KR101355532B1 - 고강도 집속 초음파용 트랜스듀서 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일실시예는 HIFU용 트랜스듀서에 관한 것으로, 이는 일측면이 오목한 프레임과, 이 프레임에 부착되는 다수의 초음파 진동자를 구비한 HIFU용 트랜스듀서에 있어서, 프레임이 다수의 분할부로 형성되고, 다수의 초음파 진동자가 각 분할부의 오목한 표면상에 부착되되, 상기 초음파 진동자는 각 분할부마다 규칙적으로 배열되거나 랜덤식으로 배열되어 부착되는 것을 특징으로 하여서, 초점 이득이 낮은 문제점을 보완함과 동시에 전기적임 조향시 발생하는 그레이팅 로브의 크기를 줄여 조향 가능 범위를 크게 할 수 있는 효과가 있다.

Description

고강도 집속 초음파용 트랜스듀서 {Transducer for HIFU}

본 발명의 일실시예는 고강도 집속 초음파(High Intensity Focused Ultrasound: 이하 HIFU)를 위한 트랜스듀서(Transducer)에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 그 형상 및 구조를 변경함으로써, HIFU 치료의 치료 효율과 안정성을 향상시키고, 트랜스듀서의 제조공정 또는 유지보수의 효율을 향상시킬 수 있는 HIFU용 트랜스듀서에 관한 것이다.

근래에, 의학 연구자들은 암 세포의 열 저항이 정상 세포보다 뒤떨어진다는 점을 발견하였다. 즉, 온도가 섭씨 42.5 도를 상회할 때 정상 세포는 약간 손상되고 그 손상된 세포는 재생될 수 있지만, 암 세포는 30 분 이내에 소멸한다. 이러한 특성에 따라 HIFU 치료장치는 에너지의 원천으로서 초음파 그리고 이 초음파의 관통성 및 집속성을 이용한다.

HIFU 치료장치의 한 예에서는, 전달매질을 포함하는 트랜스듀서로부터 피부를 통하여 HIFU를 인체 내의 암 조직으로 방사한다. 비교적 낮은 레벨(Level)의 초음파를 전달하면, 조직 내에서 초음파 빔(Beam)은 초점이 맞추어지고, 0.1 W/cm²를 넘는 강도 레벨을 가진 대략 쌀알 모양의 초점영역(약 3 mm × 8 mm 크기)이 형성된다. 이 초점영역에서 온도는 순간(0.1 내지 5 초 이내)적으로 급상승(섭씨 70 도 이상)한다.

이 열적 효과에 의해, 초점영역에서 암 세포를 파괴하고 최종적으로 암 조직 전체를 괴사 소멸시켜 치료의 목적이 실현된다.

통상 HIFU 치료에서는, 강도 레벨이 0.1 W/cm² 보다 낮은 진단용 촬상 초음파와는 대조적으로, 1,000 ∼ 10,000 W/cm²의 초음파 빔을 초점영역에 전달할 수 있는 초음파 진동자를 사용한다. 이 초음파 진동자로부터 발생한 HIFU의 일부 에너지가 열 에너지로 대상 영역에 전달된다. 이처럼 전달되는 열 에너지량은, 조직을 실제 물리적으로 태우지 않고 섭씨 70 도 이상의 온도로 상승하게 함으로써 바람직하지 못한 조직을 소작(燒灼)하거나 괴사시킬 정도로 충분히 강하게 공급할 수 있다. 또, 인접한 정상적인 조직을 손상시키지 않으면서 작은 대상 영역의 이상 조직 또는 바람직하지 못한 조직의 괴사를 얻도록 초점영역을 엄밀하게 제어할 수 있다.

조직의 괴사는 기계적 행위만으로(즉, 조직 구조의 기계적 파괴를 가져오는 공동(空洞, Cavitation) 형성에 따라) 달성할 수도 있다. 또한, 혈액을 내부 구조에 공급하는 심장계가 치료의 대상인 경우, HIFU를 사용하여 지혈할 수도 있다.

기존의 치료에 비해 HIFU 치료가 갖는 우수한 특징은 HIFU 치료가 비침습성(Non-invasive)이라는 점이다. 한 예로, 암 부위를 수술하지 않고 HIFU로 심부에 있는 암을 파괴할 수 있다.

