کاربرد تحلیلگر الکتروسرجری فرکانس بالا KP2021 و تحلیلگر شبکه در تست ترمیج

Thermage، یک فناوری غیرتهاجمی سفت‌کننده پوست با فرکانس رادیویی (RF)، به طور گسترده در زیبایی‌شناسی پزشکی استفاده می‌شود. با افزایش فرکانس‌های عملیاتی به 1 مگاهرتز تا 5 مگاهرتز، آزمایش با چالش‌هایی مانند اثر پوستی، اثر مجاورت و پارامترهای انگلی مواجه است. بر اساس استاندارد GB 9706.202-2021، این مقاله کاربرد یکپارچه آنالایزر الکتروسرجیکال با فرکانس بالا KP2021 و آنالایزر شبکه برداری (VNA) را در اندازه‌گیری توان، تجزیه و تحلیل امپدانس و اعتبارسنجی عملکرد بررسی می‌کند. این ابزارها از طریق استراتژی‌های بهینه شده، ایمنی و اثربخشی دستگاه‌های Thermage را تضمین می‌کنند.

کلمات کلیدی: Thermage; آنالایزر الکتروسرجیکال با فرکانس بالا KP2021; آنالایزر شبکه; تست با فرکانس بالا; 

استاندارد IEC 60601-2-20; اثر پوستی; پارامترهای انگلی

Thermage یک فناوری غیرتهاجمی سفت‌کننده پوست RF است که لایه‌های عمیق کلاژن را گرم می‌کند تا بازسازی را تقویت کند و به سفت شدن پوست و اثرات ضد پیری دست یابد. به عنوان یک دستگاه زیبایی‌شناسی پزشکی، پایداری، ایمنی و سازگاری عملکرد خروجی RF آن بسیار مهم است. طبق IEC 60601-2-2 و معادل چینی آن، GB 9706.202-2021، دستگاه‌های پزشکی RF نیاز به آزمایش برای توان خروجی، جریان نشتی و تطبیق امپدانس دارند تا ایمنی و اثربخشی بالینی را تضمین کنند.

دستگاه‌های الکتروسرجیکال با فرکانس بالا از جریان با چگالی بالا و فرکانس بالا برای ایجاد اثرات حرارتی موضعی، تبخیر یا اختلال در بافت برای برش و انعقاد استفاده می‌کنند. این دستگاه‌ها که معمولاً در محدوده 200 کیلوهرتز تا 5 مگاهرتز کار می‌کنند، به طور گسترده در جراحی‌های باز (به عنوان مثال، جراحی عمومی، زنان) و روش‌های آندوسکوپی (به عنوان مثال، لاپاراسکوپی، گاستروسکوپی) استفاده می‌شوند. در حالی که واحدهای الکتروسرجیکال سنتی در 400 کیلوهرتز تا 650 کیلوهرتز (به عنوان مثال، 512 کیلوهرتز) برای برش و هموستاز قابل توجه کار می‌کنند، دستگاه‌های با فرکانس بالاتر (1 مگاهرتز تا 5 مگاهرتز) امکان برش و انعقاد ظریف‌تر با آسیب حرارتی کاهش یافته را فراهم می‌کنند که برای جراحی پلاستیک و پوست مناسب است. با ظهور دستگاه‌های با فرکانس بالاتر مانند چاقوهای RF با دمای پایین و سیستم‌های RF زیبایی، چالش‌های آزمایش تشدید می‌شود. استاندارد GB 9706.202-2021، به ویژه بند 201.5.4، الزامات سختگیرانه‌ای را برای ابزار اندازه‌گیری و مقاومت‌های آزمایشی اعمال می‌کند و روش‌های سنتی را ناکافی می‌کند.

آنالایزر الکتروسرجیکال با فرکانس بالا KP2021 و آنالایزر شبکه برداری (VNA) نقش‌های محوری در آزمایش Thermage ایفا می‌کنند. این مقاله کاربردهای آنها را در کنترل کیفیت، اعتبارسنجی تولید و نگهداری بررسی می‌کند و چالش‌های آزمایش با فرکانس بالا را تجزیه و تحلیل می‌کند و راه‌حل‌های نوآورانه‌ای را پیشنهاد می‌دهد.

