KR101159452B1 - 초음파 치료기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 치질의 치료에 적합한 초음파를 발생시키는 기구에 관한 것으로, 초음파 치료기는 초음파를 방출할 수 있는 혼; 상기 혼의 내부에서 초음파를 발생시키는 진동자; 상기 진동자의 온도를 측정하여 상기 진동자에서 발생하는 초음파의 세기를 제어할 수 있는 온도센서부; 상기 진동자에 특정 주파수의 전기신호를 인가하는 파워트랜지스터; 상기 혼의 내부에서 발생되는 열을 방출시킬 수 있는 방열판; 을 포함하고, 상기 방열판 및 상기 파워트랜지스터는 상기 혼 내부에서 상기 진동자와 수직을 이루는 면에 고정될 수 있는 것을 특징으로 하며, 그로 인해 장시간 안정적으로 초음파를 발생시킬 수 있는 기술을 제공한다.
본 발명에 의하면, 초음파 치료기 내부에 설치된 방열판 및 파워트랜지스터가 진동자와 수직을 이루는 면에 고정됨에 따라, 진동자에 의해 발생하는 열이 효과적으로 제어되므로 초음파가 안정적으로 발진되는 효과가 있다.

Description

초음파 치료기{ULTRASONIC TREATMENT APPARATUS}

본 발명은 치질의 치료에 적합한 초음파를 발생시키는 기구에 관한 것이다.

일반적으로 치질이란 항문 상부의 점막층 아래에 존재하는 정맥 혈관들이 덩어리를 이루면서 울혈이 일어나, 수 많은 정맥 혈관들이 부풀어 오르는 질환을 말하며, 이는 열창과 더불어 조직의 염증을 유발하기도 한다. 이러한 치질의 치료는 염증 부위를 수술하는 수술 요법 외에 연고, 좌약과 같은 의약품을 사용하거나, 물리적 요법으로 초단파(Microwave)를 이용한 치료 방법이 사용되고 있다. 하지만 치질의 치료에 사용된 초단파는 그 치료 효과를 위해 2,450MHz의 극초단파 대역을 주로 사용하기 때문에, 체내 조직의 변형으로 인한 암 질환의 발생 가능성이 있었다.

종래의 초단파 치료가 전술한 부작용을 야기함에 따라, 초음파를 이용한 치질 치료 방법이 모색되었다. 초음파를 이용한 치질 치료는 저출력으로도 피하 심부까지 침투하여 양호한 치료 효과를 도출할 뿐만 아니라, 이미 태아의 상태를 관찰하는 의료 진단기 등에 사용되고 있는 점에 미루어 볼 때 초단파보다는 안전한 치료 방법이라 할 수 있다. 초음파를 이용한 치료의 최대 특징은 피하 심부 6cm 부근까지 침투가 가능하며 그로 인해, 생체 조직에 직접 에너지를 작용시킬 수 있다는 것이다. 따라서, 대한민국 등록실용신안공보 제20-0298180호에서 "치질 치료기용 초음파 진동자"가 제안된 바 있다(이하, '종래 기술'이라 함).

초음파 치료는 체내의 심부를 직접 진동 및 발열시킬 수 있으므로 단시간내에 치질의 효율적인 치료가 가능하다. 즉, 초음파에 의한 약 1℃의 조직 온도 상승은 조직의 신진대사를 가속시키며, 약 2℃ 내지 약 3℃의 조직 온도 상승은 근육 경축(Contracture), 경련, 발작, 만성적인 염증 및 통증을 감소시키고 혈액의 순환을 돕는다. 또한, 약 4℃ 이상의 조직 온도 상승은 조직의 확장성(Extensibility)을 증진시키고, 교감신경계의 활동성을 감소시켜 통증을 억제하는 것으로 알려져 있다.

