KR101712552B1 - 고강도 집속 초음파 치료헤드 - Google Patents

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Abstract

고강도 집속 초음파 치료헤드를 개시한다. 고강도 집속 초음파 트랜스듀서의 고강도 초음파 방사 프레임은 고강도 초음파 방사면을 갖는다. 멤브레인은 고강도 초음파 방사면과의 사이에 초음파 전달매질을 수용하기 위한 수용공간을 형성한다. 이미징 트랜스듀서는 고강도 초음파 방사 프레임의 중앙을 관통해서 삽입된다. 초음파 전달매질 공급부는 외부의 초음파 전달매질을 수용공간 내로 공급하며, 초음파 전달매질을 고강도 초음파 방사면의 외측으로부터 고강도 초음파 방사면의 내측으로 분사하여 고강도 초음파 방사면 부근에서 유동시킨다. 초음파 전달매질 배출부는 이미징 트랜스듀서에 인접하게 배치되어 수용공간 내의 초음파 전달매질을 외부로 배출한다.

Description

고강도 집속 초음파 치료헤드{High Intensity Focused Ultrasound Treatment Head}
본 발명은 고강도의 초음파에너지를 한 곳에 모을 때 초점에서 발생하는 고열을 이용해서 치료하는데 사용되는 고강도 집속 초음파 치료헤드에 관한 것이다.
고강도 집속 초음파 치료(High-Intensity Focused Ultrasound; HIFU)는 고강도의 초음파에너지를 한 곳에 모을 때 초점에서 발생하는 섭씨 65~100도의 고열을 이용해서 신체 속의 병변 조직을 태워 없애는 시술이다. 즉, 진단할 때 사용하는 초음파의 세기보다 약 십만 배 정도로 강한 초음파를 한 곳에 집속시키면 초점 부위에서 열이 발생하는데, 이 열을 이용해서 신체 속의 병변 조직을 태워 없앨 수 있다.
초음파 자체는 인체에 무해하고 초음파가 집중되는 초점에서만 열이 발생하므로, 비침습성(non-invasive)으로 신체 속의 병변을 치료할 수 있다. 고강도 집속 초음파 치료는 췌장암, 자궁근종, 간암 등에 가능하며, 전립선암, 자궁내막암, 신장암, 유방암, 연조직 종양, 뼈종양 등에 대해서도 활발한 연구가 이루어지고 있다.
종래의 일 예에 따른 고강도 집속 초음파 치료헤드는 단부에 고강도 집속 초음파 트랜스듀서를 구비한다. 고강도 집속 초음파 트랜스듀서는 고강도 집속 초음파를 방사하도록 구성된다. 멤브레인(membrane)은 고강도 집속 초음파 트랜스듀서의 고강도 초음파 방사면을 덮도록 고강도 집속 초음파 트랜스듀서에 장착된다. 이 상태에서, 초음파 전달매질이 고강도 초음파 방사면과 멤브레인 사이의 수용공간에 채워진다. 일반적으로, 초음파 전달매질로는 탈기된 물이 이용되고 있다. 추가로, 고강도 집속 초음파 치료헤드에는 진단 영상을 획득하기 위한 이미징 트랜스듀서(imaging transducer)가 구비될 수 있다.
이러한 고강도 집속 초음파 치료헤드는 환자 상부에 위치되어 멤브레인을 환자 피부에 접촉시킨 상태에서 고강도 초음파 방사면을 통해 고강도 집속 초음파를 방사한다. 그러면, 고강도 집속 초음파는 고강도 초음파 방사면과 멤브레인 사이의 수용공간에 채워진 물을 거쳐 환자의 병변 부위로 전달된다.
한편, 멤브레인이 고강도 집속 초음파 트랜스듀서에 초기 장착되거나 교체된 후, 물이 고강도 초음파 방사면과 멤브레인 사이의 빈 수용공간 내에 채워진다. 이 과정에서 기포가 발생되어 고강도 초음파 방사면에 달라붙게 된다. 이러한 상태로 고강도 집속 초음파 치료가 수행되면, 수용공간 내의 기포가 고강도 집속 초음파에 의해 터지면서 순간적으로 고온을 발생시킬 수 있다. 이로 인해, 환자가 피부에 화상을 입는 등 심각한 위험이 초래될 수 있다. 또한, 수용공간 내의 기포는 이미징 트랜스듀서에 의해 획득되는 진단 영상 데이터를 왜곡시키는 요인이 될 수 있다.
따라서, 고강도 집속 초음파 치료를 수행하기 전에, 수용공간 내의 모든 기포가 제거될 필요가 있다. 이때, 기포를 제거하는 시간이 길어질수록 치료 시간이 길어지므로, 기포 제거는 신속하게 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 고강도 집속 초음파 치료시 고강도 집속 초음파에 의해 물속에 기포가 생성되어 고강도 초음파 방사면에 달라붙을 수 있다. 이러한 상태에서, 고강도 집속 초음파 치료가 재개되면, 전술한 문제들을 일으킬 수 있다. 따라서, 고강도 집속 초음파 치료가 재개되기 전에, 기포를 신속하게 제거할 필요가 있다.
공개특허공보 제10-2012-0101661호(2012.09.14.)
