KR102115565B1 - Multi-Focal Point Transducer for High- Frequency Ultrasound Applications, Apparatus and Method for Manufacturing thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배열 변환기를 적용하거나 별도의 깊이 방향의 스캔을 수행할 필요 없이 필드의 깊이를 확장할 수 있는 다초점 초음파 트랜스듀서를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 다초점 초음파 트랜스듀서는, 제1 반지름을 갖는 구의 일부분으로 원형 투사 형상을 갖는 제1 영역; 제1 영역과 연속되며, 제1 반지름과 다른 제2 반지름을 갖는 구의 일부분으로 고리 형상을 갖는 제2 영역을 포함하는 초음파 생성 필름에 의하여 초음파를 생성하는 것으로, 상기 제2 영역의 초점이 상기 제1 영역의 중심으로부터 상기 제1 영역의 초점의 연장선상인 초점 라인에 위치되며, 상기 초음파 생성 필름이 하나의 연속된 필름으로 이루어질 수 있다. An object of the present invention is to provide a multifocal ultrasound transducer capable of extending the depth of field without the need to apply an array transducer or perform a separate depth direction scan. A multifocal ultrasound transducer according to an embodiment of the present invention includes: a first region having a circular projection shape as a part of a sphere having a first radius; It is continuous with the first region, and generates ultrasound by an ultrasound generating film including a second region having a ring shape as a part of a sphere having a second radius different from the first radius, wherein the focus of the second region is the first Located on a focal line that is an extension of the focal point of the first region from the center of one region, and the ultrasonic generating film may consist of one continuous film.

Figure R1020190047464
Figure R1020190047464

Description

고주파 초음파 다초점 트랜스듀서, 그 제조장치, 및 제조방법 {Multi-Focal Point Transducer for High- Frequency Ultrasound Applications, Apparatus and Method for Manufacturing thereof}High-frequency ultrasonic multifocal transducer, its manufacturing apparatus, and manufacturing method {Multi-Focal Point Transducer for High-Frequency Ultrasound Applications, Apparatus and Method for Manufacturing thereof}

본 발명은 고주파 초음파 다초점 트랜스듀서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 별도의 깊이 방향의 스캔 없이도 필드의 깊이 또는 깊이 방향 초점 영역을 확장할 수 있는 다초점 초음파 트랜스듀서에 관한 것이다. The present invention relates to a high frequency ultrasonic multifocal transducer, and more particularly, to a multifocal ultrasonic transducer capable of extending a depth of field or a focal region in a depth direction without a separate depth direction scan.

최근에는 고주파 초음파 변환기(transducer)가 소형 동물에 대한 혈관, 피부 및 안구 영상 등 다양한 생체 의학 분야에 널리 사용되고 있다. 또한 변환기는 혈관 내 초음파 광 영상촬영 방법에서 멀티모드 광섬유와 결합하여 잠재적으로 동맥 경화반 식별을 위한 조직의 광 분포에 대한 공간 및 기능 정보를 제공한다. 높은 품질의 변환기는 필드 깊이 방향으로 더 깊게 초점이 닿을수록 우수하다고 알려져 있다. 따라서 몇몇 연구팀은 보다 효과적인 장치를 만들기 위한 목적으로 변환기를 개발하는데 주력해왔다.Recently, high-frequency ultrasound transducers have been widely used in various biomedical fields such as blood vessel, skin, and eye images of small animals. In addition, the transducer combines with multimode optical fiber in an intravascular ultrasound optical imaging method to potentially provide spatial and functional information about the distribution of light in tissues for the identification of atherosclerotic plaques. It is known that the higher the quality of the transducer, the better the depth of focus in the direction of field depth. Therefore, several research teams have focused on developing transducers for the purpose of creating more effective devices.

주파수, 초점 길이, 변환기 앞단 및 필드 깊이(DOF, Depth of Field) 또는 초점 영역(focal zone)의 길이를 포함하는 집중 변환기의 매개변수는 최상의 영상 품질을 달성하도록 적절하게 설계되어야 한다. DOF 또는 초점 영역은 가장 선명하게 초점을 맞춘 사운드 빔을 가진 변환기의 일정한 영역으로 정의되며, 최상의 영상 품질을 제공한다. 초음파 영상을 얻기 위해 B-스캔 및 C-스캔 모드라고 하는 스캐닝 방법이 제안되었다. 이 경우 변환기가 x-y 축에 있는 두 개의 모터를 사용하여 대상을 가로질러 이동한다. 대상 영역에 대한 최상의 이미지를 얻기 위해서는 대상 영역이 변환기의 DOF 내에 배치되어야 한다. 그럼에도 불구하고, 이미지의 깊이가 변환기의 DOF보다 클 때 B-scan 모드에는 문제가 있을 수 있다. 또한, 짧은 DOF는 원거리 필드에 신호 대 잡음 비율(SNR)을 감소시킨다. The parameters of the lumped transducer including frequency, focal length, transducer front and depth of field (DOF) or focal zone length must be properly designed to achieve the best image quality. The DOF or focal area is defined as a constant area of the transducer with the sharpest focused sound beam, providing the best image quality. A scanning method called B-scan and C-scan modes has been proposed to obtain ultrasound images. In this case, the transducer moves across the object using two motors on the x-y axis. In order to obtain the best image of the target area, the target area must be placed within the DOF of the converter. Nevertheless, there can be problems with the B-scan mode when the depth of the image is greater than the DOF of the converter. In addition, short DOF reduces the signal-to-noise ratio (SNR) in the far field.

한편, 변환기의 DOF를 증가시키는 다양한 방법이 있을 수 있다. 예를 들어 배열 변환기에 기초한 복잡한 영상 획득 방법이 사용될 수 있다. 배열 변환기는 DOF를 최대 6mm까지 증가시키기 위한 이상적인 형상을 가지고 있다고 보고되었지만, 요소의 작은 폭 때문에 복잡한 제작 과정과 보다 정교한 시스템이 필요하다. 또한 배열 변환기의 스캔에서 최종 영상을 얻기 위해 데이터는 개별 전송/수신 쌍에서 획득된다. 그런 다음 디지털 합성 조리개 알고리즘을 수행하여 이미지를 재구성한다.On the other hand, there can be various ways to increase the DOF of the converter. For example, a complex image acquisition method based on an array converter may be used. Array transducers have been reported to have an ideal shape to increase the DOF up to 6 mm, but the small width of the elements requires complex manufacturing processes and more sophisticated systems. In addition, to obtain the final image in the scan of the array converter, data is acquired in individual transmit / receive pairs. The digital composite aperture algorithm is then performed to reconstruct the image.

또한 다른 스캔 방법인 D-스캔 또는 "Depth-scan"은 조직 또는 대상의 서로 다른 깊이에서 영상을 얻기 위한 방법이 있을 수 있다. 기계적 움직임을 기준으로 변환기는 깊이 방향으로 이동하며 짧은 B-스캔은 여러 번 수행된다. 소위 스캔 절차인 "B/D-스캔"의 어려운 과제는 고품질 이미지를 얻기 위해 모든 스캔을 효과적으로 구성해야 한다. 고정 초점 변환기를 사용하면 대상이 포커스 영역 외부에 위치할 때 영상 화질이 크게 저하될 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해 영상 화질의 해상도를 크게 높이기 위해 적응형 합성-투과 포커스 기법(SAFT)이 사용될 수 있다. 하지만 이 방법으로는 낮은 신호 대 잡음비(SNR)를 얻는다. In addition, another scanning method, D-scan or "Depth-scan", may be a method for obtaining images at different depths of tissues or objects. Based on the mechanical movement, the transducer moves in the depth direction and a short B-scan is performed several times. The difficult task of the so-called scanning procedure "B / D-Scan" requires that all scans be configured effectively to obtain high-quality images. The use of a fixed focus converter can significantly degrade image quality when the object is located outside the focus area. To solve this problem, an adaptive synthesis-transmission focus technique (SAFT) may be used to greatly increase the resolution of the image quality. However, this method achieves a low signal-to-noise ratio (SNR).

본 발명은 배열 변환기를 적용하거나 별도의 깊이 방향의 스캔을 수행할 필요 없이 필드의 깊이를 확장할 수 있는 다초점 초음파 트랜스듀서를 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a multifocal ultrasound transducer capable of extending the depth of field without the need to apply an array transducer or perform a separate depth direction scan.

또한, 본 발명은 다초점 초음파 트랜스듀서를 정확하고 용이하게 제작할 수 있는 다초점 초음파 트랜스듀서 제조장치 및 제조방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다. In addition, another object of the present invention is to provide an apparatus and method for manufacturing a multifocal ultrasound transducer capable of accurately and easily manufacturing a multifocal ultrasound transducer.

본 발명의 일 실시예에 따른 다초점 초음파 트랜스듀서는, 제1 반지름을 갖는 구의 일부분으로 원형 투사 형상을 갖는 제1 영역; 제1 영역과 연속되며, 제1 반지름과 다른 제2 반지름을 갖는 구의 일부분으로 고리 형상을 갖는 제2 영역을 포함하는 초음파 생성 필름에 의하여 초음파를 생성하는 것으로, 상기 제2 영역의 초점이 상기 제1 영역의 중심으로부터 상기 제1 영역의 초점의 연장선상인 초점 라인에 위치되며, 상기 초음파 생성 필름이 하나의 연속된 필름으로 이루어질 수 있다.A multifocal ultrasound transducer according to an embodiment of the present invention includes: a first region having a circular projection shape as a part of a sphere having a first radius; It is continuous with the first region, and generates ultrasound by an ultrasound generating film including a second region having a ring shape as a part of a sphere having a second radius different from the first radius, wherein the focus of the second region is the first Located on a focal line that is an extension of the focal point of the first region from the center of one region, and the ultrasonic generating film may consist of one continuous film.

상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 면적의 크기가 동일할 수 있다. The size of the area of the first region and the second region may be the same.

상기 제1 영역의 초점에서 상기 제1 영역에 의하여 형성되는 에너지 레벨과 상기 제2 영역의 초점에서 상기 제2 영역에 의하여 형성되는 에너지 레벨이 동일할 수 있다. The energy level formed by the first region at the focus of the first region and the energy level formed by the second region at the focus of the second region may be the same.

상기 제1 영역에 의하여 상기 제1 영역의 제1 초점 주위에 상기 초점 라인을 따라 일정한 에너지 레벨보다 크기가 큰 영역인 제1 초점 영역이 형성되고, 상기 제2 영역에 의하여 상기 제2 영역의 제2 초점 주위에 상기 초점 라인을 따라 일정한 에너지 레벨보다 크기가 큰 영역인 제2 초점 영역이 형성할 수 있다. A first focal region, which is a region larger than a constant energy level along the focal line, is formed around the first focal point of the first region by the first region, and the second region provides a first focal region. A second focal region, which is a region larger than a constant energy level along the focal line, may be formed around the focal point.

상기 제1 초점 영역과 상기 제2 초점 영역이 일부 중첩 또는 연속되어 형성될 수 있다. The first focus area and the second focus area may be partially overlapped or continuously formed.

상기 초음파 생성 필름이, 제2 영역과 연속되며, 제2 반지름과 다른 제3 반지름을 갖는 구의 일부분으로 고리 형상을 갖는 제3 영역을 더 포함하고, 상기 제3 영역의 초점이 상기 제1 영역의 중심으로부터 상기 제1 영역의 초점의 연장선상에 위치될 수 있다. The ultrasound-generating film further includes a third region having a ring shape as a part of a sphere having a third radius different from the second radius, wherein the third region has a focus of the first region. It may be located on an extension line of the focus of the first region from the center.

상기 제2 영역과 상기 제3 영역의 면적이 동일할 수 있다. The second area and the third area may have the same area.

상기 제2 영역의 초점에서 상기 제2 영역에 의하여 형성되는 에너지 레벨과 상기 제3 영역의 초점에서 상기 제3 영역에 의하여 형성되는 에너지 레벨이 동일할 수 있다. The energy level formed by the second region at the focus of the second region and the energy level formed by the third region at the focus of the third region may be the same.

상기 제1 영역의 제1 초점과 상기 제2 영역의 제2 초점 사이의 거리와 상기 제2 영역의 제2 초점과 상기 제3 영역의 제3 초점 사이의 거리가 동일할 수 있다. The distance between the first focus in the first area and the second focus in the second area and the distance between the second focus in the second area and the third focus in the third area may be the same.

상기 제1 영역 내지 제3 영역 각각의 초점 주위에 상기 초점 라인을 따라 일정한 에너지 레벨보다 크기가 큰 영역인 각각의 초점 영역이 형성되고, 상기 제1 초점 영역과 상기 제2 초점 영역이 일부 중첩 또는 연속되어 형성될 수 있다. Around each focal point of each of the first to third regions, each focal region, which is a region larger than a constant energy level, is formed along the focal line, and the first focal region and the second focal region partially overlap or It can be formed continuously.

