RU2672376C2

RU2672376C2 - Power output correction system op electrical surgery device

Info

Publication number: RU2672376C2
Application number: RU2017104697A
Authority: RU
Inventors: Илья Николаевич Кустов; Дмитрий Васильевич Белик
Original assignee: Илья Николаевич Кустов
Priority date: 2017-02-13
Filing date: 2017-02-13
Publication date: 2018-11-14
Also published as: RU2017104697A3; RU2017104697A

Abstract

FIELD: medical equipment.

SUBSTANCE: invention relates to medical technology, namely to electrosurgical devices. System for correcting the output power of the electrosurgical apparatus contains an electrosurgical instrument, on which or inside which the accelerometer-gyroscope made on technology MEMS, a manual electrode holder is rigidly fixed.

EFFECT: correction system automatically adjusts the output power in the process of electrosurgical action, depending on the speed of movement of the active electrode in the surgeon's arm, calculated by the software algorithm on the basis of the data obtained from the accelerometer-gyroscope, which makes it possible to minimize thermal damage to the tissue during surgical operations.

1 cl, 2 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к медицинской технике, в частности, к электрохирургическим аппаратам. Изобретение предназначено для коррекции выходной мощности электрохирургического аппарата в зависимости от скорости рассечения биологической ткани (биоткани) с целью снижения объема термически пораженной биоткани в процессе рассечения и коагуляции при проведении хирургических операций.The invention relates to medical equipment, in particular, to electrosurgical devices. The invention is intended to correct the output power of an electrosurgical apparatus depending on the rate of dissection of biological tissue (biological tissue) in order to reduce the volume of thermally affected biological tissue during dissection and coagulation during surgical operations.

Уровень техникиState of the art

В настоящее время в электрохирургических аппаратах широко используются системы обратной связи. Патент СА 2161421 от 22.01.2008 г. «Impedance feedback electrosurgical system» описывает систему обратной связи, основанную на измерении импеданса биоткани в процессе электрохирургического воздействия. Патент US 20150105768 А1 от 16.04.2015 г. «Electrosurgical systems and methods for monitoring power dosage» описывает электрохирургическую систему, изменяющую установленную выходную мощность в зависимости от измеренного значения средней мощности, воздействующей на биоткань. Указанные системы, как и настоящее изобретение, предназначены для коррекции выходной мощности электрохирургического аппарата в зависимости от измеряемых параметров, но не учитывают скорость перемещения активного электрода в операционном поле, что соответствует скорости рассечения биоткани в процессе электрохирургического воздействия. Так как в результате перемещения активного электрода электрохирургическое воздействие провоиздится на разных биотканях пациента, которые имеют различные свойства, в том числе различный импеданс, при этом снижается достоверность определения измеряемых параметров. Следовательно, поражения биоткани может быть в больших объемах.At present, feedback systems are widely used in electrosurgical devices. Patent CA 2161421 dated January 22, 2008, Impedance feedback electrosurgical system, describes a feedback system based on measuring the impedance of a biological tissue during electrosurgical exposure. Patent US 20150105768 A1 of 04.16.2015, "Electrosurgical systems and methods for monitoring power dosage" describes an electrosurgical system that changes the installed output power depending on the measured value of the average power acting on the biological tissue. These systems, like the present invention, are designed to correct the output power of the electrosurgical apparatus depending on the measured parameters, but do not take into account the speed of movement of the active electrode in the surgical field, which corresponds to the dissection rate of the biological tissue during electrosurgical exposure. Since, as a result of the movement of the active electrode, the electrosurgical effect occurs on different biological tissues of the patient, which have different properties, including different impedances, while the reliability of determining the measured parameters decreases. Therefore, lesions of biological tissue can be in large volumes.

Ближайшим аналогом является патент RU 2204353 С2 от 20.05.2003 г., «Электрохирургический аппарат», где описывается электрохирургический аппарат, позволяющий проводить рассечение и коагуляцию биотканей с минимизацией термических поражений благодаря введению в обратную связь значения скорости перемещения активного электрода, как и в настоящем изобретении. Скорость в данном аппарате вычисляется по изменению соотношений токов в цепях пассивных электродов, что является недостаточно достоверным, так как на результат измерения влияют: неоднородность распределения токов в теле пациента, нестабильность электрического контакта между активным электродом и биотканью, расположение и плотность прилегания пассивных электродов. Кроме того, требуется размещение трех пассивных электродов на теле пациента, что может усложнить проведение хирургической операции.The closest analogue is the patent RU 2204353 C2 dated 05/20/2003, “Electrosurgical apparatus”, which describes an electrosurgical apparatus that allows dissection and coagulation of biological tissues to minimize thermal damage due to the introduction of feedback values of the speed of the active electrode, as in the present invention . The speed in this apparatus is calculated by changing the ratio of currents in the passive electrode circuits, which is not reliable enough, since the measurement result is affected by the heterogeneity of the current distribution in the patient’s body, the instability of the electrical contact between the active electrode and biological tissue, the location and contact density of the passive electrodes. In addition, the placement of three passive electrodes on the patient’s body is required, which may complicate the surgical procedure.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention

Изобретение представляет собой систему коррекции выходной мощности электрохирургического воздействия в зависимости от скорости перемещения наконечника активного электрода в операционном поле. Система является частью электрохирургического аппарата. Техническим результатом изобретения является система коррекции выходной мощности электрохирургического воздействия в зависимости от скорости перемещения активного электрода, находящегося в контакте с биотканью, позволяющая минимизировать термические поражения биоткани при ее использовании в составе электрохирургического аппарата при проведении хирургических операций. По сравнению с ближайшим аналогом, система не усложняет проведение хирургической операции, и эффективность ее работы не зависит от неоднородности биоткани и электрических контактов пассивных электродов с биотканью.The invention is a system for correcting the output power of an electrosurgical action depending on the speed of movement of the tip of the active electrode in the surgical field. The system is part of the electrosurgical apparatus. The technical result of the invention is a system for correcting the output power of an electrosurgical action depending on the speed of movement of the active electrode in contact with the biological tissue, which minimizes thermal damage to the biological tissue when it is used as part of the electrosurgical apparatus during surgical operations. Compared with the closest analogue, the system does not complicate the surgical operation, and its effectiveness does not depend on the heterogeneity of the biological tissue and the electrical contacts of the passive electrodes with the biological tissue.

На электрододержателе располагается жестко закрепленный акселерометр-гироскоп, выполненный по технологии PEMS. В процессе электрохирургического воздействия измеряемые данные о проекциях ускорения на три геометрические осям и угловой скорости вращения вокруг осей передаются через кабель активного электрода. На основе этих данных вычисляется скорость перемещения активного электрода электрохирургического аппарата. Для коррекции выходной мощности электрохирургического воздействия используется сигнал обратной связи, по величине обратно пропорциональный рассчитанной скорости перемещения активного электрода.A rigidly mounted accelerometer-gyroscope, made using PEMS technology, is located on the electrode holder. In the process of electrosurgical exposure, the measured data on the projections of acceleration on three geometric axes and the angular velocity of rotation around the axes are transmitted through the cable of the active electrode. Based on these data, the speed of movement of the active electrode of the electrosurgical apparatus is calculated. To correct the output power of the electrosurgical impact, a feedback signal is used, in magnitude inversely proportional to the calculated speed of movement of the active electrode.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Фигура 1 - устройство и функционирование системы коррекции выходной мощности электрохирургического аппарата. 1 - первичный преобразователь, 2 - кабель активного электрода, 3 - блок обработки информации, 4 - цепь обратной связи, 5 - блок генерации высокочастотного напряжения, 6 - электрододержатель активного электрода, 7 - пациент, 8 - пассивный электрод.Figure 1 - the device and the functioning of the correction system of the output power of the electrosurgical apparatus. 1 - primary converter, 2 - active electrode cable, 3 - information processing unit, 4 - feedback circuit, 5 - high-frequency voltage generation unit, 6 - active electrode holder, 7 - patient, 8 - passive electrode.

