KR102249727B1 - 초음파 트랜스듀서 - Google Patents

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Abstract

초음파 트랜스듀서를 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 하우징, 상기 하우징의 전면에 배치되는 베이스 및, 치료용 초음파를 조사하며 상기 베이스 상에서 상기 베이스의 중앙영역으로부터 연장하는 상기 베이스의 반경방향을 따라 배치되는 복수의 선형 어레이(Linear array)로서, 서로 나란하게 연장하는 직선형 소자이며 상기 반경방향을 따라 서로 이웃하도록 배열되는 복수의 압전소자를 포함하는, 복수의 선형 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서를 제공한다.

Description

초음파 트랜스듀서{Ultrasonic transducer}
본 개시는 초음파 트랜스듀서에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 개시에 대한 배경정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
체외 충격파 치료(ESWT; Extracorporeal shockwave therapy)는 검사대상체 상에 치료용 초음파를 조사함으로써 환부를 치료하는 방법이다.
일반적으로 사용되고 있는 ESWT(Extracorporeal shockwave therapy) 장치는 초음파 트랜스듀서를 포함하며, 초음파 트랜스듀서에서 치료용 초음파를 환부로 조사하는 방식을 사용한다.
또한, 일반적으로 초음파 트랜스듀서는 대상체 상에 치료용 초음파를 조사하기 위한 압전소자를 포함한다.
이때 대상체의 치료를 위해, 초음파 트랜스듀서의 압전소자로부터 조사되는 치료용 초음파가 환부에 효과적으로 전달될 수 있는 배치를 가지는 것이 중요하다.
또한, 일반적인 초음파 트랜스듀서에서 치료용 초음파가 효율적으로 대상체의 환부에 전달될 수 있도록 적절히 압전소자를 배치하기 위해서는, 압전소자가 적절한 형태를 가지도록 세라믹 소재를 가공하는 것이 필요하다.
도 1은 환상 고리형 어레이를 포함하는, 일반적인 초음파 트랜스듀서(1)의 구성을 도시한 정면도이다.
도 1을 참조하면, 초음파 트랜스듀서(1)는 복수의 압전소자(11)를 포함하며 환상 고리형 어레이(ring-annular array) 형태로 배치된 복수의 압전소자 어레이(10) 및 이미징프로브(20)를 포함한다. 다만, 도 1b에서는 설명의 편의를 위해 이미징프로브(20)를 생략 도시하였음에 유의한다.
압전소자(11)는 치료용 초음파를 대상체의 환부를 향해 조사한다.
복수의 압전소자(11)는 도 1b에 도시된 바와 같이 각각 직경이 다른 원주 형태 즉, 링 형태로 구성된다.
여기서 각각의 압전소자(11)로부터 조사된 치료용 초음파는 미도시된 별도의 음향렌즈(acoustic lens)를 배치함으로써 대상체의 환부로 집중 조사될 수 있다.
또는 별도의 압전소자(11)에 입력되는 구동 신호의 진폭 또는 위상을 조절함으로써 치료용 초음파를 대상체의 환부로 집중 조사할 수 있다.
한편, 복수의 압전소자(11) 중 가장 내측에 배치된 링 형태의 압전소자(11)의 내경을 R1-in, 외경을 R1-out이라고 하면, 이에 가장 인접한, 두 번째로 직경이 큰 링 형태의 압전소자(11)의 내경인 R2-in은 R1-out과 동일하거나 미세하게 크게 설계되어야 한다.
이와 유사하게, 세 번째로 직경이 큰 링 형태의 압전소자(11)의 내경인 R3-in은 R2-out과 동일하거나 미세하게 크게 설계되어야 한다.
이와 같이 압전소자(11)가 각각 크기가 다른 링 형태를 가지도록 배치되는 것은 각각의 압전소자(11)로부터 조사된 치료용 초음파가 대상체의 환부로 효과적으로 집속될 수 있도록 하기 위함이다.