본 발명의 일 실시예에 따른 다초점 초음파 트랜스듀서는, 중공의 실린더 형상의 외부 하우징: 서로 다른 크기의 반지름을 갖는 2 이상의 구형 영역이 연결되어 하나의 일체형 필름으로 이루어지고, 상기 외부 하우징의 일단의 개구부에 오목부가 외부를 향하도록 설치되어 초음파를 생성하는 상기 초음파 생성 필름; 상기 초음파 생성 필름의 오목한 면에 상기 초음파 생성 필름의 오목면의 형상을 따라 형성되는 제1 전극층; 상기 초음파 생성 필름의 볼록한 면에 상기 초음파 생성 필름의 볼록면의 형상을 따라 형성되는 제2 전극층; 및 전원선이 상기 제2 전극층의 볼록면의 볼록부의 끝단부로부터 연장되어 연결되고, 상기 외부 하우징의 다른 일단의 개구부에 체결되는 커넥터를 포함할 수 있다. Multifocal ultrasound transducer according to an embodiment of the present invention, a hollow cylinder-shaped outer housing: two or more spherical regions having different sizes of radii are connected to be made of one integral film, and one end of the outer housing The ultrasonic generating film is installed in the opening of the concave portion facing the outside to generate ultrasonic waves; A first electrode layer formed on a concave surface of the ultrasonic generating film along a shape of a concave surface of the ultrasonic generating film; A second electrode layer formed on the convex surface of the ultrasonic generating film along the shape of the convex surface of the ultrasonic generating film; And a connector in which the power line extends from an end of the convex portion of the convex surface of the second electrode layer and is connected to an opening of the other end of the outer housing.

상기 외부 하우징의 내면에 실린더 형상으로 삽입되어 상기 초음파 생성 필름의 가장자리 부분을 상기 외부 하우징의 일단의 개구부 방향으로 지지하는 내부 하우징을 더 구비할 수 있다. It may be further provided with an inner housing that is inserted into a cylindrical shape on the inner surface of the outer housing to support an edge portion of the ultrasonic generating film in an opening direction of one end of the outer housing.

상기 외부 하우징의 내부의 상기 초음파 생성 필름의 내측 부분에 비전도성 접착제가 채워질 수 있다. A non-conductive adhesive may be filled in the inner portion of the ultrasonic generating film inside the outer housing.

상기 외부 하우징의 일단에 상기 외부 하우징의 끝단이 실린더의 중심축 방향으로 연장되는 마감부가 형성되고, 상기 마감부의 내면에 상기 초음파 생성 필름의 가장자리 부분이 접촉될 수 있다. At one end of the outer housing, an end portion of the outer housing extending in the direction of the central axis of the cylinder is formed, and an edge portion of the ultrasonic generating film may be in contact with the inner surface of the finishing portion.

상기 마감부의 개구부를 통하여 상기 초음파 생성 필름의 상기 2 이상의 구형 영역이 노출될 수 있다. The two or more spherical regions of the ultrasonic generating film may be exposed through the opening of the finishing part.

본 발명의 일 실시예에 따른 다초점 초음파 트랜스듀서의 제조장치는, 중앙부에 원형의 관통홀 또는 오목부가 형성된 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트 위에 탄성 지지되어 상기 베이스 플레이트 방향으로 가압되는 슬라이드 플레이트; 상기 슬라이드 플레이트의 하면에 설치되어 상기 슬라이드 플레이트와 함께 이동되는 것으로, 상기 관통홀 또는 오목부에 삽입되는 끝단부에 상기 제1항 내지 제10항 중의 어느 하나의 항의 초음파 생성 필름의 서로 다른 크기의 반지름을 갖는 2 이상의 구형 영역에 대응되는 패턴이 형성되는 패턴 틀; 상기 베이스 플레이트의 사각 모서리 부분 각각에 동일한 길이를 가지며 높이 방향으로 길게 배치되는 지지 로드들: 상기 지지 로드들 위에 배치되는 것으로, 상기 관통홀 또는 오목부가 상기 높이 방향으로 연장되는 위치에 관통홀이 형성되는 지지 플레이트; 및 상기 지지 플레이트를 관통하도록 설치되어 끝단을 통하여 상기 슬라이드 플레이트에 가압력을 제공하는 가압 스크루를 포함할 수 있다. An apparatus for manufacturing a multifocal ultrasound transducer according to an embodiment of the present invention includes: a base plate having a circular through hole or a recess formed in a central portion; A slide plate elastically supported on the base plate and pressed in the direction of the base plate; It is installed on the lower surface of the slide plate to be moved together with the slide plate, different sizes of the ultrasonic generating film of any one of claims 1 to 10 at the end inserted into the through hole or recess A pattern frame in which a pattern corresponding to two or more spherical regions having a radius is formed; Support rods having the same length in each of the square corner portions of the base plate and arranged in a height direction: disposed on the support rods, through holes formed in positions where the through holes or recesses extend in the height direction Support plate; And a pressure screw installed to penetrate the support plate to provide a pressing force to the slide plate through an end.

상기 가압 스크루와 상기 지지 플레이트 사이에 설치되어 상기 패턴 틀이 상기 패턴 틀과 상기 베이스 플레이트 사이에 배치되는 필름에 가하는 힘을 센싱하는 힘 센서를 더 포함할 수 있다. A pressure sensor installed between the pressure screw and the support plate may further include a force sensor that senses a force applied to the film in which the pattern frame is disposed between the pattern frame and the base plate.

본 발명의 일 실시예에 따른 다초점 초음파 트랜스듀서의 제조 방법은, 상기 다초점 초음파 트랜스듀서의 제조 장치에 의한 제조 방법으로서, 상기 패턴 틀과 상기 베이스 플레이트 사이에, 구리 클래드 폴리이미드 필름, PVDF 필름, 및 테프론 필름을 순서대로 적층하는 단계; 상기 가압 스크루를 이용하여 상기 패턴 틀을 상기 적층된 필름들에 구형 패턴을 형성하는 단계; 상기 다초점 초음파 트랜스듀서의 제조장치를 반전시켜 테프론 튜브를 상기 베이스 플레이트의 관통홀에 삽입하고 비전도성 접착제를 상기 테프론 튜브에 주입하는 단계; 구형 패턴이 형성된 적층된 필름들을 설정된 온도로 설정된 시간 가열하는 단계; 및 완성된 상기 초음파 생성 필름을 외부 하우징 내부에 설치하여 조립하는 단계를 포함할 수 있다. A method of manufacturing a multifocal ultrasound transducer according to an embodiment of the present invention is a method of manufacturing a multifocal ultrasound transducer by a manufacturing apparatus, between the pattern frame and the base plate, a copper clad polyimide film, PVDF Laminating a film and a Teflon film in order; Forming a spherical pattern on the laminated films by using the pressure screw to form the pattern frame; Reversing the manufacturing apparatus of the multifocal ultrasound transducer, inserting a Teflon tube into a through hole of the base plate and injecting a non-conductive adhesive into the Teflon tube; Heating the laminated films on which the spherical pattern is formed to a set temperature for a set time; And installing and assembling the completed ultrasonic generating film inside an outer housing.

상기 가열 단계가 완료된 적층된 필름을 분리한 후에 상기 테프론 필름을 제거하여 초음파 생성 필름을 얻는 단계를 더 포함할 수 있다. After separating the laminated film on which the heating step is completed, the method may further include removing the Teflon film to obtain an ultrasonic generating film.

상기 가열하는 단계는 상기 다초점 초음파 트랜스듀서의 제조 장치로부터 상기 필름들이 분리되기 전에 이루어질 수 있다. The heating may be performed before the films are separated from the manufacturing apparatus of the multifocal ultrasound transducer.

본 발명의 다초점 초음파 트랜스듀서에 따르면, 배열 변환기를 적용하거나 별도의 깊이 방향의 스캔을 수행할 필요 없이 필드의 깊이를 확장할 수 있다. According to the multifocal ultrasound transducer of the present invention, the depth of field can be extended without the need to apply an array transducer or perform a separate depth direction scan.

또한, 본 발명의 다초점 초음파 트랜스듀서 제조장치 및 제조방법에 따르면, 다초점 초음파 트랜스듀서를 정확하고 용이하게 제작할 수 있다. Further, according to the apparatus and manufacturing method of a multifocal ultrasound transducer of the present invention, a multifocal ultrasound transducer can be accurately and easily manufactured.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다초점 초음파 트랜스듀서에서 제1 영역과 나머지 영역 각각에 의한 초음파 펄스-에코 응답과 주파수 스펙트럼을 개략적으로 보여주는 그래프들이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 5개의 구면 영역을 포함하는 다초점 초음파 트랜스듀서의 끝단면과 각각의 구면 영역에 의한 초점을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 다초점 초음파 트랜스듀서에서 각각의 초점의 분포와 초점 영역을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다초점 초음파 트랜스듀서 제조장치인 프레스 핏 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 2의 다초점 초음파 트랜스듀서의 조립된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다초점 초음파 트랜스듀서를 사용한 측정 실험 장치를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 7은 도 6의 실험 장치에 의하여 측정한 결과를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 도 6의 실험 장치에 의하여 측정한 결과를 개략적으로 도시한 것으로, 시간 영역과 주파수 영역에서의 측정 결과를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 도 6의 실험 장치에 의하여 측정한 결과로서, B-스캔 이미지를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 도 6의 실험 장치에 의하여 측정한 결과로서, C-스캔 이미지를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 다초점 초음파 트랜스듀서에서 측정된 해상도(resolution)를 개략적으로 도시한 도면이다.
The following drawings attached to this specification are intended to illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical spirit of the present invention together with the detailed description of the present invention, so the present invention is limited only to those described in those drawings. And should not be interpreted.
1 is a graph schematically showing an ultrasound pulse-echo response and a frequency spectrum of each of a first region and a remaining region in a multifocal ultrasound transducer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view schematically showing an end face of a multifocal ultrasound transducer including five spherical regions according to an embodiment of the present invention and focus by each spherical region.
FIG. 3 is a view schematically showing a distribution and a focus area of each focus in the multifocal ultrasound transducer of FIG. 2.
4 is a view schematically showing a press fit system that is a multi-focus ultrasonic transducer manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 is a view schematically showing an assembled state of the multifocal ultrasound transducer of FIG. 2.
6 is a conceptual diagram schematically showing a measurement experimental apparatus using a multifocal ultrasound transducer according to an embodiment of the present invention.
7 is a view schematically showing the results measured by the experimental apparatus of FIG. 6.
FIG. 8 schematically shows the results measured by the experimental apparatus of FIG. 6 and schematically shows the measurement results in the time domain and the frequency domain.
FIG. 9 is a diagram schematically showing a B-scan image as a result of measurement by the experimental apparatus of FIG. 6.
FIG. 10 is a diagram schematically showing a C-scan image as a result of measurement by the experimental apparatus of FIG. 6.
11 is a view schematically showing a resolution measured in a multifocal ultrasound transducer according to an embodiment of the present invention.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 발명의 실시예에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다. 하나의 실시예에 적용되는 구성요소는 특별한 언급이 없더라도 다른 실시예에서도 적용될 수 있다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the embodiments described below do not unduly limit the contents of the present invention as set forth in the claims, and the entire structure described in the embodiments of the present invention cannot be said to be essential as a solution of the present invention. Components applied to one embodiment may be applied to other embodiments without specific mention.

본 발명의 일 실시예에 따른 다초점 초음파 트랜스듀서(transducer)는 고주파 초음파 애플리케이션을 위한 폴리비닐리딘 플루오르화물(PVDF) 필름을 기반으로 새로운 다초점 변환기를 제공한다. 즉, 배열 변환기(array transducer)를 적용하거나 D-스캔을 수행할 필요 없이 필드의 깊이를 확장할 수 있는 다초점 초음파 변환기를 제공한다. 기존 변환기와는 달리, 제안된 다초점 초음파 변환기는 음영 펄스를 받을 때 축 방향에서 동시에 다중 국소 점을 생성할 수 있다. A multifocal ultrasound transducer according to an embodiment of the present invention provides a new multifocal transducer based on a polyvinylidene fluoride (PVDF) film for high frequency ultrasound applications. That is, it provides a multifocal ultrasound transducer that can extend the depth of field without the need for applying an array transducer or performing a D-scan. Unlike conventional transducers, the proposed multifocal ultrasound transducer can generate multiple local points simultaneously in the axial direction when subjected to shading pulses.

본 발명에서는 PVDF 기반 다중 국소 포인트의 광대역 다초점 초음파 변환기의 설계, 제작 및 평가가 제시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 다초점 초음파 변환기의 효과를 입증하기 위하여, 단초점 변환기와 다중 초점 변환기의 두 가지 유형의 변환기를 펄스 반향 응답 방법을 사용하여 와이어 팬텀 실험을 통하여 테스트 하여 그 결과를 비교 분석하였다. In the present invention, the design, fabrication and evaluation of a PVDF based multi-local point wideband multifocal ultrasound transducer is presented. In order to demonstrate the effect of the multifocal ultrasound transducer according to an embodiment of the present invention, two types of transducers, a single focus transducer and a multifocal transducer, are tested through a wire phantom experiment using a pulse echo response method to test the results. Comparative analysis.

본 발명의 일 실시예에 따른 다초점 초음파 트랜스듀서에서는 입력되는 전원에 따라 초음파를 발생시키는 초음파 생성 필름이 사용될 수 있다. 이때, 초음파 생성 필름은 깊이 방향으로 다중 초점을 형성할 수 있도록 하는 표면의 형상을 갖는다. 서로 다른 크기의 반지름을 갖는 2 이상의 구형 영역이 연결되어 하나의 일체형 필름으로 이루어질 수 있다. In the multifocal ultrasound transducer according to an embodiment of the present invention, an ultrasound generating film generating ultrasound according to an input power may be used. At this time, the ultrasound-generating film has a shape of a surface that allows multiple focuses to be formed in a depth direction. Two or more spherical regions having different sizes of radii may be connected to form a single integral film.

