Application de l'analyseur électrosurgical à haute fréquence KP2021 et de l'analyseur réseau dans les essais de thermage

Thermage, une technologie non invasive de raffermissement cutané par radiofréquence (RF), est largement utilisée en esthétique médicale. Avec l'augmentation des fréquences de fonctionnement à 1 MHz-5 MHz, les tests sont confrontés à des défis tels que l'effet de peau, l'effet de proximité et les paramètres parasites. Basé sur la norme GB 9706.202-2021, cet article explore l'application intégrée de l'analyseur électrochirurgical haute fréquence KP2021 et de l'analyseur de réseau vectoriel (VNA) dans la mesure de la puissance, l'analyse d'impédance et la validation des performances. Grâce à des stratégies optimisées, ces outils garantissent la sécurité et l'efficacité des appareils Thermage.

Mots-clés: Thermage ; analyseur électrochirurgical haute fréquence KP2021 ; analyseur de réseau ; tests haute fréquence ; 

Norme CEI 60601-2-20 ; effet de peau ; paramètres parasites

Thermage est une technologie non invasive de raffermissement cutané par RF qui chauffe les couches profondes de collagène pour favoriser la régénération, obtenant ainsi un raffermissement cutané et des effets anti-âge. En tant que dispositif esthétique médical, la stabilité, la sécurité et la cohérence des performances de sa sortie RF sont essentielles. Selon la CEI 60601-2-2 et son équivalent chinois, GB 9706.202-2021, les dispositifs médicaux RF nécessitent des tests de puissance de sortie, de courant de fuite et d'adaptation d'impédance pour garantir la sécurité et l'efficacité cliniques.

Les dispositifs électrochirurgicaux haute fréquence utilisent un courant haute densité et haute fréquence pour créer des effets thermiques localisés, vaporisant ou perturbant les tissus pour la coupe et la coagulation. Ces dispositifs, fonctionnant généralement dans la plage de 200 kHz à 5 MHz, sont largement utilisés dans les chirurgies ouvertes (par exemple, chirurgie générale, gynécologie) et les procédures endoscopiques (par exemple, laparoscopie, gastroscopie). Alors que les unités électrochirurgicales traditionnelles fonctionnent à 400 kHz-650 kHz (par exemple, 512 kHz) pour une coupe et une hémostase significatives, les dispositifs à haute fréquence (1 MHz-5 MHz) permettent une coupe et une coagulation plus fines avec des dommages thermiques réduits, adaptés à la chirurgie plastique et à la dermatologie. À mesure que des dispositifs à haute fréquence tels que les couteaux RF à basse température et les systèmes RF esthétiques émergent, les défis des tests s'intensifient. La norme GB 9706.202-2021, en particulier la clause 201.5.4, impose des exigences strictes aux instruments de mesure et aux résistances de test, rendant les méthodes traditionnelles inadéquates.

L'analyseur électrochirurgical haute fréquence KP2021 et l'analyseur de réseau vectoriel (VNA) jouent des rôles essentiels dans les tests Thermage. Cet article examine leurs applications dans le contrôle qualité, la validation de la production et la maintenance, en analysant les défis des tests haute fréquence et en proposant des solutions innovantes.

Le KP2021, développé par KINGPO Technology, est un instrument de test de précision pour les unités électrochirurgicales (ESU) haute fréquence. Ses principales caractéristiques comprennent :

• Large plage de mesure: Puissance (0-500 W, ±3 % ou ±1 W), tension (0-400 V RMS, ±2 % ou ±2 V), courant (2 mA-5000 mA, ±1 %), courant de fuite haute fréquence (2 mA-5000 mA, ±1 %), impédance de charge (0-6400 Ω, ±1 %).
• Couverture de fréquence: 50 kHz-200 MHz, prenant en charge les modes continu, pulsé et stimulation.
• Divers modes de test: Mesure de la puissance RF (monopolaire/bipolaire), test de la courbe de charge de puissance, mesure du courant de fuite et test REM/ARM/CQM (surveillance de l'électrode de retour).
• Automatisation et compatibilité: Prend en charge les tests automatisés, est compatible avec des marques telles que Valleylab, Conmed et Erbe, et s'intègre aux systèmes LIMS/MES.

