전기수술!  이제 어느 수술방에서나 외과의사라면 누구나 사용하는 필수 수술방법 입니다.  그렇지만, 그 중요도에 비해 너무나 올바른 사용법에 대해서는 덜 알려져 있기에 블로그 포스팅을 통해 한 분이라도 이해도가 높아지기를 기원합니다.

오늘 쓰는 글을 이해하기 위해서는 앞선 포스트의 글을 읽어두시는 것이 좋습니다.  혹, 오늘 처음 글을 보시는 분들을 위해 이전 포스팅 링크를 아래 걸어두겠습니다.

2008/12/22 - [수술공학/의공학] - 전기수술! 제대로 알고 합시다 (6)
2008/12/15 - [수술공학/의공학] - 전기수술! 제대로 알고 합시다 (5)
2008/12/12 - [수술공학] - 전기수술! 제대로 알고 합시다 (4)
2008/12/10 - [수술공학] - 전기수술! 제대로 알고 합시다 (3)
2008/12/09 - [수술공학] - 전기수술! 제대로 알고 합시다 (2)
2008/12/06 - [수술공학] - 전기수술! 제대로 알고 합시다 (1)


이제 오늘로 전기수술과 관련한 연재는 마칠까 합니다.  오늘은 전기수술을 이용해서 최소침습수술, 특히 복강경 수술을 할 때 생길 수 있는 각종 위험요인과 이를 방지하기 위한 방법에 대해서 설명할까 합니다.  사실 전기수술에 있어 가장 중요한 부분이 안전이고, 어떤 특성에 의해 사고가 발생할 수 있는지에 대해서 명확하게 이해하지 못한다면 만의 하나라도 환자의 몸에 위해를 끼칠 수 있기 때문에, 전기수술도구를 사용하는 의사라면 반드시 완벽한 이해가 필요한 부분입니다.

최소침습수술을 할 때 보통 안전문제가 발생하는 이유는 아래의 3가지 이유에서 입니다.

  • 직접 커플링 (Direct Coupling)
  • 절연 실패 (Insulation Failure)
  • 커패시티 커플링 (Capacitive Coupling)

전문 용어라서 어렵죠?  하나씩 풀어가 보도록 하겠습니다.


직접 커플링 (Direct Coupling)



직접 커플링은 의사가 전기수술 도구의 전극을 근처에 있는 다른 금속 기구 옆에서 스위치 온을 하면 발생합니다. 

전류가 근처의 금속 기구로 옮겨간 뒤에, 금속 기구가 가지고 있는 전기 에너지가 환자 몸에 붙어 있는 패드로 전달되어 서킷이 만들어지게 되는데, 이 과정에서 예측하기 어려운 손상이 나타나는 것입니다. 


절연 실패 (Insulation Failure)

전극에 절연이 제대로 안되서 나타나는 손상으로, 특히 높은 전압을 사용하는 coagulation 모드에서 나타날 가능성이 많습니다.  어떤 경우에는 높은 전압이 약한 절연부위를 뚫고 손상을 주는 경우도 있습니다.  그러므로, 지혈을 하려고 할 때에도 가능하다면 cutting 전류로 놓고 전극을 조직에 직접 넓게 접촉시키는 편이 최소침습수술을 할 때에는 훨씬 좋습니다.  그리고 반드시 1회용 전극을 사용하는 경우에는 2번 이상 쓰는 일이 있어서는 안됩니다. 


커패시티 커플링 (Capacity Coupling)

보통 가장 문제가 되는 것이 커패시티 커플링 현상입니다.  커패시티 현상은 비전도 물질이 2개의 전도체를 분리할 때 항상 일어납니다.  비전도 물질이 전기를 쌓았두었다가 방출하는 것이죠.  충전용 배터리 같은 것들이 이러한 커패시티로 만들어지는 것입니다. 

최소침습수술을 하는 동안에, 의도하지 않았던 커패시티 현상이 발생하는 경우가 있습니다.  전기수술 도구의 팁은 전도체 이지만, 보통 절연을 위해 비전도체를 둘러싸게 됩니다.  그런데, 금속으로 만든 트로카(trocar)를 사용하게 되면 트로카가 전도체이기 때문에 절연체를 둘러싸고 전극과 트로카가 위치하므로 절연체가 커패시티로 동작할 수가 있습니다.  절연체의 커패시티가 전류로 충만하게 되면 전류가 트로카 쪽으로 흘러나가게 됩니다.