초음파 생성 필름으로는 PZT(lead zirconate titanate), PMN-PT(lead niobiumzine zirconate titanate), LiNbO3, ZnO, PVDF(polyvinylidene fluoride) 필름과 같은 일부 피에조 전기재료가 초음파 용도에 따라 광범위하게 조사되었다. 이때, 전기기계 연결 계수, 음향 임피던스, 유전 상수, 압전 계수 및 음속 등의 특성이 검토되었다. As ultrasonic generating films, some piezoelectric materials such as lead zirconate titanate (PZT), lead niobiumzine zirconate titanate (PMN-PT), LiNbO3, ZnO, and polyvinylidene fluoride (PVDF) films have been extensively investigated according to ultrasonic applications. At this time, characteristics such as the electromechanical connection coefficient, acoustic impedance, dielectric constant, piezoelectric coefficient, and sound velocity were examined.

다초점 초음파 트랜스듀서에서는, 초음파 생선 필름의 소재로서 PVDF(폴리비닐리딘 플루오르화물)가 적용될 수 있다. PVDF 필름의 음향 임피던스(4 MRayl 이하)는 피에조 세라믹 및 크리스탈 소재보다 낮지만 기계적 유연성이 탁월해 곡선 형태로 누르기가 가장 쉽다. PVDF의 대표적인 특성은 표 1에 나와 있다. PVDF 필름의 삽입 손실이 상대적으로 높은 반면, 그 음향 임피던스는 PZT 및 LiNbO3 재료보다 인체 조직과 더 쉽게 일치하기 때문에 레이어가 일치할 필요가 없다. 또한 PVDF는 위에서 언급한 재료 중에서 가장 넓은 대역폭을 가지며, 고분해능 초음파 영상을 생성하는 데 사용할 수 있다. 표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 생성 필름의 PVDF 필름의 특성이다. In a multifocal ultrasound transducer, PVDF (polyvinylidene fluoride) may be applied as a material for an ultrasonic fish film. The acoustic impedance of the PVDF film (below 4 MRayl) is lower than that of piezo ceramic and crystal materials, but the mechanical flexibility is excellent, making it the easiest to press in a curved form. Representative characteristics of PVDF are shown in Table 1. While the insertion loss of PVDF film is relatively high, the layers do not need to match because its acoustic impedance is more easily matched to human tissue than PZT and LiNbO3 materials. In addition, PVDF has the widest bandwidth among the above-mentioned materials and can be used to generate high-resolution ultrasound images. Table 1 is a characteristic of the PVDF film of the ultrasonic generating film according to an embodiment of the present invention.

PropertyProperty ValueValue Electromechanical coupling coefficient (Kt)Electromechanical coupling coefficient (K t ) 0.12-0.150.12-0.15 Molecular formulaMolecular formula (CH2CF2)(CH 2 CF 2 ) Relative clamped dielectric constant(εs0)Relative clamped dielectric constant (ε s / ε 0 ) 1111 Mechanical quality factor (Qm)Mechanical quality factor (Q m ) ~20~ 20 Density (kg/m3)Density (kg / m 3 ) 18001800 Longitudinal wave velocity (m/s)Longitudinal wave velocity (m / s) 21102110 Acoustic impedance (MRayl)Acoustic impedance (MRayl) 3.93.9 Curie temperature (ㅀC)Curie temperature (ㅀ C) 100100 Melting temperature (ㅀC)Melting temperature (ㅀ C) 160~180160 ~ 180

본 발명에서는 측정되는 대상물의 깊이 방향으로 집중된 변환기(focused transducer)의 초점 영역을 확장하기 위하여, 초점 영역에 영향을 미치는 다양한 매개변수를 결정하는 것이 필요하다. PVDF를 초음파 생성 필름으로 사용하는 다초점 초음파 변환기의 파라미터가 KLM(Kritholz-Leedom-Matthaei) 모델 기반 시뮬레이터를 사용하여 설계되었다. 이때, 초점 영역은 집중 변환기를 위해 설계되었다. 초점 영역의 길이는 다초점 변환기를 위해 적절히 구성될 수 있다. 그 후에 다초점 변환기의 프로필이 결정된다. 집중 변환기의 파라미터는 f# = R/D, N = (D^2 * fc) / 4c, SF = R/N, Fz = N * SF^2 * 2 / (1+SF/2), δL = 1.02c * f#/fc, δA = SPL / 2 의 관계식과 같이 결정될 수 있다. In the present invention, in order to expand the focus area of a focused transducer in the depth direction of an object to be measured, it is necessary to determine various parameters affecting the focus area. The parameters of a multifocal ultrasound transducer using PVDF as an ultrasonic generating film were designed using a KLM (Kritholz-Leedom-Matthaei) model-based simulator. At this time, the focal region was designed for the centralized transducer. The length of the focal region can be suitably configured for a multifocal transducer. The profile of the multifocal converter is then determined. The parameters of the lumped converter are f # = R / D, N = (D ^ 2 * fc) / 4c, SF = R / N, Fz = N * SF ^ 2 * 2 / (1 + SF / 2), δL = 1.02 c * f # / fc, δA = SPL / 2 can be determined as a relational expression.

여기서, R은 변환기의 초점 길이이며, D는 변환기 앞단 지름, f#은 f-숫자, c는 부하 매체에서 소리의 속도, fc는 변환기의 중심 주파수이며, δL은 변환기의 측방향 분해능이며, δA는 축방향 분해능이며, SPL은 공간 파장 길이, N은 변환기의 니어 필드(Near Field), SF는 노멀라이즈드 초점 길이, Fz은 변환기의 초점 영역이다. Where R is the focal length of the transducer, D is the leading diameter of the transducer, f # is the f-number, c is the speed of sound in the load medium, fc is the center frequency of the transducer, δL is the lateral resolution of the transducer, and δA is Axial resolution, SPL is the spatial wavelength length, N is the near field of the transducer, SF is the normalized focal length, and Fz is the transducer focal region.

본 발명의 일 실시예에 따른 다초점 초음파 트랜스듀서는 초음파를 생성하는 초음파 생성 필름을 구비하고, 초음파 생성 필름은 각각 서로 다른 반지름의 구형 형상이 연속된 하나의 필름으로 이루어질 수 있다. 이때, 초음파 생성 필름은 제1 영역과 제2 영역을 포함하고, 제1 영역은 제1 반지름을 갖는 구의 일부분으로 원형 투사 형상을 가질 수 있다. 제2 영역은 제1 영역과 연속되며, 제1 반지름과 다른 제2 반지름을 갖는 구의 일부분으로 고리 형상을 가질 수 있다. The multifocal ultrasound transducer according to an embodiment of the present invention includes an ultrasound generating film for generating ultrasound, and the ultrasound generating film may be formed of one film having a spherical shape having different radii, respectively. At this time, the ultrasound generating film includes a first region and a second region, and the first region may have a circular projection shape as a part of a sphere having a first radius. The second region is continuous with the first region, and may have a ring shape as a part of a sphere having a second radius different from the first radius.

따라서, 하나의 연속된 필름에 의하여 이루어지는 초음파 생성 필름에 의하여 복수의 초점이 형성될 수 있다. 이때, 복수의 초점이 측정 대상물의 깊이 방향으로 배열되어 초점 영역이 그 깊이 방향으로 연장될 수 있다. Therefore, a plurality of focal points can be formed by the ultrasonic generating film made of one continuous film. At this time, a plurality of focal points are arranged in the depth direction of the measurement object so that the focal region may extend in the depth direction.

이때, 제2 영역의 초점이 제1 영역의 중심으로부터 제1 영역의 초점의 연장선상인 초점 라인에 위치될 수 있다. 그에 따라, 동일한 형상 조건 하에 초점 영역이 측정 대상물의 깊이 방향으로 깊이 연장될 수 있게 된다. At this time, the focus of the second region may be located on a focus line that is an extension of the focus of the first region from the center of the first region. Accordingly, the focal region can be extended deeply in the depth direction of the measurement object under the same shape condition.

이때, 제1 영역과 제2 영역은 면적의 크기가 동일할 수 있다. 이 경우, 제1 영역의 초점에서 제1 영역에 의하여 형성되는 에너지 레벨과 제2 영역의 초점에서 제2 영역에 의하여 형성되는 에너지 레벨이 동일하게 되도록 다양한 설계 변수들이 설계될 수 있다. At this time, the size of the area of the first region and the second region may be the same. In this case, various design variables may be designed such that the energy level formed by the first region at the focus of the first region and the energy level formed by the second region at the focus of the second region are the same.

이 경우, 제1 영역에 의하여 제1 영역의 제1 초점 주위에 초점 라인을 따라 일정한 에너지 레벨보다 크기가 큰 영역인 제1 초점 영역이 형성되고, 제2 영역에 의하여 제2 영역의 제2 초점 주위에 초점 라인을 따라 일정한 에너지 레벨보다 크기가 큰 영역인 제2 초점 영역이 형성될 수 있다. 이때, 제1 초점 영역과 제2 초점 영역이 일부 중첩 또는 연속되어 형성될 수 있다. In this case, a first focus region, which is a region having a size larger than a constant energy level, is formed along the focus line around the first focus of the first region by the first region, and the second focus of the second region is formed by the second region. A second focal region, which is a region larger than a certain energy level, may be formed along the focal line around. At this time, the first focus area and the second focus area may be partially overlapped or continuously formed.

이때, 다초점 초음파 트랜스듀서는 서로 다른 구형 지름을 가져 깊이 방향으로 배열되는 초점을 갖는 2개의 영역을 포함할 수 있다. At this time, the multifocal ultrasound transducer may include two regions having different spherical diameters and having focus arranged in a depth direction.

다른 실시예로서, 초음파 생성 필름은 제2 영역과 연속되며, 제2 반지름과 다른 또는 더 큰 제3 반지름을 갖는 구의 일부분으로 고리 형상을 갖는 제3 영역을 더 포함할 수 있다. 이때, 제2 영역의 초점에서 제2 영역에 의하여 형성되는 에너지 레벨과 제3 영역의 초점에서 제3 영역에 의하여 형성되는 에너지 레벨이 동일할 수 있다. In another embodiment, the ultrasound-generating film is continuous with the second region, and may further include a third region having a ring shape as part of a sphere having a third radius that is different or greater than the second radius. At this time, the energy level formed by the second region at the focus of the second region and the energy level formed by the third region at the focus of the third region may be the same.

제1 영역 내지 제3 영역 각각의 초점 주위에 초점 라인을 따라 일정한 에너지 레벨보다 크기가 큰 영역인 각각의 초점 영역이 형성되고, 제1 초점 영역과 제2 초점 영역이 일부 중첩 또는 연속되어 형성될 수 있다. Around each focal point of the first region to the third region, each focal region, which is a region larger than a constant energy level, is formed along the focal line, and the first focal region and the second focal region are partially overlapped or continuously formed. Can be.

이때, 제1 영역의 제1 초점과 제2 영역의 제2 초점 사이의 거리와 제2 영역의 제2 초점과 제3 영역의 제3 초점 사이의 거리가 동일할 수 있다. At this time, the distance between the first focus in the first area and the second focus in the second area and the distance between the second focus in the second area and the third focus in the third area may be the same.

다만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 초음파 생성 필름이 연장되는 동일한 초점 라인 상에 존재하는 각각의 초점을 갖는 3개 또는 그 이상 예를 들어 5개 또는 7개의 구형 영역을 가져 깊이 방향으로 연장된 초점 영역을 가질 수 있다. 한편, 도 2 및 도 3에 도시된 실시예에서는 5개의 구형 영역(S1~S5)공통의 초점 라인 상에 일정한 간격(b)으로 이격된 5개의 초점(A1~A5)에 의하여 확장된 초점 영역(Fz)을 갖는다. However, the present invention is not limited to this, and has three or more, for example, five or seven spherical regions each having a focal point present on the same focal line where the ultrasonic generating film extends and is extended in a depth direction. It can have a focus area. On the other hand, in the embodiment shown in Figures 2 and 3, the five focus areas (S1 ~ S5) on the common focus line, the focus area extended by five focuses (A1 ~ A5) spaced at regular intervals (b) (Fz).