이때, 압전소자(11)는 MEMS(Microelectromechanical systems) 기술을 이용해 타이타늄산바륨(Barium titanate, BaTiO3)과 Lead titanate(PbTiO3), Lead zirconate system(PbZrO3) 등의 세라믹 재료를 가공하여 제조한다.
또한, 이와 같은 각각 크기가 다른 링 형태를 가진 압전소자(11)를 기판 상에 열 압착법 또는 초음파 압착법 등을 통해 부착하는 공정이 필요하다.
이와 같이 세라믹 재질로 이루어진 압전소자(11)가 각각 상이한 사이즈를 가지도록 제조하기 위해서는, 각각의 링 형태의 압전소자(11)의 직경을 다르게 제조할 수 있는 특수한 제조 설비가 필요하며, 복잡한 제조 공정을 거쳐야 한다.
따라서, 환상 고리형 어레이(ring-annular array) 타입의 초음파 트랜스듀서(1)는 제조하기 위한 노력이 많이 소모되고, 가공비가 높아지게 된다.
한편, 도 1에 도시된 환상 고리형 어레이가 아닌, 매트릭스 어레이(matrix array) 또는 원형 어레이(circular array) 타입의 초음파 트랜스듀서의 경우에도 앞서 설명한 바와 유사한 제조 공정 상의 어려움이 있다.
이에 따라, 제조가 용이하면서도 대상체의 치료에 있어 적절한 치료 효과를 갖는 압전소자 어레이의 적절한 배치에 대한 연구가 필요한 실정이다.
이에, 본 발명은 목적 영역 상에 치료용초음파가 효과적으로 집속됨으로 인해 치료 효과가 뛰어나면서도, 구성이 간단한 초음파 트랜스듀서를 제공하는 데 주된 목적이 있다.
또한, 본 발명은 가공 또는 제조를 위해 소모되는 시간 및 비용이 절감되는 초음파 트랜스듀서를 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 하우징, 상기 하우징의 전면에 배치되는 베이스 및, 치료용 초음파를 조사하며 상기 베이스 상에서 상기 베이스의 중앙영역으로부터 연장하는 상기 베이스의 반경방향을 따라 배치되는 복수의 선형 어레이(Linear array)로서, 서로 나란하게 연장하는 직선형 소자이며 상기 반경방향을 따라 서로 이웃하도록 배열되는 복수의 압전소자를 포함하는, 복수의 선형 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서를 제공한다.
도 1은 환상 고리형 어레이를 포함하는, 일반적인 초음파 트랜스듀서의 구성을 도시한 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 구성을 도시한 측면도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 제1형태의 구성을 도시한 정면도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 제2형태의 구성을 도시한 정면도이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 일 구성요소인 압전소자의 구성을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 구성을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 성능 검사 결과를 도시한 것이다.
도 8은 일반적인 환상 고리형 어레이로 구성된 초음파 트랜스듀서의 성능 검사 결과를 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, i), ii), a), b) 등의 부호를 사용할 수 있다. 이러한 부호는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 부호에 의해 해당 구성요소의 본질 또는 차례나 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 또는 '구비'한다고 할 때, 이는 명시적으로 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(100)의 구성을 도시한 측면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(100)는 하우징(110), 베이스(120), 선형 어레이(linear array; 130), 이미징프로브(140), 음향렌즈(150) 및 젤패드(gel pad; 160)를 포함한다.
하우징(110)은 베이스(120), 선형 어레이(130) 및 이미징프로브(140) 등이 배치되기 위한 공간을 마련한다.
하우징(110) 중 베이스(120), 선형 어레이(130) 및 이미징프로브(140) 등이 배치되는 영역을 하우징(110)의 전면부라고 할 때, 하우징(110)의 전면부는 베이스(120)가 배치될 수 있는 공간이 마련되도록 그 외측이 전면 방향으로 "ㄱ"자 형태로 절곡되게 형성될 수 있다.