의학적 치료의 현재의 방향은, 복강경 및 내시경 기법의 사용이 증대하고 있는 것으로부터 분명히 알 수 있듯이, 점진적으로 비침습성 및 비수술식의 방법을 사용하는 방향으로 발전하고 있다. 이의 장점은, 혈액 손실의 감소, 감염 위험성의 감소, 더욱 짧은 입원일수, 및 더욱 저렴한 건강 관리 비용 등이 있다.

HIFU는 비침습성 수술 방법을 제공함으로써, 이러한 경향과 모순되지 않는 추가의 치료 방법을 제공할 수 있다. HIFU는 절개하지 않고 피부를 통한 치료(Transcutaneous Treatment)를 가능하게 하며, 이로써 혈액의 손실 및 감염의 위험을 피할 수 있다. 또한, HIFU 치료는 마취할 필요가 없어서 수술의 복잡함 및 비용을 감소시킨다. 이러한 HIFU 치료는, 통원 환자에 대하여 시술할 수도 있으며, 건강 관리 비용을 더욱 감소시키는 한편, 환자의 편의성을 향상시킨다는 점이 가장 큰 장점이다.

이러한 HIFU를 이용한 치료장치에 구비되는 트랜스듀서는, 제어장치의 제어 하에서 초음파 진동자에 의해 물리적 진동에너지인 HIFU가 발생하여 치료대상인 인체의 내부에 있는 치료영역에 대해 HIFU를 조사(照射)한다. 트랜스듀서는 시술자에 의한 수동의 위치 조정 또는 로보틱 아암 기구(Robotic Arm Mechanism)를 매개로 한 자동 위치 조정을 통하여 치료영역에 근접하게 위치될 수 있다.

트랜스듀서를 구비한 HIFU 치료장치를 이용하여, 예를 들면 인체에 대하여 HIFU의 발열 작용을 이용한 치료를 행하는 경우에, 트랜스듀서로부터 치료영역에 대하여 HIFU를 수십에서 수백 와트(Watt) 정도의 출력으로 수 초에서 수십 초간 연속하여 조사함으로써, 치료영역을 고온(예컨대, 섭씨 70 도 이상)으로 가열되게 하고, 이를 소작하여 치료가 이루어진다.

도 1은 전술한 HIFU 치료장치들에 사용되는 트랜스듀서의 한 예를 부분적으로 도시한 단면도이다.

이에 도시된 트랜스듀서(100)의 초음파 진동자(101)는 대략 반구 형상의 초음파 방사면(102)을 구비한다. 또한, 트랜스듀서(100)는 초음파 진동자(101)에 밀폐되도록 연결되기 위해 단부에 밀폐장치(104)가 형성된 대략 반구 형상의 멤브레인(103)을 구비한다. 이 멤브레인(103)은 초음파 진동자(101)의 초음파 방사면(102)을 덮어씌우면서 이를 폐쇄한다. 초음파 방사면(102)은 초음파 에너지의 물리적 집속을 위해 초점거리를 반경으로 하는 반구 형상의 오목한 형태로 형성되어 있다.

초음파 전달매질은 멤브레인(103)과 초음파 방사면(102) 사이에 채워진다. 미설명된 참조부호 105는 멤브레인(103)을 초음파 진동자(101)에 연결하기 위한 누름링을 표시한다. 추가로, 초음파 영상장치(미도시)에 연결되고 영상 데이터를 수집하는 프로브(120)가 트랜스듀서(100) 내에 설치될 수 있다.

초음파 전달매질은 공기가 제거된 물일 수 있다. 모든 유형의 HIFU 치료장치의 중요한 구성요소 중 하나는 초음파 에너지를 조직 내에 커플링하는 수단이다. 초음파 진동자(101)로부터 치료영역에 초음파 에너지를 효율적으로 전달하기 위해서는 양호한 음향 커플링이 필요하다. 이상적인 음향 커플러(Acoustic Coupler)는 조직과 동일한 낮은 감쇠 및 음향 임피던스를 가지는 동질 매체이다. 바람직한 음향 투과 특성을 위해 많은 HIFU 치료 분야에서는 물이 초음파 전달매질로서 통상 사용되어 왔다.

