KR101356437B1 - 지방조직의 감소를 위한 고강도 집속 초음파 생성 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 트랜스듀서 내부면을 비구면으로 구성하여 형성되는 급격한 온도상승에 의한 온열효과가 발생하는 Focal Area를 넓히고 아울러 X, Y, Z축 이동으로 깊이조절은 물론이고 시술부위에 밀착시 시술부위를 크게 확장 시키는 방안으로 시술부위에 밀착되는 어플리케이터는 영상초음파 와 초음파시술용 트랜스듀서등을 X축, Y축 방향으로 원하는 지점으로 이송시키며 그리고 초음파시술용 트랜스듀서에서 조사된 고강도 집속 초음파의 초점 위치를 피하 지방층에 맞도록 조절하는 초점의 깊이를 조절 할 수 있는 트랜스듀서 상하 높이 조절장치를 구비한 고강도 집속 초음파 생성 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

지방조직의 감소를 위한 고강도 집속 초음파 생성 장치{HIGH INTENSITY FOCUSED ULTRASOUND GENERATING DEVICE FOR DEDUCTION OF FAT TISSUE}

본 발명은 비침습적인 방법으로 피하 지방층 에만 초음파를 방출하여 특정한 지방층에 초음파를 집속하여 열을 발생시킴에 따라 시술 부위에 급격한 온도 상승을 유발시키고 이러한 온열 기능을 통해 목표한 피하 지방층을 감소시키는 고강도 집속 초음파 생성 장치에 관한 것이다

많은 사람들이 미용에 관심을 갖기 시작하면서, 피부 미용에 대한 관심 또한 나날이 증가하고 있다. 건강한 피부에 대한 욕구는 단지 미용 분야에만 국한되지 않고 오존층의 파괴에 따라 강해지는 자외선 및 각종 공해 로 부터 피부의 건강을 지키기 위한 의료 분야의 성장에도 영향을 미치고 있다.

피부의 진피와 표피층 아래에는 지방조직층이 존재한다. 셀룰라이트는 피하지방층에서 발생하기 쉬우며, 연결된 조직의 가닥에 의해 둘러싸인 특정한 챔버 내로 피하지방이 조직화될 수 있기 때문에 이는 다른 지방층에 비해 독특한 점이다. 과도한 지방 조직은 비만, 셀룰라이트, 처진 피부 그리고 주름의 원인이 될 수 있다.

지방조직 중 대부분을 차지하는 피하지방은 얕은 지방층과 깊은 지방층으로 나뉜다. 깊은 지방은 복부 허리 둔부 및 대퇴부에서 피하막과 근막 사이에 있으며 깊은 지방구획을 이룬다. 이 깊은 지방층은 뚜렷하게 국소 지역에 축적되는 경향을 보인다. 나이가 들면서 생성된 국소적 지방 축적은 섬유질성 격벽이 얇아지고 결손으로 말미암아 그 제한된 공간내에서 부피가 커진다. 따라서 허리 아래부위에서 불거지는 경향을 보인다.

과도한 지방의 국부적 집중으로 볼록하게 피부가 팽창하고 바람직하지 않은 피부 윤곽은 지질이 풍부한 지방층을 제거함으로써 피부의 외부층의 모양이 개선될 수 있다.

피하 지방층 또는 지방 조직을 줄이는 비침습적인 방법으로 RF(Radio Frequency)고주파, 광선 등의 다양한 방법으로 피하 지질 과다 세포들의 영역에 열을 가하는 방법들이 있다.

초음파는 20 KHz 이상의 주파수를 갖는 파동을 말하는 것으로서, 의료분야에서의 환부에 대한 진단 및 치료는 물론, 피부 미용에까지 다양하게 활용된다.

특히 초음파를 고강도로 집속한 형태를 고강도 집속 초음파(High Intensity focused ultrasound)라고 하며, 이러한 고강도 집속 초음파를 생성하는 장치를 고강도 집속 초음파 생성 장치라 한다.