KP2021 که توسط KINGPO Technology توسعه یافته است، یک ابزار آزمایش دقیق برای واحدهای الکتروسرجیکال با فرکانس بالا (ESU) است. ویژگی‌های کلیدی آن عبارتند از:

• محدوده اندازه‌گیری گسترده: توان (0-500 وات، ±3٪ یا ±1 وات)، ولتاژ (0-400 ولت RMS، ±2٪ یا ±2 ولت)، جریان (2 میلی‌آمپر-5000 میلی‌آمپر، ±1٪)، جریان نشتی با فرکانس بالا (2 میلی‌آمپر-5000 میلی‌آمپر، ±1٪)، امپدانس بار (0-6400Ω، ±1٪).
• پوشش فرکانس: 50 کیلوهرتز تا 200 مگاهرتز، پشتیبانی از حالت‌های پیوسته، پالس و تحریک.
• حالت‌های تست متنوع: اندازه‌گیری توان RF (تک قطبی/دوقطبی)، تست منحنی بار توان، اندازه‌گیری جریان نشتی و تست REM/ARM/CQM (نظارت بر الکترود برگشتی).
• اتوماسیون و سازگاری: پشتیبانی از تست خودکار، سازگار با برندهایی مانند Valleylab، Conmed و Erbe و ادغام با سیستم‌های LIMS/MES.

KP2021 مطابق با IEC 60601-2-2 است و برای تحقیق و توسعه، کنترل کیفیت تولید و نگهداری تجهیزات بیمارستانی ایده‌آل است.

آنالایزر شبکه برداری (VNA) پارامترهای شبکه RF، مانند پارامترهای S (پارامترهای پراکندگی، از جمله ضریب بازتاب S11 و ضریب انتقال S21) را اندازه‌گیری می‌کند. کاربردهای آن در آزمایش دستگاه‌های RF پزشکی عبارتند از:

• تطبیق امپدانس: کارایی انتقال انرژی RF را ارزیابی می‌کند و تلفات بازتاب را کاهش می‌دهد تا خروجی پایدار را تحت امپدانس‌های مختلف پوست تضمین کند.
• تجزیه و تحلیل پاسخ فرکانسی: پاسخ‌های دامنه و فاز را در یک باند وسیع (10 کیلوهرتز تا 20 مگاهرتز) اندازه‌گیری می‌کند و اعوجاج‌ها را از پارامترهای انگلی شناسایی می‌کند.
• اندازه‌گیری طیف امپدانس: مقاومت، راکتانس و زاویه فاز را از طریق تجزیه و تحلیل نمودار اسمیت تعیین می‌کند و از انطباق با GB 9706.202-2021 اطمینان حاصل می‌کند.
• سازگاری: VNAهای مدرن (به عنوان مثال، Keysight، Anritsu) فرکانس‌هایی تا 70 گیگاهرتز با دقت 0.1 دسی‌بل را پوشش می‌دهند که برای تحقیق و توسعه و اعتبارسنجی دستگاه‌های پزشکی RF مناسب است.

این قابلیت‌ها VNAها را برای تجزیه و تحلیل زنجیره RF Thermage ایده‌آل می‌کند و مکمل مترهای توان سنتی است.

بند 201.5.4 GB 9706.202-2021 حکم می‌کند که ابزارهای اندازه‌گیری جریان با فرکانس بالا باید دقت RMS واقعی حداقل 5٪ را از 10 کیلوهرتز تا پنج برابر فرکانس اساسی دستگاه ارائه دهند. مقاومت‌های آزمایشی باید توان نامی حداقل 50٪ از مصرف آزمایشی داشته باشند، با دقت مؤلفه مقاومت در 3٪ و زاویه فاز امپدانس بیش از 8.5 درجه در همان محدوده فرکانسی نباشد.

در حالی که این الزامات برای واحدهای الکتروسرجیکال سنتی 500 کیلوهرتز قابل مدیریت هستند، دستگاه‌های Thermage که بالاتر از 4 مگاهرتز کار می‌کنند با چالش‌های قابل توجهی مواجه هستند، زیرا ویژگی‌های امپدانس مقاومت مستقیماً بر اندازه‌گیری توان و دقت ارزیابی عملکرد تأثیر می‌گذارد.

