KR102262167B1 - 초음파 변환자의 성능 평가 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

초음파 변환자의 성능 평가 장치는, 초음파 변환자와 음향 매질을 구비하여 초음파를 송수신하는 변환자 조립체, 초음파 변환자의 성능을 나타내는 기준 신호 값을 저장하는 저장부 및 변환자 조립체를 제어하여 초음파를 방사하고 이에 대한 응답(echo) 신호를 수신하여 응답 신호의 크기 또는 에너지량을 측정하며 측정된 값을 저장부에 저장된 기준 신호 값과 비교함으로써 초음파 변환자의 성능을 평가하는 처리부를 포함한다.

Description

초음파 변환자의 성능 평가 장치 및 방법{Apparatus and method for performance evaluation of ultrasound transducers}

본 발명은 초음파를 발생시켜 방사하고 응답 신호를 수신하는 초음파 변환자에 관한 것으로, 특히 치료용 초음파 변환자의 성능이 제품의 초기 상태에 비해 얼마나 저하되었는지 여부를 검사할 수 있는 성능 평가 장치, 방법 및 그 방법을 기록한 기록매체에 관한 것이다.

초음파는 의료분야의 영상 진단 장치, 초음파 치료 장치, 초음파 세정 장비 또는 각종 설비 진단 분야 등 그 활용 영역이 증대되고 있으며, 그에 따라 초음파 변환자의 출력 수준이 적정한지를 측정, 제어할 수 있는 기술이 요구되고 있다.

종래에 초음파 변환자의 음향 출력을 측정하기 위해서는, 방사력 측정법(radiation force balance method), 플래너 스캐닝법(planar scanning method) 또는 칼로리메트릭 방법(calorimeter method) 등이 사용되었다.

방사력 측정법은 흡음제에 초음파 에너지를 인가하여 간단히 음향 출력을 측정하는 방법으로 치료 부위 또는 특정 지점에서의 음향 강도를 알 수 있는 것이 아니라, 흡음제의 평균 음압만을 측정하는 것이 가능하기 때문에, 국소 부위의 치료 효과를 판단하는데 무리가 있으며, 특히 측정시 사용되는 측정용 표적이 약 20W 이상의 파워를 갖는 초음파에 노출되는 경우 융해되므로 약 20W 이상의 파워를 갖는 초음파의 파워 측정에는 사용될 수 없는 한계가 있다.

플래너 스캐닝법은 하이드로폰(hydrophone)을 사용하여 초음파의 분포 영역을 스캐닝 하는 방법으로서, 모터 제어 기반의 5개 이상의 축을 이용하여 변환자의 수직과 수평을 맞추고, 초음파 에너지가 전달되는 모든 매질에서의 음압 또는 강도를 정확하게 측정하는 것이 가능하기 때문에, 치료용 변환자의 음압을 정량적으로 분석하는데 유용하나, 초음파의 출력 측정을 위해 넓은 영역을 스캐닝해야 하므로 그 측정에 장시간이 소요되는 문제점이 있다.

칼로리메트릭 방법은 초음파로 인한 물의 상승 온도를 측정하는 방법으로서, 물에서의 음압(acoustic pressure)의 공간 분포가 균일하지 않으므로 다수의 온도계를 사용하여 여러 곳의 온도를 측정해야 하는바 측정 과정이 복잡하고 설치에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.

한편, 치료용 초음파 시술의 경우에는 높은 전압을 인가하고 치료용 변환자를 긴 시간동안 진동시켜야하기 때문에 열화 효과가 발생하게 되고, 일반적인 초음파 영상용 변환자와 다르게 이용기간이 매우 짧다. 이러한 열화 효과는 치료용 초음파 시술의 효과를 저하시키는 가장 큰 요인이며, 치료 효과 보장을 위해 초음파 변환자의 교체 시기를 적시에 결정하는 것이 매우 중요하다. 그러나, 시술자, 예를 들어 의사들이 스스로 하이드로폰과 같은 음향 측정 기기를 이용하여 변환자의 음향 출력을 평가하기 쉽지 않으며, 가격이 매우 고가로서 비현실적이다.

따라서 상기된 종래의 초음파 변환자의 음향 출력을 측정하는 방법을 대신하여, 특히 치료용 초음파 변환자가 가지는 기본적인 구조를 활용하면서도 간단하게 변환자의 성능 저하를 평가하고 교체시기를 선정하는 기술적 수단의 제안이 필요하다. 이하에서 소개되는 선행기술문헌은 이러한 초음파 변환자의 음향 출력을 측정하는 다양한 기술들을 소개하고 있으나 여전히 실제 의료 환경에 도입되기에는 부적합하다.

한국공개특허 10-2009-0052592, 잠열을 이용한 초음파 파워 측정 장치 및 방법, 한국표준과학연구원, 2009.05.26 공개

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 고도의 장비를 갖춘 실험실이 아닌 실제 의료 환경에서 시술자가 치료용 초음파 변환자의 출력 저하를 간단히 확인할 수 있는 방법이 존재하지 않다는 문제를 해결하고, 그로 인해 초음파 변환자의 실질적인 출력에 관계없이 단지 초음파 시술기 공급자가 표시한 변환자 출력 보장 시술 횟수에 의존하여 초음파 변환자의 교체 시기를 결정하고 있으므로, 초음파 변환자의 성능 및 적절한 교체 시기를 제시할 수 없다는 한계를 극복하고자 한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 변환자의 성능 평가 장치는, 초음파 변환자와 음향 매질을 구비하여 초음파를 송수신하는 변환자 조립체; 상기 초음파 변환자의 성능을 나타내는 기준 신호 값을 저장하는 저장부; 및 상기 변환자 조립체를 제어하여 초음파를 방사하고 이에 대한 응답(echo) 신호를 수신하여 상기 응답 신호의 크기 또는 에너지량을 측정하며, 측정된 값을 상기 저장부에 저장된 기준 신호 값과 비교함으로써 상기 초음파 변환자의 성능을 평가하는 처리부;를 포함한다.

일 실시예에 따른 초음파 변환자의 성능 평가 장치에서, 상기 응답 신호는, 상기 초음파 변환자를 통해 방사된 초음파가 상기 변환자 조립체의 물리적인 특성에 따라 반사 내지 전반사됨으로써 발생한다.

