WO2014109482A1 - 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기 - Google Patents

고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기 Download PDF

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    • A61N2007/0056—Beam shaping elements
    • A61N2007/0065—Concave transducers

Definitions

  • the present invention relates to a high-intensity focused ultrasound generator for use in medical devices, and more particularly, to a high-intensity focused ultrasound generator for focusing ultrasound using a concave piezoelectric element.
  • Focused ultrasound therapy techniques for focusing ultrasound and using high intensity focused ultrasound to treat a patient's affected area or for skin beauty are known. This focused ultrasound therapy is performed by a high intensity focused ultrasound generator using a focused ultrasound transducer that focuses the ultrasound to produce a high intensity focused ultrasound.
  • the ultrasonic transducer of the high-intensity focused ultrasound generator may be configured by forming a piezoelectric vibrator including a concave piezoelectric element and first and second electrodes formed on both surfaces of the piezoelectric element, respectively.
  • the electrical signal applied to the second electrode is converted into ultrasonic waves.
  • the ultrasonic waves are generated using the concave piezoelectric element, the ultrasonic waves are focused at a predetermined position. At this time, the position of the focused ultrasound is called a focal point.
  • the focused ultrasound energy has an elliptic intensity distribution. In this way, the focused ultrasound has been used in medical devices for improving skin wrinkles as well as cancer treatment.
  • the intensity of ultrasonic waves generated on the entire surface of the piezoelectric element is not uniform due to many factors such as size, shape, and thickness.
  • the intensity distribution of the ultrasonic waves formed at the focus is long in the longitudinal direction and narrow in the width direction.
  • the ultrasonic wave is weak at the center of the piezoelectric element and strongly occurs at the edge, the distribution of the focused ultrasonic waves formed at the focus is relatively short in the longitudinal direction and wide in the width direction. If it is properly adjusted, it is possible to adjust the ultrasonic focusing intensity of the desired form according to the purpose of use, but if the ultrasonic wave is strongly generated in a certain part may have side effects.
  • the problem is that the ultrasonic waves are strong at the center of the piezoelectric element and weakly generated at the edges.
  • the energy distribution at the focal point may be excessively long in the longitudinal direction, affecting a depth deeper or shallower than the position desired by the user (ie, the target location).
  • the technical problem of the present invention is that the manufacturing process is simple, practical application is easy, and economically very effective technology to adjust the energy distribution of the ultrasound focused at the focus and to effect the ultrasonic effect outside the target site to be optimized for the purpose of use. It is to provide an ultrasonic transducer of the high-intensity focused ultrasonic generator device to minimize.
  • the ultrasonic transducer of the high-intensity focused ultrasound generator according to an embodiment of the present invention, a concave piezoelectric element; A first electrode applied to an inner surface of the piezoelectric element; A second electrode applied to an outer surface of the piezoelectric element; And an intensity reduction unit for reducing the intensity of the ultrasonic waves generated at the center of the piezoelectric element.
  • the strength reduction part may be formed by opening a portion corresponding to the center of the piezoelectric element among the first electrodes.
  • the strength reduction part may be formed by opening a portion corresponding to the center of the piezoelectric element among the second electrodes.
  • the strength reducing unit may be formed by opening portions corresponding to central portions of the piezoelectric elements among the first and second electrodes, respectively.
  • the strength reducing unit may be formed by opening portions of the first electrode and the second electrode corresponding to the center of the piezoelectric element and the center of the piezoelectric element, respectively.
  • the intensity reducing unit may equalize the ultrasonic intensity of the center portion of the piezoelectric element with the ultrasonic intensity of the edge portion of the piezoelectric element.
  • the strength reducing unit may make the ultrasonic intensity of the center portion of the piezoelectric element weaker than the ultrasonic intensity of the edge portion of the piezoelectric element.
  • the intensity reducing unit may set the ultrasonic intensity of the center portion of the piezoelectric element to “0”.
  • Ultrasonic transducer of the high-intensity focused ultrasound generator according to another embodiment of the present invention, the ultrasonic transducer of the high-intensity focused ultrasound generator, a concave piezoelectric element; A plurality of first electrodes coated on an inner surface of the piezoelectric element and electrically insulated from each other; It is applied to the outer surface of the piezoelectric element but electrically insulated from each other and provided to correspond to the plurality of first electrodes, respectively, to apply a current applied to at least one of the plurality of second electrodes and the plurality of first and second electrodes. It includes a control unit for adjusting the ultrasound focusing area while on or off.
  • the controller may equalize the ultrasonic intensity of the center portion of the piezoelectric element with the ultrasonic intensity of the edge portion of the piezoelectric element.
  • the controller may make the ultrasonic intensity of the center portion of the piezoelectric element weaker than the ultrasonic intensity of the edge portion of the piezoelectric element.
  • the controller may set the ultrasonic intensity of the center portion of the piezoelectric element to “0”.
  • the plurality of first electrodes may be provided concentrically with the piezoelectric element.
  • each of the plurality of first electrodes may have ring shapes having different diameters and may be provided concentrically with the piezoelectric element.
  • the ultrasound transducer of the high intensity focused ultrasound generator according to the embodiment of the present invention may have the following effects.