그렇지만, 금속으로 만든 트로카의 경우 이렇게 커패시티 전류가 발생하더라도 조직에 닿은 면적이 넓기 때문에 전류밀도가 낮아서 문제를 일으키는 경우는 거의 없습니다.  여기서 반드시 염두에 두어야 하는 것이 전압이 높으면 자기장이 더 많이 걸리게 되고, 플라스틱으로 만든 절연체라도 자기장은 뚫고 지나가기 때문에 주변에 있는 금속으로 되어 있는 기구에 전기를 발생시킬 수 있다는 점 입니다.  전기의 주파수가 높으면 높을 수록 강한 커패시티 현상이 발생합니다.  그래서, 커패시티 커플링을 막기 위해서는 지나치게 높은 주파수(MHz 급)를 쓰기 보다는 300~550 kHZ 정도의 ESU 유닛이 좋습니다.

또 한가지 알아두어야 하는 것은, 커패시티 커플링 현상은 금속 트로카 보다 되려 플라스틱 트로카를 쓸 때 더 위험할 수가 있다는 점 입니다 (아래 그림).  보통 플라스틱 슬리브를 가진 트로카의 경우 복벽과 접촉하는 부분에서는 전기를 흐르지 못하게 하므로 복벽을 통해 전기가 흘러나가지는 않습니다.  그렇기 때문에, 복강 내에 들어온 팁에 전류가 쌓이는 현상이 발생하면서 주변에 있는 조직에 닿을 경우에 화상을 입히게 될 수 있습니다.  모든 플라스틱 슬리브가 문제가 되지는 않습니다.  문제는 금속으로 된 기구를 여기에 넣고, 동시에 전극을 넣을 때 문제가 될 가능성이 높은데, 특히 suction이나 irrigation을 할 때 주의를 해야 합니다.  이들 기구들이 전기를 머금고 있는 커패시티로 동작하다가 조직에 닿는 부분에 전기를 방출할 경우 손상을 입힐 수 있기 때문입니다. 





안전한 최소침습 전기수술을 하려면?

이런 내용을 모두 이해를 하였다면, 다음과 같은 최소침습 전기수술의 안전수칙을 꼭 지키도록 합시다.  그러면, 혹시라도 있을 수 있는 전기수술에 의한 손상을 막을 수 있습니다.

  • 사전에 전기수술도구의 절연에 문제가 없는지 확인 (벗겨지는 등)
  • 스위치는 언제나 확실히 필요할 때만 활성화 시킨다.
  • 다른 기구가 근처에 있을 경우에는 절대로 스위치를 활성화하지 않는다.
  • 가능하다면 바이폴라 전극을 사용한다.
  • 트로카는 금속으로 된 것이 더 안전하다.  특히 금속과 플라스틱이 섞여 있는 하이브리드 시스템이 가장 위험하므로 사용하지 않도록 한다. 
  • 커패시티 커플링이나 절연 실패 문제를 감지하여 차단하는 첨단 기술이 적용된 기기를 이용한다. 
  • 가능하면 최대한 낮은 파워를 이용한다.
  • Cut 모드를 활용한다.


이상으로 전기수술에 대한 연재를 마칩니다.  다음에는 기회가 되는데로 물리치료에서 사용되는 전기치료법이나 초음파, 레이저 등에 대한 주제를 다루어 볼까합니다.

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미래는 하이컨셉, 하이터치의 세계라고 합니다. 너무 메마르고 딱딱한 이야기보다는 글로벌 시대에 어울리는 세계 각국의 이야기, 그리고 의학과 과학을 포함한 미래에 대한 이야기의 세계로 여러분을 초대합니다.

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오늘 쓰는 글을 이해하기 위해서는 앞선 포스트의 글을 읽어두시는 것이 좋습니다.  혹, 오늘 처음 글을 보시는 분들을 위해 이전 포스팅 링크를 아래 걸어두겠습니다.