اثر پوستی باعث می‌شود جریان با فرکانس بالا روی سطح یک هادی متمرکز شود و ناحیه رسانای مؤثر را کاهش دهد و مقاومت واقعی مقاومت را در مقایسه با مقادیر DC یا فرکانس پایین افزایش دهد. این می‌تواند منجر به خطاهای محاسبه توان بیش از 10٪ شود.

اثر مجاورت که در کنار اثر پوستی در هادی‌های نزدیک به هم رخ می‌دهد، توزیع ناهموار جریان را به دلیل تعاملات میدان مغناطیسی تشدید می‌کند. در طرح‌های پروب RF و بار Thermage، این امر باعث افزایش تلفات و بی‌ثباتی حرارتی می‌شود.

در فرکانس‌های بالا، مقاومت‌ها دارای القای انگلی (L) و ظرفیت (C) غیرقابل اغماضی هستند که یک امپدانس پیچیده Z = R + jX (X = XL - XC) را تشکیل می‌دهند. القای انگلی راکتانس XL = 2πfL را تولید می‌کند که با فرکانس افزایش می‌یابد، در حالی که ظرفیت انگلی راکتانس XC = 1/(2πfC) را تولید می‌کند که با فرکانس کاهش می‌یابد. این امر منجر به انحراف زاویه فاز از 0 درجه می‌شود که احتمالاً از 8.5 درجه تجاوز می‌کند، استانداردهایی را نقض می‌کند و خطر خروجی ناپایدار یا گرم شدن بیش از حد را به همراه دارد.

پارامترهای واکنشی که توسط راکتانس‌های القایی (XL) و خازنی (XC) هدایت می‌شوند، به امپدانس Z = R + jX کمک می‌کنند. اگر XL و XC نامتعادل یا بیش از حد باشند، زاویه فاز به طور قابل توجهی منحرف می‌شود و ضریب توان و راندمان انتقال انرژی را کاهش می‌دهد.

مقاومت‌های غیر القایی که برای به حداقل رساندن القای انگلی با استفاده از ساختارهای فیلم نازک، فیلم ضخیم یا فیلم کربن طراحی شده‌اند، همچنان با چالش‌هایی بالاتر از 4 مگاهرتز مواجه هستند:

• القای انگلی باقیمانده: حتی القای کوچک در فرکانس‌های بالا راکتانس قابل توجهی تولید می‌کند.
• ظرفیت انگلی: راکتانس خازنی کاهش می‌یابد و باعث رزونانس و انحراف از مقاومت خالص می‌شود.
• پایداری پهنای باند: حفظ زاویه فاز ≤8.5 درجه و دقت مقاومت ±3٪ از 10 کیلوهرتز تا 20 مگاهرتز چالش برانگیز است.
• اتلاف توان بالا: ساختارهای فیلم نازک دارای اتلاف حرارت کمتری هستند و باعث محدود شدن هندلینگ توان یا نیاز به طراحی‌های پیچیده می‌شوند.

1. آماده‌سازی: KP2021 را به دستگاه Thermage متصل کنید و امپدانس بار (به عنوان مثال، 200Ω برای شبیه‌سازی پوست) را تنظیم کنید. VNA را در زنجیره RF ادغام کنید و برای از بین بردن انگل‌های کابل کالیبره کنید.
2. تست توان و نشتی: KP2021 توان خروجی، RMS ولتاژ/جریان و جریان نشتی را اندازه‌گیری می‌کند، از انطباق با استانداردهای GB اطمینان حاصل می‌کند و عملکرد REM را نظارت می‌کند.
3. تجزیه و تحلیل امپدانس و زاویه فاز: VNA باند فرکانسی را اسکن می‌کند، پارامترهای S را اندازه‌گیری می‌کند و زاویه فاز را محاسبه می‌کند. اگر >8.5 درجه باشد، شبکه تطبیق یا ساختار مقاومت را تنظیم کنید.
4. جبران اثر فرکانس بالا: تست حالت پالس KP2021، همراه با رفلکتومتری دامنه زمانی (TDR) VNA، اعوجاج سیگنال را شناسایی می‌کند، با الگوریتم‌های دیجیتال برای جبران خطاها.
5. اعتبارسنجی و گزارش‌دهی: داده‌ها را در سیستم‌های خودکار ادغام کنید و گزارش‌های مطابق با GB 9706.202-2021 را با منحنی‌های بار توان و طیف امپدانس تولید کنید.

