WO2016064016A1 - 초음파 카트리지와 이를 이용한 초음파 치료용 헤드 - Google Patents

초음파 카트리지와 이를 이용한 초음파 치료용 헤드 Download PDF

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WO2016064016A1
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    • A61N2007/0086Beam steering
    • A61N2007/0091Beam steering with moving parts, e.g. transducers, lenses, reflectors

Definitions

  • the present invention relates to a cartridge and a head used in an obesity treatment apparatus using high-intensity focused ultrasound (HIFU), and more particularly, an ultrasonic cartridge capable of uniform scanning even by two-axis control to improve obesity treatment performance. And it relates to an ultrasonic treatment head using the same.
  • HIFU high-intensity focused ultrasound
  • HIFU High Intensity Focused Ultrasound
  • the company first developed a device called Liposonix with HIFU.
  • the process of fat destruction using high intensity focused ultrasound (HIFU) is that when the integrated ultrasound is focused at a certain point of fat cells, the temperature of the tissue rises instantaneously from 65 ° C. to 100 ° C., thereby causing the tissue to be destroyed.
  • HIFU equipment unlike other dermatological instruments such as laser and RF radiofrequency equipment, concentrates HIFU energy in non-invasive selected areas without causing any damage to the surface of the skin to induce fat coagulation necrosis. do. These necrotic fat cells are naturally removed by our body's damage repair mechanism.
  • Known ultrasonic obesity treatment apparatus is 'apparatus and method for destroying adipose tissue' filed in the application No. 10-2007-7027898.
  • No. 10-2007-7027898 comprises a scan head having at least one ultrasound transducer, a suspension for supporting the scan head, and a controller for controlling the ultrasound transducer, which is noninvasive by tissue deformation of subcutaneous fat with ultrasound energy.
  • the 'tissue imaging and treatment system' filed under application No. 10-2011-7017983, is a hand wand operated by hand, a removable emitter-receiver module with an ultrasonic transducer, and connected to the hand wand for skin in imaging mode. The image is displayed on the display, and in the treatment mode, 3mm to 4.5mm (SMAS layer) is ultrasonically shot below the skin surface to make the skin elastic and improve wrinkles.
  • SMAS layer 3mm to 4.5mm
  • these ultrasonic obesity treatment devices are provided with a head or handpiece for generating subcutaneous fat of the patient by generating HIFU under the control of the controller.
  • the ultrasonic treatment head with movable control filed under application No. 10-2006-7013272, has an enclosure with a window, a medallin HIFU transducer in the enclosure, and a HIFU transducer scanning the subcutaneous fat with HIFU through the window.
  • the actuator is configured to move in the X-axis and Y-axis directions.
  • a partition separating an enclosure, a lower compartment and an upper compartment to which a window is attached, an opening of the partition, and installed and movable in the opening It consists of a control arm, an actuating assembly located in the upper compartment and controlling the control arm, and a HIFU transducer coupled to the lower end of the control arm.
  • Patent Document 1 KR10-2006-0121267 A
  • Patent Document 2 KR10-1177691 B1
  • Obesity treatment using high intensity focused ultrasound requires the process of scanning the fat layer of the patient using the head.
  • the energy is reduced toward the periphery as the scan is performed on the curved surface (arc) due to the characteristics of the pivot drive.
  • a uniform scan is not performed because the depth of focus is changed.
  • the present invention has been proposed to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic cartridge and an ultrasonic treatment head using the same, which can improve the treatment performance by enabling a uniform scan.
  • the ultrasonic head for treatment of the present invention includes a head body which is configured to be easily held in contact with the skin of a patient by hand, and has an operating mechanism therein; And a cartridge detachably attached to the head body to planar scan the treatment area while generating ultrasonic waves according to the operation of the head body.
  • the head body includes a body housing for supporting and protecting internal elements and providing an interface with a user, a first actuator for generating a reciprocating motion in a first axis, and a second actuator for generating a reciprocating motion in a second axis; And a stage pivoting by the first actuator and the second actuator about the fixed shaft.
  • the head body may further include a controller for controlling the first actuator and the second actuator.
  • the first actuator and the second actuator include a motor, a lead screw, a coupler for coupling the rotation shaft of the motor to the lead screw, a support frame for supporting the lead screw, and a rotation of the lead screw.
  • the slider comprises a slider reciprocating along with a position detecting means for detecting the position of the slider, and a ball joint mounted at the tip of the slider.
  • the cartridge according to the present invention includes a cartridge housing for sealing a liquid while accommodating a transducer therein, a flat window installed in the cartridge housing for delivering ultrasonic waves to the treatment area, A body coupling part for coupling with the head body, an ultrasonic transducer for generating ultrasonic waves when a driving signal is input through the body coupling part, and a pivotal movement of a stage transmitted through the body coupling part along the planar window; And a fitting member to planarly move the ultrasonic transducer to planar scan.