또한 하우징(110)의 전면부는 예시적으로 원통형 또는 다각기둥 형상으로 형성될 수 있다. 이와 같은 하우징(110)의 전면부 상에 베이스(120)가 배치되며, 베이스(120) 상면에는 선형 어레이(130)가 배치된다.
또한 하우징(110) 전면 방향의 중앙 영역 상에는 이미징프로브(140)가 배치된다.
한편, 도 2에 도시된 하우징(110)은 그 외경(D3)이 110mm인 구성이 도시되어 있다.
또한, 선형 어레이(130)는 하우징(110)의 최 외곽으로부터 각각 5mm 이격된 위치까지 형성되었으며, 일측에 배치된 선형 어레이(130)의 최단부로부터 타측에 배치된 선형 어레이(130)의 최단부까지의 거리(D2)는 100mm인 것으로 구성되었다.
베이스(120)는 선형 어레이(130)가 배치되기 위한 공간을 마련한다. 즉, 베이스(120) 전면에는 선형 어레이(130)가 배치되며, 베이스(120)는 선형 어레이(130)를 지지하는 배킹 패널(backing panel) 역할을 할 수 있다.
베이스(120)는 도 3에 도시된 바와 같이 그 단면이 팔각 형태로 형성될 수 있으나, 이는 예시적인 것일 뿐이고 원형 단면을 가질 수도 있는 등 다른 형태도 가능하다.
한편, 베이스(120)의 중심 영역에는 이미징프로브(140)가 배치되며, 이미징프로브(140)가 배치된 영역 주변부를 선형 어레이(130)가 둘러싸며 배치된다. 이때, 도 2에 도시된 초음파 트랜스듀서(100)에서 이미징프로브(140)가 배치된 영역은 예시적으로 그 폭(D1)이 약 42mm 정도가 되도록 설계되었다.
선형 어레이(130)는 압전소자에서 발생되는 진동에 의해 치료용 초음파를 발생시키고, 치료용 초음파는 대상체를 향해 조사된다.
선형 어레이(130)는 직선 형태의 유사한 길이 및 폭을 가진 압전소자가 나란히 인접하여 배치된 리니어 어레이(linear array) 타입을 의미한다. 선형 어레이(130)는 그 길이 방향을 따라 형성되며 상대적으로 길게 형성된 장변 및, 그 폭 방향을 따라 형성되며 상대적으로 짧게 형성된 단변을 포함한다.
선형 어레이(130)는 베이스(120) 전면에 복수로 배치된다. 복수의 선형 어레이(130)는 베이스(120) 전면의 중앙 영역에 인접하게 배치되며, 선형 어레이(130)는 베이스(120) 전면 중앙 영역을 중심으로 방사상으로 배치된다.
구체적으로, 베이스(120) 전면의 중앙점으로부터 베이스(120) 전면의 외측 모서리를 향하는 임의의 방향을 베이스(120)의 반경방향이라고 했을 때, 선형 어레이(130)는 그 길이 축이 베이스(120)의 반경방향 상에 놓이도록 배치된다.
이때 선형 어레이(130)의 장변은 베이스(120)의 반경방향과 나란하게 배치되며, 선형 어레이(130)의 단변은 베이스(120)의 반경방향과 수직하게 배치된다.
한편, 각각의 선형 어레이(130)는 복수의 압전소자로 구성되며, 이와 같은 구성으로 인해 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(100)는 추후 자세히 설명할 내용과 같이 제조 공정이 단순하며, 제조를 위한 설비가 간단한 장점을 가진다.
이미징프로브(140)는 대상체의 초음파 영상에 대한 정보를 생성하고, 미도시된 디스플레이부에 대상체의 초음파 영상에 대한 정보를 전달하는 역할을 한다. 이미징프로브(140)는 미도시된 영상초음파 송신부 및 영상초음파 수신부를 포함한다.