일 실시예에 따른 초음파 변환자의 성능 평가 장치에서, 상기 변환자 조립체의 외부 표면에 아무런 객체도 접촉시키지 않은 경우, 상기 변환자 조립체의 음향 매질과 상기 변환자 조립체 외부 표면 간의 음향 임피던스의 차이로 인해 상기 초음파 변환자로부터 방사되는 초음파가 상기 변환자 조립체 내부에서 전반사되고, 상기 초음파 변환자는 전반사된 응답 신호를 수신하여 크기 또는 에너지량을 측정할 수 있다.

일 실시예에 따른 초음파 변환자의 성능 평가 장치에서, 상기 변환자 조립체의 외부 표면에 측정 대상을 접촉시킨 경우, 상기 초음파 변환자로부터 방사되는 초음파가 상기 음향 매질을 통과하여 상기 측정 대상에서 반사되고, 상기 초음파 변환자는 반사된 응답 신호를 수신하여 크기 또는 에너지량을 측정할 수 있다.

일 실시예에 따른 초음파 변환자의 성능 평가 장치에서, 상기 변환자 조립체의 외부 표면에 강반사체를 접촉시킨 경우, 상기 초음파 변환자로부터 방사되는 초음파가 상기 음향 매질을 통과하여 상기 강반사체에서 반사되고, 상기 초음파 변환자는 반사된 응답 신호를 수신하여 크기 또는 에너지량을 측정할 수 있다.

일 실시예에 따른 초음파 변환자의 성능 평가 장치에서, 상기 초음파 변환자가 상기 변환자 조립체 내의 반사 구조물을 대향하도록 위치를 조정한 경우, 상기 초음파 변환자로부터 방사되는 초음파가 상기 음향 매질을 통과하여 상기 반사 구조물에서 반사되고, 상기 초음파 변환자는 반사된 응답 신호를 수신하여 크기 또는 에너지량을 측정할 수 있다.

일 실시예에 따른 초음파 변환자의 성능 평가 장치에서, 상기 처리부는, 상기 기준 신호 값과 상기 측정된 값의 차이가 미리 설정된 임계 범위 이상인 경우 상기 초음파 변환자의 성능이 저하되었음을 나타내는 경고를 생성할 수 있다. 또한, 상기 임계 범위는, 상기 초음파 변환자의 열화 정도와 응답 신호의 크기 감소 정도가 비례하는 성질을 이용해 설정될 수 있다. 나아가, 상기 변환자 조립체는 교환 가능한 카트리지(cartridge)로 형성되어 초음파 시술을 위한 핸드피스(handpiece)에 삽입된 채 상기 처리부에 의해 제어되며, 상기 경고는 상기 카트리지의 교체를 요구하는 메시지일 수 있다.

일 실시예에 따른 초음파 변환자의 성능 평가 장치에서, 상기 변환자 조립체는, 변환자 조립체를 지지하는 몸체; 상기 몸체에 수용되어 초음파를 발생시키는 초음파 변환자; 상기 초음파 변환자와 소정 거리만큼 이격되어 초음파가 방사되는 방향으로 상기 몸체의 일단에 형성된 음향 임피던스의 경계 영역; 및 상기 몸체에 충진되어 초음파를 전달하는 음향 매질;을 포함할 수 있다. 또한, 상기 초음파 변환자와 상기 경계 영역 간의 이격 거리는, 상기 초음파 변환자로부터 방사되는 초음파 신호의 사이클(cycle) 수에 비례하고, 초음파 신호의 주파수에 반비례한다. 나아가, 상기 처리부는, 상기 초음파 변환자와 상기 경계 영역 간의 이격 거리에 초음파 신호의 주파수를 승산하고 초음파 신호의 속도로 제산한 값의 절반 이하가 되도록 상기 초음파 변환자로부터 방사되는 초음파 신호의 사이클(cycle) 수를 설정함으로써, 상기 초음파 변환자를 통해 방사되는 신호와 수신되는 신호 간의 간섭을 방지할 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 변환자와 음향 매질을 구비하여 초음파를 송수신하는 변환자 조립체의 성능을 평가하는 방법은, 메모리(memory)를 이용하여 상기 초음파 변환자의 성능을 나타내는 기준 신호 값을 저장하는 단계; 상기 변환자 조립체를 제어하여 초음파를 방사하고 이에 대한 응답(echo) 신호를 수신하여 상기 응답 신호의 크기 또는 에너지량을 측정하는 단계; 및 측정된 값을 적어도 하나의 처리기(processor)를 이용하여 상기 메모리에 저장된 기준 신호 값과 비교함으로써 상기 초음파 변환자의 성능을 평가하는 단계;를 포함한다.

일 실시예에 따른 초음파 변환자의 성능 평가 방법에서, 상기 응답 신호는, 상기 초음파 변환자를 통해 방사된 초음파가 상기 변환자 조립체의 물리적인 특성에 따라 반사 내지 전반사됨으로써 발생한다.