본 발명의 과제는 기포를 더욱 신속하고 효과적으로 제거할 수 있는 고강도 집속 초음파 치료헤드를 제공함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 고강도 집속 초음파 치료헤드는 고강도 집속 초음파 트랜스듀서와, 멤브레인과, 이미징 트랜스듀서와, 초음파 전달매질 공급부, 및 초음파 전달매질 배출부를 포함한다. 고강도 집속 초음파 트랜스듀서는 고강도 초음파를 발생시키는 고강도 초음파 발생부, 및 하부에 중앙을 정점으로 오목한 곡면 형태로 이루어진 고강도 초음파 방사면을 갖고 고강도 초음파 발생부로부터 발생된 고강도 초음파를 집속시켜 방사하는 고강도 초음파 방사 프레임을 구비한다. 멤브레인은 고강도 초음파 방사 프레임의 고강도 초음파 방사면을 덮도록 장착되며, 고강도 초음파 방사면과의 사이에 초음파 전달매질을 수용하기 위한 수용공간을 형성한다. 이미징 트랜스듀서는 고강도 초음파 방사 프레임의 중앙을 관통해서 삽입된다. 초음파 전달매질 공급부는 고강도 초음파 방사 프레임의 가장자리 부위에 배치되어 외부의 초음파 전달매질을 수용공간 내로 공급하며, 초음파 전달매질을 고강도 초음파 방사면의 외측으로부터 고강도 초음파 방사면의 내측으로 분사하여 고강도 초음파 방사면 부근에서 유동시킨다. 초음파 전달매질 배출부는 이미징 트랜스듀서에 인접하게 고강도 초음파 방사 프레임의 중앙 부위에 배치되어 수용공간 내의 초음파 전달매질을 외부로 배출한다.
본 발명에 따른 고강도 집속 초음파 치료헤드는 고강도 집속 초음파 트랜스듀서와, 멤브레인과, 초음파 전달매질 공급부, 및 초음파 전달매질 배출부를 포함한다. 고강도 집속 초음파 트랜스듀서는 고강도 초음파를 발생시키는 고강도 초음파 발생부, 및 고강도 초음파 발생부로부터 발생된 고강도 초음파를 집속시켜 방사하는 고강도 초음파 방사 프레임을 구비한다. 멤브레인은 고강도 초음파 방사 프레임의 고강도 초음파 방사면을 덮도록 장착되며, 고강도 초음파 방사면과의 사이에 초음파 전달매질을 수용하기 위한 수용공간을 형성한다. 초음파 전달매질 공급부는 고강도 초음파 방사 프레임에 배치되어 외부의 초음파 전달매질을 수용공간 내로 공급하며, 초음파 전달매질을 고강도 초음파 방사면 부근에서 유동시키도록 분사한다. 초음파 전달매질 배출부는 고강도 초음파 방사 프레임에 배치되어 수용공간 내의 초음파 전달매질을 외부로 배출한다.
본 발명에 따르면, 멤브레인이 고강도 집속 초음파 트랜스듀서에 초기 장착되거나 교체된 후, 고강도 초음파 방사면과 멤브레인 사이의 빈 수용공간에 초음파 전달매질을 채우는 과정에서 생성된 기포를 수용공간 내로부터 신속하게 제거할 수 있다. 또한, 고강도 집속 초음파 치료시 고강도 집속 초음파에 의해 생성된 기포를 수용공간 내로부터 신속하게 제거할 수 있다. 따라서, 고강도 집속 초음파 치료에 소요되는 시간을 단축할 수 있다.
본 발명에 따르면, 수용공간 내의 초음파 전달매질을 냉각시킬 때, 수용공간 내에서 초음파 전달매질의 온도 분포를 고르게 할 수 있으므로, 초음파 전달매질의 냉각 온도를 정확하게 모니터링할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 치료헤드에 대한 단면도이다.
도 2는 도 1에 있어서, 수용공간에 초음파 전달매질이 채우면서 기포를 제거하는 과정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 도 2에 있어서, A 영역을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3에 있어서, 분사유도 부재의 분사 방향이 고강도 초음파 방사면의 반경 방향에 대해 경사진 예를 도시한 저면도이다.
도 5는 배출 포트의 다른 예를 도시한 저면도이다.
도 6은 도 5에 있어서, 배출 포트의 또 다른 예를 도시한 저면도이다.
도 7은 분사유도 부재의 다른 예를 도시한 저면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 치료헤드에 대한 단면도이다.
본 발명에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 치료헤드에 대한 단면도이다. 도 2는 도 1에 있어서, 수용공간에 초음파 전달매질이 채우면서 기포를 제거하는 과정을 설명하기 위한 단면도이다. 도 3은 도 2에 있어서, A 영역을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 고강도 집속 초음파 치료헤드(100)는 고강도 집속 초음파 트랜스듀서(110)와, 멤브레인(120)과, 이미징 트랜스듀서(130)와, 초음파 전달매질 공급부(140), 및 초음파 전달매질 배출부(150)를 포함한다.
고강도 집속 초음파 트랜스듀서(110)는 환자 치료를 위한 고강도 집속 초음파를 방사하도록 구성된다. 고강도 집속 초음파 트랜스듀서(110)는 고강도 초음파 발생부(111) 및 고강도 초음파 방사 프레임(112)을 구비한다.
고강도 초음파 발생부(111)는 고강도 초음파를 발생시킨다. 예컨대, 고강도 초음파 발생부(111)는 고강도 초음파 방사 프레임(112)에 장착될 수 있다. 도시하고 있지 않지만, 고강도 초음파 발생부(111)는 배선 등에 의해 구동회로기판에 전기적으로 연결될 수 있다. 구동회로기판은 고강도 초음파 방사 프레임(112)의 상측에 배치될 수 있다.
