Yüksek frekans akım transformatörsüz elektrocerrahi jeneratörü tasarımı ve gerçeklemesi
Generator design without rf transformer for electrocoter device
Yazar: HAKAN ESER
Danışman: DOÇ. DR. SAVAŞ ŞAHİN
İzmir Katip Çelebi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektrocerrahi = Electrosurgery

Özet:
Bu tezde yüksek frekans akım (YFA) transformatörü kullanılmayan elektrocerrahi jeneratör (ECJ) tasarımı ve gerçeklemesi yapılmıştır. ECJ'ler cerrahi operasyonlarda dokuların kesilmesi ve koterizasyonu işlemleri için kullanılırlar. Mevcut ECJ'lerde YFA katında kullanılan radyo frekans (RF) transformatörü ile yüksek frekans anahtarlaması yaparak çıkış gücü düzenlemesi yaparlar. Ancak, yüksek frekansla anahtarlama RF transformatörü çıkışında zıt elektromotor kuvveti etkileri ile oluşan yüksek genlikli ani gerilim değerlerine ve elektrocerrahi kesim kipi işleminde cihaz ucunda alev uzamalarına neden olmaktadır. Bu da cerrahi operasyonlarda istenilmeyen yanık veya doku hasarına neden olabilir. Bu tezde, YFA transformatörü kullanılmadan yüksek gerilimli doğru akım devresi ve anahtarlaması ile çalışan yeni bir ECJ cihazı tasarımı ve gerçeklemesi yapılmıştır. Geliştirilen ECJ, tek kutuplu tipte olduğu için RF transformatörsüz uygulanmış ve YFA için ihtiyaç duyulan doğru akım kaynağı tasarımı yapılmıştır. Çıkış güç katında MOSFET'lerden oluşan H köprü için görev oranı %40-%60 aralığında değiştirilebilen darbe genişlik modülasyonu (PWM) işareti ile kullanılmıştır. 500KHz-1MHz bandında ayarlanabilir bir frekansa sahip olan PWM, çıkış gücü regülasyonu için mikrodenetleyicide görev oranı olarak üretilir. ECJ'nin çıkış güç düzenlemesi yükün çektiği çıkış akımının ölçülüp, bir oransal integral türev denetleyici ile sağlanmıştır. Tasarlanan ECJ yük empedansı değişimine göre sistem çıkışının arzu edilen güç değerinde sabit kalması sağlamıştır. Deneysel ölçümler 320V DA ve 500KHz'lik anahtarlama frekansında yapılmıştır. Tasarlanan ECJ ile tavuk dokusu kesilmiş, elde edilen çıkış gerilim ve akım verileri MATLAB ortamında analiz edilmiştir. Çıkış gücü ortalaması, standart sapma ve güç çıkış karakteristiği analiz edilmiştir. Geliştirilen ve geleneksel ECJ cihazlarının performans karşılaştırması, tavuk dokusu üzerindeki etkiler için kesme kipinde gözlemlenmiştir.

Abstract:
The electrosurgical generators (ECJ) are used for cutting and cauterization of tissues in surgical operations. Available ECJs make high frequency switching to regulate the output power with the radio frequency (RF) transformer used in the high-frequency current (HFC) stage. However, this high-frequency switching causes not only high amplitude instantaneous voltage values owing to the effects of opposite electromotive force at the RF transformer output, but also flame elongation at the end of the device in electrosurgical cutting mode. These unwanted results may cause undesirable burns or tissue damage in surgical operations. In this thesis, a new ECJ device has been designed without using an HFC transformer via the developed high voltage direct current circuit. The developed ECJ has been implemented without RF transformer as the monopolar type ve the required direct current source design has been designed for HFC. For the H bridge consisting of MOSFETs in the output power stage, the duty ratio is used with the pulse width modulation (PWM) sign, which can be changed by 40%-60%. PWM having an adjustable frequency in the 500KHz-1MHz band is generated as the duty ratio in the microcontroller for output power regulation. The output power regulation of the ECJ is provided with a proportional integral derivative controller via measuring the output current depending on the load. The designed ECJ ensures that the system output remains constant at the desired power value according to the load impedance change. Experimental measurements were made at 300V DC and 500KHz switching frequency. Chicken tissue was cut with the designed ECJ, the obtained output voltage and current values were analyzed in MATLAB. The output power mean, standard deviation, and the power output characteristic was analyzed. The performance comparison of the developed and conventional ECJ devices was observed in the cutting mode for the effects on chicken tissue.