멤브레인(103)은 물과 유사한 음향 임피던스를 갖고, 라텍스, 상대적으로 부드러운 자연 고무, 실리콘 고무 등과 같이 적은 초음파 전달손실, 완벽한 열전도율, 그리고 좋은 탄성을 가진 물질로 제조된다.

트랜스듀서(100)는 초음파 에너지의 물리적 집속을 위해 초점거리를 반경으로 하여 초음파 진동자(101)를 오목하게 가공하여 만들어진다.

혹은, 트랜스듀서는 수십 내지 수백 개의 원판이나 다각형 평판 형태의 초음파 진동자를 초점거리를 반경으로 하는 오목한 형태의 프레임에 부착하여 만들어진다. 이러한 트랜스듀서를 소위 배열형 트랜스듀서라 하는데, 이를 활용하면 부착된 각각의 초음파 진동자(압전소자를 구비한)에 위상이 다른 전기적 신호를 입력하여 초음파 집속 위치를 가변시킬 수 있다. 즉, 배열형 트랜스듀서는 전기적인 조향만으로 단일 초점을 가변하거나 다중 초점을 생성할 수 있다. 따라서, 넓은 범위의 영역을 치료할 때 트랜스듀서의 기구적 이동이 필요 없으므로 치료 시스템이 단순해지고, 치료 시간을 단축할 수 있는 장점이 있게 된다.

도 2a 내지 도 2d에는 배열형 트랜스듀서의 종래 예들이 개략적으로 도시되어 있는바, 그 초음파 진동자의 배열 형태에 따라 다음과 같이 구별된다. 도 2a는 초음파 진동자(201)를 트랜스듀서(200)의 오목한 표면에 각진 형으로 배열한 형태를 나타내고, 도 2b는 환형상으로 배열한 형태를 나타내며, 도 2c는 타원형으로 배열한 형태를, 그리고 도 2d는 랜덤(Random)형으로 배열한 형태를 보여주고 있다.

하지만, 전술된 형태의 초음파 진동자 배열을 갖는 배열형 트랜스듀서(200)는, 초점 이외의 영역에서 의도하지 않은 초음파 에너지가 집속되는 지점이 발생하는 단점을 갖는다. 이러한 의도하지 않은 영역에서의 집속을 그레이팅 로브(Grating Lobe)라고 하는데, 이는 HIFU 치료시 의도하지 않은 영역에서 국부 가열을 발생시킬 수 있다. 이와 같은 그레이팅 로브에 의한 가열은 HIFU 치료시 빈번하게 발생하는 부작용 중의 하나로서 심각한 문제를 일으킨다.

또한, 이러한 그레이팅 로브의 발생 즉 의도하지 않은 영역에서의 집속으로 인해, 전기적 신호를 이용한 초점 영역의 가변을 통해 이루어질 수 있는 치료 가능 영역을 제한하게 되기 때문에, 전기적인 조향만으로 넓은 영역을 치료할 수 없게 된다. 이러한 그레이팅 로브의 영향을 피하기 위해 초음파의 조향 범위를 줄이면, 결국 트랜스듀서의 물리적인 이동이 필요하게 되므로 치료 시간이 길어지게 되면서 치료 효율이 저하되는 문제가 상존하게 된다.

이에 본 발명은 트랜스듀서 상에서 초음파 진동자의 배열을 변경함으로써, 초점 이득이 낮은 문제점을 보완함과 동시에 전기적임 조향시 발생하는 그레이팅 로브의 크기를 줄여 조향 가능 범위를 크게 할 수 있는 HIFU용 트랜스듀서를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 트랜스듀서의 프레임을 다수의 분할부로 형성하고 이를 합쳐 하나의 트랜스듀서를 구성할 수 있도록 분할형으로 개조함으로써, 제조시 트랜스듀서의 불량률을 줄이고, 향후 초음파 진동자에 고장이 발생했을 때 고장 난 초음파 진동자가 포함된 분할부만 교체하여 사용할 수 있어, 트랜스듀서의 제조공정 또는 유지보수의 효율을 향상시킬 수 있는 HIFU용 트랜스듀서를 제공하는 것이다.

