KR20220013376A - 전기 수술 환자 패드 모니터 - Google Patents

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KR20220013376A
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알베르토 아빌라
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Abstract

전기 수술 시스템은 동작 신호를 출력하도록 구성된 제1 발생기를 포함한다.시스템은 또한 동작 신호를 위한 경로를 포함하며, 이 경로는 활성 전극 및 환자 패드를 포함한다. 시스템은 또한 환자 패드의 복소 임피던스를 측정하도록 구성된 회로를 포함한다. 회로는 측정 신호를 출력하도록 구성된 제2 발생기를 포함한다. 시스템은 또한 변압기, 변류기 및 복수의 필터를 포함한다.

Description

전기 수술 환자 패드 모니터
본 설명은 광범위한 외과 분야에 걸쳐 사용되는 전기 수술 시스템에 관한 것이다.
전기 수술에서, 고주파(예를 들어, 무선 주파수) 교번 극성의 전류가 생체 조직을 절단, 응고, 건조 또는 전광 파괴 등의 목적으로 생체 조직에 인가된다. 전기 수술 시스템에서, 전류는 고주파(high frequency; HF) 발생기에 의해 발생되고, 1개의(단극) 전극 또는 2개의(쌍극) 전극이 있는 기구에 연결된다. 단극 기구가 포함된 구성에서, 기구의 활성 전극이 외과 수술을 위해 활성화되고, 환자 신체의 다른 위치에 있는 분산 전극이 전류를 분산시켜 기본 조직의 열 손상을 방지한다. HF 발생기에 의해 발생된 잠재적으로 위험한 수준의 전류로 인해, 전기 수술 시스템의 분산 전극(예를 들어, 환자 패드)과 관련된 구성 요소의 임피던스와 같은 전기 수술 시스템의 전기적 특성이 모니터링된다.
설명된 시스템 및 기술은 광범위한 저항(예를 들어, 0Ω - 1,000Ω 또는 0Ω - 10,000Ω)에 대해 환자 패드의 임피던스와 같은 전기 수술 시스템의 전기적 특성에 대한 정확하고 신뢰할 수 있는 측정을 제공함으로써 전기 수술 시스템의 안전성을 향상시킬 수 있다. 또한, 설명된 시스템 및 기술은 모니터링 신호와 전기 수술 시스템의 HF 발생기에 의해 발생된 신호 간의 간섭으로 인한 비트 주파수의 존재를 제한할 수 있다. 예를 들어, 환자 패드의 임피던스를 측정함으로써, 외과 의사 또는 실험실 기술자는 환자와 전기 수술 시스템의 분산 전극 사이에 일관되고 직접적인 연결이 유지되도록 하여 열 손상의 위험을 줄일 수 있다.
일 양태에서, 전기 수술 시스템은 동작 신호를 출력하도록 구성된 제1 발생기를 포함한다. 시스템은 또한 동작 신호를 위한 경로를 포함하며, 이 경로는 활성 전극 및 환자 패드를 포함한다. 시스템은 또한 환자 패드의 복소 임피던스를 측정하도록 구성된 회로를 포함한다. 회로는 측정 신호를 출력하도록 구성된 제2 발생기를 포함한다. 시스템은 또한 변압기, 변류기 및 복수의 필터를 포함한다.
구현은 다음 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 변압기는 공진 변압기일 수 있다. 변압기는 1개의 1차측 및 2개의 2차측 또는 단일의 중간 탭 2차측을 갖는다. 변압기는 3 내지 40 범위의 Q 인자를 가질 수 있다. 변류기는 2개의 1차측 및 1개의 2차측을 가질 수 있다. 변류기의 2차측은 변류기의 제1의 1차측에 대응하는 제1 전류와 변류기의 제2의 1차측에 대응하는 제2 전류의 합을 측정하도록 구성될 수 있다. 복소 임피던스는 부하에 의해 제공될 수 있으며, 그 범위는 0 내지 10,000Ω이다. 측정 신호의 주파수는 고정될 수 있다. 측정 신호의 주파수는 동작 신호와의 간섭으로 인한 비트 주파수를 방지하도록 선택될 수 있다. 측정 신호의 주파수는 136kHz 내지 138kHz 범위 내에 있도록 선택될 수 있다. 동작 신호는 494kHz 내지 496kHz 범위 내의 주파수를 가질 수 있다. 회로는 (i) 변압기와 관련된 복소 여자 전압을 측정하도록 구성된 전압 채널, 및 (ii) 변류기와 관련된 복소 유도 전류를 측정하도록 구성된 전류 채널을 포함할 수 있다. 복소 임피던스는 복소 여자 전압을 복소 유도 전류로 나누어 계산할 수 있다.
다른 양태에서, 환자 패드의 복소 임피던스를 모니터링하기 위한 방법은 전기 수술 시스템의 제1 발생기에 의해 동작 신호를 발생시키는 단계를 포함한다. 동작 신호는 활성 전극 및 환자 패드를 포함하는 경로를 따라 이동하도록 구성된다. 방법은 또한 제2 발생기에 의해 측정 신호를 발생시키는 단계를 포함한다. 제2 발생기는 변압기, 변류기, 및 복수의 필터를 더 포함하는 회로의 일부이다. 방법은 또한 변압기와 관련된 전압 채널에 의해 복소 여자 전압을 측정하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 변류기와 관련된 전류 채널에 의해 복소 유도 전류를 측정하는 단계, 및 복소 임피던스 값을 계산하기 위해 복소 여자 전압을 복소 유도 전류로 나누는 단계를 포함한다.