하지만 종래 기술에 따르면, 초음파 진동자의 작동간 발생하는 열로 인해 초음파 치료기의 내부가 과열될 소지가 있고, 이에 따라 과열 방지 온도센서부가 작동하여 초음파의 발진이 중단되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 장시간 안정적으로 초음파를 발생시킬 수 있는 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 태양으로 초음파 치료기는 초음파를 방출할 수 있는 혼(Horn); 상기 혼의 내부에서 초음파를 발생시키는 진동자; 상기 진동자의 온도를 측정하여 상기 진동자에서 발생하는 초음파의 세기를 제어할 수 있는 온도센서부; 상기 진동자에 특정 주파수의 전기신호를 인가하는 파워트랜지스터; 상기 혼의 내부에서 발생되는 열을 방출시킬 수 있는 방열판; 을 포함하고, 상기 방열판 및 상기 파워트랜지스터는 상기 혼 내부에서 상기 진동자와 수직을 이루는 면에 고정될 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 혼은 단계적으로 직경이 감소하는 복수의 단으로 구성된 원뿔 형태인 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 혼의 일 측면이 개방되어 상기 진동자의 작동간 발생되는 과열을 방지하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 각 단의 높이는 통과하는 초음파의 반파장 값에 대해 정수배의 값을 가지는 것을 특징으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 태양으로 초음파 치료기는 초음파를 방출할 수 있는 혼; 상기 혼의 내부에서 초음파를 발생시키는 진동자; 상기 진동자의 온도를 측정하여 상기 진동자에서 발생하는 초음파의 세기를 제어할 수 있는 온도센서부; 상기 진동자에 특정 주파수의 전기신호를 인가하는 파워트랜지스터; 상기 혼의 내부에서 발생되는 열을 방출시킬 수 있는 방열판; 을 포함하고, 상기 혼의 일 측면을 개방시켜 상기 혼의 내부에 고정된 상기 진동자가 외기에 노출된 상태로 유지되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 초음파 치료기 내부에 설치된 방열판 및 파워트랜지스터가 진동자와 수직을 이루는 면에 고정됨에 따라, 진동자에 의해 발생하는 열이 효과적으로 제어되므로 초음파가 안정적으로 발진되는 효과가 있다.

도1은 본 발명에 따른 초음파 치료기의 사시도이다.
도2는 본 발명에 따른 초음파 치료기의 단면도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지되어진 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.

도1 및 도2는 본 발명의 실시예에 따라 초음파 치료기(10)를 도시한 것이다. 초음파 치료기(10)는 혼(100), 진동자(200), 온도센서부(300), 파워트랜지스터(400), 방열판(500) 등을 포함하여 이루어진다.

물리적 요법에 의한 치질 치료에 있어서, 혼(100)의 외형은 항문 주변의 피부와의 접촉을 용이하게 하고 괄약근 내에 원활히 삽입되기 위해 원뿔 형태를 띄는 것이 바람직하다. 혼(100)의 재질은 금속이며, 특히 내식성이 강한 스테인리스 강, 티타늄, 티타늄 합금, 알루미늄 합금, 공구강 등으로 이루어질 수 있다. 초음파 치료기(10)에 전기적 에너지를 인가하여 발진시킬 때, 초음파 치료기(10)의 발진(혹은 기계적 진동)이 가장 효율적으로 발생할 수 있는 조건은 초음파 치료기(10)가 가지는 공진주파수(Resonant frequency)와 동일한 주파수의 전기 에너지를 초음파 치료기(10)에 인가하는 것이다. 초음파 치료기(10)의 공진주파수는 일차적으로 혼(100)의 내측에 부착된 진동자(200)의 형상 및 치수에 의해 결정되지만, 초음파 치료기(10)가 혼(100)과 진동자(200)의 결합으로 구성되므로 혼(100)의 형상과 치수에 의해서도 영향을 받는다. 즉, 혼(100)의 형상과 치수는 진동자(200)가 가지는 원래의 공진주파수를 변화시키지 않는 범위 내에서 설계되어지는 것이 바람직하다.

따라서, 혼(100)은 도1에 도시된 바와 같이 사용시 접촉 면적을 최대화하고 초음파의 전달 손실을 최소화하며 접촉 부위별 출력 전달을 최대화하기 위하여 여러 단을 이루도록 구성되어 있다. 또한, 각 단의 직경은 끝단으로 갈수록 점차 감소한다. 혼(100)의 각 단은 복수로 구성되는 것이 가능하며, 바람직하게는 2단 내지 4단으로 구성될 수 있다.

초음파 치료기(10)의 발진 효율과 음향 임피던스(Impedance)의 정합을 위하여 혼(100)의 각 단의 높이는 초음파 반파장(λ/2)의 정수배로 설정되는 것이 바람직하다. 이때, 초음파의 반파장은 혼(100)의 재질의 음파전달속도를 주파수로 나눈 값이다. 만일, 각 단의 높이가 초음파 반파장의 정수배가 아닐 경우에는 초음파의 되반사나 전달 손실이 발생하여 초음파 치료기(10)의 과열을 일으키는 원인이 될 수 있다.