  • the ultrasonic energy region can be uniformly formed.
  • the ultrasonic transducer that can adjust the ultrasonic energy region of the focus according to the purpose of use.
  • the ultrasonic energy region is formed so that the ultrasonic waves can be optimized for the target site, thereby minimizing the influence of the ultrasonic waves outside the target site.
  • the intensity and shape of the ultrasonic energy can be adjusted as desired by dividing the electrode film of the ultrasonic wave into a plurality of regions separated from each other and applying an electric signal to them independently.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view schematically showing a state in which the ultrasonic transducer of the high intensity focused ultrasound generator according to the first embodiment of the present invention is provided in the high intensity focused ultrasound generator.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an ultrasonic transducer of a high intensity focused ultrasonic wave generator according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a schematic cross-sectional view of an ultrasonic transducer of a high intensity focused ultrasonic wave generator according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view schematically illustrating an ultrasonic transducer of the high intensity focused ultrasonic wave generator according to the fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 4B is a bottom view of (a).
  • FIG. 5 is a block diagram schematically illustrating a controller of an ultrasonic transducer of a high intensity focused ultrasound generator according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a state in which the ultrasonic transducer of the high intensity focused ultrasound generator according to the first embodiment of the present invention is provided in the high intensity focused ultrasound generator.
  • the ultrasonic transducer 150 of the high intensity focused ultrasound generator 100 converts an electrical signal into ultrasonic waves, as shown in FIG. 1, through the support 120. It may be installed in the housing 110 of the ultrasonic generator 100.
  • the housing 110 has a form in which the tip thereof is opened to form an opening 111, and the treatment window 130 may be installed in the opening 111. Accordingly, the ultrasound generated by the ultrasound transducer 150 may be focused at an external point through the treatment window 130 through the opening 111.
  • the cover 140 may be further installed on the housing 110. Furthermore, the inside of the housing 110 may be filled with an ultrasonic delivery medium (not shown).
  • the ultrasonic transducer 150 of the high intensity focused ultrasound generator 100 may be electrically connected to a pulse power generator (not shown) through a coaxial cable (not shown). Can be.
  • the ultrasonic transducer 150 of the high intensity focused ultrasonic wave generator 100 includes a piezoelectric element 151, a first electrode 152, and a first electrode. 2 electrodes 153 and the strength reduction unit 154.
  • the ultrasonic transducer 150 is a so-called vibrator and has a concave shape as a whole.
  • the piezoelectric element 151 has a concave shape as a whole.
  • the piezoelectric element 151 may be formed of various materials capable of converting electrical signals, such as ceramics, composite piezoelectric materials, and single crystal quartz, into mechanical vibrations.
  • the piezoelectric element 151 is a vibration frequency generated according to the thickness is determined in the embodiment of the present invention includes all the vibration frequency that can be implemented by the piezoelectric element 151 without limiting the range of the frequency. It includes the full range of vibration frequencies that can be used for ultrasound therapy.
  • the size of the piezoelectric element 151 is not limited to the size so that it can be appropriately implemented according to the size of the energy and the therapeutic use of the high-intensity focused ultrasound generator 100.
  • the first electrode 152 and the second electrode 153 are opposite to the inner surface of the piezoelectric element 151 (the surface facing toward the inner side of the concave shape) and the outer surface (the surface facing the focus toward the outer side of the concave shape). Are formed in contact with each other.
  • the first and second electrodes 152 and 153 may be formed of a metal such as silver having good electrical conductivity.
  • the first and second electrodes 152 and 153 may be electrically connected to a pulse power generator (not shown) to receive a pulse current generated by the pulse power generator (not shown). That is, the first electrode 152 is electrically connected to any one of an anode and a cathode (or a ground electrode) of the output terminal of the pulse power generator (not shown) by a first electrically conductive line (not shown), and the second electrode. 153 may be electrically connected to the other of the positive electrode and the negative electrode (or the ground electrode) of the output terminal of the pulse power generator (not shown) by a second electrically conductive line (not shown).
  • the pulse current generated by the pulse power generator (not shown) is applied to the first and second electrodes 152 and 153, and the applied pulse current flows through the piezoelectric element 151.
  • the piezoelectric element 151 vibrates due to the piezoelectric effect of the piezoelectric element 151.
  • the piezoelectric element 151 vibrates, and the vibration is characteristic of ultrasonic waves. And generate an ultrasonic wave in an ultrasonic transfer medium (not shown) surrounding the piezoelectric element 151, and the ultrasonic wave is propagated through the ultrasonic transfer medium (not shown) and focused at one point.
  • the intensity reducing unit 154 reduces the intensity of the ultrasonic wave generated at the center of the piezoelectric element 151. Particularly, in order not to form a long focused ultrasound, the strength reduction unit 154 lowers the ultrasonic intensity of the center portion of the piezoelectric element 151 to reduce the ultrasonic strength of the piezoelectric element 151 having a relatively lower intensity than that of the center portion. Make the edge and the ultrasonic strength the same, or decrease the ultrasonic strength of the center portion of the piezoelectric element 151 to make it slightly weaker than the ultrasonic strength of the edge of the piezoelectric element 151 having a relatively low intensity, or the piezoelectric element ( Ultrasonic intensity at the center of 151 can be made " 0 ".