이때, 제1 영역(S1)은 제1 반지름(R1)을 갖는 구의 일부분으로 원형 투사 형상을 가지는 영역이 될 수 있으며, 제2 영역(S2)과 그 다음에 배치되는 영역(S3~S5)은 각각 점점 더 커지는 반지름(R2~R5) 구의 일부분으로 고리 형상을 가질 수 있다. 또한, 제2 영역 내지 제5 영역(S2~S5)의 면적이 동일하고, 각각의 초점들(A1~A5) 사이의 거리가 일정하도록 설계할 수 있다. 이때, 각각의 초점(A1~A5)에서 형성되는 초점 영역(Fz)일부 중첩되도록 설계하여 초점 라인 상에서 에너지 레벨의 크기 편차를 줄일 수 있다. At this time, the first region S1 may be a region having a circular projection shape as a part of a sphere having a first radius R1, and the second region S2 and the regions S3 to S5 disposed thereafter are Each may have a ring shape as a part of the increasingly larger radius (R2 to R5) sphere. In addition, the areas of the second to fifth regions S2 to S5 are the same, and the distances between the respective focal points A1 to A5 can be designed to be constant. At this time, the focal region Fz formed at each of the focal points A1 to A5 is designed to partially overlap, thereby reducing the size variation of the energy level on the focal line.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 다초점 초음파 트랜스듀서에서 제1 영역과 나머지 영역 각각에 의한 초음파 펄스-에코 응답과 주파수 스펙트럼을 개략적으로 보여주는 그래프들이 도시되어 있다. 도면에 도시된 그래프는 PVDF 초음파 생성 필름을 사용하여 50MHz 초음파에 의한 펄스-에코 응답(실선)과 그들의 주파수 스펙트럼(점선)의 시뮬레이션 결과로서, (a)는 단초점 트랜스듀서에 의한 것이고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 다초점 트랜스듀서에 의한 제2 영역의 시뮬레이션 결과이다. 제1 영역의 경우는 도면의 단초점 트랜스듀서에 의한 시뮬레이션 결과와 유사하고, 제3 영역 이상의 영역에서는 제2 영역의 시뮬레이션 결과와 유사한 결과를 보여준다. 1 shows graphs schematically showing an ultrasound pulse-echo response and a frequency spectrum of each of a first region and a remaining region in a multifocal ultrasound transducer according to an embodiment of the present invention. The graph shown in the figure is a simulation result of pulse-echo response (solid line) and their frequency spectrum (dashed line) by 50 MHz ultrasonic wave using PVDF ultrasonic generating film, (a) is by a single focus transducer, and (b ) Is a simulation result of the second region by the multifocal transducer according to an embodiment of the present invention. The first region is similar to the simulation result by the single focus transducer in the drawing, and the third region or higher region shows similar results to the second region simulation result.

이때, 도 1은 바이오소노(BioSono) KLM(Krimholtz-Leedom-Matthaei) 시뮬레이션 결과를 보여준다. 단초점 변환기의 중심 주파수와 -6dB 대역폭은 각각 50MHz와 66%로 예상되고 다초점 변환기의 주파수는 50MHz와 68%로 설계되었다. 집중 변환기의 파라미터 관계식에서, 50 MHz의 중심 주파수에서 단초점 변환기의 초점 길이는 10 mm, 간극 직경은 9 mm, 물에서의 확산 속도는 1540 m/s이다. 초점 영역은 0.41mm로, 측면 분해능은 47μm이다. 이 초점 영역을 효과적으로 확장하기 위해 다양한 초점 영역을 가진 다초점 변환기가 적용되었다. 이러한 초점 영역은 약간 중첩되어 계속 초점 깊이를 생성할 수 있다.At this time, Figure 1 shows the results of a biosono (BioSono) KLM (Krimholtz-Leedom-Matthaei) simulation. The center frequency and -6dB bandwidth of the short focus converter are expected to be 50MHz and 66%, respectively, and the frequency of the multifocus converter is designed to 50MHz and 68%. In the parametric relationship of the lumped transducer, at a center frequency of 50 MHz, the focal length of the short focus transducer is 10 mm, the gap diameter is 9 mm, and the diffusion speed in water is 1540 m / s. The focal area is 0.41 mm and the lateral resolution is 47 μm. In order to effectively expand this focal region, a multifocal transducer with various focal regions was applied. These focal regions may overlap slightly to continue to create focal depth.

초점 영역을 4.3mm까지 확장하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 생성 필름은 5개 초점으로 다초점 변환기가 설계되었다. 이러한 초점들은 축 방향에 1 mm (b = 1 mm) 간격으로 분포되었다. 다초점 변환기의 전면은 동일한 면적의 5개 부분으로 나뉘었다. 각 부분은 각각 반경 Ri와 높이 Hi의 구면 표면으로 구성되었다. 도 2는 다구면 프로파일의 구조를 나타낸다. In order to extend the focal region to 4.3 mm, the ultrasonic generating film according to an embodiment of the present invention was designed with a multifocal transducer with five focal points. These focal points were distributed at 1 mm (b = 1 mm) intervals in the axial direction. The front side of the multifocal transducer was divided into five parts of the same area. Each part consisted of a spherical surface of radius Ri and height Hi, respectively. 2 shows the structure of a multi-spherical profile.

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따라 동일한 면적을 갖는 5개의 다른 구면 영역을 포함하는 다초점 초음파 트랜스듀서의 끝단면과 각각의 구면 영역에 의한 초점의 분포가 개략적으로 도시되어 있다. 도 3에는 도 2의 다초점 초음파 트랜스듀서에서 각각의 초점의 분포와 초점 영역을 개략적으로 도시되어 있다. FIG. 2 schematically shows a distribution of an end face of a multifocal ultrasound transducer including five different spherical regions having the same area and focus by each spherical region according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 schematically shows the distribution and focal region of each focal point in the multifocal ultrasound transducer of FIG. 2.

각각의 초점 영역 내에 위치되는 점 P(xi,zi)에서는 원하는 품질의 이미지를 얻을 수 있게 된다. 이때, xi는 X축 상의 거리를 나타내고, zi는 점 P의 Z축 상의 깊이를 나타낸다. At a point P (xi, zi) located in each focal region, an image of a desired quality can be obtained. At this time, xi represents the distance on the X axis, and zi represents the depth on the Z axis of the point P.

다초점 변환기의 표면 파라미터는 다음과 같이 정의될 수 있다.The surface parameters of a multifocal transducer can be defined as follows.

각 영역의 구의 반지름(초점 길이): R1 = A1N0 = A1K1, R2 = A2K2 = A2K1, R3 = A3K3 = A3K2, R4 = A4K4 = A4K3, R5 = A5K5 = A5K4.Radius (focal length) of sphere in each area: R 1 = A 1 N 0 = A 1 K 1 , R 2 = A 2 K 2 = A 2 K 1 , R 3 = A 3 K 3 = A 3 K 2 , R 4 = A 4 K 4 = A 4 K 3 , R 5 = A 5 K 5 = A5K 4 .

각 영역의 개구 지름: Di = 2NiKi = 2RiSinαi, i=1 to 5. Opening diameter of each area: Di = 2NiKi = 2RiSinα i , i = 1 to 5.

각각의 구형 부분의 높이: hi = NiNi-1, where, i=1 to 5.Height of each spherical part: hi = NiNi-1, where, i = 1 to 5.

각각의 초점 사이의 거리: AiAi+1=b, i=1 to 4.Distance between each focal point: AiAi + 1 = b, i = 1 to 4.

매개변수의 값은 다음과 같이 선택될 수 있다. The value of the parameter can be selected as follows.

R1 = 10 mm, b=1 mm, D1=4 mm, R1 = 10 mm, R2 = 10.98 mm, R3 = 11.95 mm, R4 = 19.91 mm, R5 = 13.86 mm, D1 = 4 mm, D2 = 5.62 mm, D3 = 6.88 mm, D4 = 7.92 mm, D5 = 8.84 mm, h1 = 0.2 mm, h2 = 0.18 mm, h3 = 0.16 mm, h4 = 0.15 mm, h5 = 0.14 mm, α1 = 11.53ㅀ, α2 = 14.86ㅀ, α3 = 16.73ㅀ, α4 = 17.87ㅀ, α5 = 18.59ㅀR 1 = 10 mm, b = 1 mm, D 1 = 4 mm, R 1 = 10 mm, R 2 = 10.98 mm, R 3 = 11.95 mm, R 4 = 19.91 mm, R 5 = 13.86 mm, D 1 = 4 mm, D 2 = 5.62 mm, D 3 = 6.88 mm, D 4 = 7.92 mm, D 5 = 8.84 mm, h 1 = 0.2 mm, h 2 = 0.18 mm, h 3 = 0.16 mm, h 4 = 0.15 mm , h 5 = 0.14 mm, α 1 = 11.53 ㅀ, α 2 = 14.86 ㅀ, α 3 = 16.73 ㅀ, α 4 = 17.87 ㅀ, α 5 = 18.59 ㅀ

다초점 변환기의 초점 길이는 연결된 여러 초점 영역에 의해 확장될 수 있다. 이 초점들은 초점 주변의 많은 다른 구들에 의해 생성되었다. 각 구면 모양은 도 3의 (a)와 같이 하나의 초점에 기여한다. 다초점 변환기는 X축을 따라 이동하여 데이터를 얻을 수 있습니다. P(xi,zi) 지점이 Si 구의 음향 필드에 위치할 경우(Si는 part i, i=1-5라고 함), 검출된 신호는 Ai 초점에 기여해야 한다. Si의 초점거리는 Ri이다. 다초점 구의 각 부분은 각 초점 영역에서 신호를 검출할 수 있으며, 이는 도 3의 (b)에 설명되어 있다. 예를 들어, 영역 i는 초점 영역 Fzi에서 신호를 감지할 수 있습니다. 초점 영역 Fzi의 Ai 지점 주변에 위치한 개체가 최상의 이미지를 획득합니다. 초점 영역 외부에 위치한 대상에 상대적으로 흐릿한 이미지가 표시될 수 있다. The focal length of a multifocal transducer can be extended by several connected focal regions. These foci were created by many different spheres around the focal point. Each spherical shape contributes to one focus as shown in Fig. 3 (a). Multifocal converters can move along the X axis to obtain data. When the P (xi, zi) point is located in the acoustic field of the Si sphere (Si is called part i, i = 1-5), the detected signal must contribute to Ai focus. The focal length of Si is Ri. Each part of the multifocal sphere can detect a signal in each focal region, which is illustrated in Figure 3 (b). For example, area i can detect a signal in the focal area Fzi. The object located around the Ai point of the focus area Fzi acquires the best image. A blurry image may be displayed relative to an object located outside the focus area.

제1 영역(S1)은 zi > R1이 있는 지점 P에서 양호한 이미지를 캡처하기 어려울 수 있다. 결과적으로, 다른 구들은 이미지의 긴 깊이에 대한 좋은 이미지를 얻기 위해 서로 다른 초점 깊이로 설계되었다. 이 변환기의 총 초점 길이(Fz)는 모든 개별 초점 영역 구성요소(Fzi)의 합계가 될 수 있다. 인접 초점 사이의 간격을 피하기 위해 각 초점 영역과 두 초점 사이의 거리를 신중하게 계산했다.The first region S1 may be difficult to capture a good image at a point P where zi> R1 is located. As a result, different spheres were designed with different depths of focus to obtain a good image for a long depth of image. The total focal length Fz of this converter can be the sum of all individual focal area components Fzi. The distance between each focal region and two focal points was carefully calculated to avoid gaps between adjacent focal points.

도 3의 (b)의 각 초점 매개변수는 집중 변환기의 파라미터 관계식을 사용하여 계산되었고 표 2에 표시된 바와 같다. 따라서 다초점 변환기의 총 필드 깊이는 초점 영역(4.3 mm)의 합계가 된다. 이 값은 4.3mm보다 작거나 같은 깊이의 대상을 배치하면 변환기가 이 물체로부터 긴 깊이의 양호한 이미지를 얻을 수 있음을 나타낸다.Each focus parameter in FIG. 3 (b) was calculated using the parameter relation of the lumped transducer and is shown in Table 2. Therefore, the total field depth of the multifocal transducer is the sum of the focal areas (4.3 mm). This value indicates that placing an object with a depth less than or equal to 4.3 mm allows the transducer to obtain a good image with a long depth from this object.

표 2는 5개의 초점, 2개의 초점 사이의 거리가 b=1mm, 각 부분의 중심 주파수는 fc = 50MHz인 MFP 변환기의 추정 파라미터이다.Table 2 shows the estimated parameters of the MFP converter with 5 focal lengths, the distance between the 2 focal points is b = 1 mm, and the center frequency of each part is fc = 50 MHz.


1st focal point1 st focal point 2nd focal point2 nd focal point 3rd focal point3 rd focal point 4th focal point4 th focal point 5th focal point5 th focal point
R1(mm)R 1 (mm) D1(mm)D 1 (mm) R2(mm)R 2 (mm) D2(mm)D 2 (mm) R3(mm)R 3 (mm) D3(mm)D 3 (mm) R4(mm)R 4 (mm) D4(mm)D 4 (mm) R5(mm)R 5 (mm) D5(mm)D 5 (mm) 1010 44 10.9810.98 5.625.62 11.9511.95 6.886.88 12.9112.91 7.927.92 13.8613.86 8.848.84 f#i f #i 2.52.5 1.941.94 1.731.73 1.621.62 1.561.56 fZi f Zi 1.48 mm1.48 mm 0.91 mm0.91 mm 0.73 mm0.73 mm 0.64 mm0.64 mm 0.58 mm0.58 mm

도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 다초점 초음파 트랜스듀서 제조장치인 프레스 핏 시스템이 도시되어 있다. (a)는 다초점 트랜스듀서의 초음파 생성 필름을 제조하기 위한 프레스 핏 시스템의 사시도이고, (b)는 (a)에 따라 제작되어 사용된 실제 프레스 핏 시스템의 사진이다. (c)는 프레스 핏 시스템의 각각의 구성요소를 보여주는 분리 사시도로서, 각각의 구성요소는 베이스 플레이트(BP)/지지 로드(Rd1)/스크루(SC1)와 테프론(T)/PVDF 필름(PVDF)/구리 클래드 폴리이미드(CCP)와 가압 플레이트(PP)/스크루(SC2)와 탄성부재로서의 스프링(ESP)과 다초점 패턴 틀(MSP)과 슬라이드 플레이트(SP)/로드(Rd2)와 힘 센서(SF)/지지 플레이트(STP)와 탑 플레이트(TP)/스크루(SC3)와 가압 스크루(FS)를 나타낸다. (d)는 끝단부에 초음파 생성 필름 형성을 위하여 5개의 구면 영역을 포함하는 패턴 틀(MSP)을 나타낸다. (e)는 패턴 틀(MSP)의 사진이다. 4 shows a press fit system that is a multi-focus ultrasonic transducer manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. (a) is a perspective view of a press fit system for manufacturing an ultrasonic generating film of a multifocal transducer, and (b) is a photograph of an actual press fit system manufactured and used according to (a). (c) is an exploded perspective view showing each component of the press fit system, each component being a base plate (BP) / support rod (Rd1) / screw (SC1) and Teflon (T) / PVDF film (PVDF) / Copper clad polyimide (CCP) and pressure plate (PP) / screw (SC2) and spring (ESP) as elastic member, multifocal pattern frame (MSP), slide plate (SP) / rod (Rd2) and force sensor ( SF) / support plate (STP) and top plate (TP) / screw (SC3) and pressurized screw (FS). (d) shows a pattern frame (MSP) including five spherical regions for forming an ultrasonic generating film at an end. (e) is a picture of the pattern frame (MSP).

