샨 차오 1 , 강 샤오롱 2 , 리우 지밍 3 , 장 차오 3 .
(1. 헤이룽장성 약물관리연구소, 하얼빈 150088, 중국 ; 2. 광시좡족 자치구 의료기기 시험센터, 난닝 530021, 중국 ; 3. 킹포 테크놀로지 개발 유한회사 동관 5 23869 ; China )
요약: 고주파 전기 칼은 현대 외과 수술에서 필수적인 장비로, 고주파 전류를 이용하여 조직을 절단하거나 응고시켜 신속한 지혈 및 조직 제거를 가능하게 합니다. 본 논문에서는 오실로스코프 기술을 기반으로 한 고주파 전기 칼 분석기의 설계 및 구현에 대해 설명합니다. 이 분석기는 고주파 전기 칼의 출력 파형, 주파수, 전력과 같은 주요 매개변수를 실시간으로 모니터링하고 분석할 수 있도록 합니다. [1] 이 장비는 고대역폭, 넓은 동적 범위, 높은 정확도, 자동화 및 다양한 펄스 모드와의 호환성을 특징으로 하며, 여러 테스트 및 교정 모드를 지원합니다. 이 장비는 전기칼 장치의 성능 평가 및 최적화를 위한 강력한 도구를 제공하며, 고주파 전기칼 장치의 대부분의 테스트 및 교정 시나리오 요구 사항을 충족합니다. 본 연구는 핵심 기술적 장벽을 극복하고 완전한 독자적 지적 재산권을 보유한 전기칼 분석기를 성공적으로 개발했습니다. 이는 해당 분야의 국내 고급 장비 시장의 공백을 메우고, 고주파 수술 기기 산업 발전에 기여하며 의료기관의 구매 및 운영 비용 절감에 중요한 이정표가 될 것입니다.
키워드: 고주파 전기 나이프 분석기, 오실로스코프, 시험 및 교정, 독점적 지적 재산권
0 소개
20세기 초 도입 이후 고주파 전기수술 장비는 효율적이고 정밀한 절단 및 응고 기능으로 인해 수술에 널리 사용되어 왔습니다. 고주파 전기수술 장비의 성능을 종합적으로 분석하고, 출력 특성을 정확하게 이해하며, 전자기장과 같은 요인이 정상 작동에 미치는 영향을 제거하여 안전성을 확보하는 것은 수술의 질을 향상시키고 환자의 안전을 보호하는 데 매우 중요합니다.
본 논문은 오실로스코프 기반의 고주파 전기수술 분석기 개발에 대해 기술한다. 시중에 나와 있는 기존 오실로스코프 제품들을 활용하여 부하 회로, 릴레이 스위칭 회로, 신호 조절 회로, 비접촉 전류 프로브 및 전용 커플링 회로를 개발하였다. 이러한 하드웨어를 기반으로, 고주파 전기수술 장치의 출력 파라미터(전력, 전압, 전류, 주파수 등)를 정확하게 측정 및 분석하여 장비의 안전 및 효율성 기준을 충족하는지 확인하는 데 적합한 테스트 소프트웨어를 개발하였다.
본 연구의 혁신성은 신호 처리, 동적 부하 시뮬레이션, 안전 감지 알고리즘 등 국내 생산 고주파 전기수술 분석기의 기술적 병목 현상을 극복하고, 해당 장비에 대한 완전한 독자적 지식재산권을 최초로 획득했다는 점에 있습니다. 본 연구의 성공적인 개발은 국내 고급 의료 검사 장비 시장의 공백을 메울 뿐만 아니라 의료기기 산업 사슬의 국산화를 촉진하고, 의료기관의 수입 장비 의존도를 낮추며, 우리나라의 수술실 장비 관리 수준 향상과 환자 안전 확보 역량 강화에 중요한 기술적 지원을 제공할 것입니다.
1. 고주파 전기수술 분석기의 작동 원리
고주파 전기수술 분석기는 고주파 전기수술 장비의 성능을 감지하고 교정하는 데 사용되는 전문 기기입니다. 이 장비의 작동 원리는 주로 고주파 전기수술 장비의 출력 매개변수를 정확하게 측정하고 분석하는 데 기반합니다. [1] (전력, 전압, 전류, 주파수 등)을 측정하여 기기가 안전 및 유효성 기준을 충족하는지 확인합니다. [ 3 ] 고주파 전기수술 분석기는 다음과 같은 고주파 전기수술 장치의 주요 매개변수를 감지해야 합니다.
(1) 출력 전력: 실제 전력이 설정값과 일치하는지 확인하십시오.
(2) 전압 및 전류 파형: 고주파 신호의 안정성과 파형 무결성을 검증합니다.
(3) 주파수: 고주파 신호가 안전 범위 내에 있는지 확인하십시오(저주파 전류가 근육이나 신경 자극을 유발하지 않도록 하십시오).