고강도 초음파 발생부(111)는 압전소자를 포함할 수 있다. 압전소자는 구동회로기판에 의해 전압을 인가 받으면 공진하여 초음파를 발생시키게 된다. 압전소자는 티탄산 지르콘산 납(PZT, lead zirconate titanate)계 등의 압전 세라믹, 단결정, 이들 재료와 고분자 재료를 복합한 복합 압전체 등으로 이루어질 수 있다. 또한, 고강도 초음파 발생부(111)는 음향 정합층을 포함할 수 있다. 음향 정합층은 압전소자의 일측에 위치되어 공진 특성을 적절히 설정할 수 있게 한다. 고강도 초음파 발생부(111)는 고강도 초음파를 발생시킬 수 있는 범주에서 다양한 형태로 구성될 수 있으므로, 예시된 바에 한정되지는 않는다.
고강도 초음파 방사 프레임(112)은 하부에 중앙을 정점으로 오목한 곡면 형태로 이루어진 고강도 초음파 방사면(112a)을 갖고, 고강도 초음파 발생부(111)로부터 발생된 고강도 초음파를 집속시켜 방사한다. 예컨대, 고강도 초음파 방사 프레임(112)은 일정 두께를 갖고 대략 반구 형상으로 이루어질 수 있다.
고강도 초음파 방사 프레임(112)은 하우징(103)에 수용될 수 있다. 하우징(103)은 내부 공간을 갖는 원통 형상으로 이루어질 수 있다. 하우징(103)은 하측이 개구되어 고강도 초음파 방사 프레임(112)의 고강도 초음파 방사면(112a)을 노출시킬 수 있다. 고강도 초음파 방사 프레임(112)은 테두리가 하우징(103)의 하측 개구 부위에 결합되어 하우징(103)의 하측 개구를 막도록 형성될 수 있다.
멤브레인(120)은 고강도 초음파 방사면(112a)을 덮도록 장착되어, 고강도 초음파 방사면(112a)과의 사이에 초음파 전달매질(101)을 수용하기 위한 수용공간(102)을 형성한다. 초음파 전달매질(101)은 탈기된 물 등으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 멤브레인(120)은 하우징(103)의 하측 개구와 측면 일부를 함께 감싸는 형태로 이루어지며, 하우징(103)의 측면에 실링된 상태로 결합될 수 있다. 멤브레인(120)은 고강도 초음파 방사 프레임(112)의 테두리에 실링된 상태로 결합되는 것도 가능하므로, 예시된 바에 한정되지 않는다.
멤브레인(120)은 초음파 전달매질(101)과 유사한 음향 임피던스를 갖고 초음파 전달손실이 적으며 우수한 탄성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 멤브레인(120)은 에틸렌프로필렌(EPDM, Ethylene Propylene Diene Monomer) 고무, 라텍스(latex) 고무, 실리콘 고무 등과 같은 재질로 이루어질 수 있다. 멤브레인(120)은 수용공간(102)에 초음파 전달매질(101)이 수용되지 않은 상태에서 도 1에 도시된 바와 같은 형태를 지닌다. 이 상태에서, 수용공간(102)에 초음파 전달매질(101)이 설정 양으로 채워지면, 멤브레인(120)은 도 2에 도시된 바와 같이, 대략 반구 형상으로 변형될 수 있다.
이미징 트랜스듀서(130)는 피검사체에 대한 진단 영상을 획득하기 위한 것이다. 시술자는 이미징 트랜스듀서(130)에 의해 획득되는 진단 영상을 확인하면서 고강도 집속 초음파 치료를 시술할 수 있다. 이미징 트랜스듀서(130)는 초음파 신호를 피검사체로 송신하고 피검사체로부터 반사된 초음파 신호를 수신할 수 있게 구성될 수 있다. 예컨대, 이미징 트랜스듀서(130)는 원통 형상의 케이싱에 압전소자 등이 내장되어 구성될 수 있다. 이미징 트랜스듀서(130)의 하면을 통해 초음파가 송수신될 수 있다.
이미징 트랜스듀서(130)는 고강도 초음파 방사 프레임(112)의 중앙을 관통해서 삽입된다. 고강도 초음파 방사 프레임(112)의 중앙에는 이미징 트랜스듀서(130)의 삽입을 위한 삽입 홀이 형성될 수 있다. 고강도 초음파 방사 프레임(112)은 삽입 홀의 상측 개구 주변을 따라 돌출되어 형성된 플랜지부(112b)를 포함할 수 있다.
이미징 트랜스듀서(130)의 둘레는 하우징(103) 내의 격벽(103a)에 의해 감싸질 수 있다. 격벽(103a)은 하측 부위가 고강도 초음파 방사 프레임(112)의 플랜지부(112b)에 결합될 수 있다. 이미징 트랜스듀서(130)와 격벽(103a) 사이로 초음파 전달매질(101)이 누설되지 않도록 이미징 트랜스듀서(130)와 격벽(103a)은 실링되어 결합될 수 있다.
초음파 전달매질 공급부(140)는 고강도 초음파 방사 프레임(112)의 가장자리 부위에 배치되어 외부의 초음파 전달매질(101)을 수용공간(102) 내로 공급한다. 초음파 전달매질 공급부(140)는 초음파 전달매질(120)을 고강도 초음파 방사면(112a)의 외측으로부터 고강도 초음파 방사면(112a)의 내측으로 분사하여 고강도 초음파 방사면(112a) 부근에서 유동시킨다. 따라서, 고강도 초음파 방사면(112a)에 부착된 기포(10)는 고강도 초음파 방사면(112a) 부근에서 유동하는 초음파 전달매질(101)에 의해 고강도 초음파 방사면(112a)으로부터 떼어진 후, 고강도 초음파 방사면(112a)의 내측으로 유도되어 이동될 수 있다. 이때, 고강도 초음파 방사면(112a)은 중앙을 정점으로 오목한 곡면 형태로 이루어져 있으므로, 고강도 초음파 방사면(112a)으로부터 떼어진 기포(10)는 고강도 초음파 방사면(112a)의 가장 높은 부위로 모일 수 있다.
