KR101568682B1 - Method for manufacturing intravascular ultrasound transducers and intravascular ultrasound transducer structure thereby - Google Patents
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Abstract
본 발명은 혈관 삽입형 초음파 변환자의 제조 방법 및 혈관 삽입형 초음파 변환자 구조체에 관한 것으로서, 초음파 변환자의 제조 방법은, 미리 설정된 두께에 따라 래핑(lapping)된 압전소자를 형성하고, 압전소자의 래핑된 면에 전도성 물질을 증착시키고, 전도성 물질이 증착된 압전소자의 전면과 후면을 캐스팅(casting)함으로써 각각 정합층과 후면층을 형성하고 미리 설정된 두께에 따라 래핑하며, 정합층, 압전소자 및 후면층이 적층된 소자를 IVUS(intravascular ultrasound)를 위한 임계 크기 이하가 되도록 적층 방향에 따라 절삭(dicing)함으로써 단일 소자(single element)를 제작한다.The present invention relates to a method for manufacturing an ultrasonic transducer and a method for manufacturing an ultrasonic transducer. The ultrasonic transducer is manufactured by forming a piezoelectric element lapped on a predetermined thickness, A conductive material is deposited on the surface of the piezoelectric element and the front and back surfaces of the piezoelectric element on which the conductive material is deposited are cast to form a matching layer and a rear layer respectively and are lapped according to a predetermined thickness, A single element is fabricated by dicing the stacked elements along the stacking direction so as to be below the critical size for IVUS (intravascular ultrasound).
Description
본 발명은 의료 영상용 초음파 변환자에 관한 기술로, 특히 혈관 삽입형 초음파 영상에 핵심 소자인 고주파수 변환자의 제조 방법 및 그 방법에 따른 혈관 삽입형 초음파 변환자 구조체에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ultrasound transducer for medical imaging, and more particularly, to a method for manufacturing a high-frequency transducer, which is a core element in an ultrasound imaging system, and an ultrasound transducer for insertion of blood vessels according to the method.
초음파(ultrasound, US) 영상은 초음파 프로브(probe)를 이용하여 인체 내의 관찰 영역에 초음파 신호를 인가하고 조직으로부터 반사되어 돌아오는 초음파 신호를 수신하여 그 신호에 포함된 정보를 추출함으로써 관찰 영역의 구조 및 특성을 영상화하는 장비이다. 이는 X-ray, CT, MRI, PET 등의 다른 의료영상 시스템들과 비교하였을 때 낮은 비용으로 인체에 해가 없는 실시간 영상을 얻을 수 있다는 장점을 갖는다.An ultrasound (US) image is obtained by applying an ultrasound signal to an observation region in a human body using an ultrasonic probe and receiving an ultrasound signal reflected from the tissue to extract information contained in the signal, And imaging equipment. This has the advantage that real-time images without harm to human body can be obtained at low cost when compared with other medical imaging systems such as X-ray, CT, MRI, and PET.
한편, IVUS(Intravascular Ultrasound) 영상 기술은 혈관 내부에서 동맥의 실시간 단면도 내지는 혈관 내에 발병한 질병을 영상화하는 영상 처리 기술과 방식을 말하는데, 인구 고령화와 심장병 등의 만성질환을 가진 인구 증가가 시장 성장을 뒷받침하고 있으며 저렴한 치료가 전세계적으로 요구되고 있다. 이러한 상황 하에서 IVUS는 관상동맥 질병의 조기 발견과 예방에 있어서 지금까지 불가능했던 요건에 대처할 수 있는 것으로서 매우 큰 잠재력을 가지고 있다. 또한, 이 기술은 몇몇 국제적 임상연구에서 밝혀진 것처럼 기존의 혈관 조영법보다 장점이 많기 때문에 인기가 높아지고 있다. 좌측 주요 질병(left main disease)과 만성완전폐색, 하지 말초동맥질환, 혈관형성 유도를 위한 IVUS 사용은 이 기술의 주요 기회 분야이다. Meanwhile, IVUS (Intravascular Ultrasound) imaging technology refers to image processing techniques and methods that image diseases occurring in real-time sections or vessels of blood vessels inside the blood vessels. The population growth with chronic diseases such as population aging and heart disease causes market growth And are in demand worldwide for inexpensive treatment. Under these circumstances, IVUS has great potential as it can meet the requirements that were not possible in the early detection and prevention of coronary artery disease. In addition, this technology is becoming more popular because of its advantages over traditional angiography methods, as revealed by some international clinical studies. The use of IVUS for left main disease and chronic complete obliteration, lower limb artery disease, and angiogenesis is a major opportunity for this technology.
이러한 IVUS 영상 구현을 위해서는 그 핵심 소자인 고주파수 변환자의 적절한 효율과 가격에 따라 제작되어야 할 필요가 있다. IVUS는 변환자를 혈관에 삽입하여 영상화를 수행하기 때문에 변환자의 지름은 1mm 이내이어야 하고, 고해상도 영상을 획득하기 위해서 사용하는 주파수는 20-100 MHz 대역의 고주파수이다. 소형이면서도 높은 주파수의 초음파를 송수신할 수 있으면서 일회용으로 그 제작 단가가 낮아야 하기 때문에 효율적이며 경제적인 IVUS 변환자의 제작 방법이 IVUS 영상기기의 핵심 기술 장벽이 된다. 이하에서 제시된 선행기술문헌에는 IVUS 영상 구현을 위한 배열(array) 초음파 변환자(transducer)에 관하여 기술되어 있다.In order to realize such an IVUS image, it needs to be manufactured in accordance with the efficiency and price of the high-frequency converter which is a core element. Because IVUS inserts the transducer into the blood vessel and performs imaging, the diameter of the transducer should be within 1mm, and the frequency used to obtain the high resolution image is the high frequency in the 20-100 MHz band. Since it is possible to transmit and receive ultrasonic waves in small size and high frequency, the cost of manufacturing the IVUS transducer must be low. Therefore, an efficient and economical way of manufacturing the IVUS transducer becomes a core technology barrier of the IVUS imaging device. The following prior art documents describe an array ultrasound transducer for IVUS imaging.