(4) 안전 매개변수: 고주파 누설 전류, 수술용 전극 누설 전류 및 양극 전극 누설 전류 [ 2 ] 등
그 작동 원리는 다음과 같은 단계로 요약할 수 있습니다.
(1) 신호 획득: 전기수술 장치에서 출력되는 고주파 전류 및 전압 신호(주파수는 일반적으로 300kHz~5MHz)는 고정밀 센서 및 커플링 회로를 통해 실시간으로 캡처됩니다.
(2) 신호 조절 및 변환: 고주파 신호는 전자기 간섭을 제거하기 위해 필터링, 감쇠 및 분리되고 고전압 신호는 후속 분석을 위해 안전 범위 내의 저전압 신호로 변환됩니다.
(3) 주요 매개변수 측정
전력: 실제 RMS 알고리즘을 기반으로 하고 동적 부하 시뮬레이션(0~6400Ω)을 결합하여 다양한 조직 임피던스 조건에서 전기수술 장치의 실제 출력 전력을 측정했습니다.
주파수: 신호 스펙트럼은 고속 푸리에 변환(FFT)을 사용하여 분석하여 주요 주파수가 의료 표준을 충족하는지 확인합니다.
파형 분석: 파형의 무결성(예: 절단 모드의 연속파 및 응고 모드의 펄스파)을 감지하고 비정상적인 진동이나 왜곡을 식별합니다.
누설 전류 감지: 장비의 고주파 누설 전류, 수술용 전극의 누설 전류 및 양극 전극의 누설 전류를 측정합니다. [ 2 ] 안전 기준(예: JJF1217-2025 표준) 준수를 보장하기 위함입니다.
REM 테스트: 저항값을 경보 범위 밖(예: >135Ω 또는 <5Ω)으로 조정하고, 장치가 가청 및 시각 경보를 발생시키고 출력을 중지하는지 확인합니다.
자동 교정 및 출력: 사전 설정된 표준(예: JJF1217-2025)에 따라 매개변수가 적합한지 자동으로 판단하고, 테스트 보고서를 생성하며, 장비 디버깅 또는 유지 보수를 안내합니다.
2. 오실로스코프 기반 고주파 전기수술 장치 설계
2.1 시스템 아키텍처
고주파 전기수술 분석기의 시스템 아키텍처는 그림 1에서 보는 바와 같이 주로 전자 부하 모듈, 신호 획득 및 처리 모듈, 제어 모듈, 표시 및 작동 모듈, 그리고 외부 원격 모듈을 포함한다.
전자 부하 모듈: 필터 회로, 증폭기 회로 및 아날로그-디지털 변환 회로를 포함하며, 획득한 신호를 필터링, 증폭 및 디지털로 변환하여 후속 데이터 처리 및 분석을 용이하게 합니다. [4].
신호 획득 및 처리 모듈: 이 모듈은 고주파 전류 프로브와 오실로스코프 모듈로 구성됩니다. 고주파 프로브는 전기 칼에서 출력되는 고주파 전류 신호를 획득하는 데 사용되며, 오실로스코프는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 데 사용됩니다. [4] .
제어 모듈: 온도 제어 모듈과 전자 부하 제어 모듈을 포함합니다. 온도 제어 모듈은 전자 부하의 온도를 모니터링하고 제어하여 전자 부하가 특정 온도에서 정상적으로 작동하도록 합니다. 전자 부하 제어 모듈은 고주파 전기수술 장치의 부하 설정을 제어하고, 1Ω 단위의 부하 스텝을 구현하며, 다양한 테스트 모드에서 서로 다른 회로 간 전환을 지원합니다.
디스플레이 및 작동 모듈: LCD 디스플레이와 USB 주변 장치로 구성되어 있으며, 전기수술 장치의 출력 매개변수 및 파형을 표시하고 분석기의 작동을 제어하는 데 사용됩니다.
외부 원격 모듈: 외부 HTTP 인터페이스를 통해 장비의 자동 제어가 가능하여 관련 연구 개발 담당자의 자동 테스트를 용이하게 하고 테스트 효율성을 향상시킵니다. WiFi 모듈은 원격 시스템 또는 펌웨어 업데이트에 사용되어 장비의 향후 사용 및 유지 관리를 용이하게 합니다.
그림 1. 고주파 전기수술 분석기의 시스템 아키텍처
2.2 계측기 하드웨어 설계
시험 장비의 하드웨어 설계 단계에서는 시험 기능과 지표를 먼저 결정해야 합니다. 현재 시판 중인 고주파 전기수술 분석기를 분석하고, "고주파 전기수술 교정 규격"(JJF 1217-2025)을 참고하여 다음과 같이 설계했습니다. [2] 다음과 같은 기술 지표들이 집계됩니다.
