KR101877516B1 - 노이즈 인가가 가능한 고강도 집속 초음파 생성장치 - Google Patents

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Abstract

고강도 집속 초음파 생성장치 및 이를 이용한 소작부의 형상 제어방법에서, 상기 고강도 집속 초음파 생성장치는 초음파 진동부 및 노이즈 인가부를 포함한다. 상기 초음파 진동부는 초음파 발생부로부터 제공되는 신호에 의해 HIFU를 생성하여 대상체에 조사한다. 상기 노이즈 인가부는 상기 초음파 진동부에 노이즈(noise)를 인가하여 상기 초음파 진동부에 의해 대상체로 조사되는 소작부의 형상을 제어한다.

Description

노이즈 인가가 가능한 고강도 집속 초음파 생성장치 및 이를 이용한 소작부의 형상 제어방법{HIGH INTENSITY FOCUSED ULTRASOUND GENERATOR WITH AN APPLIED NOISE AND A METHOD FOR CONTROLLING A TARGET SHAPE USING THE SAME}
본 발명은 고강도 집속 초음파(high intensity focused ultrasound: HIFU) 생성장치 및 이를 이용한 소작부의 형상 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 노이즈 인가가 가능하여 HIFU를 이용한 환자의 치료의 효과를 향상시킬 수 있는 고강도 집속 초음파 생성장치 및 이를 이용한 소작부의 형상 제어방법에 관한 것이다.
HIFU를 이용한 치료란 고강도의 초음파에너지를 한 곳에 모을 때 초점에서 발생하는 고온의 고열을 이용하여 조직을 태워 없애는 시술로, 초음파 자체는 인체에 무해하고 초음파가 집중되는 초점부에서만 열이 발생하므로 칼이나 바늘 등의 침습적 도구를 사용하지 않고 전신 마치 없이 신체 내부의 병변을 치료할 수 있는 방법이다.
도 1은 종래기술에 의한 HIFU 생성장치에 관한 것으로 초음파 발생부(11)에서 발생된 초음파는 초음파진동부(12)를 통해 집속되며 HIFU로 생성되어, 치료대상인 인체 내부의 대상체(20)에 조사된다. 이 경우, 영상 촬영부(13)를 통해 상기 대상체(20)의 위치나 형상 등에 관한 정보를 피드백 받으며 상기 대상체(20)의 치료를 수행하게 된다.
그러나, 도 2에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 의한 HIFU 생성장치에서는 상기 초음파진동부(12)를 통해 생성되어 상기 대상체(20)로 조사되는 HIFU의 모양은 길이방향으로 길쭉한 형상(소작부(21) 형상 참조)을 갖는 문제가 있다. 그리하여, 상기 대상체(20)에 대한 정밀한 치료가 어려우며, 특히 소작부(21)의 길이보다 크기가 작은 대상체에 대하여는 정상 세포가 파괴되는 등의 정확한 치료가 어려운 문제가 있다.
한편, 종래에는 대한민국 특허출원 제10-2011-002699호, 제10-2012-0086392호 등과 같이 주파수를 변화시키거나 초점을 변화시켜가며 대상체의 치료의 정확성 내지 정밀성을 높이기 위한 HIFU를 이용한 치료장치에 관한 기술이 개발되고는 있으나, 아직까지 전술한 바와 같이 상기 소작부(21)의 길이가 길쭉한 형상을 가짐에 따라 치료의 정밀성 또는 정확성이 저하되는 문제를 해결하지는 못하고 있다.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 보다 정밀하고 정확한 조사를 가능하게 하여 HIFU를 이용한 환자의 치료의 효과를 향상시킬 수 있는 고강도 집속 초음파 생성장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 초음파 생성장치를 이용한 소작부의 형상 제어방법에 관한 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 생성장치는 초음파 진동부 및 노이즈 인가부를 포함한다. 상기 초음파 진동부는 초음파 발생부로부터 제공되는 신호에 의해 HIFU를 생성하여 대상체에 조사한다. 상기 노이즈 인가부는 상기 초음파 진동부에 노이즈(noise)를 인가하여 상기 초음파 진동부에 의해 대상체로 조사되는 소작부의 형상을 제어한다.
