KR20140102668A - 수술 기기로의 전원공급 제어 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

에너지원으로부터 팁에 위치하는 능동 소자의 전원능동 소자 전달을 제어하기 위한 시스템을 갖는 열 수술 기기에 대한 것이다. 팁으로의 전달을 제어하기 위한 시스템은 팁 전류, SWR, 그리고 반영된 전원에서의 신속한 변화와 같은 하나 또는 둘 이상의 측정을 사용하는 제어 알고리즘을 포함할 수 있으며, 절단 효율에 영향을 미치지 않고 외과의사에 의해 감지할 수 없는 방식으로 전원을 관리하도록 한다. 이 같은 시스템은 상태 머신을 사용하여 팁이 존재하는 현재 환경을 결정하도록 한다. 상기 팁으로 전달된 전원은 고정된 파워 인덱스 또는 반복적으로 실행된 파워 프로파일에 따라 선택적으로 관리될 수 있다.

Description

수술 기기로의 전원공급 제어 시스템 및 그 방법{SYSTEM AND METHOD OF CONTROLLING POWER DELIVERY TO A SURGICAL INSTRUMENT}

본 발명은 전기 수술 및/또는 열 수술 기기에 대한 것이다. 특히, 본 발명은 수술 기기로 에너지원으로부터의 전원전달을 제어하는 시스템 및 그 방법에 대한 것이다.

전기수술 및/또는 열 기기가 전통적인 수술 기기보다 유익하기 때문에 이들 기기를 사용하는 것이 일반이 되고 있다. 예를 들면, 전기 수술 및/또는 열 기기는 외과의사가 제한된 혈액 손실로 정확한 절개를 하도록 허용한다. 이들 장점으로 인해, 전기 수술 및/또는 열 기기가, 예를 들면, 피부과, 부인과, 심장, 플라스틱, 안구, 척추, ENT, 악안면, 정형 외과, 비뇨기과, 신경 및 일반 외과 수술뿐만 아니라 특정 치과 수술에서 사용된다.

수술은 대개 절단, 개조 및/또는 조직 또는 다른 물질을 제거함을 포함한다. 전기 수술 및/또는 열 기기는 조직 또는 다른 물질을 요구되는 온도로 가열하도록 전기 수술 기기 및/또는 열 기기를 사용하여 이들 수술 과정 각각을 수행하도록 사용될 수 있다. 그러나 조직은 다른 온도에서 달리 반응한다. 만약 전기 수술 및/또는 열 기기의 온도가 적절히 조절되지 않는다면, 그러면 환자에게 악영향을 주게 될 바람직하지 않은 결과가 초래될 수 있다.

또한, 외과의사는 정해진 수술 과정 중에 긴 시간 동안 전기 수술 기기 및/또는 열 기기를 사용할 것을 필요로 할 수 있다. 이 같은 시간 동안, 이들 기기가 간헐적으로 환자의 신체 일부분과 접촉하도록 이동될 수 있다. 이는 수술 기기의 가열된 수술 선단에 대한 열 관리뿐 아니라 기기 자체 내 열 관리에 문제를 일으킬 수 있다. 상기 의료 기기가 환자의 조직, 신체 액체 등 일부와 접촉하고 있지 않은 때, 예를 들면, 환자 신체 위의 공중에 고정되어 있을 때, 의료 기기로 공급되는 전원을 제한하여 열이 유해한 의료 기기의 영역으로 열의 전달을 최소로 하는 것이 중요하다. 예를 들면, 외과의사가 쥐고 있는 전기 수술 기기 및/또는 열 기기 일부로 열전달이 적절히 제어되지 않는다면, 상기 의료 기기는 너무 뜨거워지며 상기 외과의사는 수술 과정을 끝내기 위해 필요한 시간 동안 의료 기기를 다룰 수 없다.

또한, 열 소자와 같은 전기 수술 기기 및/또는 열 기기가 과열되거나 과도한 열 스트레스에 노출되면, 이 같은 열 소자는 손상을 입을 수 있다. 따라서 의료 기기 및/또는 가열된 수술 팁(tip)의 과열을 막기 위해, 에너지원으로부터 전기 수술 기기 및/또는 열 수술 기기로 전원 전달을 제어하는 개선된 시스템 및 방법의 필요가 있다.

본 발명의 목적은 개선된 전기 수술 기기 및/또는 열 수술 기기를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 특징에 따라, 상기 수술 기기는 에너지원으로부터 수술 기기로 전원 전달을 관리하도록 하는 소프트웨어 및 하드웨어를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 한 특징에 따라, 전기 수술 기기로의 전원 전달을 제어함은 수술 기기의 능동 소자로 전원 전달을 변화시키고, 따라서 능동 소자의 환경에 따라(예를 들면, 능동 소자가 조직 치료에 사용되고 있는지 또는 공중에 매달려 있는지에 따라) 수술 기기의 동작 특성을 변화시키는 알고리즘을 사용함을 포함할 수 있다. 상기 알고리즘은 약 5W와 125W 사이 고정된 전원 인덱스에서 관리될 수 있으며, 일관된 방식으로 전기 수술 및/또는 열 수술 기기로 요구된 전원을 일정하게 전달하고, 수술 기기의 능동 소자가 상기 큐리 포인트(Curie point)를 초과하지 않도록 하며, 그리고 상기 능동 소자가 공중에 있는 때 수술 기기가 과열되는 것을 막도록 사용될 수 있다. 상기 수술 제어 알고리즘은 외과의사가 요구된 조직 영향을 위한 최적의 온도를 사용할 수 있도록 하며, 또한 외과의사가 상이한 구조를 갖는 수술 팁을 선택하며 이들 각기 다른 수술 팁을 사용하는 때 요구된 제어를 제공할 수 있도록 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라, 전기 수술 기기로의 전원 전달을 제어함은 포워드 전원 또는 네트 전원을 위한 단일 또는 계단식 비례-적분-미분("PID") 제어기, PID 팁 제한 제어, 정재파 비("SWR") 임계값 제한, 및/또는 부하/공중 감지(Load/Air detection)를 사용함을 포함한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라, 상기 열 수술 기기는 전류 감지, 온도 감지, 임피던스 감지 등에 책임이 있는 핸드피스를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라, 전류 데이터, 온도 데이터, 임피던스 데이터 등은 핸드피스 또는 상기 열 수술 기기의 다른 부분에 의해 감지되며, 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서 등을 포함하는 제어 콘솔로 보내질 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라, 전류 데이터, 온도 데이터, 임피던스 데이터 등은 연속적으로 제어 콘솔로 보내질 수 있다. 예를 들면, 상기 데이터는 약 10 밀리세컨드의 간격으로 제어 콘솔로 보내질 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라, 상기 수술 기기는 열 소자를 포함할 수 있다.상기 열 소자는 예를 들면 그 위에 위치한 강자성체를 갖는 전도체, 고체 강자성 열 소자, 강자성 슬리브의 열이 완전히 유도성이도록 절연된 전도체 상에 배치된 강자성 슬리브를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라, 상기 열 수술 기기의 열 소자는 핸드피스에 의해 제거가능하도록 수용되어서 다양한 열 소자가 상기 핸드피스와 더불어 사용될 수 있도록 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라, 수술 기기가 열 소자의 전원 출력을 관리하기 위해 필요한 정보를 포함할 수 있으며, 이는 상기 열 소자(예를 들면, 블레이드, 루프, 올무, 집게, 가위, 최소 침습 수술 기기, 프로브, 카테터 등)의 형상, 크기, 또는 구성에 따라 다를 수 있다. 예를 들면, 상기 정보는 핸드피스에 위치한 단일 기억 저장 장치(EEPROM, 플래시 장치(flash device), 레지저 롬(ROM) 또는 프람(fram) 등), 또는 본 발명의 수술 기기 시스템에서의 다양한 위치에 위치하는 다중 기억 저장 장치에 저장될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라, 수술 기기는, 전류 제한; 허용가능 전원 설정; 전원 레벨에 의한 SWR 제한; 일렬 번호; 눈금 교정 상수; 팁 식별; 타이밍 상수(예를 들면 쿨 다운); 등과 같은 열 소자의 전원 출력을 관리하는 데 필요한 정보를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라, 상기 열 수술 기기 시스템은 소프트웨어를 포함할 수 있다. 이 같은 소프트웨어는 상기 열 수술 기기로부터 수신된 정보를 사용하여 가변 스테이지 상태 머신을 실시하도록 할 수 있다. 예를 들면, 상기 소프트웨어는 핸드피스, 팁, 및/또는 열 수술 기기의 전원 미터로부터의 정보를 수신하여 5-단계 상태 머신을 실시하도록 한다. 상기 상태 머신의 단계는 RF On (예를 들면, RF 전원이 가능하여짐), 공중(수술 기기의 열 소자가 공중에 있음), 사전-부하(Pre-Load)(상기 열 소자가 조직 내에 있을 것으로 의심됨), 전환(상기 열 소자가 조직에서 공중으로 전환되고 있을 것으로 의심됨), 그리고 부하(팁이 조직 내에 있음이 확인됨)를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라, 열 수술 기기로 전원 전달을 제어함이 전기 수술 기기의 팁으로 전달된 전원을 간헐적으로 증가시키기 위해 시작/종료 지속 시간 세그먼트 그룹을 포함하는 전원 프로파일 제어 알고리즘을 포함할 수 있다. 따라서, 가령 조직을 응고(coagulating)하는 때, 낮은 온도에서 동작하는 팁으로 조직을 치료하기 위한 수술 기기를 사용하는 것이 필요한 때, 전원 제어 알고리즘이 간헐적으로 상기 팁으로 전달된 전원을 증가시키어 팁이 치료되는 조직에 부착하는 것을 막도록 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라, 본 발명의 열 수술 기기가 고정된 전원 인덱스 또는 반복적으로 실행된 전원 프로파일에 따라 수술 팁으로의 전원 전달을 선택적으로 관리하기 위한 하나 또는 둘 이상의 제어를 가질 수 있다. 본 발명의 이들 및 다른 특징이 다음 도면 및 상세 설명에서 도시되고 설명된 열 조절 가능 수술 기기에서 실현된다.