Conforme à la CEI 60601-2-2, le KP2021 est idéal pour la R&D, le contrôle qualité de la production et la maintenance des équipements hospitaliers.

L'analyseur de réseau vectoriel (VNA) mesure les paramètres de réseau RF, tels que les paramètres S (paramètres de diffusion, y compris le coefficient de réflexion S11 et le coefficient de transmission S21). Ses applications dans les tests de dispositifs RF médicaux comprennent :

• Adaptation d'impédance: Évalue l'efficacité du transfert d'énergie RF, réduisant les pertes par réflexion pour garantir une sortie stable sous des impédances cutanées variables.
• Analyse de la réponse en fréquence: Mesure les réponses d'amplitude et de phase sur une large bande (10 kHz-20 MHz), identifiant les distorsions dues aux paramètres parasites.
• Mesure du spectre d'impédance: Quantifie la résistance, la réactance et l'angle de phase via l'analyse du diagramme de Smith, garantissant la conformité à la norme GB 9706.202-2021.
• Compatibilité: Les VNA modernes (par exemple, Keysight, Anritsu) couvrent des fréquences allant jusqu'à 70 GHz avec une précision de 0,1 dB, ce qui convient à la R&D et à la validation des dispositifs médicaux RF.

Ces capacités rendent les VNA idéaux pour l'analyse de la chaîne RF de Thermage, complétant les wattmètres traditionnels.

La clause 201.5.4 de la norme GB 9706.202-2021 exige que les instruments mesurant le courant haute fréquence fournissent une précision RMS réelle d'au moins 5 % de 10 kHz à cinq fois la fréquence fondamentale du dispositif. Les résistances de test doivent avoir une puissance nominale d'au moins 50 % de la consommation de test, avec une précision de la composante de résistance de moins de 3 % et un angle de phase d'impédance ne dépassant pas 8,5° dans la même plage de fréquences.

Bien que ces exigences soient gérables pour les unités électrochirurgicales traditionnelles de 500 kHz, les dispositifs Thermage fonctionnant au-dessus de 4 MHz sont confrontés à des défis importants, car les caractéristiques d'impédance des résistances ont un impact direct sur la mesure de la puissance et la précision de l'évaluation des performances.

L'effet de peau fait que le courant haute fréquence se concentre sur la surface d'un conducteur, réduisant la surface conductrice effective et augmentant la résistance réelle de la résistance par rapport aux valeurs CC ou basse fréquence. Cela peut entraîner des erreurs de calcul de la puissance dépassant 10 %.

L'effet de proximité, qui se produit en même temps que l'effet de peau dans les conducteurs rapprochés, exacerbe la répartition inégale du courant en raison des interactions du champ magnétique. Dans les conceptions de sondes RF et de charges de Thermage, cela augmente les pertes et l'instabilité thermique.

À haute fréquence, les résistances présentent une inductance parasite (L) et une capacité (C) non négligeables, formant une impédance complexe Z = R + jX (X = XL - XC). L'inductance parasite génère une réactance XL = 2πfL, augmentant avec la fréquence, tandis que la capacité parasite génère une réactance XC = 1/(2πfC), diminuant avec la fréquence. Il en résulte un écart d'angle de phase par rapport à 0°, pouvant dépasser 8,5°, violant les normes et risquant une sortie instable ou une surchauffe.

Les paramètres réactifs, entraînés par les réactances inductives (XL) et capacitatives (XC), contribuent à l'impédance Z = R + jX. Si XL et XC sont déséquilibrés ou excessifs, l'angle de phase dévie de manière significative, réduisant le facteur de puissance et l'efficacité du transfert d'énergie.

Les résistances non inductives, conçues pour minimiser l'inductance parasite à l'aide de structures à couche mince, à couche épaisse ou à couche de carbone, sont toujours confrontées à des défis au-dessus de 4 MHz :

• Inductance parasite résiduelle: Même une petite inductance produit une réactance significative à haute fréquence.
• Capacité parasite: La réactance capacitive diminue, provoquant une résonance et s'écartant de la résistance pure.
• Stabilité large bande: Maintenir un angle de phase ≤8,5° et une précision de résistance ±3 % de 10 kHz à 20 MHz est difficile.
• Dissipation de puissance élevée: Les structures à couche mince ont une dissipation thermique plus faible, limitant la manipulation de la puissance ou nécessitant des conceptions complexes.

