KR101113212B1 - 초음파 프로브 - Google Patents

초음파 프로브

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KR101113212B1
KR101113212B1 KR1020110102040A KR20110102040A KR101113212B1 KR 101113212 B1 KR101113212 B1 KR 101113212B1 KR 1020110102040 A KR1020110102040 A KR 1020110102040A KR 20110102040 A KR20110102040 A KR 20110102040A KR 101113212 B1 KR101113212 B1 KR 101113212B1
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한철민
김성민
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동국대학교 산학협력단
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Abstract

초음파 프로브가 개시된다. 초음파 프로브는 원판 형태로 형성되며, 원판의 일면에 다수의 초음파 소자가 버터플라이(butterfly) 형태로 배치되는 프로브 헤드를 포함한다.

Description

초음파 프로브{Ultrasonic Probe}
본 발명은 의료용 초음파 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초음파 진단 및 치료를 위한 초음파 프로브에 관한 것이다.
발명의 배경기술로는 초음파 진단 영상화 시스템에 관한 특허문헌이 있으며, 단일 전송 이벤트로부터 멀티라인들을 생성하는 소자들의 패치들로 다차원 어레이를 갖는 초음파 시스템이 개시되어 있다.
KR 2002-0044561 A 2002. 6. 15 도면5-7
본 발명은 성능 감소 없이 채널의 수를 감소시킬 수 있는 2차원 어레이 초음파 프로브의 구조를 제안하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 3차원 또는 4차원의 영상을 획득하는 2차원 어레이 구조를 가지는 초음파 프로브가 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 초음파 프로브는 원판 형태로 형성되며, 상기 원판의 일면에 다수의 초음파 소자가 버터플라이(butterfly) 형태로 배치되는 프로브 헤드를 포함한다.
여기서, 상기 다수의 초음파 소자는 꼭지점이 접하는 두 삼각형이 상기 원판의 원점에 대칭되는 형태로 배치된다.
여기서, 상기 다수의 초음파 소자의 수 또는 배치 형태는 초음파 소자간 간격 또는 상기 두 삼각형의 꼭지점이 접하는 부분에서의 내각 중 하나 이상에 따라 결정된다.
여기서, 상기 다수의 초음파 소자는 꼭지점이 접하는 두 부채꼴이 상기 원판의 원점에 대칭되는 형태로 배치된다.
여기서, 상기 다수의 초음파 소자는 상기 원판의 원점을 기준으로 동심원 상에 배치된다.
여기서, 상기 다수의 초음파 소자의 수 또는 배치 형태는 상기 동심원간 간격 또는 상기 두 부채꼴의 꼭지점이 접하는 부분에서의 내각 중 하나 이상에 따라 결정된다.
여기서, 상기 초음파 소자는 사각형 또는 원의 형태를 가진다.
여기서, 상기 초음파 헤드는 진단 영역 및 치료 영역으로 구분되고, 상기 진단 영역 또는 상기 치료 영역은 상기 원판의 반지름 이하의 동심원 영역 또는 상기 동심원 영역을 제외한 영역으로 설정된다.
여기서, 상기 프로브 헤드는 돌출 높이만큼 상부로 돌출된 반구 형태로 형성되고, 상기 반구의 밑원의 반지름은 상기 원판의 반지름을 유지하고, 상기 돌출 높이는 0이상 및 상기 원판의 반지름 미만의 범위를 가진다.
여기서, 상기 프로브 헤드의 중심과 결합되며, 왕복 운동을 수행하는 구동축, 상기 구동축이 일렬로 내부에 삽입되어 상기 구동축의 왕복 운동을 가이드하며, 회전 운동을 수행하는 회전축 및 상기 회전축과 결합되며, 상기 프로브 헤드, 상기 구동축 및 상기 회전축의 구동을 제어하는 구동장치를 더 포함한다.
여기서, 상기 프로브 헤드는 상기 구동축과 이루는 각도가 0도 이상 및 수직이하의 범위에서 조절된다.
본 발명은 성능 감소 없이 채널의 수를 감소시킬 수 있어 2차원 어레이 초음파 프로브의 구조가 간소화될 수 있으며, 이에 따라 초음파 시스템의 구조가 간소화되어 초음파 시스템의 제작 비용을 감소시킬 수 있다.
도 1 내지 도 5는 초음파 프로브의 프로브 헤드를 나타낸 도면.
도 6 내지 도 10은 초음파 프로브의 프로브 헤드를 나타낸 도면.
도 11은 초음파 소자의 형태를 나타낸 도면.
도 12는 진단용 및 치료용 초음파 프로브의 프로브 헤드를 나타낸 도면.
도 13은 초음파 프로브를 개략적으로 예시한 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
도 1 내지 도 5는 초음파 프로브의 프로브 헤드를 나타낸 도면이다. 이하에 설명되는 초음파 프로브는 3차원 또는 4차원의 영상을 획득할 수 있는 2차원 어레이(array) 구조를 가진다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 프로브 헤드(10)는 원판 형태로 형성되며, 원판의 일면에 다수의 초음파 소자(11)가 배치된다. 여기서, 초음파 소자(11)는 초음파 신호와 전기 신호를 상호 변환하는 트랜스듀서(transducer)가 될 수 있다.
다수의 초음파 소자(11)는 원판의 일면에 버터플라이(butterfly) 형태로 배치된다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 초음파 소자(11)는 꼭지점이 접하는(즉, 꼭지점을 마주 댄) 두 삼각형이 원판의 원점에 대칭되는 형태로 배치될 수 있다. 여기서, 각 초음파 소자(11)는 사각형 형태가 될 수 있다.
