KR102024224B1 - An ultrasonic transducer for moxibustion therapy having temperature sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 뜸을 사용하지 않고도 피부에 접촉되어 피부하부의 조직에 일정한 온도로 가열하여 유지시킬 수 있는 온도 센서를 갖는 뜸 치료용 초음파 변환기에 대한 것으로서, 하우징; 상기 하우징에 설치되는 압전 소자; 상기 압전 소자의 적어도 하나의 면에 접합되고, 상기 압전 소자에서 발생되는 파장을 초음파 주파수의 파장으로 변환하여 대상 영역으로 집속시키는 초음파 집속용 렌즈; 및 적어도 상기 하우징, 상기 압전 소자 및 상기 초음파 집속용 렌즈 중 어느 하나 이상에 설치되고, 상기 대상 영역의 온도를 측정하는 온도 센서;를 포함할 수 있다.The present invention relates to an ultrasonic transducer for moxibustion treatment having a temperature sensor which is in contact with the skin without using moxa and can be heated and maintained at a constant temperature in the tissue under the skin, the housing; A piezoelectric element installed in the housing; An ultrasound focusing lens bonded to at least one surface of the piezoelectric element and converting a wavelength generated from the piezoelectric element into a wavelength of an ultrasonic frequency to focus the target region; And a temperature sensor installed in at least one of the housing, the piezoelectric element, and the ultrasonic focusing lens, and measuring a temperature of the target region.
Description
본 발명은 뜸 치료용 초음파 변환기에 관한 것으로서, 더 상세하게는 온도 센서를 갖는 뜸 치료용 초음파 변환기에 관한 것이다.The present invention relates to an ultrasonic transducer for treating moxibustion, and more particularly, to an ultrasonic transducer for treating moxibustion having a temperature sensor.
일반적으로 전통 뜸 치료의 경우 대부분 시술자의 주관적이고 정성적인 치료에 의존하기 때문에 정량적이지 못하고 객관성이 결여될 수 있다. 신체에 직접구를 시술할 경우 백혈구 중에서 과립구가 크게 증가해 인체 면역성을 떨어뜨리고 혈압 증가에 따른 성인병 유발 위험성이 있다. In general, traditional moxibustion treatment is not quantitative and lacks objectivity because most of them depend on the subjective and qualitative treatment of the operator. When directly injecting into the body, granulocytes are significantly increased in white blood cells, which decreases human immunity and increases the risk of adult disease caused by increased blood pressure.
뜸 치료의 경우 피부조직에 화상에 따른 흉터를 남길 수 있기 때문에 여자나 어린아이는 미용적인 부분을 고려해야 한다. 또한 뜸으로 입은 화상은 심할 경우 성형수술로도 회복이 어려우므로 얼굴부위는 특히 피해야 한다. 당뇨병 환자에게 쑥뜸을 시술할 경우 쑥의 진액과 쑥이 독성반응을 일으킬 수 있고 임산부에게는 특히 위험할 수도 있다. 또한 뜸 연소 시 발생하는 연기로 인한 불편함을 겪고 특히 호흡기 취약자의 경우 뜸 시술 시 발생하는 연기로 인한 호흡 곤란 등의 부작용이 있다. Moxibustion treatments can leave scars on the skin tissue, so women and young children should consider cosmetic aspects. In addition, moxibustion caused by burns can be difficult to recover from, even if you have a severe plastic surgery. If moxibustion is performed in diabetics, the wormwood and wormwood may cause toxic reactions and may be particularly dangerous for pregnant women. In addition, there are side effects such as shortness of breath due to smoke generated during the moxibustion treatment suffers from the inconvenience caused by the smoke generated during moxibustion.
뜸 치료 시 느끼는 화상 통증으로 인해 한방병의원 방문을 기피하거나 한방병의원에서 뜸을 시술할 경우 별도의 배기시설과 화상 방지를 위한 인력이 추가로 요구되고 있다. 경혈을 자극하는 방법으로는 전기적, 물리적, 자기장 및 초음파를 이용한 방법 등이 있으나 재현성 및 정확성에서 뚜렷한 성과를 보이지 못하고 있는 경우가 많다. Due to burn pain during moxibustion treatment, avoiding visits to oriental hospitals or performing moxibustion in oriental hospitals requires additional exhaust facilities and additional personnel to prevent burns. The methods of stimulating menstrual blood include electric, physical, magnetic field, and ultrasonic methods, but there are many cases that do not show clear results in reproducibility and accuracy.