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2008/12/06 - [수술공학] - 전기수술! 제대로 알고 합시다 (1)


오늘은 활성화 전극이 하나인 모노폴라(monopolar)와 두개인 바이폴라(bipolar)의 차이점과 바이폴라 전극의 제대로된 활용법에 대해서 알아보도록 하겠습니다.  이전의 포스팅에서도 간단하게 언급한 바 있는데, 모노폴라는 전극이 하나이기 때문에 전기가 흘러나와서 우리 몸을 지나서 몸의 어딘가에 부착되어 있는 전기패드에 흘러들어가게 됩니다.  전기패드는 보통 넓은 면적에 붙어있기 때문에 전기의 파워밀도가 낮아서 몸에는 큰 문제를 일으키지 않습니다.  반면 바이폴라는 전극이 모두 수술하는 도구의 팁에 있기 때문에 들어오고 나가는 경로가 명확한 특징이 있습니다.




바이폴라 전극을 쓸 때에는 비교적 가까운 위치에 있는 전극으로 흘러가기 때문에 모노폴라에 비해서 전기 에너지가 적게 필요합니다.  또한, 두 전극사이에서 벗어나서 조직을 손상시킬 가능성이 훨씬 적기 때문에 훨씬 안전합니다.

보통 복강경이나 내시경으로 전기수술을 할 때 다양한 문제가 발생할 수 있는데(이 부분은 나중에 따로 포스팅할 예정입니다), 그 중에서도 capacitance 효과가 가장 큰 문제가 되는 부분인데 바이폴라를 쓰는 경우에는 이 문제가 발생하지 않습니다.  문제는 복강경 수술을 할 때 바이폴라를 이용할 수 있는 도구가 전통적으로 매우 적게 개발되었고, 기술적인 어려움이 있었다는 점입니다.  보통 약간 넓적한 집게처럼 생긴 그래스퍼(grasper)가 지혈이나 나팔관 시술을 위해 사용되는 정도입니다만, 조직을 절개해 나가기가 어렵기 때문에 이용에 제한이 있습니다.  그렇지만, 최근 바이폴라 전극을 이용한 도구들이 많이 소개되고 있어 전기수술이 보다 안전해지고 있습니다. 

바이폴라 전극을 이용하는 요령은, 집게처럼 생긴 두 개의 전극 사이에 조직을 놓치지 않을만큼 가볍게 잡고 전류를 흘러보내는 것입니다. 너무 꽉 잡게 되면 양 전극이 서로 직접 닿게 되는데, 이 경우 합선이 되기 때문에 전류의 흐름이 차단됩니다.

바이폴라 전극의 또다른 특징으로는, “버섯효과(mushrooming)”이라고 불리는 지혈효과가 두 전극 사이 뿐만 아니라 주변의 공간에서도 일어난다는 점입니다.  이 효과는 전기가 흐르는 필드 주변에 자연적으로 생기는 자기필드(magnetic field)에 의해 유도됩니다.  그렇기 때문에, 요관(ureter)과 같이 다소 민감한 구조는 직접적인 컨택이 없더라도 바이폴라 전극의 주변에 있을 경우 손상을 입을 수 있습니다.  자기 필드의 크기에 따라 이러한 부작용의 공간적 범위가 결정됩니다만, 보통 수 mm 수준으로 나타난다는 것을 이해하면 됩니다.  지나치게 민감한 구조물만 아니라면 되려 가벼운 지혈효과 정도로 나타나기 때문에 수술에 도움이 될 수도 있습니다.

이러한 버섯효과에도 불구하고, 바이폴라 전극을 사용할 수 있는 기기는 모노폴라에 비해 훨씬 안전합니다만  그만큼 가격도 비쌉니다.


 

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전기수술!  이제 어느 수술방에서나 외과의사라면 누구나 사용하는 필수 수술방법 입니다.  그렇지만, 그 중요도에 비해 너무나 올바른 사용법에 대해서는 덜 알려져 있기에 블로그 포스팅을 통해 한 분이라도 이해도가 높아지기를 기원합니다.