  • the fitting member has a hole formed therein and coupled to the body coupling part, a compression spring inserted into the hole of the first support, and inserted into the hole of the first support to compress the compression spring. It consists of a 2nd support and the ball joint fastened to the said 2nd support.
  • the fitting member may further include a transducer housing coupled to the ball joint.
  • the body coupling portion includes a controller PCB connected to the controller through a lead connector, a bellow for sealing liquid while allowing movement, a cartridge coupling portion coupled to the stage, and a coupling magnet.
  • the pivoting motion of the stage according to the operation of the first actuator and the second actuator is converted into a planar motion by the fitting member to enable a planar scan, thereby applying a uniform energy to the treatment area of a desired depth for treatment performance.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the head of the ultrasonic treatment apparatus according to the present invention
  • FIG. 2 is a side view of the head shown in FIG. 1;
  • FIG. 3 is another side view of the head shown in FIG.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the head body with the actuating assembly in the head according to the invention
  • FIG 5 is an exploded perspective view of the cartridge mounted to the head according to the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a head of an ultrasonic apparatus according to the present invention
  • FIG. 2 is a side view of the head shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is another side view of the head shown in FIG. 1.
  • Ultrasonic head 10 is to be easy to treat the entire shape is in contact with the skin of the patient by the hand, the head body 100 and the operation mechanism mounted therein, detachable to the head body 100
  • the cartridge 200 is configured to planarly scan the treatment area while generating ultrasonic waves according to the operation of the head body 100.
  • the ultrasonic therapy head 10 When the ultrasonic therapy head 10 according to the present invention is implemented as a portable stand-alone, it may be operated independently by the control of the controller inside the head body when the power is supplied, but in the case of having a separate controller It can be connected to the controller by wired cable or wirelessly.
  • the ultrasonic head 10 for treatment is composed of a head body 100 and a cartridge 200 which is detachably attached to the head body 100, the head body 100 is A body housing (not shown) for supporting and protecting internal elements and providing an interface with a user, a first actuator 110 for generating a translational (reciprocating) motion in a first axis, and a translation in a second axis ( And a second actuator 120 causing a reciprocating motion, and a stage 130 pivoting by the first actuator 110 and the second actuator 120 about a fixed shaft.
  • the cartridge 200 includes a cartridge housing 202 for sealing a liquid while accommodating a transducer therein, and a flat window installed in the cartridge housing for delivering ultrasonic waves to the treatment area, as described later in detail. ), A body coupling portion for coupling with the head body, an ultrasonic transducer 226 for generating ultrasonic waves when a driving signal is input through the body coupling portion, and a flat window ( And a fitting member for moving the ultrasonic transducer 226 along the plane 228 to planar scan.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of a head body with an operating assembly in an ultrasonic therapy head according to the present invention.
  • the first actuator 110 generating the translational (reciprocating) motion in the first axis includes a BLDC motor 111 and a coupler for coupling the rotation shaft of the BLDC motor 111 with the lead screw 113. 112, the lead screw 113, the support frame 117 for supporting the lead screw 113, the slider 114 reciprocating in accordance with the rotation of the lead screw, and the position of the slider 114 And a ball joint 115 mounted at the tip of the slider.
  • the second actuator 120 causing the translational (reciprocating) motion in the second axis is the same as the first actuator, the BLDC motor 121 and the coupler 122 for coupling the rotary shaft of the BLDC motor with the lead screw 123.
  • the stage 130 has a fixed ball joint 134 attached to the support plate 102, three holes 131, 132, and 133 for engaging with the ball joint 115 of the first axis and the ball joint 125 of the second axis. Each is formed, the lower surface is attached to the coupling member 135 for coupling with the cartridge 200.
  • the cartridge 200 is strongly coupled by a magnet so that the fitting member of the cartridge may move the transducer according to the movement of the stage 130.
  • the head body 100 includes a display or touch screen 141 mounted on the body housing for providing an interface with the user, and software programmed according to a predetermined scan algorithm to execute the first actuator 110 and the second actuator.
  • the control board 142 for controlling the operation of the actuator 120 and driving the transducer 226 is provided.
  • the position resistances 116 and 126 of each actuator are connected to the control board 142 to switch the rotation direction of the actuator when the sliders 114 and 124 reach the upper or lower limit positions.
  • the head body 100 may further include a sensor for checking whether the cartridge 200 is coupled well.
  • FIG 5 is an exploded perspective view of the cartridge mounted to the head body according to the present invention.
  • the cartridge 200 includes a cartridge PCB 202, a cartridge coupling part 204, a bellows support ring 206, a bellows 208, an upper cover 210, a cartridge housing 212, and a first cartridge.
  • the cartridge PCB 202 and the cartridge coupler 204 are body couplers for coupling with the head body 100.
  • the cartridge PCB 202 and the cartridge coupler 204 are engaged with the contact connector and the coupler of the head body 100 to pivot and control the stage 130.
