KR101340967B1 - 초음파 열 응고에 의한 주름살 성형 장치 - Google Patents

초음파 열 응고에 의한 주름살 성형 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초음파 열 응고에 의한 주름살 성형 방법에 관한 것이고, 구체적으로 특정 주파수의 초음파를 피부 내의 특정한 층에 전송하여 열 응고가 일어나도록 하고 열 응고가 된 주분 부분의 재생 과정에서 인체에 형성된 주름살이 제거될 수 있도록 하는 초음파 열 응고에 의한 주름살 성형 방법에 관한 것이다. 주름살 성형 방법은 성형 영역을 설정하는 단계; 성형 영역에서 적어도 하나의 목표 지점(target area)을 결정하는 단계; 목표 지점에 초점이 형성된 초음파를 전송하여 열 응고를 발생시키는 단계; 열 응고가 발생된 목표 지점으로부터 반사된 파를 수신하여 반사파 또는 반사파에 포함된 고조파로부터 정보를 얻는 단계; 및 얻어진 정보로 열 응고 수준(Level)을 평가하고 새로운 목표 지점을 열 응고시키는 단계를 포함한다.

Description

초음파 열 응고에 의한 주름살 성형 방법{Method for Tightening Skin Using Thermocoagulation by Ultrasound}
본 발명은 초음파 열 응고에 의한 주름살 성형 방법에 관한 것이고, 구체적으로 특정 주파수의 초음파를 피부 내의 특정한 층에 전송하여 열 응고가 일어나도록 하고 열 응고가 된 주분 부분의 재생 과정에서 인체에 형성된 주름살이 제거될 수 있도록 하는 초음파 열 응고에 의한 주름살 성형 방법에 관한 것이다.
주름살(Wrinkle)이란 진피 속의 탄력섬유, 결합직섬유 및 근육섬유의 퇴화와 위축에 의하여 발생하거나 수분 또는 피하지방의 감소에 의하여 발생하는 피부의 노화에 따른 탄력성의 변화에 의한 피부의 노화 현상을 말한다. 주름살은 나이에 따른 생리 현상에 속하지만 인체의 내적 상태 또는 외적 요인에 의하여 사람에 따라 정도가 다르게 나타날 수 있다. 일반적으로 피부의 탄력과 신축성은 콜라겐 섬유와 탄력섬유의 그물 형상으로 인한 것이며 탄력섬유가 약해지거나 콜라겐의 생성이 저하되면 탄력성이 약해져 주름살이 생기는 것으로 알려져 있다.
주름살의 발생은 예방에 의하여 완화될 수 있고 이미 발생된 주름살은 치료에 의하여 제거될 수 있다. 주름살의 제거를 위하여 혈액 순환과 신진대사를 돕기 위한 한약 처방과 피부의 진피를 자극하여 콜라겐과 엘라스틴의 생성을 유도하기 위한 침 요법이 한방에서 사용된다. 대안으로 뭉친 근육을 풀어주면서 늘어진 피부 조직을 당기는 방법으로 주름살을 제거하기 위하여 매선침과 같은 약실침 성형법이 사용되기도 한다.
주름살을 제거하기 위한 양방 시술 방법으로 필러의 처방, 고주파 에너지에 의한 새로운 콜라겐의 생성 촉진 유도 또는 레이저를 이용한 지방 융해 처방이 사용된다. 또한 외과적 방법으로 피부를 절제하여 피부에 진 주름을 펴는 성형 수술 방법이 실시된다. 이와 같은 침습적 주름 제거 방법과 달리 최근 초음파를 이용하여 주름살을 제거하는 비침습적 방법이 개발되었다.
초음파란 일반적으로 인간의 가청 최대 범위를 넘어서는 20 kHz 이상의 주파수를 가지는 음파를 말하고 특정 매질을 관통하거나 또는 반사되는 성질을 가지므로 특정 지점에 집중하여 에너지를 공급하거나 반사파를 수신하여 이미지를 형성하는 방법으로 다양한 산업 분야에서 이용되고 있다. 초음파는 근육, 힘줄 또는 인체 내부의 장기의 크기, 구조 또는 병리학적 손상을 실시간으로 단층 영상하여 가시화하는 진단 의료 영상 분야에 속하는 진단 초음파 기술에 활발하게 적용되고 있다. 진단 초음파 기술에서 사용되는 실시간 초음파 영상 장치는 일반적으로 프로브(probe), 영상표시장치(monitor), 기록장치 및 입력 장치로 이루어질 수 있다. 프로브는 초음파를 발생시켜 인체 내부로 전송하여 반사되는 신호를 수신하기 위한 장치로 압전소자(piezo-electric crystal)를 포함한다.
프로브에서 발생된 초음파는 일반적으로 영상이 요구되는 지점에 초점이 형성되도록 인체 내로 전송될 수 있다. 정해진 위치에 초점이 형성되도록 하는 방법은 이 분야에서 공지되어 있고 예를 들어 집속 초음파 치료(High Intensity Focused Ultrasound: HIFU) 분야에 이용되고 있다. 집속 초음파 치료는 고강도의 초음파 에너지를 한 지점에 모아 초점을 형성할 때 발생되는 65 내지 100 ℃의 고열을 이용하여 조직을 제거하는 치료 방법을 말하고 췌장암, 자궁근종, 간암, 전립선암, 자궁내막암, 신장암, 유방암, 연조직 또는 뼈 종양의 치료에 적용되고 있다. 집속 초음파는 이와 같이 조직에서 발생된 특정 부위의 제거를 위하여 사용될 수 있지만 다른 한편으로 특정 부위에 열적 변형을 발생시키기 위하여 적용될 수 있다. 일반적으로 사람의 안면은 피부층, 진피층, 지방층, 근육층(Superficial Muscular Aponeurotic System) 및 근육으로 이루어지고 집속 초음파는 근육층의 정해진 지점에 열 응고를 발생시키기 위하여 사용될 수 있다. 근육층에 일정 크기의 열 응고를 분산된 형태로 발생시키고 이후 열 응고된 부분이 열 응고의 주변 부분에 의하여 재생되는 과정에서 피부 주름살이 제거될 수 있다. 이와 같이 집속 초음파는 조직의 일부를 제거하거나 또는 특정 부위에 열 변형을 가하기 위하여 사용될 수 있다.