  • the strength reducing unit 154 may be formed by opening a portion corresponding to the center of the piezoelectric element 151 of the first electrode 152.
  • the first electrode 152 in order to form an opening in the first electrode 152, when the first electrode 152 is applied to the inner surface of the piezoelectric element 151, the center is left empty, or the inner surface of the piezoelectric element 151 is used. After applying the first electrode 152 to the whole, it may take a method of etching the central portion of the first electrode 152.
  • the coating method may be spray, silk screen printing, photolithography, or the like.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an ultrasonic transducer of a high intensity focused ultrasonic wave generator according to a second embodiment of the present invention.
  • the ultrasound transducer 250 of the high intensity focused ultrasound generator according to the second embodiment of the present invention is the same as the first embodiment of the present invention except for the intensity reduction unit 254. Since it is the same, only the strength reduction part 254 is demonstrated below.
  • the same reference numerals are assigned to the same components as those of the first embodiment described above.
  • the strength reduction unit 254 may be formed by opening a portion corresponding to the center of the piezoelectric element 251 of the second electrode 253. Specifically, in order to form an opening in the second electrode 253, when the second electrode 253 is applied to the outer surface of the piezoelectric element 251, the center is left empty, or the outer surface of the piezoelectric element 251 is used. After applying the second electrode 253 to the whole, it may be a method of etching the center of the second electrode 253. In particular, the coating method may be spray, silk screen printing, photolithography or the like.
  • FIG 3 is a schematic cross-sectional view of an ultrasonic transducer of a high intensity focused ultrasonic wave generator according to a third embodiment of the present invention.
  • the ultrasound transducer 350 of the high intensity focused ultrasound generator according to the second embodiment of the present invention is the same as the first embodiment of the present invention except for the intensity reduction unit 354. Since it is the same, only the strength reduction part 354 is demonstrated below.
  • the same reference numerals are assigned to the same components as those of the first embodiment described above.
  • the strength reduction unit 354 may be formed by opening portions corresponding to the centers of the piezoelectric elements 351 of the first and second electrodes 352 and 353, respectively.
  • the first electrode 352 is applied to the inner surface of the piezoelectric element 351, and the center of the first electrode 352 is etched and the second electrode 353 is disposed on the outer surface of the piezoelectric element 351.
  • the coating method may be spray, silk screen printing, photolithography or the like.
  • the ultrasonic transducers 150, 250, and 350 of the high intensity focused ultrasound generator 100 may have the following effects.
  • the intensity reduction parts 154, 254, and 354 are provided in the center of the piezoelectric element, ultrasonic waves having a short intensity distribution in the longitudinal direction from the target region can be focused, and ultimately the ultrasonic waves are targeted. By focusing almost precisely on the target, it is possible to minimize the effects of ultrasound outside the target site.
  • Figure 4 (a) is a cross-sectional view schematically showing the ultrasonic transducer of the high-intensity focused ultrasound generator according to the fourth embodiment of the present invention
  • Figure 4 (b) is a bottom view of Figure 4 (a)
  • Figure 5 4 is a block diagram schematically illustrating a controller of an ultrasonic transducer of a high intensity focused ultrasound generator according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the ultrasonic transducer 450 of the high intensity focused ultrasonic wave generator according to the fourth embodiment of the present invention includes a piezoelectric element 451, a plurality of first electrodes 452, a plurality of second electrodes 453, and The control unit 454 is included.
  • the ultrasonic transducer 450 has a generally concave shape as a vibrator.
  • the piezoelectric element 451 is the same as the piezoelectric element 151 mentioned in the first embodiment of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
  • the plurality of first electrodes 452 are applied to the inner surface of the piezoelectric element 451 (the surface facing the inner side of the concave shape) and are electrically insulated from each other in concentricity with the piezoelectric element 451. Further, the plurality of first electrodes 452 may be formed of a metal such as silver having good electrical conductivity.
  • the plurality of second electrodes 453 are applied to the outer surface of the piezoelectric element 451 (opposite side of the surface facing the focus toward the outer surface of the concave shape), and are electrically insulated from each other and concentric with the piezoelectric element 451. do. Further, the plurality of second electrodes 453 may be formed of a metal such as silver having good electrical conductivity.
  • the plurality of first electrodes 452 and the plurality of second outer electrodes 453 are formed to correspond to inner and outer surfaces of the piezoelectric element 451, respectively.
  • the number of the first and second electrodes 452 and 453 may vary depending on the size of the piezoelectric element 451.
  • the plurality of first and second electrodes 452 and 453 may be electrically connected to the at least one pulse power generator G through the controller 454 to receive the pulse current generated by the pulse power generator G. Can be connected. Accordingly, the pulse current generated by the pulse power generator G is applied to the corresponding electrode selected by the controller 454 among the plurality of first and second electrodes 452 and 453, and the applied pulse current is a piezoelectric element.
  • the device 451 flows. When a current flows through the piezoelectric element 551, the corresponding portion of the piezoelectric element 551 vibrates due to the piezoelectric effect of the piezoelectric element 451.
  • the controller 454 reduces the intensity of the ultrasonic wave generated at each position of the piezoelectric element 451 while turning on or off a current applied to at least one of the plurality of first and second electrodes 452 and 453. .