이처럼 다초점 초음파 트랜스듀서 제조장치는 베이스 플레이트(BP); 슬라이드 플레이트(SP); 다초점 패턴 틀(MSP); 지지 로드(Rd1); 지지 플레이트(STP); 및 가압 스크루(FS)를 포함할 수 있다. As such, the multi-focus ultrasonic transducer manufacturing apparatus includes a base plate (BP); Slide plate (SP); Multifocal pattern frame (MSP); Support rod Rd1; Support plate (STP); And it may include a pressure screw (FS).

베이스 플레이트(BP)는 중앙부에 다초점 패턴 틀(MSP)의 끝단부 즉 패턴부가 수용될 수 있는 원형의 관통홀 또는 오목부가 형성될 수 있다. 슬라이드 플레이트(SP)는 베이스 플레이트(BP) 위에 탄성 지지되어 베이스 플레이트(BP) 방향으로 가압될 수 있다. 다초점 패턴 틀(MSP)은 슬라이드 플레이트(SP)의 하면에 설치되어 슬라이드 플레이트(SP)와 함께 이동되는 것으로, 베이스 플레이트(BP)의 관통홀 또는 오목부에 삽입되는 끝단부에 초음파 생성 필름(12)의 서로 다른 크기의 반지름을 갖는 2 이상의 구형 영역에 대응되는 패턴이 형성될 수 있다. The base plate BP may have an end portion of the multifocal pattern frame MSP, that is, a circular through hole or a recess in which the pattern portion can be accommodated. The slide plate SP is elastically supported on the base plate BP and may be pressed in the direction of the base plate BP. Multi-focus pattern frame (MSP) is installed on the lower surface of the slide plate (SP) and moved with the slide plate (SP), the ultrasonic generating film at the end inserted into the through hole or recess of the base plate (BP) ( Patterns corresponding to two or more spherical regions having radii of different sizes of 12) may be formed.

지지 로드(Rd1)는 베이스 플레이트(BP)의 사각 모서리 부분 각각에 4개가 동일한 길이를 가지며 높이 방향으로 길게 배치될 수 있다. 지지 플레이트(STP)는 지지 로드들(Rd1) 위에 배치되는 것으로, 관통홀 또는 오목부가 높이 방향으로 연장되는 위치에 관통홀이 형성될 수 있다. 가압 스크루(FS)는 지지 플레이트(STP)를 관통하도록 설치되어 끝단을 통하여 슬라이드 플레이트(SP)에 가압력을 제공할 수 있다. Four support rods Rd1 have the same length in each of the square corner portions of the base plate BP, and may be arranged long in the height direction. The support plate STP is disposed on the support rods Rd1, and a through hole may be formed at a position where the through hole or the recess extends in the height direction. The pressurized screw FS is installed to penetrate the support plate STP to provide a pressing force to the slide plate SP through the end.

이때, 슬라이드 플레이트(SP)는 베이스 플레이트(BP) 위에 4개의 로드들(Rd2)에 의하여 지지되며, 로드들(Rd2)과 베이스 플레이트(BP) 사이에는 스프링(ESP)에 의하여 탄성 지지될 수 있다. At this time, the slide plate SP is supported by the four rods Rd2 on the base plate BP, and may be elastically supported by the spring ESP between the rods Rd2 and the base plate BP. .

힘 센서(SF)는 가압 스크루(FS)와 지지 플레이트(STP) 사이에 설치되어 패턴 틀(MSP)이 패턴 틀(MSP)과 베이스 플레이트(BP) 사이에 배치되는 필름에 가하는 힘을 센싱할 수 있다. The force sensor SF is installed between the pressure screw FS and the support plate STP to sense the force applied to the film in which the pattern frame MSP is disposed between the pattern frame MSP and the base plate BP. have.

한편, 지지 플레이트(STP) 위에는 상단 플레이트(TP)가 스크루(SC3)로 지지 로드들(Rd1) 위에 설치되어 전체적인 프레스 핏 시스템을 지지할 수 있다. On the other hand, on the support plate STP, the top plate TP is installed on the support rods Rd1 with a screw SC3 to support the entire press fit system.

도 5에는 도 4의 제조 장치에 의하여 제조된 초음파 생성 필름을 포함하는 다초점 초음파 트랜스듀서의 조립된 상태가 개략적으로 도시되어 있다. (a)에는 다초점 트랜스듀서를 길이방향으로 자른 도면이 도시되어 있으며, 그 일부가 확대되어 있다. (b)에는 (a)의 초음파 트랜스듀서의 사진이 도시되어 있다. FIG. 5 schematically shows an assembled state of a multifocal ultrasound transducer including an ultrasound generating film manufactured by the manufacturing apparatus of FIG. 4. In (a), a drawing in which the multifocal transducer is cut in the longitudinal direction is shown, and a part thereof is enlarged. In (b), a photograph of the ultrasonic transducer of (a) is shown.

본 발명의 일 실시예에 따른 다초점 초음파 트랜스듀서는 하우징(11); 초음파 생성 필름(12); 제1 전극층(13); 제2 전극층(14); 및 커넥터(18)를 포함할 수 있다. Multi-focal ultrasound transducer according to an embodiment of the present invention the housing 11; Ultrasonic generating film 12; A first electrode layer 13; A second electrode layer 14; And a connector 18.

하우징(11)은 중공의 실린더 형상을 가지고 초음파 생성 필름(12)을 포함한 다른 구성요소들을 지지한다. 초음파 생성 필름(12)은 서로 다른 크기의 반지름을 갖는 2 이상의 구형 영역이 연결되어 하나의 일체형 필름으로 이루어지고, 하우징(11)의 일단의 개구부에 오목부가 외부를 향하도록 설치되어 초음파를 생성한다. The housing 11 has a hollow cylinder shape and supports other components including the ultrasonic generating film 12. The ultrasonic generating film 12 is formed of one integral film by connecting two or more spherical regions having different sizes of radii, and is installed in one opening of the housing 11 so that the concave portion faces the outside to generate ultrasonic waves. .

제1 전극층(13)은 초음파 생성 필름(12)의 오목한 면에 초음파 생성 필름(12)의 오목면의 형상을 따라 형성된다. 제2 전극층(14)은 초음파 생성 필름(12)의 볼록한 면에 초음파 생성 필름(12)의 볼록면의 형상을 따라 형성된다. 커넥터(18)는 전원선(16)이 제2 전극층(14)의 볼록면의 볼록부의 끝단부로부터 연장되어 연결되고, 하우징(11)의 다른 일단의 개구부에 체결된다. The first electrode layer 13 is formed on the concave surface of the ultrasonic generating film 12 along the shape of the concave surface of the ultrasonic generating film 12. The second electrode layer 14 is formed on the convex surface of the ultrasonic generating film 12 along the shape of the convex surface of the ultrasonic generating film 12. The connector 18 is connected to the power supply line 16 by extending from the end of the convex portion of the convex surface of the second electrode layer 14, and is fastened to the opening of the other end of the housing 11.

제1 전극층(13)과 제2 전극층(14)은 전원선(16)을 통하여 공급되는 전원을 초음파 생성 필름(12)에 인가하여 초음파가 생성될 수 있도록 하며, 대상물로부터 되돌아오는 에너지를 초음파 생성 필름(12)을 통하여 입력받아 전원선(16)을 통하여 외부로 출력하여 그 신호로부터 이미지를 인식할 수 있도록 한다. The first electrode layer 13 and the second electrode layer 14 apply power supplied through the power line 16 to the ultrasonic generating film 12 so that ultrasonic waves can be generated and ultrasonic energy generated from the object is generated. It is input through the film 12 and output to the outside through the power line 16 so that an image can be recognized from the signal.

하우징(11)은 외부 하우징과 내부 하우징을 포함하고, 외부 하우징은 중공의 실린더 형상을 가지고 초음파 생성 필름(12)을 포함한 다른 구성요소들을 지지한다. 내부 하우징은 외부 하우징의 내면에 실린더 형상으로 삽입되어 상기 초음파 생성 필름(12)의 가장자리 부분을 외부 하우징의 일단의 개구부 방향으로 지지한다. The housing 11 includes an outer housing and an inner housing, and the outer housing has a hollow cylinder shape and supports other components including the ultrasonic generating film 12. The inner housing is inserted into the inner surface of the outer housing in a cylindrical shape to support the edge portion of the ultrasonic generating film 12 in the direction of one opening of the outer housing.

제1 전극층(13)은 금 및/또는 크롬을 포함하여 이루어지고, 제2 전극층(14)은 구리 클래드 폴리이미드를 포함하여 이루어질 수 있다. 초음파 생성 필름(12)은 PVDF를 포함하여 이루어지는 PVDF 필름이 될 수 있다. The first electrode layer 13 may include gold and / or chromium, and the second electrode layer 14 may include copper clad polyimide. The ultrasonic generating film 12 may be a PVDF film made of PVDF.

또한, 외부 하우징의 내부의 초음파 생성 필름(12)의 내측 부분에 비전도성 접착제가 채워질 수 있다. 이때, 비전도성 접착제는 에폭시를 포함하여 이루어질 수 있다. In addition, a non-conductive adhesive may be filled in the inner portion of the ultrasonic generating film 12 inside the outer housing. At this time, the non-conductive adhesive may be made of epoxy.

외부 하우징의 일단에 외부 하우징의 끝단이 실린더의 중심축 방향으로 연장되는 마감부가 형성되고, 마감부의 내면에 초음파 생성 필름의 가장자리 부분이 접촉되어 지지될 수 있다. 이때, 마감부의 개구부를 통하여 초음파 생성 필름(12)의 구형 영역이 노출될 수 있다. 이때, 초음파 생성 필름(12)의 초음파가 출력되는 구형 영역만 마감부의 개구부를 통하여 외부로 노출되고 나머지 부분은 마감부에 의하여 가려질 수 있다. 또한, 마감부의 외측에는 파릴렌(parylene)과 같은 성분이 도포되어 초음파 로스를 줄여주는 임피던스 매칭부가 형성될 수 있다. At one end of the outer housing, an end portion of the outer housing is formed to extend in the direction of the central axis of the cylinder, and an edge portion of the ultrasonic generating film may be contacted and supported on the inner surface of the finishing portion. At this time, the spherical region of the ultrasonic generating film 12 may be exposed through the opening of the finishing part. At this time, only the spherical region in which the ultrasonic wave of the ultrasonic generating film 12 is output is exposed to the outside through the opening of the finishing portion, and the remaining portion may be covered by the finishing portion. In addition, an impedance matching unit may be formed on the outside of the finishing unit to reduce ultrasonic loss by applying a component such as parylene.

다초점 변환기의 장점을 입증하기 위해 단초점 변환기와 다초점 변환기 두 가지 유형의 9μm PVDF 초점 변환기가 프레스 핏 장치를 사용하여 설계 및 제작되었다. 이때, 단초점 변환기는 활성 요소의 단일 구면 모양에 대해 반경 10mm를 형성하는 강철 볼 베어링을 사용하여 프레스 핏 장치를 이용하여 제작되었다. To demonstrate the advantages of a multifocal transducer, two types of 9μm PVDF focus transducers, a single focus transducer and a multifocal transducer, were designed and built using a press fit device. At this time, the single focus transducer was manufactured using a press fit device using a steel ball bearing forming a radius of 10 mm for a single spherical shape of the active element.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 다초점 초음파 트랜스듀서의 제조 방법은 제조 장치(도 4)에 의하여 트랜스듀서를 제조하는 방법으로서, 적층 단계; 필름 패턴 형성단계; 접착제 주입단계; 가열 단계; 및 조립 단계를 포함할 수 있다. On the other hand, a method of manufacturing a multifocal ultrasound transducer according to an embodiment of the present invention is a method of manufacturing a transducer by a manufacturing apparatus (FIG. 4), a laminating step; Film pattern forming step; Adhesive injection step; Heating step; And an assembly step.

적층 단계에는 패턴 틀(MSP)과 베이스 플레이트(BP) 사이에, 구리 클래드 폴리이미드 필름(CCP), PVDF 필름(PVDF), 및 테프론 필름(T)을 순서대로 적층할 수 있다. 필름 패턴 형성단계에는 가압 스크루(FS)를 이용하여 패턴 틀(MSP)을 적층된 필름들에 구형 패턴을 형성한다. In the laminating step, a copper clad polyimide film (CCP), a PVDF film (PVDF), and a Teflon film (T) may be sequentially stacked between the pattern frame (MSP) and the base plate (BP). In the film pattern forming step, a spherical pattern is formed on the stacked films of the pattern frame MSP by using a pressure screw FS.