일반적인 고강도 집속 초음파 생성 장치는 초음파를 방출하는 트랜스듀서를 내장하되, 방출된 초음파를 특정한 한 지점(이를, "초점"이라 함)에 집속하여 열을 발생시킴에 따라 시술 부위에 급격한 온도 상승을 유발시킨다. 이러한 온열 기능을 통해 각종 환부에 부작용을 남기지 않고 목적한 의료 시술을 수행한다.

종래의 피하 지방층 또는 지방 조직을 줄이기 위한 비침습적인 방법으로 고주파, 광선 등의 다양한 방법으로 피하 지질 과다 세포들의 영역에 열을 가하는 시술을 해왔으나 실효 측면에서 보면 효과는 미미한 상황이었다.

그 원인으로는 피부표면에서 피하 지방층까지 깊이 기존의 고주파 나 광선이 도달하기 어렵고 그렇다고 깊이 도달하도록 출력을 무한정 올리기에는 피부표면에 과다한 전류 온도상승 등의 다른 악영향을 고려하지 않을 수 없었다.

본 발명의 목적은 비침습적인 방법으로 피부표면은 물론 목표부위 외에는 어떤 부작용도 없이, 고강도 집속 초음파 생성 장치에서 생성된 초음파를 방출하여 특정한 지방층에 열을 발생시킴에 따라 시술 부위에 급격한 온도 상승을 유발시키고 이러한 온열 기능을 통해 목표한 피하 지방층을 감소시키기 위한 고강도 집속 초음파 생성 장치를 제공함에 있다.

피하 지방층에 초음파를 방출하기 위하여 트랜스듀서를 반구형의 압전소자를 사용하는 경우, 어느 정도의 트랜스듀서 ,크기를 적용하더라도 피하 지방층에서 열을 발생시키는 면적은 제한적이고 또한 이 온열기능의 영향을 받는 면적을 넓히기 위해서는 트랜스듀서의 크기를 키우고 아울러 출력을 높여야 하는 문제가 발생한다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 하나의 사상에 따르면,

내부에 빈 공간을 구비하는 소켓 형상을 갖는 어플리케이터; 및

상기 프로브의 내부의 빈 공간에는 초음파를 생성하는 트랜스듀서 가 구비되며, 이 트랜스듀서에서 조사된 고강도 집속 초음파의 초점의 깊이를 조절 할 수 있는 트랜스듀서 상하 높이 조절장치: 및

상기 트랜스듀서를 X축, Y축 방향으로 원하는 지점으로 이송시키는 장치에 부착하여 시술하고자 하는 부위의 피부 표면에 접촉하면 피하 지방층에 맞추어 고강도 집속 초음파의 초점부위를 조절하고 X축, Y축 방향으로 트랜스듀서를 이동시켜가면서 초음파를 조사하여 온도상승에 의한 온열효과를 넓은 부위에서 얻도록 한다.

본 발명에 의하면, 비침습적인 방법으로 피부표면은 물론 목표부위 외에는 어떤 부작용도 없이, 시술시 목표한 특정 지방층의 넓은 면적을 동시 또는 순차적으로 필요한 부분에 선별적으로 시술하므로 시술시간 단축 효과가 있으며, 목표한 특정 지방층에 초음파를 집속하여 열을 발생시킴에 따라 시술 부위에 급격한 온도 상승을 유발시키고 이러한 온열 기능을 통해 목표한 피하 지방층은 분해되고 분해된 지방 조직은 림프계(lymphatic system)에 의해 몸 밖으로 배출하게 된다. 피하 조직층에서 지방조직이 제거됨으로써 체중 감소, 셀룰라이트 감소, 처진 피부개선, 깊은 주름 감소 및 몸매 윤곽이 개선된다.