본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 기술적 과제는, IVUS를 위한 초음파 변환자가 높은 동작 주파수를 갖고, 각 구성 소재의 두께가 매우 얇으며, 혈관에 삽입 가능한 정도로 초소형의 어퍼쳐(aperture) 크기를 갖도록 제작함에 있어서 효과적이고 경제적인 수율을 제공할 수 없다는 한계를 극복하고, 초음파 변환자의 제작에 있어서 접착제의 사용으로 인해 수요자가 원하는 변환자의 특성을 달성하기 어려우며, 자연적인 집속점으로 인해 희망하는 빔 집속이 구현되지 못하는 문제점을 해결하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an ultrasound transducer for IVUS which has a high operating frequency and has a very small thickness of each constituent material and a very small aperture size It is difficult to achieve the characteristics of the transducer desired by the user due to the use of the adhesive in the production of the ultrasonic transducer, and it is difficult to achieve the desired beam focusing Which can not be realized.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 변환자의 제조 방법은, 미리 설정된 두께에 따라 래핑(lapping)된 압전소자를 형성하는 단계; 상기 압전소자의 래핑된 면에 전도성 물질을 증착시키는 단계; 상기 전도성 물질이 증착된 압전소자의 전면과 후면을 캐스팅(casting)함으로써 각각 정합층(matching layer)과 후면층(backing layer)을 형성하고 미리 설정된 두께에 따라 래핑하는 단계; 및 상기 정합층, 상기 압전소자 및 상기 후면층이 적층된 소자를 IVUS(intravascular ultrasound)를 위한 임계 크기 이하가 되도록 적층 방향에 따라 절삭(dicing)함으로써 단일 소자(single element)를 생성하는 단계;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an ultrasonic transducer, comprising: forming a piezoelectric element lapped on a predetermined thickness; Depositing a conductive material on the wrapped surface of the piezoelectric element; Forming a matching layer and a backing layer by casting a front surface and a back surface of the piezoelectric element on which the conductive material is deposited, respectively, and lapping according to a predetermined thickness; And forming a single element by dicing the stacked elements of the matching layer, the piezoelectric element, and the backside layer in a laminating direction so as to be equal to or less than a critical size for IVUS (intravascular ultrasound); .
일 실시예에 따른 상기 초음파 변환자의 제조 방법에서, 상기 정합층과 상기 후면층은 접착 물질의 사용 없이 캐스팅을 통해 상기 전도성 물질 상에 직접 형성될 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 상기 초음파 변환자의 제조 방법에서, 상기 정합층과 상기 후면층은 캐스팅 이후, 원심분리기를 이용하여 경화시킬 수 있다.In the method of manufacturing the ultrasonic transducer according to an embodiment, the matching layer and the rear layer may be formed directly on the conductive material through casting without using an adhesive material. Further, in the method of manufacturing an ultrasonic transducer according to an embodiment, the matching layer and the rear layer may be cured by using a centrifuge after casting.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 변환자 구조체는, IVUS를 위한 혈관 삽입용 튜브(tube); 정합층, 압전소자 및 후면층이 적층되고, 상기 튜브의 말단에 설치되어 초음파 영상을 획득하는 단일 소자의 초음파 변환자; 및 상기 튜브의 일측 벽과 상기 초음파 변환자 사이에 위치하여 상기 초음파 변환자의 대향 각도를 형성함으로써, 상기 초음파 변환자의 초음파 방사 각도가 상기 튜브의 삽입 방향과 달라지도록 조정하는 지지대;를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an ultrasound transducer structure comprising: a blood vessel insertion tube for IVUS; A single element ultrasonic transducer which is laminated on a matching layer, a piezoelectric element and a back layer, and which is installed at a distal end of the tube and acquires an ultrasonic image; And a supporter positioned between one side wall of the tube and the ultrasonic transducer to form an opposite angle of the ultrasonic transducer so that the angle of ultrasonic emission of the ultrasonic transducer is different from the insertion direction of the tube.
다른 실시예에 따른 상기 초음파 변환자 구조체에서, 상기 초음파 변환자는, 미리 설정된 두께에 따라 래핑된 압전소자를 형성하고, 상기 압전소자의 래핑된 면에 전도성 물질을 증착시키고, 상기 전도성 물질이 증착된 압전소자의 전면과 후면을 캐스팅함으로써 각각 정합층과 후면층을 형성하고 미리 설정된 두께에 따라 래핑하며, 상기 정합층, 상기 압전소자 및 상기 후면층이 적층된 소자를 상기 튜브 내에 삽입할 수 있도록 적층 방향에 따라 절삭함으로써 단일 소자로서 제조된다.In the ultrasonic transducer structure according to another embodiment, the ultrasonic transducer may be configured to form a piezoelectric element that is wrapped according to a preset thickness, to deposit a conductive material on the wrapped surface of the piezoelectric element, Forming a matching layer and a backing layer, respectively, by casting the front and back surfaces of the piezoelectric element, and lapping according to a predetermined thickness, and stacking the laminated device with the matching layer, the piezoelectric element and the backing layer, And is manufactured as a single element by cutting along the direction.