최근 들어 경피자극 및 경피 신경자극에 사용되는 전기자극용 저주파 치료기 이외에 심부 자극, 심부신경 및 연골 등을 자극하기 위한 자기장 자극치료기 시장이 급속도로 증가하고 있으며 임상적용의 한계를 극복하기 위한 새로운 시도로서 자극 치료기전에 대한 연구가 매우 활발하게 이루어지고 있다. Recently, the market for magnetic field stimulation devices for stimulating deep stimulation, deep nerves and cartilage, in addition to the low frequency therapy devices for electric stimulation used in transdermal and transdermal nerve stimulation is rapidly increasing, and as a new attempt to overcome the limitation of clinical application. Research into the mechanism of stimulation treatment is very active.
자기장을 이용한 치료기들은 주로 통증, 신경, 연골 재생 치료 등에 이용되고 있으며 전기자극 방법은 온열치료 요법을 적용하여 피부 및 비만치료 등의 용도로 사용되고 있다. 그 외 수술용 레이저 자극기 등도 시판중이다. 대부분의 자극용 기기들은 주로 양의학 분야나 미용분야에 적용하기 위해 개발된 것으로, 한의학 치료분야에 적용하기에는 한계가 있다.Therapeutic devices using magnetic fields are mainly used for the treatment of pain, nerve, cartilage regeneration, and the electrical stimulation method is used for the treatment of skin and obesity by applying heat therapy. Surgical laser stimulators are also commercially available. Most stimulation devices have been developed mainly for the application of veterinary medicine or cosmetics, there is a limit to apply to the field of oriental medicine treatment.
<선행기술 문헌>Prior art literature
1. 한국공개특허 제10-2012-0137793호 (2012.12.24)1. Korean Patent Publication No. 10-2012-0137793 (2012.12.24)
2. 한국등록특허 제10-1006309호 (2010.12.29)2. Korea Patent Registration No. 10-1006309 (2010.12.29)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 뜸을 사용하지 않고도 피부에 접촉되어 피부하부의 조직에 일정한 온도로 가열하여 유지시킬 수 있는 뜸 치료용 초음파 변환기를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The present invention is to solve a number of problems, including the above problems, to provide a moxa treatment ultrasonic transducer that can be maintained by heating to a constant temperature in the tissue below the skin in contact with the skin without using moxa. The purpose. However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.
본 발명의 일 관점에 따르면, 하우징; 상기 하우징에 설치되는 압전 소자; 상기 압전 소자의 적어도 하나의 면에 접합되고, 상기 압전 소자에서 발생되는 파장을 초음파 주파수의 파장으로 변환하여 대상 영역으로 집속시키는 초음파 집속용 렌즈; 및 적어도 상기 하우징, 상기 압전 소자 및 상기 초음파 집속용 렌즈 중 어느 하나 이상에 설치되고, 상기 대상 영역의 온도를 측정하는 온도 센서;를 포함할 수 있다.According to an aspect of the invention, the housing; A piezoelectric element installed in the housing; An ultrasound focusing lens bonded to at least one surface of the piezoelectric element and converting a wavelength generated from the piezoelectric element into a wavelength of an ultrasonic frequency to focus the target region; And a temperature sensor installed in at least one of the housing, the piezoelectric element, and the ultrasonic focusing lens, and measuring a temperature of the target region.
상기 압전 소자는 내부에 온도 센서 수용홀이 형성되는 튜브형이고, 상기 온도 센서는 상기 온도 센서 수용홀에 삽입될 수 있다.The piezoelectric element may be a tube type having a temperature sensor accommodating hole therein, and the temperature sensor may be inserted into the temperature sensor accommodating hole.
상기 초음파 집속용 렌즈는, 전체 또는 일부분에 상기 압전 소자에서 발생된 파장을 초음파로 변환하는 정합층이 설치될 수 있다.The ultrasonic focusing lens may be provided with a matching layer for converting the wavelength generated from the piezoelectric element into ultrasonic waves in whole or in part.
상기 압전 소자의 음향 임피던스는 24 내지 44 MRayL 범위를 포함하고, 상기 초음파 집속용 렌즈의 음향 임피던스는 1 내지 7 MRayL 범위를 포함할 수 있다.The acoustic impedance of the piezoelectric element may include 24 to 44 MRayL, and the acoustic impedance of the ultrasonic focusing lens may include 1 to 7 MRayL.
상기 초음파 집속용 렌즈는 집속 깊이가 7 내지 17 mm인 오목면이 형성될 수 있다.The ultrasound focusing lens may have a concave surface having a focusing depth of 7 to 17 mm.
상기 하우징과 상기 압전 소자 사이에 에폭시 계열의 후면재가 충전될 수 있다.An epoxy-based backing material may be filled between the housing and the piezoelectric element.
