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Proposta de abordagem para determinação de potência ativa em unidade eletrocirúrgica

Despite of more than a hundred years of electrosurgery, regulation of active power to be delivered to the body tissue is still an engineering challenge. Few electrosurgical equipment manufacturers have developed methods to regulate active power. Those who did, just roughly adjust the power to be del...

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Autor principal:	Monteiro, Andre Luiz Regis
Formato:	Tese
Idioma:	Português
Publicado em:	Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2017
Assuntos:	Cirurgia Instrumentos e aparelhos cirúrgicos - Calibração Fourier, Transformadas de Engenharia elétrica Surgery Surgical instruments and apparatus - Calibration Fourier transformations Electric engineering CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA::ENGENHARIA MEDICA::INSTRUMENTACAO ODONTOLOGICA E MEDICO-HOSPITALAR Engenharia Elétrica
Acesso em linha:	http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/2745
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spelling	riut-1-27452017-12-13T12:58:49Z Proposta de abordagem para determinação de potência ativa em unidade eletrocirúrgica Proposed approuch for determining the active power in an electrosurgical unit Monteiro, Andre Luiz Regis Schneider Júnior, Bertoldo http://lattes.cnpq.br/3675060302477169 Schneider Júnior, Bertoldo Soares, Alcimar Barbosa Hara, Marcos Santos Setti, João Antônio Palma Cirurgia Instrumentos e aparelhos cirúrgicos - Calibração Fourier, Transformadas de Engenharia elétrica Surgery Surgical instruments and apparatus - Calibration Fourier transformations Electric engineering CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA::ENGENHARIA MEDICA::INSTRUMENTACAO ODONTOLOGICA E MEDICO-HOSPITALAR Engenharia Elétrica Despite of more than a hundred years of electrosurgery, regulation of active power to be delivered to the body tissue is still an engineering challenge. Few electrosurgical equipment manufacturers have developed methods to regulate active power. Those who did, just roughly adjust the power to be delivered around a predefined setpoint. In fact, a manufacturer with a process to measure the active power actually delivered to the load could not be evidenced. This can be verified by the fact that there is still no instrumentation in the market capable of satisfying the regulatory requirement - item 201.7.4.2 of the NBR standard NBR IEC 60.601.2-2 Equipamento eletromédico Parte 2-2: Prescrições particulares para segurança do equipamento cirúrgico de alta frequência - that prohibits presenting in the equipment panel the power value in watts unless such power is delivered with an accuracy of ± 20 % over the full load resistance range. Not knowing the active power can cause burns and damage the tissue, which receives more power than necessary. The challenge is to measure voltage and current and calculate power fast enough to prevent tissue carbonization. This paper presents an approach to calculate active power in order to address the described problem and shows the setup for measuring used. The process is based on the mathematical interpretation of active power, determined by known voltage and current. It has been shown that the process consists of ordinary mathematical calculations based on simple multiplication process of variables discretized in the frequency domain obtained through the Discrete Fourier Transform (DFT) applied to the vectors of voltage and current sampled in time. The proposed calculation method is performed close to 4 ms, six times faster than 25 ms initially stipulated to avoid carbonization of the tissue(Appendix A). Simulations and practical ablation experiments have been performed and compared to validate the proposed method. The determination of active power delivered by a commercial electrosurgical unit using the proposed method has been performed and compared to manufacturer's power data. The highest discrepancies lie in the tests with no sparking. In addition, it has been demonstrated that the proposed approach can assess whether the delivery results by the equipment are within the required regulatory standards. Furthermore, a model of sparking space has been presented, valid for cutting, coagulation and blend curves, allowing the study of voltage and current on the load. This model links the appearance of the DC value to current or voltage, depending of the output circuit, to the sparking presented by the surgical procedures. This fact is disregarded in the processes of electromedical equipment certification, which only considers situations with ohmic contacts. CAPES Apesar de mais de cem anos de eletrocirurgia, a regulação de potência ativa a ser entregue ao tecido orgânico ainda é um desafio para a engenharia. Poucos fabricantes de equipamentos eletrocirúrgicos possuem métodos para regular potência ativa. Aqueles que possuem, apenas ajustam grosseiramente a potência a ser entregue ao redor de um setpoint. Na verdade, não pôde ser evidenciado um fabricante com um processo para medir a potência ativa de fato entregue à carga. Isso pode ser constatado pelo fato de não haver ainda instrumentação no mercado capaz de satisfazer a exigência normativa, conforme item 201.7.4.2 da norma específica, NBR IEC 60.601.2-2 Equipamento eletromédico Parte 2-2: Prescrições particulares para segurança do equipamento cirúrgico de alta frequência, que impõe a não apresentação no painel do valor de potência em watts a não ser que essa potência seja entregue com uma exatidão de ± 20 % sobre a faixa de resistência da carga total. O