일 실시예에서, 상기 노이즈 인가부는, 상기 초음파 진동부와 기계적으로 연결되거나 전자적인 조향(electronic steering)을 이용하여 상기 초음파 진동부에 노이즈를 인가할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 노이즈 인가부는, 위치 오차를 생성하여 상기 초음파 진동부의 초점위치를 변화시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 위치 오차는 HIFU가 상기 대상체로 인가되는 방향에 수직인 평면에서 가우시안(Gaussion) 분포를 가지도록 생성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 대상체의 영상을 촬영하는 영상 촬영부, 및 상기 영상 촬영부에서 촬영된 영상을 바탕으로, 상기 초음파 발생부에서 발생되는 신호 및 상기 노이즈 인가부에서 인가되는 노이즈를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 소작부의 형상 제어방법은, 초음파 발생부로부터 제공되는 신호에 의해 HIFU를 생성하여 대상체에 조사하는 단계, 및 상기 초음파 진동부에 노이즈를 인가하여 상기 대상체로 조사되는 소작부의 형상을 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 초음파 진동부에 인가되는 노이즈의 크기를 변경 시킬 수 있으며, 이에 따라 소작부의 길이를 제어할 수 있다.
상기와 같이 노이즈를 인가함으로써, 종래에 소작부의 길이가 길어져서 정밀하고 정확한 조사가 어려운 문제를 해결하여, 원형 형상으로 타켓팅(targeting)이 가능하여 정밀하고 정확한 집속 초음파 치료가 가능해 진다.
또한, 상기 초음파 진동부에 기계적으로 또는 전자적인 조향으로 노이즈를 인가하므로, 상대적으로 용이하게 노이즈를 인가할 수 있으며, 상기 초음파 진동부가 위치오차가 발생하도록 이동시키는 것으로 노이즈가 인가되므로, 노이즈 인가가 매우 용이하게 제어될 수 있다.
그리하여, 상기 초음파 진동부의 위치오차를 다양하게 변경시키는 것으로, 필요한 소작부의 길이 또는 크기 등을 제어할 수 있어, HIFU를 이용한 비침습적 치료의 효과를 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 고강도 집속 초음파 생성장치를 도시한 모식도이다.
도 2는 종래 기술에 의한 고강도 집속 초음파 생성장치를 통해 초음파를 조사하는 경우의 소작부의 형상을 시뮬레이션한 이미지이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 고강도 집속 초음파 생성장치를 도시한 모식도이다.
도 4a는 도 3의 노이즈 인가부에서 인가되는 노이즈의 상태를 도시한 이미지이다.
도 4b는 도 3의 고강도 집속 초음파 생성장치를 통해 초음파를 조사하는 경우의 소작부의 형상을 촬영한 이미지이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 고강도 집속 초음파 생성장치를 도시한 모식도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 의한 고강도 집속 초음파 생성장치(100)는 초음파 발생부(110), 초음파 진동부(120), 노이즈 인가부(130), 영상 촬영부(140) 및 제어부(150)를 포함한다.
상기 초음파 발생부(110)는 초음파 발생을 위한 전기적 신호를 생성하여 상기 초음파 진동부(120)로 제공한다.
상기 초음파 발생부(110)에서 발생된 전기적 신호는 상기 초음파 진동부(120)로 제공되어, 상기 초음파 진동부(120)에서는 고강도 집속 초음파(HIFU)를 생성하여 상기 대상체(20)로 조사한다.
이 경우, 도시하지는 않았으나, 상기 초음파 진동부(120)의 구동을 위한 구동부, 초음파 진동부의 냉각을 위한 냉각부, 초음파 전달매질을 순환시키는 전달매질 순환부, 각종 배관 및 밸브 등의 구성요소가 필요하다. 다만, 이러한 부가적인 구성요소의 경우 일반적인 HIFU 치료장치에서 필수 구성요소로 이미 공지된 기술이므로 구체적인 설명은 생략한다.
상기 초음파 진동부(120)는 상기 초음파 발생부(110)에서 발생된 전기적 신호를 물리적 진동에너지로 변환하여 치료 대상인 상기 대상체(20)로 고강도 집속 초음파를 조사하며, 이렇게 조사된 고강도 집속 초음파는 상기 대상체(20)의 내부에서 소작부(22)로 집중 조사되어 비침습적 치료가 수행된다.