상기 하우징은, 내부에 상기 압전 소자 및 후면재가 수용될 수 있는 수용 공간이 형성되고, 상부에 상기 압전 소자 및 상기 온도 센서와 각각 연결되는 신호 전달 라인에 의해 관통되는 전선홀이 형성될 수 있다.The housing may include an accommodating space in which the piezoelectric element and the back member may be accommodated, and a wire hole penetrated by a signal transmission line connected to the piezoelectric element and the temperature sensor, respectively, may be formed thereon.
상기 초음파 주파수는 1 내지 15 MHz 범위를 포함할 수 있다.The ultrasonic frequency may comprise a range from 1 to 15 MHz.
상기 온도 센서를 갖는 뜸 치료용 초음파 변환기에 있어서, 상기 대상 영역의 온도를 제어할 수 있도록 상기 온도 센서로부터 온도 신호를 인가받아 상기 압전 소자에 전계를 인가하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.In the moxibustion treatment ultrasonic transducer having the temperature sensor, The control unit for applying an electric field to the piezoelectric element by receiving a temperature signal from the temperature sensor to control the temperature of the target area.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 뜸을 사용하지 않고도 피부에 접촉되어 피부하부의 조직에 일정한 온도로 가열하여 유지시킬 수 있는 뜸 치료용 초음파 변환기를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention made as described above, it is possible to implement the moxibustion ultrasonic transducer for contacting the skin without using the moxa can be maintained by heating to a constant temperature in the tissue below the skin. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 센서를 갖는 뜸 치료용 초음파 변환기를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 2는 도 1의 온도 센서를 갖는 뜸 치료용 초음파 변환기를 나타내는 부품 분해 사시도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 센서를 갖는 뜸 치료용 초음파 변환기의 원리와 효과를 나타내는 도면들이다.1 is a cross-sectional view schematically showing the moxibustion ultrasound transducer having a temperature sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of parts showing the moxa therapy ultrasonic transducer having the temperature sensor of FIG. 1. FIG.
3 is a view showing the principle and effect of the moxa treatment ultrasonic transducer having a temperature sensor according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various forms, and the following embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, the scope of the invention to those skilled in the art It is provided to inform you completely. In addition, the components may be exaggerated or reduced in size in the drawings for convenience of description.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 온도 센서를 갖는 뜸 치료용 초음파 변환기를 개략적으로 도시하는 단면도이고, 도 2는 도 1의 온도 센서를 갖는 뜸 치료용 초음파 변환기를 나타내는 부품 분해 사시도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing the moxa therapy ultrasonic transducer having a temperature sensor according to embodiments of the present invention, Figure 2 is an exploded perspective view of parts showing the moxa therapy ultrasonic transducer having a temperature sensor of FIG.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 온도 센서를 갖는 뜸 치료용 초음파 변환기(100)는, 크게 하우징(10)과, 압전 소자(20)와, 초음파 집속용 렌즈(30) 및 온도 센서(40)를 포함할 수 있다.As shown in FIGS. 1 and 2, the moxibustion
예컨대, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(10)은 상기 압전 소자(20)와 상기 온도 센서(40)를 보호할 수 있도록 상기 압전 소자(20)와 상기 온도 센서(40)를 둘러싸는 형상으로 형성되고, 이들을 지지할 수 있도록 충분한 강도와 내구성을 갖는 하방이 개방된 원통 구조체일 수 있다. For example, as shown in FIGS. 1 and 2, the
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(10)은, 내부에 상기 압전 소자(20) 및 후술될 후면재(50)가 수용될 수 있는 수용 공간이 형성되고, 상부에 상기 압전 소자(20) 및 상기 온도 센서(40)와 각각 연결되는 신호 전달 라인(L)에 의해 관통되는 전선홀(10a)이 형성될 수 있다.More specifically, for example, as shown in FIGS. 1 and 2, the
또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 압전 소자(20)(PZT)는 상기 하우징(10)에 설치되는 것으로서, 예컨대, 상기 상부 전극 및 하부 전극이 증착된 단일소자를 포함할 수 있다. 또한, 예컨대, 상기 압전 소자(20)는 지름이 12.7 mm 정도로 작은 튜브 형태이고, 이러한 상기 압전 소자(20) 튜브의 센서 수용홀(20a)에 상기 온도 센서(40)를 삽입할 수 있다. 또한, 압전소자와 온도센서에서 올라오는 신호선은 일체화 시킬 수 있다. 이렇게 가운데 구멍이 있는 튜브형태의 경우 Pyrex의 가공이 제한될 수 있어서 1개의 정합층(plexiglass)만을 사용할 수 있다.1 and 2, the piezoelectric element 20 (PZT) is installed in the
더욱 구체적으로 예를 들면, 이러한 튜브형 압전소자의 공진주파수는 다음과 같이 정의될 수 있다.More specifically, for example, the resonant frequency of the tubular piezoelectric element may be defined as follows.