다른 실시예에 따른 상기 초음파 변환자 구조체에서, 상기 지지대에 의해 상기 초음파 변환자의 대향 각도는, 상기 튜브의 삽입 방향으로부터 0° 내지 90° 사이에서 결정됨으로써, 상기 튜브의 삽입 방향과 상기 튜브가 삽입되는 혈관의 벽면에 대한 초음파 영상을 동시에 획득하거나, 도플러(Doppler) 주파수를 추정하여 혈류 속도를 산출할 수 있다.In the ultrasonic transducer structure according to another embodiment, the opposing angle of the ultrasonic transducer by the supporter is determined between 0 and 90 degrees from the insertion direction of the tube, so that the inserting direction of the tube and the insertion The ultrasound image can be obtained simultaneously with the wall surface of the blood vessel, or the Doppler frequency can be estimated to calculate the blood flow velocity.
다른 실시예에 따른 상기 초음파 변환자 구조체에서, 상기 초음파 변환자는 직사각형으로 형성되고, 상기 초음파 변환자의 짧은 변의 길이는 적어도 상기 튜브의 지름 이하이고, 상기 초음파 변환자의 긴 변의 길이는 상기 튜브의 지름 이상이며, 상기 초음파 변환자의 긴 변이 상기 튜브의 내측 벽면을 따라 삽입될 수 있다.In the ultrasonic transducer structure according to another embodiment, the ultrasonic transducer is formed in a rectangular shape, the length of the short side of the ultrasonic transducer is at least the diameter of the tube, and the length of the long side of the ultrasonic transducer is not less than the diameter of the tube And a long side of the ultrasonic transducer can be inserted along the inner wall surface of the tube.
다른 실시예에 따른 상기 초음파 변환자 구조체에서, 상기 초음파 변환자가 설치된 상기 튜브의 말단은 상기 초음파 변환자의 초음파 방사 방향을 고려하여 절단면이 사선으로 형성될 수 있다.In the ultrasound transducer structure according to another embodiment, the end of the tube provided with the ultrasound transducer may be formed with a diagonal cut surface in consideration of the ultrasound radiation direction of the ultrasound transducer.
다른 실시예에 따른 상기 초음파 변환자 구조체에서, 상기 초음파 변환자는 중앙 면이 오목하도록 구배를 형성함으로써 상기 초음파 변환자의 기하학적 초점(geometrical focus)에 빔 집속할 수 있다. 또한, 다른 실시예에 따른 상기 초음파 변환자 구조체에서, 상기 초음파 변환자는 전면에 부착되는 볼록 렌즈를 더 포함함으로써 상기 초음파 변환자의 기하학적 초점에 빔 집속할 수 있다.In the ultrasound transducer structure according to another embodiment, the ultrasound transducer may focus the ultrasound transducer to the geometrical focus of the ultrasound transducer by forming a gradient such that the center plane is concave. In addition, in the ultrasonic transducer structure according to another embodiment, the ultrasonic transducer further includes a convex lens attached to the front surface thereof, so that the ultrasonic transducer can focus the beam to the geometrical focus of the ultrasonic transducer.
다른 실시예에 따른 상기 초음파 변환자 구조체에서, 상기 초음파 변환자는 상기 초음파 변환자의 일부 영역에 삽입되어 광음향 영상 또는 광간섭단층촬영(optical coherence tomography, OCT) 영상을 위한 광 신호를 방사하는 광 소스 모듈을 더 포함할 수 있다.In the ultrasound transducer structure according to another embodiment, the ultrasound transducer may be inserted into a part of the ultrasound transducer to form a light source for emitting a photoacoustic image or an optical signal for optical coherence tomography (OCT) Module. ≪ / RTI >
다른 실시예에 따른 상기 초음파 변환자 구조체는, 상기 후면층에 전기 신호를 공급하고, 상기 정합층에 하우징(housing)을 연결함으로써 접지시킬 수 있다.The ultrasonic transducer structure according to another embodiment may be grounded by supplying an electric signal to the rear surface layer and connecting a housing to the matching layer.
본 발명의 실시예들은, 절삭을 통해 다수의 개별 단일 소자 IVUS 초음파 변환자를 동시에 생산할 수 있는 공정 기술을 제안함으로써, 접착제 없이도 높은 동작 주파수와 초소형의 어퍼쳐 크기를 갖고 경제성이 보장되는 초음파 변환자의 제조가 가능하며, 기하학적 초점을 통한 빔 집속을 구현할 수 있다.Embodiments of the present invention propose a process technology capable of simultaneously producing a plurality of discrete single-element IVUS ultrasound transducers through cutting, thereby providing an ultrasound transducer with high operating frequency and ultra-small aperture size, And beam focusing through a geometric focus can be realized.
도 1은 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 혈관 삽입형 초음파 변환자의 제조 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혈관 삽입형 초음파 변환자를 제조하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 혈관 삽입형 초음파 변환자 구조체의 구조를 도시한 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 3의 초음파 변환자 구조체에서 빔 집속을 유도하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 3의 혈관 삽입형 초음파 변환자 구조체의 일부를 노출시켜 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 3의 혈관 삽입형 초음파 변환자 구조체에서 광음향 또는 광간섭단층촬영(optical coherence tomography, OCT) 영상을 구현하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 3의 혈관 삽입형 초음파 변환자 구조체에서 신호 공급과 접지 방법을 설명하기 위한 예시도이다.FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining a manufacturing process of an angioplasty ultrasound transducer adopted by embodiments of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an ultrasound transducer according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the structure of a blood vessel insertion type ultrasound transducer structure according to another embodiment of the present invention.
