KR102312209B1 - Intraocular pressure measurement apparatus using acoustic radiation force - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초음파 음향 방사력을 이용한 안압 측정 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 초음파 음향 방사력을 이용한 안압 측정 장치에 있어서, 어레이 형태로 배열된 복수의 압전 소자를 포함하고 상기 복수의 압전 소자에 의해 발생한 초음파 신호를 안구에 송신 후 반사 신호를 수신하는 초음파 변환기와, 상기 복수의 압전 소자의 위상을 조절하기 위한 입력 신호를 상기 복수의 압전 소자 각각에게 인가하는 신호 발생기, 및 초음파 변환기에 수신된 초음파 수신 신호를 분석하여 안구 표면의 탄성을 계측하는 신호 처리기를 포함하는 안압 측정 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 초음파를 에너지원으로 이용함으로써 실시간으로 정확한 안압 측정을 위한 탄성 정보를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 안구 영상도 얻을 수 있다.
The present invention relates to a device for measuring intraocular pressure using ultrasonic acoustic radiation force. According to the present invention, in the apparatus for measuring intraocular pressure using ultrasonic acoustic radiation force, an ultrasonic wave comprising a plurality of piezoelectric elements arranged in an array form and transmitting an ultrasonic signal generated by the plurality of piezoelectric elements to the eyeball and then receiving a reflected signal A transducer, a signal generator for applying an input signal for adjusting the phase of the plurality of piezoelectric elements to each of the plurality of piezoelectric elements, and a signal processor for measuring the elasticity of the eyeball surface by analyzing the received ultrasonic signal received by the ultrasonic transducer It provides an intraocular pressure measurement device comprising a.
According to the present invention, by using ultrasound as an energy source, not only elastic information for accurate intraocular pressure measurement in real time can be obtained, but also an eyeball image can be obtained.

Description

초음파 음향 방사력을 이용한 안압 측정 장치{Intraocular pressure measurement apparatus using acoustic radiation force}Intraocular pressure measurement apparatus using acoustic radiation force

본 발명은 초음파 음향 방사력을 이용한 안압 측정 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 녹내장 치료 시점을 정확하게 예측하도록 초음파 음향 방사력(acoustic radiation force)을 이용한 안구의 탄성 계측을 통하여 안압을 측정할 수 있는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for measuring intraocular pressure using ultrasonic acoustic radiation force, and more particularly, to measure the intraocular pressure by measuring the elasticity of the eyeball using ultrasonic acoustic radiation force to accurately predict the time of glaucoma treatment. It's about the device.

안압 측정은 안질환 환자에게 시행되는 가장 기본적인 검사 중 하나로서, 최근 안압이 비정상적으로 높아서 시신경이 손상되는 녹내장 환자가 급속히 증가함에 따라 안압을 효율적으로 측정할 수 있는 안압계의 수요가 크게 증가하고 있다. Measurement of intraocular pressure is one of the most basic tests performed for patients with eye diseases. Recently, as the number of patients with glaucoma, in which the optic nerve is damaged due to abnormally high intraocular pressure, is rapidly increasing, the demand for a tonometer that can efficiently measure intraocular pressure is greatly increasing.

정확한 안압 측정은 녹내장 위험성 스크리닝 및 녹내장이 진행 중인 환자들의 효율적인 진단 및 치료, 그리고 치료 후 경과를 관찰하는 과정에 있어서도 매우 중요한 역할을 하고 있다.Accurate measurement of intraocular pressure plays a very important role in glaucoma risk screening, efficient diagnosis and treatment of patients undergoing glaucoma, and monitoring the progress after treatment.

현재 사용되고 있는 안압 측정 방식은 크게 접촉식과 비접촉식으로 나뉜다.The methods for measuring intraocular pressure currently used are largely divided into contact and non-contact methods.

접촉식은 함입과 압평 안압계로 분류할 수 있는데, 함입 안압계는 일정 중량을 각막 상에 올려 놓았을 때, 각막의 패임을 측정하여 안압을 측정하는 장치이며, 압평 안압계는 각막 중앙부를 압박하여 일정한 면적까지 편평하게 하는데 필요한 힘을 측정하여 안압을 재는 방법이다. 그러나 이 경우 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라, 점안 마취제를 사용한 각막의 마취가 필요하고, 형광 염색 시약을 점안하고 현미경으로 관찰해야 하는 벤치타입으로써 안과 검사실에서만 진단이 가능하기 때문에 이동이 불편한 환자의 경우 측정이 용이하지 않은 한계점이 있다. The contact type can be classified into intrusion and applanation tonometer. The intrusion tonometer is a device that measures the dent of the cornea when a certain weight is placed on the cornea and measures the intraocular pressure. It is a method of measuring intraocular pressure by measuring the force required to flatten it. However, in this case, it takes a lot of time, requires anesthesia of the cornea using an eye drop anesthetic, and it is a bench type that needs to be instilled with a fluorescent dye and observed under a microscope. There is a limitation that this is not easy.