영상초음파 송신부에서는 영상용 초음파를 대상체를 향해 조사한다. 영상초음파 수신부는 대상체에 의해 반사된 영상용 초음파의 에코 신호를 수신한다.
영상초음파에 의해 수신된 에코 신호는 미도시된 신호처리부에서 영상신호로 변환되며, 상기 영상신호는 디스플레이부에 전달되어 대상체의 초음파 영상이 디스플레이부 상에 출력될 수 있다.
음향렌즈(150)는 치료용 초음파를 목적 영역으로 집속한다.
음향렌즈(150)는 베이스(120) 및 복수의 선형 어레이(130)의 전면에 배치되며, 선형 어레이(130)로부터 조사된 치료용 초음파 성분은 음향렌즈(150)를 통과하여 대상체의 일 영역으로 집속된다.
이와 같이 음향렌즈(150)를 구비함으로써 치료용 초음파의 집속을 효율적으로 할 수 있으며, 치료 효과가 향상될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 음향렌즈(150)를 구비함으로써 치료용 초음파를 집속하는 구성을 예시적으로 도시하고 있으나, 본 발명의 일 실시예에서도 빔포밍 기술을 이용하여 치료용 초음파의 집속 위치를 조절하는 구성이 포함될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에서도 선형 어레이(130)의 압전소자로 입력되는 구동 신호의 진폭 또는 위상을 제어함으로써 치료용 초음파가 집속되는 위치가 제어되는 구성을 포함할 수 있다. 이 경우, 치료용 초음파의 집속을 위해 음향렌즈(150)를 필수적으로 구비하여야 하는 것은 아니다.
한편, 각각의 치료용 초음파는 설정된 초점 영역(P1) 상으로 집중되어야 하므로, 각 치료용 초음파 성분의 굴절 정도가 상이하도록 음향렌즈(150)를 설계할 수 있다.
한편, 음향렌즈(150)의 곡률(R1)은 예시적으로 90mmR일 수 있으며, 음향렌즈(150)의 곡률은 이와 다른, 적절한 곡률을 가지도록 설계 가능하다.
젤패드(160)는 음향렌즈(150) 전면에 배치되며, 치료용 초음파 전달을 용이하게 하기 위해 배치된다. 선형 어레이(130)에서 조사된 치료용 초음파는 음향렌즈(150)에 의해 집속되어 젤패드(160)를 지나 대상체를 통해 조사된다.
젤패드(160) 내부는 유체로 충진될 수 있으며, 선형 어레이(130)에서 조사된 치료용 초음파의 감쇄, 산란 등을 줄이는 역할을 할 수 있다.
또한, 젤패드(160)는 유체로 충진되므로, 초음파로 인해 발생하는 열을 냉각하는 역할도 할 수 있다.
한편, 젤패드(160)의 베이스(120)로부터의 두께는 약 30mm일 수 있으며, 젤패드(160)의 두께는 이와 달리 설계하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(100)는 선형 어레이(130)에 전기적 신호를 송수신할 수 있는, 미도시된 신호 송수신 라인을 하우징(110) 내부 또는 미도시된 컨트롤러에 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(100)는 그 동작을 컨트롤할 수 있는 미도시된 전원 버튼 및 동작 입력 버튼 등의 구성을 포함할 수 있으며, 별도의 제어 장치와 연결될 수 있다. 다만, 이는 본 발명의 구성에서 중점적으로 다루고자 하는 구성은 아니므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(100)의 제1형태의 구성을 도시한 정면도이다.
도 3를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(100)의 제1형태는 4개의 선형 어레이(130)가 베이스(120) 반경방향을 따라 베이스(120) 상에 배치된 구성을 가진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(100)는 동일한 직선 형태를 가진 복수의 압전소자가 서로 나란히 인접 배치된 리니어 어레이(Linear array) 타입인 것이 특징이다. 따라서, 각각의 선형 어레이(130)는 직사각 형태를 가진다.