구현은 다음 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 방법은 복소 임피던스 값을 임계 저항 값과 비교하는 단계를 더 포함할 수 있다. 변압기는 공진 변압기일 수 있다. 변압기는 1개의 1차측 및 2개의 2차측 또는 단일의 중간 탭 2차측을 가질 수 있다. 변압기는 3 내지 40 범위의 Q 인자를 가질 수 있다. 변류기는 2개의 1차측 및 1개의 2차측을 가질 수 있다. 변류기의 2차측은 변류기의 제1의 1차측에 대응하는 제1 전류와 변류기의 제2의 1차측에 대응하는 제2 전류의 합을 측정하도록 구성될 수 있다. 복소 임피던스는 부하에 의해 제공될 수 있으며, 그 범위는 0 내지 10,000Ω이다. 측정 신호의 주파수는 고정될 수 있다. 측정 신호의 주파수는 동작 신호와의 간섭으로 인한 비트 주파수를 방지하도록 선택될 수 있다. 측정 신호의 주파수는 136kHz 내지 138kHz 범위 내에 있도록 선택될 수 있다. 동작 신호는 494kHz 내지 496kHz 범위 내의 주파수를 가질 수 있다. 전압 채널은 제1 세트의 대역 통과 필터, 제1 동기식 복조기, 및 제1 세트의 저역 통과 필터를 포함할 수 있다. 전류 채널은 제2 세트의 대역 통과 필터, 제2 동기식 복조기, 및 제2 세트의 저역 통과 필터를 포함할 수 있다. 제1 동기식 복조기는 제1 기준 신호 및 제2 기준 신호를 순차적으로 수신하도록 구성될 수 있고, 제1 기준 신호가 수신될 때 제1 동기식 복조기가 겪는 위상차에 대해 제2 기준 신호가 수신될 때 제1 동기식 복조기가 90도 위상차를 겪을 수 있다. 자체 교정을 위해 개방 회로, 고정 저항 및 단락 회로 조건을 사용할 수 있다.
이들 및 다른 양태, 특징 및 다양한 조합은 방법, 장치, 시스템, 기능을 수행하기 위한 수단, 프로그램 제품 등으로 표현될 수 있다.
다른 특징 및 장점이 상세한 설명 및 청구범위로부터 명백해질 것이다.
도 1a는 전기 수술 시스템의 예시이다.
도 1b는 전기 수술 시스템의 분리 가능한 구성 요소의 예시이다.
도 2는 전기 수술 시스템의 기능 블록도이다.
도 3은 전기 수술 환자 패드 모니터링 회로의 회로도이다.
도 4는 감소된 구성 요소 세트를 갖는 전기 수술 환자 패드 모니터링 회로의 회로도이다.
도 5는 전기 수술 시스템에 대한 복소 임피던스 측정 프로세스의 흐름도이다.
도 6은 본 명세서에 설명된 기술과 함께 사용될 수 있는 컴퓨터 디바이스 및 모바일 컴퓨터 디바이스의 예를 도시한다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 전기 수술 시스템(100)은 고주파(예를 들어, 무선 주파수) 전류가 발생되어 생체 조직을 절단, 응고, 건조, 전광 파괴하는 등의 다양한 외과 수술에 사용될 수 있다. 전기 수술 시스템(100)은 고주파(HF) 발생기(102), 수술 기구(114), 및 환자 패드(118)를 포함할 수 있다. 수술 기구(114) 및 환자 패드(118)는 HF 발생기(102)에 전기적으로 연결되도록 포트 인터페이스(112)에서 HF 발생기(102)에 플러그될 수 있다. 일부 경우에, 수술 기구(114)는 HF 발생기(102)로부터 활성 출력을 수신하는 단극 기구이며, 수술 기구의 팁은 전기 수술 시스템(100)의 활성 전극의 역할을 한다. 단극 기구가 사용되는 경우에, 환자 패드(118)는 전기 수술 시스템(100)의 분산 전극(접지 패드 또는 회귀 전극으로도 지칭됨)의 역할을 할 수 있다. 일부 경우에, 환자 패드(118)는 금속판 또는 가요성 금속화 플라스틱 패드를 포함한다. 일부 경우에, 환자 패드(118)는 2개 이상의 금속판 및/또는 가요성 금속화 플라스틱 패드를 포함하는 "분할 패드" 구성을 가질 수 있다.
전기 수술 시스템(100)을 사용하는 외과 수술 동안, 수술 기구(114)는 수술 부위에서 환자의 생체 조직과 접촉하기 위해 조작자(예를 들어, 외과 의사)에 의해 사용되는 반면, 환자 패드(118)는 수술 부위와 분리된 부위에서 환자와 직접 접촉한 상태로 유지된다. HF 발생기(102)는 환자의 신체를 통해 이동하면서 수술 기구(114)와 환자 패드(118) 사이에서 진동하는 고주파(예를 들어, 400kHz 내지 600kHz) 교류 극성 전류를 발생시킨다. 환자 패드(118)는 전류를 분산시켜 환자의 열 손상을 방지한다.
HF 발생기(102)는 다음 특징 중 하나 이상을 가질 수 있다. 일부 경우에, HF 발생기(102)는 HF 발생기에 의해 발생된 출력을 제어하기 위한 제어 인터페이스(110)를 포함한다. 예를 들어, 제어 인터페이스(110)는 발생된 전력의 레벨을 조작자에게 보여주는 디스플레이를 포함할 수 있다. 제어 인터페이스(110)는 또한 HF 발생기(102)의 전력 출력을 높이거나 낮추기 위한 버튼을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 제어 인터페이스(110)는 생체 조직을 절단하거나 응고시키는 것과 같은 특정 수술을 위해 미리 결정된 출력에 대응하는 버튼을 가질 수 있다.
HF 발생기(102)는 또한 조작자에게 정보를 제공하기 위한 디스플레이 인터페이스(108)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 인터페이스(108)는 환자 패드(118)가 헐거워지거나 연결이 끊길 때, 전류 누출이 있을 때, 전기 수술 시스템(100)이 준비될 때, 전류가 발생될 때 등을 조작자에게 알리기 위해 점등되는 LED 표시기를 포함할 수 있다.
HF 발생기(102)는 발 스위치 포트(120)를 더 포함할 수 있으며, 이를 통해 발 스위치가 HF 발생기(102)에 연결되어 조작자 손이 사용 중인 경우 발로 HF 발생기(102)의 출력을 제어하게 할 수 있다.