이러한 한계를 극복하기 위한 또 다른 접촉식 안압계로 유발과 충돌의 원리를 기반으로 안압을 측정하는 장비가 있다. 이 장비는 측정 시간이 빠르고 휴대성이 용이하다는 장점이 있으나, 탐침이 각막과 충돌해야 하기 때문에 환자가 긴장하게 되고 충돌 시 통증이 수반되는 문제를 가진다.Another contact-type tonometer to overcome this limitation is a device that measures intraocular pressure based on the principle of trigger and collision. This equipment has the advantage of fast measurement time and easy portability, but since the probe has to collide with the cornea, it causes tension in the patient and pain during the collision.

이러한 접촉식 방법과는 달리 비접촉 안압계는 압축 공기를 방출해서 각막의 표면 반사가 변화되는 것을 이용해서 안압을 측정하는데, 이러한 방법은 비접촉식이라서 환자에게 매우 편리하지만 여전히 압축공기를 뿜어내서 환자의 안구에 조사되기에 환자가 긴장하게 되고 불쾌감을 느끼기 쉬우며, 무엇보다 정확도가 접촉식에 비해 떨어지는 문제점이 있다.Unlike these contact methods, non-contact tonometers measure intraocular pressure by releasing compressed air and changing the surface reflection of the cornea. Because it is irradiated, the patient is easily nervous and uncomfortable, and above all, there is a problem in that the accuracy is lower than that of the contact type.

상기 언급한 바와 같이, 기존의 안압 측정 기기는 눈을 감지 않은 상태에서 물리적으로 안구와 탐침이 접촉하거나 빛과 압축 공기를 이용해서 비접촉식으로 안압을 측정하기 때문에 환자에게 통증 및 긴장감 유발과 같은 큰 불편함을 초래하거나 정확도가 낮은 경우가 많아 새로운 에너지원을 이용한 안압 측정 기술의 개발이 요구되고 있다.As mentioned above, the existing intraocular pressure measuring device measures the intraocular pressure in a non-contact manner using light and compressed air or by physically contacting the eye with a probe without closing the eyes, causing great inconvenience such as pain and tension to the patient. The development of intraocular pressure measurement technology using a new energy source is required because there are many cases where it results in a high blood pressure or the accuracy is low.

더욱이, 최근 녹내장으로 고통 받는 환자들이 증가하는 추세이며, 빠르고 편리하면서도 정확도가 높은 안압 측정 기기의 필요성이 증대되고 있다. 또한 병원에서 사용하는 것에 국한된 것이 아니라, 가정에서도 쉽고 편리하게 사용할 수 있는 의료기기에 대한 니즈 (needs)가 형성되고 있다. 따라서, 안압 측정시 정확도를 증가시키는 동시에 환자의 불편함을 최소화할 수 있는 새로운 안압 측정 기술이 요구되는 실정이다.Moreover, the number of patients suffering from glaucoma is increasing recently, and the need for a fast, convenient and highly accurate intraocular pressure measurement device is increasing. In addition, there is a growing need for medical devices that are not limited to use in hospitals, but can be easily and conveniently used at home. Accordingly, there is a need for a new intraocular pressure measurement technology capable of increasing accuracy in measuring intraocular pressure while minimizing patient discomfort.

본 발명의 배경이 되는 기술은 한국공개특허 제2019-0074637호(2019.06.28)에 개시되어 있다.The technology that is the background of the present invention is disclosed in Korean Patent Application Laid-Open No. 2019-0074637 (2019.06.28).

본 발명은 초음파 음향 방사력을 이용하여 얻은 안구의 탄성 정보를 통하여 안압을 정확하게 측정할 수 있는 초음파 음향 방사력을 이용한 안압 측정 장치를 제공하는데 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a device for measuring intraocular pressure using ultrasonic acoustic radiation force, which can accurately measure intraocular pressure through eye elastic information obtained using ultrasonic acoustic radiation force.