일 실시예에 따른 초음파 변환자의 성능 평가 방법에서, 상기 응답 신호의 크기 또는 에너지량을 측정하는 단계는, 상기 변환자 조립체의 외부 표면에 아무런 객체도 접촉시키지 않은 상태에서 상기 변환자 조립체를 제어하여 초음파를 방사하는 단계; 상기 변환자 조립체의 음향 매질과 상기 변환자 조립체 외부 표면 간의 음향 임피던스의 차이로 인해 상기 초음파 변환자로부터 방사되는 초음파가 상기 변환자 조립체 내부에서 전반사되며, 상기 초음파 변환자를 이용하여 전반사된 응답 신호를 수신하는 단계; 및 수신된 응답 신호의 크기 또는 에너지량을 측정하는 단계;를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 초음파 변환자의 성능 평가 방법에서, 상기 응답 신호의 크기 또는 에너지량을 측정하는 단계는, 상기 변환자 조립체의 외부 표면에 측정 대상을 접촉시킨 상태에서 상기 변환자 조립체를 제어하여 초음파를 방사하는 단계; 상기 초음파 변환자로부터 방사되는 초음파가 상기 음향 매질을 통과하여 상기 측정 대상에서 반사되며, 상기 초음파 변환자를 이용하여 반사된 응답 신호를 수신하는 단계; 및 수신된 응답 신호의 크기 또는 에너지량을 측정하는 단계;를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 초음파 변환자의 성능 평가 방법에서, 상기 응답 신호의 크기 또는 에너지량을 측정하는 단계는, 상기 변환자 조립체의 외부 표면에 강반사체를 접촉시킨 상태에서 상기 변환자 조립체를 제어하여 초음파를 방사하는 단계; 상기 초음파 변환자로부터 방사되는 초음파가 상기 음향 매질을 통과하여 상기 강반사체에서 반사되며, 상기 초음파 변환자를 이용하여 반사된 응답 신호를 수신하는 단계; 및 수신된 응답 신호의 크기 또는 에너지량을 측정하는 단계;를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 초음파 변환자의 성능 평가 방법에서, 상기 응답 신호의 크기 또는 에너지량을 측정하는 단계는, 구동 수단을 이용하여 상기 초음파 변환자가 상기 변환자 조립체 내의 반사 구조물을 대향하도록 위치를 조정하는 단계; 상기 변환자 조립체를 제어하여 초음파를 방사하는 단계; 상기 초음파 변환자로부터 방사되는 초음파가 상기 음향 매질을 통과하여 상기 반사 구조물에서 반사되며, 상기 초음파 변환자를 이용하여 반사된 응답 신호를 수신하는 단계; 및 수신된 응답 신호의 크기 또는 에너지량을 측정하는 단계;를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 초음파 변환자의 성능 평가 방법에서, 상기 기준 신호 값과 상기 측정된 값의 차이가 미리 설정된 임계 범위 이상인 경우 상기 초음파 변환자의 성능이 저하되었음을 나타내는 경고를 생성하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 임계 범위는, 상기 초음파 변환자의 열화 정도와 응답 신호의 크기 감소 정도가 비례하는 성질을 이용해 설정된다. 나아가, 상기 변환자 조립체는, 변환자 조립체를 지지하는 몸체, 상기 몸체에 수용되어 초음파를 발생시키는 초음파 변환자, 상기 초음파 변환자와 소정 거리만큼 이격되어 초음파가 방사되는 방향으로 상기 몸체의 일단에 형성된 음향 임피던스의 경계 영역 및 상기 몸체에 충진되어 초음파를 전달하는 음향 매질을 포함하고, 상기 초음파 변환자로부터 방사되는 초음파 신호의 사이클(cycle) 수는, 상기 초음파 변환자와 상기 경계 영역 간의 이격 거리에 초음파 신호의 주파수를 승산하고 초음파 신호의 속도로 제산한 값의 절반 이하가 되도록 설정됨으로써, 상기 초음파 변환자를 통해 방사되는 신호와 수신되는 신호 간의 간섭을 방지할 수 있다.

한편, 이하에서는 상기 기재된 초음파 변환자의 성능을 평가하는 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.

본 발명의 실시예들은, 초음파가 다른 음향 임피던스를 갖는 매질을 통과할 때 반사 신호가 발생하는 특징을 활용함으로써, 고가의 하이드로폰과 같은 음향 측정 장비가 필요 없을 뿐만 아니라, 별도의 실험 없이 자동 또는 수동으로 시술자가 간단하게 열화 효과를 평가할 수 있으며, 치료용 초음파 변환자의 교체 시기를 결정하는데 효과적이다. 이는 초음파 시술 장비의 치료 성능은 계속 유지시키면서, 불필요한 카트리지 교체를 막아 비용 절감에 도움을 줄 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 변환자의 성능을 평가하는 장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 시스템이 채택하고 있는 변환자 조립체를 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 시스템에서 초음파 변환자의 성능을 평가할 수 있는 기술적 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 변환자의 성능 평가 방법의 다양한 구현예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 시스템이 채택하고 있는 변환자 조립체에서 초음파 변환자와 경계 영역(필름) 간의 거리를 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 변환자의 성능을 평가하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 변환자의 성능 평가 방법을 활용하여 초음파 시스템에 활용하는 방법을 예시한 흐름도이다.

본 발명의 실시예들을 설명하기에 앞서, 초음파 변환자의 특징과 치료용 초음파 변환자의 사용 환경에 따라 나타나는 문제점을 간략히 소개한 후, 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 기술적 수단을 순차적으로 제시하도록 한다.

일반적으로 초음파 변환자는 소모품으로서, 계속적인 사용에 따라서 압전 소자의 열화 효과가 나타나게 된다. 열화 효과는 압전소자의 성능을 저하시키는 주된 요인 중 하나이다. 초음파 변환자는 그 구조적, 물리적 특징에 기반하여 공간 해상도를 발생시킬 수 있는데, 특히 치료용 초음파 변환자의 경우에는 높은 출력을 발생시키기 위해서 높은 입력 전압을 오랜 시간 동안 인가해주기 때문에, 영상용 초음파 변환자에 비해 열화 효과가 빨리 발생하는 경향이 있다. 이로 인해 치료용 초음파 변환자의 음향 출력이 저하되며, 정상 상태의 변환자에 비해 상대적으로 매우 낮은 음향 출력을 나타날 경우, 병변의 치료 효과를 감소시키는 문제점이 된다.

그러나, 고도의 장비를 갖춘 실험실이 아닌 현재의 의료 환경에서는 시술자가 치료용 초음파 변환자의 출력 저하를 간단히 확인할 수 있는 방법이 제안되지 않아, 초음파 변환자의 실질적인 출력에 관계없이 치료용 초음파 시술기 제조사 또는 판매사의 변환자 출력 보장 시술 횟수에 의존하고 있다. 예를 들어, 판매 제품에 변환자의 한계 사용 횟수를 기재해 놓거나, 초음파 시스템을 통해 미리 설정된 고정된 횟수의 사용 이후 초음파 변환자의 교체를 알리는 방식 등이 그것이다.

이러한 교체 방식 하에서, 교체 대상 초음파 변환자는 그 성능이 적절히 저하되었을 수도 있으나, 경우에 따라서는 이미 교체 시기가 한참 지나간 경우도 있으며, 또는 열화 현상이 적어 아직 충분히 사용이 가능함에도 교체되는 경우도 발견된다. 즉, 이러한 교체 방식은 치료 효과가 없어진 변환자를 이용하여 시술을 받은 환자들의 불만을 야기할 뿐만 아니라, 시술 병원의 이미지 손상과 재시술로 인한 손해를 지속적으로 발생시키는 원인이 된다. 따라서, 시술 현장에서 시술자들이 초음파 출력 저하를 손쉽게 확인할 수 있는 방법에 대한 개발 요구가 이어지고 있다.