예컨대, 초음파 전달매질 공급부(140)의 분사 방향은 초음파 전달매질(101)을 고강도 초음파 방사면(112a)을 따라 유동시키도록 설정될 수 있다. 초음파 전달매질(101)이 고강도 초음파 방사면(112a)을 따라 유동하면서 고강도 초음파 방사면(112a)으로부터 기포(10)를 더욱 효과적으로 떼어낼 수 있다. 초음파 전달매질 공급부(140)는 적어도 하나의 공급 포트(inlet port, 141), 및 분사유도 부재(142)를 포함할 수 있다.
공급 포트(141)는 고강도 초음파 방사 프레임(112)의 가장자리 부위를 상하로 관통해서 형성될 수 있다. 공급 포트(141)는 입구를 통해 초음파 전달매질(101)을 유입시켜 출구를 통해 초음파 전달매질(101)을 유출시킬 수 있다. 공급 포트(141)는 복수 개로 구비될 수 있다. 이 경우, 공급 포트(141)들은 고강도 초음파 방사 프레임(112)의 가장자리 부위를 따라 서로 이격되어 배열된다. 공급 포트(141)들은 등 간격으로 배열될 수 있다.
분사유도 부재(142)는 공급 포트(141)의 출구에 연결되어 분사 방향이 초음파 전달매질(101)을 고강도 초음파 방사면(112a)을 따라 유동시키도록 설정된다. 분사유도 부재(142)는 수용공간(102) 내에 배치될 수 있다. 분사유도 부재(142)는 유입구를 통해 공급 포트(141)로부터 초음파 전달매질(101)을 제공받아서 분사구(142a)를 통해 수용공간(102) 내로 분사할 수 있다.
공급 포트(141)가 복수 개로 구비된 경우, 분사유도 부재(142)는 복수 개로 구비되어 공급 포트(141)들의 각 출구에 연결될 수 있다. 그리고, 분사유도 부재(142)들은 각 분사 방향이 초음파 전달매질(101)을 고강도 초음파 방사면(112a)을 따라 유동시키도록 설정된다. 분사유도 부재(142)의 분사 방향은 분사구(142a)에 인접한 고강도 초음파 방사면(112a) 부위의 접선 방향과 나란하게 설정될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 분사유도 부재(142)의 분사 방향은 초음파 전달매질을 고강도 초음파 방사면(112a)을 따라 유동시키는 범주에서 다양하게 설정될 수 있음은 물론이다.
분사유도 부재(142)는 고강도 초음파 방사면(112a)에 부착되는 구조로 이루어질 수 있다. 분사유도 부재(142)는 유입구와 분사구를 연결하는 통로(142b)를 갖는다. 통로(142b)는 고강도 초음파 방사면(112a)에 접하는 부위가 트인 형태, 즉 기다란 홈의 형태로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 분사유도 부재(142)의 분사구(142a)는 고강도 초음파 방사면(112a)에 최대한 가깝게 위치될 수 있다. 통로(142b)는 고강도 초음파 방사면(112a)에 나란하게 연장될 형태로 이루어질 수 있다. 도시하고 있지 않지만, 통로(142a)는 고강도 초음파 방사면(112a)에 접하는 부위가 막힌 형태, 즉 기다란 홀의 형태로 이루어지는 것도 가능하다. 또한, 분사유도 부재(142)는 유입구 부위가 공급 포트(141)의 출구에 끼워져 고정되는 구조로 이루어질 수도 있다.
이러한 초음파 전달매질 공급부(140)에서 공급 포트(141)들의 개수와 초음파 전달매질(101)의 분사압은 고강도 초음파 방사면(112a)에 부착된 기포(10)를 고강도 초음파 방사면(112a)으로부터 떼어내어 초음파 전달매질 배출부(150)로 이동시키는 작용을 효과적으로 수행하도록 적절히 설정될 수 있다.
공급 포트(141)들의 각 입구에는 공급 관(143)이 연결될 수 있다. 도시하고 있지 않지만, 공급 관(143)은 하우징(103)의 내부 공간에서 적어도 1회 이상 이미징 트랜스듀서(130)의 둘레를 감도록 형성될 수 있다. 공급 관(143)의 내부를 따라 흐르는 초음파 전달매질(101)은 열교환을 통해 하우징(103)의 내부 공간을 냉각시킬 수 있다. 따라서, 고강도 집속 초음파 치료시 발열하는 고강도 초음파 발생부(111)와 구동회로기판 등을 냉각시킬 수 있다.
초음파 전달매질 배출부(150)는 수용공간(102) 내의 초음파 전달매질(101)을 외부로 배출한다. 초음파 전달매질 배출부(150)는 이미징 트랜스듀서(130)에 인접하게 고강도 초음파 방사 프레임(112)의 중앙 부위에 배치된다. 이에 따라, 초음파 전달매질 배출부(150)는 초음파 전달매질 공급부(140)보다 높게 배치될 뿐 아니라, 고강도 초음파 방사면(112a)의 가장 높은 부위에 배치될 수 있다. 따라서, 초음파 전달매질 공급부(140)에 의해 고강도 초음파 방사면(112a)으로부터 떼어져 고강도 초음파 방사면(112a)의 가장 높은 부위로 모인 기포(10)는 초음파 전달매질 배출부(150)를 통해 용이하게 배출될 수 있다.