  • the electrical signal of the board 142 is connected.
  • the bellows 208 is fastened to the cartridge housing 212 by the bellows support ring 206 to allow the movement of the transducer therein to seal the liquid inside so that it does not leak out, and the flat window 228 is cartridge housing. It is installed in the 212 to deliver the ultrasound to the treatment area.
  • the upper cover 210 and the lower cover 230 are fastened to the cartridge housing 212 to seal the inner space of the cartridge together with the bellows 208 and the window 228 so that liquid, which is a medium for transmitting ultrasonic waves, does not leak. do.
  • the fitting member includes a first support 214 having a hole formed therein and coupled to the body coupling part, a compression spring 216 inserted into the hole of the first support 214, and a hole of the first support 214.
  • the second support 218 is inserted and compresses the compression spring 216, the ball joint 222 fastened to the second support, and the transducer housing 224 coupled to the ball joint 222.
  • the fitting member moves the ultrasonic transducer 226 along the planar window 228 to the planar scan by the pivoting movement of the stage transmitted through the body engaging portion to the ball joint coupling of the transducer housing.
  • the ultrasonic transducer 226 is fastened to the transducer housing 224 to generate ultrasonic waves when a driving signal is input through the body coupling part.
  • the ultrasound treatment has a depth of the focusing area that varies depending on the purpose of treatment, so that a cartridge 200 suitable for the purpose of treatment is selected and mounted on the head body 100. You can also select the appropriate scan pattern or operating time depending on the treatment area or purpose.
  • the controller 140 drives the first axis actuator 110 and the second axis actuator 120 according to a pre-programmed scan pattern, and the transducer 226 is operated to generate ultrasound or high-concentration ultrasound (HIFU).
  • HIFU ultrasound or high-concentration ultrasound
  • the stage 130 is coupled to the pivot motion by the ball joint of the first axis and the covering motion by the ball joint of the second axis to cause the pivot motion in various directions.
  • the controller 140 converts the rotational direction of the first actuator 110 in the opposite direction and rotates it. As a result, the slider 114 is moved upward. In the same manner, when the slider 114 of the first actuator reaches the upper limit position through the position resistor 116, the controller 140 converts the rotational direction of the first actuator 110 to the opposite direction again. In order to move downward again, the slider 114 pushes or pulls the stage 130 while reciprocating between the upper limit and the lower limit.
  • the fitting member is to move the transducer 226 mounted on the flat end by the pivot movement along the planar window 228.
  • the fitting member has a variable length of the entire shaft by the compression spring 216 to convert the pivot motion into a planar motion to enable a planar scan. That is, in the center of the flat window 228, the length of the fitting member is shortened, and the compression spring 216 is compressed a lot, and the compression spring 216 is decompressed while moving to the periphery, so that the length of the fitting member is increased.
  • a planar scan is performed, and thus, the ultrasound focus depth of the transducer forms a plane in which both the center and the periphery are uniform.

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Abstract

본 발명은 2축 제어에 의해서도 균일한 스캔이 가능하여 비만 치료 성능을 향상시킬 수 있는 초음파 카트리지와 이를 이용한 초음파 치료용 헤드에 관한 것이다. 본 발명에 따른 초음파 치료용 헤드(10)는 헤드 몸체(100)와 헤드 몸체(100)에 장탈착되는 카트리지(200)로 이루어지는데, 헤드 몸체(100)는 내부 소자들을 지지 및 보호하고 사용자와의 인터페이스를 제공하기 위한 몸체 하우징과, 제1 축에서 왕복운동을 발생시키는 제1 액츄에이터와, 제2 축에서 왕복운동을 일으키는 제2 액츄에이터와, 고정축을 중심으로 제1 액츄에이터와 제2 액츄에이터에 의해 피봇 운동하는 스테이지로 구성된다. 카트리지(200)는 내부에 트랜스듀서를 수용하면서 액체를 밀봉시키기 위한 카트리지 하우징과, 카트리지 하우징에 설치되어 초음파를 치료영역으로 전달하기 위한 평면 윈도우와, 헤드 몸체와 결합을 위한 몸체 결합부와, 몸체 결합부를 통해 구동신호가 입력되면 초음파를 발생시키는 초음파 트랜스듀서와, 몸체 결합부를 통해 전달되는 스테이지의 피봇 운동에 의해 평면 윈도우를 따라 초음파 트랜스듀서를 이동시켜 평면 스캔하도록 하는 피팅 부재로 구성된다.

Description

초음파 카트리지와 이를 이용한 초음파 치료용 헤드
본 발명은 고강도 집속형 초음파(HIFU)를 이용한 비만 치료장치에 사용되는 카트리지 및 헤드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2축 제어에 의해서도 균일한 스캔이 가능하여 비만 치료 성능을 향상시킬 수 있는 초음파 카트리지와 이를 이용한 초음파 치료용 헤드에 관한 것이다.