desconhecimento da potência ativa pode causar queimaduras e danos ao tecido, que pode receber energia além do necessário. O desafio é medir tensão e corrente e calcular a potência rápido o suficiente para tornar possível uma realimentação e um controle a tempo de impedir a carbonização do tecido. Este trabalho apresenta uma abordagem para cálculo de potência ativa para tentar suprimir o problema descrito, e apresenta o setup de medição utilizado. O processo é baseado na interpretação matemática da potência ativa, determinada através de tensão e corrente conhecidas. Demonstrou-se que o processo é constituído de cálculos matemáticos ordinários com base em simples processo de multiplicação de variáveis discretizadas no domínio da frequência, obtidas através da Transformada Discreta de Fourier (DFT), aplicada aos vetores de tensão e corrente amostrados no tempo. A forma de cálculo proposta é executada em valores próximos a 4 ms, seis vezes mais rápido do que os 25 ms estipulados inicialmente (Apêndice A) para evitar a carbonização do tecido. Simulações e experimentos práticos de ablação – remoção de uma parte do corpo, seja por excisão ou por amputação - de tecido são utilizados e comparados para validação do procedimento. A determinação da potência ativa entregue por unidade eletrocirúrgica comercial foi realizada com o método proposto e comparada com dados de potência do fabricante. As maiores discrepâncias de valor encontraram-se nos testes sem faiscância. Além disso, demonstrou-se que a abordagem sugerida pode avaliar se a entrega de resultados pelo equipamento está dentro dos padrões normativos exigidos. Adicionalmente, é apresentado um modelo de espaço faiscante, válido para curvas de corte, coagulação e blend (que combina características das ondas de corte e coagulação), que possibilita o estudo da tensão e corrente sobre a carga. Este modelo vincula o aparecimento do valor DC para corrente ou tensão, dependendo do circuito de saída, à faiscância apresentada pelos processos eletrocirúrgicos. Este fato é desconsiderado nos processos de certificação eletromédica, que consideram apenas situações com contatos ôhmicos. 2017-12-13T12:58:49Z 2017-12-13T12:58:49Z 2016-12-05 doctoralThesis MONTEIRO, André Luiz Regis. Proposta de abordagem para determinação de potência ativa em unidade eletrocirúrgica. 2016. 171 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2016. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/2745 por openAccess application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial UTFPR
institution	Universidade Tecnológica Federal do Paraná
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description	Despite of more than a hundred years of electrosurgery, regulation of active power to be delivered to the body tissue is still an engineering challenge. Few electrosurgical equipment manufacturers have developed methods to regulate active power. Those who did, just roughly adjust the power to be delivered around a predefined setpoint. In fact, a manufacturer with a process to measure the active power actually delivered to the load could not be evidenced. This can be verified by the fact that there is still no instrumentation in the market capable of satisfying the regulatory requirement - item 201.7.4.2 of the NBR standard NBR IEC 60.601.2-2 Equipamento eletromédico Parte 2-2: Prescrições particulares para segurança do equipamento cirúrgico de alta frequência - that prohibits presenting in the equipment panel the power value in watts unless such power is delivered with an accuracy of ± 20 % over the full load resistance range. Not knowing the active power can cause burns and damage the tissue, which receives more power than necessary. The challenge is to measure voltage and current and calculate power fast enough to prevent tissue carbonization. This paper presents an approach to calculate active power in order to address the described problem and shows the setup for measuring used. The process is based on the mathematical interpretation of active power, determined by known voltage and current. It has been shown that the process consists of ordinary mathematical calculations based on simple multiplication process of variables discretized in the frequency domain obtained through the Discrete Fourier Transform (DFT) applied to the vectors of voltage and current sampled in time. The proposed calculation method is performed close to 4 ms, six times faster than 25 ms initially stipulated to avoid carbonization of the tissue(Appendix A). Simulations and practical ablation experiments have been performed and compared to validate the proposed method. The determination of active power delivered by a commercial electrosurgical unit using the proposed method has been performed and compared to manufacturer's power data. The highest discrepancies lie in the tests with no sparking. In addition, it has been demonstrated that the proposed approach can assess whether the delivery results by the equipment are within the required regulatory standards. Furthermore, a model of sparking space has been presented, valid for cutting, coagulation and blend curves, allowing the study of voltage and current on the load. This model links the appearance of the DC value to current or voltage, depending of the output circuit, to the sparking presented by the surgical procedures. This fact is disregarded in the processes of electromedical equipment certification, which only considers situations with ohmic contacts.
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Proposta de abordagem para determinação de potência ativa em unidade eletrocirúrgica

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