본 발명의 일 실시예에서 선형 어레이(130)는 단변 및 장변의 길이 비율이 약 16mm 대 34mm인 경우가 도시되어 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예의 선형 어레이(130)의 가로 대 세로의 길이 비율은 이와 다르게 형성될 수 있다.
이때, 초음파 트랜스듀서(100) 작동시 치료용 초음파 집속 정도에 따른 치료 효율과 베이스(120) 및 기타 구성의 배치 및 형태를 고려할 때 가로 대 세로의 길이 비율은 1:2 내지 1:4 이내인 것이 바람직하다.
제1형태의 초음파 트랜스듀서(100)를 구성하는 각각의 선형 어레이(130)는 각각 일정 각도씩 이격되어 배치된다. 이때 각각의 선형 어레이(130)가 이격된 각도는 약 90도일 수 있다.
이로 인해 베이스(120)의 중심부를 둘러싼 상, 하, 좌 및 우 방향으로 길이를 가지도록 각각의 선형 어레이(130)가 배치되며, 각각의 선형 어레이(130)는 모두 그 형태가 동일하도록 형성된다.
따라서, 각각의 선형 어레이(130)는 베이스(120)의 중앙을 기준으로 점대칭되는 배치를 가진다.
각각의 선형 어레이(130)는 모두 그 형태 및 크기가 동일하게 제조된 것일 수 있다. 따라서 초음파 트랜스듀서(100)를 제조함에 있어서 각각의 어레이 또는 압전소자를 별도로 제조하기 위한 제조 설비 등을 갖출 필요가 없다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(100)는 추후 구체적으로 설명할 내용과 같이 각각의 선형 어레이(130)를 제조하는 과정이 간단하며, 앞서 설명한 비교 실시예와 같이 선형 어레이(130)를 제조하기 위한 복잡한 과정 및 제조 설비가 필요 없는 장점이 있다.
한편, 본 출원인은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(100)의 제1형태의 경우, 앞서 설명한 비교 실시예와 비교했을 때 그 치료 효과 면에서 상당한 효율을 가짐을 확인할 수 있었다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(100)는 선형 어레이(130)가 차지하는 면적이 환상 어레이(annular array) 타입의 초음파 트랜스듀서(100)보다 상대적으로 좁음에도 불구하고, 그 치료 효과는 환상 어레이 타입 초음파 트랜스듀서(100)와 유사한 것을 확인할 수 있었다.
이로 인해, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(100)는 비교 실시예보다 제조가 간단하고 장치 제조시 재료를 덜 소진하면서도, 대상체에 대해 효과적인 치료를 수행할 수 있는 장점이 있다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(100)의 제2형태의 구성을 도시한 정면도이다.
본 발명의 일 실시예의 제2형태에서는, 제1형태의 경우와 마찬가지로 라인 타입의 선형 어레이(130)가 베이스(120) 상에 복수로 배치된다. 구체적으로, 선형 어레이(130)는 베이스(120) 중앙 영역에 인접하여 베이스(120) 반경 방향과 그 길이축이 나란하게 연장되도록 배치된다.
다만, 제2형태에서는, 제1형태의 경우와는 다르게 각각의 선형 어레이(130)가 45도씩 이격되어 배치된다. 따라서 제1형태에서 HIFU 트랜스듀서부가 총 네 개의 선형 어레이(130)로 구성되는 것과는 달리, 제2형태에서는 HIFU 트랜스듀서부가 총 여덟 개의 선형 어레이(130)로 구성된다.
이와 같이 제2형태에서는 제1형태보다 선형 어레이(130)를 두 배로 늘림으로써, 환상 어레이 타입의 트랜스듀서와 대비했을 때 선형 어레이(130)가 베이스(120) 상에서 차지하는 면적의 차이를 최소화하였다.