4A and 4B are views for explaining a method of deriving beam focusing in the ultrasonic transducer structure of FIG. 3 according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view illustrating a part of the blood vessel insertion type ultrasound transducer structure of FIG. 3 according to another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an exemplary view for explaining a method of implementing an optical coherence tomography (OCT) image in the blood vessel insertion type ultrasound transducer structure of FIG. 3 according to another embodiment of the present invention.
7 is an exemplary view for explaining a signal supply and a grounding method in the blood vessel insertion type ultrasound transducer structure of FIG. 3 according to another embodiment of the present invention.
이하에서는 우선 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 기본 아이디어를 개괄적으로 제시한 후, 구체적인 기술적 수단을 순차적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, the basic idea adopted by the embodiments of the present invention will be outlined, and specific technical means will be described sequentially.
IVUS를 위한 고주파수 구현이 어려운 배열 변환자가 아닌 단일 소자 변환자의 제작은 필요한 후면층(backing layer), 압전소자(piezoelectric material), 정합층(matching layer)의 각 재료들을 각각 원하는 크기 및 두께에 맞게 래핑(lapping) 및 절단한 뒤 각각을 접착제를 이용하여 붙이는 방법으로 제작할 수 있다. 하지만 IVUS 변환자는 각 재료의 두께가 얇고, 크기가 작아서 일반적인 단일 소자 변환자 제작 방법을 이용할 경우, 수요자가 원하는 변환자의 특성(초소형 및 고주파수)을 획득하기 어렵다. 특히, 고주파 구현에서 가장 중요한 것은 각 물질의 두께인데 접착제가 하나의 층으로 작용을 할 수 있기 때문에 상기된 공정에 따를 경우 IVUS 변환자의 성능이 저하될 우려가 있다.The fabrication of a single-element transducer, which is not an array converter that is difficult to implement for high frequencies for IVUS, requires wrapping each material of the required backing layer, piezoelectric material, and matching layer, lapping and cutting, and then sticking each of them using an adhesive. However, since the thickness of each material is small and the size is small, it is difficult to obtain the characteristics (ultraminiature and high frequency) of the transducer desired by the user when using a general single-element converter manufacturing method. Particularly, in the high-frequency implementation, the thickness of each material is the most important factor, and since the adhesive acts as a single layer, the performance of the IVUS converter may be degraded according to the above-described process.
따라서, 이하에서 제시되는 본 발명의 실시예들은 후면층, 압전소자 및 정합층의 각 재료들을 원하는 두께로 먼저 제작한 후 정합을 수행한 다음, 절삭(dicing)을 통해 여러 개의 개별 IVUS 변환자를 한 번에 제작할 수 있는 효율적이며 경제적인 공정 기술을 제안하고자 한다.Therefore, the embodiments of the present invention described below can be applied to various materials such as a back layer, a piezoelectric element and a matching layer, which are manufactured first to a desired thickness and then subjected to matching, and then diced to form a plurality of individual IVUS converters We propose an efficient and economical process technology that can be manufactured in the same time.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시 예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art, however, that these examples are provided to further illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
도 1은 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 혈관 삽입형 초음파 변환자의 제조 과정을 설명하기 위한 개념도이다.FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining a manufacturing process of an angioplasty ultrasound transducer adopted by embodiments of the present invention.
도 1은 IVUS 변환자 제작에 필요한 단일 소자(single element)의 제작 방법으로 크기가 큰 압전소자(Piezoelectric material)(11), 정합층(Matching layer)(13), 및 후면층(Backing layer)(15)을 원하는 두께에 맞게 제작을 한 뒤 접착한다. 이때 사용되는 정합층(13)과 후면층(15)은 전도성의 물질을 이용하여 제작할 수 있다. 이후, 적층된 소자를 필요한 사이즈(예를 들어, 적어도 1mm × 1mm 이하의 크기가 바람직하다.)로 절삭(dicing)을 통해 여러 개의 단일 소자(10)를 만들 수 있다.FIG. 1 shows a method of fabricating a single element necessary for fabricating an IVUS transducer, which includes a
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혈관 삽입형 초음파 변환자를 제조하는 방법을 도시한 흐름도이다.FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an ultrasound transducer according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
S210 단계에서, 미리 설정된 두께에 따라 래핑(lapping)된 압전소자를 형성한다.In step S210, lapping piezoelectric elements are formed according to a preset thickness.
S220 단계에서, 상기 S210 단계를 통해 형성된 압전소자의 래핑된 면에 전도성 물질을 증착시킨다. 상기 전도성 물질은 크롬 또는 금이 활용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In step S220, a conductive material is deposited on the wrapped surface of the piezoelectric element formed through step S210. The conductive material may be chromium or gold but is not limited thereto.
S230 단계에서, 상기 전도성 물질이 증착된 압전소자의 전면과 후면을 캐스팅(casting)함으로써 각각 정합층(matching layer)과 후면층(backing layer)을 형성하고 미리 설정된 두께에 따라 래핑한다. 이러한 정합층과 후면층은 캐스팅 이후, 원심분리기를 이용하여 경화시킴으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 상온에서 하루 동안 경화를 유도할 수 있다.In step S230, the front surface and the rear surface of the piezoelectric element on which the conductive material is deposited are cast to form a matching layer and a backing layer, respectively, and are lapped according to a predetermined thickness. Such a matching layer and a backing layer can be formed by casting followed by curing using a centrifuge. For example, curing can be induced at room temperature for a day.