여기서, Tr= Thickness of PZTWhere Tr = Thickness of PZT
ρ= Density ρ = Density
= Elastic compliance at constant charge density = Elastic compliance at constant charge density
그러나, 이에 반드시 국한되지 않고 다양한 종류 및 형태의 모든 압전 소자(20)들이 적용될 수 있다.However, the present invention is not limited thereto, and all
도 3은 압전소자에서 발생된 음파가 정합층을 거쳐 부하로 전달되는 과정을 보여준다. 매질(Ⅰ)에서 입사파와 반사파의 음압은 다음과 같다. 여기서, 투과율이 1이 되는데, 투과율이 1이란 압전재의 임피던스와 부하 임피던스의 기하 평균 임피던스를 갖는 1/4 파장 두께의 정합층을 사용하였을 때, 압전소자에서 발생시킨 탄성에너지가 매질(Ⅲ) 까지 이론적으로 음향에너지의 완전한 전달이 가능해진다는 의미이다. 3 shows a process in which sound waves generated in a piezoelectric element are transferred to a load through a matching layer. The sound pressures of the incident and reflected waves in the medium (I) are as follows. here, The transmittance is 1, and when the matching layer of 1/4 wavelength thickness having the geometric mean impedance of the piezoelectric material and the load impedance is 1, the elastic energy generated in the piezoelectric element is theoretically up to medium (III). This means that complete transmission of acoustic energy is possible.
where Z1= acoustic impedance of piezo material where Z1 = acoustic impedance of piezo material
Z2= acoustic impedance of front matching layer Z2 = acoustic impedance of front matching layer
Z3= acoustic impedance of water Z3 = acoustic impedance of water
λ= wave length λ = wave length
L= thickness of front matching layer L = thickness of front matching layer
여기서, 예컨대, 상기 압전 소자(30)(PZT C-91)의 음향 임피던스는 약 34 MRayL 이며, 물의 음향 임피던스는 약 1.5 MRayL 로 계산된 의 값은 7.1 MRayL 이다. 현실적으로 약 7MRayL이 되는 정합층의 재료를 구하기 힘들어 3.5 MRayL을 가지는 plexiglass로 대체하였으며 정합층이 집속렌즈의 역할을 할 수 있다.For example, the acoustic impedance of the piezoelectric element 30 (PZT C-91) is about 34 MRayL, and the acoustic impedance of water is about 1.5 MRayL, which is 7.1 MRayL. In reality, it is difficult to obtain the material of the matching layer which becomes about 7 MRayL, so it was replaced by plexiglass having 3.5 MRayL, and the matching layer can act as a focusing lens.
또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 초음파 집속용 렌즈(30)는 상기 압전 소자(20)의 적어도 하나의 면에 접합되고, 상기 압전 소자(20)에서 발생되는 파장을 초음파 주파수의 파장으로 변환하여 대상 영역(A)으로 집속시키는 일종의 초음파 유도 구조체일 수 있다.1 and 2, the ultrasonic focusing
예컨대, 상기 초음파 집속용 렌즈(30)는, 전체 또는 일부분에 상기 압전 소자(20)에서 발생된 파장을 초음파로 변환하는 정합층이 설치될 수 있는 것으로서, 상기 압전 소자(20)의 음향 임피던스는 24 내지 44 MRayL 범위를 포함하고, 상기 초음파 집속용 렌즈(30)의 음향 임피던스는 1 내지 7 MRayL 범위를 포함할 수 있다.For example, the ultrasonic focusing
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 초음파 집속용 렌즈(30)는 중앙에 온도 측정용 관통홀(H)이 형성되고, 반복적인 실험 결과 최대의 집속 효과를 얻을 수 있도록 집속 깊이가 7 내지 17 mm인 오목면(30a)이 형성되는 구조체일 수 있다.More specifically, for example, the ultrasonic focusing
따라서, 상기 압전 소자(20)의 음향 임피던스는 24 내지 44 MRayL 범위이고, 상기 초음파 집속용 렌즈(30)의 음향 임피던스는 1 내지 7 MRayL 범위일 때, 집속 깊이가 7 내지 17 mm인 오목면(30a)이 형성되는 상기 초음파 집속용 렌즈(30)를 통해 얻어지는 상기 초음파 주파수는 최적의 뜸 효과를 얻을 수 있는 1 내지 15 MHz 범위를 포함할 수 있다.Therefore, when the acoustic impedance of the
예컨대, 도 4 내지 도 6은 이러한 상기 초음파 집소 렌즈(30)를 Matlab을 이용하여 시뮬레이션한 결과들로서, 집속 면의 형태(평평한 면, 집속면)와 집속 깊이( 12, 13, 15 mm)에 따라 총 4가지를 시뮬레이션하면, 도 4는 평평한 면일 때 음압과 온도 변화 및 신호 크기를 나타낸 것이고, 도 5는 집속 깊이가 12mm일 때, 도 6은 집속 깊이가 13mm일 때, 도 7은 집속 깊이가 15mm일 때를 나타내는 것이다. 이러한 시뮬레이션 결과, 집속깊이가 12 mm 일 때의 집속이 가장 잘 나타나는 것을 알 수 있다.For example, FIG. 4 to FIG. 6 show simulation results of the ultrasonic focusing