열 응고에 의한 주름살 성형은 안면 및 목 부분을 포함하여 다양한 피부 조직에 적용될 수 있다. 그리고 눈주름살성형술(blepharoplasty), 이마주름살제거술(forehead lift), 안면거상술(face lift) 또는 목주름살성형술(neck lift)과 같은 외과적 방법과 달리 비침습적으로 이루어진다는 특징으로 가진다. 또한 약물 사용이나 레이저에 의한 시술로부터 발생할 수 있는 부작용이 없다는 장점을 가진다. 아울러 성형 후 곧바로 일상 생활이 가능하다는 이점을 가진다. 이와 같이 열 응고에 의한 주름살 성형은 시술이 간단하면서 근본적인 성형으로 장기간 유지될 수 있고 부작용이 작으면서 제거 효과가 높다는 이점을 가진다.
초음파를 인체 내로 전송하여 열 변형을 발생시키는 것에 의하여 주름살을 제거하는 것과 관련된 선행기술로 WO 2005/042201 'Method and System for Ultrasound Tissue Treatment'가 있다. 상기 선행기술은 근육층(SMAS) 영역, 광노화된 조직, 여드름 및 피지선, 또는 땀샘과 같은 조직 영역(106)의 치료를 위하여 대상 영역을 영상화하고, 치료 효과를 얻기 위하여 정해진 심도, 분포, 타이밍 및 에너지 레벨에 초음파 에너지를 전달하고 그리고 치료 전후 과정에서 치료 영역을 모니터링을 하는 치료시스템 및 방법에 대하여 개시한다. 상기 선행기술에서 개시된 시스템은 영상/치료 프로브, 이중모트 영상/치료 변환기, 별개의 치료 프로브 및 별개의 영상 프로브 또는 단순한 치료 프로브를 포함한다. 개시된 시스템에서 프로브는 하나의 기능만을 가지며 영상 및 치료를 위하여 별개의 프로브가 설치된다. 이와 같은 구조는 시스템을 복잡하게 만들고 시술 시간을 지연시키며 많은 양의 초음파를 전달시키는 것에 의하여 부작용을 초래할 수 있다는 문제점을 가진다.
본 발명은 선행기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 열 응고에 의하여 주름살 성형을 하기 위한 개선된 방법을 제안하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
본 발명의 목적은 고강도 집중 초음파로 피부 아래의 층의 일정 지점을 열 응고시키면서 반사파의 고조파로부터 관련 정보를 얻어내는 주름살 성형 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고강도 집중 초음파에 의한 열 응고와 관련 정보의 취득이 하나의 과정에서 동시에 이루어지는 주름살 성형 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 초음파 열 응고에 의한 피부 성형 방법은 성형 영역을 설정하는 단계; 성형 영역에서 적어도 하나의 목표 지점(target area)을 결정하는 단계; 목표 지점에 초점이 형성된 초음파를 전송하여 열 응고를 발생시키는 단계; 열 응고가 발생된 목표 지점으로부터 반사된 파를 수신하여 반사파 또는 반사파에 포함된 고조파로부터 정보를 얻는 단계; 및 얻어진 정보로부터 열 응고 수준(Level)을 평가하고 새로운 목표 지점을 열 응고시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 목표 지점은 근육층(SMAS)이 된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 초점이 형성된 초음파는 고강도 집중 초음파(High Intensity Focused Ultrasound)가 된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 초음파의 전송과 초음파의 수신은 서로 다른 영역에서 이루어진다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 초점이 형성된 초음파는 750 KHz 내지 20 MHz의 주파수를 가진다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 정보는 주변 부위를 포함하는 목표 지점의 이미지, 목표 지점의 깊이 또는 목표 지점 상호간의 상대적인 위치가 된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 정보는 펄스 역전 영상 방법 또는 부호화 고조파 영상 기법에 의하여 얻어진다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 열 응고 단계와 정보를 얻는 단계는 동시에 이루어진다.
본 발명에 따른 주름살 성형 방법은 열 응고와 관련 정보의 취득에 하나의 과정에서 동시에 이루어지도록 하는 것에 의하여 시술 과정이 간단해진다는 이점을 가진다. 또한 본 발명에 따른 주름살 성형 방법은 반사파로부터 고조파를 분리하여 열 응고가 진행되거나 되어야 할 목표 지점의 정보를 얻는 것에 의하여 정확한 시술이 가능하다는 장점을 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 주름살 성형 방법이 이루어지는 과정을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 성형 방법이 프로브 및 관련 장치에 의하여 진행되는 과정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 방법에 적용될 수 있는 프로브의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4는 초음파가 목표지점에 전송되어 열 응고를 시키고 반사되는 과정에 대한 실시 예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 프로브 구조에 적용될 수 있는 펄스 역전 기법(pulse inversion technique)의 실시 예를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 방법에 적용되는 트랜스듀서에서 압전 소자의 배열에 대한 실시 예를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 방법이 적용되는 서로 다른 음향학적 구조를 가지는 송신 트랜스듀서와 수신 트랜스듀서의 실시 예를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 방법에 의하여 피부의 주름살이 제거되는 과정에 대한 실시 예를 도시한 것이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 주름살 성형 방법이 이루어지는 과정을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면 초음파 열 응고에 의한 주름살 성형 방법은 성형 영역을 설정하는 단계(S11), 성형 영역에서 적어도 하나의 목표 지점(target area)을 결정하는 단계(S12), 목표 지점에 초점이 형성된 초음파를 전송하여 열 응고를 발생시키는 단계(S13), 열 응고가 발생된 목표 지점으로부터 반사된 파를 수신하여 반사파 또는 고조파로부터 정보를 얻는 단계(S14), 얻어진 정보로부터 열 응고 수준(Level)을 평가하고 새로운 목표 지점을 열 응고시키는 단계(S15)를 포함한다.