이하에서 제시되는 본 발명의 실시예들은 상기된 문제점들을 해결하기 위해 기존의 치료용 초음파 변환자가 갖는 형태, 구조와 초음파의 특성을 활용하여 간단히 변환자의 출력 저하를 확인할 수 있는 기술적 수단을 제안하고자 한다. 특히, 초음파는 서로 다른 음향임피던스를 가지는 매질을 통과할 때 반사가 발생한다는 특징을 갖는데, 본 발명의 실시예들은 초음파 변환자의 성능 저하를 판단하기 위해 치료용 초음파 변환자의 표면에 별도의 음향 매질을 접촉시키지 않은 상태에서 초음파를 발생시키고, 표면에서 반사 또는 전반사된 신호를 다시 초음파 변환자로 획득하여 신호의 크기를 분석하는 방법을 활용한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 변환자의 성능을 평가하는 장치를 도시한 블록도로서, 변환자 조립체(10), 처리부(30), 저장부(40)를 포함하며, 디스플레이 수단(50)을 선택적으로 포함한다. 물론 초음파 신호를 발생시키고 그 반사(echo) 신호를 수신하기 위해 초음파 송수신 수단(20)이 더 포함될 수 있음은 당연하다.

변환자 조립체(10)는, 초음파 변환자와 음향 매질을 구비하여 초음파를 송수신한다. 초음파 송수신 수단(20)은 처리부(30)의 명령을 받아 펄서(pulser)를 제어하여 초음파 신호를 생성하여 변환자 조립체(10)에 구비된 초음파 변환자에 인가하고, 다시 변환자 조립체(10)에 구비된 초음파 변환자의 표면에서 수신되는 응답 신호를 수신부를 통해 전달받는다. 이때, 응답 신호는 상기 초음파 변환자를 통해 방사된 초음파가 상기 변환자 조립체의 물리적인 특성에 따라 반사 내지 전반사됨으로써 발생하게 된다.

특히, 본 발명의 일 실시예에서는 변환자 조립체(10)가 외부의 공기와 접촉한 상태, 즉 아무런 접촉없는 초기 상태에서 변환자 조립체(10) 내의 전반사를 통해 응답 신호를 발생시키는 상황을 중심으로 기술적 수단을 설명하고 있으나, 이러한 접촉 대상인 공기를 대신하여 높은 반사 특성을 갖는 다양한 팬텀(phantom)을 사용하는 것도 가능하다. 보다 구체적인 응용 예는 이후 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 설명하도록 한다.

저장부(40)는, 초음파 변환자의 성능을 나타내는 기준 신호 값을 저장한다. 이러한 기준 신호 값은 초음파 변환자 제조사에서 공장 출하시 미리 측정된 값을 제공하거나 또는 사용 환경에 따라 최초 설치시 측정한 값을 기준 신호 값으로서 활용하는 것이 가능하다.

처리부(30)는, 변환자 조립체(10)를 제어하여 초음파를 방사하고 이에 대한 응답(echo) 신호를 수신하여 상기 응답 신호의 크기 또는 에너지량을 측정하며, 측정된 값을 상기 저장부(40)에 저장된 기준 신호 값과 비교함으로써 상기 초음파 변환자의 성능을 평가한다. 이를 위해 처리부(30)는 수신된 응답 신호를 레지스터나 메모리와 같은 임시 저장 공간에 저장한 후, 비교기를 통해 미리 저장되어 있던 기준 신호 값과 비교함으로써 열화 효과의 발생 정도를 평가할 수 있다.

또한, 처리부(30)는, 저장부(40)에 저장된 기준 신호 값과 이후 변환자 조립체(10)를 통해 측정된 값의 차이가 미리 설정된 임계 범위 이상인 경우 초음파 변환자의 성능이 저하되었음을 나타내는 경고 메시지를 생성할 수 있다. 이때, 임계 범위는, 상기 초음파 변환자의 열화 정도와 응답 신호의 크기 감소 정도가 비례하는 성질을 이용해 설정되는 것이 바람직하다.

디스플레이 수단(50)는 본 실시예에 따른 초음파 시스템이 사용자와 상호작용할 수 있는 수단으로서, 처리부(30)가 현재의 초음파 변환자의 열화 정도가 미리 설정된 임계 범위를 넘어선다고 판단한 경우 변환자 조립체(10)의 교체를 알리는 경고 메시지를 표시할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 시스템이 채택하고 있는 변환자 조립체(10)를 예시한 도면으로서, 변환자 조립체를 지지하는 몸체(11), 상기 몸체(11)에 수용되어 초음파를 발생시키는 초음파 변환자(13), 몸체(11)에 충진되어 초음파를 전달하는 음향 매질(15) 및 상기 초음파 변환자(13)와 일정 거리만큼 이격되어 초음파가 방사되는 방향으로 상기 몸체(11)의 일단에 형성된 음향 임피던스의 경계 영역(음향 매질이 물인 경우 투과성 필름이 될 수 있으며, 이하에서 경계 영역으로서 필름을 언급한 경우 음향 매질이 물인 경우를 가정하였다.)(17)을 포함한다. 이러한 변환자 조립체(10)는, 구현 방식에 따라 상기된 구성 전부가 교환 가능한 카트리지(cartridge) 형태로 제작되어 초음파 시술을 위한 핸드피스(handpiece)(19) 내에 삽입된 채 상기 처리부에 의해 제어될 수도 있다. 이 경우, 앞서 설명한 바와 같이, 열화 정도가 적정 임계 범위를 넘어서는 경우의 경고는 카트리지의 교체를 요구하는 메시지로 표현될 수 있을 것이다.

치료용 초음파 변환자는 도 2에 예시된 바와 같이 카트리지 타입을 사용할 수 있으며, 초음파 에너지를 투과시키는 경계 영역 또는 필름(17)이 존재한다. 초음파의 특성상 에너지를 전파시키기 위한 매질이 요구되기 때문에, 물과 같은 음향 매질이 필요하며 음향 매질을 보존하기 위해서는 카트리지 표면이 필름(17)과 같은 방수 재질로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 초음파는 서로 다른 음향 임피던스를 갖는 매질을 통과할 때 반사가 발생한다는 특징을 갖는다. 따라서 치료할 부분, 즉 다른 음향 매질(변환자 조립체 내부의 음향 매질(15)과는 다른 외부의 음향 매질을 의미한다.)을 카트리지 표면에 접촉하지 않고, 변환자 조립체(10)를 공기 중에 방치한 채 초음파를 발생시키면, 채워진 음향 매질의 끝단, 즉 필름(17)에서 거의 전반사가 일어나게 된다. 공기의 경우에는 물과 같은 음향 매질과 다르게 매우 낮은 음향 임피던스를 갖기 때문에, 물에서 공기 중으로 초음파가 투과하는 것이 힘들기 때문이다. 따라서, 변환자 조립체(10)의 초음파 변환자(11)에서 방사된 초음파 신호는, 도 2에 도시된 바와 같이 필름(17)을 투과하여 외부의 촛점에 맺힐 수도 있고, 이상에서 소개한 바와 같이 변환자 조립체(10)의 내부에서 반사 내지 전반사될 수도 있다.