또한, 예컨대, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 온도 센서(40)는 적어도 상기 하우징(10), 상기 압전 소자(20) 및 상기 초음파 집속용 렌즈(30) 중 어느 하나 이상에 설치되고, 상기 대상 영역(A)의 온도를 측정하는 센서로서, 상기 압전 소자(20)에 설치될 수 있다.For example, as shown in FIGS. 1 and 2, the
즉, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 압전 소자(20)는 내부에 온도 센서 수용홀(20a)이 형성되는 튜브형이고, 상기 온도 센서(40)는 상기 온도 센서 수용홀(20a)에 삽입되는 원기둥 형태의 센서일 수 있다.That is, as shown in FIGS. 1 and 2, the
한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 정합층의 역할을 할 수 있도록 상기 하우징(10)과 상기 압전 소자(20) 사이에 에폭시 계열의 후면재(50)가 충전될 수 있다.Meanwhile, as illustrated in FIGS. 1 and 2, an epoxy-based
따라서, 이러한 상기 후면재(50)를 이용하여 상기 압전 소자(20) 및 상기 온도 센서(40)를 보다 견고하게 고정시킬 수 있고, 상기 후면재(50)를 이용하여 외부의 충격을 완화시켜서 부품들을 보호하여 내구성을 크게 향상시킬 수 있다.Accordingly, the
도 8은 이러한 본 발명의 일부 다른 실시예에 따른 온도 센서를 갖는 뜸 치료용 초음파 변환기의 부품 분해 사진이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 구성품들은 내부 및 외부 하우징, 온도 센서, 압전 소자 등으로 구성될 수 있고, 초음파 변환기의 잡음을 제거하기 위하여 외부 금속 하우징은 알루미늄으로 제작할 수 있다.8 is an exploded photo of a part of the moxibustion ultrasonic transducer having a temperature sensor according to another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, the components may be composed of an inner and outer housing, a temperature sensor, a piezoelectric element, and the like, and the outer metal housing may be made of aluminum to remove noise of the ultrasonic transducer.
도 9는 이러한 본 발명의 일부 다른 실시예에 따른 온도 센서를 갖는 뜸 치료용 초음파 변환기의 제작 과정을 나타내는 사진들로서, 정합층과 내 외부 하우징을 압전 소자에 연결한 뒤, 온도 센서를 압전 소자의 구멍에 삽입 후 후면재를 에폭시로 도포한 후 온도 센서의 신호선과 압전 소자의 신호선을 통합시켜 한 개의 선으로 통합하였다.9 is a photo showing the manufacturing process of the moxa therapy ultrasonic transducer having a temperature sensor according to another embodiment of the present invention, after connecting the matching layer and the inner and outer housing to the piezoelectric element, the temperature sensor of the piezoelectric element After inserting into the hole, the backing material was coated with epoxy, and the signal line of the temperature sensor and the signal line of the piezoelectric element were integrated into one line.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 센서를 갖는 뜸 치료용 초음파 변환기(100)는 상기 대상 영역(A)의 온도를 제어할 수 있도록 상기 온도 센서(40)로부터 온도 신호를 인가받아 상기 압전 소자(20)에 전계를 인가하는 제어부(60)를 더 포함할 수 있다.In addition, as shown in Figure 1, the moxibustion
따라서, 상기 온도 센서(40)와 상기 제어부(60)를 이용하여 상기 대상 영역의 온도를 항상 일정하게 유지하거나, 온도를 상승 또는 하강시켜서 사용자에게 접합한 온도로 온도를 제어할 수 있다.Therefore, by using the
그러므로, 상기 초음파 집속용 렌즈(30)는 상기 대상 영역(A)으로 조사되는 초음파에너지를 피부 하부조직에 일정하게 조사할 수 있다. 이때 피부 하부조직에 조사되는 초음파의 에너지에 따라 피부의 온도가 변화되게 된다.Therefore, the
이 때, 상기 온도 센서(40)는 피부의 온도를 실시간으로 체크할 수 있고, 이렇게 상기 온도 센서(40)가 획득한 온도 정보는 상기 제어부(60)로 피드백되며, 상기 제어부(60)는 이를 바탕으로 조사되는 초음파의 에너지를 제어할 수 있다.At this time, the
즉, 온도가 기 설정된 온도보다 더 높다고 판단되면 초음파 에너지를 감소시키고, 반대의 경우에는 초음파 에너지를 증가시킬 수 있다.That is, when it is determined that the temperature is higher than the preset temperature, the ultrasonic energy may be reduced and vice versa.