피부는 표피(Epidemis), 진피(Dermis) 및 피하조직(Subcutaneous Layer)으로 이루어지고 피하조직의 아래쪽에 근육층(panniculus carnosus)이 존재한다. 손 또는 발바닥의 경우 0.4 내지 0.6 mm가 되는 것을 제외하고 표피는 0.075~0.15 mm의 두께가 되고, 결합 조직(connective tissue)으로 표피층 아래에 위치하는 진피는 표피의 30 내지 40배가 되는 등을 제외하면 2 내지 4 mm의 두께가 되고 그리고 지방 조직과 결합 조직으로 구성된 피하 조직은 지방 조직으로 인하여 사람에 따라 다양한 두께가 가지게 된다. 인체에서 피부의 평균적인 두께는 약 2mm가 되고 피하조직을 제외하면 약 1.4 mm가 된다.
본 발명의 성형 방법에 따르면, 성형 영역은 진피, 피하조직 또는 근육층이 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 성형 대상은 얼굴, 목, 귀, 눈가 또는 손과 같이 임의의 인체 부분이 될 수 있고 특별히 제한되지 않는다. 얼굴의 경우 피하조직의 아래쪽에 위치하는 근육층 중 특히 안면 근육층(Superficial Muscular Aponeurotic System: SMAS)은 안면 주름살을 제거를 위한 성형 영역으로 설정될 수 있다. 본 발명에 따르면, 성형 영역은 초음파에 의하여 열 응고가 가능하면서 이와 동시에 재생 과정에서 주위 부분이 당겨지면서 피부의 주름살이 제거될 수 있도록 설정되어야 한다.
성형 영역을 설정하는 단계(S11)는 대상 영역에 대한 사전 정보를 획득하는 것을 포함한다. 성형 영역이 이마가 되는 경우 사람마다 이마 피부의 두께 및 형상이 다르므로 피시술자에 고유한 피부의 두께 및 형상에 대한 정보가 필요하다. 이와 같은 설정 영역과 관련된 정보는 다양한 방법으로 얻어질 수 있고 반드시 초음파에 의한 영상 또는 본 발명에 따른 방법에 의하여 얻어져야 하는 것은 아니다. 사전 정보는 또한 설정된 영역에 대한 초음파에 의한 열 응고가 이루어질 수 있는 최소한의 정보를 의미한다. 그러므로 사전 정보는 적어도 피부 두께에 대한 정보를 포함하여야 한다.
성형 영역이 설정되면(S11), 목표 지점(target area)이 결정될 수 있다(S12). 목표 지점은 선택된 성형 영역에서 열 응고가 발생되는 하나 또는 그 이상의 국소 영역을 의미한다. 목표 지점은 적어도 하나가 될 수 있으며 다수 개의 목표 지점의 결정은 성형 부위, 성형 영역의 크기, 주름의 정도 또는 성형 위치에 따라 다양하게 결정될 수 있다. 다수 개의 목표 지점은 서로 일정 거리만큼 이격이 되도록 또는 이산이 되도록 결정되어야 한다. 이격의 정도 또는 목표 지점의 분포 형태는 시술 형태에 따라 다양하게 이루어질 수 있고 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래에서 설명하는 것처럼, 목표지점에 초음파 또는 고강도 집중 초음파의 초점이 형성되어야 하므로 목표 지점의 위치, 각각의 목표 지점의 이격 정도 및 분포 형태는 초음파의 강도, 주파수, 초점의 크기 또는 열 발생 온도에 따라 적절하게 결정될 수 있다. 목표 지점이 결정되면(S12), 초음파가 목표 지점에 전송되어 열을 발생시켜 목표 지점이 열 응고가 되도록 한다(S13). 초음파는 프로브로부터 발생될 수 있고 발생된 초음파는 목표 지점에 초점이 형성되도록 전송될 수 있다. 프로브는 이 분야에서 공지된 임의의 형태가 될 수 있지만 아래에서 반사파의 수신과 관련하여 설명하는 구조를 가질 수 있다. 프로브에서 전송되는 초음파는 예를 들어 750 KHz 내지 30 MHz가 될 수 있고 고강도 집중 초음파가 될 수 있다. 초음파의 파장은 초점이 형성되는 깊이, 목표지점에서 응고를 위하여 발생되어야 할 열량, 열 응고되는 부분의 크기 또는 반사파의 특성을 고려하여 적절하게 결정될 수 있다. 반사파의 특성이 고려되어야 하는 것은 아래에서 설명하는 것처럼 목표 지점에 관련된 정보가 반사파의 고조파로부터 얻어지는 것에 기인한다.
열 응고가 되기 전 또는 되는 과정에서 목표 지점에 대한 정보가 모니터링이 될 필요가 있다. 이와 같은 목표 지점에 대한 정보는 목표 지점으로부터 반사되는 반사파로부터 얻어질 수 있다. 그러나 목표지점에 대한 반사파는 다양한 원인으로 인하여 전송된 초음파와 다른 성질을 가진다. 그러므로 전송된 초음파와 동일한 주파수를 가지는 반사파로부터 목표지점에 대한 정보를 얻기가 어렵다는 문제점을 가진다. 본 발명에 따르면, 목표지점에 대한 정보는 반사파에 포함된 고조파(harmonics)로부터 얻어질 수 있다. 반사파의 고조파로부터 정보를 얻는 방법(S14)은 아래에서 다시 설명이 된다.