도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 시스템에서 초음파 변환자의 성능을 평가할 수 있는 기술적 원리를 설명하기 위한 도면으로서, 그래프에 표시된 신호는 각각 다음을 의미한다.

- Reference Signal : 메모리에 저장된 기준 신호 또는 초기 생산 시점의 신품 변환자의 신호 크기를 나타낸다.

- Normal Suppressed Signal : 변환자의 열화 효과로 응답 신호의 크기가 줄어든 신호 크기를 나타낸다.

- Abnormal Signal : 피부 또는 어떠한 다른 매질이 변환자 조립체 내지 카트리지의 전면에 접촉된 경우의 신호를 나타낸다. 정상 신호에 비하여 신호의 지속 시간이 길어지고, 경향성이 없는 신호 분포 형태를 보인다. 이러한 신호가 나타난 경우, 재측정을 요구하도록 하는 경고 메시지를 디스플레이 수단을 통해 시술자에게 표시하는 것이 바람직하다.

앞서 설명한 바와 같이, 초음파 변환자에 열화 효과가 발생하면 압전 소자의 전반적인 송신이나 수신 특성이 떨어지기 때문에, 정상 상태의 초음파 변환자보다 작은 반사 신호가 측정되게 된다. 따라서 초기 정상 상태의 변환자의 반사 신호 크기를 측정하고, 시술자가 장비를 이용하기 전, 예를 들어 시술 장비 부팅 시, 치료용 초음파 변환자의 교환 또는 시술 직전, 초음파 반사 신호를 자동 또는 수동으로 획득하고 그 크기의 차이가 특정 이하로 떨어질 경우 치료용 초음파 변환자를 교체하도록 하면 안정적이고 적절한 교체 시기를 제시할 수 있으며, 불필요한 카트리지의 교체를 막을 수 있다. 또한 적시에 변환자를 교체함으로써, 성능 저하로 야기되는 치료 효율의 감소 문제를 최소화할 수 있다는 장점이 있다.

도 2를 통해 제시된 바와 같이, 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 변환자 조립체는 초음파 변환자로부터 발생된 초음파가 전파되기 위한 음향 매질을 그 내부에 갖기 때문에 초음파 변환자의 표면에 다른 음향 매질을 접촉하지 않아도 적어도 필름까지 초음파가 전달될 수 있다. 그러나, 초음파의 특성상 변환자 조립체 내에 채워진 음향 매질과 음향 임피던스의 차이가 큰 변환자 조립체의 외부(공기)로는 에너지가 전달될 수 없기 때문에, 거의 전반사가 되어 변환자로 다시 돌아오게 된다. 따라서 돌아오는 신호의 크기 또는 에너지 양을 측정하여 열화 효과로 인한 변환자의 성능 저하를 평가하는 것이 가능하다. 이 기술은 열화 효과가 발생하면, 압전 소자의 송수신 특성이 모두 저하되는 현상을 이용하는 것으로, 도 3에 예시된 그래프와 같이 에너지의 크기가 줄어드는 것을 확인하여 카트리지의 교체 시기를 결정하는 것이 가능하고, 불필요한 교체를 막아 카트리지 교체로 인한 비용 절감에 효과적이다.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 변환자의 성능 평가 방법의 다양한 구현예를 도시한 도면으로서, 공통적으로 초음파 변환자(13), 음향 매질(15)을 포함하되, 상기 음향 매질(15)이 물인 경우 음향 임피던스의 경계 영역에 필름(17)을 선택적으로 더 포함하는 변환자 조립체(10)를 활용하여 구현됨을 전제로 한다.

첫째, 도 4a는 변환자 조립체(10) 내부의 전반사를 이용한 구현예로서, 상기 변환자 조립체(10)의 외부 표면에 아무런 객체도 접촉시키지 않은 경우, 상기 변환자 조립체의 음향 매질(15)과 상기 변환자 조립체(10) 외부 표면(예를 들어, 공기가 될 수 있다.) 간의 음향 임피던스의 차이로 인해 상기 초음파 변환자(13)로부터 방사되는 초음파가 상기 변환자 조립체(10) 내부에서 전반사되고, 상기 초음파 변환자(13)는 전반사된 응답 신호를 수신하여 크기 또는 에너지량을 측정하는 것이 가능하다.

둘째, 도 4b는 피부(skin) 또는 열화를 측정하기 위한 팬텀의 특정 위치에서 반사되어 오는 신호를 이용하여 초음파 변환자의 열화 정도를 판별하는 구현예로서, 치료용 변환자를 환자의 시술 부위에 접촉을 시킨 상태에서 시술 전 펄스(pulse)-에코(echo) 신호를 획득하여 초기 생체 조직 상에서 획득한 펄스-에코 신호와 비교함으로써 열화 정도를 평가하는 것이 가능하다. 이를 위해 변환자 조립체(10)와 피부(420)는 별도의 음향 매질(예를 들어, coupling gel이 활용될 수 있다.)(410)을 통해 접촉시킬 필요가 있다.

보다 구체적으로, 상기 변환자 조립체(10)의 외부 표면에 측정 대상을 접촉시킨 경우, 상기 초음파 변환자(10)로부터 방사되는 초음파가 변환자 조립체 내의 음향 매질(15)과 외부의 별도 음향 매질(410)을 순차적으로 통과하여 상기 측정 대상에서 반사되고, 상기 초음파 변환자(13)는 반사된 응답 신호를 수신하여 그 크기 또는 에너지량을 측정할 수 있다.

셋째, 도 4c는 음향 매질과 공기의 간섭(interface)에서의 전반사를 이용하지 않고, 금속(steel)과 같은 강반사체를 이용하는 구현예로서, 상기 변환자 조립체(10)의 외부 표면에 강반사체(430)를 접촉시킨 경우, 상기 초음파 변환자(13)로부터 방사되는 초음파가 상기 음향 매질(15)을 통과하여 상기 강반사체(430)에서 반사되고, 상기 초음파 변환자(13)는 반사된 응답 신호를 수신하여 크기 또는 에너지량을 측정할 수 있다.