기능 요구사항 및 기술 사양은 표 1에 나와 있습니다.
표 1. 고주파 전기수술 분석기의 설계 기술 매개변수
| 성능 매개 변수 | 기술적 지표 |
| 힘 | 측정 범위: 1~500W (정격 부하 200Ω)
해상도: 0.1W 정확도 : (10,50]W: ±(5.0%×P+0.1)W (50,400]W: ±5.0% |
| Current | 측정 범위: 20mA~1000mA RMS
분해능: 0.1mA 정확도: ±(2.5%×I+mA) |
| 전압 | 측정 범위: 0~5kV (최대값) |
| 대역폭 | 30kHz-200MHz (측정 모듈) |
| 내부 부하 임피던스 | 0~6400Ω, 1Ω 증분
정확도: ±1% (>=50 Ω) |
| 고정 비유도성 저항기 | 200 Ω
정확도 : ± 1 % |
| 피크 팩터 | 1.2-500, 해상도: 0.1 |
| 전력 분포 곡선 | 호스트 화면에는 분포 곡선이 표시되며 외부 화면을 연결하여 확장할 수 있습니다. |
| REM/ARM/CQM 테스트 | 이는 1Ω 단위로 조절 가능한 500Ω 부하를 사용하여 구현됩니다. |
| 자동화된 테스트 기능 | 이 장비는 복합 펄스 파형을 출력할 수 있으며 자동 전력 분배 곡선을 제공합니다. |
| 물리적 매개변수 | 디스플레이: 10인치 풀컬러 LCD 터치스크린, 그래픽 및 테스트 곡선 지원
화면 표시 및 확대/축소; 크기: 500*450*220mm; 무게 : 10Kg |
하드웨어 개발 단계에서는 체계적인 설계 검증 프로세스를 통해 주요 성능 지표를 엄격하게 테스트했습니다. 하드웨어 설계 흐름도의 구조적 검증을 기반으로 신호 체인 무결성 검증, 동적 부하 적응성 디버깅, 보안 격리 성능 평가를 순차적으로 수행하여 각 모듈의 기능이 사전 설정된 기술 사양(예: 대역폭 ≥200MHz, 전력 정확도 ≤5%)에 부합하는지 확인했습니다. 여러 차례의 정밀 교정 및 파라미터 최적화를 통해 핵심 기술 파라미터를 최종적으로 설계 요구 사항에 맞추었습니다(자세한 내용은 표 1 참조).
산업 디자인 단계에서 여러 차례의 반복 작업과 인체공학적 시뮬레이션 최적화를 거쳐 최종 기기 외관(그림 2 참조)은 미니멀리즘 스타일과 기능적 요구 사항을 결합하고, 간섭 방지 금속 외장재와 시인성이 뛰어난 터치 인터페이스를 채택했으며, 조작 편의성과 실험실 적합성을 모두 고려했습니다.
그림 2. 고주파 전기수술 분석기의 시제품 외관
회로 설계에서, 13개의 고주파 비유도성 고출력 저항으로 구성된 전자 부하 모듈을 설계했으며, 이 모듈은 0에서 6400Ω까지의 1Ω 저항값을 구현할 수 있습니다. [4] 각 저항은 직렬로 연결되어 있을 뿐만 아니라 고전압 릴레이와 병렬로 연결되어 있습니다. 이러한 방식으로 고전압 릴레이의 온/오프를 제어함으로써 회로 전체의 저항값을 변경할 수 있습니다. 측정 모듈은 그림 3에 나타낸 바와 같이 증폭 회로와 필터 회로를 포함하는 데이터 수집 회로를 갖춘 고주파 전류 프로브로 구성됩니다. 릴레이는 시스템 제어 모듈에 의해 제어되며, 각각 두 개의 IO 확장기인 MCP23017 칩에 의해 제어됩니다. MCP23017 칩은 I2C 버스에서 제공되는 16비트 범용 병렬 I/O 확장 칩입니다.
MCP23X17은 입력, 출력 및 극성 선택을 위한 여러 개의 8비트 구성 레지스터로 구성됩니다. 시스템 마스터 장치는 I/O 구성 비트(IODIRA/B)에 쓰기를 통해 I/O를 입력 또는 출력으로 활성화할 수 있습니다. 각 입력 또는 출력에 대한 데이터는 해당 입력 또는 출력 레지스터에 저장됩니다. 입력 포트 레지스터의 극성은 극성 반전 레지스터를 사용하여 반전할 수 있습니다. 모든 레지스터는 마스터 시스템에서 읽을 수 있습니다.