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2008/12/09 - [수술공학] - 전기수술! 제대로 알고 합시다 (2)
2008/12/06 - [수술공학] - 전기수술! 제대로 알고 합시다 (1)


오늘의 주제는 전류밀도(current density)전기수술팁 및 전극에 대한 이야기 입니다.

일반적인 전기수술 기구의 팁은 어떻게 생겼나요?  용도에 따라 다른 팁을 사용할 수는 있지만, 가장 많이 사용하는 녀석은 한쪽 면은 넓적하고 다른 면은 얇게 생긴 형태의 팁입니다.  이런 모양의 팁을 디자인한 이유는 전류밀도에 대한 개념을 이해하시면 알 수 있습니다.

전류밀도라는 것은 파워밀도와 동일하게 사용되고 있는 용어인데, “특정 접촉면적에 전달되는 에너지의 양”을 의미합니다.  이는 전기수술에 있어 가장 중요한 파라미터의 하나입니다.  예를 들어, 아주 가는 철사줄 같은 전극을 이용하면 아주 쉽게 조직을 절개할 수 있습니다만, 수술 중 발생하는 미세 출혈에 대한 지혈을 하기가 쉽지 않습니다.  그렇다고, 중간에 수술 모드를 바꾸는 것도 상당히 귀찮은 일이죠?  이런 부분을 방지하기 위해서 약간 넓적하지만, 끝이 얇은 형태의 팁이 많이 이용됩니다.  이런 팁을 이용하면 조직절개는 얇은 쪽으로 하고, 지혈을 할 때에는 넓은 면을 이용하면 되기 때문입니다.  물론 모드는 보통 “cut”에다 놓고 하는 것이 좋습니다.  수술모드가 다르지만 수술 팁이 닿는 면적의 차이를 이용하여 다른 용도로 사용하는 것입니다. 

이쯤 되었으면 하나 퀴즈를 내 보겠습니다.  전기수술을 할 때(모노폴라) 수술을 하는 팁은 항상 절개도 되고 지혈도 잘하는데, 정작 같은 전류가 흘러들어갈 수 밖에 없는 몸에 부착한 패드(이를 다른 말로 분산 전극, dispersive electrode라고 합니다)에는 이런 작용이 일어나지 않는 것일까요?  정답은, (반전해서 보세요)

두 전극에서 나오고 들어가는 전류의 양은 동일합니다.  그렇지만 두 전극이 몸에 닿는 면적의 차이가 엄청납니다.  이로 인해 패드 쪽은 전류밀도가 낮고, 수술 팁 부분은 전류밀도가 매우 높습니다.

이런 이유 때문에, 그라운드 패드를 붙이고 관리하는 것이 매우 중요한 것입니다.  가능한 넓은 면적에 특정 지역에 전류밀도가 높아지지 않도록 항상 주의를 기울이는 것이 중요합니다.  일부 뼈가 튀어나온 자리 같은 곳에 패드가 붙어있을 경우 그 부위에 전류밀도가 높아지면서 화상을 입을 수가 있습니다.  전기수술을 하면서 가장 흔히 생길 수 있는 부작용입니다.  최근 나오는 기계 중에는 그라운드 패드에 이런 문제가 생길 경우 이를 감지하는 기술이 들어가 있는 것들이 있습니다.  REM(Return Electrode Monitors)이나 NESSY(Neutral Electrode Safety System) 등이 그런 것들인데, 이런 기능이 들어가 있는 전기수술 기구들이 당연히 더 안전하고 좋습니다.

가는 와이어 루프 형태의 전극이 위장내시경 수술을 할 때나 자궁경을 할 때 많이 이용됩니다.  이렇게 와이어가 가늘면 조직에 닿는 면적이 작아지고, 아주 깨끗하게 절단이 됩니다.  가는 와이어를 쓴다면 그다지 큰 파워를 주지 않아도 잘 동작합니다.  어떤 경우에는 가는 와이어에 일반 전기수술을 할 때와 비슷하게 높은 파워를 줄 경우에 화상을 입히는 경우도 있으니 주의해야 합니다.