넷째, 도 4d는 음향 매질과 공기의 간섭에서의 전반사를 이용하지 않고, 카트리지의 구조적 형태를 활용하여 가장자리로 초음파 변환자(13)를 이동시켜 반사 구조물(19), 예를 들어 플라스틱 소재의 하우징 케이스(Plastic Housing Case) 등을 반사체로 활용하는 것도 가능하며, 이러한 반사 영역(440)이 도 4d에 표시되어 있다. 이러한 과정을 통해, 초음파가 통과할 수 있는 카트리지 내의 필름이 아니라 카트리지 끝단으로 변환자를 이동시킨 후 펄스-에코를 측정하여 동일한 환경에서 측정한 펠스-에코 신호와 비교함으로써 열화 정도를 평가할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 초음파 변환자(13)가 상기 변환자 조립체(10) 내의 반사 구조물(19, 예를 들어 440 영역)을 대향하도록 위치를 조정한 경우, 상기 초음파 변환자(13)로부터 방사되는 초음파가 상기 음향 매질(15)을 통과하여 상기 반사 구조물(19, 예를 들어 440 영역)에서 반사되고, 상기 초음파 변환자(13)는 반사된 응답 신호를 수신하여 크기 또는 에너지량을 측정할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 시스템이 채택하고 있는 변환자 조립체에서 초음파 변환자와 필름 간의 거리를 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도면에서 사용된 이론적 원리와 그 약어는 다음과 같다.

즉, 도 5의 (A)에서 d는 초음파 변환자(13)와 필름(17)까지의 이격 거리를 나타낸다.

이제, 도 5의 (B)와 (C)는 초음파 송수신 과정에서 나타나는 간섭의 문제를 해결하기 위해 이격 거리 d를 어떻게 결정할지에 관한 이론적 근거를 제시한다.

먼저,

의 경우, 도 5의 (B)와 같이 초음파의 송신이 끝나고 나서, 반사된 초음파 신호의 수신이 이루어지기 때문에 간섭이 발생하지 않는다. 이에 반해,

의 경우, 도 5의 (C)와 같이 초음파를 계속 송신하는 도중에, 반사된 초음파 신호의 수신이 이루어지기 때문에 간섭(510)이 발생하게 된다.

요약하건대, 상기 초음파 변환자(13)와 상기 필름(17) 간의 이격 거리는, 상기 초음파 변환자(13)로부터 방사되는 초음파 신호의 사이클(cycle) 수에 비례하고, 초음파 신호의 주파수에 반비례한다. 따라서, 간섭없이 초음파 신호의 송수신을 위해서는 다음과 같은 수학식 4가 유도 가능하다.

수학식 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 시스템의 처리부는, 상기 초음파 변환자(13)와 상기 필름(17) 간의 이격 거리에 초음파 신호의 주파수를 승산하고 초음파 신호의 속도로 제산한 값의 절반 이하가 되도록 상기 초음파 변환자(13)로부터 방사되는 초음파 신호의 사이클(cycle) 수를 설정함으로써, 상기 초음파 변환자(13)를 통해 방사되는 신호와 수신되는 신호 간의 간섭을 방지할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 변환자와 음향 매질을 구비하여 초음파를 송수신하는 초음파 변환자 조립체의 성능을 평가하는 방법을 도시한 흐름도로서, 앞서 도 1을 통해 설명한 구성들의 기능을 시계열적으로 기술한 것으로서, 여기서는 설명의 중복을 피하고자 그 개요만을 약술하도록 한다.

S610 단계에서는, 메모리(memory)를 이용하여 상기 초음파 변환자의 성능을 나타내는 기준 신호 값을 저장한다.

S620 단계에서는, 상기 변환자 조립체를 제어하여 초음파를 방사하고 이에 대한 응답(echo) 신호를 수신하여 상기 응답 신호의 크기 또는 에너지량을 측정한다. 이러한 응답 신호는, 상기 초음파 변환자를 통해 방사된 초음파가 상기 변환자 조립체의 물리적인 특성에 따라 반사 내지 전반사됨으로써 발생한다. 응답 신호의 크기 또는 에너지량을 측정하는 본 과정은 앞서 도 4a 내지 도 4d를 통해 설명한 다양한 방식에 따라 반사 신호 내지 전반사 신호를 획득함으로써 구현 가능하다.

S630 단계에서는, S620 단계를 통해 측정된 값을 적어도 하나의 처리기(processor)를 이용하여 상기 메모리에 저장된 기준 신호 값과 비교함으로써 상기 초음파 변환자의 성능을 평가한다.

도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 변환자의 성능 평가 방법을 활용하여 초음파 시스템에 활용하는 방법을 예시한 흐름도이다.

먼저 시술 장비가 켜지면, S710 단계를 통해 시스템에 연결된 치료용 변환자가 사용한 카트리지인지 확인한다. 만약, 카트리지가 사용되지 않은 경우에는 S720 단계로 진행하여 전술한 펄스-에코 테스트(초음파의 방사 및 응답 신호를 수신하는 과정)를 진행하게 된다. 그 후, 에너지량 또는 들어온 파형의 크기를 메모리에 저장하고, S750 단계를 통해 치료를 진행하게 된다. 이러한 S720 과정을 통해 저장된 기준 신호는 추후 변환자가 삽입된지 일정 시간이 경과된 후에, 열화 효과를 평가하는 기준점으로 사용된다. 만약, 삽입된 카트리지가 새로운 카트리지가 아니라면, S730 단계로 진행하여 펄스-에코 테스트를 진행하고, 이전에 동일한 과정(S720 과정)에 의해 저장된 기준 신호의 에너지와 그 크기를 비교하게 된다. 이때 기존의 에너지 대비 측정한 에너지가 특정 값(임계 범위의 설정이 가능하다.) 이하로 떨어지면 경고 메시지와 함께 카트리지 교환을 요청하게 된다. 이러한 임계 범위는, 초음파 변환자의 열화 정도와 응답 신호의 크기 감소 정도가 비례하는 성질을 이용해 설정될 수 있다. 예를 들어, S740 단계에 예시된 바와 같이 수신된 진폭이 기준 신호 진폭과 문턱값의 곱보다 크지 않다면, S760 단계로 진행하여 카트리지를 교체하라는 경고 메시지를 표시할 수 있다. 이와 반대의 경우에는 변환자의 치료 효과가 유효하다고 판단하여 S750 단계를 통해 치료를 진행하게 된다.