접착제 주입단계에는 다초점 초음파 트랜스듀서의 제조장치(도 4 참조)를 반전시켜 테프론 튜브를 베이스 플레이트(BP)의 관통홀에 삽입하고 비전도성 접착제를 테프론 튜브에 주입하여, 실린더 튜브 모양으로 접착제를 삽입하여 초음파 생성 필름(12)을 하우징(11) 내부에서 지지할 수 있도록 한다. 이때, 외부 하우징의 내부에 삽입되는 실린더 튜브 형상의 내부 하우징이 형성될 수도 있다. In the adhesive injection step, the manufacturing apparatus (see FIG. 4) of the multifocal ultrasound transducer is inverted, the Teflon tube is inserted into the through hole of the base plate BP, and the non-conductive adhesive is injected into the Teflon tube, and the adhesive in the form of a cylinder tube is inserted. By inserting it so that the ultrasonic generating film 12 can be supported inside the housing 11. At this time, a cylinder tube-shaped inner housing inserted into the outer housing may be formed.

가열 단계에는 구형 패턴이 형성된 적층된 필름들을 설정된 온도로 설정된 시간 가열할 수 있다. 조립 단계에는 완성된 초음파 생성 필름(12)을 외부 하우징 내부에 설치하여 조립할 수 있다. In the heating step, the stacked films having a spherical pattern may be heated at a set temperature. In the assembling step, the completed ultrasonic generating film 12 may be installed and assembled inside the outer housing.

이때, 가열 단계는 완료된 적층된 필름을 분리한 후에 테프론 필름을 제거하여 초음파 생성 필름을 얻는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 가열 단계는 다초점 초음파 트랜스듀서의 제조 장치로부터 필름들이 분리되기 전에 이루어 제조 장치 내에서 함께 이루어질 수 있다. At this time, the heating step may further include the step of removing the Teflon film after separating the completed laminated film to obtain an ultrasonic generating film. Further, the heating step may be performed before the films are separated from the manufacturing apparatus of the multifocal ultrasound transducer and may be performed together in the manufacturing apparatus.

다초점 변환기의 제작 과정은 두 단계로 나뉘었다. 첫 번째 단계에서는 프레스-핏 시스템을 사용하여 활성 요소의 다구형 모양이 형성한다. 구리 클래드 폴리이미드 CCP, PVDF 필름 및 테플론(Teflon)이 각각 4X4 cm의 크기로 제작될 수 있다. PVDF 필름과 구리 클래드 폴리이미드는 한 방울의 에폭시(예를 들어 EPO TEK 301)에 의해 결합되었다. 테프론 필름을 PVDF 필름 표면에 배치하여 표면을 보호하는 동시에 프레스 핏 시스템의 구형 패턴을 눌러 막이 찢어지지 않도록 할 수 있다. 3개의 필름으로 구성된 그룹이 중앙 홀의 베이스 플레이트 표면에 배치된다. 베이스 플레이트는 표준 어셈블리를 형성하기 위해 4개의 로드가 부착되었습니다. The manufacturing process of the multifocal converter was divided into two stages. In the first step, a press-fit system is used to form the multi-spherical shape of the active element. Copper clad polyimide CCP, PVDF film and Teflon can each be fabricated to a size of 4X4 cm. The PVDF film and copper clad polyimide were bound by a drop of epoxy (eg EPO TEK 301). A Teflon film can be placed on the surface of the PVDF film to protect the surface while preventing the film from tearing by pressing the spherical pattern of the press fit system. A group of three films is placed on the surface of the base plate of the central hole. The base plate has four rods attached to form a standard assembly.

가압 플레이트(STP)는 4개의 로드를 통해 이러한 필름에 배치되고 4개의 나사로 베이스 플레이트로 고정될 수 있다. 멀티-구형 패턴(도 4의 (e))에 부착된 슬라이드 플레이트(SP)는 이 4개의 로드에 연결되어 이러한 플레이트의 구멍의 집중도를 보장할 수 있다. 이러한 스프링은 초점을 누르는 동안 진동을 줄이는 데 도움이 될 수 있다. The pressure plate (STP) is placed on this film through four rods and can be secured to the base plate with four screws. The slide plate SP attached to the multi-spherical pattern (Fig. 4 (e)) can be connected to these four rods to ensure the concentration of the holes in these plates. These springs can help reduce vibration while pressing the focus.

힘 센서로부터의 힘 값을 최적화하기 위해 활성 요소 표면의 장력을 관리할 수 있다. 상단 플레이트는 나사로 아래 플레이트에 고정될 수 있다. 힘 센서는 디스플레이 장치와 컨트롤 유닛의 전원 공급 장치에 연결될 수 있다. 육각 바 렌치가 힘 나사를 돌리는 데 사용될 수 있다. 힘센서와 다구면 패턴이 아래로 이동되어 필름 그룹에 균일한 압력이 가해져 필름 그룹이 평면 형태에서 구형 모양으로 변화할 수 있다. The tension of the surface of the active element can be managed to optimize the force value from the force sensor. The top plate can be secured to the bottom plate with screws. The force sensor can be connected to the power supply of the display unit and the control unit. A hexagon bar wrench can be used to turn the power screw. The force sensor and the multi-spherical pattern are moved downward to apply a uniform pressure to the film group so that the film group can change from a flat shape to a spherical shape.

이러한 필름을 누른 후 프레스-핏 시스템을 반전시켜 테플론 튜브를 베이스 플레이트의 중앙 구멍에 삽입한 다음 비전도성 에폭시를 테플론 튜브에 주입하여 구형 막 모양을 유지할 수 있다. 프레스-핏 시스템은 3시간동안 65℃의 뜨거운 오븐에 넣어져 경화될 수 있다. 경화 시간 후, 이 프레스-핏 시스템은 구리 클래드 폴리이미드(CCP) 및 PVDF 필름이 접합된 에폭시 플러그(내부 하우징이 될 수 있음)를 포함한 어쿠스틱 스택을 취하기 위해 분해될 수 있다. 그리고 나서 테플론 필름은 음향 스택에서 제거될 수 있다.After pressing these films, the press-fit system can be reversed to insert a Teflon tube into the center hole of the base plate and then inject non-conductive epoxy into the Teflon tube to maintain the spherical membrane shape. The press-fit system can be cured in a hot oven at 65 ° C for 3 hours. After curing time, this press-fit system can be disassembled to take an acoustic stack including copper clad polyimide (CCP) and an epoxy plug (which can be an inner housing) with PVDF film bonded. The Teflon film can then be removed from the acoustic stack.

두 번째 단계는 변환기 하우징에 음향 스택을 조립할 수 있다. 리 클래드 폴리이미드(CCP) 및 PVDF 필름은 에폭시 플러그와 최대한 가깝게 다듬어질 수 있다. 그런 다음 전기선(16)을 UHF 커넥터의 중앙 핀에 연결할 수 있다. 음향 스택은 변환기 하우징과 집중적으로 배치될 수 있으며, 지면 경로를 형성하기 위해 은 에폭시를 통해 PVDF 필름의 면적의 한 부분이 하우징과 연결될 수 있다. 변환기의 장기적 전기 및 기계적 안정성을 유지하기 위해 하우징 내부의 열린 공간으로 비전도성 에폭시(17)가 접착제로서 채워질 수 있다. 에폭시가 경화된 후 활성 요소의 전극이 하우징 변환기를 통해 UHF 커넥터에 연결될 수 있다. The second step is to assemble the acoustic stack in the transducer housing. Reclad polyimide (CCP) and PVDF films can be trimmed as close as possible to the epoxy plug. The electrical wire 16 can then be connected to the center pin of the UHF connector. The acoustic stack can be centrally placed with the transducer housing, and a portion of the area of the PVDF film can be connected to the housing via silver epoxy to form a ground path. The non-conductive epoxy 17 can be filled with adhesive into the open space inside the housing to maintain long-term electrical and mechanical stability of the transducer. After the epoxy has cured, the electrode of the active element can be connected to the UHF connector through the housing transducer.

이때, 초음파 손실을 최소화 하기 위하여 별도의 전기 임피던스 매칭부가 하우징 내부에 삽입된 다음 비전도성 에폭시로 채워질 수 있다. 4분의 1 파릴렌 두께의 파릴린이 표면과 일치하는 층으로 기능하도록 변환기 전면에서 스퍼징되어 피에조 전기와 부하 매체 사이의 음향 에너지 전달을 보장하도록 할 수 있다. 도 5의 (a)에는 제작 구성 요소가 포함된 다초점 변환기의 단면이 도시되어 있다. 완성된 다초점 변환기의 사진은 도 5의 (b)에 도시될 수 있다. At this time, in order to minimize ultrasonic loss, a separate electrical impedance matching unit may be inserted into the housing and then filled with a non-conductive epoxy. A quarter parylene-thick parylene can be spurged in front of the transducer to function as a layer matching the surface, to ensure acoustic energy transfer between the piezoelectric and the load medium. 5 (a) shows a cross-section of a multifocal transducer that includes fabrication components. A photograph of the completed multifocal converter may be shown in FIG. 5B.

도 6에는 본 발명의 일 실시예에 따른 다초점 초음파 트랜스듀서를 사용한 와이어 팬텀 측정 실험 장치가 개략적으로 도시되어 있다. 도 7에는 도 6의 실험 장치에 의하여 측정한 와이어 팬텀 테스트가 개략적으로 도시되어 있다. FIG. 6 schematically shows an apparatus for measuring a wire phantom measurement using a multifocal ultrasound transducer according to an embodiment of the present invention. 7 schematically shows a wire phantom test measured by the experimental apparatus of FIG. 6.

다초점 변환기는 컴퓨터 제어 원격 펄스/수신기에 연결될 수 있으며, 50Ω 감쇠 및 3μJ 에너지당 200Hz의 전기적 자극에 의해 작동될 수 있다. 다초점 변환기의 펄스 에코와 주파수 스펙트럼을 측정하기 위해, 초점 지점에 표적으로 유리판/와이어 팬텀이 배치될 수 있다. 반사된 파형은 5MHz의 고역 통과 필터와 500MHz의 저역 통과 필터를 갖춘 500MHz 대역폭 수신기에 의해 수신되었으며 500메가 샘플의 샘플링 주파수로 디지털화 되었다. The multifocal converter can be connected to a computer controlled remote pulse / receiver and can be operated by 50Ω attenuation and electrical stimulation of 200Hz per 3μJ energy. To measure the pulse echo and frequency spectrum of a multifocal transducer, a glass plate / wire phantom can be placed as a target at the focal point. The reflected waveform was received by a 500 MHz bandwidth receiver with a high pass filter of 5 MHz and a low pass filter of 500 MHz and was digitized to a sampling frequency of 500 mega samples.

또한, 8비트의 디지타이저에 의해 디지털화 되었다. 다초점 변환기의 움직임은 스테핑 모터에 의해 제어되었으며 범용 모션 컨트롤러/드라이버에 의해 구동되었다. LabView 프로그램이 위에서 언급한 모든 프로세스를 관리하기 위해 개발되었다. PC에 의해 제어되는 스캔 단계는 x축을 따라 이동하여 B-스캔 및 C-스캔 이미지를 획득하였다. It was also digitized by an 8-bit digitizer. The movement of the multifocal transducer was controlled by a stepping motor and driven by a general purpose motion controller / driver. The LabView program was developed to manage all the processes mentioned above. The scan step controlled by the PC was moved along the x-axis to obtain B-scan and C-scan images.

실험 대상이 되는 팬텀의 7개의 와이어가 축 방향에서는 1mm, 측면 방향에서는 1mm의 동일한 거리로 대각선으로 배열되었습니다(도 7의 (a)). 전선은 물에 담그고 측면으로 스캔되었다. 와이어에서 반사된 에코 신호는 빔 프로필을 구성하여 수평 방향으로 빔의 크기를 결정하는 데 사용되었습니다. 데이터는 이미지 처리를 위해 MATLAB 기반 소프트웨어로 가져와서 처리되었다.The seven wires of the phantom to be tested were arranged diagonally at the same distance of 1 mm in the axial direction and 1 mm in the lateral direction (Fig. 7 (a)). The wire was submerged and scanned sideways. The echo signal reflected from the wire was used to construct the beam profile to determine the beam size in the horizontal direction. The data was imported and processed into MATLAB-based software for image processing.

펄스 에코 실험은 음향 초점에 배치된 유리판을 사용하여 물탱크에 적용되었다. 변환기의 펄스-에코 응답 및 주파수 스펙트럼은 그림 8에 나와 있습니다. The pulse echo experiment was applied to a water tank using a glass plate placed at the acoustic focus. The converter's pulse-echo response and frequency spectrum are shown in Figure 8.

도 8에는 도 6의 실험 장치에 의하여 측정한 결과를 개략적으로 도시한 것으로, 시간 영역과 주파수 영역에서의 측정 결과를 개략적으로 도시되어 있다. 여기서 (a)는 단초점 변환기(T1)에 대한 것이고, (b)은 3개의 초점(P1 ~ P3)을 갖는 다초점 변환기(T2)에 관한 것이고, (c)는 5개의 초점(P1 ~ P5)을 갖는 다초점 변환기(T3)에 관한 것이다. FIG. 8 schematically shows the results measured by the experimental apparatus of FIG. 6 and schematically shows the measurement results in the time domain and the frequency domain. Where (a) is for a single focus transducer (T1), (b) is for a multifocal transducer (T2) with three focus (P1 to P3), (c) is for five focus (P1 to P5) It relates to a multi-focus converter (T3) having a.

