출력을 제어하는 생체세포의 임피던스 변화에 따라 RF 출력을 제어하는 시스템에 있어서, 상기 전극에 가해지는 RF 전압과 전류의 위상 값을 검출하는 전압/전류 위상 검출부; 상기 전압/전류 위상 검출부에 의해 검출된 전압/전류 위상을 비교하여 위상 차이를 구하고 이로부터 소작 시술시 생체세포가 가지는 저항 성분과 용량성 리액턴스(XC) 성분 등의 임피던스 변화를 구하는 데이터 분석 및 제어부; 및 상기 데이터 분석 및 제어부의 제어로 상기 용량성 리액턴스(XC) 성분을 상쇄(XC=XL)시키기 위해 상기 RF 출력단에 유도성 리액턴스(XL) 성분을 연결시켜 주는 유도성 리액턴스 선택부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 상기 유도성 리액턴스 선택부는 서로 다른 값을 가지는 다수의 유도성 리액턴스나 외부 입력에 따라 값이 가변되는 가변 유도성 리액턴스(XL)로 이루어지고, 상기 다수의 유도성 리액턴스나 가변 유도성 리액턴스(XL)는 용량성 리액턴스(XL) 값에 따라 상기 데이터 분석 및 제어부의 제어로 그 값이 선택 또는 가변되어 RF 출력단에 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 상기 유도성 리액턴스 선택부는 상기 데이터 분석 및 제어부의 제어로 상기 유도성 리액턴스 선택부의 유도성 리액턴스(XL)가 상기 용량성 리액턴스(XC)와 동일한 값을 가지도록 선택 또는 가변되어, 생체세포의 임피던스가 저항 성분만을 가지도록 하는 것을 특징으로 한다.
따라서 본 발명에 의하면, 본 발명은 온도와 전압, 전류와 함께 RF 전압과 전류의 위상 차이를 비교분석하여 생체세포의 임피던스 변화를 정량적으로 산출하고, 이를 근거로 소작 시술시의 RF 출력을 제어함으로써 소작 시술시 소작효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
도1은 본 발명에 의한 생체세포의 임피던스 변화에 따라 RF 출력을 제어하는 시스템을 보인 것으로서 본 발명은 소작 시술에 필요한 RF 출력을 얻기 위한 고전압을 공급하는 고전압 공급부(13)와, 고전압 공급부(13)로부터 고전압을 공급받아 데이터 분석 및 제어부(11)의 제어로 도시되지 않은 오실레이터 등에서 공급되는 발진 주파수를 증폭시켜 RF 출력으로 전극(19)에 공급하는 RF신호 발생부(14)와, 리턴 플레이트(21) 등에 의해 소작 시술에 필요한 RF 출력을 얻는다.
또한 데이터 분석 및 제어부(11)에 전극(19)에 위치한 열전대(20)와 버퍼(18) 그리고 온도 검출부(17)로 구성된 온도 검출수단에 의해 검출되는 온도값과, 전압/전류 위상 검출부(15)에 의해 검출되는 전압과 전류의 위상값이 공급되므로 데이터 분석 및 제어부(11)는 전압/전류 위상 검출부(15)에 의해 검출된 전압/전류 위상을 비교하여 위상 차이를 구하고 이로부터 소작 시술시 생체세포가 가지 는 저항 성분과 용량성 리액턴스(XC) 성분 등의 임피던스 변화를 구할 수 있다.
그리고 데이터 분석 및 제어부(11)의 제어로 유도성 리액턴스 선택부(16)는 용량성 리액턴스(XC) 성분을 상쇄(XC=XL)시키기 위해 RF 출력단에 유도성 리액턴스(XL) 성분을 연결시켜 준다.
여기서, 유도성 리액턴스 선택부(16)는 서로 다른 값을 가지는 다수의 유도성 리액턴스나 외부 입력에 따라 값이 가변되는 가변 유도성 리액턴스(XL)로 이루어지고, 다수의 유도성 리액턴스나 가변 유도성 리액턴스(XL)는 용량성 리액턴스(XL) 값에 따라 데이터 분석 및 제어부(11)의 제어로 그 값이 선택되거나 가변되어 RF 출력단에 연결된다.
