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CPGEI (Doutorado): André Luiz Regis Monteiro-05/12/16

Defesa Pública de Doutorado do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
Quando 05/12/2016
das 13h00 até 17h00
Onde Sede Central: Sala B-205
Nome do Contato Prof. Bertoldo Schneider Junior
Participantes Prof. Bertoldo Schneider Junior, Dr. Orientador - UTFPR
Banca examinadora:
Prof. Bertoldo Schneider Junior, Dr. Presidente - UTFPR
Prof. Alcimar Barbosa Soares, Dr. - UFU
Prof. Marcos Santos Hara, Dr. - IFPR
Prof. João Antonio Palma Setti, Dr. - UTFPR
Prof. Gustavo Benvenutti Borba, Dr. - UTFPR
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Proposta de Abordagem para Determinação de Potência Ativa em Unidade Eletrocirúrgica

Resumo: 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, e apenas ajustam grosseiramente a potência a ser entregue ao redor de um setpoint. Na verdade, nenhum fabricante tem 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 (ASSOCIACÃO..., 2013). Esta deficiência 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 salvar da carbonização o tecido. Este trabalho apresenta uma abordagem para medição e cálculo de potência ativa para tentar suprir o problema descrito. 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, cinco vezes mais rápido do que o estipulado inicialmente 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. Determinação da potência ativa entregue por unidade eletrocirúrgica comercial foi realizada e comparada com gráficos de potência do fabricante. As maiores discrepâncias de valor encontraram-se nos testes sem faiscância. Além disso, demonstrou-se que a abordagem sugerida entrega resultados 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, a qual considera apenas contatos ôhmicos.
Palavras-chave: eletrocirurgia; potência ativa; faiscância

Proposal of an Approach for Determination of Active Power in an Electrosurgical Unit

Abstract: Although over a hundred years of electrosurgery, regulation of active power to be delivered to the body tissue is still a challenge for engineering. Few electrosurgical equipment manufacturers have methods to regulate active power, and they just adjust the power to be delivered around a setpoint. In fact, it is not known any manufacturer that has a method for measuring the active power actually delivered to the load. This can be verified by the fact that there is still no instrumentation in the market capable of satisfying the normative requirement, according to item 201.7.4.2 of the specific standard, NBR IEC 60.601.2-2 Equipamento eletromédico Parte 2-2: Prescrições particulares para segurança do equipamento cirúrgico de alta frequência, that imposes the non-presentation in the panel of the power value in watts unless that power is delivered with an accuracy of ± 20 % over the full load resistance range (ASSOCIACÃO…, 2013). This deficiency can cause burns and tissue damage, which receives more power than necessary. The challenge is to measure voltage and current and calculate power fast enough to take action against tissue carbonization. This paper presents an approach to measure and calculate active power to try to overcome the problem described. 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 calculation method proposed is performed close to 4 ms, five time faster than initially stipulated to avoid carbonization of the tissue. Simulations and practical ablation experiments are used and compared to method validation. Determination of active power delivered by commercial electrosurgical unit was performed and compared to manufacturer's power graphics. The highest value discrepancies are in the tests without sparking. Besides that, It has been shown that the proposed approach delivers results within the required regulatory standards. Additionally, a model of sparking space is 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 sparking presented by surgical procedures. This fact is disregarded in electromedical certification processes, which considers only ohmic contacts.
Keywords: electrosurgery; active power; sparking

Lista de publicações:

MONTEIRO, A. L. R. et al. A simple approach to calculate active power of electrosurgical units. Research on Biomedical Engineering, v. 1, n. 1, p. 1–15, 2016.

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