HF 발생기(102), 수술 기구(114), 및 환자 패드(118)에 추가하여, 전기 수술 시스템(100)은 다음 구성 요소 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 전기 수술 시스템(100)은 HF 발생기(102)를 지지할 수 있고 수술실 주변에서 전기 수술 시스템(100)의 안전하고 쉬운 이동을 용이하게 하도록 구성될 수 있는 스탠드(104)를 포함할 수 있다. 전기 수술 시스템(100)은 또한 부산물을 진공화하고 수술 부위에서 냄새를 제거하도록 구성된 연기 흡입기(106)를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 연기 흡입기(106)는 수술 부위로부터 분리될 수 있는 스탠드(104)에 부착되거나 위치될 수 있다. 이러한 경우, 연기 흡입기 튜빙(116)이 멀리 위치한 연기 흡입기(106)에 대한 연결을 제공하면서 수술 부위에서 흡입을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 전기 수술 시스템(100)은 복수의 기능적 서브시스템을 포함할 수 있다. 이들 서브시스템은 무엇보다도 발생기 서브시스템(202), 수술 서브시스템(204), 연기 흡입 서브시스템(206), 및 접촉 품질 모니터링 서브시스템(208)을 포함할 수 있다.
전기 수술 시스템(100)의 발생기 서브시스템(202)은 HF 발생기(102)를 포함하고 생체 조직의 절단, 응고, 건조 또는 전광 파괴 등에 사용되는 전류를 발생시키는 역할을 한다.
전기 수술 시스템(100)의 수술 서브시스템(204)은 수술 절차 전반에 걸쳐 조작자를 위한 제어부뿐만 아니라 환자와의 직접적인 접촉을 제공한다. 전기 수술 시스템(100)의 수술 서브시스템(204)은 수술 기구(114), 환자 패드(118), 및 HF 발생기(102)의 제어 인터페이스(110)를 포함한다.
전기 수술 시스템의 연기 흡입 서브시스템(206)은 부산물을 진공화하고 냄새를 제거하기 위해 수술 부위에서 흡입을 제공한다. 연기 흡입 서브시스템은 연기 흡입기(106) 및 연기 흡입기 튜빙(116)을 포함한다.
접촉 품질 모니터링 서브시스템(208)은 환자와 환자 패드 사이에 일관되고 직접적인 접촉이 이루어지도록 보장하고 접촉이 이루어지지 않을 때 조작자에게 알린다. 발생기 서브시스템에서 발생되고 환자를 통과하는 잠재적으로 위험한 수준의 전류로 인해, 환자의 열 손상을 방지하기 위해 이 접촉을 모니터링해야 한다. 접촉 품질 모니터링 서브시스템(208)은 HF 발생기(102) 내의 회로에 의해 물리적으로 구현될 수 있으며, 이는 본 명세서에서 더 상세히 설명된다.
도 3은 환자와 환자 패드(118) 사이의 접촉 품질을 모니터링하는 데 사용되는 환자 패드 모니터링 회로(300)의 일 배열을 나타낸다. 모니터링 회로(300)는 측정 신호를 발생시키는 구형파 발생기(302)를 포함한다. 측정 신호는 본 명세서에서 변압기(304)로 지칭되는 공진 변압기를 통해 환자 패드(예를 들어, 도 1에 도시된 환자 패드(118))의 분할 절반부(306A, 306B)에 전압을 인가한다. 변압기(304)는 1개의 1차 권선과 2개의 2차 권선을 갖지만, 다른 설계가 사용될 수 있다. 예를 들어, 전압 변압기(304)는 단일의 중간 탭 2차 권선 또는 다른 유형의 변압기 설계를 포함할 수 있다. 여자 전압을 나타내는 신호는 변압기(304)의 1차측에서 수집되고 전압 채널(312)을 통과하며, 전압 채널은 신호를 필터링하고 신호와 관련된 복소 전압을 계산한다.
전압 채널(312)은 6극 대역 통과 필터(3 x 2극 필터)(318)를 포함하며, 이는 측정 신호의 주파수에서 전압을 증폭하는 동시에 다른 주파수(예를 들어, 고조파)에서 신호를 필터링하고 HF 발생기(102)의 HF 신호(308)로부터의 간섭을 감소시킬 수 있다. 대안적으로, 대역 통과 필터(318)는 다른 유형의 필터, 예를 들어, 4극 대역 통과 필터를 위한 2 x 2극 필터를 사용하여 구현될 수 있다. 대역 통과 필터(318)에 이어, 결과 신호는 한 쌍의 동기식 복조기(320A, 320B)에 공급되고, 이들 각각은 AC 전압을 DC 전압으로 변환한다. 2개의 동기식 복조기는 2상 발생기(324)에 의해 발생된 상이한 기준 신호를 수신하고, 기준 신호의 위상은 90도 다르므로, 여자 전압의 실수 성분 및 허수 성분을 독립적으로 측정할 수 있다. 복조기(320A, 320B)의 동기식 특성은 또한 대부분의 HF 신호(308)를 거부하면서 측정 신호의 주파수를 측정할 수 있도록 한다. 한 쌍의 동기식 복조기(320A, 320B) 다음에는 각각 4극 저역 통과 필터(2 x 2극 필터)(322A, 322B)가 뒤따르며, 이는 복조기(320A, 320B)에 의해 발생된 리플뿐만 아니라 측정 신호와 HF 신호(308) 사이의 간섭에 의해 발생된 비트 주파수에 의해 생성된 리플을 감소시킨다. 전압 채널(312)의 출력은 복소 전압의 실수(REALV 326) 성분 및 허수(IMAGV 328) 성분을 나타낸다.