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본 발명의 일실시예에 따른 HIFU용 트랜스듀서는, 프레임에 부착되는 다수의 초음파 진동자들을 구비한 트랜스듀서에 있어서, 상기 프레임이 다수의 분할부들로 형성되고, 상기 다수의 초음파 진동자들이 상기 각 분할부들의 표면 상에 서로 다른 배열구조로 부착되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 HIFU용 트랜스듀서는, 프레임에 부착되는 다수의 초음파 진동자들을 구비한 트랜스듀서에 있어서, 상기 프레임이 다수의 분할부들로 형성되고, 상기 다수의 초음파 진동자들이 적어도 하나의 상기 분할부의 표면에서는 규칙적으로 배열되고, 적어도 다른 하나의 상기 분할부의 표면에서는 랜덤식으로 배열되어 부착되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 HIFU용 트랜스듀서는, 프레임에 부착되는 다수의 초음파 진동자들을 구비한 트랜스듀서에 있어서, 상기 프레임이 다수의 분할부들로 형성되고, 상기 다수의 초음파 진동자들이 상기 각 분할부들의 표면에서 랜덤식으로 배열되며, 그 배열이 모든 상기 분할부들에서 동일하게 적용되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 HIFU용 트랜스듀서는, 프레임에 부착되는 다수의 초음파 진동자들을 구비한 트랜스듀서에 있어서, 상기 프레임이 다수의 분할부들로 형성되고, 상기 다수의 초음파 진동자들이 상기 각 분할부들의 표면에서 랜덤식으로 배열되며, 그 배열이 일부 상기 분할부들끼리 서로 동일하게 적용되는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 그레이팅 로브로 인해 치료 효율이 저하될 뿐만 아니라 치료영역 이외의 부위에서 화상이 발생하게 되는 종래 기술의 문제점이 해소되는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명에 의하면, 트랜스듀서를 분할형으로 개조함으로써, 제조시 트랜스듀서의 불량률을 줄이고, 향후 초음파 진동자에 고장이 발생했을 때 고장 난 초음파 진동자가 포함된 분할부만 교체하여 사용할 수 있어, 트랜스듀서의 제조공정 또는 유지보수의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 기대된다.

도 1은 종래기술의 HIFU 치료장치들에 사용되는 트랜스듀서의 한 예를 부분적으로 도시한 단면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 배열형 트랜스듀서의 종래 예들을 개략적으로 도시하되, 그 초음파 진동자의 배열 형태를 나타낸 도면들이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 트랜스듀서의 개략적인 저면도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 트랜스듀서의 개략적인 저면도이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 트랜스듀서의 개략적인 저면도이다.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 트랜스듀서의 개략적인 저면도이다.
도 7은 도 5에 도시된 트랜스듀서의 변형예를 나타낸 개략적인 저면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 트랜스듀서의 조립을 보여주는 분해사시도이다.

이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 HIFU용 트랜스듀서는, 일측면이 오목한 프레임과, 이 프레임에 부착되는 다수의 초음파 진동자를 구비한 HIFU용 트랜스듀서에 있어서, 프레임이 다수의 분할부로 형성되는 것을 주요 특징으로 한다.

프레임을 구성하는 각 분할부는 비침습성 치료를 제공하도록 다양한 방열체로 형성될 수 있는데, 예를 들면 알루미늄과 같은 금속이나 플라스틱 등의 재료로 만들어질 수 있다. 각 분할부는 그 일측면이 오목한 형상을 가진 표면으로 될 수 있다. 하지만, 각 분할부 그리고 궁극적으로 프레임의 형상은 이에 한정되지 않고, 후술하는 다수의 초음파 진동자를 구비하면서 치료를 허용하도록 환자와 직간접적으로 접촉될 수 있는 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

각 분할부의 오목한 일측 표면에는 다수의 초음파 진동자가 부착되어 설치될 수 있다. 이러한 초음파 진동자의 설치방식은 이미 공지의 기술이므로 본 명세서에서는 이에 대한 상세한 설명은 생략하며, 단지 초음파 진동자들의 배열형태에 대해서만 기술하기로 한다.