본 발명은, 초음파 음향 방사력을 이용한 안압 측정 장치에 있어서, 어레이 형태로 배열된 복수의 압전 소자를 포함하고 상기 복수의 압전 소자에 의해 발생한 초음파 신호를 안구에 송신 후 반사 신호를 수신하는 초음파 변환기와, 상기 복수의 압전 소자의 위상을 조절하기 위한 입력 신호를 상기 복수의 압전 소자 각각에게 인가하는 신호 발생기, 및 초음파 변환기에 수신된 초음파 수신 신호를 분석하여 안구 표면의 탄성을 계측하는 신호 처리기를 포함하는 안압 측정 장치를 제공한다.The present invention relates to an intraocular pressure measuring apparatus using ultrasonic acoustic radiation force, an ultrasonic transducer including a plurality of piezoelectric elements arranged in an array form and transmitting an ultrasonic signal generated by the plurality of piezoelectric elements to the eyeball and then receiving a reflected signal and a signal generator for applying an input signal for adjusting the phase of the plurality of piezoelectric elements to each of the plurality of piezoelectric elements, and a signal processor for measuring the elasticity of the eyeball surface by analyzing the ultrasonic reception signal received by the ultrasonic transducer. It provides an intraocular pressure measurement device comprising.

또한, 상기 복수의 압전 소자는, 상기 신호 발생기로부터 동일 위상의 입력 신호를 각각 인가받고, 상기 초음파 변환기는, 동일 위상의 입력 신호에 대응하여 상기 복수의 압전 소자로부터 단일 집속점(single-focal point)의 초음파를 생성할 수 있다.In addition, the plurality of piezoelectric elements receives input signals of the same phase from the signal generator, respectively, and the ultrasonic transducer receives a single-focal point from the plurality of piezoelectric elements in response to input signals of the same phase. ) can generate ultrasound.

또한, 상기 복수의 압전 소자는, 상기 신호 발생기로부터 서로 다른 제1 및 제2 위상 중 어느 한 위상의 입력 신호를 인가받고, 상기 초음파 변환기는, 상기 제1 및 제2 위상이 혼합된 혼합 위상의 입력 신호에 대응하여 상기 복수의 압전 소자로부터 다중 집속점(multi-focal point)의 초음파를 생성할 수 있다.In addition, the plurality of piezoelectric elements receives an input signal of any one of the first and second phases different from each other from the signal generator, and the ultrasonic transducer is a mixed phase in which the first and second phases are mixed. Multi-focal point ultrasonic waves may be generated from the plurality of piezoelectric elements in response to an input signal.

또한, 상기 복수의 압전 소자는 배열 위치에 따라 제1 및 제2 그룹으로 구분되며, 상기 신호 발생기는, 제1 위상의 입력 신호를 상기 제1 그룹의 압전 소자에게 각각 인가하고, 상기 제1 위상에서 반전된 제2 위상의 입력 신호를 상기 제2 그룹의 압전 소자에게 각각 인가할 수 있다.In addition, the plurality of piezoelectric elements are divided into first and second groups according to an arrangement position, and the signal generator applies an input signal of a first phase to the piezoelectric elements of the first group, respectively, and the first phase Inverted second phase input signals may be respectively applied to the piezoelectric elements of the second group.

상기 복수의 압전 소자는, 상기 제1 그룹의 압전 소자와 상기 제2 그룹의 압전 소자가 서로 이웃하도록 번갈아 배열될 수 있다.The plurality of piezoelectric elements may be alternately arranged such that the piezoelectric elements of the first group and the piezoelectric elements of the second group are adjacent to each other.

또한, 상기 복수의 압전 소자 각각은, 서로 반대의 분극 방향을 가진 두 개의 압전 소자가 초음파 신호의 진행 방향에 따라 전후 접합된 구조이고, 상기 초음파 변환기는, 상기 복수의 압전 소자로부터 다중 주파수 성분을 가진 초음파를 생성할 수 있다.In addition, each of the plurality of piezoelectric elements has a structure in which two piezoelectric elements having opposite polarization directions are bonded back and forth according to the traveling direction of an ultrasonic signal, and the ultrasonic transducer is configured to generate multiple frequency components from the plurality of piezoelectric elements. It can generate ultrasonic waves with

또한, 상기 압전 소자는, 단일 소재에 의한 벌크(bulk) 타입 또는 복합 소재에 의한 복합체(composite) 형태로 구현될 수 있다.In addition, the piezoelectric element may be implemented as a bulk type using a single material or a composite type using a composite material.

또한, 상기 초음파 변환기는, 일면에 오목 렌즈를 구비할 수 있다.In addition, the ultrasonic transducer may have a concave lens on one surface.

또한, 상기 초음파 변환기는, 피검자가 눈을 감은 상태일 때 눈꺼풀 표면 상에 접촉 또는 비접촉한 상태로 초음파 신호를 송수신하고, 눈을 뜬 상태일 때 안구 전방에 비접촉한 상태로 초음파 신호를 송수신할 수 있다.In addition, the ultrasonic transducer transmits and receives an ultrasonic signal in a contact or non-contact state on the eyelid surface when the subject's eyes are closed, and transmits and receives an ultrasonic signal in a non-contact state in front of the eyeball when the eye is open. have.