본 명세서에서 목표지점에 대한 정보란 표피로부터 목표지점까지의 거리, 응고된 부분의 크기, 온도, 목표 지점 사이의 거리 또는 목표 지점과 주변 지역에 대한 이미지를 포함하여 목표지점의 열 응고와 관련하여 유용한 모든 데이터를 말한다. 특히 목표지점으로부터 반사되는 반사파로 얻어질 수 있는 정보를 말하지만 필요에 따라 다른 수단에 의하여 얻어지는 정보를 포함한다.
반사파로부터 또는 반사파로부터 분리된 고조파로부터 목표 지점에 대한 정보가 얻어지면(S14) 열 응고 수준을 평가하고 새로운 목표 지점을 열 응고시키게 된다(S15).
열 응고 수준의 평가란 열 응고가 된 부분의 깊이, 위치, 크기 및 열 응고 과정에서 발생한 온도와 같은 것은 의미한다. 이와 같은 정보는 반사파, 고조파 또는 다른 측정 수단에 의하여 얻어질 수 있고 의도된 열 응고 수준과 비교될 수 있다. 비교 결과 차이가 발생한다면 초음파의 초점 위치, 강도 또는 주파수를 조절하여 의도된 수준이 되도록 한다. 비교 결과 수정이 요구되지 않는다면, 열 응고 수준을 그대로 유지하여 새로운 목표 지점을 열 응고시키게 된다.
목표 지점에 대한 정보를 얻는 단계(S14)와 열 응고 수준을 평가하는 단계(S15)는 실시간으로 이루어질 수 있다. 열 응고 수준을 평가하기 위한 파라미터(parameter)가 미리 결정되고 반사파가 목표지점으로부터 입사되고 그리고 고조파가 분리되면 반사파 및 고조파에서 얻어진 정보와 파라미터가 미리 입력된 프로그램에 입력되어 열 응고 수준이 대비될 수 있다. 대비된 결과에 따라 새로운 목표지점에 대한 열 응고 수준이 결정될 수 있다. 이와 같은 과정이 도 2에 도시되어 있다.
도 2는 본 발명에 따른 성형 방법이 프로브 및 관련 장치에 의하여 진행되는 과정을 개략적으로 도시한 것이다.
영역설정(P21) 및 목표지점이 결정(P22)이 되는 것은 도 1에서 설명한 것과 동일하다. 목표 지점이 결정되면 매개변수(parameters)가 설정이 될 수 있다(P22). 매개변수는 예를 들어 목표 지점에 보내야 할 초음파의 주파수, 강도, 초점 깊이, 온도, 지속 시간 또는 목표 지점의 영역과 같은 것이 포함할 수 있다. 매개변수가 설정되면 프로브를 이동시키고 설정된 매개변수에 따라 일정 주파수의 초음파 또는 고강도 집중 초음파가 목표지점에 전송된다(P231). 도 2에 도시된 것처럼, 목표지점은 다수 개가 될 수 있고 각각의 지점에 초음파가 전송될 수 있다. 전송된 초음파에 의하여 목표지점에 열 응고가 발생되고 흡수되지 않은 초음파는 왜곡에 의하여 고조파를 포함하는 형태로 반사되어 프로브에 수신될 수 있다(P232). 수신된 반사파 또는 반사파에 포함된 고조파로부터 매개변수와 관련된 데이터가 얻어지는 한편 예를 들어 온도와 같은 것은 다른 측정 수단에 의하여 얻어질 수 있다. 매개변수와 관련된 데이터가 획득되면(P24) 미리 설정된 매개변수(P22)와 비교될 수 있다(P25). 일정 수준의 허용 오차 범위가 결정되고 만약 데이터의 비교 결과 허용 오차 범위를 넘어서면 설정된 매개변수에 대하여 수정이 될 수 있다(YES). 그리고 수정된 매개변수에 의하여 다시 목표지점 결정 및 매개변수 설정(P22)이 이루어질 수 있다. 다른 한편으로 비교결과 허용된 오차범위 이내라면(NO) 프로브가 새로운 목표지점으로 이동되고 설정된 매개변수에 따라 초음파를 전송하게 된다. 그리고 동일한 과정의 반복으로 전체 영역에 대하여 열 응고가 진행된다.
아래에서 본 발명에 따른 방법에 적용될 수 있는 프로브의 실시 예에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 방법에 적용될 수 있는 프로브의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 초음파(Ultrasound)의 송신 및 수신을 위한 초음파 프로브 구조는 제1 영역에 설치되고 초음파를 발생시켜 정해진 영역에 초점을 형성하는 송신 트랜스듀서(10) 및 제2 영역에 설치되어 반사된 초음파로부터 고조파 성분(harmonics)을 얻어 정해진 영역에 대한 정보를 얻도록 하는 수신 트랜스듀서(20)를 포함한다.
본 명세서에서 초음파(Ultrasound)는 20KHz 이상의 음파 또는 1MHz 내지 20 MHz 이상의 전기적으로 발생되는 진단 분야에서 사용되는 음파를 의미하고 그리고 고강도 집중 초음파(High Intensity Focused Ultrasound)란 750 kHz 이상의 전기적으로 발생된 음파를 의미한다. 다만 필요에 따라 고강도 집중 초음파는 단일 트랜스듀서 또는 트랜스듀서 배열에 의하여 발생된 음파가 예를 들어 신체의 일정 영역에 초점을 형성하여 40 내지 120 ℃의 온도가 되도록 하여 조직의 일부에 열 변형을 유도할 수 있는 음파를 포함하는 의미로 사용된다. 또한 고조파(harmonics)는 기본 주파수의 정수배가 되는 주파수를 가지는 음파를 의미하고 기본 주파수는 트랜스듀서에서 발생된 음파가 가지는 주파수를 말한다. 기본 주파수가 f0인 경우 고조파의 주파수는 2f0, 3f0, 4f0, …, nf0(n은 자연수)가 될 수 있고 각각은 제2 고조파, 제3 고조파, 제4고조파, …, n고조파라고 한다. 그리고 정보란 이미지뿐만 아니라 깊이 또는 두 지점 사이의 상대적인 위치를 포함하는 개념이다.