  • the controller 454 reduces the ultrasonic intensity of the center portion of the piezoelectric element 451 and thus has the edge of the piezoelectric element 451 having a relatively lower intensity than the center portion.
  • the controller 454 is selectively provided to the plurality of first and second electrodes 452 and 453 to equalize the ultrasonic intensity of the center portion of the piezoelectric element 451 with the ultrasonic intensity of the edge portion of the piezoelectric element 451. Current can flow.
  • the distribution of the focused ultrasound at the focus may be shortly focused in the longitudinal direction.
  • the ultrasonic focusing region may be adjusted by selectively driving some of the plurality of first and second electrodes 452 and 453.
  • the plurality of first electrodes described above may be disposed in a radial form, a plurality of polygonal forms, or a plurality of circular electrodes in addition to a ring-shaped concentric circle. Can be arranged.
  • the present invention relates to the ultrasonic transducer of the focused ultrasonic wave generator, which can be applied to an ultrasonic medical device and the like, and has industrial applicability.

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Abstract

본 발명은 초음파가 한 점에서 집속(focusing)되도록 하여 표적지 이외에서의 초음파 영향을 최소화할 수 있는 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기를 제공하는 것이 그 기술적 과제이다. 이를 위해, 본 발명의 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기는, 오목 형상의 압전소자; 상기 압전소자의 내면에 도포되는 제1 전극; 상기 압전소자의 외면에 도포되는 제2 전극; 및 상기 압전소자의 중심부에서 발생되는 초음파의 강도를 저감시키는 강도 저감부를 포함한다.

Description

고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기
본 발명은 의료기기 등으로 사용되는 고강도 집속 초음파 발생 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 오목한 압전소자를 이용하여 초음파를 집속시키는 고강도 집속 초음파 발생 장치에 관한 것이다.
초음파를 집속하여 고강도의 집속 초음파(high intensity focused ultrasound)를 이용하여 환자의 환부를 치료하거나 피부 미용 등에 이용하는 집속 초음파 치료 기술이 알려져 있다. 이러한 집속 초음파 치료는 초음파를 집속하여 고강도의 집속 초음파를 생성하는 집속 초음파 변환기를 이용하는 고강도 집속 초음파 발생 장치에 의해 수행된다.
특히, 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기는 오목 형상의 압전소자와, 압전소자의 양면에 각각 형성되는 제1 및 제2 전극을 포함하여 하나의 압전 진동자를 형성함으로써 구성될 수 있으며, 제1 및 제2 전극에 인가된 전기 신호를 초음파로 변환한다.
오목 형상의 압전소자를 이용하여 초음파를 발생시키면 일정한 위치에 초음파가 집속되게 된다. 이 때 집속된 초음파의 위치를 초점이라고 한다. 초점에 집속된 초음파 에너지는 타원형의 강도 분포를 가지게 된다. 이렇게 집속된 초음파를 이용하여 최근 암 치료는 물론, 피부 주름 개선용 의료기기 등에도 활용되고 있다.
하지만, 오목 형상의 압전소자는 크기, 형태, 두께 등 많은 요인에 의해 압전소자의 전체 표면에서 발생되는 초음파의 강도가 균일하지 않은 경우가 대부분이다. 예를 들면, 초음파가 압전소자의 중심 부위에서는 강하고 가장자리에서는 약하게 발생할 경우 초점에서 형성되는 초음파의 강도 분포는 길이 방향으로 길고, 폭 방향으로 좁은 형태로 나타난다. 반대로, 초음파가 압전소자의 중심 부위에서 약하고 가장 자리에서는 강하게 발생할 경우 초점에서 형성되는 집속 초음파의 분포는 상대적으로 길이 방향으로 짧고, 폭 방향으로 넓은 형태로 나타난다. 이를 적절히 조절할 경우 사용 목적에 따라 원하는 형태의 초음파 집속 강도를 조절할 수 있지만, 특정한 부분에서 초음파가 강하게 발생할 경우에는 부작용이 나타날 수도 있다.
특히, 크게 문제되는 경우는 초음파가 압전소자의 중심 부위에서는 강하고 가장자리에서 약하게 발생되는 경우이다. 이 경우 초점에서의 에너지 분포가 길이 방향으로 과도하게 길어져, 사용자가 원하는 위치(즉, 표적지) 보다 더 깊거나 얕은 곳까지 영향을 미치게 될 수도 있다.
이를 해결하기 위해서는 초음파가 압전 소자의 전체 면에서 일정하게 발생하는 것이 중요하지만, 현실적으로 세라믹의 두께, 크기, 전극 등을 정밀하게 제작하기 어렵고, 제조 비용 또한 매우 비싸지게 되는 문제가 발생한다.
본 발명의 기술적 과제는, 제조 공정이 간편하여 실제 적용이 쉽고, 경제적으로 매우 효과적인 기술을 이용하여 초점에서 집속되는 초음파의 에너지 분포를 조절하고 사용 목적에 최적화 될 수 있도록 표적지 이외에서의 초음파 영향을 최소화하는 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기는, 오목 형상의 압전소자; 상기 압전소자의 내면에 도포되는 제1 전극; 상기 압전소자의 외면에 도포되는 제2 전극; 및 상기 압전소자의 중심부에서 발생되는 초음파의 강도를 저감시키는 강도 저감부를 포함한다.