또한, 상기 신호 처리기는, 상기 안구 표면의 탄성에 대응하는 안압의 크기 또는 안압의 정상 여부를 출력할 수 있다.Also, the signal processor may output a level of intraocular pressure corresponding to the elasticity of the eyeball surface or whether the intraocular pressure is normal.

또한, 상기 신호 처리기는, 상기 초음파 수신 신호로부터 상기 안구 표면의 이동량을 측정하고, 상기 안구 표면의 이동량에 대응하는 안구 표면의 탄성 계수를 계산할 수 있다.In addition, the signal processor may measure the movement amount of the eyeball surface from the ultrasonic reception signal, and calculate an elastic modulus of the eyeball surface corresponding to the movement amount of the eyeball surface.

또한, 상기 신호 발생기는, 매질의 이동량 측정을 위한 시작점이 되는 기준 신호(reference signal)를 인가하는 제1 구동 모드, 매질을 흔들어주기 위한 푸싱 신호(pushing signal)를 인가하는 제2 구동 모드, 그리고 푸싱 신호 인가 직후 상기 제1 구동 모드와 동일한 신호 타입을 가진 검출용 신호(detection signal)를 인가하는 제3 구동 모드를 순차적으로 구동시킬 수 있다.In addition, the signal generator includes a first driving mode for applying a reference signal serving as a starting point for measuring the amount of movement of the medium, a second driving mode for applying a pushing signal for shaking the medium, and A third driving mode for applying a detection signal having the same signal type as that of the first driving mode may be sequentially driven immediately after the pushing signal is applied.

또한, 상기 신호 처리기는, 상기 기준 신호 인가 시 획득된 제1 초음파 수신 신호 대비 상기 검출용 신호 인가 시에 획득한 제2 초음파 수신 신호를 비교하여, 상기 안구 표면의 이동량을 측정하고 상기 이동량에 대응하는 탄성을 계산할 수 있다.In addition, the signal processor compares the first ultrasonic received signal obtained when the reference signal is applied with the second ultrasonic received signal obtained when the detection signal is applied, and measures the movement amount of the eyeball surface and corresponds to the movement amount elasticity can be calculated.

또한, 상기 제1 및 제3 구동 모드는, 상기 복수의 압전 소자에게 동일 위상의 입력 신호를 인가하는 동일 위상 모드이고, 상기 제2 구동 모드는, 제1 위상의 입력 신호과 그의 반전 위상인 제2 위상의 입력 신호를 각각 제1 그룹의 압전 소자와 제2 그룹의 압전 소자에게 인가하는 혼합 위상 모드일 수 있다.In addition, the first and third driving modes are in-phase modes in which input signals of the same phase are applied to the plurality of piezoelectric elements, and the second driving mode is a second input signal having a first phase and an inverted phase thereof. It may be a mixed phase mode in which phase input signals are applied to the piezoelectric elements of the first group and the piezoelectric elements of the second group, respectively.

또한, 상기 제1 내지 제3 구동 모드는, 모두 상기 복수의 압전 소자에게 동일 위상의 입력 신호를 인가하는 동일 위상 모드일 수 있다.Also, all of the first to third driving modes may be in-phase modes in which input signals of the same phase are applied to the plurality of piezoelectric elements.

본 발명에 따르면, 초음파를 에너지원으로 이용함으로써 실시간으로 정확한 안압 측정을 위한 탄성 정보를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 안구 영상도 얻을 수 있다.According to the present invention, by using ultrasound as an energy source, not only elastic information for accurate intraocular pressure measurement in real time can be obtained, but also an eyeball image can be obtained.