초음파 진동자는 압전소자와, 이 압전소자의 일측에 위치되어 공진 특성을 적절히 형성하도록 된 하나 이상의 음향 정합층을 포함할 수 있다. 또한, 신호라인은 초음파 발생장치로부터 공급되는 전기적 신호를 압전소자로 전달하고 압전소자로부터 신호를 받아들이도록 연결될 수 있다.

압전소자는 예컨대 PZT(Lead Zirconate Titanate)와 같은 압전 세라믹, 크리스탈, 복합 재료 등과 같은 압전 재료로 만들어질 수 있다. 신호라인은 와이어 또는 단자핀의 형태로 구성될 수 있으며, 다양한 방식으로 배치 및 연결(물리적인 연결뿐만 아니라 전기적인 연결을 포함하는)될 수 있어 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

본 발명에 따른 HIFU용 트랜스듀서에서, 다수의 초음파 진동자는 프레임을 구성하는 각 분할부에 다양한 배열구조로 배치될 수 있다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 트랜스듀서의 개략적인 저면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 HIFU용 트랜스듀서(300)에서, 초음파 진동자(301)는 각 분할부마다 서로 다른 배열구조로 부착되어 있다.

예를 들면, 도 3을 참조로 할 때, 제1사분면에 해당하는 제1분할부(310a)에는 다수의 초음파 진동자(301)가 규칙적인 환형상의 배열로 배치될 수 있고, 제2사분면에 해당하는 제2분할부(310b)에는 랜덤식의 배열이 이루어지며, 제3사분면에 해당하는 제3분할부(310c)는 각진 형의 배열이, 그리고 제4분면에 해당하는 제4분할부(310d)는 타원형의 배열이 이루어져 부착될 수 있다.

각각의 분할부는 서로 다른 별개의 초점 영역을 갖도록 맞추어지거나 조정될 수 있다.

도 3의 오른편에는 초음파의 조향시 발생하는 그레이팅 로브의 세기를 나타낸 그래프가 도시되어 있는데, 그레이팅 로브의 세기값(I_Grating)이 0.1×피크의 세기값(I_Peak) 미만인 붉은 점이 많이 그리고 널리 분포할수록 HIFU용 트랜스듀서의 성능이 우수한 것으로 평가될 수 있다. 즉, 황색 점은 그레이팅 로브의 세기가 강한 것을 나타내며, 검은 점, 파란 점, 붉은 점의 순서대로 그레이팅 로브의 세기가 약한 것을 표시한다. 특히, -3 dB(초음파의 파워가 절반이 되는 경우)에 해당하는 그래프 상의 영역에서 붉은 점이 많이 위치할수록 우수한 것이다.

결국, 도 3에 도시된 초음파 진동자들의 배열구조를 가진 트랜스듀서(300)에서는 종래의 트랜스듀서보다 그레이팅 로브의 세기가 많이 약해지게 된다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 트랜스듀서의 개략적인 저면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 HIFU용 트랜스듀서(300)에서, 초음파 진동자(301)는 적어도 하나의 분할부에서는 규칙적으로 배열되고, 적어도 다른 하나의 분할부에서는 랜덤식으로 배열되어 부착될 수 있다.

예컨대, 도 4에서와 같이, 제1사분면에 해당하는 제1분할부(310a)와 제3사분면에 해당하는 제3분할부(310c)에는 다수의 초음파 진동자(301)가 규칙적인 환형상의 배열로 배치될 수 있고, 제2사분면에 해당하는 제2분할부(310b)와 제4분면에 해당하는 제4분할부(310d)에는 랜덤식의 배열이 이루어져 부착될 수 있다.

물론, 반대로 제1분할부(310a)와 제3분할부(310c)는 랜덤식의 배열로 부착되고, 제2분할부(310b)와 제4분할부(310d)는 규칙적인 임의의 형상으로 배열되어 부착될 수도 있다.

바람직하기로는, 하나의 분할부에 규칙적인 배열구조가 이루어지면, 인접한 다른 하나의 분할부에는 랜덤식 배열구조가 번갈아 가며 위치될 수 있다. 또는 규칙적인 배열구조와 랜덤식 배열구조가 주기적으로 반복되면서 위치되는 것도 좋다.