각각의 초음파 소자(11)간의 간격(d1)은 서로 동일할 수 있으며, 초음파 소자(11)간의 간격(d1)에 따라 배치 형태가 결정될 수 있다. 또한, 다수의 초음파 소자(11)의 배치 형태는 두 삼각형의 꼭지점이 접하는 부분에서의 내각(Θ1)에 따라 결정될 수 있다. 두 삼각형의 꼭지점이 접하는 부분에서의 내각(Θ1)은 하나의 이미지를 획득하기 위해 요구되는 회전 이동수에 따라 결정될 수 있다.
예를 들어, 도 3 내지 도 5를 참조하면, 도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 위치에서 반시계 반향으로 회전한 것을 차례대로 나타내며, 도 5는 하나의 이미지를 획득하기 위하여 요구되는 버터플라이 형태로 배치되는 초음파 소자(11)의 그룹들을 오버랩시켜 놓은 것이다. 즉, 두 삼각형의 꼭지점이 접하는 부분에서의 내각(Θ1)이 60˚라고 가정하면, 프로브 헤드(10)는 60˚씩 두 번 회전 이동하여 하나의 이미지를 획득할 수 있다.
배치되는 초음파 소자(11)의 수는 Θ1에 비례할 수 있다. Θ1이 감소하는 경우, 초음파 소자(11)가 적게 배치되나, 하나의 이미지를 획득하는데 많은 회전 이동수가 요구되어 프로세싱 시간이 충분할 경우 적용될 수 있다. 이와는 반대로, Θ1이 증가하는 경우, 하나의 이미지를 획득하는데 적은 회전 이동수가 요구되어 프로세싱 시간이 짧을 경우 적용될 수 있다.
1 내지 3의 궤적은 프로브 헤드가 회전하는 경우, 최외각에 배치된 초음파 소자(11)가 스캔하는 영역을 나타낸 것이다.
도 6 내지 도 10은 초음파 프로브의 프로브 헤드를 나타낸 도면이다. 보다 상세하게, 도 6 내지 도 10의 프로브 헤드는 도 1 내지 도 5에 나타낸 프로브 헤드에 대한 다른 실시 예를 나타낸다.
즉, 도 6 내지 도 10을 참조하면, 다수의 초음파 소자(11)는 도 1 내지 도 5에서와 같이, 원판의 일면에 버터플라이(butterfly) 형태로 배치된다. 하지만, 도 1 내지 도 5와는 달리, 다수의 초음파 소자(11)는 꼭지점이 접하는(즉, 꼭지점을 마주 댄) 두 부채꼴이 원판의 원점에 대칭되는 형태로 배치될 수 있다. 이에 따라, 각 초음파 소자(11)는 원판의 원점을 기준으로 동심원 상에 배치되며, 동심원 간 간격(d2)은 동일하게 설정될 수 있다.
도 1 내지 도 5에서 상술한 바와 같이, 다수의 초음파 소자(11)의 수 또는 배치 형태는 두 부채꼴의 꼭지점이 접하는 부분에서의 내각(Θ2)과 동심원 간 간격(d2)에 따라 결정될 수 있다.
또한, 두 부채꼴의 꼭지점이 접하는 부분에서의 내각(Θ1)은 하나의 이미지를 획득하기 위해 요구되는 회전 이동수에 따라 결정될 수 있다.
도 8 및 도 9는 도 6에 도시된 위치에서 반시계 반향으로 회전한 것을 차례대로 나타내며, 도 10은 하나의 이미지를 획득하기 위하여 요구되는 버터플라이 형태로 배치되는 초음파 소자(11)의 그룹들을 오버랩시켜 놓은 것이다.
도 11은 초음파 소자의 형태를 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 초음파 소자(11)는 상술한 바와 같이 사각형 형태를 가지거나, 원 형태를 가질 수 있다. 이때, 각 초음파 소자(11) 간의 간격은 동일하게 설정될 수 있다.
도 12는 진단용 및 치료용 초음파 프로브의 프로브 헤드를 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 프로브 헤드(10)는 진단 영역(12) 및 치료 영역(13)으로 구분될 수 있다. 진단 영역(12)은 진단용 초음파 소자(11)가 배치되고, 치료 영역(13)은 치료용 초음파 소자(11)가 배치된다. 진단 영역(12)은 프로브 헤드(10)의 반지름(r)에 대하여 미리 설정된 반지름(r1)만큼의 원 영역이 될 수 있고, 치료 영역(13)은 프로브 헤드(10)에서 진단 영역(12)을 제외한 영역이 될 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 프로브 헤드(10)의 단면도를 살펴보면, 진단 영역(12)은 평평하고, 치료 영역(13)의 곡선 형태를 보인다. 즉, 프로브 헤드(10)는 돌출 높이(h)만큼 상부로 돌출된 반구 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 반구의 밑원의 반지름은 r을 유지하며, 돌출 높이(h)는 0≤h<r의 범위를 가질 수 있다. 즉, 돌출 높이(h)의 설정에 따라 치료 영역(13)의 빔 포커싱(beam focusing)이 결정될 수 있다. 그리고, 돌출 높이(h)가 0일 경우, 프로브 헤드(10)는 원판 형태가 될 수 있다.
도 13은 초음파 프로브를 개략적으로 예시한 도면이다.
도 13을 참조하면, 초음파 프로브(100)는 프로브 헤드(10), 구동축(20), 회전축(30) 및 구동장치(40)를 포함한다.
프로브 헤드(10)는 도 1 내지 도 12에서 상술한 바와 같은 원판 형상을 가지며, Θ3만큼 물리적 스티어링(steering)이 될 수 있는 구조를 가진다. 여기서, Θ3는 0≤ Θ3 <90˚ 의 범위를 가질 수 있다. 즉, 프로브 헤드(10)는 구동축(20)과 이루는 각도가 0도 이상 및 수직이하의 범위에서 조절될 수 있다.
구동축(20)은 프로브 헤드(10)의 중심과 결합되며, 구동장치(40)의 제어에 따라 왕복 운동을 수행하여 프로브 헤드(10)를 왕복 운동시킨다.
회전축(30)은 구동축(20)이 일렬로 내부에 삽입되어 구동축(20)의 왕복 운동을 가이드하며, 구동장치(40)의 제어에 따라 회전 운동을 수행하여 프로브 헤드(10)를 회전시킨다.
구동장치(40)는 회전축(30)과 결합되며, 프로브 헤드(10), 구동축(20) 및 회전축(30)의 구동을 제어한다. 예를 들어, 구동장치(40)는 Θ3의 각도를 제어하고, 회전축(30)의 회전 속도를 제어하고, 구동축(20)의 왕복 속도를 제어할 수 있다. 이때, 구동장치(40)는 회전 속도에 비례하여 왕복 속도를 제어할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 초음파 프로브
10: 프로브 헤드
11: 초음파 소자
20: 구동축
30: 회전축
40: 구동장치