본 발명의 다양한 실시 예가 첨부 도면을 참조하여 하기에서 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 원리에 따른 열 수술 기기 시스템의 사시도를 도시한 도면.
도 2는 온도가 증가하는 때 열 소자의 임피던스에 대한 그래프를 도시한 도면.
도 3은 온도가 증가하는 때 열 소자의 정재파 비 그래프를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 열 수술 기기 블록도를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 한 열 소자 단면을 확대 도시한 도면.
도 6 A는 절개용(dissecting) 루프를 형성하는 열 소자의 측면도를 도시한 도면.
도 6B는 절제용(resecting) 루프를 형성하는 열 소자의 측면도를 도시한 도면.
도 7A는 본 발명의 원리에 따른 또 다른 열 수술 기기 시스템의 사시도를 도시한 도면.
도 7B는 노출된 열 소자가 있는 포셉(forceps)의 사시도를 도시한 도면.
도 7C는 노출된 열 소자가 있는 메스(scalpel)의 측변도를 도시한 도면.
도 8은 계단식 PID 제어기 블록도를 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 원리에 따라 계단식 PID 제어기를 사용하는 때 전류 제한 효과의 한 예를 그래프로 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 원리에 따라 5-단계 상태 머신 다이어그램을 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 원리에 따라 전기 수술 도구의 팁으로 전달된 전원을 간헐적으로 증가시키기 위해 한 그룹의 시작/종료 지속 시간 세그먼트를 그래프로 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 전원 프로파일 제어 알고리즘을 도시하기 위한 흐름도를 도시한 도면.
도 13은 본 발명의 원리에 따라 열 수술 기기의 상태 관리의 한 예를 그래프로 도시한 도면.
도 14는 본 발명의 팁을 활성화함에 따른 도 9의 그래프 표시에 대한 확대도.
도 15는 팁이 부하(Load) 상태에서 에어(Air) 상태로 전환됨을 도시한 도 9의 그래프 표시에 대한 확대도.
도 16은 조직 영향과 관련된 열 스펙트럼을 도시한 도면.
도면은 설명을 목적으로 하는 것이며 청구범위에 의해 정해지는 본원 발명의 보호범위를 제한하는 것이 아니다. 도시된 실시 예는 본 발명에 대한 다양한 특징과 목적을 달성한다. 단일 도면에서 본 발명의 특징과 요소 각 각을 명백하게 도시하는 것이 가능하지 않다. 따라서 본 발명의 다양한 세부사항들을 더욱 명백하게 설명하도록 여러 도면에 제공된다.
이와 유사하게 모든 실시가 본 발명의 모든 장점들을 달성하는 것은 아니다.

본 발명 및 첨부 도면이 본 발명을 당업자가 실시할 수 있도록 제공된 도면부호를 참조하여 설명된다. 도면 및 설명은 본 발명의 다양한 특징을 예시한 것이며 청구범위를 제한하지 않는다.

본원 명세서에서, "강자성의", "강자성", 그리고 "강자성(ferromagnetism)"은 철, 니켈, 코발트 등, 높은 투자율, 특징적인 포화 포인트, 그리고 자기 이력을 나타내는 다양한 합금과 같은 물질을 지시하는 것이다.

본 발명은 다수의 각기 다른 실시 예 그리고 응용을 포함할 수 있다. 한 특징에서, 상기 수술 기기는 한 몸체(body), 몸체에 배치되며 진동하는 전기 에너지를 수용하도록 구성된 열 소자, 그리고 상기 열 소자의 구성 파라미터와 관련된 정보를 저장하기 위한 정보 기억 장치 소자를 포함한다.

상기 본 발명 기기는 또한 하나 또는 둘 이상의 다음을 포함하기도 한다: 핸드피스인 몸체; 상기 핸드피스가 상기 열 소자를 수용하도록 구성되며; 상기 몸체가 그 위에 배치된 열 소자를 갖는 절단 및 밀봉 기기이고; 상기 열 소자가 전도체의 적어도 일부를 커버하는 강자성체를 갖는 전도체를 포함하며; 이때 상기 강자성체가 가열되는 때, 강자성체를 파괴시키지 않고 공기와 액체 사이에서 상기 강자성체가 이동가능하고; 상기 열 소자가 상기 전원에 연결되며, 그리고 상기 전원이 정보 기억 저장 멤버에 저장된 구성 파라미터에 따라 열 소자로 진동하는 전기 에너지를 전달하도록 구성되고; 상기 열 소자가 절연된 전도체에 배치된 강자성 슬리브를 포함하며; 상기 정보 기억 저장 장치가 진동하는 전기 에너지를 전달하도록 구성되어 열 소자의 구성 파라미터와 관련된 정보가 진동하는 전기 에너지의 상기 열 소자로의 전달을 제어하도록 접근되고 사용될 수 있도록 하며; 상기 정보 기억 장치가 EEPROM를 포함하며; 그리고 이들의 조합을 포함한다.

본 발명의 다른 한 특징에 따라, 열에 의한 수술 기기 시스템이 몸체; 그리고 상기 몸체에 배치되고 진동하는 전기 에너지를 수용하고 진동하는 전기 에너지 수용에 응답하여 가열하도록 구성된 열 소자로서, 상기 열 소자의 온도 변화에 응답하여 변경되는 임피던스를 갖는 열 소자(thermal element); 그리고 상기 열적으로 활성인 요소의 임피던스 변화를 감지하고 상기 열적으로 활성인 요소에 의해 수신된 진동하는 전기 에너지를 조정하기 위한 신호를 발생시키도록 구성된 상기 열적으로 활성인 요소와 통신하도록 배치된 회로를 포함한다. 상기 열에 의한 수술 기기가 하나 또는 둘 이상의 다음을 더욱 포함할 수 있다: 연속적으로 상기 회로도부터의 신호를 수신하기 위해 마이크로프로세서; 상기 신호에 응답하여 열적으로 활성인 요소로 바람직한 전원을 일관되게 제공하도록 구성된 전원 제어 알고리즘을 갖는 전원 제어 시스템; 상기 열 소자가 퀴리 온도를 가지며, 전원 제어 시스템이 전원제어 알고리즘을 사용하여 상기 수술 기기의 열 소자가 퀴리 온도를 초과하지 않도록 구성되고; 상기 전원 제어 시스템이 전원 제어 알고리즘을 사용하도록 구성되어 열 소자의 열을 섭씨 플러스/마이너스 30도 범위 내 특정 온도로 제어하도록 하며; 그리고 이들의 조합을 포함한다.

본 발명의 또 다른 한 특징에 따라, 열 수술 기기 시스템이 몸체, 상기 몸체로 부착할 수 있으며 진동하는 전기 에너지를 수용하도록 구성된 열 소자, 상기 열 소자의 한 구성 파라미터와 관련된 정보를 저장하기 위한 정보 저장 장치, 상기 열 소자의 동작 특성을 감지하기 위해 열 소자와 통신하도록 배치된 감지 회로; 그리고 상기 열 소자에 의해 수신된 진동하는 전기 에너지로 조정하기 위한 전원 제어 시스템을 포함하며, 상기 전원 제어 시스템이 열적으로 활성인 소자의 구성 파라미터 그리고 상기 열 소자의 감지된 동작 특성과 관련된 정보를 사용하여 상기 열 소자의 온도를 조정하도록 구성된다. 상기 시스템이 하나 또는 둘 이상의 다음을 포함한다: 제어 루프 피드백 메커니즘을 포함하는 전원 제어 시스템; 제어 루프 피드백 메커니즘이 PID 제어기 또는 케시케이드 PID 제어기이며; 상기 전원 제어 시스템이 가변 스테이지 상태 머신을 실시하는 소프트웨어를 사용하여 상기 열 소자의 온도를 조정하도록 하고; 또는 이들의 조합을 포함한다.

또 다른 특징에 따라, 본 발명은 열 소자로 진동하는 전기 에너지를 전달하고; 상기 열 소자와 관련된 동작 특성을 감지하며; 그리고 상기 열 소자의 감지된 동작 특성에 응답하여 발진하는 전기 에너지의 전달을 조정하도록 함을 포함하는 열 절단 또는 응고(coagulating) 기기를 제어하는 방법에 대한 것이다. 상기 방법은 예를 들면 하나 또는 둘 이상의 다음을 포함한다: 상기 열 소자와 관련된 동작 특성이 적어도 하나의 임피던스, 전류 그리고 정상파 비를 포함하며; 상기 감지된 동작 특성이 열 소자의 임피던스이며 상기 방법이 상기 열 소자의 온도를 제어하기 위해 감지된 임피던스에 응답하여 진동하는 전기 에너지의 전달을 조정함을 포함하고; 증가된 전원의 펄스를 상기 열 소자로 보내고, 상기 열 소자의 동작 특성에 대한 상기 증가된 전원의 펄스 영향을 모니터함을 더욱 포함하며; 상기 열 소자의 온도를 주기적으로 증가시키기 위해, 상기 열 소자로 전달된 전원을 간헐적으로 증가시킴을 더욱 포함하고; 또는 이들의 조합을 포함한다.

도 1 내지 도 3에서, 도 1은 10으로 표시된 열 수술 기기 시스템에 대한 사시도를 도시한 도면이다. 하기에서 더욱 상세히 설명한 바와 같이, 상기 열 기기 시스템(10)은 조직을 치료하거나 파괴(내피 조직 접착, 생체 항상성, 열치료(ablation) 등)하기 위한 강자성 재료와 관련된 전도체를 사용할 수 있다.

상기 열 수술 기기(10)가 종래의 메스와 같은 날카로운 에지를 사용하지 않고 조직을 절개하기 위해 열을 사용할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 본 발명의 실시 예는 절단 블레이드를 형성하도록 상대적으로 날카로운 에지를 갖도록 만들어질 수 있으나, 이는 본원 명세서에서와 같은 가열된 코팅이 날카로운 에지 또는 절단 블레이드를 필요로 하지 않고 조직을 분리하는 때에는 필요하지 않다. 그러나, 편리를 위해 조직을 분리함을 논의하는 때 상기 절단이라는 용어가 사용된다.

본 발명의 한 특징에 따라, 상기 열 수술 기기 시스템(10)이 전원(30)에 의해 발생된 출력 에너지를 제어하기 위해 하나 또는 둘 이상의 풋 페달(20)과 같은 하나 또는 둘 이상의 제어 메커니즘을 포함할 수 있다. 상기 전원(30)으로부터의 에너지는 무선 주파수(RF)를 통하여 또는 케이블(40)을 따라 진동하는 전기 에너지를 핸드피스와 같은 몸체(50)로 보낸다. 도 1에서 도시된 바와 같이, 상기 전도체(66)는 강자성체(65)로 주변이 코팅되거나 도금된다. 상기 강자성체(65)는 상기 전기 에너지를 이용할 수 있는 열 에너지로 변환시키어 열이 전기 전도체(66)에 배치된 강자성체(65) 전체 섹션 또는 "강자성 영역"에서 균일하도록 한다.