이로 인해 치료용 초음파를 조사하는 조사원의 면적을 늘림으로써, 초음파 집속 및 치료 효과를 환상 어레이 타입 트랜스듀서와 거의 유사한 수준까지 높일 수 있다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(100)의 일 구성요소인 압전소자의 구성을 도시한 것이다.
도 5을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 선형 어레이(130)는 복수의 압전소자로 이루어진다.
이때 압전소자는 압전재료인 PZT(lead zirconate titanate), PVDF(polyvinylidene fluoride), PMN(lead magnesium niobate) 등을 이용하여 제작된 것일 수 있으며, 미도시된 인쇄회로기판과 전기적으로 연결되어 구동 신호에 따라 압전효과에 의해 치료용 초음파를 발생시킬 수 있다.
이때, 복수의 압전소자는 각각 직선 형태로 형성되며, 각각의 압전소자는 모두 동일한 형상 및 크기를 가질 수 있다.
따라서 본 발명의 일 실시예에서 선형 어레이(130)를 제조함에 있어서, 복수의 압전소자를 제조하는 과정은 모두 동일한 과정으로 설계할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서 선형 어레이(130)를 제조함에 있어서, 각각 다른 직경을 가진 소자를 각각 제조 및 배치해야 하는 환상 어레이 타입의 트랜스듀서와 달리 복잡한 제조 설비 및 제조 공정이 필요 없는 장점이 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(600)의 구성을 도시한 것이다.
구체적으로, 도 6의 a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(600)의 정면도를 도시한 것이고, 도 6의 b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(600)의 측면도를 도시한 것이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(600)는, 그 내용이 배치되지 않는 선에서 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(600)의 구성을 포함할 수 있다.
다만 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(600)는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(600)와 달리 선형 어레이(630)가 곡면 상에 배치된다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(600)의 베이스(620)의 중앙 영역을 제외한 외곽 영역은 전면이 치료용 초음파가 조사된 영역을 향해 곡률지도록 파라볼라 형상을 가진다.
이때, 베이스(620)의 중앙 영역은 예를 들어 그 두께가 일정하도록 형성되며, 베이스(620)의 중앙 영역에는 이미징프로브(640)가 배치될 수 있다. 한편, 본 발명의 다른 실시예에서 베이스(620)의 중앙부의 높이(H1)가 약 12.4mm일 수 있다.
베이스(620)의 전면부는 치료용 초음파가 조사될 영역을 향해 곡률져야 하므로, 베이스(620)의 중앙 영역을 벗어나면 베이스(620)의 두께는 점진적으로 증가한다. 예시적으로 베이스(620)의 최외곽에서 그 높이(H2)는 약 30mm일 수 있다.
이때 베이스(620) 전면부의 곡률은 베이스(620)로부터 치료용 초음파의 집속 위치(P2)까지의 거리를 대략적으로 고려하여 결정될 수 있으며, 예시적으로 베이스(620) 전면부의 곡률(R2)은 90mmR일 수 있다.
또한 베이스(620) 전면부가 곡률진 구성을 가지므로, 베이스(620) 전면부에 배치되는 각각의 압전소자도 곡률면 상에 배치된다. 이에 따라, 각각의 선형 어레이(630)도 곡률면 상에 형성된다.
이로 인해 각각의 압전소자로부터 조사된 치료용 초음파가 대상체의 일 영역으로 집속되는 효율이 높아질 수 있다.
이와 같이 본 발명의 다른 실시예에서는 각각의 압전소자가 곡률면 상에 형성되므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(100)와 달리 음향렌즈(150; 도 2 참조)가 없이도 높은 치료용 초음파 집속 효과를 가질 수 있다.
이에 따라 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(600)의 제조시 음향렌즈(150; 도 2 참조)를 제조 및 부착하는 공정이 필요 없으므로, 제조공정 및 제조설비가 간소화되고, 제조비용이 절약될 수 있는 장점이 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(100)의 성능 검사 결과를 도시한 것이다.