도 3의 (가)에 도시된 것처럼, 트랜스듀서(10)는 압전 효과(piezoelectric effect)에 의하여 초음파를 발생시키는 압전 소자(11), 압전 소자(11)의 앞쪽에 설치되어 반사파의 감지 능력을 향상시키면서 이와 동시에 프로브와 접촉면 사이에 발생되는 반사파를 제거하기 위한 결합층(matching layer)(12) 및 압전 소자(11)의 뒤쪽에 설치되어 축 방향의 분해능(resolution)이 향상될 수 있도록 하는 흡음층(backing material)(13)이 설치될 수 있다. 결합층(12)은 예를 들어 유리 또는 에폭시 수지와 같이 이 분야에서 공지된 임의의 소재로 초음파가 전달되는 접촉 표면과 초음파가 발생되는 부분 사이의 음향 임피던스가 감소될 수 있는 구조를 가질 수 있다. 압전 소자(11)는 수정, 합성 세라믹 결정, 토르말린, 티탄산바륨, 지르콘산연, 주석산칼륨나트륨, 황산리튬, 산화아연산화철, 리튬니오베이트(LiNbO3), 납티타네이트(lead titantate), 납 지르코늄 티타네이트(PZT), 로셀염(Rochell salt), 폴리 비닐리덴 디플로라이드(PVF2) 또는 바륨-티타네이트와 같은 물질로부터 만들어질 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
도 3의 (나)를 참조하면, 프로브는 제1 영역에 설치되는 송신 트랜스듀서(10)와 제2 영역에 설치되는 수신 트랜스듀서(20)를 포함한다. 제1 영역과 제2 영역은 프로브 내에서 물리적으로 구분되는 서로 다른 영역을 의미하고 송신 트랜스듀서(10)와 수신 트랜스듀서(20)는 물리적으로 구분되는 영역에 설치되어 서로 다른 기능을 가질 수 있다. 구체적으로 송신 트랜스듀서(10)는 예를 들어 1 MHz 내지 20 MHz의 주파수를 가지는 초음파를 발생시켜 신체 내의 정해진 위치에 전달할 수 있다. 또한 송신 트랜스듀서(10)는 발생된 초음파가 정해진 위치에서 초점이 형성되도록 하는 기하학적 구조(Geometric structure) 또는 지연된 위상의 초음파가 발생되도록 하는 전자적 배열(Electronic array)을 가질 수 있다. 전자적 배열이란 예를 들어 다수 개의 압전 소자(11)에서 서로 다른 위상을 가진 초음파가 생성되도록 하는 위상 배열(phase array)을 의미한다. 송신 트랜스듀서(10)에서 발생된 신호는 펄스 형태로 목표 지점(target area)에 전달될 수 있다. 다른 한편으로 수신 트랜스듀서(20)는 송신 트랜스듀서(10)에서 발생되고 전송되어 목표 지점에서 반사된 반사파를 수신한다. 송신 트랜스듀서(10)에서 발생된 초음파는 압력에 의하여 매질의 밀도가 변화될 수 있는 예를 들어 신체의 일부를 통과하여 목표지점에 도달한다면 진행 영역에서 왜곡이 발생하여 비선형적 특성을 가지게 된다.
도 3의 (다)를 참조하면, 송신 트랜스듀서(10)와 수신 트랜스듀서(20)는 각각 제1 영역과 제2 영역에서 인접하지 않고 이격되어 위치할 수 있다. 송신 트랜스듀서(10)와 수신 트랜스듀서(20)는 서로 인접하여 설치되거나 이격이 되어 설치될 수 있다. 또한 설치되는 방향 또는 상대적인 설치 방향은 제한되지 않는다. 본 명세서에서 제1 영역과 제2 영역을 구분하는 것은 단지 각각에 설치되는 송신 트랜스듀서(10)와 수신 트랜스듀서(20)가 서로 다른 기능을 가진다는 것을 나타내기 위한 것으로 특별히 공간적인 위치, 설치방향 또는 상대적인 위치 관계를 제한하기 위한 것은 아니다. 인접하여 설치된다고 하여 반드시 송신 트랜스듀서(10)와 수신 트랜스듀서(20)가 접하여 설치되어야 한다는 것을 의미하는 것은 아니다. 아래의 설명에서도 동일하다.
일반적으로 초음파 또는 고강도 집중 초음파가 신체의 내부로 전송되어 목표지점에 도달하는 과정에서 왜곡이 발생하게 된다. 왜곡의 정도는 전송되는 초음파의 에너지 강도, 목표 지점까지의 거리, 목표 지점의 물리적 구조 및 열에 의한 변형 정도에 의하여 다르게 나타난다. 전송되는 초음파가 왜곡이 되면 반사파는 다양한 고조파 성분을 가지게 된다.