예컨대, 초음파 전달매질 배출부(150)는 적어도 하나의 배출 포트(outlet port, 151)를 포함할 수 있다. 배출 포트(151)는 고강도 초음파 방사 프레임(112)의 중앙 부위를 관통해 형성될 수 있다. 배출 포트(151)는 입구를 통해 수용공간(102) 내의 초음파 전달매질(101)을 유입시켜 출구를 통해 초음파 전달매질(101)을 외부로 유출시킬 수 있다. 배출 포트(151)는 복수 개로 구비될 수 있다. 이 경우, 배출 포트(151)들은 이미징 트랜스듀서(130)의 주변을 따라 서로 이격되어 배열될 수 있다. 배출 포트(151)들은 등 간격으로 배열될 수 있다.
배출 포트(151)들의 각 출구에는 배출 관(152)이 연결될 수 있다. 배출 포트(151)는 출구가 플랜지부(112b)까지 연장되며, 배출 관(152)은 플랜지부(112b)에 연결될 수 있다. 배출 관(152)은 공급 관(143)과 함께 순환장치(미도시)에 연결될 수 있다. 순환장치는 수용공간(102) 내로부터 배출 관(152)을 통해 배출된 초음파 전달매질(101)을 탈기 및 냉각 처리해서 공급 관(143)을 통해 수용공간(102) 내로 다시 공급하도록 구성될 수 있다. 배출 관(152)은 공급 관(143)과 마찬가지로 하우징(103)의 내부 공간에서 적어도 1회 이상 이미징 트랜스듀서(130)의 둘레를 감도록 형성되어 고강도 초음파 발생부(111)와 구동회로기판 등을 냉각시킬 수 있다.
전술한 고강도 집속 초음파 치료헤드(100)의 작용 예에 대해, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
작업자에 의해 멤브레인(120)이 고강도 집속 초음파 트랜스듀서(110)에 초기 장착되거나 교체된 후, 초음파 전달매질 공급부(140)에 의해 초음파 전달매질(101)을 고강도 초음파 방사면(112a)과 멤브레인(120) 사이의 빈 수용공간(102) 내에 공급한다. 이때, 초음파 전달매질(101)은 초음파 전달매질 공급부(140)에 의해 고강도 초음파 방사면(112a)의 외측으로부터 고강도 초음파 방사면(112a)의 내측으로 분사되면서 수용공간(102) 내에 설정 양만큼 채워진다. 이 과정에서, 기포(10)가 수용공간(102) 내에 발생되어 고강도 초음파 방사면(112a)에 달라붙게 되면, 초음파 전달매질(101)은 분사시 고강도 초음파 방사면(112a) 부근에서 유동하게 되므로, 기포(10)가 고강도 초음파 방사면(112a)으로부터 떼어진다. 이후, 기포(10)는 이미징 트랜스듀서(130)의 주변으로 일부 이동해서 모이게 된다.
이 상태에서, 초음파 전달매질 배출부(150)에 의해 수용공간(102) 내로부터 초음파 전달매질(101)을 배출함과 동시에, 초음파 전달매질(101)의 배출량만큼 초음파 전달매질 공급부(140)에 의해 초음파 전달매질(101)을 수용공간(102) 내에 공급한다. 이 과정에서, 초음파 전달매질 배출부(150)에 의해 초음파 전달매질(101)을 배출할 때, 이미징 트랜스듀서(130)의 주변에 모인 기포(10)를 초음파 전달매질(101)과 함께 배출할 수 있다. 그리고, 초음파 전달매질 공급부(140)에 의해 초음파 전달매질(101)을 수용공간(102) 내에 공급할 때, 초음파 전달매질(101)의 유동에 의해 잔존 기포(10)가 이미징 트랜스듀서(130)의 주변에 계속하여 모이게 된다. 이렇게 모인 기포(10)는 초음파 전달매질 배출부(150)에 의해 배출될 수 있다.
이 과정에 의해, 수용공간(102) 내의 기포(10)는 더욱 신속하고 효과적으로 제거될 수 있다. 그 결과, 고강도 집속 초음파 치료를 위해 수용공간(102) 내에 기포(10) 없이 초음파 전달매질(101)을 설정 양으로 채우는 작업에 소요되는 시간이 단축될 수 있다.
이후, 고강도 집속 초음파 치료헤드(100)를 환자 상부로 위치시키고 멤브레인(120)을 환자 피부에 접촉시킨 상태에서, 고강도 집속 초음파 트랜스듀서(110)에 의해 고강도 집속 초음파를 방사한다. 그러면, 고강도 집속 초음파는 고강도 초음파 방사 프레임(112)과 멤브레인(120) 사이의 초음파 전달매질(101)을 거쳐 환자의 병변 부위로 조사될 수 있다.
이와 같이 고강도 집속 초음파를 1회 조사해서 치료하는 과정에서, 고강도 집속 초음파에 의해 초음파 전달매질(101)이 가열될 수 있다. 이로 인해, 기포(10)가 수용공간(102) 내에 발생되어 고강도 초음파 방사면(112a)에 달라붙은 상태일 수 있다. 고강도 집속 초음파 치료를 재개하기 전에, 수용공간(102) 내의 가열된 초음파 전달매질(101)을 외부의 냉각된 초음파 전달매질로 교체하기 위해 초음파 전달매질을 순환시키게 되는데, 이 과정에서 수용공간(102) 내의 기포(10)를 신속하게 제거할 수 있다.