도 1은 기존의 고강도집속형 초음파 생성장치의 트랜스듀서에서 조사된 초음파가 집속되는 모습을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 내부 곡면부가 비구면으로 구성된 트랜스듀서에서 초점들 과 발열부인 초점 영역(Focal Area)을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 다른 실시예로 평면과 비구면으로 구성된 트랜스듀서를 도시한 도면이다
도 4 는 본 발명에 의한 핸드피스(어플리케이터) 로 시술하는 모습을 보여주는 단면 구성도 이다.
도 5는 본 발명에 의한 회로(Block Diagram) 구성예 이다.
도 6은 본 발명에 의한 초음파 초점발생 위치 조절장치의 실시예 를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 의한 트랜스듀서의 초점을 이송시키기 위한 장치의 실시예 를 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

단지 여기에서 설명될 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

먼저, 의료 분야 또는 미용 분야에서 활용 가능한 초음파 시술의 특징에 관하여 간략히 살펴보기로 한다.

첫째, 초음파는 투과 및 반사 성질을 갖는다. 이러한 성질에 따라, 인체의 특정 부위로 조사된 초음파는 해당 장기를 투과하면서 반사되는 시간 및 강도를 시각화하여 그 단면 영상을 획득하는 수단으로 활용된다.

둘째, 초음파는 수술용 칼 등에 초음파 진동을 부여하여 절삭과 같은 시술효과를 발휘하는 역학적 기능을 갖는다.

셋째, 초음파의 음압은 유체를 통과할 때, 유체 내에서 미세한 버블을 발생시킨다. 이때, 발생된 버블은 팽창과 파열됨에 따라 높은 압력 형태의 쇼크웨이브(shockwave) 형태로 구현된다. 이러한 작용은 강한 전단력(shear force)을 수반한다.

넷째, 초음파는 조직 내에 전달되어 흡수되면서 열에너지로 변환된다. 충분한 에너지를 갖는 초음파는 조직 내에 급격한 온도 상승을 일으킬 수 있는데, 이를 초음파의 열 효과라고 한다.

본 발명에서의 고강도 집속 초음파 생성 장치는, 이러한 초음파의 열 효과를 이용한 의료기기에 해당한다. 그 중에서도, 고강도 집속 초음파(High Intensity Focused Ultrasound)는, 초음파 트랜스듀서(transducer)에서 발생된 초음파를 일정한 집속점(즉, 초점)으로 집속시켜 강도를 강화시킨 형태이다. 조직 내부로 조사된 고강도 집속 초음파는 초점에서 발생된 열 효과를 이용하여 각종 암을 온열방식으로 치료하며, 이때 인체에 상처나 부작용을 남기지 않는다. 특히 고통을 수반하지 않는 장점이 있다.

본 발명의 구성에 대하여 설명하면 제 5도에서와 같이 시술부위에 밀착 되는 어플리케이터(40)는 영상초음파(55)와 초음파시술용 트랜스듀서(55)등을 X축, Y축 방향으로 원하는 지점으로 이송시키는 장치(54), 그리고 초음파시술용 트랜스듀서에서 조사된 고강도 집속 초음파의 초점 위치를 피하 지방층에 맞도록 조절하는 초점의 깊이를 조절 할 수 있는 트랜스듀서 상하 높이(Z축) 조절장치(53), 상기 조정 할 수 있는 콘트롤러(58) 그리고 유저인터페이스 조정용 모니터(59, Monitor) 로 구성된다.

도 1은 종래의 고강도 집속형 초음파 생성장치의 트랜스듀서에서 방사된 초음파가 집속되는 모습을 도시한 도면으로 초음파 트랜스듀서(11)의 내부곡면은 단일 반경(d)으로 구성되어 F 지점에서 초점이 형성되며 F 지점이 온도상승 된다. 형성된 초점의 크기는 대략 1.0Φ 이하이다. 트랜스듀서에서 방사된 초음파에너지의 강도(P)는 F 지점에 가까워 질수록 커진다.

도 2는 고강도 집속형 초음파 생성장치의 트랜스듀서를 비구면으로 구성한 것으로 좀더 상세히 설명하면 초음파 트랜스듀서(21)의 일부(21a)에 서 방사된 초음파는 d 거리 만큼 떨어진곳 즉 F1 지점에 초점이 형성되고 또다른 일부(21b)에서 방사된 초음파는 d' 거리 만큼 떨어진곳 즉 F2 지점에 초점이 형성되고 또다른 일부(21c)에서 방사된 초음파는 d'' 거리 만큼 떨어진곳 즉 F2 지점에 초점이 형성된다. 이렇게 내부가 다초점으로 형성된 경우는 개별 초점에서 가열되는 온도는 조금 낮아지지만 넓은 초점 영역(22, Focal Area)을 가열시키는 효과를 얻게 된다.