변압기(304)의 2차측에서, 측정 신호는 공진 회로와 제2 변압기(본 명세서에서 변류기(310)라고 함)를 통해 이동하며, 변류기는 변압기(304)에 의해 부하에 유도된 전류의 측정을 가능하게 한다. 변류기는 2개의 1차 권선과 1개의 2차 권선을 갖는다. 각각의 1차측은 환자 패드(118)의 분할 절반부(306A, 306B) 중 하나와 연관되고, 변류기(310)의 2차측에서는 부하 저항기(314)가 변류기(310)의 2차측과 병렬로 연결된다. 부하 저항기(314) 양단에 걸쳐 발생된 전압은 변류기(310)의 2개의 1차측 전류의 합에 비례한다. 이 구성은 환자 패드의 접촉 품질에 대한 고해상도 세부 정보를 제공한다. 예를 들어, 회로는 환자와 회귀 전극 사이의 전류 경로에 관계없이 접촉 품질을 측정할 수 있다. 부하 저항기(314) 양단의 전압을 나타내는 신호가 수집되고 전류 채널(316)을 통과하며, 전류 채널은 신호를 필터링하고 신호와 관련된 복소 전류를 계산한다.
전압 채널(312)과 유사하게, 전류 채널(316)은 6극 대역 통과 필터(3 x 2극 필터)(330)를 포함하며, 이는 측정 신호의 주파수에서 부하 저항기(314) 양단의 전압을 증폭하는 동시에 다른 주파수(예를 들어, 고조파)에서 신호를 필터링하고 HF 발생기(102)의 HF 신호(308)에 의해 야기되는 간섭을 감소시킨다. 대안적으로, 대역 통과 필터(330)는 하나 이상의 다른 필터(예를 들어, 4극 대역 통과 필터를 위한 2 x 2극 필터)를 사용하여 구현될 수 있다. 대역 통과 필터(330)에 이어, 결과 신호는 한 쌍의 동기식 복조기(332A, 332B)에 의해 수신되고, 이들 각각은 AC 전압을 DC 전압으로 변환한다. 2개의 동기식 복조기(332A, 332B)에는 2상 발생기(324)에 의해 발생된 상이한 기준 신호가 공급되고, 기준 신호의 위상은 90도 다르므로, 전류의 실수 성분 및 허수 성분을 독립적으로 측정할 수 있다. 일부 경우에, 전류 채널(316)에서 동기식 복조기(332A, 332B)에 의해 수신된 기준 신호는 전압 채널(312)에서 동기식 복조기(320A, 320B)에 의해 수신된 기준 신호와 동일하다. 복조기(332A, 332B)의 동기식 특성은 또한 HF 신호(308)의 실직적인 간섭 없이 측정 신호의 주파수를 측정할 수 있도록 한다. 한 쌍의 동기식 복조기(332A, 332B) 다음에는 각각 4극 저역 통과 필터(2 x 2극 필터)(334A, 334B)가 뒤따르며, 이는 복조기(332A, 332B)에 의해 발생된 리플뿐만 아니라 측정 신호와 HF 신호(308) 사이의 간섭에 의해 발생된 비트 주파수에 의해 생성된 리플을 감소시킨다. 전류 채널(316)의 출력은 복소 전류의 실수(REALI 336) 및 허수(IMAGI 338) 성분을 포함한다.
환자 패드(118)의 임피던스는 전압 채널(312) 및 전류 채널(316)의 출력으로부터 계산될 수 있다. 임피던스의 계산은 HF 발생기(102)에 포함될 수 있는 마이크로컨트롤러와 같은 컴퓨팅 디바이스에 의해 수행될 수 있다. 일부 경우에, 컴퓨팅 디바이스는 외부 디바이스일 수 있다. 임피던스를 계산하기 위해, 복소 전압은 다음과 같이 복소 전류로 나누어진다.
전압 = REALV + i * IMAGV (1)
전류 = REALI + i * IMAGI (2)
임피던스 = 전압/전류 (3)
복소 임피던스의 실수부는 측정된 저항을 나타내고, 복소 임피던스의 허수부는 용량성 또는 유도성 리액턴스를 나타낸다.
일부 배열에서, 환자 패드 모니터링 회로(300)의 성능은 회로 구성 요소의 불완전성을 교정하기 위해 디지털 전위차계(digital potentiometer; DPOT)를 사용함으로써 개선될 수 있다. 예를 들어, 제2 측정 세트가 컴퓨팅 디바이스의 이점 없이 수행될 수 있다. 보조 회로(340A, 340B)에서, 출력 신호(REALI 336 및 REALV 326)가 비교기에 제공되고, 각 전압의 일부는 서로 비교되며, 그 비율은 DPOT에 의해 조정될 수 있다. 이 예에서, 보조 회로(340A)는 저항이 135Ω을 초과할 때를 검출하고, 보조 회로(340B)는 저항이 5Ω 미만일 때를 검출한다.
환자 패드(118)의 측정된 저항이 허용 가능한 범위(예를 들어, 5Ω 내지 135Ω) 밖에 있는 경우, 전기 수술 시스템(100)의 접촉 품질 모니터링 서브시스템(208)은 환자가 환자 패드와 직접 및/또는 일관된 접촉을 이루고 있지 않다는 것을 조작자에게 알릴 수 있다. 예를 들어, HF 발생기(102)의 디스플레이 인터페이스(108) 상의 LED 표시기는 환자 패드가 헐거워졌음을 나타내기 위해 켜질 수 있다. 0Ω 내지 5Ω 범위 내의 저항이 단일 패드에 대해 측정될 수 있고, 5Ω 내지 135Ω의 측정은 분할 패드 설계에 대한 합리적인 판독값으로 간주될 수 있다. 135Ω를 초과하는 측정값은 잘못된 연결을 나타내는 것으로 간주될 수 있다. 시각적 표시 외에도, 알람과 같은 오디오 표시가 발생될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 환자 패드(118)의 측정된 저항이 허용 가능한 범위 밖에 있다는 것을 식별하는 것에 응답하여, 접촉 품질 모니터링 서브시스템(208)은 전기 수술 시스템(100)의 발생기 서브시스템(202)을 디스에이블하여 HF 발생기가 잠재적으로 위험한 전류를 발생시킬 수 없도록 할 수 있다.