상술하면, 초음파 전달매질 배출부(150)에 의해 수용공간(102) 내로부터 가열 상태의 초음파 전달매질(101)을 배출함과 동시에, 초음파 전달매질(101)의 배출량만큼 초음파 전달매질 공급부(140)에 의해 냉각 상태의 초음파 전달매질(101)을 수용공간(102) 내에 공급한다. 이 과정에서, 초음파 전달매질 공급부(140)에 의해 초음파 전달매질(101)이 공급될 때 초음파 전달매질(101)의 유동에 의해 기포(10)가 이미징 트랜스듀서(130)의 주변에 계속하여 모이게 되고, 이렇게 모인 기포(10)는 초음파 전달매질 배출부(150)에 의해 초음파 전달매질(101)이 배출되는 과정에서 함께 배출될 수 있다. 따라서, 수용공간(102) 내의 기포(10)는 더욱 신속하고 효과적으로 제거될 수 있다.
이와 같이 수용공간(102) 내의 기포(10)가 제거된 상태에서 고강도 집속 초음파 치료가 재개될 수 있으므로, 고강도 집속 초음파 치료시 기포(10)가 터지면서 순간적으로 고온이 발생되는 현상을 방지할 수 있다. 따라서, 환자는 화상 위험 없이 안전하게 고강도 집속 초음파 치료를 받을 수 있다. 또한, 이미징 트랜스듀서(130)에 의해 획득되는 진단 영상 데이터가 기포(10)로 인해 왜곡되는 현상이 방지될 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 초음파 전달매질 공급부(140)의 분사유도 부재(142)는 분사 방향(SD)이 고강도 초음파 방사면(112a)의 반경 방향(RD)에 대해 경사질 수 있다. 이에 따라, 분사유도 부재(142)로부터 분사된 초음파 전달매질은 화살표로 나타낸 바와 같이, 고강도 초음파 방사면(112a)에 나선 형태로 유동할 수 있다.
이와 같이, 분사유도 부재(142)로부터 분사된 초음파 전달매질은 고강도 초음파 방사면(112a)의 외측으로부터 고강도 초음파 방사면(112a)의 내측으로 나선 형태로 유동하므로, 고강도 초음파 방사면(112a)에서 소용돌이와 같은 회전 운동을 하게 된다. 이에 따라, 고강도 초음파 방사면(112a)은 초음파 전달매질의 유동이 일어나는 영역이 증가될 수 있다. 따라서, 고강도 초음파 방사면(112a)으로부터 기포를 떼어내어 초음파 전달매질 배출부(150)로 이동시키는 과정이 신속하게 이루어질 수 있다.
분사유도 부재(142)가 복수 개로 구비된 경우, 분사유도 부재(142)들은 고강도 초음파 방사면(112a)의 반경 방향(RD)에 대해 각각 경사진 방향이 동일하게 설정될 수 있다. 예컨대, 분사유도 부재(142)들은 각 분사 방향(SD)이 고강도 초음파 방사면(112a)의 반경 방향(RD)에 대해 반시계 방향으로 각각 경사져 초음파 전달매질을 반시계 방향의 나선 형태로 유동시킬 수 있다. 다른 예로, 분사유도 부재(142)들은 각 분사 방향(SD)이 고강도 초음파 방사면(11)의 반경 방향(RD)에 대해 시계 방향으로 각각 경사져 초음파 전달매질을 시계 방향의 나선 형태로 유동시킬 수도 있다.
이와 같이, 분사유도 부재(142)들로부터 각각 분사된 초음파 전달매질은 고강도 초음파 방사면(112a)의 외측으로부터 고강도 초음파 방사면(112a)의 내측으로 나선 형태로 유동하게 되므로, 고강도 초음파 방사면(112a)에서 소용돌이와 같은 회전 운동을 하게 된다. 이때, 어느 하나의 분사유도 부재(142)로부터 분사된 초음파 전달매질은 다른 분사유도 부재(142)로부터 분사된 초음파 전달매질과 부딪히면서 혼합될 수 있다.
이에 따라, 고강도 초음파 방사면(112a)은 초음파 전달매질의 유동이 일어나는 영역이 더욱 증가될 수 있다. 따라서, 고강도 초음파 방사면(112a)으로부터 기포를 더욱 용이하게 떼어낼 수 있다. 이때, 초음파 전달매질 배출부(150)는 초음파 전달매질 공급부(140)보다 내측에서 높게 배치된 상태이므로, 고강도 초음파 방사면(112a)으로부터 떼어진 기포는 초음파 전달매질 배출부(150)와 초음파 전달매질 공급부(140) 간의 높이 차이에 의해 초음파 전달매질 배출부(150) 쪽으로 원활히 포집된 후, 초음파 전달매질 배출부(150)를 통해 신속하게 배출될 수 있다.
또한, 수용공간(102) 내의 초음파 전달매질(101)을 냉각시키는 과정에서, 초음파 전달매질을 나선 형태로 분사시키게 되면, 초음파 전달매질이 고강도 초음파 방사면(112a) 전체에 걸쳐 유동하게 되므로, 초음파 전달매질의 온도 분포를 고르게 할 수 있다. 따라서, 초음파 전달매질의 냉각 온도를 정확하게 모니터링할 수 있다. 한편, 분사유도 부재(142)들은 고강도 초음파 방사면(112a)의 반경 방향에 대해 동일한 각도로 각각 경사질 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 배출 포트(151')는 고강도 초음파 방사면(112a)에 이미징 트랜스듀서(130)의 주변을 따라 띠 모양의 입구가 형성된 구조로 이루어질 수 있다. 이미징 트랜스듀서(130)의 둘레가 원형인 경우, 배출 포트(151')의 입구는 원형의 띠 모양으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 배출 포트(151')는 고강도 초음파 방사면(112a)으로부터 이미징 트랜스듀서(130)의 주변을 따라 원형의 띠 모양으로 함몰된 홈으로 형성될 수 있다. 배출 포트(151')는 고강도 초음파 방사 프레임(112)의 삽입 홀 주변을 따라 형성될 수 있다.