Aaron 사의 disposable loop

루프를 어떻게 위치시키는 지도 중요합니다.  루프가 전극을 활성화시키기 전에 약간 조직 내에 묻히게 되면, 처음에 조직이 닿는 면적이 많아지게 되어 파워밀도가 낮아지는 현상이 나타납니다.  그렇게 되면 조직이 빨리 잘라지지 않고 주변의 정상 조직으로 열이 파급되어 화상을 입히게 될 수도 있습니다.  그러므로, 올바른 테크닉은 조직에 루프가 닿기 직전에 전극의 스위치 온을 하는 것입니다.  그리고, 재빠르게 절제를 합니다.

복강경 수술을 할 때에는 파워밀도에 따라 다양한 형태의 전극을 선택할 수 있습니다.  후크처럼 생긴 전극이 가장 쓸모가 많은데, 지혈도 어느 정도 하면서 쉽게 절개와 조직의 박리가 가능합니다.  간혹 바늘처럼 생긴 전극을 사용하는 경우도 있는데, 이런 전극은 깨끗하게 절개를 하는데 유용하지만, 지혈을 하지는 못합니다.  볼처럼 생긴 전극은 비교적 넓은 지역을 지혈을 할 때, 특히 조직에서 혈액이 oozing 할 때 사용하기 좋습니다.  주걱처럼 생긴 전극도 많이 이용되는데 이러한 파워밀도의 원리를 이용해서 적당한 각도를 이용하면 다양한 형태의 조작이 가능합니다.  

그렇기 때문에 사실 전기수술을 할 때에 적당한 수술 팁을 이용한다면 굳이 전기수술 모드를 고전압인 "coagulation"으로 놓지 않고, "cut" 만으로 지혈과 절개를 자유자재로 할 수 있습니다.   

모노폴라 전극을 이용해서 복강경 수술을 할 때 정상적인 내장기관에 화상을 방지하는데 생리식염수를 이용할 수 있습니다.  생리식염수는 전기가 잘 흐르지만 전체적으로 흘러나가서 밀도를 낮추면 되기 때문에, 어떤 경우에는 반드시 보호해야 하는 내장기관을 식염수에 담겨있도록 할 수 있습니다.   식염수를 주입하고 환자의 포지션을 적당하게 바꾸어서 보호할 내장기관을 식염수에 담그게 만든 뒤에 수술을 하는 것입니다.  참고로 전기가 잘 흐르지 않는 증류수나 글라이신 같은 액체는 이런 보호효과가 전혀 없습니다.  비슷한 방식을 자궁경 수술을 할 때에도 적용할 수 있습니다.  수술을 하지 않는 근처의 내장들을 생리식염수에 담그고 수술을 하는 것입니다.


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전공이 의학 + 공학을 한 몸인지라 병원에서 사용하는 각종 의료기기들이 저의 주 관심대상입니다. 
제가 미국에서 공부를 할 때, 인상적이었던 것들이 병원에서 간혹 의사들을 대상으로 간혹 의료기기의 원리와 그에 대한 올바른 사용법에 대한 강의를 하는 것 이었습니다.  어찌보면 상당히 의학하고는 거리가 멀어보이는 기초공학적 이야기도 있고 하지만, 그러한 원리의 이해를 무척이나 중시합니다.

유감스럽게도 국내에서의 의료기기 교육은 정말 최악(?)의 수준입니다.  기껐해야 의료기기 판매업자가 병원에 와서 매우 간단한 기능설명(이 버튼을 누르면 어떻게 되고, 수치는 얼마를 넣고, 이떻게 하시면 됩니다 수준 ...)만 하고 돌아가지요?  혹시라도 원리나 기능에 대한 심도있는 질문을 하면, 이 양반 좀 이상하네? 하는 눈으로 쳐다보는 것 같기도 하구요 ...

각설하고, 요즘의 의학은 수많은 의공학 기술들이 같이 접목되어 발전하고 있습니다.  그 만큼 의공학에 대한 이해가 중요한 시기가 되었다는 것이죠.  가끔은 의공학 관련 테마를 하나씩 잡아서 포스팅을 할까 합니다.   앞으로 몇 차례 정도는 아마도 의사들이 가장 많이 사용하는 도구인 전기수술(electrosurgery)의 원리와 그에 대한 올바른 사용법에 대해 알아보겠습니다.