이때 초음파 트랜스듀서(100)는 베이스 상에 여덟 개의 선형 어레이(130)가 배치된 형태를 사용하여 검사를 수행하였으며, 초음파 트랜스듀서(100)의 세부 규격은 앞서 설명한 내용과 같다.
여기서 도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(100)에서 기준 초점 거리에 초점을 형성하였을 때 대상체 상에서 치료용 초음파의 강도를 측정한 것이다. 한편, 설명의 편의상 이때의 초점 거리를 0mm로 설정하기로 한다.
또한 여기서 z축 방향은 대상체의 깊이 방향을 의미하고, x축 및 y축 방향은 대상체 상의 동일 깊이에서 가로축 및 이에 수직한 세로축 방향을 의미한다.
한편, 해당 검사는 치료용 초음파가 1.5MHz의 진동수를 가지도록 하여 진행하였으며 DR(Dynamic Range)는 60dB가 되도록 설정하였다. 이와 같은 설정 사항은 이하 과정에서 모두 동일하다.
또한, 대상체 상에서 치료용 초음파의 세기에 따라, 가장 치료용 초음파가 강한 영역은 붉은 색으로 표시되도록 하였으며, 가장 약한 영역은 파란 색으로 표시되도록 하였다.
먼저 도 7a의 좌측 하단 그래프는 x축 좌표가 0인 지점, 즉 xy평면 상에서 가장 치료용 집속 강도가 높은 지점에서 깊이에 따른 치료용 초음파의 강도를 나타내었다. 이때, 치료용 초음파의 진폭은 대상체 표면으로부터 약 30mm 깊이를 가지는 지점에서 가장 크므로, 위 지점에서 치료용 초음파는 가장 큰 강도를 가짐을 알 수 있다.
도 7a의 좌측 상단 그래프는 대상체 상의 깊이가 29.80mm인 점에서 x축 방향으로의 위치 변화에 따른 치료용 초음파의 강도를 나타낸 것이다. 이때 x축 좌표가 0일 때 가장 치료용 초음파의 강도가 크고, 이로부터 멀어질수록 대칭적으로 치료용 초음파의 강도가 작아짐을 알 수 있다.
또한 도 7a의 우측 그래프를 참조하면, 대상체 상에서 깊이가 약 30mm인 지점을 중심으로 방사형으로 그래프가 형성됨을 알 수 있다. 치료용 초음파의 집속 지점이 대상체 상에서 깊지 않은 곳에 위치하므로, 치료용 초음파는 해당 지점에서 효과적으로 집속됨을 알 수 있다.
도 7b, 도 7c, 도 7d, 도 7e는 각각 초점 위치가 기준 초점으로부터 20mm, 40mm, 60mm, 80mm일 때 대상체 상의 위치에서 치료용 초음파의 강도를 표시한 것이다.
치료용 초음파의 초점 위치가 도 7a와는 차이가 있으므로, 치료용 초음파가 가장 강하게 집속되는 위치도 각각 달리 형성된다. 즉, 도 7b, 도 7c, 도 7d 및 도 7e에서 각각 대상체 상의 깊이 49.60mm, 69.40mm, 89.80mm 및 109.60mm에서 가장 강하게 치료용 초음파가 집속된다.
도 7b 내지 도 7e에서 치료용 초음파가 집속되는 형태는 방사형으로 도 7a의 경우와 유사하게 형성된다. 다만 해당 방사형의 집중도는 도 7a로부터 도 7e로 갈수록 감소하는데, 이는 대상체의 더 깊은 위치로 갈수록 치료용 초음파의 전달 효율이 점점 감소하기 때문이다.
도 8은 일반적인 환상 고리형 어레이로 구성된 초음파 트랜스듀서(1)의 성능 검사 결과를 도시한 것이다.