일 예로, 상기 강도 저감부는 상기 제1 전극 중 상기 압전소자의 중심부에 상응하는 부분이 개구되어 형성될 수 있다.
다른 예로, 상기 강도 저감부는 상기 제2 전극 중 상기 압전소자의 중심부에 상응하는 부분이 개구되어 형성될 수 있다.
또 다른 예로, 상기 강도 저감부는 상기 제1 및 제2 전극 중 상기 압전소자의 중심부에 각각 상응하는 부분이 개구되어 형성될 수 있다.
또 다른 예로, 상기 강도 저감부는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 상기 압전소자의 중심부에 각각 상응하는 부분과 상기 압전소자의 중심부가 함께 개구되어 형성될 수 있다.
또 다른 예로, 상기 강도 저감부는 상기 압전소자의 중심부의 초음파 강도와 상기 압전소자의 가장자리부의 초음파 강도를 동일하게 할 수 있다.
또 다른 예로, 상기 강도 저감부는 상기 압전소자의 중심부의 초음파 강도를 상기 압전소자의 가장자리부의 초음파 강도 보다 약하게 할 수 있다.
또 다른 예로, 상기 강도 저감부는 상기 압전소자의 중심부의 초음파 강도를 "0"으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기는, 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기로, 오목 형상의 압전소자; 상기 압전소자의 내면에 도포되되 서로 전기적으로 절연되어 구비되는 복수의 제1 전극; 상기 압전소자의 외면에 도포되되 서로 전기적으로 절연됨과 함께 상기 복수의 제1 전극에 각각 대응되어 구비되어 복수의 제2 전극 및 상기 복수의 제1 및 제2 전극 중 적어도 어느 하나에 인가되는 전류를 온 또는 오프시키면서 초음파 집속 영역을 조절하는 제어부를 포함한다.
일 예로, 상기 제어부는 상기 압전소자의 중심부의 초음파 강도와 상기 압전소자의 가장자리부의 초음파 강도를 동일하게 할 수 있다.
다른 예로, 상기 제어부는 상기 압전소자의 중심부의 초음파 강도를 상기 압전소자의 가장자리부의 초음파 강도 보다 약하게 할 수 있다.
또 다른 예로, 상기 제어부는 상기 압전소자의 중심부의 초음파 강도를 "0"으로 할 수 있다.
일 예로, 상기 복수의 제1 전극은 상기 압전소자와 동심을 이루며 구비될 수 있다.
다른 예로, 상기 복수의 제1 전극은 각각 서로 다른 직경의 링 형상을 가지며 상기 압전소자와 동심을 이루며 구비될 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기는 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상대적으로 초음파의 강도가 센 오목 형상의 압전소자의 중심부에 강도 저감부를 구비하므로, 초음파 에너지 영역을 일정하게 형성시킬 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 사용 목적에 맞게 초점의 초음파 에너지 영역을 조절할 수 있는 초음파 변환기를 보다 쉽게 제조할 수 있다.
궁극적으로, 초음파가 표적지에 최적화될 수 있도록 초음파 에너지 영역이 형성되므로 표적지 이외에서의 초음파 영향을 최소화할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면 초음파의 전극막을 서로 분리된 복수의 영역으로 나누고 이들에 독립적으로 전기 신호를 인가함으로써 초음파 에너지의 강도 및 형상을 원하는 대로 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기가 고강도 집속 초음파 발생 장치에 구비된 상태를 개략적으로 나타낸 부분 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4의 (a)는 본 발명의 제4 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 4의 (b)는 (a)의 저면도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기의 제어부를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기가 고강도 집속 초음파 발생 장치에 구비된 상태를 나타낸 부분 단면도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 발생 장치(100)의 초음파 변환기(150)는, 전기 신호를 초음파로 변환하는 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 지지대(120)를 통해 고강도 집속 초음파 발생 장치(100)의 하우징(110)의 내부에 설치될 수 있다.
여기서, 하우징(110)은 그 선단이 개방되어 개구(111)(opening)를 형성하는 형태를 가지며 이 개구(111)에는 치료 윈도우(130)가 설치될 수 있다. 따라서, 초음파 변환기(150)에서 생성된 초음파는 개구(111)를 통해 치료 윈도우(130)를 거쳐 외부의 한 점에 집속(focusing)될 수 있다. 나아가, 하우징(110)의 상부에는 커버(140)가 더 설치될 수 있다. 더 나아가, 하우징(110)의 내부에는 초음파 전달 매질(미도시)로 충진될 수 있다.
이와 더불어, 도시되는 않았지만, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 발생 장치(100)의 초음파 변환기(150)는 동축 케이블(미도시)을 통하여 펄스파워 생성기(미도시)에 전기적으로 연결될 수 있다.
이러한 본 발명의 제1 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 발생 장치(100)의 초음파 변환기(150)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 압전소자(151)와, 제1 전극(152)과, 제2 전극(153)과, 그리고 강도 저감부(154)를 포함한다. 초음파 변환기(150)는 일명 진동자(vibrator)로서 전체적으로 오목한 형상을 가진다.