최근에는 많은 의학드라마들을 통해서 의사들이 수술하는 장면들이 TV화면으로 소개가 되는 통에, 일반인들도 수술에 사용되는 수술도구들을 많이 보셨으리라 생각합니다.  뭐 대부분 특별한 것 없습니다.  아래 그림에 나오는 것들 정도가 일반적이지요 ...  19세기 독일의 신경외과에서 사용하던 수술도구 세트입니다 (약간의 재미를 위해서 고전을 ...).



19세기 것들이라 좀 지나치게 투박하기는 하지만, 기본적으로 칼과 가위, 끌, 정, 톱과 같은 것들에다가 바느질을 해야하니까 실과 바늘 등을 보다 정교하고 편리하게 만든 것 정도라 이해하시면 됩니다.

이렇게 기계적인 수술도구들이 아직도 가장 많이 이용되고 있기는 하지만, 현대의 높은 공학기술의 발전으로 이제 슬슬 에너지를 이용한 다양한 첨단 수술도구들이 등장하고 있습니다.  시간이 되는 데로 소개하겠지만, 전기, 레이저, 초음파, 방사선 등이 그것입니다.  그 중에서도 전기를 수술에 이용한 것이 가장 오래되기도 하였고, 현재 가장 많이 쓰이고 있기도 합니다.

기본적인 에너지 기반의 수술기구들의 원리는 에너지를 우리 몸의 조직에 적절하게 주입해서 조직의 변화를 일으키고, 그에 의한 수술효과를 보는 것입니다.  그렇기 때문에 어떤 에너지가 조직에 어떤 원리로 전달되고, 그에 의한 조직의 변화가 무엇인지를 이해하는 것은 기본 중의 기본이라고 하겠습니다.  전기수술은 흔히 레이저보다 싸고, 안전하고, 사용하기 쉽다고 생각하는 의사들이 많은데, 사실 내용을 알고보면 싼 것은 사실이나 잘못 사용하면 상당히 위험할 수 있고, 기대했던 효과가 잘 나타나지 않을 수가 있습니다.

가장 기본부터 시작하겠습니다.  전기는 기본적으로 양극과 음극이 있어서 전류가 양극에서 음극으로 흐릅니다 (전자는 반대로 흐르지만).  전기가 흐르기 위해서는 이렇게 양극이 있어야 합니다.  전기수술 유닛을 살펴 보면, 양극이 하나의 기구의 끝에 같이 있는 경우에는 이를 바이폴라(bipolar) 유닛이라고 하고, 기구 끝에 극이 하나만 있으면 모노폴라(monopolar) 또는 유니폴라(unipolar) 유닛이라고 합니다.  모노폴라 유닛을 쓸 경우에 그렇다면 전기는 어디로 흘러가나요? 다른 극 하나가 어디 있지요?  외과의사들은 아시겠지만, 전기가 흘러나가는 넓적한 패드를 몸에 붙이지요?  전기는 그리로 흘러나갑니다 (아래 그림). 

패드가 붙은 자리로 전기가 흘러 나가기 때문에 사실 패드를 붙이는 자리가 중요합니다.  왼쪽 그림과 같이 넓적한 근육에 붙이는 것이 좋고, 굴곡이 있거나 혈액 순환이 좋지 않거나 해서 열을 제대로 분산시키기 어렵거나, 국소에 열이 몰릴 가능성이 있는 부위는 피해야 합니다.

전기수술의 기본적인 원리는 가정에서 쓰는 토스터기나 헤어 드라이어와 별반 다르지 않습니다.  중고등학교 물리의 기본 이론이 적용되는 것인데요.  전류가 어떤 물체에 흐리게 되면, 열이 발생하지요?  헤어 드라이어를 예로 들면 내부에 있는 코일이 저항의 역할을 하기 때문에 코일에 열이 발생합니다.  그렇다면 전기수술은?  그렇습니다.  우리 몸이 저항역할을 하면서 전기가 국소적으로 흐르는 부위에 열이 발생하는 것이죠 ...  여기서 가장 큰 오해가 있습니다.  많은 의사들이 전기수술을 하면서 열이 전기수술도구의 팁에서 발생한다고 생각한다는 것입니다.  이것은 완전히 잘못된 것으로, 열은 팁에서 나온 전기가 우리 몸의 조직에 전달되면서 저항에 의해 발생합니다.  향후 전기수술의 원리와 올바른 사용법에 대한 추가적인 포스팅을 할 때에도 이 원리를 바탕으로 설명이 되기 때문에, 제대로 이해하고 있어야 합니다.

