KR102163992B1

KR102163992B1 - 개별 주파수 필터가 구비된 초음파 생성 장치

Info

Publication number: KR102163992B1
Application number: KR1020190022218A
Authority: KR
Inventors: 조성찬
Original assignee: 주식회사 코러스트
Priority date: 2019-02-26
Filing date: 2019-02-26
Publication date: 2020-10-12
Also published as: KR20200103965A

Abstract

초음파 생성 장치는 전기 펄스를 생성하는 펄스전원 생성 장치, 그리고 상기 펄스전원 생성 장치로부터 상기 전기 펄스를 인가받을 수 있도록 상기 펄스전원 생성 장치에 연결될 수 있도록 구성되는 하나 이상의 초음파 변환기를 포함한다. 상기 펄스전원 생성 장치는 상기 전기 펄스를 생성하는 펄스 생성부, 그리고 상기 펄스 생성부가 원하는 주파수의 전기 펄스를 생성하도록 상기 펄스 생성부를 제어하는 펄스 제어부를 포함한다. 상기 초음파 변환기는 압전소자, 그리고 상기 펄스전원 생성 장치로부터 인가되는 상기 전기 펄스를 주파수 필터링을 수행하는 주파수 필터를 포함한다.

Description

개별 주파수 필터가 구비된 초음파 생성 장치{Ultrasound generating device with respective frequency filter}

본 발명은 초음파를 생성하는 초음파 생성 장치에 관한 것이다.

초음파는 압전소자에 전기 펄스를 공급하면 전기 펄스 신호에 따라 기계적인 진동을 통해서 생성된다. 이때 기계적인 진동은 공급되는 전기 펄스 신호와 동일하게 진동하며, 압전소자의 고유 진동수(공진주파수)와 동일한 주파수의 전기 펄스를 공급할 때 가장 강한 기계적 진동이 생긴다. 특히 임상적으로 초음파의 주파수에 따라 피부 속으로 전달되는 깊이가 달라지기 때문에 사용 목적에 따라 다양한 주파수의 초음파가 사용되고 있다.

또한 압전소자는 정현파형을 가지는 전기 펄스를 공급할 때 가장 효율적으로 진동한다. 때로 구형파를 압전 소자에 공급하는 경우도 있지만 효율이 낮고 압전 소자에 열이 발생하는 부작용이 있다.

이러한 원리들로 인해 전기 펄스 생성부는 통상적으로 주파수를 가변할 수 있도록 제작되고 펄스 신호를 증폭하여 원하는 강도의 전기 펄스를 효율적으로 생성하기 위해 구형파를 생성한 후 이를 주파수 필터를 통해 정현파로 변환하여 압전소자에 공급하는 방식이 사용된다. 이때 주파수 필터는 일반적으로 구형파를 정현파로 변환하면서 출력 임피던스를 50 옴(Ohm)으로 설정하기도 하며, 이는 만약 압전소자가 바로 연결되지 않고 일정한 길이를 두고 연결될 경우 동축케이블을 사용하여 전기 펄스부와 압전소자를 연결하는데 이때 동축 케이블의 임피던스가 일반적으로 50 옴 이기 때문이다. 이러한 설정은 제작의 용이성 및 범용성의 측면을 고려하여 통상적으로 사용된다.

초음파 생성 장치는 크게 펄스 전원을 공급하는 펄스전원 생성 장치와 초음파 트랜스듀서로 구성된다. 특히 구형파를 발생시켜 필터를 이용하여 정현파를 생성시키는 방식의 펄스전원 생성 장치는 펄스 제어부, 펄스 생성부, 그리고 주파수 필터부로 구성되고, 초음파 트랜스듀서는 임피던스 매칭부와 압전소자로 구성된다. 펄스 제어부가 생성하고자 하는 주파수를 설정하여 펄스 생성부를 통해 구형파의 전기 펄스를 생성하고, 주파수 필터부가 구형파를 정현파로 변환한다. 그러나 공진주파수가 다른 압전소자를 사용하는 복수의 트랜스듀서를 동일한 펄스전원 생성 장치에 연결해서 사용하는 경우에는 트랜스듀서의 정보 저장부에 미리 압전소자의 주파수 정보가 기록되고 이를 펄스 제어부에서 확인하여 필요한 주파수를 결정하고 이를 펄스 전원부에서 구형파의 펄스 전원으로 변환한후 주파수 필터부에서 정현파로 변환하여 트랜스듀서에 공급하는 방식이 사용되기도 한다.