혼(100)의 내측에 부착하는 진동자(200)에는 압전(Piezo-electricity), 자왜(Magneto-striction) 재료 등이 사용될 수 있다. 특히, 안정적인 출력, 전기-기계 변환 효율 및 크기 등을 고려할 때, 진동자(200)의 재료로는 PZT(Lead Zirconium Titanate)를 주성분으로 하는 압전세라믹스가 바람직하다. 상기 재료들은 전기에너지를 기계적인 진동에너지로 직접 변환하는 성질을 가지고 있다. 만일, 외부에서 인가하는 전기에너지의 주파수가 초음파 대역이라면 진동자(200)도 인가된 전기 신호와 동일한 주파수의 기계적인 진동으로 초음파를 발생할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 압전세라믹스 진동자(200)는 직경 25± 0.2mm, 두께 2± 0.02mm의 원판형을 사용하였으며, 공진주파수는 0.994± 0.009MHz, 공진저항은 640± 260㏁ 이다. 압전세라믹스 진동자(200)의 일 면에 접착제를 얇게 도포한 후, 10 kgf?cm 내지 20 kgf?cm의 힘으로 혼(100)의 내측면과 압전세라믹스 진동자(200)를 밀착시킨 상태로 150℃에서 20분간 오븐에서 경화하였다.

온도센서부(300)는 혼(100)의 내부의 일 측면에 결합되어, 진동자(200)의 온도를 측정한다. 또한, 진동자(200)의 온도가 기준 온도보다 상승할 경우에는 초음파 치료기(10)의 전원을 자동으로 감소하거나 차단하고, 온도가 기준 이하로 하강할 경우에는 초음파 치료기(10)가 다시 정상 작동하도록 전원을 인가할 수 있는 온도 제어 회로를 구비하는 것이 바람직하다.

파워트랜지스터(400)는 진동자(200)에 특정 주파수의 전기신호를 인가하며, 방열판(500)은 진동자(200) 및 파워트랜지스터(400)의 작동간 발생되는 열을 방출시켜 혼(100)의 과열을 방지할 수 있다. 이때, 파워트랜지스터(400) 및 방열판(500)은 일체화되어 진동자(200)와 수직을 이루는 혼(100)의 내벽에 고정됨으로써, 혼(100)의 일 측면이 개방될 수 있다. 따라서, 진동자(200) 및 파워트랜지스터(400)가 외기에 노출된 상태로 유지되기 때문에, 상기 진동자(200) 및 상기 파워트랜지스터(400)로부터 발생되는 열은 효과적으로 방열되며, 그로 인해 진동자(200)의 안정적인 발진이 유지될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 혼(100)의 내부에 부착된 압전세라믹스 진동자(200)는 초음파 대역의 주파수를 갖는 전기를 인가받아 기계적인 진동 에너지로 변환하게 된다. 외부에서 인가하는 주파수가 초음파 대역이기 때문에, 압전세라믹스 진동자(200)는 인가된 전기 신호와 동일한 진동 주파수의 기계적 진동으로 초음파를 발생할 수 있다. 따라서, 압전세라믹스 진동자(200)로부터 출력된 진동은 환자의 환부에 접촉되는 혼(100)을 통하여 항문의 주위 또는 심부에 전달될 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.

10 : 초음파 치료기
100 : 혼
110 : 제1 단
120 : 제2 단
130 : 제3 단
200 : 진동자
300 : 온도센서부
400 : 파워트랜지스터
500 : 방열판

Claims (5)

1. 초음파를 방출할 수 있는 혼;
   상기 혼의 내부에서 초음파를 발생시키는 진동자;
   상기 진동자의 온도를 측정하여 상기 진동자에서 발생하는 초음파의 세기를 제어할 수 있는 온도센서부;
   상기 진동자에 특정 주파수의 전기신호를 인가하는 파워트랜지스터;
   상기 혼의 내부에서 발생되는 열을 방출시킬 수 있는 방열판; 을 포함하고,
   상기 방열판 및 상기 파워트랜지스터는 상기 혼 내부에서 상기 진동자와 수직을 이루는 면에 고정될 수 있는 것을 특징으로 하는
   초음파 치료기.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 혼은 단계적으로 직경이 감소하는 복수의 단으로 구성된 원뿔 형태인 것을 특징으로 하는
   초음파 치료기.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 혼의 일 측면이 개방되어 상기 진동자의 작동간 발생되는 과열을 방지하는 것을 특징으로 하는
   초음파 치료기.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 각 단의 높이는 통과하는 초음파의 반파장 값에 대해 정수배의 값을 가지는 것을 특징으로 하는
   초음파 치료기.
   
5. 삭제

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