도 4는 초음파가 목표지점에 전송되어 열 응고를 시키고 반사되는 과정에 대한 실시 예를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 송신 트랜스듀서(10a,10b)에서 발생된 초음파(Tx)는 목표지점(F1, F2)에 초점이 형성되어 전송될 수 있다. 목표지점(F1, F2)으로 전송되는 과정에서 초음파(Tx)는 왜곡되고 목표지점(F1, F2)에서 흡수되어 45 내지 120℃의 온도로 상승시키면서 열 응고를 일으키게 된다. 그리고 일부 초음파(Tx)는 목표지점(F1, F2)에서 고조파가 포함된 반사파(Rx)가 되어 수신 트랜스듀서(20a, 20b)로 흡수된다. 수신 트랜스듀서에서 반사파(Rx)는 전기적 신호로 변환되어 제2 고조파 성분 또는 다른 고조파 성분이 분리될 수 있다. 이와 같이 본 발명의 방법에 따르면, 목표지점(F1, F2)에 대한 열 응고와 정보의 취득이 하나의 과정에서 이루어지게 되고 정보는 반사파의 고조파 성분으로부터 얻어질 수 있다.
제시된 실시 예에서 송신 트랜스듀서(10a, 10b)는 기본 주파수(f0)의 초음파를 발생시켜 목표 지점(F1, F2)으로 전송을 한다. 그리고 수신 트랜스듀서(20a, 20b)는 초음파의 전송 과정에서 발생된 왜곡된 초음파를 수신하여 다양한 고조파 성분 중 특정 고조파를 선택하여 목표 지점에 대한 정보를 얻는다. 선택되는 고조파 성분은 기본주파수(f0)의 정수배의 주파수(2f0, 3f0, 4f0, …, nf0)를 가진 다양한 고조파가 될 수 있고 진폭이 큰 제2 고조파(2f0)가 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
수신된 고조파로부터 목표지점에 대한 정보를 얻기 위한 다양한 방법이 공지되어 있고 본 발명에 따른 방법에 적용될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 프로브 구조에 적용될 수 있는 펄스 역전 기법(pulse inversion technique)의 실시 예를 도시한 것이다.
도 5의 (가)를 참조하면, 기본주파수를 가지는 파는 고정단에서 반파장의 위상 변화가 되어 반사가 된다. 이로 인하여 입사파와 반사파는 서로 상쇄가 되어 감지 신호를 발생시키지 않게 된다. 선형성을 가지는 파로 이미지를 형성하는 경우 이와 같은 상쇄 간섭으로 인하여 수신 신호가 미약하게 된다는 문제점을 가진다. 이와 달리 (나)에 도시된 것처럼, 신호의 왜곡으로 인하여 발생된 비선형 특성을 가진 반사파와 입사파의 경우 기본 주파수만이 서로 상쇄가 되고 고조파 성분은 오히려 보강이 될 수 있다. 이로 인하여 수신 신호의 감도가 증가될 수 있고 명확한 이미지의 형성이 가능하다. 이와 같이 기본 주파수를 가진 초음파는 반파장의 위상 차이를 가지는 파와 합성이 될 때 상쇄가 되지만 고조파 성분은 오히려 보강이 되는 성질을 이용하는 것이 펄스 역전 기법이다. 펄스 역전 기법의 경우 반파장의 위상차를 가진 2개의 초음파를 입사한다. 입사된 2개는 진행과정에서 왜곡되고 반사되어 되돌아 오는 신호는 양성 기본주파수과 고조파 성분, 음성 기본 주파수와 고조파 성분이 된다. 서로 위상이 다른 양성 기본주파수 성분과 음성 기본주파수 성분은 서로 상쇄가 되고 고조파 성분은 보강이 된다. 그러므로 반사파에서 기본주파수 성분이 효과적으로 상쇄되어 고조파 성분만이 수신되어 필요한 정보가 얻어질 수 있다. 본 발명에 따른 방법에서 제1 트랜스듀서(10)에서 2개의 극성을 가진 초음파가 발생되어 송신되고 그리고 제2 트랜스듀서(20)에서 보강된 고조파 성분만이 수신되어 필요한 정보가 얻어질 수 있다. 제시된 영상 기법은 예시적인 것으로 본 발명에 따른 방법에 다양한 형태의 영상 기법이 적용될 수 있다. 예를 들어 불필요한 잡음 신호의 제거를 위하여 기존의 주파수 여과 방식(frequency filtering)을 사용하지 않고 수신 디코더(frequency decoder)를 이용하는 부호화 고조파 영상 기법이 본 발명에 따른 방법에 적용될 수 있다. 또한 반사파로부터 기본파와 고조파의 분리를 위하여 힐버트 변환기(Hilbert transformer)가 본 발명에 따른 방법에 적용될 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따른 방법에 이 분야에서 알려지거나 향후 개발될 수 있는 다양한 영상 기법이 적용될 수 있고 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