도 4는 감소된 구성 요소 세트를 갖는 환자 패드 모니터링 회로(400)의 다른 구현을 나타낸다. 도 3의 환자 패드 모니터링 회로(300)가 실수부 및 허수부 측정을 동시에 수행하는 반면, 도 4에 제시된 회로(400)는 이러한 측정을 순서대로 수행한다. 이 구현에서, 환자 패드 모니터링 회로(400)는 2개의 단상 발생기(424, 402)를 포함한다. 이들 2개의 발생기(424, 402) 간의 위상차는 계산 디바이스(예를 들어, 마이크로컨트롤러)에 의해 프로그래밍될 수 있다. 2개의 발생기(424, 402) 간의 위상차는 90도로 제한되지 않고, 고해상도로 설정될 수 있다. 도 3(도 4도 함께)을 간략하게 참조하면, 2상 발생기(324)가 위상이 90도 다른 2개의 기준파를 동시에 출력하는 반면, 단상 발생기(424)는 출력의 위상을 순차적으로 변경한다. 이러한 배열에서, 전압 채널(412)은 단 하나의 동기식 복조기(420)와 하나의 4극 저역 통과 필터(422)를 필요로 한다. 유사하게, 전류 채널(416)은 단 하나의 동기식 복조기(432)와 하나의 4극 저역 통과 필터(434)를 필요로 한다. 일 구현에서, 동기식 복조기(420, 432) 각각은 각 신호가 양의 극성 및 음의 극성(즉, 위상이 180도 다름)에서 사용 가능하도록 반전 증폭기를 포함하고 측정 신호의 주파수와 동일한 주파수에서 단상 발생기(424)에 의해 출력된 기준 신호에 의해 교번하여 스위칭된다. 전압 채널(312) 및 전류 채널(316) 각각에 대한 제2 동기식 복조기 및 저역 통과 필터의 필요성을 제거함으로써, 환자 패드 모니터링 회로(400)는 더 적은 수의 구성 요소를 사용하여 실면적 요구, 전력 소비, 비용 등을 감소시킨다.
환자 패드 모니터링 회로(300) 및 환자 패드 모니터링 회로(400) 모두는 환자 패드(118)의 정확하고 신뢰할 수 있는 임피던스 측정을 가능하게 한다. 예를 들어, 두 모니터링 회로(300, 400)는 변압기(304, 404) 및 변류기(310, 410)에 존재할 수 있는 병렬 저항에 대해 강건하다. 변압기(304, 404)의 병렬 저항이 여자 전압의 레벨에 영향을 미칠 수 있지만, 변압기(304, 404)의 1차측 양단의 결과 전압을 측정하면 모니터링 회로(300, 400)는 해당 효과를 설명할 수 있다. 유사하게, 병렬 저항이 변류기(310, 410)에 존재할 수 있지만, 변류기(310, 410)의 부하 저항기(314, 414) 양단의 결과 전압을 측정하면 모니터링 회로(300, 400)는 그 효과를 설명할 수 있다.
또한, 환자 패드 모니터링 회로(300) 및 환자 패드 모니터링 회로(400)의 구성은 변압기(304, 404)의 공진을 보장하면서 HF 발생기(102)에 의해 발생된 HF 신호(308, 408)와 측정 신호 사이의 원하지 않는 간섭을 방지하는 기술을 가능하게 한다. 일 예에서, 전기 수술 시스템(100)의 HF 발생기(102)는 495kHz, 최대 약 4000V 및 최대 1.5A-2A에서 작동한다. 이것은 측정 신호의 주파수에 따라 측정 신호와 상당한 양의 간섭을 발생시킬 수 있다. 따라서, 측정 신호의 주파수를 조정할 필요 없이 HF 신호(308, 408)와의 간섭을 제한하는 측정 신호의 주파수를 선택하는 것이 바람직하다. 일부 경우에, 전기 수술 시스템(100)의 응고 신호는 495kHz에서 2 사이클 및 제로 주파수의 30 사이클을 포함하는 고전압, 짧은 듀티 사이클 신호이다. 결과적으로, 측파대는 고조파로 인해 ~15.5kHz(495kHz/32사이클)마다 나타난다. 따라서, 이 예에서, 측정 신호의 주파수는 그 배수(즉, 고조파)가 495kHz 주변에서 15kHz 고조파와 비트 주파수를 생성하지 않도록 선택해야 한다. 이 요구 사항을 충족하는 측정 신호의 예시적인 주파수는 137kHz이지만, 다른 주파수도 선택될 수 있다.
측정 신호의 주파수가 선택되면, 변압기(304, 404)의 공진을 위한 올바른 주파수인지 확인하는 것이 여전히 중요하다. 측정 주파수가 이미 선택되고 고정되어 있기 때문에, 환자 패드 모니터링 회로(300, 400)는 낮은 Q 인자(예를 들어, 3 내지 40)를 갖도록 설계될 수 있으므로, 넓은 공진을 허용하고 변압기 공진이 달성되도록 보장한다. 또한, 위상 편이 문제를 해결하기 위해, 전압 채널(312, 412) 및 전류 채널(316, 416)에 의해 계산된 허수 성분이 모두 0이 되도록 2상 발생기(324) 또는 단상 발생기(424)를 조정할 수 있다.
