Zastosowanie analizatora elektrochirurgicznego wysokiej częstotliwości KP2021 i analizatora sieci w testach Thermage

Thermage, nieinwazyjna technologia napinania skóry wykorzystująca fale radiowe (RF), jest szeroko stosowana w medycynie estetycznej. Wraz ze wzrostem częstotliwości pracy do 1 MHz-5 MHz, testowanie napotyka wyzwania, takie jak efekt naskórkowy, efekt bliskości i parametry pasożytnicze. W oparciu o normę GB 9706.202-2021, artykuł ten bada zintegrowane zastosowanie analizatora elektrochirurgicznego wysokiej częstotliwości KP2021 i analizatora sieci wektorowej (VNA) w pomiarze mocy, analizie impedancji i walidacji wydajności. Dzięki zoptymalizowanym strategiom, narzędzia te zapewniają bezpieczeństwo i skuteczność urządzeń Thermage.

Słowa kluczowe: Thermage; analizator elektrochirurgiczny wysokiej częstotliwości KP2021; analizator sieci; testowanie wysokiej częstotliwości; 

Norma IEC 60601-2-20; efekt naskórkowy; parametry pasożytnicze

Thermage to nieinwazyjna technologia napinania skóry RF, która podgrzewa głębokie warstwy kolagenu, aby promować regenerację, osiągając efekt napinania skóry i przeciwdziałania starzeniu. Jako urządzenie medycyny estetycznej, stabilność, bezpieczeństwo i spójność działania jego wyjścia RF są krytyczne. Zgodnie z normą IEC 60601-2-2 i jej chińskim odpowiednikiem, GB 9706.202-2021, urządzenia medyczne RF wymagają testowania mocy wyjściowej, prądu upływu i dopasowania impedancji, aby zapewnić bezpieczeństwo kliniczne i skuteczność.

Urządzenia elektrochirurgiczne wysokiej częstotliwości wykorzystują prąd o dużej gęstości i wysokiej częstotliwości do tworzenia zlokalizowanych efektów termicznych, parowania lub zakłócania tkanki w celu cięcia i koagulacji. Urządzenia te, zwykle działające w zakresie 200 kHz-5 MHz, są szeroko stosowane w operacjach otwartych (np. chirurgia ogólna, ginekologia) i procedurach endoskopowych (np. laparoskopia, gastroskopia). Podczas gdy tradycyjne jednostki elektrochirurgiczne działają przy częstotliwości 400 kHz-650 kHz (np. 512 kHz) w celu znaczącego cięcia i hemostazy, urządzenia o wyższej częstotliwości (1 MHz-5 MHz) umożliwiają precyzyjniejsze cięcie i koagulację ze zmniejszonym uszkodzeniem termicznym, odpowiednie dla chirurgii plastycznej i dermatologii. Wraz z pojawieniem się urządzeń o wyższej częstotliwości, takich jak noże RF o niskiej temperaturze i estetyczne systemy RF, wyzwania związane z testowaniem nasilają się. Norma GB 9706.202-2021, w szczególności klauzula 201.5.4, nakłada rygorystyczne wymagania dotyczące przyrządów pomiarowych i rezystorów testowych, co sprawia, że tradycyjne metody są niewystarczające.

Analizator elektrochirurgiczny wysokiej częstotliwości KP2021 i analizator sieci wektorowej (VNA) odgrywają kluczową rolę w testowaniu Thermage. Artykuł ten analizuje ich zastosowania w kontroli jakości, walidacji produkcji i konserwacji, analizując wyzwania związane z testowaniem wysokiej częstotliwości i proponując innowacyjne rozwiązania.

KP2021, opracowany przez KINGPO Technology, jest precyzyjnym przyrządem testującym dla jednostek elektrochirurgicznych wysokiej częstotliwości (ESU). Jego kluczowe cechy obejmują:

• Szeroki zakres pomiarowy: Moc (0-500W, ±3% lub ±1W), napięcie (0-400V RMS, ±2% lub ±2V), prąd (2mA-5000mA, ±1%), prąd upływu wysokiej częstotliwości (2mA-5000mA, ±1%), impedancja obciążenia (0-6400Ω, ±1%).
• Zakres częstotliwości: 50 kHz-200 MHz, obsługujący tryby ciągłe, impulsowe i stymulacyjne.
• Różnorodne tryby testowania: Pomiar mocy RF (monopolarny/bipolarny), testowanie krzywej obciążenia mocy, pomiar prądu upływu i testowanie REM/ARM/CQM (monitorowanie elektrody powrotnej).
• Automatyzacja i kompatybilność: Obsługuje zautomatyzowane testowanie, jest kompatybilny z markami takimi jak Valleylab, Conmed i Erbe oraz integruje się z systemami LIMS/MES.