일반적으로 주파수 필터부는 LC 회로를 이용하여 인덕턴스와 커패시턴스 값을 조정하는 방식을 사용하며 주파수에 따라 이들 값이 다르게 설정된다. 복수의 주파수를 가진 트랜스듀서를 사용할 경우에는 개별적인 트랜스듀서의 주파수에 맞게 미리 복수 개의 주파수 필터를 제작해 놓거나 주파수 필터의 인덕턴스와 커패시턴스를 자동으로 조정할 수 있는 형태로 제작하여 트랜스듀서에 맞게 선택하여 사용할 수도 있다. 그러나 자동으로 조정되는 방식은 정밀하게 출력을 조정해야 하는 제품에는 사용하기 어렵다.

주파수 필터부를 통해 생성된 정현파의 전기 펄스는 압전소자에 공급되며, 이때 압전소자와 펄스전원 생성 장치 사이의 효율적인 전력 전달을 위해 임피던스 매칭부가 구성된다.

이러한 기존의 펄스전원 생성 장치에서는 펄스 제어부, 펄스 생성부, 주파수 선택부 그리고 주파수 필터부가 일체형으로 구성되기 때문에 장치가 커지는 단점을 가진다. 특히 전력이 커질수록 주파수 필터부와 주파수 선택부의 크기가 커져야 하고 사용하고자 하는 트랜스듀서의 주파수가 많을수록 주파수에 따른 주파수 필터부 및 주파수 선택부의 수가 늘어나게 되어 크기가 더 커진다.

그러나 최근에 홈케어용 초음파 생성 장치 등 소형화가 필수적인 제품들이 개발되면서 휴대성이 중요한 성능으로 평가되고 다양한 주파수의 초음파를 생성할 수 있는 제품의 개발이 요구되면서 소형화의 필요성이 커지고 있는 실정이다.

공개특허공보 제10-2007-0035455 (공개일자: 2007년03월30일)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기한 초음파 생성 장치의 소형화의 요구를 해결하기 위해 고안된 것으로 특히 구형파를 정현파로 변환하는 방식의 펄스전원 생성 장치를 사용하고 주파수가 다양한 복수 개의 트랜스듀서를 사용하는 구조에 효과적으로 적용될 수 있는 초음파 생성 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 초음파 생성 장치는 전기 펄스를 생성하는 펄스전원 생성 장치, 그리고 상기 펄스전원 생성 장치로부터 상기 전기 펄스를 인가받을 수 있도록 상기 펄스전원 생성 장치에 연결될 수 있도록 구성되는 하나 이상의 초음파 변환기를 포함한다. 상기 펄스전원 생성 장치는 상기 전기 펄스를 생성하는 펄스 생성부, 그리고 상기 펄스 생성부가 원하는 주파수의 전기 펄스를 생성하도록 상기 펄스 생성부를 제어하는 펄스 제어부를 포함한다. 상기 초음파 변환기는 압전소자, 상기 펄스전원 생성 장치로부터 인가되는 상기 전기 펄스를 주파수 필터링을 수행하는 주파수 필터를 포함한다.

상기 펄스 생성부는 구형파의 전기 펄스를 생성할 수 있고, 상기 주파수 필터는 상기 구형파의 전기 펄스를 정현파의 전기 펄스로 변환할 수 있다.