초점이 형성되어 온열효과가 발생하는 Focal Area는 일반적으로 피하 지방층에 해당하는 깊이로 5~30mm 정도이며 더 바람직하게는 10~20mm범위 이다. 또한 Focal Area의 크기는 2~30Φ 더 바람직하게는 5~10Φ 범위 이다.

도 3은 도 2의 트랜스듀서에 있어서 가운데 일부분을 평면 으로 나머지 부분은 비구면을 구비한 트랜스듀서를 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명에 의한 어플리케이터 의 실시예로 내부에 빈 공간을 구비하는 소켓 형상의 어플리케이터(40)에 있어서 상기 어플리케이터의 내부 공간은 지방감소를 위한 시술시 초음파를 생성하는 트랜스듀서 가 구비되며, 이 트랜스듀서 를 이동시키는 구동장치(60)가 내장된다.

소켓 형상의 어플리케이터(40)의 내부에 구비된 트랜스듀서 를 이동시키는 구동장치(60)의 이동거리는 5~50mm 범위 이며 더 바람직하게는 10~40mm 범위 이다.

실시예를 좀 더 상세히 설명하면 도 7에서와 같은 3축 로봇 이송장치(60)의 Z축의 일 측면에 부착된 초음파 트랜스듀서(42, 43)은 조사된 고강도 집속 초음파의 초점 위치를 피하 지방층에 맞도록 초점의 깊이를 조절 할 수 있는 트랜스듀서 상하 높이(Z축) 조절장치(73): 및

상기 트랜스듀서를 X축, Y축 방향으로 원하는 지점으로 이송시키는 장치(71, 72)에 구조로

시술하고자 하는 부위의 피부 표면에 어플리케이터(핸드피스)를 밀착시킨 상태에서 피하 지방층에 맞추어 고강도 집속 초음파를 방사하면, X축 과 Y축 방향으로 트랜스듀서는 설정한 범위를 이동하면서 초음파를 조사하여 넓은 부위에서 온도상승에 의한 온열효과를 얻도록 한다.

초음파 시술시에는 영상초음파(43)로 시술부위의 영상을 확인하면서 트랜스듀서(42)로 초음파 시술을 하여 도 2에서의 초점 영역에 해당하는 도 4의 F지점에 집속하게 하여 급속한 온도상승을 유발하고 이 온열효과로 지방감소의 목적을 실현하게 된다.

도 4 는 본 발명에의한 시술 모습을 보여주는 절단면의 도면이다.

또 다른 실시예를 보면

또한 샤프트(65)의 일 측면은 도6의 기어4와 같이 기어가공이 되어 있으며 이 기어4와 맞물리는 기어3(64), 2(63), 1(62)로 구동장치(61)에 연결되어, 구동장치의 회전에 의해 기어1(62), 2(63), 3(64)을 통하여 회전운동이 기어4에서 상하운동으로 전환된다.

기어3(64) 은 기어2(63)에 비해 보다 많은 이(齒)수 를 가지며 하나의 몸체로 고정되어 구동장치(61)에서의 회전수를 감속시키는 역할을 하며 기어3(64)의 감속된 회전운동 이 트랜스듀서가 부착된 샤프트의 기어4 를 감속된 상하운동으로 정밀한 조절이 가능하게 한다.

샤프트(65)의 다른 일측면 에는 일체형 또는 별개로 구성된 영상초음파(23)와 초음파시술용 트랜스듀서(42)가 구비되어 초점 깊이 조절용 이송장치(60)의 회전에 의해 상하로 이동하며 피하지방(50)의 용해/분해를 위한 초점 영역의 깊이를 조절하게 한다.