따라서 이러한 상기 초음파 집속용 렌즈(30)와 상기 온도 센서(40)를 구비한 본 발명에 의할시 피부 하부조직의 급격한 온도 상승 없이, 상기 피부 하부조직의 온도를, 예를 들어, 40 ℃ 내외로 일정하게 유지시킬 수 있다.Therefore, according to the present invention having the ultrasonic focusing
도 10 및 도 11은 이러한 본 발명의 온도 센서를 갖는 뜸 치료용 초음파 변환기의 성능을 평가하기 위한 음장 표준 검사 방법을 나타내는 도면 및 사진으로서, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 성능평 가를 위하여 음장과 빔 형성을 측정하는 ISO 12715:1999(E) 표준검사를 수행하였다. 이 표준은 측면공(SDH, side drilled hole) 시험편에 대해 집속, 수직 및 사각 초음파 변환기의 빔형상을 측정 할 수 있으며 탐촉자의 주파수 영역은 1-15 MHz를 포함한다. 초음파 변환기를 SDH 시편 검사면의 좌에서 우로 이동시키면 시편의 측면공에서 반사되는 신호를 오실로스코프(Lecroy wave runner 62Xi, USA)를 이용하여 얻어진 데이터로 음장분포를 획득할 수 있다.10 and 11 are diagrams and photographs showing a sound field standard inspection method for evaluating the performance of the moxa therapy ultrasonic transducer having a temperature sensor of the present invention. As shown in FIGS. 10 and 11, performance evaluation is performed. For this purpose, the ISO 12715: 1999 (E) standard test, which measures sound field and beam formation, was performed. This standard measures the beam geometry of focused, vertical and square ultrasonic transducers for side drilled hole (SDH) specimens. The frequency range of the transducer covers 1-15 MHz. When the ultrasonic transducer is moved from the left to the right of the SDH specimen test surface, the sound field distribution can be obtained from the data reflected by the oscilloscope (Lecroy wave runner 62Xi, USA).
도 11에 도시된 바와 같이, 시편 탐상시 렌즈의 오목한 부분과 탐상체 표면의 기하학적 특성이로 인해 초음파 전달이 불가능함으로 오목한 부분에는 초음파가 시편에 잘 전달 될 수 있도록 인체용 커플런트(couplant)를 채워 넣었으며, 측면공은 시편 표면으로부터 1, 2, 3, 4, 10, 20, 30, 60 mm 간격으로 배치될 수 있다.As shown in FIG. 11, since the ultrasonic characteristics cannot be transmitted due to the concave portion of the lens and the geometrical characteristics of the surface of the specimen when the specimen is examined, a human body couplant is applied to the concave portion so that ultrasonic waves can be transmitted to the specimen. Side holes may be placed at intervals of 1, 2, 3, 4, 10, 20, 30, 60 mm from the specimen surface.
도 12는 이러한 초음파 빔 형성을 측정할 수 있는 형상을 도시한 것으로서, 도 12에 도시된 바와 같이, 초음파 변환기가 측면공과 시편의 정중앙에 오도록 배치한 후 측면공에서 반사되는 초음파 신호를 측정할 수 있다. 측정되는 신호는 신호의 최대 진폭(Peak amplitude, A)과 y 좌표(y1)를 함께 기록한다. 이러한 방식으로 도 10의 스캔 방향으로 진행하여 데이터를 획득하는데, 이 과정으로부터 측면공과 탐상면의 거리(Zi)를 알 수 있다. 이 과정을 통하여 변환기를 측면공의 정중앙에 위치시켜 최대 진폭(A)을 획득 할 수 있었고, 빔 형상을 예측하기 위하여 변환기를 다시 측면공의 좌ㅇ우로 이동시켜 도 12의 (a)와 같이 최대 진폭의 절반이 되는 지점의 y좌표(y2,y3)를 기록하는데, 최대 진폭의 절반이 되는 것은 약 -6 dB의 에너지 손실을 의미한다.FIG. 12 illustrates a shape capable of measuring the ultrasonic beam formation. As shown in FIG. 12, the ultrasonic transducer may be positioned at the center of the side hole and the specimen, and the ultrasonic signal reflected from the side hole may be measured. have. The measured signal records the maximum amplitude (A) of the signal and the y coordinate (y1) together. In this manner, data is acquired in the scan direction of FIG. 10, and from this process, the distance Zi between the side hole and the flaw surface can be known. Through this process, the transducer could be positioned at the center of the side hole to obtain the maximum amplitude (A) .In order to predict the beam shape, the transducer was moved back to the left and right sides of the side hole to obtain the maximum amplitude as shown in FIG. Record the y-coordinate (y2, y3) at the point that is half the amplitude, half the maximum amplitude means an energy loss of about -6 dB.