표 3은 세 개의 조작된 변환기의 시뮬레이션 및 측정 특성 비교를 요약한다. 단초점 변환기(T1)는 단일 초점 변환기이고, T2-Pi(MFP)는 다초점 변환기(T2)의 i(i=1-3)부분, T3-Pj(MFP)는 다초점 변환기(T3)의 i(i=1-5)이다. 일반적으로 실험 측정은 시뮬레이션 결과와 거의 일치했다. 측정된 중심 주파수(fc) 측면에서, 단일 초점 변환기 T1은 가장 높은 값을 산출했고, 두 개의 다점 변환기 T2, T3의 변환기는 시뮬레이션보다 약간 낮았다. -6dB로 측정한 대역폭의 경우, 변환기 T3은 시뮬레이션에 비해 대역폭이 좁아진 반면, 두 변환기 T1과 T2의 대역폭은 시뮬레이션보다 더 넓었다. Table 3 summarizes the simulation and measurement characteristics comparison of the three fabricated transducers. The short focus transducer T1 is a single focus transducer, T2-Pi (MFP) is the i (i = 1-3) portion of the multifocal transducer T2, and T3-Pj (MFP) is the multifocal transducer T3. i (i = 1-5). In general, experimental measurements were in close agreement with simulation results. In terms of measured center frequency (fc), the single focus transducer T1 yielded the highest value, and the transducers of the two multipoint transducers T2 and T3 were slightly lower than the simulation. For the bandwidth measured at -6dB, the converter T3 had a narrower bandwidth than the simulation, while the bandwidth of the two converters T1 and T2 was wider than the simulation.

TransducerTransducer Simulated (KLM)Simulated (KLM) Measured resultsMeasured results fc(MHz)f c (MHz) BW (%)BW (%) fc(MHz)f c (MHz) BW (%)BW (%) T1(SFP)T 1 (SFP) 5050 6666 5151 6868 T2-P1(MFP)T 2-P1 (MFP)

50


50


68


68
5050 6868
T2-P2(MFP)T 2-P2 (MFP) 4949 6969 T2-P3(MFP)T 2-P3 (MFP) 4949 7272 T3-P1(MFP)T 3-P1 (MFP)

50


50


68


68
5050 6666
T3-P2(MFP)T 3-P2 (MFP) 4949 6767 T3-P3(MFP)T 3-P3 (MFP) 4747 6868 T3-P4(MFP)T 3-P4 (MFP) 5050 6868 T3-P5(MFP)T 3-P5 (MFP) 4848 7070

도 9에는 도 6의 실험 장치에 의하여 측정한 결과로서, B-스캔 이미지가 도시되어 있다. (a)는 단초점 변환기(T1)에 관한 것이고, (b)은 3개의 초점(P1 ~ P3)을 갖는 다초점 변환기(T2)에 관한 것이고, (c)는 5개의 초점(P1 ~ P5)을 갖는 다초점 변환기(T3)에 관한 것이다. FIG. 9 shows a B-scan image as a result of measurement by the experimental apparatus of FIG. 6. (a) relates to a single focus transducer (T1), (b) relates to a multifocal transducer (T2) having three focal points (P1 to P3), and (c) to five focal points (P1 to P5) It relates to a multifocal transducer (T3) having a.

와이어 팬텀의 영상은 단일 및 다중 로컬 점 변환기를 사용하여 획득되었다. 그것들의 깊이를 평가하고 비교했다. 단일 초점 변환기의 B-스캔 및 C-스캔 영상은 다중점 변환기의 성능을 평가하기 위한 참조로 사용되었다. 도 9는 세 개의 변환기 T1, T2 및 T3의 B-모드 스캔 영상을 보여준다. 변환기의 초점 영역에 배치된 와이어는 영상의 밝은 점을 획득했다. 그렇지 않으면 영상에 흐릿한 점이 표시된다. 여기서 오직 다초점 변환기 T3만이 충분한 7개의 밝은 점을 보여주었고, 이것은 더 깊은 이미지를 위한 긴 초점 지역을 나타낸다. Images of Wire Phantom were acquired using single and multiple local point converters. Their depth was evaluated and compared. The B-scan and C-scan images of the single focus transducer were used as a reference to evaluate the performance of the multipoint transducer. 9 shows B-mode scan images of the three converters T1, T2 and T3. The wire placed in the focus area of the transducer acquired the bright spot of the image. Otherwise, blurry points appear on the image. Here only the multifocal transducer T3 showed enough 7 bright spots, which represent a long focal area for deeper images.

도 10은 도 6의 실험 장치에 의하여 측정한 결과로서, C-스캔 이미지가 도시되어 있다. (a)는 단초점 변환기(T1)에 관한 것이고, (b)은 3개의 초점(P1 ~ P3)을 갖는 다초점 변환기(T2)에 관한 것이고, (c)는 5개의 초점(P1 ~ P5)을 갖는 다초점 변환기(T3)에 관한 것이다. 10 is a result measured by the experimental apparatus of FIG. 6, and a C-scan image is shown. (a) relates to a single focus transducer (T1), (b) relates to a multifocal transducer (T2) having three focal points (P1 to P3), and (c) to five focal points (P1 to P5) It relates to a multifocal transducer (T3) having a.

도 10의 (a)에는 단초점 변환기(T1)의 초점 영역은 0.41mm이고 두 와이어의 거리는 1mm이기 때문에 획득된 영상은 초점에만 와이어를 표시되었다. (b)의 이미지는 와이어 팬텀 모델 중앙에 3개의 와이어만 표시되었다. 다초점 변환기 T2의 초점 영역이 3mm이기 때문에 초점 영역 밖의 다른 전선은 이미징할 수 없었다. 하지만, (c)에 도시된 바와 같이, 5개의 초점을 가진 다초점 변환기 T3가 중앙에 분명한 5개의 와이어가 있는 이미지를 생성했다. 두 번째 와이어에서 여섯 번째 와이어까지의 거리가 4mm이고, 다초점 변환기 T3의 초점 영역이 4.3mm라는 점에 유의해야한다. 따라서, 초점 영역에 배치된 다섯 개의 중심선은 초점 영역 외부에 있는 두 개의 와이어보다 더 밝게 이미징되었다. In (a) of FIG. 10, since the focal region of the single-focus transducer T1 is 0.41 mm and the distance between the two wires is 1 mm, the obtained image shows the wire only at the focus. The image in (b) shows only three wires in the center of the wire phantom model. Since the focal region of the multifocal transducer T2 was 3 mm, no other wires outside the focal region could be imaged. However, as shown in (c), a multifocal transducer T3 with five focuses produced an image with five distinct wires in the center. It should be noted that the distance from the second wire to the sixth wire is 4 mm, and the focal area of the multifocal transducer T3 is 4.3 mm. Thus, the five centerlines placed in the focal region were imaged brighter than the two wires outside the focal region.

도 11에는 본 발명의 일 실시예에 따른 다초점 초음파 트랜스듀서에서 측정된 해상도(resolution)가 도시되어 있다. (a)에는 측방향 밝기 프로파일이 도시되어 있으며, (b)에는 축방향 밝기 프로파일이 도시되어 있다. 11 shows a resolution measured by a multifocal ultrasound transducer according to an embodiment of the present invention. A lateral brightness profile is shown in (a), and an axial brightness profile is shown in (b).

그림 11에서 보듯이, 5개의 초점을 갖는 다초점 변환기 T3의 분해능을 측정했는데, 분해능이 변환기의 초점 깊이에서 B-스캔 모드에서 측정되었다. 와이어 타겟에서 펄스 강도(PII)를 계산했다. 5개 초점을 갖는 다초점 변환기의 측면 해상도는 해당 단면 프로필 및 와이어 직경의 반치전폭(FWHM, -6dB)으로 측정되었다. 이러한 측면 분해능은 각각 156μm, 108μm, 113μm, 135μm 및 130μm로 측정되었다. 5개 초점을 갖는 다초점 변환기의 축 분해능은 각각 66μm, 61μm, 65μm, 66μm의 반치전폭(FWHM, -6dB)으로 검출되었다. 측정된 축방향 분해능에는 와이어 뒤에서 그림자로 관찰된 꼬리가 있다. 다초점 변환기의 제작 기술도 펄스 반향 응답의 주파수, 노이즈, 분해능 및 진폭과 같은 변환기 품질에 영향을 미칠 수 있다. As shown in Figure 11, the resolution of the multifocal transducer T3 with five focal lengths was measured, which was measured in the B-scan mode at the focal depth of the transducer. The pulse intensity (PII) at the wire target was calculated. The lateral resolution of a multifocal transducer with five focal points was measured with the corresponding cross-sectional profile and half-width of the wire diameter (FWHM, -6dB). These lateral resolutions were measured at 156 μm, 108 μm, 113 μm, 135 μm and 130 μm, respectively. The axial resolution of a multifocal transducer with five focal spots was detected with half width (FWHM, -6dB) of 66μm, 61μm, 65μm and 66μm, respectively. The measured axial resolution has a tail observed as a shadow behind the wire. The fabrication technique of a multifocal transducer can also affect the transducer quality such as frequency, noise, resolution and amplitude of the pulse echo response.

본 발명에 따르면, 다초점 변환기는 B-스캔 및 C-스캔 모드에서 영상의 긴 깊이를 얻는다는 것이 입증되었다. 또한 깊이 스캔이나 복잡한 합성 변환기 앞단 포커스 기법을 적용할 필요 없이 더 큰 깊이 영상의 초점 영역을 확장하는 기능도 보여준다. 특히 제안된 5개 다초점 변환기는 축 방향으로 5개 초점 영역을 동시에 생성할 수 있다. According to the present invention, it has been demonstrated that the multifocal converter obtains a long depth of image in B-scan and C-scan modes. It also demonstrates the ability to extend the focus area of a larger depth image without the need to apply a depth scan or focus technique in front of a complex synthesis converter. In particular, the proposed five multifocal transducers can simultaneously generate five focal regions in the axial direction.

본 발명에 따르면 다초점 변환기의 새로운 설계, 제작 및 특성화가 단일 초점 변환기에 의해 생성된 것과 비교하여 초점 영역을 크게 증가시켰다. 제안된 다초점 변환기의 초점 영역은 4.3mm였으며 와이어 팬텀의 이미징으로 입증되었다. 본 발명에 따라 개발된 방법은 변환기의 초점 수를 증가시켜 더 큰 초점 영역을 확장하는데 사용할 수 있다. 다중 구면 패턴의 프로필은 CNC 기계에 의해 쉽고 정확하게 구현될 수 있다. 따라서 다중 국소 점 변환기는 광범위한 현장 애플리케이션에서 영상을 촬영할 수 있는 가능성이 크다.According to the present invention, the new design, fabrication and characterization of the multifocal transducer greatly increased the focus area compared to that produced by a single focus transducer. The focal area of the proposed multifocal transducer was 4.3 mm and was verified by imaging the wire phantom. The method developed according to the invention can be used to expand the larger focus area by increasing the number of focal points of the transducer. Profiles of multiple spherical patterns can be easily and accurately implemented by CNC machines. Therefore, the multi-local point converter is highly likely to capture images in a wide range of field applications.

이상에서 본 발명의 실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않으며, 다양한 변형 및 응용이 가능하다. 즉, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 많은 변형이 가능한 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다. Although described above with reference to embodiments of the present invention, the present invention is not limited to this, and various modifications and applications are possible. That is, those skilled in the art will readily understand that many modifications are possible without departing from the gist of the present invention.