압전소자(151)는 전체적으로 오목한 형상을 가진다. 이러한 압전소자(151)는 세라믹, 복합 압전물질, 단결정 석영 등 전기적인 신호를 기계적인 진동으로 변환할 수 있는 다양한 물질로 형성될 수 있다. 또한, 압전소자(151)는 두께에 따라 발생되는 진동 주파수가 결정되는데 본 발명의 실시예에서는 그 주파수의 범위에 제한을 두지 않고 압전소자(151)로 구현 가능한 진동 주파수를 모두 포함한다. 초음파 치료를 위해 사용될 수 있는 모든 범위의 진동 주파수를 포함한다.
또한, 압전소자(151)의 크기는 고강도 집속 초음파 발생 장치(100)의 에너지의 크기 및 치료 용도에 맞게 적절히 구현할 수 있도록 크기에 제한을 두지 않는다.
제1 전극(152)과 제2 전극(153)이 압전소자(151)의 내면(오목한 형상의 안쪽 면으로 초점을 향하는 면)과 외면(오목한 형상의 바깥쪽 면으로 초점을 향하는 면의 반대면)에 각각 접촉하도록 형성된다. 예를 들어, 제1 및 제2 전극(152)(153)은 양호한 전기 전도성을 가지는 은과 같은 금속으로 형성될 수 있다.
제1 및 제2 전극(152)(153)은 펄스 파워 생성기(미도시)에 의해 생성된 펄스 전류를 인가받을 수 있도록 펄스 파워 생성기(미도시)에 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 제1 전극(152)은 제1 전기 전도성 라인(미도시)에 의해 펄스 파워 생성기(미도시)의 출력단의 양극 및 음극(또는 접지 전극) 중 어느 하나에 전기적으로 연결되고, 제2 전극(153)은 제2 전기 전도성 라인(미도시)에 의해 펄스 파워 생성기(미도시)의 출력단의 양극 및 음극(또는 접지 전극) 중 나머지 하나에 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 펄스 파워 생성기(미도시)에 의해 생성된 펄스 전류가 제1 및 제2 전극(152)(153)에 인가되며, 인가된 펄스 전류는 압전소자(151)를 흐르게 된다. 압전소자(151)에 전류가 흐르면, 압전소자(151)의 압전 효과에 의해 압전소자(151)가 진동을 하게 된다.
상기한 바와 같이 제1 및 제2 전극(152)(153)에 펄스 전류가 인가되어 압전소자(151)에 펄스 전류가 흐르게 되면 압전소자(151)가 진동을 하게 되며, 이 진동은 초음파의 특성을 가지며, 압전소자(151)를 둘러싸는 초음파 전달매질(미도시)에 초음파를 생성시키고 이 초음파는 초음파 전달매질(미도시)을 통해 전파되어 어느 한 점에 집속(focusing)된다.
강도 저감부(154)는 압전소자(151)의 중심부에서 발생되는 초음파의 강도를 저감시킨다. 특히, 초음파의 집속이 긴 형태로 이루어지지 않기 위해, 이러한 강도 저감부(154)는, 압전소자(151)의 중심부의 초음파 강도를 저하시켜 중심부보다 상대적으로 낮은 강도를 갖는 압전소자(151)의 가장자리부와 그 초음파 강도를 동일하게 만들거나, 압전소자(151)의 중심부의 초음파 강도를 저하시켜 상대적으로 낮은 강도를 갖는 압전소자(151)의 가장자리부의 초음파 강도보다 조금 약하게 만들거나, 압전소자(151)의 중심부의 초음파 강도를 "0"으로 만들 수 있다.
통상, 이러한 목적을 달성하기 위해, 압전 소자의 중심에 구멍을 뚫어 압전 소자의 중심부를 제거하는 방식으로 구현해 볼 수 있지만, 이 방식은 제조 공정이 어려워 경제성이 떨어질 수 있다. 구체적으로, 압전 소자의 중심부를 제거할 경우 압전 소자의 정확한 곡면을 유지하기 어려워 경제성이 크게 떨어질 수 있다.
일례로, 강도 저감부(154)는 제1 전극(152) 중 압전소자(151)의 중심부에 상응하는 부분이 개구되어 형성될 수 있다. 구체적으로, 제1 전극(152)에 개구를 형성하기 위해, 압전소자(151)의 내면에 제1 전극(152)을 도포할 때 중심부를 비워두는 방식을 취하거나, 압전소자(151)의 내면 전체에 제1 전극(152)을 도포한 후 제1 전극(152)의 중심부를 에칭(etching)하는 방식을 취할 수 있을 것이다. 특히, 도포 방식으로는 스프레이, 실크 스크린 인쇄, 또는 포토리소그래피(photolithography) 등이 사용될 수 있다.
따라서, 제1 전극(152)이 도포되지 않은 압전소자(151)의 중심부에는 펄스 전류가 인가되더라도 기계적인 진동이 일어나지 않게 되므로, 초점에서의 집속 초음파의 분포가 길이 방향으로 짧게 집속(focusing)될 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기(250)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 강도 저감부(254)를 제외하고는 상술한 본 발명의 제1 실시예와 동일하므로, 이하에서는 강도 저감부(254)에 대해서만 설명한다. 또한, 상술한 제1 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여한다.