또한 표면과 가까운 측면공은 초음파 변환기의 메인방(Main bang)에 의해 가려져 탐상이 불가능한 경우가 있으며, 이러한 경우 측면공의 반사 신호를 획득할 수 있는 지점까지 이동하여 탐상을 시작할 수 있다.In addition, the side hole close to the surface may be covered by the main bang of the ultrasonic transducer, so that the flaw detection may not be possible. In this case, the flaw may be moved to a point where the reflection signal of the side hole may be acquired to start the flaw detection.
도 13은 이와 같은 과정으로 획드된 데이터를 나타내는 그래프로서, 도 13에 도시된 바와 같이, 최대 진폭일 때의 깊이별 초음파 변환기의 위치는 도 13의 (b)와 같이 나타 낼 수 있으며, 이때 변환기를 좌ㅇ우로 이동시켜 최대진폭의 50%가 되는 -6 dB 지점의 음장은 도 13의 (a)와 같이 표현될 수 있다.FIG. 13 is a graph showing data plotted by such a process. As shown in FIG. 13, the position of the ultrasonic transducer for each depth at the maximum amplitude may be represented as shown in FIG. 13B, wherein the transducer The sound field at the point of -6 dB, which is 50% of the maximum amplitude by moving the left and right, can be expressed as shown in FIG. 13 (a).
도 14는 동일한 과정을 통하여 개발된 초음파 변환기의 측면공 깊이별 음장 데이터 획득 데이터를 나타내는 그래프이다. 일반적으로 초음파 변환기의 임피던스가 높을수록 메인방의 링잉(Ringing)이 줄어들지만 감도는 떨어지게 된다. 이유는 후면재가 압전 재료의 윗면에서 발생시키는 초음파에게 댐퍼(damper)역할을 하며 급격히 초음파 에너지가 줄어들어 변환기의 분해능이 향상되기 때문이다. 개발된 초음파 변환기는 감도를 크게 하고 대역폭과 분해능을 고려하지 않았기 때문에 메인방이 상대적으로 길게 측정되어 30 mm 에 위치한 측면공부터 탐상이 가능한 것을 확인할 수 있었다.14 is a graph illustrating sound field data acquisition data for each side hole depth of an ultrasonic transducer developed through the same process. In general, the higher the impedance of the ultrasonic transducer, the smaller the ringing (ringing) of the main room, but the lower the sensitivity. The reason is that the backing material acts as a damper to the ultrasonic waves generated from the upper surface of the piezoelectric material, and the ultrasonic energy is rapidly reduced to improve the resolution of the transducer. Since the developed ultrasonic transducer has high sensitivity and does not consider bandwidth and resolution, it can be confirmed that the main room is relatively long and can be inspected from the side hole located at 30 mm.