최근들어, 식생활이 서구화되면서 비만이 급속하게 증가하여 국민건강과 미용을 해치는 가장 큰 원인이 되었고, 이를 치료하기 위한 다양한 다이어트 프로그램과 초음파 비만 치료장치들이 개발되어 널리 사용되고 있다.
고강도 집속형 초음파(HIFU; High Intensity Focused Ultrasound) 비만치료 기술은 본래 비침습적으로 내부 장기 종양을 선택적으로 고온 응고시켜 암세포를 파괴하는 항암치료 목적으로 사용되었으나 미국의 솔타 메디컬이 인체의 복부비만 치료 목적으로 HIFU가 장착된 리포소닉(Liposonix)이라는 장비를 최초로 개발하였다. HIFU(high intensity focused ultrasound)를 이용한 지방파괴의 과정은 집적 초음파가 지방세포의 어느 일정 지점에 포커싱되면 조직의 온도가 65℃ ~ 100℃까지 순간적으로 올라가며, 이로 인해 조직이 파괴되도록 하는 것이다. HIFU 장비는 다른 피부과 장비들 예컨대, 레이저 및 RF 고주파 장비와는 달리 피부표면에 아무런 손상을 발생시키지 않으면서도 비침습적으로 선택된 부분에 HIFU 에너지를 집중시켜 지방을 응고괴사(coagulation necrosis)가 일어나도록 유도한다. 이렇게 괴사된 지방세포는 우리 몸의 손상부분 복구 메커니즘에 의해 자연스럽게 제거된다.
알려진 초음파 비만 치료장치로는 출원번호 제10-2007-7027898호로 출원된 '지방조직을 파괴하기 위한 장치 및 방법'이 있다. 제10-2007-7027898호는 적어도 하나의 초음파 변환기를 갖는 스캔 헤드와, 스캔 헤드를 지지하기 위한 현수장치와, 초음파 변환기를 제어하기 위한 제어기로 구성되어 초음파 에너지로 피하 지방을 조직 변형시켜 비침습적으로 비만을 치료하도록 되어 있다. 또한 출원번호 제10-2011-7017983호로 출원된 '조직 이미징 및 치료 시스템'은 손으로 작동하는 핸드 완드와, 초음파 트랜스듀서가 있는 착탈식 에미터-리시버 모듈과, 핸드 완드와 연결되어 이미징 모드에서 피부 영상을 디스플레이에 표시하고 치료 모드에서 피부 표면 아래 3mm~4.5mm(SMAS층)를 초음파로 쏘아 피부에 탄력을 갖게 하고 주름을 개선하는 것이다.
한편, 이러한 초음파 비만치료장치들은 컨트롤러의 제어에 따라 HIFU를 발생하여 환자의 피하 지방을 스캔하기 위한 헤드 혹은 핸드피스를 구비하고 있다. 출원번호 제10-2006-7013272호로 출원된 '가동제어가 있는 초음파 치료헤드'는 창을 구비하는 엔클로져와, 엔클로져 내에 메달린 HIFU 트랜스듀서와, HIFU 트랜스듀서가 창을 통해 HIFU로 피하지방을 스캔하도록 X축과 Y축 방향으로 이동시키는 액츄에이터로 구성되어 있다. 그리고 출원번호 제10-2010-7019552호로 출원된 '초음파 시스템을 이용한 치료 헤드'는 엔클로저와, 윈도우가 부착된 하부 격실과 상부 격실을 분리시키는 파티션과, 파티션의 개구부와, 개구부에 설치되고 이동 가능한 컨트롤 아암과, 상부 격실내에 위치되고 컨트롤 아암을 제어하는 작동 조립체와, 컨트롤 아암의 하단부에 결합되는 HIFU 트랜스듀서로 구성된다.
또한 본 출원인이 선출원하여 특허 등록번호 제10-1177691호로 등록받은 "고강도 집속형 초음파를 이용한 비침습성 피하지방 감소 장치의 3축 제어 헤드"는 컨트롤러의 제어에 따라 3축을 제어하여 시술자의 지방층을 3차원 스캔하도록 되어 있다.