Claims (20)

제1 반지름을 갖는 구의 일부분으로 원형 투사 형상을 갖는 제1 영역;
제1 영역과 연속되며, 제1 반지름과 다른 제2 반지름을 갖는 구의 일부분으로 고리 형상을 갖는 제2 영역을 포함하는 초음파 생성 필름에 의하여 초음파를 생성하는 것으로,
상기 제2 영역의 초점이 상기 제1 영역의 중심으로부터 상기 제1 영역의 초점의 연장선상인 초점 라인에 위치되며,
상기 초음파 생성 필름이 하나의 연속된 필름으로 이루어지며,
f# = R/D, N = (D^2 * fc) / 4c, SF = R/N, Fz = N * SF^2 * 2 / (1+SF/2)의 관계식으로부터 변환기의 앞단 지름(D)이 결정되고, 상기 변환기의 앞단 지름(D)으로부터 상기 제1 반지름과 상기 제2 반지름이 각각 결정되며,
이때, R은 변환기의 초점 길이이며, D는 변환기 앞단 지름, f#은 f-숫자, c는 부하 매체에서 소리의 속도, fc는 변환기의 중심 주파수, δL은 변환기의 측방향 분해능, δA는 축방향 분해능, SPL은 공간 파장 길이, N은 변환기의 니어 필드(Near Field), SF는 노멀라이즈드 초점 길이, Fz은 변환기의 초점 영역인 다초점 초음파 트랜스듀서.
A first region having a circular projection shape as part of a sphere having a first radius;
It is continuous with the first region, and generates ultrasound by an ultrasound generating film including a second region having a ring shape as part of a sphere having a second radius different from the first radius,
The focus of the second area is located on a focus line that is an extension of the focus of the first area from the center of the first area,
The ultrasonic generating film is made of one continuous film,
F # = R / D, N = (D ^ 2 * fc) / 4c, SF = R / N, Fz = N * SF ^ 2 * 2 / (1 + SF / 2) ) Is determined, and the first radius and the second radius are respectively determined from the front end diameter D of the converter,
Where R is the focal length of the transducer, D is the front diameter of the transducer, f # is f-number, c is the speed of sound in the load medium, fc is the center frequency of the transducer, δL is the lateral resolution of the transducer, and δA is the axial direction Resolution, SPL is the spatial wavelength length, N is the near field of the transducer, SF is the normalized focal length, and Fz is the multifocal ultrasound transducer which is the focal region of the transducer.
제1항에 있어서,
상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 면적의 크기가 동일한 다초점 초음파 트랜스듀서.
According to claim 1,
A multifocal ultrasound transducer having the same size of an area of the first region and the second region.
제1항에 있어서,
상기 제1 영역의 초점에서 상기 제1 영역에 의하여 형성되는 에너지 레벨과 상기 제2 영역의 초점에서 상기 제2 영역에 의하여 형성되는 에너지 레벨이 동일한 다초점 초음파 트랜스듀서.
According to claim 1,
A multifocal ultrasound transducer having the same energy level formed by the first region at the focal point of the first region and an energy level formed by the second region at the focal point of the second region.
제1항에 있어서,
상기 제1 영역에 의하여 상기 제1 영역의 제1 초점 주위에 상기 초점 라인을 따라 일정한 에너지 레벨보다 크기가 큰 영역인 제1 초점 영역이 형성되고,
상기 제2 영역에 의하여 상기 제2 영역의 제2 초점 주위에 상기 초점 라인을 따라 일정한 에너지 레벨보다 크기가 큰 영역인 제2 초점 영역이 형성되는 다초점 초음파 트랜스듀서.
According to claim 1,
A first focal region, which is an area having a size larger than a constant energy level along the focal line, is formed around the first focal point of the first region by the first region,
A multifocal ultrasound transducer in which a second focal region, which is a region larger than a constant energy level, is formed along the focal line around the second focal point of the second region by the second region.
제4항에 있어서,
상기 제1 초점 영역과 상기 제2 초점 영역이 일부 중첩 또는 연속되어 형성되는 다초점 초음파 트랜스듀서.
The method of claim 4,
A multifocal ultrasound transducer in which the first focal region and the second focal region are partially overlapped or continuously formed.
제1항에 있어서,
상기 초음파 생성 필름이,
제2 영역과 연속되며, 제2 반지름과 다른 제3 반지름을 갖는 구의 일부분으로 고리 형상을 갖는 제3 영역을 더 포함하고,
상기 제3 영역의 초점이 상기 제1 영역의 중심으로부터 상기 제1 영역의 초점의 연장선상에 위치되는 다초점 초음파 트랜스듀서.
According to claim 1,
The ultrasonic generating film,
A third region having a ring shape as a part of a sphere having a third radius different from the second radius, which is continuous with the second region,
A multifocal ultrasound transducer in which the focal point of the third area is located on an extension line of the focal point of the first area from the center of the first area.
제6항에 있어서,
상기 제2 영역과 상기 제3 영역의 면적이 동일한 다초점 초음파 트랜스듀서.
The method of claim 6,
A multifocal ultrasound transducer having the same area of the second region and the third region.
제6항에 있어서,
상기 제2 영역의 초점에서 상기 제2 영역에 의하여 형성되는 에너지 레벨과 상기 제3 영역의 초점에서 상기 제3 영역에 의하여 형성되는 에너지 레벨이 동일한 다초점 초음파 트랜스듀서.
The method of claim 6,
A multifocal ultrasound transducer having the same energy level formed by the second region at the focal point of the second region and an energy level formed by the third region at the focal point of the third region.
제6항에 있어서,
상기 제1 영역의 제1 초점과 상기 제2 영역의 제2 초점 사이의 거리와
상기 제2 영역의 제2 초점과 상기 제3 영역의 제3 초점 사이의 거리가 동일한 다초점 초음파 트랜스듀서.
The method of claim 6,
The distance between the first focus in the first region and the second focus in the second region and
A multifocal ultrasound transducer having the same distance between the second focus in the second region and the third focus in the third region.
제6항에 있어서,
상기 제1 영역 내지 제3 영역 각각의 초점 주위에 상기 초점 라인을 따라 일정한 에너지 레벨보다 크기가 큰 영역인 각각의 초점 영역이 형성되고,
상기 제1 초점 영역과 상기 제2 초점 영역이 일부 중첩 또는 연속되어 형성되는 다초점 초음파 트랜스듀서.
The method of claim 6,
Each focal region, which is a region larger than a constant energy level, is formed along the focal line around the focal points of each of the first to third regions,
A multifocal ultrasound transducer in which the first focal region and the second focal region are partially overlapped or continuously formed.
중공의 실린더 형상의 외부 하우징:
서로 다른 크기의 반지름을 갖는 2 이상의 구형 영역이 연결되어 하나의 일체형 필름으로 이루어지고, 상기 외부 하우징의 일단의 개구부에 오목부가 외부를 향하도록 설치되어 초음파를 생성하는 상기 제1항 내지 제10항 중의 어느 하나의 항의 초음파 생성 필름;
상기 초음파 생성 필름의 오목한 면에 상기 초음파 생성 필름의 오목면의 형상을 따라 형성되는 제1 전극층;
상기 초음파 생성 필름의 볼록한 면에 상기 초음파 생성 필름의 볼록면의 형상을 따라 형성되는 제2 전극층; 및
전원선이 상기 제2 전극층의 볼록면의 볼록부의 끝단부로부터 연장되어 연결되고, 상기 외부 하우징의 다른 일단의 개구부에 체결되는 커넥터;를 구비하는 다초점 초음파 트랜스듀서.
Hollow cylinder-shaped outer housing:
Claims 1 to 10, wherein two or more spherical regions having different sizes of radius are connected to each other to form a single integral film, and recesses are installed in one opening of the outer housing so as to face the outside to generate ultrasonic waves. The ultrasonic generating film of any one of the above;
A first electrode layer formed on a concave surface of the ultrasonic generating film along a shape of a concave surface of the ultrasonic generating film;
A second electrode layer formed on the convex surface of the ultrasonic generating film along the shape of the convex surface of the ultrasonic generating film; And
A multi-focal ultrasound transducer having a power line; a connector connected to and extending from an end portion of the convex portion of the convex surface of the second electrode layer, and connected to an opening of the other end of the outer housing.
제11항에 있어서,
상기 외부 하우징의 내면에 실린더 형상으로 삽입되어 상기 초음파 생성 필름의 가장자리 부분을 상기 외부 하우징의 일단의 개구부 방향으로 지지하는 내부 하우징을 더 구비하는 다초점 초음파 트랜스듀서.
The method of claim 11,
A multifocal ultrasound transducer further comprising an inner housing inserted into a cylindrical shape on the inner surface of the outer housing to support an edge portion of the ultrasonic generating film in an opening direction of one end of the outer housing.
제11항에 있어서,
상기 외부 하우징의 내부의 상기 초음파 생성 필름의 내측 부분에 비전도성 접착제가 채워지는 다초점 초음파 트랜스듀서.
The method of claim 11,
A multifocal ultrasonic transducer in which a non-conductive adhesive is filled in an inner portion of the ultrasonic generating film inside the outer housing.
제11항에 있어서,
상기 외부 하우징의 일단에 상기 외부 하우징의 끝단이 실린더의 중심축 방향으로 연장되는 마감부가 형성되고,
상기 마감부의 내면에 상기 초음파 생성 필름의 가장자리 부분이 접촉되는 다초점 초음파 트랜스듀서.
The method of claim 11,
The end portion of the outer housing is formed at one end of the outer housing to extend in the direction of the central axis of the cylinder,
A multifocal ultrasonic transducer in which an edge portion of the ultrasonic generating film is in contact with the inner surface of the finishing portion.
제14항에 있어서,
상기 마감부의 개구부를 통하여 상기 초음파 생성 필름의 상기 2 이상의 구형 영역이 노출되는 다초점 초음파 트랜스듀서.
The method of claim 14,
A multifocal ultrasonic transducer in which the two or more spherical regions of the ultrasonic generating film are exposed through the opening of the finishing part.
제1항 내지 제10항 중의 어느 하나의 항의 다초점 초음파 트랜스듀서를 제조하는 장치로서,
중앙부에 원형의 관통홀 또는 오목부가 형성된 베이스 플레이트;
상기 베이스 플레이트 위에 탄성 지지되어 상기 베이스 플레이트 방향으로 가압되는 슬라이드 플레이트;
상기 슬라이드 플레이트의 하면에 설치되어 상기 슬라이드 플레이트와 함께 이동되는 것으로, 상기 관통홀 또는 오목부에 삽입되는 끝단부에 상기 제1항 내지 제10항 중의 어느 하나의 항의 초음파 생성 필름의 서로 다른 크기의 반지름을 갖는 2 이상의 구형 영역에 대응되는 패턴이 형성되는 패턴 틀;
상기 베이스 플레이트의 사각 모서리 부분 각각에 동일한 길이를 가지며 높이 방향으로 길게 배치되는 지지 로드들:
상기 지지 로드들 위에 배치되는 것으로, 상기 관통홀 또는 오목부가 상기 높이 방향으로 연장되는 위치에 관통홀이 형성되는 지지 플레이트; 및
상기 지지 플레이트를 관통하도록 설치되어 끝단을 통하여 상기 슬라이드 플레이트에 가압력을 제공하는 가압 스크루;를 구비하는 다초점 초음파 트랜스듀서의 제조장치.
An apparatus for manufacturing a multifocal ultrasound transducer according to any one of claims 1 to 10,
A base plate having a circular through hole or a concave portion in the central portion;
A slide plate elastically supported on the base plate and pressed in the direction of the base plate;
It is installed on the lower surface of the slide plate to be moved together with the slide plate, different sizes of the ultrasonic generating film of any one of claims 1 to 10 at the end inserted into the through hole or recess A pattern frame in which a pattern corresponding to two or more spherical regions having a radius is formed;
Support rods having the same length in each of the square corner portions of the base plate and disposed in a height direction:
A support plate disposed on the support rods, the through-hole or recess having a through-hole formed at a position extending in the height direction; And
And a pressure screw installed to penetrate the support plate to provide a pressing force to the slide plate through an end thereof.
제16항에 있어서,
상기 가압 스크루와 상기 지지 플레이트 사이에 설치되어
상기 패턴 틀이 상기 패턴 틀과 상기 베이스 플레이트 사이에 배치되는 필름에 가하는 힘을 센싱하는 힘 센서를 더 구비하는 다초점 초음파 트랜스듀서의 제조장치.
The method of claim 16,
It is installed between the pressure screw and the support plate
The apparatus for manufacturing a multifocal ultrasound transducer further comprising a force sensor for sensing a force applied to the film in which the pattern frame is disposed between the pattern frame and the base plate.
제17항의 다초점 초음파 트랜스듀서의 제조 장치에 의한 제조 방법으로서,
상기 패턴 틀과 상기 베이스 플레이트 사이에, 구리 클래드 폴리이미드 필름, PVDF 필름, 및 테프론 필름을 순서대로 적층하는 단계;
상기 가압 스크루를 이용하여 상기 패턴 틀을 상기 적층된 필름들에 구형 패턴을 형성하는 단계;
상기 다초점 초음파 트랜스듀서의 제조장치를 반전시켜 테프론 튜브를 상기 베이스 플레이트의 관통홀에 삽입하고 비전도성 접착제를 상기 테프론 튜브에 주입하는 단계;
구형 패턴이 형성된 적층된 필름들을 설정된 온도로 설정된 시간 가열하는 단계; 및
완성된 상기 초음파 생성 필름을 외부 하우징 내부에 설치하여 조립하는 단계; 를 구비하는 다초점 초음파 트랜스듀서의 제조방법.
A method for manufacturing a multi-focus ultrasonic transducer according to claim 17,
Stacking copper clad polyimide film, PVDF film, and Teflon film in order between the pattern frame and the base plate;
Forming a spherical pattern on the laminated films by using the pressure screw to form the pattern frame;
Reversing the manufacturing apparatus of the multifocal ultrasound transducer, inserting a Teflon tube into a through hole of the base plate and injecting a non-conductive adhesive into the Teflon tube;
Heating the laminated films on which the spherical pattern is formed to a set temperature for a set time; And
Installing and assembling the completed ultrasonic generating film inside an outer housing; Manufacturing method of a multifocal ultrasound transducer having a.
제18항에 있어서,
상기 가열 단계가 완료된 적층된 필름을 분리한 후에 상기 테프론 필름을 제거하여 초음파 생성 필름을 얻는 단계;를 더 구비하는 다초점 초음파 트랜스듀서의 제조방법.
The method of claim 18,
A method of manufacturing a multifocal ultrasound transducer further comprising; after separating the laminated film on which the heating step is completed, removing the Teflon film to obtain an ultrasonic generating film.
제18항에 있어서,
상기 가열하는 단계는 상기 다초점 초음파 트랜스듀서의 제조 장치로부터 상기 필름들이 분리되기 전에 이루어지는 다초점 초음파 트랜스듀서의 제조방법.
The method of claim 18,
The heating step is a method of manufacturing a multifocal ultrasound transducer before the films are separated from the multifocal ultrasound transducer manufacturing apparatus.
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