이와 같이 해서 조향의 품질을 확인해 보면, 도 3의 방식으로 초음파 진동자들(301)을 배열한 트랜스듀서보다는 도 4의 방식으로 초음파 진동자들(301)을 배열한 트랜스듀서에서 더 그레이팅 로브의 세기가 저하되어(붉은 점의 개수가 더 많이 그리고 더 널리 분포한 것으로 보아) 더욱 우수한 배열 형태임을 알 수 있다.

도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 트랜스듀서의 개략적인 저면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 HIFU용 트랜스듀서(300)에서, 초음파 진동자(301)는 각 분할부에서 랜덤식으로 배열되되, 이 랜덤식 배열이 모든 분할부에서도 동일하게 적용되어 있다.

즉, 도 5처럼 제1사분면에 해당하는 제1분할부(310a)에 다수의 초음파 진동자(301)가 랜덤식의 배열로 부착되어 있는데, 이러한 배열이 제2분할부(310b), 제3분할부(310c), 제4분할부(310d) 등에서 동일하게 적용된다는 것이다. 이러한 구조는 전술한 도 2d의 랜덤식 배열과는 차이점이 있다. 우선 트랜스듀서의 프레임이 분할되어 있다는 점과, 도 2d에서는 어떠한 규칙성 없이 초음파 진동자들의 배열 전체가 랜덤식으로 구성되지만 도 5는 하나의 분할부가 갖는 배열구조가 나머지 분할부의 수만큼 반복되어 적용되는 규칙성을 갖게 된다는 점이다.

이러한 배열구조를 갖는 제3실시예에 따른 트랜스듀서의 조향 품질을 확인해 보면, 도 3의 방식으로 초음파 진동자들을 배열한 트랜스듀서와 유사한 경향을 보이고 있음을 알 수 있다.

도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 트랜스듀서의 개략적인 저면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4실시예에 따른 HIFU용 트랜스듀서(300)에서, 초음파 진동자(301)는 각 분할부에서 랜덤식으로 배열되되, 그 배열이 일부 분할부 끼리는 서로 동일하게 적용되는 것을 특징으로 한다.

다시 말해, 도 6처럼 제1사분면에 해당하는 제1분할부(310a)에 다수의 초음파 진동자(301)가 제1랜덤식의 배열로 부착되어 있는데, 이러한 배열이 제3분할부(310c)에 적용되게 된다. 또, 제2분할부(310b)에 다수의 초음파 진동자(301)가 제2랜덤식의 배열로 부착되면서 이러한 배열이 제4분할부(310d)에 적용될 수 있다.

하나의 분할부에 제1랜덤식 배열이 이루어지면, 인접한 다른 하나의 분할부에는 제2랜덤식 배열이 번갈아 가며 위치될 수 있다. 또는 제1랜덤식 배열과 제2랜덤식 배열이 주기적으로 반복되면서 위치되어도 된다.

이러한 구조 역시 전술한 도 2d의 랜덤식 배열과는 차이점이 있다. 우선 트랜스듀서의 프레임이 분할되어 있다는 점과, 도 2d에서는 어떠한 규칙성 없이 초음파 진동자들의 배열 전체가 랜덤식으로 구성되지만 도 6에서는 적어도 한 쌍의 분할부가 서로 동일한 랜덤식 배열로 반복되어 부착되는 규칙성을 갖게 된다는 점이다.

이러한 배열구조를 갖는 제4실시예에 따른 트랜스듀서의 조향 품질을 확인해 보면, 도 3 또는 도 5의 방식으로 초음파 진동자들을 배열한 트랜스듀서와 유사한 경향을 보이고 있다.

결국, 본 발명에 따르면, 그레이팅 로브의 발현을 최소화하여 초음파 진동자로부터 의도하는 치료영역으로 에너지를 효과적으로 전달함으로써 적절한 온도 증가를 달성하도록 유지될 수 있어, 효율적으로 원하는 치료 결과를 얻을 수 있게 된다.