강도 저감부(254)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 전극(253) 중 압전소자(251)의 중심부에 상응하는 부분이 개구되어 형성될 수 있다. 구체적으로, 제2 전극(253)에 개구를 형성하기 위해, 압전소자(251)의 외면에 제2 전극(253)을 도포할 때 중심부를 비워두는 방식을 취하거나, 압전소자(251)의 외면 전체에 제2 전극(253)을 도포한 후 제2 전극(253)의 중심부를 에칭하는 방식을 취할 수 있을 것이다. 특히, 도포 방식으로는 스프레이, 실크 스크린 인쇄, 또는 포토리소그래피 등이 사용될 수 있다.
따라서, 제2 전극(253)이 도포되지 않은 압전소자(251)의 중심부에는 펄스 전류가 인가되더라도 기계적인 진동이 상술한 본 발명의 제1 실시예와 같이 거의 일어나지 않게 되므로, 초점에서의 집속 초음파의 분포가 길이 방향으로 짧아져, 궁극적으로 상술한 본 발명의 제1 실시예와 같은 초점 부분에 거의 한 점에 집속될 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기(350)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 강도 저감부(354)를 제외하고는 상술한 본 발명의 제1 실시예와 동일하므로, 이하에서는 강도 저감부(354)에 대해서만 설명한다. 또한, 상술한 제1 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여한다.
강도 저감부(354)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 전극(352)(353) 중 압전소자(351)의 중심부에 각각 상응하는 부분이 개구되어 형성될 수 있다. 구체적으로, 제1 및 제2 전극(352)(353)에 개구를 형성하기 위해, 압전소자(351)의 내면 및 외면에 제1 및 제2 전극(352)(353)을 각각 도포할 때 중심부를 비워두는 방식을 취하거나, 압전소자(351)의 내면에 제1 전극(352)을 도포한 후 제1 전극(352)의 중심부를 에칭하고 압전소자(351)의 외면에 제2 전극(353)을 도포한 후 제2 전극(353)의 중심부를 에칭하는 방식을 취할 수 있을 것이다. 특히, 도포 방식으로는 스프레이, 실크 스크린 인쇄, 또는 포토리소그래피 등이 사용될 수 있다.
따라서, 제1 및 제2 전극(352)(353)이 도포되지 않은 압전소자(351)의 중심부에는 펄스 전류가 인가되더라도 기계적인 진동이 거의 일어나지 않게 되므로, 초점에서의 집속 초음파의 분포가 길이 방향으로 짧아지게 된다.
이상에서와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 고강도 집속 초음파 발생 장치(100)의 초음파 변환기(150, 250, 350)는 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 압전소자의 중심부에 강도 저감부(154, 254, 354)를 구비하므로, 표적지에서 길이 방향으로 짧은 강도 분포를 가진 초음파를 포커싱 할 수 있어, 궁극적으로 초음파가 표적지에 거의 정확하게 집속됨으로 표적지 이외에서의 초음파 영향을 최소화할 수 있다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 제4 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기에 대해 상세히 설명한다.
도 4(a)는 본 발명의 제4 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 4(b)는 도 4(a)의 저면도이며, 그리고 도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기의 제어부를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기(450)는, 압전소자(451)와, 복수의 제1 전극(452)과, 복수의 제2 전극(453)과, 그리고 제어부(454)를 포함한다. 초음파 변환기(450)는 일명 진동자(vibrator)로서 전체적으로 오목한 형상을 가진다.
압전소자(451)는 상술한 본 발명의 제1 실시예에 언급된 압전소자(151)와 동일하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
복수의 제1 전극(452)은 압전소자(451)의 내면(오목한 형상의 안쪽 면으로 초점을 향하는 면)에 도포되되 압전소자(451)와 동심을 이루며 서로 전기적으로 절연되어 구비된다. 나아가, 복수의 제1 전극(452)은 양호한 전기 전도성을 갖는 은과 같은 금속으로 형성될 수 있다.
복수의 제2 전극(453)은 압전소자(451)의 외면(오목한 형상의 바깥쪽 면으로 초점을 향하는 면의 반대면)에 도포되되 압전소자(451)와 동심을 이루며 서로 전기적으로 절연되어 구비된다. 나아가, 복수의 제2 전극(453)은 양호한 전기 전도성을 갖는 은과 같은 금속으로 형성될 수 있다.
특히, 복수의 제1 전극(452)과 복수의 제2 외곽 전극(453)은 압전소자(451)의 내면과 외면에 각각 대응하도록 형성된다. 나아가, 복수의 제1 및 제2 전극(452)(453)은 압전소자(451)의 크기에 따라 그 수가 달라질 수 있다.
복수의 제1 및 제2 전극(452)(453)은 펄스 파워 생성기(G)에 의해 생성된 펄스 전류를 인가받을 수 있도록 제어부(454)를 통해 적어도 하나의 펄스 파워 생성기(G)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 펄스 파워 생성기(G)에 의해 생성된 펄스 전류가 복수의 제1 및 제2 전극(452)(453) 중 제어부(454)에 의해 선택된 해당 전극에 인가되며, 인가된 펄스 전류는 압전소자(451)를 흐르게 된다. 압전소자(551)에 전류가 흐르면, 압전소자(451)의 압전 효과에 의해 압전소자(551)의 해당 부분이 진동을 하게 된다.