그림 3. 고주파 전기수술 분석기의 회로도
2.3 테스트 장비용 소프트웨어 구현
오실로스코프 기반 고주파 전기수술 분석기 소프트웨어 설계에서 효율적이고 정확한 처리 프로그램 세트를 구축했습니다. 먼저 고정밀 전류 프로브를 사용하여 고주파 전류 신호를 수집했습니다. 아날로그 신호는 필터링 및 증폭 회로를 통해 디지털 신호로 변환되었습니다. 정확하고 빠른 주파수 영역 분석이 수행되었으며, 고속 푸리에 변환(FFT)이 사용되었습니다. 그런 다음 실제 유효 전류 값을 계산했습니다. 소프트웨어의 핵심 기능은 다양한 부하 저항 값을 설정하는 것입니다. 다양한 부하 조건에서 수집된 유효 전류 신호는 전력 값으로 변환되고, 전압 값(RMS, PK, MAX), 피크 계수, 듀티 사이클, 주파수, 펄스 주기 등 다양한 목표 매개변수가 계산됩니다. [5] .
테스터의 소프트웨어 인터페이스는 그림 4에 나타나 있다. 왼쪽에는 기능 모듈 영역, 테스트 파형도, 테스트 작동 영역이 각각 위쪽과 아래쪽에 위치하고 있다. 오른쪽에는 파라미터 설정 영역과 데이터 표시 영역이 각각 위쪽과 아래쪽에 위치하고 있다. 전류값, 전압값(RMS, PK, MAX), 전력값, 주파수, 피크 계수 등의 테스트 데이터가 표시된다. 테스트 모드가 바뀌면 파라미터 설정과 데이터 표시 내용이 동기적으로 변경된다.
그림 4. 고주파 전기수술 분석기 테스트 소프트웨어
표 2. 고주파 전기수술 장치 분석기의 소프트웨어 인터페이스 기능 소개
| 일련 번호 | 지역명 | 함수 |
| 1 | 기능 모듈 영역 | 전력 테스트, 부하 곡선 테스트, 누설 전류 테스트, REM 테스트 및 시스템 매개변수 설정 등 다양한 테스트 기능 간에 전환할 수 있습니다. |
| 2 | 테스트 파형 영역 | 이 장치는 테스트 파형을 표시하여 고주파 전기수술 장치에서 출력되는 파형 곡선을 명확하고 직관적으로 보여주므로 분석 및 관찰을 용이하게 합니다. |
| 3 | 시험 운영 영역 | 테스트 시작, 일시 정지 및 종료 기능 버튼이 포함되어 있습니다. |
| 4 | 매개변수 설정 영역 | 테스트 기능에 따라 서로 다른 테스트 매개변수를 설정할 수 있습니다. |
| 5 | 데이터 표시 영역 | 테스트 결과 데이터를 표시합니다. |
3. 고주파 전기수술 분석기의 교정
고주파 전기수술용 칼의 교정 규격(JJF_1217-2025)에서는 표 3과 같이 고주파 전기수술용 칼 시험기의 시험 장치에 대한 구체적인 기술 매개변수 요구사항을 제시하고 있다. 따라서 고주파 전기수술용 칼 분석기의 검증은 이러한 기술 요구사항에 따라 수행되어야 한다. [6] .
표 3 고주파 전기수술 장치 교정 장치의 기술 요구사항
| 일련 번호 | 매개 변수 이름 | 측정 범위 | 최대 허용 오차 |
| 1 | 고주파 전력 | (1~500)와트 | (10,50 ] W : ±(5% x P+0.1W) |
| (50, 400]W: ±5% | |||
| 2 | 고주파 누설 전류 | (20~1000)mA | ± (2.5% x I + 1mA) |
| 3 | 가변 부하 저항 R | (50~2000)Ω | ±2.5%, 단계 값: 25Ω |
| 4 | 고정 비유도성 저항 R | 200Ω | ± 1의 % |
| 5 | 동작 주파수 | (0.3~5.0MHz) | --- |
3.1 테스트 환경 설정
테스트 환경 요구 사항:
주변 온도: (15~30)℃;
상대 습도: 80% 이하;
전원 공급 장치: 전압: (220±11)V, 주파수: (50±1)Hz;
정상 작동에 영향을 줄 수 있는 주변 지역의 기계적 진동이나 전자기 간섭이 없어야 합니다.
측정 기준 및 기타 장비
(1) 다기능 테이블
저항 측정 범위: (0~10) KΩ, 최대 허용 오차: ±0.5%.
(2) 고주파 전기수술 분석기용 표준 장치
고주파 전력(주파수: 0.3MHz~5MHz): 측정 범위: (1~500)W, 최대 허용 오차: ±0.5%.
고주파 전류(주파수: 0.3MHz~5MHz): 측정 범위: (0.001~1.5)A, 최대 허용 오차: ±0.5%.
참고: 최대 허용 오차 요건을 충족하는 기타 표준 장비도 사용 가능합니다.
위의 요구사항에 따라 교정 장비, 기기 및 현장 환경을 준비한 후, 그림 5와 같이 고주파 전기수술 분석기의 교정 현장 환경을 조성하였다.