여기서, 상기 정합층과 상기 후면층은 접착 물질의 사용 없이 캐스팅을 통해 상기 전도성 물질 상에 직접 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 본 실시예의 경우, 앞서 설명한 바와 같은 접착제 사용의 문제가 발생하지 않으므로 고주파수 특성 구현에 보다 유리하다.Here, the matching layer and the rear layer are preferably formed directly on the conductive material through casting without using an adhesive material. Therefore, in the case of this embodiment, there is no problem of the use of the adhesive as described above, which is more advantageous in realizing high-frequency characteristics.
S240 단계에서, 상기 정합층, 상기 압전소자 및 상기 후면층이 적층된 소자를 IVUS(intravascular ultrasound)를 위한 임계 크기 이하가 되도록 적층 방향에 따라 절삭(dicing)함으로써 단일 소자(single element)를 생성한다. 예를 들어, 이러한 임계 크기는 적어도 혈관의 단면적보다는 작은 크기인 1mm × 1mm 이하로 결정될 수 있을 것이다.In step S240, a single element is formed by dicing the stacked elements of the matching layer, the piezoelectric element, and the rear layer in the laminating direction so as to be equal to or less than a critical size for IVUS (intravascular ultrasound) . For example, such a critical dimension may be determined to be at least 1 mm x 1 mm, which is smaller than the cross-sectional area of the blood vessel.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 혈관 삽입형 초음파 변환자 구조체의 구조를 도시한 단면도로서, 크게 초음파 변환자(10: 11, 13, 15), 지지대(30) 및 튜브(20)를 포함한다.3 is a cross-sectional view illustrating the structure of an ultrasound transducer structure according to another embodiment of the present invention. The
튜브(tube)(20)는 혈관 삽입용 IVUS를 위한 외측 몸체이다.The
초음파 변환자(10)는, 정합층(13), 압전소자(11) 및 후면층(15)이 적층되고, 상기 튜브(20)의 말단에 설치되어 초음파 영상을 획득하는 단일 소자이다. 이러한 초음파 변환자(10)는, 미리 설정된 두께에 따라 래핑된 압전소자(11)를 형성하고, 상기 압전소자(11)의 래핑된 면에 전도성 물질을 증착시키고, 상기 전도성 물질이 증착된 압전소자(11)의 전면과 후면을 캐스팅함으로써 각각 정합층(13)과 후면층(15)을 형성하고 미리 설정된 두께에 따라 래핑하며, 상기 정합층(13), 상기 압전소자(11) 및 상기 후면층(15)이 적층된 소자를 상기 튜브(20) 내에 삽입할 수 있도록 적층 방향에 따라 절삭함으로써 단일 소자로서 제조될 수 있다.The
지지대(30)는, 상기 튜브(20)의 일측 벽과 상기 초음파 변환자(10: 11, 13, 15) 사이에 위치하여 상기 초음파 변환자(10: 11, 13, 15)의 대향 각도를 형성함으로써, 상기 초음파 변환자(10: 11, 13, 15)의 초음파 방사 각도가 상기 튜브(20)의 삽입 방향과 달라지도록 조정하는 역할을 수행한다. 즉, 지지대(30)는 튜브(20)에 고정되어 초음파 변환자(10: 11, 13, 15)의 각도를 조정하기 위한 일종의 패드(pad)로 구현될 수 있다.The
여기서, 상기 지지대(30)에 의해 상기 초음파 변환자(10: 11, 13, 15)의 대향 각도는, 상기 튜브(20)의 삽입 방향으로부터 0° 내지 90° 사이에서 결정됨으로써, 상기 튜브(20)의 삽입 방향과 상기 튜브(20)가 삽입되는 혈관의 벽면에 대한 초음파 영상을 동시에 획득하도록 유도할 수 있다. 이러한 지지대(30)를 통해 본 실시예에 따른 초음파 변환자 구조체는, 혈관 벽면 또는 튜브의 삽입 방향 전면 중 어느 하나만을 관찰하는 것이 아니라 양자를 동시에 관찰할 수 있다는 장점을 갖는다. 뿐만 아니라, 이러한 지지대(30)를 통해 본 실시예에 따른 초음파 변환자 구조체는 도플러(Doppler) 주파수를 추정하여 혈류 속도를 산출할 수도 있다.The opposing angle of the ultrasonic transducer 10:11, 13 or 15 is determined by the
또한, 초음파 변환자(10: 11, 13, 15)가 설치된 상기 튜브(20)의 말단은 상기 초음파 변환자의 초음파 방사 방향을 고려하여 절단면이 사선으로 형성되는 것이 바람직하다.The distal end of the
한편, 도 3을 통해 제시되는 본 발명의 실시예는 빔 집속을 위한 초음파 변환자를 제작함에 있어서, 튜브의 특성을 활용하고자 한다. IVUS 변환자에 이용되는 소자는 혈관의 폭에 의해 제한된 크기를 갖게 된다. 그러나 혈관의 깊이 방향에 대해서는 크기가 제한되지 않는다. 따라서 혈관의 깊이 방향으로 소자의 크기를 길게 제작할 수 있다. 이를 위해, 상기 초음파 변환자(10: 11, 13, 15)는 직사각형으로 형성되고, 상기 초음파 변환자(10: 11, 13, 15)의 짧은 변의 길이는 적어도 상기 튜브의 지름 이하이고, 상기 초음파 변환자(10: 11, 13, 15)의 긴 변의 길이는 상기 튜브의 지름 이상이며, 상기 초음파 변환자(10: 11, 13, 15)의 긴 변이 상기 튜브의 내측 벽면을 따라 삽입되는 것이 바람직하다. 이러한 구조를 통해 초음파 변환자는 빔 집속을 통해 영상의 해상도를 향상시킬 수 있다.Meanwhile, in the embodiment of the present invention shown in FIG. 3, the ultrasound transducer for beam focusing is used to utilize the characteristics of the tube. The device used for the IVUS transducer has a limited size due to the width of the blood vessel. However, the depth direction of the blood vessel is not limited in size. Therefore, the size of the device can be made longer in the depth direction of the blood vessel. For this, the
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 3의 초음파 변환자 구조체에서 빔 집속을 유도하는 방법을 설명하기 위한 두 가지 방법을 예시하고 있는 도면이다.FIGS. 4A and 4B are diagrams illustrating two methods for explaining a beam focusing method in the ultrasound transducer structure of FIG. 3 according to another embodiment of the present invention.