또한, 본 발명에 의하면, 환자가 눈을 뜬 상태뿐만 아니라 눈을 감은 상태에서 눈꺼풀 위에 초음파 프로브를 접촉 혹은 비접촉시켜서 안압을 측정할 수 있기 때문에, 기존의 안압 측정 방식과는 달리 환자가 느끼는 통증 또는 불쾌감 등을 해소하고 긴장감 없이 편리하게 안압을 측정할 수 있다.In addition, according to the present invention, since the intraocular pressure can be measured by contacting or non-contacting the ultrasound probe on the eyelid in the state in which the patient's eyes are closed as well as in the state with the eyes open, unlike the conventional method for measuring intraocular pressure, pain or discomfort felt by the patient It relieves discomfort and can measure intraocular pressure conveniently without tension.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 음향 방사력을 이용한 안압 측정 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 변환기에 적용되는 동일 위상 모드 및 혼합 위상 모드를 설명하는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 동일 위상 모드 및 혼합 위상 모드에 따라 각각 생성된 단일 집속점 및 다중 집속점의 초음파 신호를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 탄성 정보 획득을 위해 초음파 변환기에 인가하는 신호 형태를 설명한 도면이다.
도 5는 압전 소자에 분극 역전 기술을 적용한 경우의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 분극 역전 기술에 대한 FEA 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 1의 초음파 변환기 내의 각 압전 소자에 분극 역전 기술을 적용한 경우를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 펄스 압축 기법에 대한 개념을 나타낸 것이다.
1 is a diagram showing the configuration of an intraocular pressure measuring apparatus using ultrasonic acoustic radiation force according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining the same-phase mode and the mixed-phase mode applied to the ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating ultrasound signals of single focal points and multiple focal points respectively generated according to the same phase mode and the mixed phase mode shown in FIG. 2 .
4 is a view for explaining the form of a signal applied to an ultrasonic transducer to obtain elastic information in an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining the concept of a case in which a polarization reversal technique is applied to a piezoelectric element.
6 is a view showing the FEA simulation results for the polarization reversal technique.
FIG. 7 is a diagram illustrating a case in which a polarization reversal technique is applied to each piezoelectric element in the ultrasonic transducer of FIG. 1 .
8 shows the concept of a pulse compression technique according to an embodiment of the present invention.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.Then, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 음향 방사력을 이용한 안압 측정 장치의 구성을 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing the configuration of an intraocular pressure measuring apparatus using ultrasonic acoustic radiation force according to an embodiment of the present invention.

도 1에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 안압 측정 장치(100)는 초음파 변환기(110), 신호 발생기(120), 그리고 신호 처리기(130)를 포함한다.As shown in FIG. 1 , the intraocular pressure measuring apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes an ultrasound transducer 110 , a signal generator 120 , and a signal processor 130 .

초음파 변환기(110)(초음파 변환자)는 어레이(array) 형태로 배열된 복수의 압전 소자(111)와 이를 내장하기 위한 하우징을 포함하여 구성된다. 도 1의 경우 2×2 형태로 분할된 4개의 압전 소자를 포함한 것을 예시하고 있다. 여기서 압전 소자는 단일 소재에 의한 벌크(bulk) 타입 또는 복합 소재에 의한 복합체(composite) 형태로 구현될 수 있다. 또한 복수의 압전 소자(111)는 단일한 하나의 압전 소자를 다수 개로 분할 가공하는 것을 통해서 쉽게 획득될 수 있다.The ultrasonic transducer 110 (ultrasonic transducer) is configured to include a plurality of piezoelectric elements 111 arranged in an array form and a housing for embedding them. In the case of FIG. 1, it is exemplified that four piezoelectric elements divided in a 2×2 form are included. Here, the piezoelectric element may be implemented as a bulk type using a single material or a composite type using a composite material. In addition, the plurality of piezoelectric elements 111 can be easily obtained through dividing and processing a single piezoelectric element into a plurality of pieces.

초음파 에너지는 인체에 무해하고 음향 임피던스 차가 적절할 경우 안구 내부로 충분한 에너지가 송수신될 수 있는 장점이 있다. 본 발명의 실시예는 이러한 초음파를 에너지원으로 사용함으로써 안압 측정을 위한 탄성 정보를 정확하게 얻을 수 있다.Ultrasonic energy is harmless to the human body and has an advantage that sufficient energy can be transmitted and received inside the eye when the difference in acoustic impedance is appropriate. According to an embodiment of the present invention, elastic information for measuring intraocular pressure can be accurately obtained by using such ultrasound as an energy source.

일반적인 초음파 변환자는 한 개의 압전 소자를 사용해서 초음파를 송수신하므로, 한 곳에만 빔이 집속되며 유발되는 매질의 이동량이 작고 균일하지 않은 문제가 있다.Since a general ultrasonic transducer uses a single piezoelectric element to transmit and receive ultrasonic waves, the beam is focused on only one place, and there is a problem that the amount of movement of the induced medium is small and non-uniform.

이와 달리, 본 발명에 사용된 초음파 변환자는 도 1에서와 같이 같이 초음파 구경 형태가 단일 소자가 아닌 두 개 이상으로 분할된(segmented) 소자 형태를 가지고 있다. 이러한 구조에 따르면 다수의 초음파 변환자를 사용하는 것과는 달리 초음파 에너지를 매우 정밀하게 일정 영역에 모이도록 할 수 있고 해당 영역에서 하나 또는 다중의 집속점을 형성할 수 있어 정밀 진단이 가능한 이점을 제공한다.Contrary to this, the ultrasonic transducer used in the present invention has a segmented element shape in which the ultrasonic aperture shape is not a single element as shown in FIG. 1 . According to this structure, unlike using a plurality of ultrasound transducers, ultrasound energy can be collected in a certain area with high precision and one or multiple focal points can be formed in the corresponding area, thereby providing the advantage of enabling precise diagnosis.