상기 초음파 변환기는 복수로 구비될 수 있으며, 상기 복수의 초음파 변환기의 각 압전소자는 서로 다른 공진주파수를 가질 수 있다. 상기 복수의 초음파 변환기의 각 주파수 필터는 상기 구형파의 전기 펄스를 상기 각 압전소자의 공진주파수에 맞는 정현파의 전기 펄스로 변환할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 초음파 변환기는 상기 주파수 필터와 상기 압전소자에 각각 연결되어 임피던스 매칭을 수행하는 임피던스 매칭부를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 펄스 생성부는 구형파의 전기 펄스를 생성할 수 있고, 상기 주파수 필터는 상기 구형파의 전기 펄스를 정현파의 전기 펄스로 변환하면서 임피던스 매칭을 함께 수행하도록 형성될 수 있다.

본 발명에 의하면, 생성된 펄스전원을 압전소자의 구동을 위한 정현파의 펄스전원으로 변환하기 위한 주파수 필터가 펄스전원 생성 장치에 구비되는 것이 아니라 개별 초음파 변환기에 구비되기 때문에, 펄스전원 생성 장치의 크기가 감소될 수 있다. 특히 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 초음파 변환기를 사용하는 경우에는 기존에는 펄스전원 생성 장치가 복수의 주파수 필터를 구비하고 연결된 초음파 변환기에 따라 그 중 하나의 주파수 필터가 선택적으로 사용될 수 있도록 하는 구성이 필요하나, 본 발명은 이러한 구성을 필요로 하지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 생성 장치의 블록도이다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 생성 장치는 펄스전원 생성 장치(100)와 초음파 변환기(210, 220, 230)를 포함한다. 펄스전원 생성 장치(100)는 초음파 생성을 위한 펄스전원을 생성하며, 초음파 변환기(210, 220, 230)는 펄스전원을 인가받아 기계적 진동을 하여 초음파를 생성한다. 도 1에는 세 개의 초음파 변환기(210, 220, 230)가 예시적으로 도시되어 있으나, 초음파 변환기의 개수가 이에 한정되지는 않는다. 복수의 초음파 변환기(210, 220, 230) 중 어느 하나가 선택적으로 펄스전원 생성 장치(100)에 연결될 수 있으며, 각 초음파 변환기(220, 220, 230)는 치료 목적에 맞는 서로 다른 주파수의 초음파를 생성할 수 있다. 도 1에는 도면부호 210에 의해 지시된 초음파 변환기가 펄스전원 생성 장치(100)에 연결된 경우가 예시적으로 도시되어 있다.

펄스 생성부(103)는 초음파 생성을 위한 전기 펄스를 생성한다. 펄스 제어부(101)는 펄스 생성부(103)가 원하는 주파수의 전기 펄스를 생성하도록 펄스 생성부(103)를 제어한다. 이때, 펄스 제어부(101)는 초음파 변환기(210)에 구비되는 정보 저장부(211)로부터 해당 압전소자(213)의 특성 정보를 전송받고 이를 이용하여 펄스 생성부(103)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 정보 저장부(211)는 해당 압전소자(213)의 공진주파수에 대한 정보를 포함할 수 있으며, 펄스 제어부(101)는 연결된 초음파 변환기(210)의 압전소자(213)의 공진주파수에 해당하는 주파수를 가지는 펄스전원이 생성되도록 펄스 생성부(103)를 제어할 수 있다. 압전소자(213)의 특성 정보는 미리 측정되어 정보 저장부(211)에 저장될 수 있다. 이에 의해 펄스전원 생성 장치(100)는 연결된 초음파 변환기(210, 220, 230)의 압전소자(213, 223, 233)의 특성 정보, 예를 들어 공진 주파수에 맞는 펄스전원을 생성할 수 있다.

각 초음파 변환기(210, 220, 230)는 압전소자(213, 223, 233)를 각각 포함할 수 있으며, 각 압전소자(213, 223, 233)는 초음파의 사용 목적이나 용도에 맞는 서로 다른 특성을 가질 수 있다. 위에서 설명한 대로, 각 초음파 변환기(210, 220, 230)의 정보 저장부(211, 221, 231)는 해당 압전소자(213, 223, 233)의 특성 정보를 저장할 수 있으며, 정보 저장부(211, 221, 231)는 무선 또는 유선 연결을 통해 저장된 특성 정보를 펄스전원 생성 장치(100)의 펄스 제어부(101)로 전송할 수 있도록 구성된다.