본 실시예에서는, 상기 초음파 진동부(120)를 정위치에 고정시켜 일정한 초점거리를 갖는 HIFU를 조사하지 않으며, 상기 초음파 진동부(120)의 위치를 임의로 변경시킨다.
즉, 상기 노이즈 인가부(130)를 통해, 상기 초음파 진동부(120)에 노이즈(noise)를 인가한다.
이 경우, 상기 노이즈 인가부(130)는 상기 초음파 진동부(120)와 기계적으로 연결되어, 상기 초음파 진동부(120)에 물리적인 위치변경(진동)을 인가할 수 있다. 즉, 상기 노이즈 인가부(130)는 상기 초음파 진동부(120)를 고정하는 스테이지(stage)의 형태로 구현되어, 상기 스테이지를 소정의 변위로 이동시키면서 상기 초음파 진동부(120)의 위치를 변경시키고 이에 따라 상기 초음파 진동부(120)에 위치변경의 노이즈를 인가할 수 있다.
이 때, 상기 초음파 진동부(120)는 도 3의, X축 및 Y축으로 수평이동이 가능한 스테이지(stage) 상에 고정되어, 상기 스테이지를 X축 또는 Y축으로 이동시킴으로써 상기 초음파 진동부(120)에 노이즈를 인가할 수 있다. 이에 따라, 상기 초음파 진동부(120)는 위치가 변화하면서 HIFU를 조사하므로, 상기 조사되는 HIFU의 초점거리가 소정의 범위 내에서 변경하게 된다.
이와 달리, 상기 노이즈 인가부(130)는 상기 초음파 진동부(120)가 고정된 스테이지에 전기적 조향(electronic steering) 신호를 제공하여, 상기 스테이지가 이동하도록 하여, 상기 초음파 진동부(120)에 노이즈를 인가할 수 있다. 물론, 상기 초음파 진동부(120) 자체로 전기적 조향 신호를 직접 인가하여 상기 초음파 진동부(120)에 노이즈를 인가할 수도 있다.
이 경우, 상기 노이즈 인가부(130)에 의해 인가되는 전기적 조향 신호도, 앞서 설명한 기계적 위치 변경과 동일하게, X축 또는 Y축 방향의 이동 신호를 포함할 수 있다.
상기 영상 촬영부(140)는 상기 대상체(20)에 대한 영상을 촬영하여, 치료가 필요한 위치 및 형태 등에 관한 정보를 습득한다. 이와 같이, 상기 영상 촬영부(140)에서 촬영된 영상은 상기 제어부(150)로 제공된다.
상기 제어부(150)는 상기 영상 촬영부(140)에서 촬영된 영상을 바탕으로, 상기 초음파 발생부(110)에서 발생되는 전기적 신호 및 상기 노이즈 인가부(130)에서 인가되는 노이즈를 제어한다.
즉, 상기 영상 촬영부(140)에서 촬영된 치료 대상인 대상체(20)의 위치, 형상, 구조 등에 관한 정보를 바탕으로 초기 HIFU 발생을 위해 상기 초음파 발생부(110) 및 상기 노이즈 인가부(130)를 제어하며, 이후 상기 치료되는 대상체(20)에 관한 영상정보를 피드백 받으면서 이를 바탕으로 실시간으로 상기 초음파 발생부(110) 및 상기 노이즈 인가부(130)를 제어한다.
도 4a는 도 3의 노이즈 인가부에서 인가되는 노이즈의 상태를 도시한 이미지이다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 노이즈 인가부(130)는 상기 초음파 진동부(120)에 기계적으로 또는 전자적인 조향으로 노이즈, 즉 위치변화를 인가하는데, 도 4a는 상기 노이즈 인가부(130)가 인가하는 노이즈의 예를 나타낸 것이다.
즉, 상기 노이즈 인가부(130)는 X축 및 Y축으로 형성되는 평면에서, 상기 초음파 진동부(120)의 위치가 가우시안(Gaussion) 분포를 가지면서 변경되도록 노이즈, 즉 위치 변화를 인가한다. 이 경우, 상기 인가되는 위치 변화는 ±1mm 이내에서 변화되도록 노이즈가 인가될 수 있다.
도 4b는 도 3의 고강도 집속 초음파 생성장치를 통해 초음파를 조사하는 경우의 소작부의 형상을 촬영한 이미지이다.
