Asymmetric current, which is induced by the plasma during medical procedures, is investigated in the environment analogous to surgical situation. Many electrosurgical devices include DC-blocking capacitors to eliminate direct current component. However, the plasma generated between the electrode and biological tissues create asymmetric current resulting in the electrical stimulation.
In this Letter, the current was significantly reduced by changing the ionization condition through using Ar or He gas and decreasing the velocity for a tissue movement. In the radiofrequency discharge, the difference of secondary electron emission coefficient causes asymmetric peaks, but the condition influences that the plasma stays in α-mode and the current is symmetrically changed. Furthermore, the electrons are also accelerated by the potential drop near the cathode surface, and the potential drop for Ar is two to third lower than the one for?? N??_2. When Ar and He gas was supplied to the gap, the ionization of the low potential drop for Ar gas is dominated in the bulk plasma, but the air plasma has high energy electrons to ionize the gas on the sheath plasma and change to γ-mode easily.
These characteristics provide symmetric current to medical procedures thus eliminating the electrical stimulation and achieving safer method.
최근 의료분야의 수술용 장비들에 플라즈마를 응용하는 사례가 증가하고 있다. 그런 장비들은 주로 고주파 전기를 전극을 통해 인가하여 원하는 피부를 가열해 절개하는데, 피부 절개와 동시에 지혈이 되어 의료분야에 큰 각광을 받고 있다. 게다가 기존의 수술용 칼보다 플라즈마를 이용할 경우, 절개부위가 더 좁고 세밀해져 더 정교하고 상처부위가 작은 수술이 가능한 것으로 관련논문들에 발표되었다. 하지만, 이런 장비들은 전류를 직접 환자의 몸으로 통과 시켜야 한다는 위험성과 직류전류를 차단하는 축전기(capacitor)가 장착되어 있음에도 불구하고 수술 중 직류전류가 환자의 근육 및 신경에 영향을 주어 전기적 자극을 야기해 문제가 되어왔다.
이 논문에서는 실제 외과 수술과 유사한 환경에서 플라즈마를 방전시켜 플라즈마를 이용한 고주파 전기 수술법에서 직류전류를 야기하는 원인을 분석하였다. 먼저, 고주파를 인가한 수술용 전극이 피부와 가까워지면서 전극과 피부가 접촉 전에 방전이 발생하고, 이 방전을 통해 전류가 피부로 흐르게 되는 것을 확인하였다.
그리고 방전이 발생하면 플라즈마의 짧은 Relaxation time때문에 양ㆍ음 전압의 플라즈마가 다른 가스 이온화 과정으로 플라즈마를 유지하게 되는데, 이때 금속과 피부의 이차 전자방출계수 γ (secondary electron emission coefficient)값의 차이가 매우 커서 음의 전류가 양에 전류보다 큰 비대칭적인 피크들이 무수히 나타나는 것을 측정할 수 있었다. 이런 피크들이 직류전류를 야기하는 원인으로 많은 이전 논문들 및 본 논문에서 판단하고 있다. 또한 우리는 플라즈마의 이온화 조건을 변화시켜 이차전자 방출계수가 덜 영향을 미치는 알파모드에서 플라즈마를 유지해 대칭적 전류 부분을 측정하였고, 이런 대칭적 전류 유지 시간이 가스에 종류, 전극에 인가되는 전압, 전극과 피부 사이의 거리가 감소하는 속도를 통해 변한다는 것을 본 논문에서는 확인하였다.
끝으로, 위의 많은 시험결과들을 통해 본 논문은 의료분야에 응용되는 플라즈마가 수술 중 발생하는 전기적 자극을 야기하는 직류전류를 발생시키지 않게 하기 위해선 플라즈마의 이온화 조건을 알파모드에 유지 할 수 있도록, 적절한 (전극과 피부 사이에) 거리를 유지하는 것이 중요하다는 것을 확인하였다.