한편, 초음파의 진행속도 물에서 1480m/s이기 때문에, 응답 신호가 수신되는 데 수 마이크로초로 매우 짧은 시간이 소요된다. 따라서 장비를 부팅할 때마다 또는 환자가 바뀔 때마다 진행하는데 무리가 없고, 간단히 열화 정도를 평가할 수 있다는 장점이 있다. 이 과정은 시술 장비가 자동으로 진행하거나, 시술자가 수동으로 시행할 수도 있을 것이다.

상기된 본 발명의 실시예들은, 초음파가 다른 음향 임피던스를 갖는 매질을 통과할 때 반사 신호가 발생한다는 점에 착안하여, 기존의 초음파 변환자에 신호를 인가하고, 음향 매질과 공기의 경계(예를 들어, 음향 매질은 물이 될 수 있으며, 이 경우 경계는 필름이 될 수 있다.)에서 들어오는 신호를 획득하고 에너지를 정량적으로 분석하는 방법을 활용한다. 정기적으로 반사되어 들어오는 신호는 이전에 동일한 과정을 통하여 시스템 내부에 저장된 에너지의 크기와 비교하여, 카트리지의 이상 유무를 판단하게 된다.

종래의 음향측정 기술인 하이드로폰을 이용한 측정 방법은 큰 크기의 시스템과 복잡한 측정 방법을 요구할 뿐만 아니라, 고가의 장비로, 현실적으로 시술자가 이용하는 것에 큰 제약이 있다. 하지만 간단하게 음향 출력의 저하를 평가할 수 있는 방법이 존재하지 않아 적절한 치료용 초음파 변환자의 교체 시기를 선정하는데 어려움이 있었다. 이는 열화 효과가 발생한 초음파 변환자로 시술하여 치료 효과의 저하를 야기시키고, 정상적인 카트리지의 교체로 인한 불필요한 비용 지출을 일으키는 요인이 되었다.

이상에서 제안된 본 발명의 실시예들은 치료용 초음파 변환자가 가진 구조와 초음파가 지닌 기본 특성을 활용한 방법으로서, 짧은 시간 내에 변환자의 열화 효과를 판단하는 것이 가능하고, 시술자가 별도의 장비를 구입하거나, 특정 환경에서 실험을 진행하지 않아도 되기 때문에 시간과 비용을 절감시키는데 도움이 될 수 있을 뿐만 아니라, 적절한 치료용 변환자의 교체 시기를 선정할 수 있기 때문에 초음파 시술 장비의 치료 효과를 일정하게 유지하고 불필요한 변환자의 교체를 막아 장비 유지비용을 절감하는 것이 가능하다.

한편, 본 발명의 실시예들은, 물과 공기 사이의 음향 임피던스 차이를 이용한 측정방법 이외에 다음과 같은 환경에서도 측정이 가능하다.

첫째, 변환자 성능 보정을 위해 높은 반사 특성을 가지고 있는 팬텀을 치료용 변환자 카트리지(물로 채워져 있는 케이스)에 접촉시켜 사용할 수도 있다.

둘째, 치료용 변환자를 환자의 시술 부위 또는 열화 보정을 위한 팬텀에 접촉을 시킨 상태에서 시술 전 펄스-에코 신호를 획득하여 초기 생체조직에서 획득한 펄스-에코 신호와 비교할 수도 있다.

셋째, 초음파가 통과할 수 있는 카트리지 내의 필름이 아니라 카트리지 끝단으로 변환자를 이동시킨 후 펄스-에코를 측정하여 동일한 환경에서 측정한 펄스-에코 신호와 비교할 수도 있다.

한편, 본 발명의 실시예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.

이상에서 본 발명에 대하여 그 다양한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 변환자 조립체
20 : 초음파 송수신 수단
30 : 처리부
40 : 저장부
50 : 디스플레이 수단
11 : 몸체 13 : 초음파 변환자
15 : 음향 매질 17 : 경계 영역 또는 필름
19 : 핸드피스/하우징 케이스

Claims (22)