배출 포트(151')는 고강도 초음파 방사 프레임(112)의 플랜지부(112b)에 적어도 하나의 출구가 형성되어 함몰 홈과 연결될 수 있다. 배출 포트(151')는 이미징 트랜스듀서(130)의 주변을 따라 띠 형상의 입구를 가지므로, 분사유도 부재(142)들로부터 각각 분사된 초음파 전달매질이 전술한 작용에 의해 이미징 트랜스듀서(130)의 주변을 따라 유동하는 과정에서 기포를 더욱 효과적으로 포집할 수 있다.
또 다른 예로, 도 6에 도시된 바와 같이, 복수의 배출 포트(151")들은 이미징 트랜스듀서(130)의 주변을 따라 원호의 띠 모양으로 각각 함몰된 홈으로 형성되며, 서로 격리된 형태로 배치될 수도 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 각각의 분사유도 부재(142')는 관의 형태로 이루어질 수 있다. 분사유도 부재(142')는 공급 포트(141)에 끼움 결합될 수 있다. 분사유도 부재(142')는 고강도 초음파 방사면(112a)의 가장자리에 부착될 수 있다. 분사유도 부재(142')는 공급 관(143)과 직접적으로 연결될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 치료헤드에 대한 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 치료헤드(200)는 전술한 실시예에서 이미징 트랜스듀서(130)가 생략된 구성으로 이루어질 수 있다.
고강도 집속 초음파 트랜스듀서(210)는 고강도 초음파를 발생시키는 고강도 초음파 발생부(211), 및 고강도 초음파 발생부(211)로부터 발생된 고강도 초음파를 집속시켜 방사하는 고강도 초음파 방사 프레임(212)을 구비한다. 초음파 발생부(211)는 전술한 실시예의 초음파 발생부(111)와 동일하게 구성될 수 있다.
고강도 초음파 방사면(212a)은 고강도 초음파 방사 프레임(212)의 하부에 중앙을 정점으로 오목한 곡면 형태로 이루어질 수 있다. 멤브레인(220)은 고강도 초음파 방사 프레임(212)의 고강도 초음파 방사면(212a)을 덮도록 장착된다. 멤브레인(220)은 고강도 초음파 방사면(212a)과의 사이에 초음파 전달매질(101)을 수용하기 위한 수용공간(202)을 형성한다. 멤브레인(220)은 전술한 실시예의 멤브레인(120)과 동일하게 구성될 수 있다.
초음파 전달매질 공급부(240)는 고강도 초음파 방사 프레임(212)에 배치되어 외부의 초음파 전달매질(101)을 수용공간(202) 내로 공급한다. 초음파 전달매질 공급부(240)는 초음파 전달매질(101)을 고강도 초음파 방사면(212a) 부근에서 유동시키도록 분사한다. 이에 따라, 고강도 초음파 방사면(212a)에 부착된 기포는 고강도 초음파 방사면(212a) 부근에서 유동하는 초음파 전달매질(101)에 의해 고강도 초음파 방사면(212a)으로부터 용이하게 떼어진 후, 초음파 전달매질(101)의 유동 방향을 따라 이동할 수 있다. 초음파 전달매질 공급부(240)는 초음파 전달매질(101)을 고강도 초음파 방사면(212a)의 외측으로부터 고강도 초음파 방사면(212a)의 내측으로 분사할 수 있다. 이에 따라, 기포는 고강도 초음파 방사면(212a)의 중앙으로 유도되어 모일 수 있다.
초음파 전달매질 공급부(240)의 분사 방향은 초음파 전달매질(101)을 고강도 초음파 방사면(212a)을 따라 유동시키도록 설정될 수 있다. 이에 따라, 초음파 전달매질(101)이 고강도 초음파 방사면(212a)을 따라 유동하면서 고강도 초음파 방사면(212a)으로부터 기포를 효과적으로 떼어낼 수 있다. 초음파 전달매질 공급부(240)의 분사 방향은 고강도 초음파 방사면(212a)의 반경 방향에 대해 경사질 수 있다. 이에 따라, 고강도 초음파 방사면(212a)은 초음파 전달매질(101)의 유동이 일어나는 영역이 증가될 수 있다. 초음파 전달매질 공급부(240)는 전술한 실시예의 초음파 전달매질 공급부(140)와 동일하게 구성될 수 있다.
초음파 전달매질 배출부(250)는 고강도 초음파 방사 프레임(212)에 배치되어 수용공간(202) 내의 초음파 전달매질(101)을 외부로 배출한다. 초음파 전달매질 배출부(250)는 고강도 초음파 방사면(212a)의 내측에서 초음파 전달매질(101)을 배출할 수 있다.