구체적으로, 도 8a, 도 8b, 도 8c, 도 8d 및 도 8e는 각각 치료용 초음파의 초점 위치가 각각 0mm, 20mm, 40mm, 60mm 및 80mm일 때 대상체 위치 상에서 초음파 강도를 표시한 것이다.
해당 성능 검사는 도 1에 도시된 것과 같은, 일반적인 트랜스듀서(1)를 사용하여 수행하였다. 해당 트랜스듀서(1)의 각각의 어레이(10)는 그 두께가 1.2mm이며, 초음파 트랜스듀서(1)는 총 24개의 압전소자(11)로 구성된 환상 고리형 어레이(10)가 배치되었다.
이때 도 7과 도 8을 대비해 보면, 도 7에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(100)의 성능 그래프와 도 8에 도시된 환상 고리형 어레이 타입의 초음파 트랜스듀서(1)의 성능 그래프의 형태는 상당히 유사함을 알 수 있다.
즉 도 7a와 도 8a, 도 7b와 도 8b, 도 7c와 도 8c, 도 7d와 도 8d, 그리고 도 7e와 도 8e는 그 형태가 매우 유사하며, 치료용 초음파의 집속 영역에서의 강도에 있어서도 큰 차이를 보이지 않았다.
이는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 어레이(100)를 포함하는 초음파 트랜스듀서(100)는 환상 고리형 어레이로 구성된 초음파 트랜스듀서(1)에 비해 트랜스듀서 어레이가 차지하는 영역이 상대적으로 적음에도 불구하고, 치료용 초음파의 집속 정도 및 강도가 도 1에 도시된 초음파 트랜스듀서(1)의 치료용 초음파의 집속 정도 및 강도와 유사함을 의미한다.
따라서, 본 발명의 초음파 트랜스듀서(100)는 종래 기술의 트랜스듀서(1)에 비해 제조가 간편하면서도 우수한 치료 효과를 가짐을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명의 각 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(100; 600)는 라인 타입의 선형 어레이(130; 630)를 이용하여 제조하므로, 다른 타입의 어레이를 이용하여 제조하는 경우에 비해 제조 과정이 단순하며, 간단한 제조 설비를 사용할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명의 각 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서(100; 600)는 위와 같은 제조상의 장점이 있음에도 불구하고, 종래 기술의 초음파 트랜스듀서와 마찬가지로 우수한 치료 효과를 가진다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 초음파 트랜스듀서
110: 하우징
120: 베이스
130: 선형 어레이
140: 이미징프로브
150: 음향렌즈
160: 젤패드

Claims (9)

  1. 하우징;
    상기 하우징의 전면에 배치되고, 전면이 파라볼라 형상을 가지는 베이스; 및
    치료용 초음파를 조사하는 복수의 압전소자로서, 상기 압전소자 각각은, 서로 나란하게 연장하는 평평한 직사각형 박판 형태이고, 상기 베이스의 중앙 영역으로부터 상기 베이스의 반경방향을 따라 서로 이웃하도록 배열되되, 배열 방향을 따른 상기 파라볼라 형상의 곡선 형상에 상응하도록 일 방향으로 만곡 배치된, 상기 복수의 압전소자를 포함하되, 서로에 대해 일정 각도로 이격되어 방사상으로 배치된 복수의 선형 어레이(Linear array)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 선형 어레이는 서로에 대해 90도 방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 선형 어레이는 서로에 대해 45도 방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 복수의 선형 어레이는 상기 베이스의 중앙 영역을 중심으로 서로 대칭되도록 배치된 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 선형 어레이는 상기 반경 방향에 평행하게 연장하는 장변 및 상기 장변에 수직한 단변을 갖는 사각 형상이며, 상기 장변 및 단변의 비율은 2:1 내지 3:1인 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 베이스의 중앙 영역에 대상체를 향해 영상용 초음파를 송수신하도록 구비된 이미징프로브를 더 포함하는 초음파 트랜스듀서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 압전소자는 세라믹 소재를 가공한 것인 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
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