상기 RF 에너지는 "스킨 효과"로 알려진 방식으로 전도체(66)의 표면을 따라 이동한다. 상기 스킨 효과는 교류 전류가 전도체(66) 내에 분포되도록 하여, 전류 밀도가 전도체(66)의 표면 주위에서 최고이며, 전도체(66)에서 더 큰 깊이에 따라 감소하도록 한다. 상기 전류는 바깥 표면과 침투 깊이라 불리는 깊이 사이, 전도체(66)의 스킨에서 주로 흐른다. 이 같은 스킨 효과는 상기 침투 깊이가 더욱 작아지는 더욱 높은 주파수에서 전도세(66)의 효과적인 저항이 증가하도록 하며, 따라서 전도체(66)의 유효한 단면을 줄이도록 한다. 상기 스킨 효과는 교류 전류로부터 발생되는 변경되는 자장에 의해 유도된 에디 전류에 기인하다. 상기 침투 깊이는 전기 저항, 전류를 전도하는 물질의 자기 투자율, 그리고 교류 RF 전류의 주파수의 함수이다.예를 들면, 쵸퍼 내 60 Hz에서, 상기 스킨 효과는 약 8.5mm이다. 높은 주파수에서 상기 침투 깊이는 더욱 작아진다.

전류의 98% 이상이 표면으로부터 상기 침투 깊이 4배 층 내에 흐르며, 모든 전류가 침투 깊이 5배 층 내에 있다. 이 같은 동작은 직류에서와는 구분이 되며, 직류는 대개 전도체(66) 단면에서 고르게 분산된다. 이 같은 전도체(66)의 침투 깊이는 다음 식에 의해 표시될 수 있다.

여기서

δ= 스킨 깊이

ρ= 전도체 저항

ω= 전류의 각 주파수

μ= 전도체의 절대 투자율

σ= 전도체의 전도율

= 주파수

전도체(66) 내 전류 밀도는 다음 식으로 표시될 수 있다:

여기서

= 전도체 표면에서의 전류

δ= 침투 깊이(또는 침투 깊이)

d = 전도체 표면으로부터 깊이

전도체(66)를 통한 전류의 흐름은 또한 개방된 루프 B-H 커브(개방된 히스테리시스 루프라고 알려져 있기도 하다)를 갖는 강자성체(65)에 작용하는 자장을 발생시킬 수 있으며, 이는 결국 히스테리시스 손실 및 결과로 발생된 열 에너지를 발생시킨다. 예를 들면, 퍼멀로이(PERMALLOY™)와 같은 니켈-철 코팅과 같은 전착 필름은, 무작위 정렬 미소결정의 배열을 형성할 수 있으며, 이는 결국 무작위 배향 도메인을 형성시키고, 고주파 전류가 전도체(66)를 통해 전달될 때 함께 개방 루프 히스테리 곡선을 가질 수 있다.

상기 도메인(영역)이 전류의 진동 각 각과 재정렬되는 때, 상기 강자성체(65)가 강자성체 내 히스테리시스 손실로 인해 가열될 것이다. 이 같은 히스테리시스 손실로 인한 강자성 부분(65)의 가열은 큐리 포인트 이상에서 중단되는 데, 그 이유는 그 같은 강자성체가 하기에서 상세히 설명되는 바와 같은 자신의 자기 특성을 잃기 때문이다. 추가로, 강자성 부분(65)의 상대 투자율은 온도에 따라 변경되며, 관련된 침투 깊이 또한 변경되고, 따라서 상기 스킨 층을 통한 전류 전도량은 상기 큐리 포인트 가까이에서 전이된다. 따라서, 상기 큐리 포인트에 접근하는 때 저항 가열로 인한 강자성 부분(65)의 가열이 줄어든다.

상기 설명한 바와 같이, 상기 강자성체(65)는 큐리 온도를 갖는다. 큐리 온도는 코팅의 자기 특성이 손실되도록 물질이 상자성 물질이 되는 온도이다. 물질이 상자성이 되는 때, 상기 강자성체 가열이 크게 줄거나 가열이 중단되기까지 한다. 이론상으로, 이는 만약 충분한 전원이 상기 큐리 온도에 도달하도록 제공된다면 상기 강자성체(65)의 온도가 큐리 온도 주위에서 안정되도록 한다. 그러나, 상기 강자성체(65)의 온도는 일정한 동작 조건에서 이 같은 물질의 큐리 온도를 초과할 수 있음이 발견되었다. 만약 충분한 전원이 가해진다면 팁 온도가 전체 전도체에서 저항성 가열로 인해 계속 상승할 수 있으며 상기 팁이 잠정적으로 상기 큐리 온도를 초과할 수 있음이 관찰되었다. 이 같은 사실이 발생 되는 때 일정한 전원 레벨에서 동작하는 동안 전류의 상승이 관찰된다. 이 같은 전류 상승은 적어도 부분적으로 침투 깊이 증가와 큐리 온도 이상에서 임피던스의 결과적인 강하에 기인하는 것으로 판단된다. 상기 전류 상승은 또한 강자성 코팅 저항의 강하 그리고 이로 인하여 고정 전원 레벨에서 전류 레벨의 상승을 일으키는 데 기인하는 것으로 알려져 있다. 다음에 이 같이 상승된 전류는 전도체의 비-강자성 부분 내 더욱 큰 저항성 가열을 일으킨다. 따라서, 높은 전기 전도성을 갖는 아래에 놓인 전도체를 사용하는 것이 바람직하다.

따라서, 전도체(66)의 표면을 통한 교류 전류 에너지의 통과는 열 소자(60)를 따라 줄 가열(또한 옴 가열 또는 저항성 가열로도 알려져 있다)을 일으킬 수 있다. 상기 교류 전류 에너지가 강자성 영역 내로 통과함에 따라 상기 전류가 전도체에 배치된 강자성체(65)로 점프할 수 있다. 따라서, 상기 강자성체(65) 내에 발생된 열 에너지의 상당 부분은 줄 가열에 기인할 수 있다. 또한, 상기 RF 에너지는 상기 강자성체(65)에서의 히스테리시스 손실로 인해 강자성 영역에서 열 에너지로 변환될 수 있다.

한 열 소자(60)가 구성되어서 상기 강자성체(65)가 약 5배 침투 깊이에 해당하는 두께를 가질 수 있으며, 전도체(66)를 통과하여 흐르는 모든 교류 전류 에너지가 강자성 코팅(65)으로 점프하도록 할 수 있다. 침투 깊이가 전도체(66) 및/또는 강자성체(65)를 통과하는 교류 전기 에너지 주파수 함수이므로 대략 5 배 침투 깊이를 달성하기 위해 필요한 강자성체(65)의 두께는 상기 전도체(66)로 전달되는 교류 전기 에너지의 주파수에 따라 변화할 수 있다. 예를 들면, 고 주파수 교류 전류 에너지를 전도체(66)로 전달함에 의해, 강자성체(65)의 얇은 층은 모든 교류 전류가 강자성체(65)로 점프하도록 하기에 충분하다. 본 발명의 한 특징에 따라, 한 열 소자(60)는 그 위에 배치된 10μm의 PERMALLOY™ 층을 갖는 0.5mm 직경의 전도체로 만들어질 수 있으며, 40.68 MHz 의 주파수를 갖는 교류 전류를 상기 전도체 와이어로 전달하는 것이 모든 교류 전류가 상기 PERMALLOY™ 층으로 점프할 수 있도록 할 것이다.

상기 신호 소스로부터 팁을 포함하는 상기 RF 전도체는 특정 주파수에서 공진 회로(튜닝 회로로 알려져 있기도 한)를 형성할 수 있다. 따라서, 교류 전류가 상기 전도체(66)로 전달되는 때, 상기 회로의 정재파 비("SWR")는 실온에서 대략 1이다. 열 소자(60)가 가열되는 때, 상기 열 소자(60)의 임피던스가 변경되며, 이에 의해 전체 회로 임피던스를 변경시킨다. 상기 회로 임피던스를 모니터링하여, 도 2에서 도시된 바와 같이 직접, 또는 간접적으로, 상기 열 소자(60)의 온도와 관련된 정보를 제공한다. 따라서 이 같은 상기 회로 임피던스 모니터링은 상기 열 소자(60)의 온도를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 상기 회로에서의 임피던스 변경은 반영된 전원의 크기에 영향을 미치며 따라서 SWR에서의 변경이 모니터되고(도 3에서 도시된 바와 같이) 사용되어서 상기 열 소자(60)의 온도를 제어하도록 한다. 따라서 예를 들어 상기 열 소자(60)의 온도가 약 섭씨 플러스 또는 마이너스 30도 범위 내 온도, 또는 약 섭씨 플러스 또는 마이너스 20도 범위 내 온도, 또는 약 섭씨 플러스 또는 마이너스 10도 범위 내 온도, 또는 바람직하게는 약 섭씨 플러스 또는 마이너스 5도 범위 내 온도로 제어될 수 있다.

강자성 가열에 의해 달성된 한 장점은 상기 강자성체(65)가 절단 온도로 신속하게 가열될 수 있다는 것이다. 일정 경우, 이 같은 강자성체(65)는 수분의 1초(가령 100ms 만큼 짧은 시간)만에 가열될 수 있다. 또한, 상대적으로 적은 부분의 강자성체(65), 전도체(66)의 작은 열 질량 그리고 몸체(50)의 구조로 인한 작은 영역으로의 가열과 같은 가열의 국지화 때문에, 상기 강자성체는 또한 극도로 신속하게(가령, 일정 경우 약 1/2초 만에) 냉각될 수 있기도 하다. 이는 상기 열 기기가 활성화되지 않는 때 조직을 터치함에 의해 발생된 우발적인 조직 손상을 줄이면서 외과의사에게 정밀한 열 기기를 제공한다.

열 소자(60)를 가열하고 냉각시키기 위해 필요한 시간은 전도체(66)와 강자성 코팅(65)의 상대적인 크기 그리고 수술 기기 표면의 열 용량에 부분적으로 의존한다는 것을 이해할 것이다. 예를 들면, 상기 열 소자(60)를 가열하고 냉각하기 위한 예시적인 시간은 약 0.375 mm의 직경, 약 0.010 mm 두께 그리고 2 센티미터 길이를 갖는 텅스텐 전도체 그리고 니켈 철 합금의 강자성 코팅(West Haven, Connecticut 소재의 Enthone, Inc.에서 판매하는 NIRON™와 같은)으로 달성될 수 있다.

본 발명의 한 장점은 날카로운 에지가 필요하지 않다는 것이다. 전원이 수술 기기로 공급되지 않는 때, 떨어뜨리거나 잘못 처리되지 않는다면, 상기 기기는 환자 또는 외과의사의 조직을 실수로 절단하지 않을 것이다. 전원이 전도체(66) 및 강자성체(65)로 공급되지 않는다면, 상기 기기의 '절단' 부분은 상해의 위험 없이 터치될 수 있다. 이는 잘못 처리된다면 환자 또는 외과의사에게 상해를 입히는 날카로운 절단 블레이드와는 대조가 되는 것이다.