그림 5. 고주파 전기수술 분석기의 교정 환경 설정
3.2 고주파 전력 검증
그림 6은 고주파 전기수술 분석기와 고주파 전기수술 분석기의 표준 장치 간의 연결을 보여줍니다. 고주파 전기수술 분석기의 전력 측정 단자 양 끝을 교정 장치의 전력 출력 단자에 연결한 다음, 교정 장치에서 해당 출력 전력을 설정합니다. [ 7 ] .
그림 6. 고주파 전기수술 분석기의 전력 교정용 배선도
고주파 전력은 고주파 전기수술 분석기의 측정 범위에 따라 결정해야 하며, 필요에 따라 교정점을 설정해야 합니다. 일반적으로 교정점은 5개 이상(측정 범위의 상한 및 하한 포함)이어야 합니다. 표준 장비의 고주파 전력 측정값과 고주파 전기수술 분석기의 해당 표시값을 판독하여 원본 기록표에 기록해야 합니다. 결과는 표 4에 나와 있습니다.
표 4. 고주파 전기수술 분석기의 교류 전력 교정 데이터
| 일련 번호 | 하중
(Ω) |
확인할 값
(W) |
측정 된 가치
(W) |
오류
(%) |
최대 허용 오차(%) | 결론적으로
(합격/불합격) |
| 1 | 200 | 10.0 | 10.1 | 0.9 | 5 | P |
| 2 | 20.4 | 20.3 | 0.5 | 5 | P | |
| 3 | 51.6 | 52.8 | 2.2 | 5 | P | |
| 4 | 99.8 | 102.1 | 2.2 | 5 | P | |
| 5 | 149.7 | 152.6 | 1.9 | 5 | P | |
| 6 | 200.1 | 204.3 | 2.0 | 5 | P | |
| 7 | 251.4 | 250.1 | 0.5 | 5 | P | |
| 8 | 500 | 298.3 | 302.5 | 1.3 | 5 | P |
3.3 고주파 누설 전류 검증
고주파 누설 전류 및 고주파 전력 검증은 동일한 장치 연결 방식을 사용합니다. 예를 들어, 고주파 전류가 20mA~1000mA 범위 내에 있는 경우, 최소 5개의 교정점(측정 범위의 상한 및 하한 포함)을 선택하고, 표준 장치의 고주파 전류 측정값과 고주파 전기수술 분석기의 해당 표시값을 읽어 원본 기록표에 기록합니다. 결과는 표 5에 나와 있습니다.
표 5 고주파 전기수술 분석기의 교류 전류 교정 데이터
| 일련 번호 | 하중
(Ω) |
확인할 값
(MA) |
측정 된 가치
(MA) |
오류
(%) |
최대 허용 오차(%) | 결론적으로
(합격/불합격) |
| 1 | 200 | 22.33 | 22.41 | 0.35 | 2.5 | P |
| 2 | 50.80 | 50.84 | 0.07 | 2.5 | P | |
| 3 | 70.65 | 70.69 | 0.05 | 2.5 | P | |
| 4 | 80.35 | 80.57 | 0.27 | 2.5 | P | |
| 5 | 101.3 | 99.9 | 1.40 | 2.5 | P | |
| 6 | 770.4 | 776.1 | 0.73 | 2.5 | P | |
| 7 | 995.6 | 1001.2 | 0.56 | 2.5 | P |
3.4 가변 부하 저항 검증
가변 부하 저항기의 교정은 고주파 전기수술 분석기의 실제 적용 범위에 따라 결정됩니다. 교정점은 필요에 따라 설정되며, 일반적으로 5개 이상의 교정점을 사용합니다. 고주파 전기수술 분석기와 디지털 멀티미터의 연결은 그림 7에 나와 있습니다.
그림 7. 고주파 전기수술 분석기의 가변 저항 교정용 배선도
디지털 멀티미터를 저항 측정 범위로 설정하고 고주파 전기수술 분석기의 출력 저항 교정점을 설정한 후, 디지털 멀티미터의 측정값과 고주파 전기수술 분석기의 표시값을 읽었다. 결과는 표 6에 나와 있다.