도 5는 환자 패드의 복소 임피던스를 모니터링하기 위한 동작을 나타내는 흐름도(500)이다. 동작은 전기 수술 시스템의 제1 발생기에 의해 동작 신호를 발생시키는 단계(502)를 포함하며, 동작 신호는 활성 전극 및 환자 패드를 포함하는 경로를 따라 이동하도록 구성된다. 예를 들어, 동작 신호는 전기 수술 시스템(100)의 HF 발생기(102)에 의해 발생된 HF 신호(308)일 수 있고, 활성 전극은 수술 기구(114)에 대응할 수 있다. 동작은 또한 제2 발생기에 의해 측정 신호를 발생시키는 단계(504)를 포함하며, 제2 발생기는 변압기, 변류기, 및 복수의 필터를 더 포함하는 회로의 일부이다. 회로는 환자 패드 모니터링 회로(300, 400)와 같은 환자 패드 모니터링 회로일 수 있다. 변압기는 환자 패드 모니터링 회로(300, 400)의 변압기(304, 404)에 대응할 수 있다. 변류기는 환자 패드 모니터링 회로(300, 400)의 변류기(310, 410)에 대응할 수 있다. 복수의 필터는 환자 패드 모니터링 회로(300, 400)의 대역 통과 필터(318, 330, 418, 430) 및 저역 통과 필터(322A-B, 334A-B, 422, 434)에 대응할 수 있다.
복소 여자 전압이 변압기와 관련된 전압 채널에 의해 측정(506)된다. 복소 여자 전압은 각각 REALV(326, 426) 및 IMAGV(328, 428)과 같은 실수 성분 및 허수 성분을 가질 수 있다. 전압 채널은 환자 패드 모니터링 회로(300, 400)의 전압 채널(312, 412)에 대응할 수 있다. 유사하게, 복소 유도 전류는 변류기와 관련된 전류 채널에 의해 측정(508)된다. 복소 유도 전류는 각각 REALI(336, 436) 및 IMAGI(338, 438)과 같은 실수 성분 및 허수 성분을 가질 수 있다. 전류 채널은 환자 패드 모니터링 회로(300, 400)의 전류 채널(316, 416)에 대응할 수 있다. 동작은 복소 임피던스 값을 계산하기 위해 복소 여자 전압을 복소 유도 전류로 나누는 단계(510)를 더 포함한다. 복소 임피던스 값은 환자 패드(118)의 저항에 대응하는 실수 성분 및 환자 패드 모니터링 회로(300, 400)의 용량성 또는 유도성 리액턴스에 대응하는 허수 성분을 가질 수 있다.
도 6은 일반 컴퓨터 시스템(600)의 개략도이다. 시스템(600)은 일 구현에 따라 이전에 설명된 임의의 컴퓨터 구현 방법과 관련하여 설명된 동작을 위해 사용될 수 있다. 시스템(600)은 프로세서(610), 메모리(620), 저장 디바이스(630), 및 입출력 디바이스(640)를 포함한다. 구성 요소(610, 620, 630, 640) 각각은 시스템 버스(650)를 사용하여 상호 연결된다. 프로세서(610)는 시스템(600) 내에서 실행하기 위한 명령어를 처리할 수 있다. 일 구현에서, 프로세서(610)는 단일 스레드 프로세서이다. 다른 구현에서, 프로세서(610)는 다중 스레드 프로세서이다. 프로세서(610)는 메모리(620) 또는 저장 디바이스(630)에 저장된 명령어를 처리하여 입출력 디바이스(640) 상의 사용자 인터페이스에 그래픽 정보를 디스플레이할 수 있다.
메모리(620)는 시스템(600) 내의 정보를 저장한다. 일부 구현에서, 메모리(620)는 컴퓨터 판독 가능 매체이다. 메모리(620)는 일부 구현에서 휘발성 메모리 유닛이고, 다른 구현에서 비휘발성 메모리 유닛이다.
저장 디바이스(630)는 시스템(600)을 위한 대용량 저장 장치를 제공할 수 있다. 일 구현에서, 저장 디바이스(630)는 컴퓨터 판독 가능 매체이다. 다양한 상이한 구현에서, 저장 디바이스(630)는 플로피 디스크 디바이스, 하드 디스크 디바이스, 광 디스크 디바이스, 또는 테이프 디바이스일 수 있다.
입출력 디바이스(640)는 시스템(600)에 대한 입출력 동작을 제공한다. 일 구현에서, 입출력 디바이스(640)는 키보드 및/또는 포인팅 디바이스를 포함한다. 다른 구현에서, 입출력 디바이스(640)는 그래픽 사용자 인터페이스를 디스플레이하기 위한 디스플레이 유닛을 포함한다.
설명된 특징은 디지털 전자 회로로 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어로 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 장치는 프로그램 가능 프로세서에 의한 실행을 위해 정보 캐리어, 예를 들어, 기계 판독 가능 저장 디바이스에 유형적으로 구현된 컴퓨터 프로그램 제품으로 구현될 수 있으며, 방법 단계는 프로그램 명령어를 실행하는 프로그램 가능 프로세서에 의해 수행되어 입력 데이터에 대해 동작하고 출력을 생성함으로써 설명된 구현의 기능을 수행할 수 있다. 설명된 특징은 데이터 저장 시스템으로부터 데이터 및 명령어를 수신하고 데이터 저장 시스템에 데이터 및 명령어를 전송하도록 결합된 적어도 하나의 프로그램 가능 프로세서, 적어도 하나의 입력 디바이스, 및 적어도 하나의 출력 디바이스를 포함하는 프로그램 가능 시스템에서 실행 가능한 하나 이상의 컴퓨터 프로그램으로 유리하게 구현될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 특정 활동을 수행하거나 특정 결과를 가져오기 위해 컴퓨터에서 직접적으로 또는 간접적으로 사용될 수 있는 명령어 세트이다. 컴퓨터 프로그램은 컴파일러형 또는 인터프리터형 언어를 포함한 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 작성될 수 있으며, 독립형 프로그램 또는 컴퓨팅 환경에서 사용하기에 적합한 모듈, 구성 요소, 서브루틴 또는 다른 유닛을 포함하여 임의의 형태로 배포될 수 있다.