1. Préparation: Connectez le KP2021 au dispositif Thermage, en définissant l'impédance de charge (par exemple, 200 Ω pour simuler la peau). Intégrez le VNA dans la chaîne RF, en calibrant pour éliminer les parasites des câbles.
2. Tests de puissance et de fuite: Le KP2021 mesure la puissance de sortie, la tension/courant RMS et le courant de fuite, garantissant la conformité aux normes GB, et surveille la fonctionnalité REM.
3. Analyse de l'impédance et de l'angle de phase: Le VNA balaie la bande de fréquences, mesure les paramètres S et calcule l'angle de phase. Si >8,5°, ajustez le réseau d'adaptation ou la structure de la résistance.
4. Compensation des effets haute fréquence: Le test en mode impulsion du KP2021, combiné à la réflectométrie temporelle (TDR) du VNA, identifie les distorsions du signal, avec des algorithmes numériques compensant les erreurs.
5. Validation et rapports: Intégrez les données dans des systèmes automatisés, en générant des rapports conformes à la norme GB 9706.202-2021 avec des courbes de charge de puissance et des spectres d'impédance.

Le KP2021 simule les impédances cutanées (50-500 Ω) pour quantifier les effets cutanés/de proximité et corriger les lectures. Les mesures S11 du VNA calculent les paramètres parasites, garantissant un facteur de puissance proche de 1.

• Conception à faible inductance: Utilisez des résistances à couche mince, à couche épaisse ou à couche de carbone, en évitant les structures bobinées.
• Faible capacité parasite: Optimisez l'emballage et la conception des broches pour minimiser la zone de contact.
• Adaptation d'impédance large bande: Utilisez des résistances parallèles de faible valeur pour réduire les effets parasites et maintenir la stabilité de l'angle de phase.

• Mesure RMS réelle: Le KP2021 et le VNA prennent en charge la mesure de forme d'onde non sinusoïdale sur 30 kHz-20 MHz.
• Capteurs large bande: Sélectionnez des sondes à faible perte et à haute linéarité avec des paramètres parasites contrôlés.

Étalonnez régulièrement les systèmes à l'aide de sources haute fréquence certifiées pour garantir la précision.

• Câbles courts et connexions coaxiales: Utilisez des câbles coaxiaux haute fréquence pour minimiser les pertes et les parasites.
• Blindage et mise à la terre: Mettez en œuvre un blindage électromagnétique et une mise à la terre appropriée pour réduire les interférences.
• Réseaux d'adaptation d'impédance: Concevez des réseaux pour maximiser l'efficacité du transfert d'énergie.

• Traitement numérique du signal: Appliquez des transformées de Fourier pour analyser et corriger les distorsions parasites.
• Apprentissage automatique: Modélisez et prédisez le comportement haute fréquence, en ajustant automatiquement les paramètres de test.
• Instrumentation virtuelle: Combinez le matériel et les logiciels pour la surveillance en temps réel et la correction des données.

Lors des tests d'un système Thermage à 4 MHz, les premiers résultats ont montré un écart de puissance de 5 % et un angle de phase de 10°. Le KP2021 a identifié un courant de fuite excessif, tandis que le VNA a détecté une inductance parasite de 0,1 μH. Après avoir remplacé par des résistances à faible inductance et optimisé le réseau d'adaptation, l'angle de phase est tombé à 5° et la précision de la puissance a atteint ±2 %, respectant les normes.

La norme GB 9706.202-2021 met en évidence les limites des tests traditionnels dans les environnements haute fréquence. L'utilisation intégrée de KP2021 et de VNA relève les défis tels que l'effet de peau et les paramètres parasites, garantissant que les appareils Thermage respectent les normes de sécurité et d'efficacité. Les futures avancées, intégrant l'apprentissage automatique et l'instrumentation virtuelle, amélioreront encore les capacités de test des dispositifs médicaux haute fréquence.

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