(특허문헌 1) KR10-2006-0121267 A
(특허문헌 2) KR10-1177691 B1
고강도집속형 초음파를 이용한 비만치료에는 헤드를 이용하여 환자의 지방층을 스캔하는 과정이 필요한데, 종래의 헤드에 의한 스캔시에는 피봇 구동의 특성상 곡면(원호)으로 스캔이 이루어져 주변부로 갈수록 에너지가 감소하고, 촛점 깊이가 변경되어 균일한 스캔이 이루어지지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 균일한 스캔이 가능하여 치료성능을 향상시킬 수 있는 초음파 카트리지 및 이를 이용한 초음파 치료용 헤드를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 초음파 치료용 헤드는, 손으로 잡아 환자의 피부에 접촉시켜 치료하기 용이하도록 되어 있고, 내부에 작동 메커니즘이 탑재된 헤드 몸체; 및 상기 헤드 몸체에 착탈 가능한 구조로서 헤드 몸체의 작동에 따라 초음파를 발생하면서 치료 영역을 평면 스캔하는 카트리지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 헤드 몸체는 내부 소자들을 지지 및 보호하고 사용자와의 인터페이스를 제공하기 위한 몸체 하우징과, 제1축에서 왕복운동을 발생시키는 제1 액츄에이터와, 제2축에서 왕복운동을 발생시키는 제2 액츄에이터와, 고정축을 중심으로 상기 제1 액츄에이터와 상기 제2 액츄에이터에 의해 피봇 운동하는 스테이지로 구성된다. 상기 헤드 몸체는 상기 제1 액츄에이터와 상기 제2 액츄에이터를 제어하기 위한 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 액츄에이터와 상기 제2 액츄에이터는, 모터와, 리드 스크류와, 상기 모터의 회전축을 상기 리드 스크류와 결합하기 위한 커플러와, 상기 리드 스크류를 지지하기 위한 지지 프레임과, 상기 리드 스크류의 회전에 따라 왕복운동하는 슬라이더와, 상기 슬라이더의 위치를 검출하기 위한 위치검출수단과, 상기 슬라이더의 선단에 장착된 볼조인트로 구성된다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 카트리지는, 내부에 트랜스듀서를 수용하면서 액체를 밀봉시키기 위한 카트리지 하우징과, 상기 카트리지 하우징에 설치되어 초음파를 치료영역으로 전달하기 위한 평면 윈도우와, 상기 헤드 몸체와 결합을 위한 몸체 결합부와, 상기 몸체 결합부를 통해 구동신호가 입력되면 초음파를 발생시키는 초음파 트랜스듀서와, 상기 몸체 결합부를 통해 전달되는 스테이지의 피봇 운동에 의해 상기 평면 윈도우를 따라 상기 초음파 트랜스듀서를 평면 이동시켜 평면 스캔하도록 하는 피팅 부재로 구성된다.
상기 피팅 부재는 내부에 구멍이 형성되고 상기 몸체 결합부에 결합되는 제1 서포트와, 상기 제1 서포트의 구멍에 삽입되는 압축 스프링과, 상기 제1 서포트의 구멍에 삽입되어 상기 압축 스프링을 압축시키는 제2 서포트와, 상기 제2 서포트에 체결되는 볼조인트로 구성된다. 그리고 상기 피팅 부재는 상기 볼조인트와 결합되는 트랜스듀서 하우징을 더 포함할 수 있다.
상기 몸체 결합부는 리드 커넥터를 통해 컨트롤러와 접속되는 컨트롤러 PCB와, 움직임을 허용하면서 액체를 밀봉시키기 위한 자바라와, 스테이지와 결합되는 카트리지 결합부와 결합용 자석으로 구성된다.
본 발명에 따르면, 제1 액츄에이터와 제2 액츄에이터의 작동에 따른 스테이지의 피봇 운동을 피팅부재에 의해 평면운동으로 변환하여 평면 스캔을 가능하게 함으로써 원하는 깊이의 치료부위에 균일한 에너지를 인가하여 치료 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 초음파 치료장치의 헤드를 도시한 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 헤드의 일 측면도,
도 3은 도 1에 도시된 헤드의 타 측면도,
도 4는 본 발명에 따른 헤드에서 작동 조립체가 있는 헤드 몸체의 분해 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 헤드에 장착되는 카트리지의 분해 사시도이다.
본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 초음파 장치의 헤드를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 헤드의 일 측면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 헤드의 타 측면도이다.
본 발명에 따른 초음파 헤드(10)는 전체적인 형상이 손으로 잡아 환자의 피부에 접촉시켜 치료하기 용이하도록 되어 있고, 내부에 작동 메커니즘이 탑재된 헤드 몸체(100)와, 헤드 몸체(100)에 착탈 가능한 구조로서 헤드 몸체(100)의 작동에 따라 초음파를 발생하면서 치료 영역을 평면 스캔하는 카트리지(200)로 구성된다.
이러한 본 발명에 따른 초음파 치료용 헤드(10)는 휴대 가능한 독립형으로 구현될 경우에는 전원이 공급되면 헤드 몸체의 내부에 있는 컨트롤러의 제어에 의해 독립적으로 작동할 수도 있으나 별도로 컨트롤러를 두는 경우에는 외부의 컨트롤러와 유선 케이블이나 무선 등으로 연결될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 초음파 치료용 헤드(10)는 헤드 몸체(100)와 헤드 몸체(100)에 장탈착되는 카트리지(200)로 이루어지는데, 헤드 몸체(100)는 내부 소자들을 지지 및 보호하고 사용자와의 인터페이스를 제공하기 위한 몸체 하우징(도시 생략함)과, 제1 축에서 병진(왕복)운동을 발생시키는 제1 액츄에이터(110)와, 제2 축에서 병진(왕복)운동을 일으키는 제2 액츄에이터(120)와, 고정축을 중심으로 제1 액츄에이터(110)와 제2 액츄에이터(120)에 의해 피봇 운동하는 스테이지(130)로 구성된다.