전기가 저항을 통해 흐르면 열이 발생하는데, 발생하는 열의 정도는 전달된 전기에너지에 비례합니다.  이는 다음의 공식으로 계산되는데, 이를 파워(electrical power, 시간당 에너지)라고 하고 단위는 와트(watt)를 씁니다. 



여기서 잠깐 ... 그렇다면 전달된 총에너지를 계산할 때 이용되는 단위는 뭐죠?  중고등학교때 물리공부 열심히 하신 분들은 알 겁니다.  보통 주울(Joule, J)을 씁니다 (그냥 알려주면 섭하니, 마우스로 긁어서 보세요). 

조직에 발생하는 열은 전달되는 에너지에 얼마나 집중이 되느냐에 따라 달라집니다.  이를 전문용어로는 열용량(heat capacity)에 반비례한다고 하는데, 쉽게 말하면 에너지가 고루 전달되는 조직의 크기/중량이 크면 열이 덜 난다는 것입니다.  예를 들어, 같은 물질에 같은 에너지가 전달되면 작은 부위에 전달된 경우가 훨씬 온도가 빨리 오릅니다.  이제 감이 오시나요?  그렇습니다.  전기수술은 전기수술 기구의 팁이 워낙 날카롭기에 높은 에너지가 아주 작은 면적의 조직에 전달됩니다.  그렇기 때문에, 팁이 닿은 조직의 온도가 빠른 속도로 오르면서 타버리는 것입니다. 

전기수술에 사용되는 전류는 직류일까요? 교류일까요?  직류는 전류가 일정하게 흐르는 것이고, 교류는 양극이 계속 변화를 합니다 (아래 그림).  얼마나 자주 변하는지를 나타낸 것이 주파수인데, 보통 가정용 교류의 경우는 50~60Hz (1초에 50~60차례 변함) 입니다. 




그런데 한 가지 의문이 남지 않습니까?  사람에게는 신경계가 있고, 신경이 전기신호를 전달해서 근육도 움직이고, 뇌가 판단도 하고, 심장도 뛰고 하는 것인데 ...  전기를 흘려도 되는 것일까요?   여기에 전기수술을 개발했던 중요한 발견이 숨어있습니다. 

인간의 신경계는 0~1000 Hz 까지의 저주파 전기에 매우 민감합니다.  그렇기 때문에, 가정용 전선에 흐르는 교류 전기에 통하게 되면 쇼크를 입게 됩니다.  그렇다면 전기수술 기구가 하는 것은 무엇일까요?  맞습니다.  인체의 신경계가 반응하지 않는 고주파 전기로 변환을 해서 전달할 수 있도록 하는 것입니다.  물론 저주파 전기도 치료에 이용할 수도 있는데, 이 경우에는 근육이 신경자극을 받아서 수축을 하겠죠?  저에너지 저주파를 이용한 전기치료 방법이 이를 이용하는데 여기에 대해서는 향후 따로 다루어 보겠습니다.

인체의 신경계는 100 kHz가 넘는 주파수에서는 전혀 자극을 받지 않습니다.  그래서, 현재 이용되는 ESU(Electrical Surgery Unit, 전기수술장치)는 대부분 200 kHz에서 5 MHz 정도에 이르는 고주파 전기를 이용합니다.

한꺼번에 너무 많은 것을 설명하려면 어려우니, 다음 번 포스팅에서 더 진도를 나가겠습니다.  오늘은 기초이론 공부하셨다 생각하세요 ^^;


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하이컨셉
미래는 하이컨셉, 하이터치의 세계라고 합니다. 너무 메마르고 딱딱한 이야기보다는 글로벌 시대에 어울리는 세계 각국의 이야기, 그리고 의학과 과학을 포함한 미래에 대한 이야기의 세계로 여러분을 초대합니다.

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