Zgodny z normą IEC 60601-2-2, KP2021 jest idealny do badań i rozwoju, kontroli jakości produkcji i konserwacji sprzętu szpitalnego.

Analizator sieci wektorowej (VNA) mierzy parametry sieci RF, takie jak parametry S (parametry rozpraszania, w tym współczynnik odbicia S11 i współczynnik transmisji S21). Jego zastosowania w testowaniu medycznych urządzeń RF obejmują:

• Dopasowanie impedancji: Ocenia wydajność transferu energii RF, redukując straty odbiciowe, aby zapewnić stabilne wyjście przy zmiennych impedancjach skóry.
• Analiza odpowiedzi częstotliwościowej: Mierzy odpowiedzi amplitudy i fazy w szerokim paśmie (10 kHz-20 MHz), identyfikując zniekształcenia z parametrów pasożytniczych.
• Pomiar widma impedancji: Określa rezystancję, reaktancję i kąt fazowy za pomocą analizy wykresu Smitha, zapewniając zgodność z GB 9706.202-2021.
• Kompatybilność: Nowoczesne VNA (np. Keysight, Anritsu) obejmują częstotliwości do 70 GHz z dokładnością 0,1 dB, odpowiednie do badań i rozwoju oraz walidacji urządzeń medycznych RF.

Te możliwości sprawiają, że VNA są idealne do analizy łańcucha RF Thermage, uzupełniając tradycyjne mierniki mocy.

Klauzula 201.5.4 normy GB 9706.202-2021 nakazuje, aby przyrządy mierzące prąd wysokiej częstotliwości zapewniały dokładność rzeczywistej wartości skutecznej (RMS) co najmniej 5% od 10 kHz do pięciokrotności częstotliwości podstawowej urządzenia. Rezystory testowe muszą mieć moc znamionową co najmniej 50% zużycia testowego, z dokładnością składowej rezystancji w granicach 3% i kątem fazowym impedancji nieprzekraczającym 8,5° w tym samym zakresie częstotliwości.

Chociaż wymagania te są możliwe do opanowania w przypadku tradycyjnych jednostek elektrochirurgicznych 500 kHz, urządzenia Thermage działające powyżej 4 MHz napotykają znaczne wyzwania, ponieważ charakterystyki impedancji rezystora bezpośrednio wpływają na pomiar mocy i dokładność oceny wydajności.

Efekt naskórkowy powoduje, że prąd wysokiej częstotliwości koncentruje się na powierzchni przewodnika, zmniejszając efektywną powierzchnię przewodzenia i zwiększając rzeczywistą rezystancję rezystora w porównaniu z wartościami DC lub niskiej częstotliwości. Może to prowadzić do błędów w obliczeniach mocy przekraczających 10%.

Efekt bliskości, występujący obok efektu naskórkowego w blisko rozmieszczonych przewodach, pogłębia nierównomierny rozkład prądu z powodu interakcji pola magnetycznego. W konstrukcjach sondy RF i obciążenia Thermage zwiększa to straty i niestabilność termiczną.

Przy wysokich częstotliwościach rezystory wykazują niezerową pasożytniczą indukcyjność (L) i pojemność (C), tworząc złożoną impedancję Z = R + jX (X = XL - XC). Pasożytnicza indukcyjność generuje reaktancję XL = 2πfL, rosnącą wraz z częstotliwością, podczas gdy pasożytnicza pojemność generuje reaktancję XC = 1/(2πfC), malejącą wraz z częstotliwością. Powoduje to odchylenie kąta fazowego od 0°, potencjalnie przekraczające 8,5°, naruszając normy i ryzykując niestabilne wyjście lub przegrzanie.

Parametry reaktywne, napędzane przez reaktancje indukcyjne (XL) i pojemnościowe (XC), przyczyniają się do impedancji Z = R + jX. Jeśli XL i XC są niezrównoważone lub nadmierne, kąt fazowy znacznie odbiega, zmniejszając współczynnik mocy i wydajność transferu energii.

Rezystory nienadające się do indukcji, zaprojektowane w celu zminimalizowania pasożytniczej indukcyjności za pomocą struktur cienkowarstwowych, grubowarstwowych lub węglowych, nadal napotykają wyzwania powyżej 4 MHz:

• Resztkowa pasożytnicza indukcyjność: Nawet mała indukcyjność wytwarza znaczną reaktancję przy wysokich częstotliwościach.
• Pasożytnicza pojemność: Reaktancja pojemnościowa maleje, powodując rezonans i odchylenie od czystej rezystancji.
• Stabilność szerokopasmowa: Utrzymanie kąta fazowego ≤8,5° i dokładności rezystancji ±3% od 10 kHz-20 MHz jest wyzwaniem.
• Rozpraszanie dużej mocy: Struktury cienkowarstwowe mają mniejsze rozpraszanie ciepła, ograniczając obsługę mocy lub wymagając złożonych konstrukcji.