도 1은 네 개로 분할된 소자 형태를 예시로 설명하고 있지만 본 발명의 실시예가 반드시 이에 한정되지 않으며 적어도 2개 이상 분할된 소자 형태를 가진 초음파 변환자에 모두 적용될 수 있다. 분할 소자의 단면 형태는 반드시 사각형 형태로 한정되지 않는다.Although FIG. 1 describes an element shape divided into four as an example, the embodiment of the present invention is not necessarily limited thereto and may be applied to all ultrasonic transducers having at least two or more divided element types. The cross-sectional shape of the dividing element is not necessarily limited to a rectangular shape.

신호 발생기(120)는 복수의 압전 소자(111)의 위상을 조절하기 위한 입력 신호를 생성하여 복수의 압전 소자(111) 각각에게 인가한다. 신호 발생기(120)는 위상 조절기(125)가 보낸 제어 신호(명령)에 따라 소정 입력 신호를 생성하여 해당 압전 소자(111)로 각각 전달할 수 있다. 위상 조절기(125)는 입력 신호에 대한 위상, 인가 시간, 주기 등을 결정할 수 있다.The signal generator 120 generates an input signal for adjusting the phases of the plurality of piezoelectric elements 111 and applies them to each of the plurality of piezoelectric elements 111 . The signal generator 120 may generate a predetermined input signal according to a control signal (command) sent by the phase adjuster 125 and transmit it to the corresponding piezoelectric element 111 , respectively. The phase adjuster 125 may determine a phase, an application time, and a period of the input signal.

본 발명의 실시예에서 압전 소자는 2개의 그룹으로 구분될 수 있다. 복수의 압전 소자(111)는 배열 위치에 따라 제1 그룹과 제2 그룹으로 구분되며, 제1 그룹의 압전 소자와 제2 그룹의 압전 소자가 서로 이웃하도록 번갈아 배열된다. 도 1의 경우 상하 및 좌우의 모든 방향에 대해 제1 그룹의 압전 소자와 제2 그룹의 압전 소자와 서로 이웃한 형태를 가진다.In an embodiment of the present invention, the piezoelectric element may be divided into two groups. The plurality of piezoelectric elements 111 are divided into a first group and a second group according to an arrangement position, and the piezoelectric elements of the first group and the piezoelectric elements of the second group are alternately arranged so as to be adjacent to each other. In the case of FIG. 1, the piezoelectric element of the first group and the piezoelectric element of the second group are adjacent to each other in all directions of up, down, left and right.

여기서, 신호 발생기(120)는 두 그룹의 압전 소자에 대해 모두 동일 위상의 입력 신호를 인가함으로써 단일 집속점의 초음파를 만들 수도 있고(제1 실시예), 두 그룹의 압전 소자에 대해 서로 반전된 위상의 입력 신호를 인가함으로써 다중 집속점의 초음파를 만들 수 있다(제2 실시예).Here, the signal generator 120 may generate an ultrasonic wave of a single focal point by applying input signals of the same phase to both groups of piezoelectric elements (first embodiment), By applying the input signal of the phase, it is possible to make the ultrasound of multiple focal points (the second embodiment).

먼저, 제1 실시예를 설명하면, 초음파 변환기(110) 내 복수의 압전 소자(111)에는 모두 동일 위상(예: 제1 위상)의 입력 신호가 각각 인가된다. First, describing the first embodiment, input signals of the same phase (eg, first phase) are respectively applied to the plurality of piezoelectric elements 111 in the ultrasonic transducer 110 .

이 경우, 초음파 변환기(110)는 동일 위상의 입력 신호에 대응하여 복수의 압전 소자(111)로부터 단일 집속점(single-focal point)의 초음파를 생성하게 된다. 이에 따라, 안구 표면에 대해 단일 집속점의 초음파를 인가할 수 있다.In this case, the ultrasonic transducer 110 generates single-focal point ultrasonic waves from the plurality of piezoelectric elements 111 in response to an input signal of the same phase. Accordingly, a single focal point of ultrasound can be applied to the ocular surface.

여기서, 신호 발생기(120)는 도 1과 같이 제1 및 제2 신호 발생기(120-1,120-2)를 포함하는데, 제1 신호 발생기(120-1)에서 제1 위상의 입력 신호를 생성 후 제1 송신 증폭기(115-1)를 통해 증폭시켜 제1 그룹의 압전 소자에 각각 인가하고, 이와 동시에 제2 신호 발생기(120-2)에서도 제1 위상의 입력 신호를 생성 후 제2 송신 증폭기(115-2)를 통해 증폭시켜 제2 그룹의 압전 소자에 인가하면 된다.Here, the signal generator 120 includes first and second signal generators 120-1 and 120-2 as shown in FIG. 1, and after generating the input signal of the first phase in the first signal generator 120-1, the second The first transmit amplifier 115-1 is amplified and applied to the piezoelectric elements of the first group, and at the same time, the second signal generator 120-2 also generates the input signal of the first phase and then the second transmit amplifier 115 -2) to amplify it and apply it to the piezoelectric element of the second group.