Claims (11)

  1. 3차원 또는 4차원의 영상을 획득하는 2차원 어레이 구조를 가지는 초음파 프로브에 있어서,
    원판 형태로 형성되며, 상기 원판의 일면에 다수의 초음파 소자가 버터플라이(butterfly) 형태로 배치되는 프로브 헤드를 포함하되,
    상기 초음파 헤드는 진단 영역 및 치료 영역으로 구분되고,
    상기 진단 영역 또는 상기 치료 영역은 상기 원판의 반지름 이하의 동심원 영역 또는 상기 동심원 영역을 제외한 영역으로 설정되는 것을 특징으로 하는 초음파 프로브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 초음파 소자는 꼭지점이 접하는 두 삼각형이 상기 원판의 원점에 대칭되는 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 초음파 프로브.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 다수의 초음파 소자의 수 또는 배치 형태는 초음파 소자간 간격 또는 상기 두 삼각형의 꼭지점이 접하는 부분에서의 내각 중 하나 이상에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 초음파 프로브.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 초음파 소자는 꼭지점이 접하는 두 부채꼴이 상기 원판의 원점에 대칭되는 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 초음파 프로브.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 다수의 초음파 소자는 상기 원판의 원점을 기준으로 동심원 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 초음파 프로브.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 다수의 초음파 소자의 수 또는 배치 형태는 상기 동심원간 간격 또는 상기 두 부채꼴의 꼭지점이 접하는 부분에서의 내각 중 하나 이상에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 초음파 프로브.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 소자는 사각형 또는 원의 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 초음파 프로브.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 프로브 헤드는 돌출 높이만큼 상부로 돌출된 반구 형태로 형성되고, 상기 반구의 밑원의 반지름은 상기 원판의 반지름을 유지하고, 상기 돌출 높이는 0이상 및 상기 원판의 반지름 미만의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 초음파 프로브.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 프로브 헤드의 중심과 결합되며, 왕복 운동을 수행하는 구동축;
    상기 구동축이 일렬로 내부에 삽입되어 상기 구동축의 왕복 운동을 가이드하며, 회전 운동을 수행하는 회전축; 및
    상기 회전축과 결합되며, 상기 프로브 헤드, 상기 구동축 및 상기 회전축의 구동을 제어하는 구동장치를 더 포함하는 초음파 프로브.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 프로브 헤드는 상기 구동축과 이루는 각도가 0도 이상 및 수직이하의 범위에서 조절되는 것을 특징으로 하는 초음파 프로브.
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