즉, 유도성 리액턴스 선택부(16)는 데이터 분석 및 제어부(11)의 제어로 유도성 리액턴스 선택부(16)의 유도성 리액턴스(XL)가 용량성 리액턴스(XC)와 동일한 값을 가지도록 선택되거나 가변되어, 생체세포의 임피던스가 저항 성분만을 가지도록 한다.
도면에서 설명되지 않은 저전압 공급부(12)는 데이터 분석 및 제어부(11)나 전압/전류 위상 검출부(15), 유도성 리액턴스 선택부(16), 온도 검출부(17) 등에 저전압의 구동 전원을 공급하는 전압 공급부이다.
이하, 본 발명의 동작을 설명한다.
먼저, 종래의 고주파 열 치료용 RF 제너레이터와 마찬가지로 본 발명 역시 고전압 공급부(13)로부터 고전압이 공급되는 RF 신호 발생부(14)는 데이터 분석 및 제어부(11)의 제어로 발진 주파수를 기초로 소작 시술시 필요한 RF 출력을 증폭시 켜 전극(19)으로 출력하게 된다.
위와 같이 전극(19)을 통해 소작 부위에 RF 출력을 가하는 중에 데이터 분석 및 제어부(11)는 열전대(19)와 버퍼(18), 온도 검출부(17)를 포함하는 온도 검출수단에 의해 검출되는 소작 부위의 온도를 인지하여, 임의로 설정한 온도 값을 유지할 수 있도록 RF 출력을 조절하게 된다.
또한 데이터 분석 및 제어부(11)는 전압/전류 위상 검출부(15)에 의해 검출되는 전압/전류의 위상 값을 비교하여 위상 차이 즉, 도3에서와 같이 전압의 위상이 전류(B)의 위상보다 빠르게 검출되는지 혹은 전압의 위상이 전류(A)의 위상보다 늦게 검출되는지를 확인하게 된다.
즉, 데이터 분석 및 제어부(11)는 소작 시술시 생체세포가 가지는 저항 성분과 용량성 리액턴스(XC) 성분 등의 임피던스 변화를 구한다.
여기서, 생체세포 조직의 전기적 등가 회로는 도2에 도시한 바와 같이 생체 외부 저항(Re)과 생체 내부 저항(Ri) 그리고 세포막 용량(Cm)으로 이루어지는데, 직렬구조를 가지는 생체 내부 저항(Ri)과 세포막 용량(Cm)이 생체 내부 저항(Re)과 병렬 접속된 구조를 갖는다.
상기 세포막 용량(Cm)의 용량성 리액턴스(XC)는 아래의 수학식 1과 같다.
Figure 112009058495521-PAT00001
다음으로, 용량성 리액턴스(XC)를 상쇄시키기 위한 인턱터(L)의 유도성 리액턴스(XL)는 수학식 2와 같다.
Figure 112009058495521-PAT00002
따라서 출력 임피던스(Zt)는 아래의 수학식 3과 같다.
Zt=Re//Ri(1/2πfCm)
= Re×(Ri+1/2fCm)/Re+Ri+(1/2πfCm)
위에서와 같이 저항 성분과 함께 용량성 리액턴스(RC)를 구한 데이터 분석 및 제어부(11)는 용량성 리액턴스(XC) 성분을 상쇄(XC=XL)시키기 위해 유도성 리액턴스 선택부(16)를 구동시켜 RF 신호 발생부(14)의 출력단에 유도성 리액턴스(XL) 성분을 연결시켜 준다.
따라서 유도성 리액턴스 선택부(16)의 구동으로 유도성 리액턴스 선택부(16)의 유도성 리액턴스(XL)와 생체세포의 용량성 리액턴스(XC)가 동일한 값을 가지므로 생체세포의 임피던스가 저항 성분만을 남게 된다.
여기서, 유도성 리액턴스 선택부(16)는 서로 다른 값을 가지는 다수의 유도성 리액턴스나 외부 입력에 따라 값이 가변되는 가변 유도성 리액턴스(XL)로 이루어질 수 있으며, 이 다수의 유도성 리액턴스나 가변 유도성 리액턴스(XL)는 용량성 리액턴스(XL) 값을 인식한 데이터 분석 및 제어부(11)의 제어로 그 값이 선택되거나 또는 가변될 수 있다.
도1은 본 발명에 의한 생체세포의 임피던스 변화에 따라 RF 출력을 제어하는 시스템을 보인 도면.
도2는 생체세포 조직의 전기적 등가회로를 보여주는 도면.