카트리지(200)는 나중에 자세히 설명하는 바와 같이 내부에 트랜스듀서를 수용하면서 액체를 밀봉시키기 위한 카트리지 하우징(202)과, 카트리지 하우징에 설치되어 초음파를 치료영역으로 전달하기 위한 평면 윈도우(도5의 228)와, 헤드 몸체와 결합을 위한 몸체 결합부와, 몸체 결합부를 통해 구동신호가 입력되면 초음파를 발생시키는 초음파 트랜스듀서(226)와, 몸체 결합부를 통해 전달되는 스테이지의 피봇 운동에 의해 평면 윈도우(228)를 따라 초음파 트랜스듀서(226)를 이동시켜 평면 스캔하도록 하는 피팅 부재로 구성된다.
도 4는 본 발명에 따른 초음파 치료용 헤드에서 작동 조립체가 있는 헤드 몸체의 분해 사시도이다.
도 4를 참조하면, 제1 축에서 병진(왕복)운동을 발생시키는 제1 액츄에이터(110)는 BLDC 모터(111)와, BLDC 모터(111)의 회전축을 리드 스크류(113)와 결합하기 위한 커플러(112)와, 리드 스크류(113)와, 리드 스크류(113)를 지지하기 위한 지지 프레임(117)과, 리드 스크류의 회전에 따라 왕복운동하는 슬라이더(114)와, 슬라이더(114)의 위치를 검출하기 위한 위치저항(116)과, 슬라이더의 선단에 장착된 볼조인트(115)로 구성된다.
또한 제2 축에서 병진(왕복)운동을 일으키는 제2 액츄에이터(120)는 제1 액츄에이터와 동일하게 BLDC 모터(121)와, BLDC 모터의 회전축을 리드 스크류(123)와 결합하기 위한 커플러(122)와, 리드 스크류(123)와, 리드 스크류를 지지하기 위한 지지 프레임(127)과, 리드 스크류의 회전에 따라 왕복운동하는 슬라이더(124)와, 슬라이더의 위치를 검출하기 위한 위치저항(126)과, 슬라이더의 단부에 장착된 볼조인트(125)로 구성된다.
스테이지(130)는 받침판(102)에 부착된 고정 볼조인트(134)와, 제1축의 볼조인트(115), 제2축의 볼조인트(125)와 결합하기 위한 3개의 홀(131,132,133)이 상면에 각각 형성되어 있으며, 하면에는 카트리지(200)와 결합을 위한 결합부재(135)가 부착되어 있다. 도면에는 자세히 도시하지 않았으나 카트리지(200)와는 자석에 의해 강하게 결합되어 스테이지(130)의 운동에 따라 카트리지의 피팅부재가 트랜스듀서를 움직일 수 있도록 되어 있다.
그리고 헤드 몸체(100)에는 몸체 하우징에 장착되어 사용자와의 인터페이스를 제공하기 위한 디스플레이 혹은 터치스크린(141)과, 소정의 스캔 알고리즘에 따라 프로그래밍된 소프트웨어를 실행하여 제1 액츄에이터(110)와 제2 액츄에이터(120)의 동작을 제어하고, 트랜스듀서(226)를 구동하기 의한 컨트롤보드(142)가 구비되어 있다. 각 액츄에이터의 위치저항(116,126)은 컨트롤보드(142)로 연결되어 슬라이더(114,124)가 상한이나 하한 위치에 도달하면 액츄에이터의 회전방향을 전환하게 한다.
헤드 몸체(100)에는 이와 같은 구성외에도 카트리지(200)가 잘 결합되었는지 확인하기 위한 감지센서 등이 추가 설치될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 헤드 몸체에 장착되는 카트리지의 분해 사시도이다.
도 5를 참조하면, 카트리지(200)는 카트리지 PCB(202), 카트리지 결합부(204), 자바라 지지링(206), 자바라(208), 상 커버(210), 카트리지 하우징(212), 제1 서포트(214), 압축 스프링(216), 제2 서포트(218), 원판(220), 볼조인트(222), 트랜스듀서 하우징(224), 트랜스듀서(226), 평면 윈도우(228), 하커버(230)로 구성된다.
카트리지 PCB(202)와 카트리지 결합부(204)는 헤드 몸체(100)와 결합을 위한 몸체 결합부로서, 헤드 몸체(100)의 접촉 커넥터 및 결합부와 체결되어 스테이지(130)의 피봇 운동과 컨트롤보드(142)의 전기신호를 연결하도록 되어 있다.