상기 수술 기기(10)가 적용되는 전원의 인덱스를 포함할 수 있으며 전원을 제어하기 위한 메커니즘을 포함할 수도 있음을 이해하여야 한다. 따라서, 예를 들면, 일련의 디스플레이(52)가 전원 레벨을 나타내도록 사용될 수 있으며, 핸드피스와 같은 몸체(50)는 전원을 조절하고 이에 의해 강자성체(65)에서의 온도에 영향을 미쳐서 조직에 가변적인 영향을 주도록 하는 전원과 연결된 스위치, 회전 다이얼, 버튼 세트, 터치패드 또는 슬라이드(54)를 포함할 수 있다. 상기 콘솔은 또한 예를 들면 컨트롤 다이얼(32) 등과 같은 컨트롤이 전원(30) 내에 포함되거나, 원격 컨트롤과 같은 분리된 제어 기기에 포함될 수 있다. 다른 추가 장치가 다양한 위치에서 핸드피스(50), 전원(30), 원격 제어 등에 위치할 수 있기도 하다.

강자성체(65)의 온도 조절 가능성은 외과의사에게 외과 기기(10)의 사용을 통해 달성될 수 있는 조직 영향에 대한 정밀한 컨트롤을 제공할 수 있다. 절단, 생체 항상성, 조직 접합, 조직 증발 및 조직 탄화와 같은 조직 영향은 각기 다른 온도에서 발생된다. 전원 출력을 조정하기 위해 사용자 제어를 포함함으로써, 외과의사(또는 다른 내과의사 등)은 강자성체(65)로 전달되는 전원을 조정할 수 있으며 결과적으로 요구된 결과를 달성하기 위해 조직 영향을 제어할 수 있다.

또한, 열 몸체(50)로의 전원 전달은 교류 전류 파형의 진폭, 주파수 또는 듀티 사이클을 가변시킴에 의해, 또는 강자성 코팅 전도체를 구동하는 정재파에 영향을 미치는 회로를 변경하여 컨트롤될 수 있다. 이는 풋 페달(20)에 의해 전원(30) 또는 핸드피스(50) 등에서 수신된 입력에 의해 달성된다.

또한, 하기에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 상기 수줄 기기(10)는 열 소자(60)를 수용할 수 있는 핸드피스(50)를 포함한다. 예를 들면, 탈착 가능한 다양한 수술 팁(58)이 관련된 각기 다른 열 소자(60)(예를 들면 크기, 형상 등이 다른)를 가질 수 있다. 따라서, 다양한 구성의 열 소자(60)가 핸드피스(50)에서 사용될 수 있다.

도 4에서는, 본 발명의 열 수술 기기(10)의 블록도가 도시된다. 상기 핸드피스(50)는 전류 감지, 온도 감지, 임피던스 감지 등에 대한 역할을 한다. 상기 열 소자(60)로부터 수집된 데이터는 연속적으로 전원(30)으로 보내질 수 있다. 예를 들면, 데이터는 약 10 밀리 세컨드의 짧은 간격으로 마이크로프로세서로 보내질 수 있다.

하나 또는 둘 이상의 감지 회로가 사용중에 얼마나 많은 전류가 상기 열 소자(60)로 전달되는 가와 같은 열 소자(60)의 다양한 동작 특성을 모니터하도록 사용될 수 있으며, 회로의 임피던스 등 또는 상기 열 소자(60)의 동작 특성의 컴비네이션을 모니터하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 피크-검출 장치(100)가 저항기(104)(예를 들면, 팁 내 회로-보드 트레이스 또는 핸드피스 또는 전원 내 상응하는 저항기)에서의 전압 강하를 측정함에 의해 팁(60)으로 전달된 전류를 결정할 수 있으며, 이는 상기 팁으로 흐르는 전류와 일치하는 것이다. 상기 전압 강하는 옴 법칙(V=IR)에 의한 전류 브랜치 내 전류에 직접 비례하는 것이다. 전압이 높을수록, 더욱 큰 전류가 브랜치를 통해 흐른다. 상기 저항기(104)에서의 전압은 동작 범위 내에서, 40.68MHz 신호 피크와 같은 신호 피크를 트랙하기 위해 피크-검출 회로를 통해 다시 보내질 수 있다.

더욱더, 상기 감지 회로는 열 소자(60)의 임피던스를 검출할 수 있으며, 따라서 열 소자의 온도에 대한 피드백을 제공한다(도 2 및 도 3 참고). 상기 회로의 출력은 DC 전압일 수 있으며, 이는 마이크로컨트롤러, 아날로그-디지털 변환기("DAC"), 마이크로프로세서 등과 같은 변환기(108)로 보내진다. 이 같은 데이터는 연속적으로 전원(30)으로 보내질 수 있으며 전원 제어 알고리즘에서 사용될 수 있다. 하나 또는 둘 이상의 감지 회로가 가령 제어 콘솔, 핸드피스, 탈착 가능 수술 팁, 원격 유닛 등과 같은 본 발명의 열 수술 기기 내 다양한 위치에 위치할 수 있다.

열 소자(60)의 다양한 특성을 감지하는 것은 팁(60)에서의 강자성체(65) 높은 투자율(high-mu) 특성 때문에 필요할 수 있다. 정상 동작 중에, 상기 강자성체(65)를 통한 전류 흐름 대부분이 스킨 효과에 기인하는 것으로 판단된다. 강자성체(65)에 너무 많은 전류가 흐르는 때, 큐리 온도가 도달되며 강자성체(65)의 투자율은 급격하게 떨어진다. 결과적으로, 전류가 더욱 크게 전도체(66)를 통해 흐르기 시작하며 상기 열 소자(60)에서의 저항을 줄인다. 상기 저항이 일정한 전원 레벨로 줄어든 때, 전류가 증가하며 상기 감지 저항기(104)에서의 전압이 또한 증가할 것이다. 따라서, 큐리 온도에 도달하거나 이 같은 온도를 초과하는 때 침투 깊이가 증가하고 가열된 팁(60) 저항을 감소시키는 것으로 판단된다. 상기 큐리 온도가 일정한 전원 레벨에서 초과되는 때 전류의 증가가 발생하는 것이 관찰되었다.

도 5에서, 본 발명의 한 특징에 따라, 전도체 와이어와 같은 전도체(66)를 갖는 수술 팁 일부에 대한 단면도가 도시된다. 상기 전도체(66)는 상대적으로 작은 직경 또는 단면을 가져서 조직 또는 다른 재료에서 정밀하게 절단하도록 하는 것이 바람직하다. 그러나, 전도체(66)는 또한 조직과 부딪치는 때 상대적으로 강성이고 잘 구부려지지 않는 것이 바람직하다. 이 같은 특성을 갖는 금속의 예로 텅스텐, 티타늄, 스텐레스 강철, 헤인즈(Haynes) 188, 헤인즈 25 등이 있다.

전도체(66)에 사용된 재료의 다른 특성은 중요하다. 이들 특성은 재료의 비저항, 재료의 열적 그리고 전기적 전도도, 재료의 열 용량, 재료의 열팽창 계수, 재료의 어닐링 온도, 그리고 전도체(66)를 구성하는 재료에 이차 재료를 도금할 수 있는 가능성을 포함한다.

전도체(66)로 사용하기 위한 재료를 선택함에 있어서, 이와 같은 재료가 저항 가열로 인해 전도체(66)의 가열을 최소화하기 위해 낮은 비저항을 가지며 굽힘에 대한 큰 크기의 저항을 갖는 것이 중요하다. 또한, 상기 재료가 낮은 열 용량을 가져서 열이 전도체(66)에 저장되지 않고 따라서 수술 팁이 사용되지 않을 때 신속하게 냉각되도록 하는 것이 중요하다. 이는 수술 장소 인접한 곳의 구조물에 대한 부수적인 손상을 제한하거나 막도록 한다.

또한, 전도체(66)는 충분히 높은 어닐링 온도를 갖는 재료로 만들어지는 것이 바람직하다. 때때로, 수술 팁은 가령 약 섭씨 400도와 섭씨 500도 사이 온도에서 동작될 수 있다. 따라서, 전도체(66)의 특성이 변경되는 것을 피하기 위해, 사용된 재료의 상기 어닐링 온도는 수술 팁의 기대되는 동작 범위보다 상당히 높아야 한다.

더욱더, 지지부(70)는 일정 구성에서 상기 전도체(66)로 강자성 코팅(78) 도금을 용이하게 할 수 있도록, 강자성 코팅(78)과 같은 강자성체(65)의 열 팽창 계수에 근접한 열 팽창 계수 값을 갖는 재료로 만들어지는 것이 바람직하다.

그러나, 수술 팁의 정상 동작 중에 굽힘에 대한 적합한 저항(영 계수(Young's modulus))을 갖는 일정 재료는 적합한 도금 무결성을 위해서는 너무 낮은 열 팽창 계수를 갖는다. 따라서, 열 팽창 중간 계수를 갖는 하나 또는 둘 이상의 중간 층(74)이 전도체(66) 상에 도금될 수 있으며 다음에 강자성 층 또는 코팅(78)이 하나 또는 둘 이상의 상기 중간 층(74) 상에 도금되어 지지부(70)와 강자성체(65)의 열 팽창 계수들 사이 차이를 수용하기 위한 과도 전이 부분을 제공하도록 한다.

상기 전도체(66)에 사용된 재료와 관련된 또 다른 중요한 요소는 전기를 전도하는 능력이다. 적합한 지지(support)를 제공하지만 전도성이 충분하지 않은 여러 재료가 있다. 따라서 전도체(66)는 전도체(66)의 어떠한 바람직하지 않은 특성도 최소화하도록 여러 재료의 여러 층으로 구성될 수 있다.

예를 들면, 전도체(66)는 구리, 은 등 또는 다른 전도성 재료와 같은 사이에 개재되는 하나 또는 둘 이상의 중간 층(74)을 가질 수 있다. 상기 중간 층(74)은 상당한 저항 가열 없이 에너지가 통과하도록 하며 따라서 상기 팁이 더욱 신속하게 냉각될 수 있도록 한다. (도 5의 단면은 실제 축척에 의하지 않으며 지지부(support)는 본원 명세서에서 논의된 다른 층들 두께보다 직경이 훨씬 클 수 있다. 또한, 상기 전도성의 중간 층(74)은 전도체(66)의 전체 길이로 연장될 수 있음을 이해할 것이다.)