본 발명의 온도 센서를 갖는 뜸 치료용 초음파 변환기는 음장 실험을 통하여 30 mm 이전에 집속이 되었음을 확인 할 수 있었고, 집속렌즈를 삽입한 초음파 변환기의 집속점을 확인하기 위해서는 메인방에 의한 불감대 영역을 고려하여 후면재의 적절한 임피던스 조절이 필요하다는 것을 확인할 수 있었다.Moxa treatment ultrasonic transducer having a temperature sensor of the present invention was confirmed that the focus was before 30 mm through the sound field experiment, the dead zone area by the main room to check the focusing point of the ultrasonic transducer with the focusing lens Considering this, it was confirmed that proper impedance adjustment of the backing material is necessary.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
10: 하우징
20: 압전 소자
30: 초음파 집속용 렌즈
40: 온도 센서
50: 후면재
60: 제어부
100: 온도 센서를 갖는 뜸 치료용 초음파 변환기10: housing
20: piezoelectric element
30: ultrasonic focusing lens
40: temperature sensor
50: back material
60: control unit
100: Ultrasonic transducer for moxibustion treatment with temperature sensor
Claims (9)
상기 하우징에 설치되는 압전 소자;
상기 압전 소자의 적어도 하나의 면에 접합되고, 상기 압전 소자에서 발생되는 파장을 초음파 주파수의 파장으로 변환하여 대상 영역으로 집속시키는 초음파 집속용 렌즈; 및
적어도 상기 하우징, 상기 압전 소자 및 상기 초음파 집속용 렌즈 중 어느 하나 이상에 설치되고, 상기 대상 영역의 온도를 측정하는 온도 센서;
를 포함하고,
상기 압전 소자는 내부에 온도 센서 수용홀이 형성되는 튜브형이고,
상기 온도 센서는 상기 온도 센서 수용홀에 삽입되고,
상기 대상 영역의 온도를 제어할 수 있도록 상기 온도 센서로부터 온도 신호를 인가받아 상기 압전 소자에 전계를 인가하는 제어부;
를 더 포함하고,
상기 온도 센서에서 피부 온도를 실시간으로 체크하여 획득된 상기 피부 온도 정보가 상기 제어부로 피드백 되어, 상기 피부 온도가 기 설정된 온도보다 높다고 판단되면 초음파 에너지를 감소시키고, 상기 피부 온도가 기 설정된 온도보다 낮다고 판단되면 초음파 에너지를 증가시키고,
상기 압전 소자의 음향 임피던스는 24 내지 44 MRayL 범위를 포함하고,
상기 초음파 집속용 렌즈의 음향 임피던스는 1 내지 7 MRayL 범위를 포함하고,
상기 초음파 집속용 렌즈는 집속 깊이가 11 내지 13 mm인 오목면이 형성되는, 온도 센서를 갖는 뜸 치료용 초음파 변환기.housing;
A piezoelectric element installed in the housing;
An ultrasound focusing lens bonded to at least one surface of the piezoelectric element and converting a wavelength generated from the piezoelectric element into a wavelength of an ultrasonic frequency to focus the target region; And
A temperature sensor installed in at least one of the housing, the piezoelectric element, and the ultrasonic focusing lens, the temperature sensor measuring a temperature of the target region;
Including,
The piezoelectric element is a tube type in which a temperature sensor accommodating hole is formed therein,
The temperature sensor is inserted into the temperature sensor receiving hole,
A controller configured to receive a temperature signal from the temperature sensor and apply an electric field to the piezoelectric element so as to control the temperature of the target region;
More,
The skin temperature information obtained by checking the skin temperature in real time by the temperature sensor is fed back to the controller, and when it is determined that the skin temperature is higher than a preset temperature, ultrasonic energy is reduced and the skin temperature is lower than the preset temperature. If judged, increase the ultrasonic energy,
The acoustic impedance of the piezoelectric element includes a range from 24 to 44 MRayL,
The acoustic impedance of the ultrasonic focusing lens includes 1 to 7 MRayL range,
The ultrasound focusing lens has a concave surface having a focusing depth of 11 to 13 mm, moxibustion ultrasonic transducer for having a temperature sensor.
상기 초음파 집속용 렌즈는, 전체 또는 일부분에 상기 압전 소자에서 발생된 파장을 초음파로 변환하는 정합층이 설치되는, 온도 센서를 갖는 뜸 치료용 초음파 변환기.The method of claim 1,
The ultrasonic focusing lens, the entirety or part of the ultrasonic transducer for moxibustion treatment having a temperature sensor, a matching layer for converting the wavelength generated by the piezoelectric element into ultrasonic waves is provided.
상기 하우징과 상기 압전 소자 사이에 에폭시 계열의 후면재가 충전되는, 온도 센서를 갖는 뜸 치료용 초음파 변환기.The method of claim 1,
An ultrasonic moxibustion transducer having a temperature sensor, wherein an epoxy-based backing material is filled between the housing and the piezoelectric element.
상기 하우징은,
내부에 상기 압전 소자 및 후면재가 수용될 수 있는 수용 공간이 형성되고, 상부에 상기 압전 소자 및 상기 온도 센서와 각각 연결되는 신호 전달 라인에 의해 관통되는 전선홀이 형성되는, 온도 센서를 갖는 뜸 치료용 초음파 변환기.The method of claim 6,
The housing,
Moxibustion treatment having a temperature sensor therein is formed an accommodating space for accommodating the piezoelectric element and the backing material, and a wire hole penetrated by a signal transmission line connected to the piezoelectric element and the temperature sensor, respectively, in an upper portion thereof. Ultrasonic transducer for use.
상기 초음파 주파수는 1 내지 15 MHz 범위를 포함하는, 온도 센서를 갖는 뜸 치료용 초음파 변환기.The method of claim 1,
Wherein said ultrasonic frequency comprises a range from 1 to 15 MHz.
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