프로그램 명령어의 실행에 적합한 프로세서는 예를 들어 범용 및 특수 목적 마이크로프로세서, 및 임의의 종류의 컴퓨터의 단독 프로세서 또는 다중 프로세서 중 하나를 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 판독 전용 메모리나 랜덤 액세스 메모리 또는 양자 모두로부터 명령어 및 데이터를 수신할 것이다. 컴퓨터의 필수 요소는 명령어를 실행하기 위한 프로세서와 명령어 및 데이터를 저장하기 위한 하나 이상의 메모리이다. 일반적으로, 컴퓨터는 또한 데이터 파일을 저장하기 위한 하나 이상의 대용량 저장 장치를 포함하거나 이와 통신하기 위해 동작 가능하게 결합될 것이며; 이러한 장치에는 내부 하드 디스크 및 이동식 디스크와 같은 자기 디스크; 광자기 디스크; 및 광 디스크가 포함된다. 컴퓨터 프로그램 명령어 및 데이터를 유형적으로 구현하기에 적합한 저장 디바이스는 예를 들어 EPROM, EEPROM 및 플래시 메모리 디바이스와 같은 반도체 메모리 디바이스; 내부 하드 디스크 및 이동식 디스크와 같은 자기 디스크; 광자기 디스크; 및 CD-ROM 및 DVD-ROM 디스크를 포함한 모든 형태의 비휘발성 메모리를 포함한다. 프로세서 및 메모리는 ASIC(application-specific integrated circuit; 주문형 집적 회로)에 의해 보완되거나 통합될 수 있다.
사용자와의 상호 작용을 제공하기 위해, 특징은 사용자에게 정보를 디스플레이하기 위한 CRT(cathode ray tube; 음극선관) 또는 LCD(liquid crystal display; 액정 디스플레이) 모니터와 같은 디스플레이 디바이스, 및 사용자가 컴퓨터에 입력을 제공할 수 있는 마우스 또는 트랙볼과 같은 포인팅 디바이스와 키보드를 갖는 컴퓨터 상에 구현될 수 있다.
특징은 데이터 서버와 같은 백엔드 구성 요소를 포함하거나, 애플리케이션 서버 또는 인터넷 서버와 같은 미들웨어 구성 요소를 포함하거나, 그래픽 사용자 인터페이스 또는 인터넷 브라우저를 갖는 클라이언트 컴퓨터와 같은 프론트엔드 구성 요소 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 컴퓨터 시스템에서 구현될 수 있다. 시스템의 구성 요소는 통신 네트워크와 같은 디지털 데이터 통신의 임의의 형태 또는 매체에 의해 연결될 수 있다. 통신 네트워크의 예는 예를 들어 LAN, WAN, 인터넷을 형성하는 컴퓨터 및 네트워크를 포함한다.
컴퓨터 시스템은 클라이언트와 서버를 포함할 수 있다. 클라이언트와 서버는 일반적으로 서로 멀리 떨어져 있으며, 통상적으로 설명된 것과 같은 네트워크를 통해 상호 작용한다. 클라이언트와 서버의 관계는 각각의 컴퓨터 상에서 실행되고 서로 클라이언트-서버 관계를 갖는 컴퓨터 프로그램에 의해 발생한다.
환자 패드 모니터링 회로(400)(도 4에 도시됨)는 다른 기능을 제공할 수 있고, 예를 들어, 자가 교정이 수행될 수 있다. 교정을 위해 하나 이상의 기술이 사용될 수 있고, 예를 들어, 기준점(예를 들어, 3개의 점)이 예상되는 측정 임피던스에 대해 제공될 수 있다. 한 배열에서, 3개의 점은 단락 회로 조건, 고정 저항 값 조건(예를 들어, 135Ω 측정) 및 개방 회로 조건을 나타낸다. 단락 회로 조건은 회로가 경험하는 최소 임피던스 조건이므로, 회로가 낮은 수준(예를 들어, 전기적 노이즈 플로어)에서 교정될 수 있게 한다. 고정 저항 조건(예를 들어, 135Ω)은 회로(400)가 트리핑 주파수에서 자가 교정될 수 있게 하고, 개방 회로 조건은 회로가 가능한 최대 신호의 발생을 인식하게 한다.
다수의 실시예가 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 본 명세서에 설명된 프로세스 및 기술의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 도면에 도시된 논리 흐름은 원하는 결과를 달성하기 위해 도시된 특정 순서 또는 순차적 순서를 요구하지 않는다. 또한, 설명된 흐름에서 다른 단계가 제공되거나 단계가 제거될 수 있으며, 설명된 시스템에서 다른 구성 요소가 추가되거나 제거될 수 있다. 따라서, 다른 실시예는 다음의 청구범위의 범위 내에 있다.

Claims (30)

  1. 전기 수술 시스템에 있어서,
    동작 신호를 출력하도록 구성된 제1 발생기;
    상기 동작 신호를 위한 경로 - 상기 경로는 활성 전극 및 환자 패드를 포함함 - ; 및
    상기 환자 패드의 복소 임피던스를 측정하도록 구성된 회로
    를 포함하며, 상기 회로는:
    측정 신호를 출력하도록 구성된 제2 발생기;
    변압기;
    변류기; 및
    복수의 필터
    를 포함하는 것인, 전기 수술 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 변압기는 공진 변압기인 것인, 전기 수술 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 변압기는 1개의 1차측 및 2개의 2차측 또는 단일의 중간 탭 2차측을 갖는 것인, 전기 수술 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 변압기는 3 내지 40 범위의 Q 인자를 갖는 것인, 전기 수술 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 변류기는 2개의 1차측 및 1개의 2차측을 갖는 것인, 전기 수술 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 변류기의 2차측은 상기 변류기의 제1의 1차측에 대응하는 제1 전류와 상기 변류기의 제2의 1차측에 대응하는 제2 전류의 합을 측정하도록 구성되는 것인, 전기 수술기 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 복소 임피던스는 부하에 의해 제공되고 그 범위는 0 내지 10,000Ω인 것인, 전기 수술기 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 측정 신호의 주파수는 고정되는 것인, 전기 수술 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 측정 신호의 주파수는 상기 동작 신호와의 간섭으로 인한 비트 주파수를 방지하도록 선택되는 것인, 전기 수술 시스템.