Фигура 2 - Ориентация микросхемы 6-осевого акселерометра-гироскопа внутри электрододержателя. а_х, а_у, a_z - положительные направления векторов ускорений по соответствующим осям, w_z, w_x - положительные направления вращения вокруг соответствующих осей, w_z', w_x' - положительные направления скоростей перемещения наконечника активного электрода в результате вращения электрододержателя.Figure 2 - Orientation of the microcircuit 6-axis accelerometer-gyroscope inside the electrode holder. a _x , _a , a _z are the positive directions of the acceleration vectors along the corresponding axes, w _z , w _x are the positive directions of rotation around the corresponding axes, w _z ', w _x ' are the positive directions of the speeds of movement of the tip of the active electrode as a result of rotation of the electrode holder.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Устройство и функционирование системы коррекции выходной мощности электрохирургического аппарата показано на фиг. 1. Цифрой 1 обозначен первичный преобразователь, представляющий собой миниатюрный акселерометр-гироскоп, выполненный по технологии PEMS, жестко закрепленный на электрододержателе (6) или внутри него. Это может быть 6-осевой PEMS акселерометр-гироскоп MPU-6050, или аналогичное ему по назначению устройство. Данные о проекциях ускорения на три геометрические оси и угловой скорости вращения вокруг осей, ориентация которых показана на фиг. 2, передаются в цифровом виде в блок обработки информации (3) через кабель активного электрода (2). PEMS акселерометр-гироскоп, а также провод, использующийся для передачи высокочастотного напряжения к электроду, должны быть экранированы.The arrangement and operation of the output power correction system of the electrosurgical apparatus is shown in FIG. 1. The number 1 denotes the primary transducer, which is a miniature accelerometer-gyroscope made according to PEMS technology, rigidly mounted on the electrode holder (6) or inside it. This can be a 6-axis PEMS accelerometer-gyroscope MPU-6050, or a similar device for its intended purpose. Data on the projections of acceleration on three geometric axes and the angular velocity of rotation around the axes, the orientation of which is shown in FIG. 2 are transmitted digitally to the information processing unit (3) through the cable of the active electrode (2). The PEMS accelerometer-gyroscope, as well as the wire used to transmit the high-frequency voltage to the electrode, must be shielded.

В блоке обработки информации, который может быть совмещен с блоком управления электрохирургического аппарата, вычисляется скорость перемещения активного электрода при помощи программного алгоритма, реализующего формулу 1 для ориентации акселерометра-гироскопа согласно фиг. 2, при этом максимально близко к геометрической оси электродержателя.In the information processing unit, which can be combined with the control unit of the electrosurgical apparatus, the movement speed of the active electrode is calculated using a software algorithm that implements formula 1 for orienting the accelerometer-gyroscope according to FIG. 2, while as close to the geometric axis of the electric holder.

Где ν - скорость перемещения наконечника электрода, t₀ - время начала подачи высокочастотного напряжения на пациента, t - время окончания подачи высокочастотного напряжения, а _х, а _у, а _z - значения ускорения в м/с, получаемые с модуля акселерометра и гироскопа, вдоль осей х, у и z соответственно, w _z и w _x - значения угловой скорости в °/c, получаемые с модуля акселерометра и гироскопа, вокруг осей z и x соответственно, R - расстояние от наконечника электрода до места расположения центра акселерометра-гироскопа в ручке держателя электрода, согласно фиг. 2.Where ν - speed of the electrode tip, t ₀ - start time of supplying high voltage to the patient, t - time closure supplying high-frequency voltage, and _x, a _y, a _z - value of the acceleration in m / s, obtained from the module accelerometer and gyroscope along the x , y, and z axes, respectively, w _z and w _x are the angular velocity values in ° / c obtained from the accelerometer and gyroscope modules; around the z and x axes, respectively, R is the distance from the tip of the electrode to the location of the center of the accelerometer-gyroscope in the handle of the electrode holder, according to fi . 2.

Программа также может содержать алгоритмы фильтрации сигнала (например, фильтр Калмана), алгоритмы самокалибровки и вычисления поправок к измеряемым значениям ускорения и угловой скорости для повышения помехозащищенности и устранения эффекта накопления ошибки интегрирования. С блока обработки информации через цепь обратной связи (4) в блок генерации высокочастотного напряжения (5) подается сигнал обратной связи, величина которого обратно пропорциональна вычисленному значению скорости. Результирующий выходной сигнал используется для осуществления электрохирургического воздействия на пациента (7) при помощи активного электрода в электрододержателе (6) и пассивного электрода (8).The program may also contain signal filtering algorithms (for example, Kalman filter), self-calibration algorithms and calculation of corrections to the measured values of acceleration and angular velocity to increase noise immunity and eliminate the effect of the accumulation of integration errors. From the information processing unit through the feedback circuit (4), a feedback signal is supplied to the high-frequency voltage generation unit (5), the value of which is inversely proportional to the calculated speed value. The resulting output signal is used to perform an electrosurgical action on the patient (7) using the active electrode in the electrode holder (6) and a passive electrode (8).

Claims

A system for correcting the output power of an electrosurgical device, containing an electrosurgical instrument, on which or inside which an accelerometer-gyroscope is rigidly fixed, made using MEMS technology, characterized in that it has a manual electrode holder and automatically adjusts the output power during electrosurgical exposure depending on the speed of movement of the active electrode in the surgeon's hand, calculated by a software algorithm based on data obtained from an accelerometer-gyroscope but.