초점 깊이 조절용 이송장치(60)의 회전에 의한 상하 깊이 가변범위는 5~30mm 범위 이며 더 바람직하게는 10~20mm범위 이다.

영상초음파(43)와 초음파시술용 트랜스듀서(42)는 카트리지(41) 내부에 수납되며 영상초음파(23)와 초음파시술용 트랜스듀서(42)에서 방사되는 초음파가 손실이 없도록 물 과 같은 초음파 손실계수가 낮은 매질(44)이 내장되며 방사되는 부분은 창 window (45)으로 구성된다.

본 발명에서는 도시하지 않았으나 시술시 목표부위를 진공펌프로 흡입하고, 영상초음파(43)로 시술부위의 영상을 확인하면서 트랜스듀서(42)로 초음파 시술을 하여 고강도 집속초음파를 F지점에 집속하게 한다. 이때 트랜스듀서의 내부 곡면을 초점이 커지도록 비구면 으로 하여 도 2에서와 같이 초점 영역에 온열효과로 지방감소의 목적을 실현하는 것으로 초음파 이외에도 부가적으로 진공펌프로 흡입하고 RF고주파에 의한 온열 기능으로 효과적인 피하 지방층을 감소시킬 수 있는 방법을 적용 할 수도 있다. 초음파와 병행하여 RF고주파를 함께 조사 할 수 있으며, 초음파 또는 RF고주파 만 으로도 따로 작동하여 지방감소를 시킬 수 있다.

전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허 청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

11: 단일반경(R)을 갖는 초음파 트랜스듀서
21: 복합반경(R) 즉 비구면 내경을 갖는 초음파 트랜스듀서
22: 초점 영역
40: 본 발명에 의한 어플리케이터(Applicator)
41: 카트리지 42: 초음파 시술용 트랜스듀서
43: 영상초음파 44: 초음파 손실이 적은 매질
45: 윈도우 46: 슬라이드 부쉬 (Slide Bush )
48: 표피 49: 진피
50: 피하지방 53: 초점 깊이 콘트롤
54: X, Y축 좌표 이송 콘트롤 55: 초음파(영상)발생장치
56: 초음파(시술용)발생장치 58: 콘트롤러
59: 모니터 60: 초점 위치 조절용 이송장치
61: 구동장치 62: 기어 1
63: 기어 2 64: 기어
65: 일측면에 트랜스듀서가 고정되고, 타 측면에 상하 이송용 기어4 가 가공 처리된 샤프트
71: X축 방향 이송 72: Y축 방향 이송
73: Z축(초점 깊이) 방향 이송

Claims (5)

1. 시술부위에 흡착되는 어플리케이터;
   상기 어플리케이터 내에서 이동이 가능하며, 영상초음파와 고강도 집속 초음파를 시술부위에 조사하는 초음파 트랜스듀서; 및
   상기 어플리케이터 내부에 구비되며, 물(water)에 비해 같거나 작은 손실계수를 갖는 매질(medium);을 포함하며,
   상기 초음파 트랜스듀서는 내부에 비구면을 구비하여 복수의 초점으로 이루어진 초점 영역(Focal Area)을 갖는 고강도 집속 초음파 생성 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 초음파 트랜스듀서는,
   상기 어플리케이터 내에서 X,Y,Z축 방향으로 각각 위치이동이 가능하며,
   X,Y축으로는 10~50mm 범위 내에서 이동이 가능하고, Z축으로는 피부 표면으로부터 5~30mm 깊이 내에서 상하 이동이 가능한 고강도 집속 초음파 생성 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 초음파 트랜스듀서는,
   5~10Φ 면적의 초점 영역을 갖는 고강도 집속 초음파 생성 장치.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 초음파 트랜스듀서는,
   상기 영상초음파와 고강도 집속 초음파가 조사되는 부위가 일체형으로 구성되는 고강도 집속 초음파 생성 장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 초음파 트랜스듀서는,
   상기 영상초음파와 고강도 집속 초음파가 조사되는 부위가 분리형으로 분할 구획된 고강도 집속 초음파 생성 장치.

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