도 7은 도 5에 도시된 제3실시예에 따른 트랜스듀서의 변형예를 나타낸 개략적인 저면도이다. 이를 잘 살펴보면, 도 5처럼 제1분할부(310a)에 다수의 초음파 진동자(301)가 랜덤식의 배열로 부착되어 있는데, 이러한 배열구조가 제2분할부(310b), 제3분할부(310c), 제4분할부(310d)...제8분할부(310h)에 동일하게 적용되고 있음을 볼 수 있다. 따라서, 이 변형예는 트랜스듀서(300)를 구성하는 분할부의 개수를 변경할 수 있음을 보여주는 예로서, 바람직하기로 분할부의 개수는 4 ~ 8개 정도이다. 분할부의 개수가 너무 많으면 제조 및 조립공정에 그만큼 품이 많이 들고 시간이 많이 소요되기 때문에 적절치 않다.

이어서, 도 8은 도 7에 도시된 트랜스듀서의 조립을 보여주는 분해사시도로서, 이하에서는 도 8을 참조로 하여 본 발명에 따른 HIFU용 트랜스듀서의 제조방법에 대해 개략적으로 설명한다.

트랜스듀서(300)는 일측면이 오목한 다수의 분할부(310), 이들 분할부(310)를 지지 고정하는 외측링(321), 분할부들(310)을 지지 고정하면서 외측링(321)의 내경보다 훨씬 작은 외경을 가져 외측링(321)에 대해 이격되게 배치되는 내측링(322), 및 분할부들(310)의 외주면을 둘러싸면서 분할부들(310)의 방사상 이탈을 방지하도록 보유지지하는 유지링(330)을 포함하고 있다.

각 분할부(310)는 전술한 바와 같이 다수의 초음파 진동자(301)가 오목한 표면상에 부착되어 있으며, 초음파 진동자들(301)의 반대쪽으로는 신호라인을 구성하는 다수의 단자핀(302)이 뻗어 있다.

구체적으로, 분할부(310)와, 소정의 음향 정합층을 가진 압전소자를 포함한 초음파 진동자(301)를 별도로 제작한 다음, 초음파 진동자(301)를 분할부(310)에 접착 등의 방식으로 고정시킨 후 초음파 진동자(301)에 단자핀(302)을 전기적으로 연결한다.

단자핀(302)은, 분할부(310)가 외측링(321)과 내측링(322) 상에 지지 고정될 때, 이들 외측링(321)과 내측링(322) 사이의 공간을 통과하여 분할부(310)의 반대측에 위치하는 PCB(미도시)에 전기적으로 연결되고 고정되게 된다.

분할부(310)가 외측링(321)과 내측링(322) 상에 예컨대 볼트와 같은 고정구를 사용하거나, 스냅식 고정구를 사용하거나, 심지어 접착제를 사용해서 지지 고정될 수 있다. 이때, 외측링(321)과 내측링(322)은 이들 사이를 연결하는 연결편(미도시)을 매개로 하여 일체로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고 분리되게 형성될 수도 있다.

유지링(330)은 외측링(321)과 내측링(322) 상에 위치된 분할부들(310)의 외주면에 압입고정되게 된다.

이들 외측링(321)과 내측링(322) 그리고 유지링(330)은 예컨대 스테인리스강과 같은 금속 또는 플라스틱 등의 재료로 만들어질 수 있으며, 지름이나 두께 등의 치수는 분할부(310)에 상응하게 적절히 변경될 수 있음은 당연하다.

추가적으로, 각 구성요소 사이의 틈새를 수밀하게 밀봉하기 위한 방수코팅 처리를 이행할 수 있다.

이와 같이 트랜스듀서(300)의 프레임을 다수의 분할부(310)로 된 분할형으로 개조함으로써, 제조시 트랜스듀서의 불량률을 줄이고, 향후 초음파 진동자에 고장이 발생했을 때 고장 난 초음파 진동자가 포함된 분할부만 교체하여 사용할 수 있어, 트랜스듀서의 제조공정 또는 유지보수의 효율을 향상시킬 수 있다.