KP2021 امپدانس‌های پوست (50-500Ω) را شبیه‌سازی می‌کند تا اثرات پوست/مجاورت را تعیین کند و قرائت‌ها را اصلاح کند. اندازه‌گیری‌های S11 VNA پارامترهای انگلی را محاسبه می‌کند و از ضریب توان نزدیک به 1 اطمینان حاصل می‌کند.

• طراحی کم القا: از مقاومت‌های فیلم نازک، فیلم ضخیم یا فیلم کربن استفاده کنید و از ساختارهای سیم‌پیچ خودداری کنید.
• ظرفیت کم انگلی: بسته‌بندی و طراحی پین را برای به حداقل رساندن سطح تماس بهینه کنید.
• تطبیق امپدانس پهنای باند: از مقاومت‌های موازی با مقدار کم برای کاهش اثرات انگلی و حفظ پایداری زاویه فاز استفاده کنید.

• اندازه‌گیری RMS واقعی: KP2021 و VNA از اندازه‌گیری شکل موج غیر سینوسی در 30 کیلوهرتز تا 20 مگاهرتز پشتیبانی می‌کنند.
• سنسورهای پهنای باند: پروب‌های کم تلفات و با خطی بالا را با پارامترهای انگلی کنترل شده انتخاب کنید.

به طور منظم سیستم‌ها را با استفاده از منابع با فرکانس بالا تأیید شده کالیبره کنید تا از دقت اطمینان حاصل کنید.

• سرب‌های کوتاه و اتصالات کواکسیال: از کابل‌های کواکسیال با فرکانس بالا برای به حداقل رساندن تلفات و انگل‌ها استفاده کنید.
• محافظ و زمین: از محافظ الکترومغناطیسی و زمین مناسب برای کاهش تداخل استفاده کنید.
• شبکه‌های تطبیق امپدانس: شبکه‌ها را برای به حداکثر رساندن راندمان انتقال انرژی طراحی کنید.

• پردازش سیگنال دیجیتال: از تبدیل فوریه برای تجزیه و تحلیل و اصلاح اعوجاج‌های انگلی استفاده کنید.
• یادگیری ماشینی: رفتار با فرکانس بالا را مدل‌سازی و پیش‌بینی کنید و پارامترهای تست را به طور خودکار تنظیم کنید.
• ابزار دقیق مجازی: سخت‌افزار و نرم‌افزار را برای نظارت و اصلاح داده‌ها در زمان واقعی ترکیب کنید.

در آزمایش یک سیستم Thermage 4 مگاهرتز، نتایج اولیه نشان‌دهنده انحراف توان 5٪ و زاویه فاز 10 درجه بود. KP2021 جریان نشتی بیش از حد را شناسایی کرد، در حالی که VNA یک القای انگلی 0.1 میکروهرتز را تشخیص داد. پس از جایگزینی با مقاومت‌های کم القا و بهینه‌سازی شبکه تطبیق، زاویه فاز به 5 درجه کاهش یافت و دقت توان به ±2٪ رسید و استانداردهایی را رعایت کرد.

استاندارد GB 9706.202-2021 محدودیت‌های آزمایش سنتی را در محیط‌های با فرکانس بالا برجسته می‌کند. استفاده یکپارچه از KP2021 و VNA به چالش‌هایی مانند اثر پوستی و پارامترهای انگلی می‌پردازد و اطمینان حاصل می‌کند که دستگاه‌های Thermage استانداردهای ایمنی و اثربخشی را برآورده می‌کنند. پیشرفت‌های آینده، با گنجاندن یادگیری ماشینی و ابزار دقیق مجازی، قابلیت‌های آزمایش را برای دستگاه‌های پزشکی با فرکانس بالا بیشتر افزایش می‌دهد.

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