일반적인 혈관 내 변환자에 사용되는 소자의 모양은 타원이거나 정사각형의 모양으로 제작된다. 즉, 매우 작은 크기의 소자이기 때문에 자연적인 집속점(natural focusing)이 생기게 된다. 이렇게 자연적인 집속점을 이용한 빔 집속은 사용자가 원하는 곳에 집속을 할 수 없으며, 집속 효과도 현저하게 저하된다는 약점을 갖는다. 따라서, 도 4a 및 도 4b에서 제안하는 방법은 소자의 모양을 직사각형으로 제작하는 것이다. 앞서 설명한 바와 같이 혈관의 직경 크기는 제한되어 있기 때문에 혈관의 깊이 방향으로 소자의 크기를 크게 제작하여 한쪽 방향이더라도 빔을 집속시킬 수 있다. The shape of a device used in a typical intravascular transducer is elliptical or square. That is, since the device is a very small-sized device, natural focusing occurs. The beam focusing using the natural focusing point has a weak point that the user can not focus on the desired spot and the focusing effect is remarkably degraded. Therefore, the method proposed in FIGS. 4A and 4B is to make the shape of the device rectangular. As described above, since the diameter of the blood vessel is limited, the size of the device can be made large in the depth direction of the blood vessel, so that the beam can be focused even in one direction.
도 4a에서 초음파 변환자(11, 13, 15)는 중앙 면이 오목하도록 구배를 형성함으로써 상기 초음파 변환자의 기하학적 초점(geometrical focus)에 빔 집속할 수 있다. 이를 위해 직사각형의 소자(초음파 변환자)에 열을 가한 쇠구슬을 사용하여 구배를 형성시키는 등의 방법으로 구현할 수 있다.In FIG. 4A, the
도 4b에서 초음파 변환자(11, 13, 15)는 전면에 부착되는 볼록 렌즈(lens)(17)를 더 포함함으로써 상기 초음파 변환자의 기하학적 초점에 빔 집속할 수 있다.In FIG. 4B, the
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 3의 혈관 삽입형 초음파 변환자 구조체의 일부를 노출시켜 도시한 사시도이다.FIG. 5 is a perspective view illustrating a part of the blood vessel insertion type ultrasound transducer structure of FIG. 3 according to another embodiment of the present invention.
앞서 설명한 바와 같이, 단일 소자 초음파 변환자(10)가 튜브(20)의 말단에 위치하되, 지지대(30)에 의해 경사를 이루도록 고정, 배치될 수 있음을 보이고 있다. 이러한 구조를 통해 튜브(20)가 삽입되는 혈관의 벽면과 튜브의 진행 방향 모두를 동시에 관측할 수 있으며, 필요에 따라 자유롭게 각도가 조절된 지지대를 활용할 수도 있을 것이다. 특히 이러한 기울기를 활용할 경우, 튜브(20)의 후퇴시뿐만 아니라 전진(삽입)시에도 영상의 획득이 가능할 뿐만 아니라, 도플러(혈류 속도) 측정이 가능하다는 장점을 갖는다.As described above, it is shown that the single-element
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 3의 혈관 삽입형 초음파 변환자 구조체에서 광음향 또는 광간섭단층촬영(optical coherence tomography, OCT) 영상을 구현하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.FIG. 6 is an exemplary view for explaining a method of implementing an optical coherence tomography (OCT) image in the blood vessel insertion type ultrasound transducer structure of FIG. 3 according to another embodiment of the present invention.
광음향(photoacoustic, PA) 영상은 인체 내의 관찰 영역에 광자를 인가하고, 조직에 흡수된 광자들에 의해 직접 발생하는 초음파 신호를 수신하여 그 신호로부터 영상 정보를 추출한다. 광자들이 조직 내에 흡수되어 초음파가 발생하는 이러한 특이한 상황은 조직이 광자들을 흡수할 때 가열되기 때문이 나타나는 현상으로서, 펄스 레이저로 흡수성 조직 구조를 비추면, 조직의 온도가 바뀌고, 그 결과로서 조직의 구조가 팽창한다. 이렇게 팽창하는 구조로부터 압력파가 밖으로 전파되며, 이러한 압력파는 초음파 변환기(transducer)에 의해 검출될 수 있다. 따라서, 광음향과 초음파는 일정 부분(검출/수신)에서 그 구성을 공유할 수 있다.A photoacoustic (PA) image is obtained by applying a photon to an observation region in the human body, receiving ultrasound signals directly generated by the photons absorbed by the tissue, and extracting image information from the signals. This unique situation, where photons are absorbed into tissues and generates ultrasonic waves, is a phenomenon that occurs when tissue is heated when it absorbs photons. When a pulsed laser is used to illuminate an absorbent tissue structure, the temperature of the tissue changes, The structure expands. The pressure wave propagates out of the expanding structure, and this pressure wave can be detected by an ultrasonic transducer. Therefore, photoacoustic and ultrasonic waves can share their configuration in a certain part (detection / reception).