  10. 제8항에 있어서, 상기 측정 신호의 주파수는 136kHz 내지 138kHz 범위 내에 있도록 선택되는 것인, 전기 수술 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 동작 신호는 494kHz 내지 496kHz 범위 내의 주파수를 갖는 것인, 전기 수술 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 회로는:
    상기 변압기와 관련된 복소 여자 전압을 측정하도록 구성된 전압 채널; 및
    상기 변류기와 관련된 복소 유도 전류를 측정하도록 구성된 전류 채널
    을 더 포함하는 것인, 전기 수술 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 복소 임피던스는 상기 복소 여자 전압을 상기 복소 유도 전류로 나누어 계산되는 것인, 전기 수술 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 전압 채널은:
    제1 세트의 대역 통과 필터;
    제1 동기식 복조기; 및
    제1 세트의 저역 통과 필터를 포함하고,
    상기 전류 채널은:
    제2 세트의 대역 통과 필터;
    제2 동기식 복조기; 및
    제2 세트의 저역 통과 필터
    를 포함하는 것인, 전기 수술 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 동기식 복조기는 제1 기준 신호 및 제2 기준 신호를 순차적으로 수신하도록 구성되고, 상기 제1 기준 신호가 수신될 때 상기 제1 동기식 복조기가 겪는 위상차에 대해 상기 제2 기준 신호가 수신될 때 상기 제1 동기식 복조기가 90도 위상차를 겪는 것인, 전기 수술 시스템.
  16. 환자 패드의 복소 임피던스를 모니터링하기 위한 방법에 있어서,
    전기 수술 시스템의 제1 발생기에 의해 동작 신호를 발생시키는 단계 - 상기 동작 신호는 활성 전극 및 환자 패드를 포함하는 경로를 따라 이동하도록 구성됨 - ;
    제2 발생기에 의해 측정 신호를 발생시키는 단계 - 상기 제2 발생기는 변압기, 변류기, 및 복수의 필터를 더 포함하는 회로의 일부임 - ;
    상기 변압기와 관련된 전압 채널에 의해 복소 여자 전압을 측정하는 단계;
    상기 변류기와 관련된 전류 채널에 의해 복소 유도 전류를 측정하는 단계; 및
    복소 임피던스 값을 계산하기 위해 상기 복소 여자 전압을 상기 복소 유도 전류로 나누는 단계
    를 포함하는 환자 패드의 복소 임피던스를 모니터링하기 위한 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 복소 임피던스 값을 임계 저항 값과 비교하는 단계
    를 더 포함하는 환자 패드의 복소 임피던스를 모니터링하기 위한 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 변압기는 공진 변압기인 것인, 환자 패드의 복소 임피던스를 모니터링하기 위한 방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 변압기는 1개의 1차측 및 2개의 2차측 또는 단일의 중간 탭 2차측을 갖는 것인, 환자 패드의 복소 임피던스를 모니터링하기 위한 방법.
  20. 제16항에 있어서, 상기 변압기는 3 내지 40 범위의 Q 인자를 갖는 것인, 환자 패드의 복소 임피던스를 모니터링하기 위한 방법.
  21. 제16항에 있어서, 상기 변류기는 2개의 1차측 및 1개의 2차측을 갖는 것인, 환자 패드의 복소 임피던스를 모니터링하기 위한 방법.
  22. 제16항에 있어서, 상기 변류기의 2차측은 상기 변류기의 제1의 1차측에 대응하는 제1 전류와 상기 변류기의 제2의 1차측에 대응하는 제2 전류의 합을 측정하도록 구성되는 것인, 환자 패드의 복소 임피던스를 모니터링하기 위한 방법.
  23. 제16항에 있어서, 상기 복소 임피던스는 부하에 의해 제공되고 그 범위는 0 내지 10,000Ω인 것인, 환자 패드의 복소 임피던스를 모니터링하기 위한 방법.
  24. 제16항에 있어서, 상기 측정 신호의 주파수는 고정되는 것인, 환자 패드의 복소 임피던스를 모니터링하기 위한 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 측정 신호의 주파수는 상기 동작 신호와의 간섭으로 인한 비트 주파수를 방지하도록 선택되는 것인, 환자 패드의 복소 임피던스를 모니터링하기 위한 방법.
  26. 제24항에 있어서, 상기 측정 신호의 주파수는 136kHz 내지 138kHz 범위 내에 있도록 선택되는 것인, 환자 패드의 복소 임피던스를 모니터링하기 위한 방법.
  27. 제16항에 있어서, 상기 동작 신호는 494kHz 내지 496kHz 범위 내의 주파수를 갖는 것인, 환자 패드의 복소 임피던스를 모니터링하기 위한 방법.
  28. 제16항에 있어서,
    상기 전압 채널은:
    제1 세트의 대역 통과 필터;
    제1 동기식 복조기; 및
    제1 세트의 저역 통과 필터를 포함하고,
    상기 전류 채널은:
    제2 세트의 대역 통과 필터;
    제2 동기식 복조기; 및
    제2 세트의 저역 통과 필터
    를 포함하는 것인, 환자 패드의 복소 임피던스를 모니터링하기 위한 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 제1 동기식 복조기는 제1 기준 신호 및 제2 기준 신호를 순차적으로 수신하도록 구성되고, 상기 제1 기준 신호가 수신될 때 상기 제1 동기식 복조기가 겪는 위상차에 대해 상기 제2 기준 신호가 수신될 때 상기 제1 동기식 복조기가 90도 위상차를 겪는 것인, 환자 패드의 복소 임피던스를 모니터링하기 위한 방법.
  30. 제28항에 있어서, 자체 교정을 위해 개방 회로, 고정 저항 및 단락 회로 조건을 사용하는 것인, 환자 패드의 복소 임피던스를 모니터링하기 위한 방법.
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