아래에서 본 발명에 따른 방법에 적용될 수 있는 다양한 트랜스듀서의 실시 예에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 방법에 적용되는 트랜스듀서에서 압전 소자의 배열에 대한 실시 예를 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 송신 또는 수신을 위한 트랜스듀서는 적어도 하나의 압전 소자를 가질 수 있고 다수 개의 배열 소자는 다양한 형태로 배열될 수 있다. 도 6의 (가)는 단일 압전 소자(61)로 이루진 트랜스듀서를 도시한 것이고, (나)는 구형으로 배열된 압전 소자의 실시 예를 도시한 것이다. 송신 트랜스듀서를 이루는 압전 소자(611, 612, 613)는 다수 개가 될 수 있고 수신 트랜스듀서를 이루는 압전 소자(62)는 하나가 될 수 있다. 또한 송신 트랜스듀서는 결합층(63)을 가지지만 수신 트랜스듀서는 송신 트랜스듀서와 다른 결합층을 가질 수 있다. 이와 같이 송신 트랜스듀서와 수신 트랜스듀서는 서로 다른 기하학적 구조 또는 서로 다른 음향학적 구조를 가질 수 있다. 도 6에 도시되지 않았지만 필요에 따라 수신 트랜스듀서에 흡음 층이 설치되지 않을 수 있다. 도 6의 (다)를 참조하면, 수신 트랜스듀서는 원형으로 배치되고 단일 압전 소자(62)의 구조를 가질 수 있다. 이에 비하여 송신 트랜스듀서가 원형으로 배치되고 각각의 원형 배치를 따라 압전 소자 배열 군(61A, 61B, 61C)이 배치될 수 있다. 각각의 압전 소자 배열 군(61A, 61B, 61C)에 다수 개의 압전 소자가 균일하게 또는 불균일하게 원주를 따라 배열될 수 있다. 도 6의 (라)를 참조하면, 송신 트랜스듀서의 압전 소자와 수신 트랜스듀서의 압전 소자는 원뿔대 또는 각뿔대의 형상을 이룰 수 있다. 송신 트랜스듀서를 이루는 각각의 압전 소자(611, 612, 613)는 원뿔대 또는 각뿔대의 측면에 배열되고 수신 트랜스듀서를 이루는 압전 소자(621, 622)는 원뿔대 또는 각뿔대의 정점에 배치될 수 있다. 송신 트랜스듀서를 이루는 압전 소자(621, 622)는 다수 개가 될 수 있다. 도 6의 (마)에 도시된 것처럼, 송신 트랜스듀서를 이루는 압전소자(611, 612, 613)와 수신 트랜스듀서를 이루는 압전소자(62)는 선형으로 배치될 수 있다. 송신 트랜스듀서를 이루는 압전 소자(611, 612, 613)는 시간 지연(T1, T2, T3)에 의하여 서로 다른 위상을 가진 초음파를 발생시킬 수 있고 이로 인하여 목표 지점에 초점이 형성될 수 있도록 한다. 다른 한편으로 수신 트랜스듀서를 이루는 압전소자(62)에 대하여 이와 같은 시간 지연에 따른 위상차가 발생될 수 없다. 이와 같이 송신 트랜스듀서와 수신 트랜스듀서는 서로 다른 전자적 배열 구조를 가질 수 있다. 또한 제1 트랜스듀서에 설치되는 졀합층(63)과 제2 트랜스듀서에 설치되는 결합층(63a)은 서로 다른 음향학적 성질을 가질 수 있다.
제시된 실시 예로부터 알 수 있는 것처럼, 송신 트랜스듀서와 수신 트랜스듀서는 서로 다른 기하학적 구조 또는 서로 다른 전자적 배열 구조를 가질 수 있고 각각에 설치되는 압전소자도 마찬가지로 동일하거나 서로 다를 수 있다. 송신 트랜스듀서는 기학적적으로 전자적으로 목표지점에 초점이 형성되도록 배열이 되고 수신 트랜스듀서는 반사된 파로부터 고조파 성분을 수신할 수 있도록 배치될 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따른 방법에 적용되는 프로브 구조는 송신 트랜스듀서와 수신 트랜스듀서가 서로 독립적인 음향학적 구조를 가지도록 하여 각각의 기능이 최적화될 수 있다는 장점을 가진다.
수신 트랜스듀서는 반사파의 수신을 위한 것이므로 기하학적 구조의 관점에서 대칭의 중심에 위치하는 것이 유리하다. 또한 송신 트랜스듀서를 이루는 각각의 압전소자(611, 612, 613)는 대칭적으로 배열되어 초점 형성이 용이하게 되는 것이 유리하다. 이와 같이 각각의 트랜스듀서가 가지는 기능을 고려하여 압전소자(611, 612, 613, 621, 622)는 다양한 형태로 배열될 수 있다.
위에서 설명을 한 것처럼, 송신 트랜스듀서와 수신 트랜스듀서는 서로 다른 음향학적 구조를 가질 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 방법이 적용되는 서로 다른 음향학적 구조를 가지는 송신 트랜스듀서와 수신 트랜스듀서의 실시 예를 도시한 것이다.
도 7의 (가)를 참조하면, 송신 트랜스듀서를 이루는 압전소자(61)의 앞쪽에 결합층(63)이 설치될 수 있고 그리고 결합층(63)의 앞쪽에 초음파 또는 고강도 집중 초음파(HIFU)가 목표지점에서 초점(F)을 형성하도록 하기 위한 음향 렌즈(64a, 64b)가 설치될 수 있다. 이에 비하여 수신 트랜스듀서를 이루는 압전소자(62)의 앞쪽에 필요에 따라 음향렌즈(64a, 64b)의 설치되지 않을 수 있다. 다만 도 7의 (나)에 도시된 것처럼, 수신 트랜스듀서를 이루는 압전소자(62)와 관련하여 적절한 위치에 초점(F)으로부터 반사된 반사파(RX)를 유도하기 위한 음파 유도 수단(65)이 설치될 수 있다. 음파 유도 수단(65)은 예를 들어 음파의 반사가 가능한 소재로 이루어진 음향 거울 또는 음향 렌즈가 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
다른 한편으로 송신 트랜스듀서 및 수신 트랜스듀서는 상하 또는 좌우로 독립적으로 이동될 수 있으며 상대적으로 이동이 가능하도록 설치될 수 있다. 이와 같은 송신 트랜스듀서와 수신 트랜스듀서의 독립적인 이동은 서로 다른 깊이에 초점이 형성될 수 있도록 하면서 적절한 반사파의 수신이 가능하도록 하기 위한 것이다.
아래에서 본 발명에 따른 방법이 적용되는 송신 트랜스듀서와 수신 트랜스듀서의 배치에 대한 다른 실시 예에 대하여 설명한다.
도 8은 본 발명에 따른 방법에 의하여 피부의 주름살이 제거되는 과정에 대한 실시 예를 도시한 것이다.