1. Przygotowanie: Podłącz KP2021 do urządzenia Thermage, ustawiając impedancję obciążenia (np. 200Ω w celu symulacji skóry). Zintegruj VNA z łańcuchem RF, kalibrując w celu wyeliminowania pasożytów kablowych.
2. Testowanie mocy i upływu: KP2021 mierzy moc wyjściową, napięcie/prąd RMS i prąd upływu, zapewniając zgodność z normami GB i monitoruje funkcjonalność REM.
3. Analiza impedancji i kąta fazowego: VNA skanuje pasmo częstotliwości, mierzy parametry S i oblicza kąt fazowy. Jeśli >8,5°, wyreguluj sieć dopasowującą lub strukturę rezystora.
4. Kompensacja efektu wysokiej częstotliwości: Testowanie w trybie impulsowym KP2021, w połączeniu z reflektometrią w dziedzinie czasu (TDR) VNA, identyfikuje zniekształcenia sygnału, a algorytmy cyfrowe kompensują błędy.
5. Walidacja i raportowanie: Zintegruj dane ze zautomatyzowanymi systemami, generując raporty zgodne z GB 9706.202-2021 z krzywymi obciążenia mocą i widmami impedancji.

KP2021 symuluje impedancje skóry (50-500Ω) w celu określenia efektów skóry/bliskości i poprawy odczytów. Pomiary S11 VNA obliczają parametry pasożytnicze, zapewniając współczynnik mocy bliski 1.

• Konstrukcja o niskiej indukcyjności: Używaj rezystorów cienkowarstwowych, grubowarstwowych lub węglowych, unikając struktur drutowych.
• Niska pojemność pasożytnicza: Zoptymalizuj opakowanie i konstrukcję pinów, aby zminimalizować powierzchnię styku.
• Szerokopasmowe dopasowanie impedancji: Zastosuj równoległe rezystory o niskiej wartości, aby zmniejszyć efekty pasożytnicze i utrzymać stabilność kąta fazowego.

• Pomiar rzeczywistej wartości skutecznej (RMS): KP2021 i VNA obsługują pomiar przebiegów niesinusoidalnych w zakresie 30 kHz-20 MHz.
• Szerokopasmowe czujniki: Wybierz sondy o niskich stratach, wysokiej liniowości i kontrolowanych parametrach pasożytniczych.

Regularnie kalibruj systemy za pomocą certyfikowanych źródeł wysokiej częstotliwości, aby zapewnić dokładność.

• Krótkie przewody i połączenia koncentryczne: Używaj wysokiej częstotliwości kabli koncentrycznych, aby zminimalizować straty i pasożyty.
• Ekranowanie i uziemienie: Zastosuj ekranowanie elektromagnetyczne i prawidłowe uziemienie, aby zmniejszyć zakłócenia.
• Sieci dopasowywania impedancji: Zaprojektuj sieci, aby zmaksymalizować wydajność transferu energii.

• Przetwarzanie sygnałów cyfrowych: Zastosuj transformaty Fouriera do analizy i korekcji zniekształceń pasożytniczych.
• Uczenie maszynowe: Modeluj i przewiduj zachowanie wysokiej częstotliwości, automatycznie dostosowując parametry testowe.
• Instrumentacja wirtualna: Połącz sprzęt i oprogramowanie w celu monitorowania w czasie rzeczywistym i korekcji danych.

Podczas testowania systemu Thermage 4 MHz, początkowe wyniki wykazały 5% odchylenie mocy i kąt fazowy 10°. KP2021 zidentyfikował nadmierny prąd upływu, podczas gdy VNA wykrył pasożytniczą indukcyjność 0,1 μH. Po wymianie na rezystory o niskiej indukcyjności i optymalizacji sieci dopasowującej, kąt fazowy spadł do 5°, a dokładność mocy osiągnęła ±2%, spełniając normy.

Norma GB 9706.202-2021 podkreśla ograniczenia tradycyjnych testów w środowiskach wysokiej częstotliwości. Zintegrowane użycie KP2021 i VNA rozwiązuje problemy, takie jak efekt naskórkowy i parametry pasożytnicze, zapewniając, że urządzenia Thermage spełniają normy bezpieczeństwa i skuteczności. Przyszłe postępy, obejmujące uczenie maszynowe i instrumentację wirtualną, jeszcze bardziej zwiększą możliwości testowania urządzeń medycznych wysokiej częstotliwości.

https://www.batterytestingmachine.com/videos-51744861-kp2021-electrosurgical-unit-analyzer.html