초음파 변환기(210, 220, 230)는 주파수 필터(215, 225, 235)를 각각 구비한다. 각 주파수 필터(215, 225, 235)는 초음파 변환기(210, 220, 230)이 펄스전원 생성 장치(100)에 연결되는 경우 펄스 생성부(103)에 전기적으로 연결되어 펄스 전원을 인가받으며, 인가된 펄스 전원에 대해 주파수 필터링을 수행한다. 예를 들어, 주파수 필터(215, 225, 235)는 주파수 필터링을 위한 알려진 LC 회로로 구성될 수 있다. 펄스 생성부(103)는 구형파의 전기 펄스를 생성하고, 주파수 필터(215, 225, 235)는 구형파의 전기 펄스를 정현파의 전기 펄스로 생성할 수 있다. 이때, 각 주파수 필터(215, 225, 235)는 수신된 전기 펄스를 해당 압전소자(213, 223, 233)의 공진주파수에 맞는 정현파의 전기 펄스로 변환하도록 구성될 수 있다.

각 초음파 변환기(210, 220, 230)에 구비되는 임피던스 매칭부(217, 227, 237)는 주파수 필터(215, 225, 235)와 해당 압전소자(213, 223, 233)에 각각 연결되어 임피던스 매칭을 수행한다. 한편, 본 발명의 다른 실시예에서는, 별도의 임피던스 매칭부가 구비되지 않고, LC 회로의 선택적 조합에 의해 각 주파수 필터가 임피던스 매칭 기능을 수행하도록 구성될 수도 있다.

이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.

100: 펄스전원 생성 장치
101: 펄스 제어부
103: 펄스 생성부
210, 220, 230: 초음파 변환기
211, 221, 231: 정보 저장부
213, 223, 233: 압전소자
215, 225, 235: 주파수 필터
217, 227, 237: 임피던스 매칭부

Claims

전기 펄스를 생성하는 펄스전원 생성 장치, 그리고
상기 펄스전원 생성 장치로부터 상기 전기 펄스를 인가받을 수 있도록 상기 펄스전원 생성 장치에 연결될 수 있도록 구성되는 하나 이상의 초음파 변환기를 포함하며,
상기 펄스전원 생성 장치는
상기 전기 펄스를 생성하는 펄스 생성부, 그리고
상기 펄스 생성부가 원하는 주파수의 전기 펄스를 생성하도록 상기 펄스 생성부를 제어하는 펄스 제어부
를 포함하고,
상기 초음파 변환기는
압전소자, 그리고
상기 펄스전원 생성 장치로부터 인가되는 상기 전기 펄스를 주파수 필터링을 수행하는 주파수 필터
를 포함하며,
상기 펄스 생성부는 구형파의 전기 펄스를 생성하고,
상기 주파수 필터는 상기 구형파의 전기 펄스를 정현파의 전기 펄스로 변환하며,
상기 초음파 변환기는 서로 다른 공진주파수를 가지는 압전소자를 각각 포함하는 복수의 초음파 변환기를 포함하고,
상기 복수의 초음파 변환기의 각 주파수 필터는 상기 구형파의 전기 펄스를 상기 각 압전소자의 공진주파수에 맞는 정현파의 전기 펄스로 변환하는
초음파 생성 장치.
삭제
삭제
제1항에서,
상기 초음파 변환기는 상기 주파수 필터와 상기 압전소자에 각각 연결되어 임피던스 매칭을 수행하는 임피던스 매칭부를 더 포함하는 초음파 생성 장치.
제1항에서,
상기 펄스 생성부는 구형파의 전기 펄스를 생성하고,
상기 주파수 필터는 상기 구형파의 전기 펄스를 정현파의 전기 펄스로 변환하면서 임피던스 매칭을 함께 수행하도록 형성되는
초음파 생성 장치.