도 5의 전도체(66)는 또한 상기 중간 층(74)에 인접하여 배치된 강자성 층 또는 코팅(78)을 도시한다. 이 같은 강자성 층 또는 코팅(78)은 상기 중간 층(74)에 도금될 수 있다. 상기 강자성 코팅(74)은 일정 정해진 위치(들)에서 상기 전도체(66) 일부를 따라 위치할 수 있어서 가열이 요구되는 영역에서만 상기 수술 팁을 따라 국부적인 가열을 제공하도록 한다. 예를 들면, 상기 강자성 층 또는 코팅(78)은 상기 전도체(66) 길이의 약 90%, 50%, 10%, 등 이하를 따라서 위치하여, 요구된 영역에서 국부적인 가열을 제공하도록 한다. 다시 말해서, 상기 강자성체가 연장되는 길이는 전도체(66) 길이 이하일 수 있다. 상기 강자성 코팅(78)은 NIRON™, PERMALLOY™, Co, Cr0₂ 등과 같은 강자성체의 유도성 또는 다른 강자성 가열을 용이하게 하기 위해 높은 투자율을 가질 수 있다. 또한, 상기 강자성 코팅(78)은 상대적으로 높은 열 전도 및 낮은 열 용량을 가져서 수술 팁의 신속한 가열 및 냉각을 용이하게 하도록 하다.

상기 강자성 코팅(78)은 이 같은 강자성 코팅(78)과 환자 조직 사이에 반응이 없도록 생체 적합성 재료로 이루어진 외부 코팅(80)으로 커버되거나 이 같은 코팅에 노출될 수 있다.상기 외부 코팅(80)은 또한 상기 수술 팁에 생물학적 조직의 부착을 줄임에 의해 치료되는 조직과 수술 팁 사이의 윤활제로 작용할 수 있다. 예를 들면, 상기 외부 코팅(80)은 티타늄 니트라이드(또는 그 변형 중 하나), TEFLON 또는 많은 다른 생체 적합성 재료일 수 있다.

상기 외부 층(80)은 또한 강자성체(65) 층, 모든 중간 층(74), 및/또는 지지부(70) 산화를 막기 위해 산소 배리어로서 작용하기도 한다. 예를 들면, 상기 지지부(70)의 산화는 지지부(70)가 깨지기 쉽고 따라서 지지부(70)가 더욱 쉽게 손상을 받도록 함이 관찰되었다. 상기 외부 층(80)은 상기 전도층(66) 상에 배치되어 강자성체 그리고 전체 전도체(66)를 완전히 커버하도록 함을 알 수 있다. 선택적으로 상기 외부 층은 전도층(66) 상에 배치되어 강자성체 그리고 일부 전도체(66)만을 커버하도록 할 수 있다.

본 발명의 한 특징에 따라, 한 열 소자(60)가 약 2-5 배 침투 깊이에 해당하는 단면 두께의 한 중간층 그리고 역시 약 2-5 배 침투 깊이를 해당하는 단면 두께을 갖는 한 강자성 층을 갖는 전도체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 5에서 도시된 바와 같은 한 열 소자(60)가 40.68 MHz 주파수를 갖는 진동 전기 에너지를 수신하며, 약 500-750μm 직경을 갖는 전도체(66), 약 20-50μm 단면 두께를 갖는 구리 중간 층(74), 그리고 약 2-10μm 단면 두께를 갖는 강자성체(65)(가령, 코팅 또는 층(78))를 포함할 수 있다. 상기 층 또는 코팅(78)을 형성하는 강자성체(65)의 두께는 전도체(66) 및/또는 중간 층(74)의 침투 깊이, 또는 전도체(66) 및/또는 다수 중간 층(74)의 혼합 침투 깊이(만약 수술 팁 내에 포함된다면)의 함수로서 선택될 수 있다. 상기 항산화 층은 1-3μm 와 같이 매우 얇을 수 있다.

본 발명의 열 소자는 5 침투 깊이보다 큰 단면 두께를 갖는 강자성 층을 포함할 수 있다. 상기 열 소자의 온도를 제어함에 의해 상기 열 소자가 온도가 제한되지 않는다면 받게 되는 더욱 극단적인 열 사이클링과 비교하여, 열 소자가 받게 되는 온도 범위를 줄일 수 있다. 상기 열 소자의 온도를 제어하는 것이 그와 같은 극단적인 열 사이클링을 줄이기 때문에, 본 발명의 원리에 따라 사용된 열 소자는 더욱 바람직한 구조적인 무결성을 가질 수 있다. 따라서, 상기 전도체에 도금된 얇은 층의 강자성체(65)에 추가하여, 강자성 슬리브 그리고 솔리드 강자성 가열 요소가 사용될 수 있다.

상기 열 소자(60)(또는 팁)는 베이스, 슈라우드(shroud))(58) 등에 결합되며, 상기 슈라우드는 핸드피스(50)에 의해 수용되도록 구성될 수 있다. 상기 팁(60)은 또한 전기적으로 소거가능 프로그램가능 읽기 전용 메모리("EEPROM") 장치와 같은 컴퓨터 기억 저장 장치를 포함하여, 특정 팁(60)과 연결된 일정 구성 파라미터를 저장하도록 하며 이와 같은 구성 파라미터를 수술 핸드피스(50) 또는 전원 제어 시스템(30) 내 마이크로프로세서로 전달하도록 한다(도 1 참조). 전원이 상기 전도체(66)로 전달되는 때, 상기 강자성체(65)가 전달된 전원에 따라 가열할 수 있다. 강자성체(65)의 작은 두께 때문에, 전류가 전도체(66)를 통하는 때 강자성체가 신속하게 가열되고, 전류가 차단되는 때 신속하게 냉각되도록 한다(예를 들면 1초의 몇 분지 일 만에).

다양한 열 소자(60)가 각기 다른 열 소자들이 특정 수술 과정에서 사용하기 위해 각기 다른 크기, 형상 등을 갖도록 구성되고, 특정 수술 장치와 연결하여 사용될 수 있도록 구성될 수 있음을 알 수 있다.

예를 들면, 도 6A는 절개용 루프를 도시하며, 도 6B는 절제용 루프를 도시한다. 도 6A 및 도 6B는 본 발명의 열 소자의 각기 다른 형상 및 크기를 도시하며 본 발명의 보호범위를 제한하는 것으로 이해되지 않아야 한다. 또한, 도 6A 및 6B는 상기 절제용 루프가 절제용 루프의 전도체(60)에 배치된 강자성체(65) 길이와 비교하여, 전도체(65) 상에 배치된 더욱 짧은 길이의 강자성 코팅을 갖는 것과 같이, 전도체를 따라 다양한 길이로 연장됨을 도시한다.

또한, 본 발명의 열 소자(60)는 독립형 구성이 아닌 수술 기기의 표면에 또는 삽입되어 배치될 수 있다. 예를 들면, 열 소자(60)는 도 7A에서와 같이 밀봉 및/또는 절단 기기(15)와 함께 사용하기 위해 구성될 수 있다. 사용시, 상기 밀봉 및 절단 기기(15)는 팁(20A, 20B)으로 구성된 몸체(50)를 가지며, 이 같은 팁은 밀봉될 덕트 또는 조직의 주변 또는 오픈닝 측면에서 위치할 수 있다. 상기 팁(20A, 20B)은 사용자 손에 잡고 있는 아암(30A, 30B) 끝에 위치할 수 있다. 사용자는 상기 팁(20A, 20B)이 덕트 또는 조직에 압력을 가할 수 있도록 기기의 아암(30A, 30B)을 압착할 수 있다. 다음에 전기 에너지가 열 소자(60)를 가열하도록 팁(20A, 20B)에 있는 하나 또는 둘 이상의 열 소자(60)를 향하도록 한다. (상기 능동 소자는 덕트로 뜨겁게 가해질 수 있으며, 또는 덕트에 적용되고 다음에 가열될 수 있다) 상기 능동 소자 내에 발생된 열은 덕트 또는 조직으로 적용되어 상기 덕트 또는 조직이 밀봉되도록 한다. 본 발명의 한 특징에 따라, 제2 에너지 레벨이 제2 열 소자(60)로 가해져서 제2 열 소자(60)를 상기 덕트 또는 조직을 따로 절단하기에 충분한 제2 온도로 가열하도록 한다.

도 7B 및 7C는 하나 또는 둘 이상의 열 소자(60)가 표면에 배치된 추가 수술 기기의 예를 도시한다. 도 7B는 열 소자(60)가 배치된 포셉(forceps)을 도시하며, 도 7C는 열 소자(60)가 배치된 메스(scalpel)를 도시한다. 하나 또는 둘 이상의 열 소자(60)가 도시되지 않은 다른 수술 기기상에 배치되어 상기 열 소자(60)에 의해 발생된 열로 수술 자리에서 조직을 치료하기 위해 제공되도록 한다.

또한, 각 등급의 열 소자(60)(예를 들면 2 mm 절개용 루프(도 6A), 4 mm 절제용 루프(도 6B), 밀봉 및 절단 소자(도 7A) 등)가 제어된 조건하에서 그 동작에 의해 특징을 갖는다. 다음 정보는 각 등급의 열 소자(60)에 대한 전원 제어 알고리즘 상수 또는 구성 파라미터를 생성하도록 모아지고 사용된다. 이들 전원 제어 상수는 예를 들면 다음을 포함한다: 팁이 큐리 포인트를 초과하지 않도록 공중에서 가장 높은 제어 전원; 공중에 고정되는 때 팁이 큐리 포인트에 도달하는 팁 전류; 그리고 평균 팁이 정해진 전원 레벨에서 공중에서 동작하는 SWR을 포함한다. 이 같은 정보를 사용하여, 각 등급의 팁(60)에 대한 프로파일이 예를 들면 팁 구성 파일(.tcf)과 같은, 파일로서 개발되고 저장될 수 있다. 팁(60)이 생산되는 때 이들은 상기 .tcf를 사용하여 베이스라인 될 수 있다 - 여기서 베이스라인 정보는 예를 들면 EEPROM 내에 팁에 저장될 수 있으며, 몸체(50)와 능동 소자(60)가 전원(30)으로 연결되는 때 특정 팁에 대한 특정 전원 제어 알고리즘을 명시하기 위해 수술 기기 시스템과 통신하도록 배치된 소프트웨어 및/또는 하드웨어에 의해 사용되어, 상기 능동 소자(60)로의 전원 전달이 상기 수술 기기(10)의 사용 중에 적절하게 조정될 수 있도록 한다.