제어부(454)는 복수의 제1 및 제2 전극(452)(453) 중 적어도 어느 하나에 인가되는 전류를 온 또는 오프시키면서 압전소자(451)의 각각의 위치에서 발생되는 초음파의 강도를 저감시킨다. 특히, 거의 한 점에서 초음파의 집속이 이루어지도록 하기 위해, 이러한 제어부(454)는, 압전소자(451)의 중심부의 초음파 강도를 저하시켜 중심부보다 상대적으로 낮은 강도를 갖는 압전소자(451)의 가장자리부와 그 초음파 강도를 동일하게 만들거나, 압전소자(451)의 중심부의 초음파 강도를 저하시켜 상대적으로 낮은 강도를 갖는 압전소자(451)의 가장자리부의 초음파 강도보다 조금 약하게 만들거나, 압전소자(451)의 중심부의 초음파 강도를 "0"으로 만들 수 있다. 또한, 제어부(454)는 압전소자(451)의 중심부의 초음파 강도와 압전소자(451)의 가장자리부의 초음파 강도를 동일하게 하기 위해 복수의 제1 및 제2 전극(452)(453)에 선택적으로 전류를 흘릴 수 있다.
따라서, 이러한 제어부(454)의 제어에 따라 압전소자(451)의 중심부에는 기계적인 진동이 거의 일어나지 않게 되므로, 초점에서의 집속 초음파의 분포가 길이 방향으로 짧게 집속(focusing)될 수 있다. 또한 복수의 제1 및 제2 전극(452)(453) 중 일부를 선택적으로 구동함으로써 초음파 집속 영역을 조절할 수 있다.
한편, 도시되지는 않았지만, 상술한 본 발명의 제4 실시예의 변형 례로, 상술한 복수의 제1 전극은 링 형상의 동심원 이외에도 방사 형태로 배치되거나, 다각 형태로 다수 배치되거나, 원형의 전극이 다수 배치될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
본 발명은 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기에 관한 것으로 초음파 의료기 등에 적용될 수 있어 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (13)

  1. 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기로,
    오목 형상의 압전소자;
    상기 압전소자의 내면에 도포되는 제1 전극;
    상기 압전소자의 외면에 도포되는 제2 전극; 및
    상기 압전소자의 중심부에서 발생되는 초음파의 강도를 저감시키는 강도 저감부
    를 포함하는 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기.
  2. 제1항에서,
    상기 강도 저감부는
    상기 제1 전극 중 상기 압전소자의 중심부에 상응하는 부분이 개구되어 형성되는 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기.
  3. 제1항에서,
    상기 강도 저감부는
    상기 제2 전극 중 상기 압전소자의 중심부에 상응하는 부분이 개구되어 형성되는 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기.
  4. 제1항에서,
    상기 강도 저감부는
    상기 제1 및 제2 전극 중 상기 압전소자의 중심부에 각각 상응하는 부분이 개구되어 형성되는 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기.
  5. 제1항에서,
    상기 강도 저감부는 상기 압전소자의 중심부의 초음파 강도와 상기 압전소자의 가장자리부의 초음파 강도를 동일하게 하는 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기.
  6. 제1항에서,
    상기 강도 저감부는 상기 압전소자의 중심부의 초음파 강도를 상기 압전소자의 가장자리부의 초음파 강도 보다 약하게 하는 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기.
  7. 제1항에서,
    상기 강도 저감부는 상기 압전소자의 중심부의 초음파 강도를 "0"으로 하는 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기.
  8. 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기로,
    오목 형상의 압전소자;
    상기 압전소자의 내면에 도포되되 서로 전기적으로 절연되어 구비되는 복수의 제1 전극;
    상기 압전소자의 외면에 도포되되 서로 전기적으로 절연됨과 함께 상기 복수의 제1 전극에 각각 대응되어 구비되는 복수의 제2 전극; 및
    상기 복수의 제1 및 제2 전극 중 적어도 어느 하나에 인가되는 전류를 온 또는 오프시키면서 초음파의 집속 영역을 조절하는 제어부
    를 포함하는 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기.
  9. 제8항에서,
    상기 제어부는 상기 압전소자의 중심부의 초음파 강도와 상기 압전소자의 가장자리부의 초음파 강도를 동일하게 하는 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기.
  10. 제8항에서,
    상기 제어부는 상기 압전소자의 중심부의 초음파 강도를 상기 압전소자의 가장자리부의 초음파 강도 보다 약하게 하는 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기.
  11. 제8항에서,
    상기 제어부는 상기 압전소자의 중심부의 초음파 강도를 "0"으로 하는 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기.
  12. 제8항에서,
    상기 복수의 제1 전극은 상기 압전소자와 동심을 이루며 구비되는 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기.
  13. 제8항에서,
    상기 복수의 제1 전극은 각각 서로 다른 직경의 링 형상을 가지며 상기 압소자와 동심을 이루며 구비되는 고강도 집속 초음파 발생 장치의 초음파 변환기.
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