이를 위해 도 6이 제안하고 있는 초음파 변환자 구조체에서, 초음파 변환자(10)는 상기 초음파 변환자(10)의 일부 영역(19)에 삽입되어 광음향 영상을 위한 광 신호를 방사하는 광 소스 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있다. 즉, 초음파 변환자(10) 내부에 홀(hole)을 형성하고 내측으로 광 소스 모듈을 삽입함으로써 초음파 영상과 더불어 광음향 영상을 획득할 수 있다. 또한, 이러한 광 소스 모듈은 광간섭단층촬영 영상 획득에도 그대로 사용될 수 있으며 이를 통해 혈관 질병에 관한 초음파 및 광간섭단층촬영 융합 영상을 획득할 수 있다.For this purpose, in the ultrasound transducer structure proposed in FIG. 6, the
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 3의 혈관 삽입형 초음파 변환자 구조체에서 신호 공급과 접지 방법을 설명하기 위한 예시도로서, 본 발명의 실시예들이 제안하고 있는 초음파 변환자 구조체에서는, 후면층(15)에 전기 신호를 공급하고, 정합층(13)에 하우징(housing)(50)을 연결함으로써 접지시킬 수 있다.FIG. 7 is a view for explaining a signal supply and a grounding method in the vessel-inserted ultrasound transducer structure of FIG. 3 according to another embodiment of the present invention. In the ultrasound transducer structure proposed by the embodiments of the present invention, It is possible to ground by supplying an electric signal to the
도 7을 참조하면, 전도성 후면층(backing layer)(15) 부분에 전도성 접착제를 이용하여 와이어(wire)(40)를 연결시켜 신호를 공급하고, 접지는 하우징(50)과 전도성 정합층(13)을 크롬 또는 금 등으로 증착하여 연결한다. 물론, 도 7의 구성은 일 실시예에 불과한 것으로, 전도성 후면층(15)을 하우징 물질로 크롬/금을 증착하여 연결하고, 전도성 정합층(13)을 와이어와 연결할 수도 있다. 또한, 하우징 물질과 연결함에 있어 와이어를 사용할 수 있으며, 크롬/금이 아닌 다른 물질을 증착하여 연결할 수도 있을 것이다.Referring to FIG. 7, a
상기된 본 발명의 실시예들에 따르면, 각종 소자의 증착 및 적층 후, 절삭을 통해 다수의 개별 단일 소자 IVUS 초음파 변환자를 동시에 생산할 수 있는 공정 기술을 제안함으로써, 접착제 없이도 높은 동작 주파수와 초소형의 어퍼쳐 크기를 갖고 경제성이 보장되는 초음파 변환자의 제조가 가능하며, 기하학적 초점을 통한 빔 집속을 구현할 수 있다는 장점을 갖는다.According to the embodiments of the present invention described above, it is possible to simultaneously produce a plurality of individual single-element IVUS ultrasound transducers through the cutting after deposition and lamination of various elements, so that a high operating frequency and a small upper It is possible to manufacture an ultrasonic transducer having a compact size and an economical efficiency, and it is possible to realize beam focusing through a geometrical focus.
이상에서 본 발명에 대하여 그 다양한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described above with reference to various embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.
10 : 초음파 변환자
11 : 압전소자
13 : 정합층(matching layer) 15 : 후면층(backing layer)
17 : 렌즈(lens) 19 : 광 소스 모듈
20 : 혈관 삽인형 튜브(tube)
30 : 지지대
40 : 와이어(wire)
50 : 하우징(housing)10: Ultrasonic transducer
11: piezoelectric element
13: matching layer 15: backing layer
17: lens 19: optical source module
20: blood vessel shunt tube
30: Support
40: wire
50: Housing
Claims (13)
상기 압전소자의 래핑된 면에 전도성 물질을 증착시키는 단계;
상기 전도성 물질이 증착된 압전소자의 전면과 후면을 캐스팅(casting)함으로써 각각 정합층(matching layer)과 후면층(backing layer)을 형성하고 미리 설정된 두께에 따라 래핑하는 단계; 및
상기 정합층, 상기 압전소자 및 상기 후면층이 적층된 소자를 IVUS(intravascular ultrasound)를 위한 임계 크기 이하가 되도록 적층 방향에 따라 절삭(dicing)함으로써 단일 소자(single element)를 생성하는 단계;를 포함하는 초음파 변환자의 제조 방법.Forming a piezoelectric element lapping according to a predetermined thickness;
Depositing a conductive material on the wrapped surface of the piezoelectric element;
Forming a matching layer and a backing layer by casting a front surface and a back surface of the piezoelectric element on which the conductive material is deposited, respectively, and lapping according to a predetermined thickness; And
Forming a single element by dicing the element in which the matching layer, the piezoelectric element, and the rear layer are stacked in a laminating direction so as to be equal to or less than a critical size for IVUS (intravascular ultrasound); / RTI >
상기 정합층과 상기 후면층은 접착 물질의 사용 없이 캐스팅을 통해 상기 전도성 물질 상에 직접 형성되는 것을 특징으로 초음파 변환자의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the matching layer and the backside layer are formed directly on the conductive material through casting without the use of an adhesive material.
상기 정합층과 상기 후면층은 캐스팅 이후, 원심분리기를 이용하여 경화시키는 것을 특징으로 하는 초음파 변환자의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the matching layer and the backing layer are cured using a centrifuge after casting.
상기 전도성 물질은 크롬 또는 금인 것을 특징으로 하는 초음파 변환자의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the conductive material is chromium or gold.