팁 구성 파라미터 또는 상수가 다음을 포함할 수 있다:

하나 또는 둘 이상의 상기 파라미터가 전원 제어 시스템에 의해 사용되어 요구되는 전원이 일정하게 수술 기기로 전달되도록 하고, 상기 수술 기기의 열 소자(60)가 큐리 포인트를 초과하지 않도록 하며, 열 수술 기기의 과열을 막고, 또는 요구된 위치 이외의 위치에서 상기 수술 기기 가열을 막도록 한다. 상기 전원 제어 시스템은 전원 제어 알고리즘 모듈 및/또는 독립적으로 또는 수술 기기로의 제어 전원 전달과 협력하여 사용될 수 있는 하드웨어를 갖는 소프트웨어를 포함할 수 있다.

일정한 전원 전달이 제어 루프 피드백 메커니즘을 사용하여 달성될 수 있다. 상기 피드백 메커니즘은 하나 또는 둘 이상의 비례-적분-미분("PID") 제어기를 포함한다. 예를 들면, 도 8은 계단식 PID 제어기의 블록도를 도시한다.상기 내측 PID 제어기(100)는 그 입력 피드백 파라미터로서 포워드 전원(화살표(105)로 표시)을 사용하며, 제어로서 바이어스 전압(화살표(106)로 표시)을 출력한다. 상기 내측 PID 제어기(100)는 전원 레벨에 의해 조정되며, 유도 상수의 사용을 필요로 하지 않는다(즉, 제어기(100)는 PI 제어기일 수 있다) 상기 바깥 측 PID 제어기(110)는 팁 전류(화살표(115)로 표시)를 그 입력 피드백으로 사용할 수 있으며, 목표 전원(화살표(118)로 표시) 레벨을 내측 PID(100)로 출력한다. (상기 바깥 PID 제어기는 비례 상수 또는 비례 및 적분 상수만을 사용할 수 있다.) 이들 제어기의 조합은 최대 팁 전류를 초과하지 않고 상기 목표 전원에서 일정한 제어를 제공할 수 있다.

도 4는 포워드 전원에 기초하여 수술 팁의 온도 제어를 도시하며, 상기 온도 제어는 또한 반영된 전원, 정재파 비를 모니터링하거나, 네트 전원(포워드 전원에서 상기 반영된 전원을 제외한 전원을 측정하고 제어함에 기초하여 제어될 수 있기도 하다. 본 발명의 한 특징에 따라, 열 소자의 온도는 상기 열 소자로 전달된 전원의 크기를 조절하여 상기 열 소자가 큐리 온도를 초과하지 않도록 하여 제어될 수 있다. 본 발명의 또 다른 특징에 따라, 열 소자의 온도는 상기 열 소자로 전달된 전원 크기를 조절하여 열 소자가 사용자에 의해 요구되는 더욱 특정된 온도를 유지하도록 하여 제어될 수 있다.

예를 들면, 도 9는 본 발명의 원리에 따라 계단식 PID 제어기를 사용하는 때 전류 제한 효과의 한 예에 대한 그래프를 도시한다. 전류(HP-I)(120)는 일정하게 유지되며, 포워드 전원(FWD)(130)은 45W(오른쪽 축에서 4500)의 세트-포인트를 초과하지 않는다. 또한, 전원의 제어는 전류가 제한되지 않는 동안 45W로 유지된다.

또한, 상기 팁이 큐리 포인트를 초과하지 않도록 함은 도 8의 계단식 PID 제어를 사용하여 달성될 수 있다. 팁 전류가 정해진 제한 (한계)를 초과하지 않는다면, 상기 팁은 요구하는 데로 수행될 수 있다.

추가로, 팁(60)의 가열(도 1)은 도 10과 관련하여 하기에서 설명되는 상태 머신을 사용하여 관리될 수 있다. 간략히 요약하면, 팁(60)이 부하(가령, 조직)에 있는 때, 발생된 열이 주로 부하로 분산될 수 있다. 그러나, 이 같은 부하로부터 제거되는 때, 상기 팁 전류는 즉각적으로 증가하며, 열은 슈라우드(shroud)(58) 그리고 핸드피스(50)로 되보내진다. 상기 제어 알고리즘은 장치의 응답과 외과의사에 의해 사용하기 위한 준비에 영향을 미치지 않고, 상기 열 소자(60)가 높은 전원 레벨로 공중에 있는 시간을 최소로 할 수 있다. 수술 장치가 조직을 치료하기 위해 사용되고 있지 않은 때 수술용 열 소자(60)의 전원 출력을 최소로 하는 것은 핸드피스(50)로의 열 전달을 최소로 할 것이며 상기 장치가 외과의사가 사용하기에 더욱 편안해지도록 한다. 또한, 상기 수술 장치가 조직을 치료하기 위해 사용되고 있지 않은 때 상기 열 소자(60)의 과열을 막고 열 소자의 온도를 낮추는 것은 강자성체(65)가 손상되는 것을 막을 것이다.

상기 설명한 바와 같이, 한 상태 머신이 디자인 되어서, 열 소자가 공중에 있고 조직에 있는 때 강자성체(65)를 가열하기 위해 요구된 전원을 여전히 제공하는 때, 열 소자(60)로 전달된 전원의 크기를 최소로 한다. 이 같은 장치가 제공되는 때 특히 문제가 되는 것은 가령 공중과 조직 사이에서 이동하는 때, 수술 기기의 적절한 응답이다. 이 같은 문제를 해결하기 위해, 예를 들면 소프트웨어가 팁의 상태(가령, 높은 SWR은 공중에 있음을 나타내고, 낮은 SWR은 부하에 있음을 나타낸다)를 결정하기 위한 트리거로서 SWR을 사용할 수 있다.

본 발명의 한 특징에 따라, 열 소자(60)의 수술 환경은 예를 들어 주기적으로 상승 전원의 펄스를 상기 열 소자로 보내고 사익 열 소자(60)의 동작 특성(가령 임피던스, SWR 등의 변화)에 대한 효과를, 존재할 경우, 모니터함에 의해 결정될 수 있다. 예를 들면, 상기 열 소자(60)가 조직에 잘 연결되면, 그러면 상기 열 소자(60)의 온도는 정상적으로 상승할 것이다(즉, 전류, 임피던스, SWR 등에서의 변화가 상대적으로 낮은 속도임). 그러나, 상기 열 소자(60)가 잘 연결되지 않으면(즉, 열 소자가 공중에 있으면), 그러면 전류, 임피던스, SWR 등의 변화 속도는 높을 것이고, 이는 상기 열 소자가 신속하게 가열되고 있음을 나타내는 것이다. 만약 전류, 임피던스, SWR 등에서의 변화 속도가 높은 것이 검출된다면,그러면 전원 제어 시스템이 상기 열 소자(60)로 전달된 전원의 양을 급격하게 제한하여 열 소자(60)의 과열 및/또는 몸체 또는 핸드피스(50)와 같은 열 소자(60)와의 열 전달관계에 있는 다른 위치에서의 과열을 막도록 한다.

과열을 막기 위해 상기 열 소자(60)로 전달된 전원의 양을 제한하는 것은 또한 상기 열 소자가 큰 온도 차이 및/또는 극도의 열 사이클링을 받게 되는 때 손상을 받을 수 있기 때문에 중요할 수 있다. 예를 들면, 열 소자가 큰 온도 차이를 받는다는 것은, 특히 공중에서 상기 열 소자를 가열하고 이를 매우 차가운 조직 또는 액체에 접촉하게 하는 때, 상기 열 소자를 만드는 재료가 깨지게 하는 원인이 될 수 있다. 따라서 상기 열 소자(60)로의 전원 전달을 제한하고 이에 의해 상기 열 소자가 도달하는 온도를 제한함에 의해, 가령 공중과 액체 사이에서 전이 변환이 있는 때 덜 깨지도록 할 수 있다.

이제 도 10에서, 본 발명의 원리에 따른 5-단계 상태 머신이 도시된다. 다음의 상태 머신에 대한 설명은 "카운트"를 사용하여 정해진 상태로 지속 되는 길이를 결정하도록 한다. 이들 카운트는 내부 SWR 미터로부터 새로운 샘플링이 있을 때마다 증가할 수 있다. 이들 샘플링은 예를 들면 매 4 밀리세컨드 마다 이용될 수 있다. 또한, 부하 상태(250)에 있는 동안, 유효한 전원 제어를 보장하기 위해, 소프트웨어가 주기적으로 내부 전원 판독을 시험할 수 있으며 이들 값을 상기 SWR 미터로부터 판독된 값들과 비교한다. 상당한 에러가 존재하면(가령, 약 5W 또는 지배 전원(commanded power)의 20% 이상의 차이) 전원 경보가 표시되고 RF가 불능이게 된다.

버튼을 누르거나 풋 패달 작동과 같이, RF가 처음 켜진 때, 이는 RF 온(On) 상태(210)로 본다. RF 온 상태(210)로의 엔트리는 제어 전원 목표를 요구된 출력 레벨로 세트 시킬 수 있다. 또한 상기 RF 온 상태(210) 동안, SWR 및 팁 전류의 피크 값들이 모니터될 수 있다. 이 같은 상태의 목적은 상기 팁(60) 전원에 대한 초기 상태를 결정하는 것이다. 일부 외과의사들은 공중에서 상기 팁(60)을 작동시키며, 다음에 조직을 터치하고, 다른 외과의사들은 조직을 먼저 터치하고, 다음에 팁(60)을 작동시킨다. 따라서, 온 상태(210)의 RF는 상기 팁(60)이 켜져서 조직과 접촉하는 때 전원이 완전히 공급될 수 있도록 하며, 그렇지 않으면 예를 들어 전류가 출력 전원을 제한하도록 하거나 상기 팁(60)이 짧은 시간 동안 RF 온 상태(210)로 유지되도록 함에 의해, 상기 팁(60)이 공중에 있다면 팁(60)이 과열되는 것을 막도록 할 수 있다.

상기 RF 온 상태(210)로부터, 상기 팁(60)이 일정한 측정된 파라미터에 따라 공중 상태(220) 또는 부하 상태(250)로 들어갈 수 있다. 예를 들면, 상기 팁(60)은 상기 피크 SWR 또는 팁 전류가 목표 전원 세팅에는 너무 높은 때 공중 상태(220)로 들어간다. 선택적으로 상기 피크 SWR이 예를 들면 125 카운트(가령 500 ms) 이후 목표 전원을 위한 범위에 있다면, 그러면 상기 팁은 부하 상태(250)로 들어간다. 팁이 본원 명세서에서 설명된 한 특정한 상태로 있는 어떠한 특정한 지속시간도 설명 목적으로 제공될 뿐이다. 따라서, 예를 들면, 본 발명의 한 특징에 따라 상기 팁(60)은 피크 SWR이 125 카운트 대신 250 카운트로부터의 범위에 있다면 공중 상태(210)로부터 부하 상태(250)로 들어갈 수 있다.