도 8을 참조하면, 주름살이 제거되어야 신체 부분의 일부가 성형 영역(80)이 될 수 있다. 성형 영역(80)을 예를 들어 얼굴, 목, 귀가 또는 손등이 될 수 있다. 성형 영역(80)이 결정되면 성형 영역(80)에 대한 정보가 얻어질 수 있다. 정보가 다양한 방법으로 얻어질 수 있고 예를 들어 다른 초음파 장치에 의하여 얻어질 수 있다. 다만 본 발명에 따른 방법에서 반드시 정보가 먼저 얻어져야 하는 것은 아니다. 제시된 장치로부터 정보가 직접 얻어질 수 있다. 주름살 제거를 위한 프로브(81)는 송신 트랜스듀서(82)와 수신 트랜스듀서(83)로 이루어질 수 있다. 송신 트랜스듀서(82)는 열 변형 트랜스듀서(821)와 정보 획득 트랜스듀서(822)를 포함할 수 있다. 열 변형 트랜스듀서(821)는 예를 들어 1 내지 20 MHz의 초점이 형성된 고강도 초음파를 발생시킬 수 있고 정보 획득 트랜스듀서(822)는 750 내지 20 MHz의 초음파를 발생시킬 수 있다. 열 변형 트랜스듀서(821)는 목표 지점에 초음파를 전송하여 열 변형을 시키기 위한 압전 소자로 이루어지고 정보 획득 트랜스듀서(822)는 목표지점에 대한 정보를 획득하기 위하여 요구되는 초음파를 전송하기 위한 압전 소자로 이루어질 수 있다. 열 변형 트랜스듀서(821)는 초점이 형성된 초음파를 전송하지만 정보 획득 트랜스듀서(822)는 열 변형을 목적으로 하는 것이 아니므로 반드시 초점이 형성되어야 하는 것은 아니다. 또한 초점이 형성되는 경우라고 할지라도 초음파의 강도가 적어도 열 변형 트랜스듀서(821)의 초음파에 비하여 약하다. 수신 트랜스듀서(83)는 열 변형 트랜스듀서(821) 또는 정보 획득 트랜스듀서(822)에서 전송된 초음파는 반사되어 수신 압전 소자(831)에서 수신될 수 있다. 수신된 파는 각각의 초음파의 고조파가 될 수 있고 수신 트랜스듀서(83)는 얻어진 고조파로부터 열 응고가 진행되는 목표지점 또는 열 응고가 진행되어야 할 목표지점에 대한 정보를 얻어낼 수 있다. 얻어진 정보에 의하여 각각의 트랜스듀서(821, 822)는 적절하게 이동될 수 있고 필요에 따라 초음파의 주파수 또는 전송시간이 조절될 수 있다. 이후 프로브는 세로 방향(D1) 또는 가로 방향(D2)으로 이동되면서 성형 영역(80) 전체에 대하여 이산된 형태로 열 응고를 시키게 된다. 열 응고가 된 부분이 시간의 경과와 함께 재생이 되면서 성형 영역(80)의 주름살이 제거될 수 있다.
제시된 실시 예는 예시적인 것으로 프로브는 다양한 형태로 만들어질 수 있고 열 변형 트랜스듀서(821), 정보 획득 트랜스듀서(822) 또는 수신 트랜스듀서(83)는 다양한 구조 또는 배열로 만들어질 수 있다. 또한 정보 획득 트랜스듀서(822)는 필요에 따라 형성되지 않을 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 열 응고와 정보 획득이 동시에 이루어지도록 하는 것에 의하여 주름살 제거가 간단한 시술에 의하여 이루어질 수 있도록 한다. 또한 고조파로부터 목표지점에 대한 정보를 얻는 것에 의하여 정확한 정보의 획득이 가능하도록 하면서 이와 동시에 열 응고에 대한 정보가 실시간으로 획득될 수 있도록 한다는 이점을 가진다.
위에서 본 발명의 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으면 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
10, 20: 트랜스듀서 11: 압전 소자
12: 결합층 13: 흡음층
61, 611, 612, 613, 62, 621, 622: 압전 소자
63, 63a: 결합층 61A, 61B, 61C: 압전 소자 배열 군
64a, 64b: 음향 렌즈 65: 음향 유도 수단
80: 성형 영역 81: 프로브
82:송신 트랜스듀서 83: 수신 트랜스듀서
821: 열변형 트랜스듀서 822: 정보 획득 트랜스듀서
831: 수신 압전 소자

Claims (8)

  1. 주름살 제거를 위한 성형 장치에 있어서,
    열 변형 트랜스듀서(821)와 정보 획득 트랜스듀서(822)로 이루어진 송신 트랜스듀서(82);
    송신 트랜스듀서(82)와 서로 다른 영역에 형성되는 수신 트랜스듀서(83); 및
    정보 획득 트랜스듀서(822) 및 수신 트랜서듀서(83)로부터 얻어진 정보를 처리하기 위한 장치를 포함하고,
    상기 열 변형 트랜스듀서(821)는 인체 내 정해진 부위에 초점이 형성되는 고강도 집중 초음파를 전달하여 열 응고를 발생시키고, 정보 획득 트랜스듀서(822)는 정해진 부위에 열 변형 트랜스듀서(821)와 다른 주파수 범위를 가지는 초음파를 전송하고, 수신 트랜스듀서(83)는 정보 획득 트랜스듀서(822)로부터 전송된 초음파가 열 응고가 된 부위로부터 반사된 초음파로부터 고조파 성분을 수신하고 그리고 열 응고가 발생되는 과정에서 실시간으로 이미지가 획득되도록 하는 것을 특징으로 하는 성형 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 정해진 부위는 근육층(SMAS)이 되는 것을 특징으로 하는 성형 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 초점이 형성된 초음파는 750 KHz 내지 20 MHz의 주파수를 가지는 것을 특징으로 하는 성형 장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 열 변형 트랜스듀서(821), 정보 획득 트랜스듀서 및 수신 트랜스듀서는 서로 다른 결합 층을 가지는 것을 특징으로 하는 성형 장치.

  7. 삭제
  8. 삭제
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