상기 튜브의 말단에 설치되어 초음파 영상을 획득하는 단일 소자의 초음파 변환자; 및
상기 튜브의 일측 벽과 상기 초음파 변환자 사이에 위치하여 상기 초음파 변환자의 대향 각도를 형성함으로써, 상기 초음파 변환자의 초음파 방사 각도가 상기 튜브의 삽입 방향과 달라지도록 조정하는 지지대;를 포함하며,
상기 단일 소자의 초음파 변환자는,
미리 설정된 두께에 따라 래핑된 압전소자;
상기 압전소자의 래핑된 면에 증착된 전도성 물질; 및
상기 전도성 물질이 증착된 압전소자의 전면과 후면에 각각 캐스팅을 통해 형성된 정합층 및 후면층;을 포함하되,
상기 정합층, 상기 압전소자 및 상기 후면층이 적층된 소자는 적층 방향에 따라 절삭되어 상기 튜브 내에 삽입된 것을 특징으로 하는 초음파 변환자 구조체.A tube for insertion of blood for IVUS;
A single-element ultrasonic transducer installed at a distal end of the tube to acquire an ultrasonic image; And
And a supporter that is positioned between one side wall of the tube and the ultrasonic transducer to form an opposite angle of the ultrasonic transducer so that the angle of ultrasonic emission of the ultrasonic transducer is different from the insertion direction of the tube,
The ultrasonic transducer of the single element,
A piezoelectric element wrapped according to a predetermined thickness;
A conductive material deposited on the wrapped surface of the piezoelectric element; And
And a matching layer and a rear layer formed on the front surface and the rear surface of the piezoelectric element on which the conductive material is deposited, respectively, through casting,
Wherein the element in which the matching layer, the piezoelectric element, and the rear layer are laminated is cut along the lamination direction and inserted into the tube.
상기 지지대에 의해 상기 초음파 변환자의 대향 각도는,
상기 튜브의 삽입 방향으로부터 0° 내지 90° 사이에서 결정됨으로써, 상기 튜브의 삽입 방향과 상기 튜브가 삽입되는 혈관의 벽면에 대한 초음파 영상을 동시에 획득하거나, 도플러(Doppler) 주파수를 추정하여 혈류 속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 초음파 변환자 구조체.6. The method of claim 5,
Wherein an opposing angle of the ultrasonic transducer by the supporter,
An ultrasonic image of the insertion direction of the tube and a wall surface of the blood vessel into which the tube is inserted is obtained at the same time or a Doppler frequency is estimated by determining the blood flow velocity Wherein the ultrasound transducer structure comprises a plurality of ultrasound transducer structures.
상기 초음파 변환자는 직사각형으로 형성되고,
상기 초음파 변환자의 짧은 변의 길이는 적어도 상기 튜브의 지름 이하이고, 상기 초음파 변환자의 긴 변의 길이는 상기 튜브의 지름 이상이며,
상기 초음파 변환자의 긴 변이 상기 튜브의 내측 벽면을 따라 삽입되는 것을 특징으로 하는 초음파 변환자 구조체.6. The method of claim 5,
The ultrasonic transducer is formed in a rectangular shape,
Wherein the length of the short side of the ultrasonic transducer is at least the diameter of the tube and the length of the long side of the ultrasonic transducer is not less than the diameter of the tube,
Wherein a long side of the ultrasonic transducer is inserted along the inner wall surface of the tube.
상기 초음파 변환자가 설치된 상기 튜브의 말단은 상기 초음파 변환자의 초음파 방사 방향을 고려하여 절단면이 사선으로 형성된 것을 특징으로 하는 초음파 변환자 구조체.6. The method of claim 5,
Wherein the distal end of the tube provided with the ultrasonic transducer is formed with an oblique cut surface in consideration of the ultrasonic radiation direction of the ultrasonic transducer.
상기 초음파 변환자는 중앙 면이 오목하도록 구배를 형성함으로써 상기 초음파 변환자의 기하학적 초점(geometrical focus)에 빔 집속하는 것을 특징으로 하는 초음파 변환자 구조체.6. The method of claim 5,
Wherein the ultrasound transducer forms a gradient so that a center plane thereof is concave, thereby focusing the ultrasound transducer to the geometrical focus of the ultrasound transducer.
상기 초음파 변환자는 전면에 부착되는 볼록 렌즈를 더 포함함으로써 상기 초음파 변환자의 기하학적 초점에 빔 집속하는 것을 특징으로 하는 초음파 변환자 구조체.6. The method of claim 5,
Wherein the ultrasound transducer further includes a convex lens attached to the front surface thereof to beam-concentrate the ultrasound transducer to a geometrical focus of the ultrasound transducer.
상기 초음파 변환자는 상기 초음파 변환자의 일부 영역에 삽입되어 광음향 영상 또는 광간섭단층촬영(optical coherence tomography, OCT) 영상을 위한 광 신호를 방사하는 광 소스 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 변환자 구조체.6. The method of claim 5,
Wherein the ultrasound transducer further comprises a light source module inserted into a part of the ultrasound transducer to emit an optical signal for a photoacoustic image or an optical coherence tomography (OCT) image, Structure.
상기 후면층에 전기 신호를 공급하고,
상기 정합층에 하우징(housing)을 연결함으로써 접지시키는 것을 특징으로 하는 초음파 변환자 구조체.6. The method of claim 5,
Supplying an electric signal to the rear layer,
And a housing is connected to the matching layer to ground the ultrasonic transducer structure.
Priority Applications (4)
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2014
- 2014-01-29 KR KR1020140011682A patent/KR101568682B1/en active IP Right Grant
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