표 6. 고주파 전기수술 분석기의 가변 부하 저항 검증 데이터
| 일련 번호 | 명목 가치
(Ω) |
측정 된 가치
(Ω) |
오류
(%) |
최대 허용 오차(%) | 결론적으로
(합격/불합격) |
| 1 | 100 | 100.4 | 0.4 | ± 2.5 | P |
| 2 | 200 | 199.5 | 0.25 | ± 2.5 | P |
| 3 | 300 | 299.2 | 0.26 | ± 2.5 | P |
| 4 | 500 | 498.8 | 0.24 | ± 2.5 | P |
| 5 | 800 | 802.2 | 0.27 | ± 2.5 | P |
| 6 | 1000 | 998.5 | 0.15 | ± 2.5 | P |
| 7 | 2000 | 1997.1 | 0.15 | ± 2.5 | P |
| 8 | 4000 | 3991.9 | 0.20 | ± 2.5 | P |
| 9 | 6000 | 5987.6 | 0.20 | ± 2.5 | P |
3.5 고정 비유도성 저항기의 검증
고정 비유도성 저항기의 교정 방법은 가변 부하 저항기의 교정 방법과 동일합니다. 장치의 연결도는 그림 6에 나와 있습니다. 디지털 멀티미터는 저항 측정 범위로 설정하고, 고주파 전기수술 분석기는 고주파 누설 전류 측정 모드로 설정합니다. 교정 결과는 표 7에 나와 있습니다.
표 7. 고주파 전기수술 분석기의 고정 부하 저항 검증 데이터
| 일련 번호 | 명목 가치
(Ω) |
측정 된 가치
(Ω) |
오류
(%) |
최대 허용 오차(%) | 결론적으로
(합격/불합격) |
| 1 | 200 | 199.1 | 0.45 | ± 1 | P |
4. 고주파 전기수술 검사
4.1 실험 환경 및 장비
본 실험은 주변 온도 25°C, 습도 50%의 표준 전자파 적합성 실험실에서 수행되었다. 실험 장비에는 고주파 전기수술 장치, 고주파 전기수술 분석기 및 테스트 벤치가 포함되었다.
본 실험에서는 시중에 판매되는 일반적인 고주파 전기수술기 유형을 대표하는 서로 다른 브랜드와 모델의 고주파 전기수술기 세 가지를 선정하였다(그림 8 참조). 주요 기능으로는 전기절단, 전기응고, 고주파 절제, 전기소작 등이 있다. 출력은 0~300W 범위이며, 작동 주파수는 각각 300kHz, 500kHz, 1MHz이다. 작동 모드는 연속 모드와 펄스 모드가 있다. 구체적인 매개변수는 표 8에 제시되어 있다.
그림 8. 세 가지 유형의 고주파 전기수술 제품
표 8. 고주파 전기수술 장치 3종의 기술 사양
| 일련 번호 | 제품명 | 함수 | 동작 주파수 | 출력 범위 | 작업 모드 |
| 제품 1 | 고주파 전기수술 장치 | 전기 절단, 전기응고 | 300kHz | 0 - 300W | 연속모드, 펄스모드 |
| 제품 2 | 무선 주파수 온도 제어 콘덴서 | 고주파 절제 | 500kHz | 0 - 50W | 연속모드, 펄스모드 |
| 제품 3 | 고주파 전기소작 치료 기기 | 전기 소작 | 1MHz | 0 - 20W | 연속 모드 |
고주파 전기수술 장치는 작동 방식에 따라 단극형과 양극형으로 나뉩니다. 시험 환경 설정은 극성에 따라 다릅니다. 다음은 전기수술 장치의 단극 작동 모드에서 전력 시험 및 고주파 누설 전류 시험을 위한 시험 환경 설정 방법을 설명합니다.
전원 테스트 연결 방법:
그림 9에 나타낸 바와 같이, 전기수술 장치의 수술용 전극을 분석기의 "Active" 포트에 연결하고, 전기수술 장치의 중성 전극을 분석기의 "Dispensive1" 포트에 연결하십시오.
그림 9 전력 테스트 환경 설정
고주파 누설 전류 테스트 연결 방법:
그림 10에 나타낸 바와 같이, 전기수술 장치의 양극성 수술 전극 1을 분석기의 "Active" 포트에 연결하고, 전기수술 장치의 양극성 수술 전극 1을 분석기의 "Dispensive1" 포트에 연결하며, 고주파 전기수술 장치의 접지선과 분석기의 "Group" 포트를 효과적으로 접지합니다.
그림 10. 고주파 누설 전류 시험 환경 구성
고주파 전기수술 장치와 고주파 전기수술 분석기에 전원을 연결하고 접지가 제대로 되었는지 확인하십시오. 고주파 전기수술 장치의 전원을 켜고 작동 모드로 전환하십시오. 고주파 전기수술 분석기의 전원을 켜고 테스트 작동 인터페이스에 진입하여 환경 설정 및 준비를 완료하십시오.
3.2 전기수술 출력 테스트
전기 외과 힘 test 고주파 전기수술용 칼을 작동시키고 절단 모드와 응고 모드에서 각각 테스트합니다. 분석기를 통해 전기수술용 칼의 출력 파형, 주파수, 전력 및 기타 매개변수를 실시간으로 모니터링하고 테스트 데이터를 기록합니다. [ 8 ] JJF1217-2025 "고주파 전기수술용 칼 교정 규격"에는 출력 전력에 대한 다음과 같은 구체적인 요구 사항이 있습니다.