다음, 제2 실시예의 경우, 초음파 변환기(110) 내의 복수의 압전 소자(111)에는 신호 발생기(120)로부터 생성된 서로 다른 제1 및 제2 위상 중 어느 한 위상의 입력 신호가 인가된다. Next, in the case of the second embodiment, an input signal of any one of the different first and second phases generated from the signal generator 120 is applied to the plurality of piezoelectric elements 111 in the ultrasonic transducer 110 .

구체적으로, 제1 그룹의 압전 소자에는 제1 위상이 인가되고 제2 그룹의 압전 소자는 제2 위상(제1 위상의 반전 위상)이 인가되므로, 결과적으로 두 가지 위상(제1 위상, 제2 위상)이 혼합된 혼합 위상의 입력 신호가 초음파 변환기(110)에 인가된다. Specifically, the first phase is applied to the piezoelectric elements of the first group and the second phase (the inverted phase of the first phase) is applied to the piezoelectric elements of the second group, so that as a result, two phases (first phase, second phase) are applied. The input signal of the mixed phase in which the phases are mixed is applied to the ultrasonic transducer 110 .

이에 따라, 초음파 변환기(110)는 혼합 위상의 입력 신호에 대응하여 복수의 압전 소자(111)로부터 다중 집속점(multi-focal point)의 초음파를 생성하게 된다. 따라서 제2 실시예의 경우 안구 표면에 대해 다중 집속점의 초음파를 인가할 수 있다.Accordingly, the ultrasonic transducer 110 generates multi-focal point ultrasonic waves from the plurality of piezoelectric elements 111 in response to the mixed phase input signal. Therefore, in the case of the second embodiment, ultrasound of multiple focal points may be applied to the ocular surface.

물론, 이 경우, 제1 신호 발생기(120-1)에서 제1 위상의 입력 신호를 생성 후 제1 송신 증폭기(115-1)를 통해 증폭시켜 제1 그룹의 압전 소자에 인가하고, 이와 동시에 제2 신호 발생기(120-2)를 통해 제1 위상과 반전된 제2 위상의 입력 신호를 생성 후 제2 송신 증폭기(115-2)를 통해 증폭시켜 제2 그룹의 압전 소자에 인가하면 된다. 이에 따르면, 상하 및 좌우로 이웃한 소자들 간에 제1 위상과 제2 위상이 서로 교번하여 입력되게 된다.Of course, in this case, the first signal generator 120-1 generates the input signal of the first phase, amplifies it through the first transmission amplifier 115-1, applies it to the first group of piezoelectric elements, and at the same time After generating the input signal of the first phase and the inverted second phase through the second signal generator 120-2, amplified through the second transmission amplifier 115-2 and applied to the piezoelectric element of the second group. Accordingly, the first phase and the second phase are alternately input between elements adjacent to each other in the upper and lower and left and right directions.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 변환기에 적용되는 동일 위상 모드 및 혼합 위상 모드를 설명하는 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 동일 위상 모드 및 혼합 위상 모드에 따라 각각 생성된 단일 집속점 및 다중 집속점의 초음파 신호를 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a view for explaining the in-phase mode and the mixed phase mode applied to the ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a single focus generated according to the in-phase mode and the mixed phase mode shown in FIG. 2, respectively. It is a diagram showing ultrasound signals of points and multiple focal points.

우선, 도 2의 좌측 그림은 초음파 변환기에 포함된 4개의 압전 소자를 나타내고, 우측 그림은 각 압전 소자에 인가되는 위상에 따라 동일 위상 모드와 혼합 위상 모드를 구분하여 나타낸 것이다.First, the left figure of FIG. 2 shows four piezoelectric elements included in the ultrasonic transducer, and the right figure shows the same-phase mode and the mixed-phase mode separately according to the phases applied to each piezoelectric element.

우측 상단 그림은 4개의 모든 압전 소자에 대해 동일 위상의 입력 신호가 인가되는 동일 위상 모드를 설명한 것으로 이는 제1 실시예의 경우에 해당한다. The upper right figure illustrates the same-phase mode in which input signals of the same phase are applied to all four piezoelectric elements, which corresponds to the case of the first embodiment.