전술한 구조로 형성된 트랜스듀서(300)는, 시술자에 의한 수동의 위치 조정 또는 로보틱 아암 기구(미도시)를 매개로 한 자동 위치 조정을 통하여 인체의 치료영역에 대해 HIFU를 조사하게 된다. 로보틱 아암 기구는 트랜스듀서(300)와 결합되어 전기 및 기계적으로 작동되는 아암을 포함한다. 이 아암의 끝에는 볼팅, 척킹, 클램핑 등의 방식으로 트랜스듀서(300)가 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 HIFU용 트랜스듀서(300)는 중앙의 내측링(322) 내에 설치되는 촬상용 프로브(미도시)를 추가로 포함할 수 있다. 촬상용 프로브는 빔 포밍 제어 유니트(Beam Forming Control Unit)를 포함한다. 이 촬상용 프로브가 초음파로 인체의 치료영역을 포함하는 관심영역을 스캔하도록 작동한다. 복귀되는 신호는 촬상용 프로브에 의해 수신되고, 그 후에 빔 포밍 제어 유니트로 송신되어 치료영역을 포함한 관심영역의 초음파 이미지를 발생시킨다. 이에 따라 발생된 영상은 디스플레이(미도시) 상에 표시될 수 있어 실제 치료를 시작하기 전에 시술자가 치료영역에 대해 트랜스듀서(300)를 적절하게 위치설정하는 것을 보조한다.

한편, 본 명세서에서는 치료를 위한 트랜스듀서를 위주로 하여 설명하였지만, 본 발명이 이러한 용도에만 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다. 다른 산업분야에서도 본 발명에 따른 HIFU용 트랜스듀서가 적용될 수 있음은 물론이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

300 : 트랜스듀서
301 : 초음파 진동자
302 : 단자핀
310 : 분할부
321 : 외측링
322 : 내측링
330 : 유지링

Claims (10)

1. 삭제
2. 프레임에 부착되는 다수의 초음파 진동자들을 구비한 트랜스듀서에 있어서,
   상기 프레임이 다수의 분할부들로 형성되고,
   상기 다수의 초음파 진동자들이 상기 각 분할부들의 표면 상에 서로 다른 배열구조로 부착되며,
   상기 트랜스듀서는, 상기 분할부들을 지지 고정하는 외측링, 상기 분할부들을 지지 고정하면서 상기 외측링의 내경보다 작은 외경을 가진 내측링, 및 상기 분할부들의 외주면을 둘러싸면서 상기 분할부들을 보유지지하는 유지링을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
3. 프레임에 부착되는 다수의 초음파 진동자들을 구비한 트랜스듀서에 있어서,
   상기 프레임이 다수의 분할부들로 형성되고,
   상기 다수의 초음파 진동자들이 적어도 하나의 상기 분할부의 표면에서는 규칙적으로 배열되고, 적어도 다른 하나의 상기 분할부의 표면에서는 랜덤식으로 배열되어 부착되는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
4. 프레임에 부착되는 다수의 초음파 진동자들을 구비한 트랜스듀서에 있어서,
   상기 프레임이 다수의 분할부들로 형성되고,
   상기 다수의 초음파 진동자들이 상기 각 분할부들의 표면에서 랜덤식으로 배열되며, 그 배열이 모든 상기 분할부들에서 동일하게 적용되는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
5. 프레임에 부착되는 다수의 초음파 진동자들을 구비한 트랜스듀서에 있어서,
   상기 프레임이 다수의 분할부들로 형성되고,
   상기 다수의 초음파 진동자들이 상기 각 분할부들의 표면에서 랜덤식으로 배열되며, 그 배열이 일부 상기 분할부들끼리 서로 동일하게 적용되는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
6. 삭제
7. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 트랜스듀서는, 상기 분할부들을 지지 고정하는 외측링, 상기 분할부들을 지지 고정하면서 상기 외측링의 내경보다 작은 외경을 가진 내측링, 및 상기 분할부들의 외주면을 둘러싸면서 상기 분할부들을 보유지지하는 유지링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
8. 제7항에 있어서,
   상기 각 분할부들은 상기 초음파 진동자들의 반대쪽으로 신호라인을 구성하는 다수의 단자핀들이 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
9. 제8항에 있어서,
   상기 단자핀은, 상기 분할부들이 상기 외측링과 상기 내측링 상에 지지 고정될 때, 상기 외측링과 상기 내측링 사이의 공간을 통과하여 상기 분할부들의 반대측에 위치하는 PCB에 연결 고정되는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
10. 삭제

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