특히, 공중 상태(220)는 표시가 팁(60)이 부하에 있지 않음을 나타내는 때, 예를 들면 조직과 같은 충분한 가열 싱크와 접촉하고 있지 않음을 나타내는 때 입력될 수 있다. 공중 상태(220)로의 입력 시, 전원은 낮게 세트 되며(정해진 팁의 60개 파라미터에 의해 명시되는 바와 같이-가령 2 mm 절개용 루프의 경우 그리고 4 mm 절제용 루프의 경우 10W), 팁 가열을 최소로 한다. 상기 공중 상태(220)로부터 탈출은 두 주요한 방법 중 하나를 통하는 것인데, 낮은 SWR의 검출 또는 반영된 전원에서의 신속한 감소(이는 또한 SWR과 관련이 있기도 하며, 그러나 변화에 대한 더욱 동적인 표시기이다)이다. 상기 공중 상태(220)가 조기에 흥분되지 않도록(예를 들면 반영된 전원에서의 신속한 강하가 상기 출력 전원을 감소시키는 때에도 발생될 수 있다), 상기 소프트웨어가 먼저 상기 반영된 전원의 경사가 안정될 때까지 대기할 수 있다. 일단 안정이 되면, 상기 SWR 및 반영된 전원의 경사가 출구 조건을 위해(하기에서 상세히 설명된다) 모니터될 수 있다.

팁(60)이 공중 상태(220)(또는 낮은 전원 레벨)로 설치되는 것을 막기 위해, 상기 상태가 자동으로 주기적으로 공중 상태(220)로부터 사전-부하 상태(230)로 변경될 수 있다. 예를 들어, 상기 팁(60)이 1 초 이상 공중 상태(220)로 있다면, 상기 상태가 사전-부하 상태(230)로 변경되어(하기에서 더욱 상세히 설명한다) 더욱 활발하게 상기 팁(60)의 상태를 테스트하도록 한다. 상기 팁(60)을 사전-부하 상태(230)로 변경하게 되면 네트 전원을 크게 증가시키지 않아야 한다(예를 들면, 전원을 60W로 세트시키고 팁(60)을 공중에서만 동작하도록 하면, 이와 같은 활동적인 테스트 방법은 대략 18.75W의 모아진 전원을 전달한다).

상기 공중 상태(220)로부터 사전-부하 상태(230)로의 출구 조건(Exit conditions)은 가령 5 카운트(예를 들면 20 ms)동안 안정된 반영된 전원의 경사; 낮은 전원에서 제한 보다 적은 SWR; 신속하게 줄어드는 반영된 전원(예를 들면 경사 < -200); 또는 약 1 초 시간 경과를 포함할 수 있다.

사전 부하 상태(230)는 안정화 상태로서 설명되며, 부하 상태(250)로 사전-컨디션으로 입력된다. 상기 사전 부하 상태(230)로의 입력시에, 전원은 목표 값으로 세트되고 SWR이 모니터 된다. 상기 사전-부하 상태(230)에서의 전체 지속시간이 약 31 내지 62 카운트 사이이다. 처음 31 카운트(약 125 ms) 동안, 시스템이 SWR 제한과 관련없이 안정되며, 전원 제어가 안정인 동안 허용 가능한 범위 밖으로 신속한 전이 변환을 허용한다. 나머지 31 카운트 동안, 상기 SWR이 유효 여부에 대하여 모니터 된다. 따라서, 비록 팁(60)이 공중에 있어도, 약 125 ms동안 목표 전원으로 동작될 것이다(또한 전류가 제한될 것이다) .

또한, 상기 SWR이 초과 되는 때 상기 공중 상태(220)로 스위치 되지 않고, 알고리즘은 상기 사전-부하 상태(230)에 부하 상태(250)로 들어갈 의도가 입력되었으며, 대신에 이전 변환 상태(240)로 이동할 것을 가정한다.

상기 사전-부하 상태(230)에서, 상기 팁(60)은 상기 부하 상태(250)로 들어가거나 또는 상기 SWR이 약 62 카운트(약 250 ms) 동안의 범위에 있는 때 팁(60)이 부하 상태로 들어간다. 선택적으로, 상기 SWR이 약 31 카운트 후에 목표 전원 세팅 동안 상기 한계를 초과하면, 그러면 상기 팁은 전이 변환 상태(240)로 들어갈 수 있다. 특히 상기 전이 변환 상태(240)와 관련하여, 상기 전이 변환 상태(240)는 사전-부하 상태(230) 또는 부하 상태(250)로부터 입력될 수 있으며, 예를 들면 아직 부하 상태로 또는 공중 상태로 되돌아 가서, 팁(60)의 현재 상태를 결정하기 위한 중간 단계로서 사용될 수 있다. 상기 전이 변환 상태(240)로 들어가는 때, 상기 전원은 5 카운트 이상 동안 또는 상기 SWR이 목표 전원 SWR 한계 이하로 떨어질 때까지 가장 작은 레벨(가령, 5W)로 세트 될 수 있다.

따라서, 상기 전이 변환 상태(240)는 공중으로부터 사전-부하 상태(230)로의 변경과 유사하게 팁(60)으로 전달된 전원을 팁(60)으로 충분히 줄일 수 있으며, 상기 팁(60)의 현재 상태를 능동적으로 검사할 수 있다. 상기 SWR이 5 번의 연속된 시도에서 한계를 계속 초과하면, 상기 팁(60)은 공중에 있는 것으로 판단되며, 그와 같은 상태가 따라서 변경될 수 있으며, 그렇지 않다면, 이전의 상태(사전-부하(230) 또는 부하(250) 상태)가 리세트된다. 선택적으로, 상기 시도 카운트는 상기 부하 상태(250)로 1 초보다 많은 시간이 흘렀을 때 리세트될 수 있다. 이는 상기 전원 컨트롤 알고리즘이 이 같은 포인트에서 전원 안정성을 가질 수 있기 때문이다.

전이 변환 상태(240)로부터, 일정한 측정된 파라미터에 따라 팁(60)이 상기 사전-부하(230) 또는 공중 상태(220)로 들어갈 수 있다. 예를 들면, 팁(60)이 적어도 5 카운트(20 ms) 동안 전이 변경 상태(240)인 때 사전-부하 상태(230)로 들어갈 수 있으며 SWR이 상기 목표 전원 동안 한계 이하로 떨어진다. 전이 변경 상태(240)에서 예를 들어 5회 연속 시도 동안 1 초 이상 상기 부하 상태(250)에 있지 않다면, 상기 팁(60)이 선택적으로 상기 공중 상태(220)로 들어갈 수 있다.

상기 팁(60)은 전원이 안정되고 상기 SWR 한계 내에서 동작하는 때 상기 사전-부하 상태(230)로부터 상기 부하 상태(250)로 들어갈 수 있으며, 또는 상기 팁(60)의 현재 공중/부하 상태에 대한 결정이 있게 되는 때 상기 전이 변경 상태로부터 다시 들어가게된다. 예를 들면 SWR가 증가하는 시간이 목표 전원 레벨에 대한 한계를 지날 때까지 상기 팁(60)은 상기 부하 상태(250)로 남아 있는다. 특히 상기 부하 상태(250)로부터의 출구(Exit)는 SWR이 5회 연속 카운트(약 20 ms) 동안 상기 목표 전원 세팅에 대한 한계를 초과하는 때 발생 될 수 있다.

상기 컨트롤 알고리즘은 상기 팁(60)이 현재 (예를 들면 자유로운 공중, 조직, 등) 특정 상태에서 요구된 동작 범위 내에 유지되도록 전원을 동작시키도록 사용된다. 따라서, 특정 팁에 대하여, 상기 구성 파라미터는 조정 임피던스 또는 리액턴스 그리고 SWR 상수와 같은 동작 또는 컨트롤 파라미터뿐 아니라 온도 또는 전원 한계와 같은 동작 특성을 결정할 것이다. 설명한 바와 같이, 상기 팁 자체는 EEPROM과 같은 기억 저장 장치에 저장된 테이터를 가질 수 있으며 상기 팁이 수술 핸드피스로 연결되는 때 전원으로 그 같은 정보를 제공한다. 선택적으로, 상기 팁(60)은 저항값이 다른 팁 구성에 대하여 다르며 특정 팁 구성을 식별하는 저항기와 같은 식별 요소를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 전원은 상기 저항기 값을 감지하고 팁 구성이 그와 같은 고유한 저항값에 해당하는 테이블로부터 결정할 수 있다. 상기 전원 자체는 그곳에 저장된 팁의 각기 다른 타입에 대한 동작 파라미터를 가질 수 있으며, 어느 동작 파라미터가 상기 수술 핸드피스에 연결된 팁에 사용되어야 하는가를 결정한다. 상기 구성 파라미터는 전원과 분리된 컴퓨터 또는 장치와 같은 선택적인 위치에 저장될 수 있음을 이해할 것이다.

도 11에서, 도 11은 본 발명의 원리에 따라 전기 수술 도구의 팁으로 전달된 전원을 간헐적으로 증가시키기 위해, (140)으로 표시된 한 그룹의 시작/종료 지속 시간 세그먼트를 그래프로 도시한 도면이 도시된다. 낮은 온도에서 수술 기기를 동작시키는 때, 예를 들면 주변 조직으로 최소의 부수적인 열 손상을 주면서 조직을 응고시킬 것이 필요한 때, 상기 팁(60)의 부분이 조직에 달라붙을 수 있다. 이와 같은 환경에서, 한 전원 컨트롤 알고리즘(140)이 사용되어 팁(60)으로 전달된 전원을 간헐적으로 증가시키도록 하며, 따라서 처리되고 있는 조직에 상기 팁(60)이 달라붙는 것을 막도록 한다. 간헐적인 전원 서지(surge)는 강자성 층(65)의 온도를 잠깐 증가시킬 수 있으며, 이는 팁(60)이 조직에 달라붙는 것을 막을 수 있다. 예를 들면, 전원 컨트롤 알고리즘은 상기 열 수술 기기가 작동하지 않을 때까지, 5W 또는 그 이하를 약 90 ms 동안 상기 팁(60)으로 전달함을 포함하며, 상기 전원을 10 ms 동안 약 30W로 증가시킴을 포함한다. 상기 전달된 전원 그리고 이들 전달 지속 시간은 변할 수 있음을 이해할 것이다.

본 발명의 한 특징에 따라, 열 수술 기기는 선택적으로 제어되어, 수술 팁으로 전원 전달이 고정된 전원 인덱스에 따라 관리되는 모드로, 또는 수술 팁으로의 전원 전달이 반복적으로 실행되는 전원 프로파일에 따라 관리되는 모드로, 사용자가 수술 기기를 동작시킬 수 있도록 한다. 예를 들면 전원 전달 관리는 도 1에서 도시된 풋 패달(20)을 작동시킴에 의해 선택적으로 컨트롤 될 수 있다.