도3은 RF 전압과 전류와의 위상 차이를 보여주는 그래프.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 데이터 분석 제어부 12 : 저전압 공급부
13 : 고전압 공급부 14 : RF신호 발생부
15 : 전류/전압 위상 검출부 16 : 유도성 리액턴스 선택부
17 : 온도 검출부 18 : 버퍼
19 : 전극 20 : 열전대(thermocouple)
21 : 리턴 플레이트

Claims (6)

  1. 소작 시술시 전극에 가해지는 RF 출력을 제어하는 생체세포의 임피던스 변화에 따라 RF 출력을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 전극에 가해지는 RF 전압과 전류의 위상 값을 검출하고 이들의 위상 차이를 구하는 제1단계;
    소작 시술시 생체세포가 가지는 저항 성분과 용량성 리액턴스(XC) 성분 등의 임피던스 변화를 구하는 제2단계; 및
    상기 용량성 리액턴스(XC) 성분을 상쇄(XC=XL)시키기 위해 상기 RF 출력단에 유도성 리액턴스(XL) 성분을 연결시켜 주는 제3단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체세포의 임피던스 변화에 따라 RF 출력을 제어하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유도성 리액턴스(XL)는, 서로 다른 값을 가지는 다수의 유도성 리액턴스나 외부 입력에 따라 값이 가변되는 가변 유도성 리액턴스(XL)로 이루어지고, 상기 다수의 유도성 리액턴스나 상기 가변 유도성 리액턴스(XL)는 용량성 리액턴스(XL) 값에 따라 그 값이 선택 또는 가변되어 RF 출력단에 연결되는 것을 특징으로 하는 생체세포의 임피던스 변화에 따라 RF 출력을 제어하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유도성 리액턴스(XL)가 상기 용량성 리액턴스(XC)와 동일한 값을 가지도록 선택 또는 가변되어, 생체세포의 임피던스가 저항 성분만을 가지도록 하는 것을 특징으로 하는 생체세포의 임피던스 변화에 따라 RF 출력을 제어하는 방법.
  4. 소작 시술시 전극에 가해지는 RF 출력을 제어하는 생체세포의 임피던스 변화에 따라 RF 출력을 제어하는 시스템에 있어서,
    상기 전극에 가해지는 RF 전압과 전류의 위상 값을 검출하는 전압/전류 위상 검출부(15);
    상기 전압/전류 위상 검출부(15)에 의해 검출된 전압/전류 위상을 비교하여 위상 차이를 구하고 이로부터 소작 시술시 생체세포가 가지는 저항 성분과 용량성 리액턴스(XC) 성분 등의 임피던스 변화를 구하는 데이터 분석 및 제어부(11); 및
    상기 데이터 분석 및 제어부(11)의 제어로 상기 용량성 리액턴스(XC) 성분을 상쇄(XC=XL)시키기 위해 상기 RF 출력단에 유도성 리액턴스(XL) 성분을 연결시켜 주는 유도성 리액턴스 선택부(16);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체세포의 임피던스 변화에 따라 RF 출력을 제어하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유도성 리액턴스 선택부(16)는 서로 다른 값을 가지는 다수의 유도성 리액턴스나 외부 입력에 따라 값이 가변되는 가변 유도성 리액턴스(XL)로 이루어지고, 상기 다수의 유도성 리액턴스나 가변 유도성 리액턴스(XL)는 용량성 리액턴스(XL) 값에 따라 상기 데이터 분석 및 제어부(11)의 제어로 그 값이 선택 또는 가변되어 RF 출력단에 연결되는 것을 특징으로 하는 생체세포의 임피던스 변화에 따른 RF 출력을 제어하는 시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유도성 리액턴스 선택부(16)는 상기 데이터 분석 및 제어부(11)의 제어로 상기 유도성 리액턴스 선택부(16)의 유도성 리액턴스(XL)가 상기 용량성 리액턴스(XC)와 동일한 값을 가지도록 선택 또는 가변되어, 생체세포의 임피던스가 저항 성분만을 가지도록 하는 것을 특징으로 하는 생체세포의 임피던스 변화에 따라 RF 출력을 제어하는 방법.
KR1020090090125A 2009-09-23 2009-09-23 생체세포의 임피던스 변화에 따라 ｒｆ 출력을 제어하는 방법 및 시스템 KR101143853B1 (ko)

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