출력 전력 표시의 최대 허용 오차는 설정값의 ±20%를 초과해서는 안 됩니다.
세 가지 제품을 각각 따로 테스트했으며, 테스트 결과는 표 9, 10, 11에 나와 있습니다.
표 9 제품 1의 전력 테스트 데이터
| 전기 절단 모드 | 전기응고 모드 | ||||||
| 하중 | 표시된 값 | 측정 된 가치 | 전원 오류 | 하중 | 표시된 값 | 측정 된 가치 | 전원 오류 |
| 300Ω | 50W | 53.3W | 6.60% | 300Ω | 10W | 10.6W | 6.00% |
| 300Ω | 100W | 105.4W | 5.40% | 300Ω | 20W | 22.5W | 12.50% |
| 300Ω | 150W | 155.7W | 3.80% | 300Ω | 40W | 37.9W | 5.25% |
| 300Ω | 200W | 210.4W | 5.20% | 300Ω | 60W | 55.4W | 7.66% |
| 300Ω | 250W | 243.5W | 2.60% | 300Ω | 80W | 73.2W | 8.50% |
| 300Ω | 300W | 287.3W | 4.20% | 300Ω | 100W | 91.9W | 8.10% |
표 10 제품 2의 전력 테스트 데이터
| 연속 모드 | 펄스 모드 | ||||||
| 하중 | 표시된 값 | 측정 된 가치 | 전원 오류 | 하중 | 표시된 값 | 측정 된 가치 | 전원 오류 |
| 100Ω | 1W | 1.08W | 8.00% | 100Ω | 4W | 4.2W | 5.00% |
| 100Ω | 5W | 5.3W | 6.00% | 100Ω | 8W | 7.8W | 2.50% |
| 100Ω | 10W | 9.8W | 2.00% | 100Ω | 15W | 15.4W | 2.60% |
| 100Ω | 20W | 20.7W | 3.50% | 100Ω | 23W | 23.7W | 3.04% |
| 100Ω | 30W | 29.1W | 3.00% | 100Ω | 28W | 25.8W | 7.85% |
| 100Ω | 50W | 49W | 2.00% | 100Ω | 42W | 38W | 9.50% |
표 11 제품 3의 전력 테스트 데이터
| 전체 출력 모드 | 하프 출력 모드 | ||||||
| 하중 | 표시된 값 | 측정 된 가치 | 전원 오류 | 하중 | 표시된 값 | 측정 된 가치 | 전원 오류 |
| 100Ω | 5.5W | 3.2W | 41.80% | 100Ω | 1.7W | 1.2W | 29.40% |
| 200Ω | 9.5W | 6.6W | 30.50% | 200Ω | 2.8W | 2.42W | 13.50% |
| 350Ω | 15.5W | 11.6W | 25.10% | 350Ω | 4.6W | 4.35W | 5.40% |
| 500Ω | 20.6W | 16.7W | 18.90% | 500Ω | 5.9W | 6.3W | -6.70 % |
| 1000Ω | 22.8W | 10.2W | 55.20% | 1000Ω | 12.2W | 10.6W | 13.10% |
| 2000Ω | 45W | 11.3W | 74.80% | 2000Ω | 16.5W | 11.1W | 32.70% |
3.3 고주파 누설 전류 시험
전기수술 고주파 누설 전류 test 전기수술용 칼 작동 중 고주파 전기수술용 칼의 출력 전극에서 접지로 흐르는 비작동 전류는 JJF1217-2025 "고주파 전기수술용 칼 교정 사양"에 명시되어 있습니다. [2] 고주파 누설 전류에 대해서는 다음과 같은 구체적인 요구 사항이 있습니다.
- 중성 전극 누설 전류: 중성 전극에서 200Ω 비유도성 저항을 통해 접지로 흐르는 고주파 누설 전류는 150mA를 넘지 않습니다. [ 9 ] ;
- 수술용 전극 누설 전류: 고주파에서 중성 전극이 접지로부터 절연된 경우, 단극 전극에서 200Ω 비유도성 저항을 통해 접지로 흐르는 고주파 누설 전류는 150mA를 넘지 않습니다.
- 양극 전극 누설 전류: 양극 전극의 고주파 누설 전류는 ( ) mA를 초과하지 않습니다(각 전극에서 200Ω 비유도성 저항을 통해 접지로 흐르는 고주파 누설 전류이며, 이 임피던스에서 발생하는 전력은 최대 양극 정격 출력 전력의 1%를 초과하지 않습니다).
제품 1에 대한 시험 결과, 고주파 누설 전류 데이터는 표 12에 나와 있습니다.