고강도 초음파 방사면(212a)은 고강도 초음파 방사 프레임(212)의 하부에 중앙을 정점으로 오목한 곡면 형태로 이루어진 경우, 초음파 전달매질 배출부(250)는 초음파 전달매질 공급부(240)보다 높게 위치될 수 있다. 초음파 전달매질 배출부(250)는 고강도 초음파 방사면(212a)의 정점에 배치될 수 있다. 이에 따라, 고강도 초음파 방사면(212a)으로부터 떼어진 기포는 고강도 초음파 방사면(212a)의 정점으로 원활히 이동해서 초음파 전달매질 배출부(250)로 모인 후, 신속히 배출될 수 있다. 초음파 전달매질 배출부(250)는 적어도 하나의 배출 포트를 포함할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
101..초음파 전달매질
102, 202..수용공간
110, 210.. 고강도 집속 초음파 트랜스듀서
112, 212..고강도 초음파 방사 프레임
112a, 212a..고강도 초음파 방사면
120, 220..멤브레인
130..이미징 트랜스듀서
140, 240..초음파 전달매질 공급부
141..공급 포트
142, 142'..분사유도 부재
150, 250..초음파 전달매질 배출부
151, 151'151", 251..배출 포트

Claims (14)

  1. 고강도 초음파를 발생시키는 고강도 초음파 발생부, 및 하부에 중앙을 정점으로 오목한 곡면 형태로 이루어진 고강도 초음파 방사면을 갖고 상기 고강도 초음파 발생부로부터 발생된 고강도 초음파를 집속시켜 방사하는 고강도 초음파 방사 프레임을 구비한 고강도 집속 초음파 트랜스듀서;
    상기 고강도 초음파 방사 프레임의 고강도 초음파 방사면을 덮도록 장착되며, 상기 고강도 초음파 방사면과의 사이에 초음파 전달매질을 수용하기 위한 수용공간을 형성하는 멤브레인;
    상기 고강도 초음파 방사 프레임의 중앙을 관통해서 삽입되는 이미징 트랜스듀서;
    상기 고강도 초음파 방사 프레임의 가장자리 부위에 배치되어 외부의 초음파 전달매질을 상기 수용공간 내로 공급하며, 초음파 전달매질을 상기 고강도 초음파 방사면의 외측으로부터 상기 고강도 초음파 방사면의 내측으로 분사하여 상기 고강도 초음파 방사면 부근에서 유동시키는 초음파 전달매질 공급부; 및
    상기 이미징 트랜스듀서에 인접하게 상기 고강도 초음파 방사 프레임의 중앙 부위에 배치되어 상기 수용공간 내의 초음파 전달매질을 외부로 배출하는 초음파 전달매질 배출부;를 포함하며,
    상기 초음파 전달매질 배출부는 상기 고강도 초음파 방사 프레임의 중앙 부위를 관통해 형성된 적어도 하나의 배출 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 집속 초음파 치료헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 전달매질 공급부는,
    상기 고강도 초음파 방사 프레임의 가장자리 부위를 관통해 형성된 적어도 하나의 공급 포트, 및 상기 공급 포트의 출구에 연결되며 분사 방향이 초음파 전달매질을 상기 고강도 초음파 방사면을 따라 유동시키도록 설정된 분사유도 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 집속 초음파 치료헤드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 분사유도 부재는 분사 방향이 상기 고강도 초음파 방사면의 반경 방향에 대해 경사진 것을 특징으로 하는 고강도 집속 초음파 치료헤드.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 분사유도 부재는,
    상기 공급 포트가 복수 개로 구비된 것에 상응하여 복수 개로 구비되어 상기 공급 포트들의 각 출구에 연결되며, 상기 고강도 초음파 방사면의 반경 방향에 대해 각각 경사진 방향이 동일하게 설정된 것을 특징으로 하는 고강도 집속 초음파 치료헤드.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 고강도 초음파를 발생시키는 고강도 초음파 발생부, 및 상기 고강도 초음파 발생부로부터 발생된 고강도 초음파를 집속시켜 방사하는 고강도 초음파 방사 프레임을 구비한 고강도 집속 초음파 트랜스듀서;
    상기 고강도 초음파 방사 프레임의 고강도 초음파 방사면을 덮도록 장착되며, 상기 고강도 초음파 방사면과의 사이에 초음파 전달매질을 수용하기 위한 수용공간을 형성하는 멤브레인;
    상기 고강도 초음파 방사 프레임에 배치되어 외부의 초음파 전달매질을 상기 수용공간 내로 공급하며, 초음파 전달매질을 상기 고강도 초음파 방사면 부근에서 유동시키도록 분사하는 초음파 전달매질 공급부; 및
    상기 고강도 초음파 방사 프레임에 배치되어 상기 수용공간 내의 초음파 전달매질을 외부로 배출하는 초음파 전달매질 배출부;를 포함하며,
    상기 초음파 전달매질 공급부는 초음파 전달매질을 상기 고강도 초음파 방사면의 외측으로부터 상기 고강도 초음파 방사면의 내측으로 분사하며,
    상기 초음파 전달매질 배출부는 상기 고강도 초음파 방사면의 내측에서 초음파 전달매질을 배출하는 것을 특징으로 하는 고강도 집속 초음파 치료헤드.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 초음파 전달매질 공급부의 분사 방향은 초음파 전달매질을 상기 고강도 초음파 방사면을 따라 유동시키도록 설정된 것을 특징으로 하는 고강도 집속 초음파 치료헤드.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 초음파 전달매질 공급부의 분사 방향은 상기 고강도 초음파 방사면의 반경 방향에 대해 경사진 것을 특징으로 하는 고강도 집속 초음파 치료헤드.
  11. 삭제
  12. 제7항에 있어서,
    상기 고강도 초음파 방사면은 상기 고강도 초음파 방사 프레임의 하부에 중앙을 정점으로 오목한 곡면 형태로 이루어져 상기 초음파 전달매질 배출부가 상기 초음파 전달매질 공급부보다 높게 위치된 것을 특징으로 하는 고강도 집속 초음파 치료헤드.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 고강도 초음파 방사 프레임의 중앙을 관통해서 삽입되는 이미징 트랜스듀서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 집속 초음파 치료헤드.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 초음파 전달매질 배출부는 상기 이미징 트랜스듀서에 인접해 배치된 것을 특징으로 하는 고강도 집속 초음파 치료헤드.
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