자바라(208)는 자바라 지지링(206)에 의해 카트리지 하우징(212)과 체결되어 내부에 트랜스듀서의 움직임을 허용하면서 내부의 액체가 외부로 누출되지 않도록 밀봉시키고, 평면 윈도우(228)는 카트리지 하우징(212)에 설치되어 초음파를 치료영역으로 전달한다. 이때 상커버(210)와 하커버(230)는 카트리지 하우징(212)과 체결되어 자바라(208) 및 윈도우(228)와 함께 카트리지 내부 공간을 밀봉시켜 초음파를 전달하기 위한 매체인 액체가 누출되지 않게 한다.
피팅 부재는 내부에 구멍이 형성되고 몸체 결합부에 결합되는 제1 서포트(214)와, 제1 서포트(214)의 구멍에 삽입되는 압축 스프링(216)과, 제1 서포트(214)의 구멍에 삽입되어 압축 스프링(216)을 압축시키는 제2 서포트(218)와, 제2 서포트에 체결되는 볼조인트(222)와, 볼조인트(222)와 결합되는 트랜스듀서 하우징(224)으로 구현된다. 이러한 피팅부재는 트랜스듀서 하우징의 볼조인트 결합으로 몸체 결합부를 통해 전달되는 스테이지의 피봇 운동에 의해 평면 윈도우(228)를 따라 초음파 트랜스듀서(226)를 이동시켜 평면 스캔하도록 한다. 초음파 트랜스듀서(226)는 트랜스듀서 하우징(224)에 체결되어 몸체 결합부를 통해 구동신호가 입력되면 초음파를 발생시킨다.
이어서, 이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 초음파 치료용 헤드의 동작을 설명하기로 한다.
통상 초음파 치료는 치료 목적에 따라 촛점 영역의 깊이가 달라지므로 치료목적에 맞는 카트리지(200)를 선택하여 헤드 몸체(100)에 장착한다. 또한 치료부위나 목적에 따라 적절한 스캔 패턴이나 동작 시간을 선택할 수도 있다.
초음파 치료용 헤드의 사용자 인터페이스를 통해 헤드(10)를 작동시키면, 컨트롤러(140)가 미리 프로그램된 스캔 패턴에 따라 제1축 액츄에이터(110)와 제2축 액츄에이터(120)를 구동하고, 트랜스듀서(226)를 작동시켜 초음파 혹은 고집속초음파(HIFU)가 발생되게 한다.
제1 액츄에이터의 BLDC 모터(111)가 회전되면 커플러(112)를 통해 리드 스크류(113)가 회전되고, 리드 스크류에 체결된 슬라이더 너트(114a)가 스크류(113)를 따라 하방으로 이동하게 되면서 슬라이더 너트(114a)에 일체로 연결된 슬라이더봉(114b)과 슬아이더봉(114b)에 연결된 볼조인트(115)가 하방으로 이동하게 된다. 볼조인트(115)가 하방으로 이동하면 볼조인트와 결합된 스테이지(130)가 고정 볼조인트(134)를 축으로 하여 피봇 운동하게 된다.
동일한 방식으로 제2 액츄에이터(120)도 동작하게 되면, 스테이지(130)는 제1축의 볼조인트에 의한 피봇운동과 제2축의 볼조인트에 의한 피복운동이 결합되어 다양한 방향으로 피봇운동을 일으키게 된다.
제1 액츄에이터의 슬라이더(114)가 하한 위치에 도달한 것을 위치저항(116)을 통해 검출하게 되면, 컨트롤러(140)는 제1 액츄에이터(110)의 회전방향을 반대방향으로 변환하여 회전시키게 되고, 이에 따라 슬라이더(114)는 상방으로 이동하게 된다. 동일한 방식으로 제1 액츄에이터의 슬라이더(114)가 상한 위치에 도달한 것을 위치저항(116)을 통해 검출하게 되면, 컨트롤러(140)는 제1 액츄에이터(110)의 회전방향을 다시 반대방향으로 변환하여 다시 하향으로 이동하게 하고, 이에 따라 슬라이더(114)는 상한과 하한 사이를 왕복운동하면서 스테이지(130)를 밀거나 당기게 된다.
한편, 스테이지(130)의 피봇운동은 카트리지(200)의 피팅부재로 전달되고, 피팅부재는 피봇운동에 의해 평면 선단에 장착된 트랜스듀서(226)를 평면 윈도우(228)를 따라 이동시키게 된다. 이때 피팅부재는 압축 스프링(216)에 의해 전체 축의 길이가 가변되어 피봇운동을 평면 운동으로 전환하여 평면 스캔을 가능하게 한다. 즉, 평면 윈도우(228)의 중앙에서는 피팅부재의 길이가 짧아지고 압축 스프링(216)이 많이 압축되어 있다가 주변으로 이동하면서 압축 스프링(216)의 압축이 풀리면서 피팅부재의 길이가 늘어 나게 되어 평면 윈도우 영역에서는 평면 스캔이 이루어지게 되고, 이에 따라 트랜스듀서의 초음파 촛점 깊이가 중앙이나 주변이 모두 균일한 평면을 이루게 된다.