본 발명의 한 특징에 따라, 상기 시스템은 상기 팁이 작동되는 모드를 선택적으로 컨트롤 하도록 사용자에 의해 사용되는 적어도 두 개의 풋 페달(20)을 포함할 수 있다. 따라서, 예를 들어 사용자가 조직을 절개할 것을 원한다면, 사용자는 고정된 전원 인덱스(예를 들면 약 5W 내지 약 60W)에 따라 상기 팁으로 전원을 전달하기 위해 제1 풋 페달(20)을 작동시킬 수 있다. 선택적으로, 사용자가 조직을 응고시키길 원한다면, 사용자는 반복 실행되는 전원 프로파일에 따라 상기 팁으로 전원을 절달하기 위해 제2 풋 페달(20)을 작동시킬 수 있다.

이제 도 12에서, 본 발명의 전원 프로파일 제어 알고리즘을 도시하기 위한 흐름도를 도시한 도면이 도시된다. 간헐적인 전원 증가를 제공함에 의해 열 수술 기기의 수술 팁으로 전원 전달을 관리함에 추가하여, 상기 전원 프로파일 컨트롤 알고리즘(140)이 상기 설명된 것과 유사한 상태 머신을 사용하여 상기 팁으로의 전원 전달을 관리할 수 있기도 하다.

이제 도 13에서, 본 발명의 원리에 따라 열 수술 기기의 상태 관리의 한 예를 그래프로 도시한 도면이 도시된다.

도 14는 본 발명의 팁을 활성화함에 따른 도 13의 그래프 표시에 대한 확대도를 도시한 도면이다.

도 15는 팁이 부하(Load) 상태에서 공중(Air) 상태로 전환됨을 도시한 도 13의 그래프 표시에 대한 확대도를 도시한 도면이다.

이제 도 16에서, 열 스펙트럼이 도시된다. 조직이 조직 치료 기기 요소(전도체 상에 배치된 강자성체)에서의 각기 다른 온도에 따라 달리 반응하며 따라서 조직에 대한 각기 다른 치료가 각기 다른 온도 범위에서 발생 될 수 있다. 다음 온도는 유용한 것으로 발견되었다. 혈관 내피 접착은 섭씨 58 ~ 62도에 최적일 수 있다. 부착하지 않고 조직의 지혈은 섭씨 70 ~ 80도에서 달성될 수 있다.

높은 온도에서, 조직 절단 및 밀봉이 더 빨리 발생할 수 있지만, 응고가 수술 기기에서 발생 될 수 있다. 조직 절단은 가장자리에서 조직 부착이 일어나기 때문에 섭씨 200도에서 일부 드래그 되어 달성될 수 있다. 조직 열 치료 및 기화는 섭씨 400 ~ 500 범위에서 빠르게 발생할 수 있다. 특정 조직 치료가 조직 타입 및 환자 차이를 포함하는 불일치로 인해 다소 가변적이기는 하지만, 환자에게 주는 나쁜 영향의 위험을 최소로 하기 위해, 열 수술 기기로의 전원 전달 컨트롤이 바람직하다.

따라서 에너지 소스로부터 수술 기기로의 전원 전달을 컨트롤하기 위한 개선된 전기 수술 및/또는 열 수술 기기 및 시스템이 설명되었다. 청구범위를 벗어나지 않는 한도에서 다양한 변경이 가해질 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (26)

1. 몸체;
   상기 몸체에 배치되고 진동하는 전기 에너지를 수신하도록 구성된 열 소자(thermal element); 그리고
   상기 열 소자의 구성 파라미터와 관련된 정보를 저장하기 위한 정보 저장 장치를 포함하는 수술 기기.
2. 제1항 에 있어서, 상기 열 소자가 전도체의 적어도 일부를 커버하는 강자성체를 갖는 전도체를 포함하며, 강자성체가 가열되는 대 강자성체의 파쇄를 일으키지 않고 공기와 액체 사이에서 이동가능함을 특징으로 하는 수술 기기.
3. 제1항에 있엇, 상기 정보 저장 장치가 발진 전기 에너지를 전달하도록 구성된 전원과 통신하도록 배치되어서 상기 열 소자의 구성 파라미터와 관련된 정보가 접근될 수 있고 상기 발진 전기 에너지를 상기 열 소자로 전달을 제어하도록 사용될 수 있음을 특징으로 하는 수술 기기.
4. 제3항에 있어서, 상기 정보 저장 장치가 EEPROM임을 특징으로 하는 수술 기기.
5. 제3항에 있어서, 상기 열 소자가 상기 전원에 연결되며, 상기 전원이 상기 정보 저장 멤버 내에 저장된 구성 파라미터에 따라 상기 열 소자로 발진 전기 에너지를 전달하도록 구성됨을 특징으로 하는 수술 기기.
6. 제2항에 있어서, 상기 몸체가 핸드피스임을 특징으로 하는 수술 기기.
7. 제6항에 있어서, 상기 핸드피스가 열 소자를 탈착 가능하게 수용하도록 구성됨을 특징으로 하는 수술 기기.
8. 제2항에 있어서, 상기 몸체가 그 위에 배치된 열 소자를 갖는 절단 및 밀봉 도구임을 특징으로 하는 수술 기기.
9. 제1항에 있어서, 상기 열 소자가 고체 강자성 열 소자를 포함함을 특징으로 하는 수술 기기.
10. 제1항에 있어서, 상기 요소가 절연 전도체 상에 배치된 강자성 슬리브를 포함함을 특징으로 하는 수술 기기.
11. 몸체; 그리고
    상기 몸체에 배치되고 진동하는 전기 에너지를 수용하고 진동하는 전기 에너지 수용에 응답하여 가열하도록 구성된 열 소자로서, 상기 열 소자의 온도 변화에 응답하여 변경되는 임피던스를 갖는 열 소자(thermal element); 그리고
    상기 열적으로 활성인 요소의 임피던스 변화를 감지하고 상기 열적으로 활성인 요소에 의해 수신된 진동하는 전기 에너지를 조정하기 위한 신호를 발생시키도록 구성된 상기 열적으로 활성인 요소와 통신하도록 배치된 회로를 포함하는 열에 의한 수술 기기 시스템.
12. 제11항에 있어서, 연속적으로 상기 회로도부터의 신호를 수신하기 위해 마이크로프로세서를 더욱 포함함을 특징으로 하는 수술 기기 시스템.
13. 제12항에 있어서, 상기 신호에 응답하여 열적으로 활성인 요소로 바람직한 전원을 일관되게 제공하도록 구성된 전원 제어 알고리즘을 갖는 전원 제어 시스템을 더욱 포함함을 특징으로 하는 수술 기기 시스템.
14. 제13항에 있어서, 상기 열 소자가 퀴리 온도를 가지며, 전원 제어 시스템이 전원제어 알고리즘을 사용하여 상기 수술 기기의 열 소자가 퀴리 온도를 초과하지 않도록 구성됨을 특징으로 하는 수술 기기 시스템.
15. 제13항에 있어서, 상기 전원 제어 시스템이 전원 제어 알고리즘을 사용하도록 구성되어 요구된 위치 이외의 위치에서 수술 기기의 과열을 막도록 함을 특징으로 하는 수술 기기 시스템.
16. 제13항에 있어서, 상기 전원 제어 시스템이 전원 제어 알고리즘을 사용하도록 구성되어 열 소자의 열을 섭씨 플러스/마이너스 30도 범위 내 특정 온도로 제어하도록 함을 특징으로 하는 수술 기기 시스템.
17. 몸체;
    상기 몸체로 부착할 수 있으며 진동하는 전기 에너지를 수용하도록 구성된 열 소자;
    상기 열 소자의 한 구성 파라미터와 관련된 정보를 저장하기 위한 정보 저장 장치; 그리고
    상기 열 소자의 동작 특성을 감지하기 위해 열 소자와 통신하도록 배치된 감지 회로; 그리고
    상기 열 소자에 의해 수신된 진동하는 전기 에너지로 조정하기 위한 전원 제어 시스템을 포함하며,
    상기 전원 제어 시스템이 열적으로 활성인 소자의 구성 파라미터 그리고 상기 열 소자의 감지된 동작 특성과 관련된 정보를 사용하여 상기 열 소자의 온도를 조정하도록 구성됨을 특징으로 하는 열 수술 기기 시스템.
18. 제17항에 있어서, 상기 전원 제어 시스템이 제어 루프 피드백 메커니즘을 포함함을 특징으로 하는 열 수술 기기 시스템.
19. 제18항에 있어서, 상기 제어 루프 피드백 메커니즘이 PID 제어기임을 특징으로 하는 열 수술 기기 시스템.
20. 제18항에 있어서, 상기 제어 루프 피드백 메커니즘이 케시케이드 PID 제어기임을 특징으로 하는 열 수술 기기 시스템.
21. 제17항에 있어서, 상기 전원 제어 시스템이 가변 스테이지 상태 머신을 실시하는 소프트웨어를 사용하여 상기 열 소자의 온도를 조정하도록 함을 특징으로 하는 열 수술 기기 시스템.
22. 열 소자로 진동하는 전기 에너지를 전달하고;
    상기 열 소자와 관련된 동작 특성을 감지하며; 그리고
    상기 열 소자의 감지된 동작 특성에 응답하여 발진하는 전기 에너지의 전달을 조정하도록 함을 포함하는 열 절단 또는 응고(coagulating) 기기를 제어하는 방법.
23. 제22항에 있어서, 상기 열 소자와 관련된 동작 특성이 적어도 하나의 임피던스, 전류 그리고 정상파 비를 포함함을 특징으로 하는 방법.
24. 제22항에 있어서, 상기 감지된 동작 특성이 열 소자의 임피던스이며 상기 방법이 상기 열 소자의 온도를 제어하기 위해 감지된 임피던스에 응답하여 진동하는 전기 에너지의 전달을 조정함을 포함함을 특징으로 하는 방법.
25. 제22항에 있어서, 증가된 전원의 펄스를 상기 열 소자로 보내고, 상기 열 소자의 동작 특성에 대한 상기 증가된 전원의 펄스 영향을 모니터함을 더욱 포함함을 특징으로 하는 방법.
26. 제22항에 있어서, 상기 열 소자의 온도를 주기적으로 증가시키기 위해, 상기 열 소자로 전달된 전원을 간헐적으로 증가시키는 단계를 더욱 포함함을 특징으로 하는 방법.
    

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