표 12 고주파 누설 전류 시험 데이터
| 중성 전극 누설 전류 | 수술용 전극 누설 전류 | ||
| 제품 번호 | 누설 전류 | 제품 번호 | 누설 전류 |
| 제품 1 | 34.84mA | 제품 1 | 108.2mA |
3.4 전기수술기 음극판 저항 모니터링 및 관리 시스템 테스트
전기수술용 음극 전극판 저항 모니터링 및 관리 시스템 test 전기수술 장치가 작동 중일 때, 가변 저항기(0~500Ω)를 사용하여 다양한 저항값을 모사합니다. REM 커넥터 또는 비 REM 커넥터를 연결하여 음극판과 환자 피부 사이의 접촉 저항을 실시간으로 모니터링하는 방식으로 테스트를 진행합니다. 저항값이 안전 범위를 초과하면 시스템에서 자동으로 경보가 울리고 전류 출력을 차단하여 접촉 면적 부족이나 박리로 인한 화상을 방지합니다. 기기의 테스트 인터페이스는 그림 11에 나와 있습니다.
그림 11 REM 테스트 인터페이스
4. 결론 및 전망
본 논문에서는 오실로스코프 기반의 고성능 고주파 전기수술 분석기를 설계 및 구현하였다. 하드웨어 모듈 설계와 소프트웨어 알고리즘 최적화를 통해, 동적 부하 시뮬레이션, 고정밀 신호 획득 및 안전성 검사 분야에서 국내 분석기의 기술적 병목 현상을 성공적으로 해결하였다. 실험 검증 결과, 본 분석기는 높은 대역폭(200MHz), 넓은 측정 범위(전력 0-500W, 누설 전류 0-1000mA), 높은 정밀도(전력 오차 ≤5%, 누설 전류 오차 ≤2.5%) 및 자동화된 검사 기능을 갖추고 있어 JJF1217-2025 교정 규격의 요구 사항을 완벽하게 충족함을 보여준다. [2] 또한, 본 장비는 동적 부하 시뮬레이션 기능(0~6400Ω, 1Ω 단위)과 다기능 테스트 모드(전력, 누설 전류, REM 경보 등)를 통해 고주파 전기수술 장비의 성능 평가 및 안전성 검증을 위한 신뢰할 수 있는 도구를 제공합니다. 본 연구는 수입 장비의 기술 독점을 타파하고 국내 고급 의료 검사 장비 시장의 공백을 메우며, 의료 장비 산업 사슬의 자립적 관리 촉진과 의료기관의 운영 및 유지 보수 비용 절감에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.
참고자료
- 202-2021 의료 전기 장비 – 제2-2부: 고주파 수술 장비 및 부속품의 기본 안전 및 기본 성능에 대한 특별 요구사항 [S]
- JJF 1217-2025. 고주파 전기수술 장치 교정 규격 [S]
- Chen Guangfei. 고주파 전기수술 분석기의 연구 및 설계[J]. 베이징 생물의학 공학, 2009, 28(4):342-345.
[4] Huang Hua, Liu Yajun. QA-Es 고주파 전기수술 분석기의 전력 측정 및 획득 회로 설계에 대한 간략한 분석[J]. 중국 의료기기, 2013, 28(01): 113-115.
[5] Chen Shangwen, 의료용 고주파 전기수술 장치의 성능 테스트 및 품질 관리 [J]. 계산 및 테스트 기술, 2018, 45(08):67~69.
[6] Chen Guangfei, Zhou Dan. 고주파 전기수술 분석기의 교정 방법에 대한 연구 [J]. 의료 및 건강 장비, 2009, 30(08):9~10+19.
[ 7 ] He Min, Zeng Qiao, Liu Hanwei, Wu Jingbiao (교신 저자). 고주파 전기수술 출력 전력 테스트 방법의 분석 및 비교 [J]. 의료기기, 2021, (34): 13-0043-03 .
[ 8 ] Zhao Yuxiang, Liu Jixiang, Lu Jia 등. 고주파 전기수술 장치의 품질 관리 및 테스트 방법에 대한 실습 및 토론. 중국 의료기기, 2012, 27(11):1561-1562.
[ 9 ] Duan Qiaofeng, Gao Shan, Zhang Xuehao. 고주파 수술 장비의 고주파 누설 전류에 대한 논의. 중국 의료기기 정보, 2013, 19(10): 159-167.
저자에 관하여
저자 소개: 샨 차오, 선임 엔지니어, 연구 분야: 의료기기 제품의 품질 테스트 및 평가와 관련 연구.
저자 소개: 치앙 샤오룽, 부수석 기술자, 연구 분야: 능동형 의료기기 시험의 품질 평가 및 표준화.
저자 소개: 류지밍, 학사 학위, 연구 분야: 측정 및 제어 설계 및 개발.
교신 저자
장차오, 석사, 주요 연구 분야는 측정 및 제어 설계 및 개발, 이메일: [이메일 보호]