이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

Claims (10)

  1. 손으로 잡아 환자의 피부에 접촉시켜 치료하기 용이하도록 되어 있고, 내부에 작동 메커니즘이 탑재된 헤드 몸체; 및
    상기 헤드 몸체에 착탈 가능한 구조로서 헤드 몸체의 작동에 따라 초음파를 발생하면서 치료 영역을 평면 스캔하는 카트리지를 포함하는 초음파 치료용 헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 헤드 몸체는
    내부 소자들을 지지 및 보호하고 사용자와의 인터페이스를 제공하기 위한 몸체 하우징과,
    제1축에서 왕복운동을 발생시키는 제1 액츄에이터와,
    제2축에서 왕복운동을 발생시키는 제2 액츄에이터와,
    고정축을 중심으로 상기 제1 액츄에이터와 상기 제2 액츄에이터에 의해 피봇 운동하는 스테이지로 구성된 것을 특징으로 하는 초음파 치료용 헤드.
  3. 제2항에 있어서, 상기 헤드 몸체는 상기 제1 액츄에이터와 상기 제2 액츄에이터를 제어하기 위한 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 치료용 헤드.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1 액츄에이터와 상기 제2 액츄에이터는,
    모터와, 리드 스크류와, 상기 모터의 회전축을 상기 리드 스크류와 결합하기 위한 커플러와, 상기 리드 스크류를 지지하기 위한 지지 프레임과, 상기 리드 스크류의 회전에 따라 왕복운동하는 슬라이더와, 상기 슬라이더의 위치를 검출하기 위한 위치검출수단과, 상기 슬라이더의 선단에 장착된 볼조인트로 구성된 것을 특징으로 하는 초음파 치료용 헤드.
  5. 제1항에 있어서, 상기 카트리지는
    내부에 트랜스듀서를 수용하면서 액체를 밀봉시키기 위한 카트리지 하우징과,
    상기 카트리지 하우징에 설치되어 초음파를 치료영역으로 전달하기 위한 평면 윈도우와,
    상기 헤드 몸체와 결합을 위한 몸체 결합부와,
    상기 몸체 결합부를 통해 구동신호가 입력되면 초음파를 발생시키는 초음파 트랜스듀서와,
    상기 몸체 결합부를 통해 전달되는 스테이지의 피봇 운동에 의해 상기 평면 윈도우를 따라 상기 초음파 트랜스듀서를 평면 이동시켜 평면 스캔하도록 하는 피팅 부재로 구성된 것을 특징으로 하는 초음파 치료용 헤드.
  6. 제5항에 있어서, 상기 피팅 부재는
    내부에 구멍이 형성되고 상기 몸체 결합부에 결합되는 제1 서포트와, 상기 제1 서포트의 구멍에 삽입되는 압축 스프링과, 상기 제1 서포트의 구멍에 삽입되어 상기 압축 스프링을 압축시키는 제2 서포트와, 상기 제2 서포트에 체결되는 볼조인트로 구성된 것을 특징으로 하는 초음파 치료용 헤드.
  7. 제6항에 있어서, 상기 피팅 부재는
    상기 볼조인트와 결합되는 트랜스듀서 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 치료용 헤드.
  8. 제5항에 있어서, 상기 몸체 결합부는
    리드 커넥터를 통해 컨트롤러와 접속되는 컨트롤러 PCB와, 움직임을 허용하면서 액체를 밀봉시키기 위한 자바라와, 스테이지와 결합되는 카트리지 결합부와, 결합용 자석으로 구성된 것을 특징으로 하는 초음파 치료용 헤드.
  9. 내부에 트랜스듀서를 수용하면서 액체를 밀봉시키기 위한 카트리지 하우징;
    상기 카트리지 하우징에 설치되어 초음파를 치료영역으로 전달하기 위한 평면 윈도우;
    헤드 몸체와 결합을 위한 몸체 결합부;
    상기 몸체 결합부를 통해 구동신호가 입력되면 초음파를 발생시키는 초음파 트랜스듀서; 및
    상기 몸체 결합부를 통해 전달되는 스테이지의 피봇 운동에 의해 상기 평면 윈도우를 따라 상기 초음파 트랜스듀서를 평면 이동시켜 평면 스캔하도록 하는 피팅 부재를 포함하는 초음파 카트리지.
  10. 제9항에 있어서, 상기 피팅 부재는
    내부에 구멍이 형성되고 상기 몸체 결합부에 결합되는 제1 서포트와, 상기 제1 서포트의 구멍에 삽입되는 압축 스프링과, 상기 제1 서포트의 구멍에 삽입되어 상기 압축 스프링을 압축시키는 제2 서포트와, 상기 제2 서포트에 체결되는 볼조인트로 구성된 것을 특징으로 하는 초음파 카트리지.
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