도 4b에는, 도 4a에 도시된 가우시안 분포로 상기 노이즈 인가부(130)에서 상기 초음파 진동부(120)로 노이즈를 인가하는 경우, 상기 초음파 진동부(120)에서 발생된 HIFU에 의해 상기 대상체(20)에 조사된 소작부(22)의 형상이 도시된 예이다.
도 4b에 도시된 바와 같이, ±1mm 이내 가우시안 분포를 가지는 노이즈가 상기 초음파 진동부(120)로 인가되는 경우, 상기 소작부(22)는 종래의 길쭉한 형태가 아닌 원형 형태로 형성된다.
이에 따라, 상기 소작부(22)의 길이가 짧아지며 길이가 긴 형태보다 집중적으로 형성될 수 있으므로, 상기 대상체(20) 중 치료가 필요한 위치에 보다 집중적인 HIFU의 인가가 가능하게 된다.
결국, 상대적으로 정확한 위치에 보다 정밀하게 HIFU를 인가할 수 있어, HIFU를 통한 치료의 효과를 향상시킬 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 초음파 진동부에 인가되는 노이즈의 크기를 변경 시킬 수 있으며, 이에 따라 소작부의 길이를 제어할 수 있다.
상기와 같이 노이즈를 인가함으로써, 종래에 소작부의 길이가 길어져서 정밀하고 정확한 조사가 어려운 문제를 해결하여, 원형 형상으로 타켓팅(targeting)이 가능하여 정밀하고 정확한 집속 초음파 치료가 가능해 진다.
또한, 상기 초음파 진동부에 기계적으로 또는 전자적인 조향으로 노이즈를 인가하므로, 상대적으로 용이하게 노이즈를 인가할 수 있으며, 상기 초음파 진동부가 위치오차가 발생하도록 이동시키는 것으로 노이즈가 인가되므로, 노이즈 인가가 매우 용이하게 제어될 수 있다.
그리하여, 상기 초음파 진동부의 위치오차를 다양하게 변경시키는 것으로, 필요한 소작부의 길이 또는 크기 등을 제어할 수 있어, HIFU를 이용한 비침습적 치료의 효과를 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 고강도 집속 초음파 생성장치는 HIFU를 이용한 환자의 비침습 치료용으로 사용될 수 있는 산업상 이용 가능성을 갖는다.
100 : 고강도 집속 초음파 생성장치
20 : 대상체 22 : 소작부
110 : 초음파 발생부 120 : 초음파진동부
130 : 노이즈 인가부 140 : 영상 촬영부
150 : 제어부

Claims (6)

  1. 초음파 발생부로부터 제공되는 신호에 의해 HIFU를 생성하여 대상체에 조사하는 초음파 진동부; 및
    상기 초음파 진동부에 ±1mm 이내에서 초음파 진동부의 위치가 변화되는 노이즈(noise)를 인가하여 상기 초음파 진동부에 의해 대상체로 조사되는 소작부의 형상을 제어하는 노이즈 인가부를 포함하고,
    상기 노이즈 인가부는 스테이지로 상기 초음파 진동부에 고정되고, 상기 스테이지의 위치를 X축 및 Y축으로 이동시켜 상기 초음파 진동부가 위치가 변화되는 노이즈를 인가하는 것을 특징으로 하는 고강도 집속 초음파 생성장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 노이즈 인가부는,
    상기 초음파 진동부에 X축 또는 Y축 방향의 이동 신호를 포함한 전자적인 조향(electronic steering)을 이용하여 상기 초음파 진동부에 노이즈를 인가하는 것을 특징으로 하는 고강도 집속 초음파 생성장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 노이즈는 HIFU가 상기 대상체로 인가되는 방향에 수직인 X축 및 Y축으로 형성되는 평면에서 상기 초음파 진동부의 위치가 가우시안(Gaussion) 분포를 가지도록 생성되는 것을 특징으로 하는 고강도 집속 초음파 생성장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 대상체의 영상을 촬영하는 영상 촬영부; 및
    상기 영상 촬영부에서 촬영된 영상을 바탕으로, 상기 초음파 발생부에서 발생되는 신호 및 상기 노이즈 인가부에서 인가되는 노이즈를 제어하는 제어부를 더 포함하는 고강도 집속 초음파 생성장치.
  6. 삭제
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