1. 교체 가능한 초음파 변환자와 음향 매질을 내측에 구비하여 상기 음향 매질을 통해 초음파를 송수신하며, 초음파가 방사되는 방향을 따라 외측으로 초음파 에너지를 투과시키되 내측과 외측의 매질이 서로 상이한 음향 임피던스를 갖도록 일단에 음향 임피던스의 경계 영역이 형성되는 치료용 변환자 조립체;
   상기 초음파 변환자의 성능을 나타내는 기준 신호 값을 저장하는 저장부; 및
   상기 변환자 조립체를 제어하여 내측에 구비된 상기 초음파 변환자로부터 초음파를 방사하고, 방사된 초음파가 상기 변환자 조립체의 경계 영역에 접촉하는 물질의 물리적인 특성에 따라 상기 음향 임피던스의 경계 영역을 통해 상기 변환자 조립체 내부에서 반사 내지 전반사되고, 상기 변환자 조립체 내측에 구비된 상기 초음파 변환자를 통해 이에 대한 응답(echo) 신호를 수신하여 상기 응답 신호의 크기 또는 에너지량을 상기 변환자 조립체 내에서 측정하며, 측정된 값을 상기 저장부에 저장된 기준 신호 값과 비교함으로써 상기 초음파 변환자의 성능을 평가하는 처리부;를 포함하고,
   상기 초음파 변환자를 상기 변환자 조립체 내측에서 이동시켜 상기 초음파 변환자가 상기 변환자 조립체 내의 반사 구조물을 대향하도록 위치를 조정함으로써, 상기 초음파 변환자로부터 방사되는 초음파가 상기 음향 매질을 통과하여 상기 반사 구조물에서 반사되고, 상기 초음파 변환자는 반사된 응답 신호를 수신하여 크기 또는 에너지량을 측정하는 것을 특징으로 하는 초음파 변환자의 성능 평가 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 변환자 조립체가 상기 음향 임피던스의 경계 영역의 외부에 공기, 강반사체 및 반사 구조물 중 어느 하나를 접촉함으로써, 상기 초음파 변환자를 통해 방사된 초음파가 상기 변환자 조립체의 표면에서 반사 내지 전반사되는 것을 특징으로 하는 초음파 변환자의 성능 평가 장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 처리부는,
   상기 기준 신호 값과 상기 측정된 값의 차이가 미리 설정된 임계 범위 이상인 경우 상기 초음파 변환자의 성능이 저하되었음을 나타내는 경고를 생성하는 것을 특징으로 하는 초음파 변환자의 성능 평가 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 임계 범위는,
   상기 초음파 변환자의 열화 정도와 응답 신호의 크기 감소 정도가 비례하는 성질을 이용해 설정되는 것을 특징으로 하는 초음파 변환자의 성능 평가 장치.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 변환자 조립체는 교환 가능한 카트리지(cartridge)로 형성되어 초음파 시술을 위한 핸드피스(handpiece)에 삽입된 채 상기 처리부에 의해 제어되며,
   상기 경고는 상기 카트리지의 교체를 요구하는 메시지인 것을 특징으로 하는 초음파 변환자의 성능 평가 장치.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 변환자 조립체는,
    변환자 조립체를 지지하는 몸체;
    상기 몸체에 수용되어 초음파를 발생시키는 초음파 변환자;
    상기 초음파 변환자와 소정 거리만큼 이격되어 초음파가 방사되는 방향으로 상기 몸체의 일단에 형성된 음향 임피던스의 경계 영역; 및
    상기 몸체에 충진되어 초음파를 전달하는 음향 매질;을 포함하는 초음파 변환자의 성능 평가 장치.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 초음파 변환자와 상기 경계 영역 간의 이격 거리는, 상기 초음파 변환자로부터 방사되는 초음파 신호의 사이클(cycle) 수에 비례하고, 초음파 신호의 주파수에 반비례하는 것을 특징으로 하는 초음파 변환자의 성능 평가 장치.
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 초음파 변환자와 상기 경계 영역 간의 이격 거리에 초음파 신호의 주파수를 승산하고 초음파 신호의 속도로 제산한 값의 절반 이하가 되도록 상기 초음파 변환자로부터 방사되는 초음파 신호의 사이클(cycle) 수를 설정함으로써, 상기 초음파 변환자를 통해 방사되는 신호와 수신되는 신호 간의 간섭을 방지하는 것을 특징으로 하는 초음파 변환자의 성능 평가 장치.
13. 교체 가능한 초음파 변환자와 음향 매질을 구비하여 초음파를 송수신하는 치료용 변환자 조립체의 성능을 평가하는 방법에 있어서,
    메모리(memory)를 이용하여 상기 초음파 변환자의 성능을 나타내는 기준 신호 값을 저장하는 단계;
    상기 변환자 조립체의 내측에 구비된 초음파 변환자를 제어하여 음향 매질을 통해 초음파가 방사되는 방향을 따라 상기 변환자 조립체의 외측으로 초음파 에너지를 투과시키되 내측과 외측의 매질이 서로 상이한 음향 임피던스를 갖도록 상기 변환자 조립체의 일단에 형성된 음향 임피던스의 경계 영역을 가로질러 초음파를 방사하고, 방사된 초음파가 상기 변환자 조립체의 경계 영역에 접촉하는 물질의 물리적인 특성에 따라 상기 음향 임피던스의 경계 영역을 통해 상기 변환자 조립체 내부에서 반사 내지 전반사되며, 상기 변환자 조립체 내측에 구비된 상기 초음파 변환자를 통해 이에 대한 응답(echo) 신호를 수신하여 상기 응답 신호의 크기 또는 에너지량을 상기 변환자 조립체 내에서 측정하는 단계; 및
    측정된 값을 적어도 하나의 처리기(processor)를 이용하여 상기 메모리에 저장된 기준 신호 값과 비교함으로써 상기 초음파 변환자의 성능을 평가하는 단계;를 포함하고,
    상기 응답 신호의 크기 또는 에너지량을 측정하는 단계는,
    구동 수단을 이용하여 상기 초음파 변환자를 상기 변환자 조립체 내측에서 이동시켜 상기 초음파 변환자가 상기 변환자 조립체 내의 반사 구조물을 대향하도록 위치를 조정하는 단계;
    상기 변환자 조립체를 제어하여 초음파를 방사하는 단계;
    상기 초음파 변환자로부터 방사되는 초음파가 상기 음향 매질을 통과하여 상기 반사 구조물에서 반사되며, 상기 초음파 변환자를 이용하여 반사된 응답 신호를 수신하는 단계; 및
    수신된 응답 신호의 크기 또는 에너지량을 측정하는 단계;를 포함하는 초음파 변환자의 성능 평가 방법.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 변환자 조립체가 상기 음향 임피던스의 경계 영역의 외부에 공기, 강반사체 및 반사 구조물 중 어느 하나를 접촉함으로써, 상기 초음파 변환자를 통해 방사된 초음파가 상기 변환자 조립체의 표면에서 반사 내지 전반사되는 것을 특징으로 하는 초음파 변환자의 성능 평가 방법.
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 제 13 항에 있어서,
    상기 기준 신호 값과 상기 측정된 값의 차이가 미리 설정된 임계 범위 이상인 경우 상기 초음파 변환자의 성능이 저하되었음을 나타내는 경고를 생성하는 단계;를 더 포함하는 초음파 변환자의 성능 평가 방법.
20. 제 19 항에 있어서,
    상기 임계 범위는,
    상기 초음파 변환자의 열화 정도와 응답 신호의 크기 감소 정도가 비례하는 성질을 이용해 설정되는 것을 특징으로 하는 초음파 변환자의 성능 평가 방법.
21. 제 19 항에 있어서,
    상기 변환자 조립체는, 변환자 조립체를 지지하는 몸체, 상기 몸체에 수용되어 초음파를 발생시키는 초음파 변환자, 상기 초음파 변환자와 소정 거리만큼 이격되어 초음파가 방사되는 방향으로 상기 몸체의 일단에 형성된 경계 영역 및 상기 몸체에 충진되어 초음파를 전달하는 음향 매질을 포함하고,
    상기 초음파 변환자로부터 방사되는 초음파 신호의 사이클(cycle) 수는, 상기 초음파 변환자와 상기 경계 영역 간의 이격 거리에 초음파 신호의 주파수를 승산하고 초음파 신호의 속도로 제산한 값의 절반 이하가 되도록 설정됨으로써, 상기 초음파 변환자를 통해 방사되는 신호와 수신되는 신호 간의 간섭을 방지하는 것을 특징으로 하는 초음파 변환자의 성능 평가 방법.
22. 제 13 항 내지 제 14 항, 제 19 항 내지 제 21 항 중에 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.

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