그리고 우측 하단 그림은 혼합 위상 모드를 나타낸 것으로, 1,4번째 압전 소자(제1 그룹)에는 제1 위상의 입력 신호가 인가되는 동시에, 2,3번째 압전 소자(제2 그룹)에는 180도 반전된 제2 위상의 입력 신호가 인가된다. 이는 제2 실시예의 경우에 해당한다. And the lower right figure shows the mixed phase mode. The input signal of the first phase is applied to the 1st and 4th piezoelectric elements (1st group), while the 2nd and 3rd piezoelectric elements (2nd group) are inverted by 180 degrees. The input signal of the second phase is applied. This corresponds to the case of the second embodiment.

참고로 이러한 도 2의 경우 원통형 구조의 압전 소자를 4등분하여 구현한 초음파 변환기를 예시한 것이다. 원통형의 압전 소자를 4등분하면, 도 2와 같은 형태의 4개의 압전 소자를 가진 초음파 변환기를 구현할 수 있다. 물론 원통형이 아닌 구형의 압전 소자를 N 등분하여 N개의 압전 소자를 가진 초음파 변환기를 구현할 수도 있다.For reference, FIG. 2 illustrates an ultrasonic transducer implemented by dividing a piezoelectric element having a cylindrical structure into quarters. If the cylindrical piezoelectric element is divided into 4 equal parts, an ultrasonic transducer having four piezoelectric elements of the form shown in FIG. 2 can be implemented. Of course, an ultrasonic transducer having N piezoelectric elements may be implemented by dividing a spherical piezoelectric element into N equal parts instead of a cylindrical one.

도 3은 각 모드에 대한 시뮬레이션 결과로서, 동일 위상 모드의 경우 4개의 압전 소자를 통해 단일의 집속점이 형성되고, 이와 달리 혼합 위상 모드의 경우 4개의 압전 소자를 통해 4개의 다중 집속점이 형성된 것을 알 수 있다. 즉, 위상이 동일한 신호가 분할 소자들에 동시에 인가되면 단일 집속점이 형성되고, 위상이 서로 다르게 혼합된 신호들이 분할 소자에 동시에 인가되면 다중 집속점이 형성된다. 3 is a simulation result for each mode, showing that in the case of the same phase mode, a single focal point is formed through four piezoelectric elements, whereas in the mixed phase mode, four multiple focal points are formed through four piezoelectric elements. can That is, when signals having the same phase are simultaneously applied to the dividing elements, a single focal point is formed, and when signals mixed with different phases are simultaneously applied to the dividing elements, multiple focal points are formed.

물론 이러한 도 3의 결과로부터 다중 집속점은 단일 집속점과 대비하여 초음파의 음향 방사력이 더욱 넓은 영역의 조직에 영향을 미치는 것을 알 수 있다.Of course, it can be seen from the results of FIG. 3 that the acoustic radiation power of ultrasound affects a tissue in a wider area compared to a single focal point at multiple focal points.

본 실시예의 경우 조직의 탄성 계수를 측정할 수 있는 초음파 음향 방사력을 이용하여 안압을 측정하는 기술로, 상술한 다중 집속점을 이용할 경우 탄성 계측 과정에서 조직(안구 표면)의 이동량이 더 많아지고 균일해지기 때문에 고해상도의 탄성 정보를 획득하는 것이 가능해진다. 물론, 적은 이동량만으로 안압을 측정할 수 있다면 단일 집속점을 형성시켜 안압을 측정하는 것도 가능하다.In the present embodiment, as a technique for measuring intraocular pressure using ultrasonic acoustic radiation force capable of measuring the elastic modulus of the tissue, when the above-described multiple focal points are used, the amount of movement of the tissue (ocular surface) increases during the elastic measurement process. Since it becomes uniform, it becomes possible to acquire high-resolution elastic information. Of course, if the intraocular pressure can be measured with only a small amount of movement, it is also possible to measure the intraocular pressure by forming a single focal point.

초음파 변환기(110)는 복수의 압전 소자(111)에 의해 발생한 초음파 신호를 안구(10)에 송신 후 반사 신호를 수신한다. 초음파 변환기(110)에 수신된 반사 신호는 수신 증폭기(135)를 통해 증폭 처리된 후 신호 처리기(130)로 전달된다. 여기서, 수신 증폭기(135)는 도 1과 같이 두 그룹의 압전 소자에 대응하도록 두 개의 수신 증폭기(135-1,135-2)를 포함하여 구성될 수 있다. The ultrasonic transducer 110 transmits the ultrasonic signal generated by the plurality of piezoelectric elements 111 to the eyeball 10 and then receives the reflected signal. The reflected signal received by the ultrasonic transducer 110 is amplified through the receiving amplifier 135 and then transferred to the signal processor 130 . Here, the reception amplifier 135 may be configured to include two reception amplifiers 135 - 1 and 135 - 2 to correspond to two groups of piezoelectric elements as shown in FIG. 1 .

신호 처리기(130)는 전달받은 초음파 수신 신호를 분석하여 안구 표면의 탄성을 계측한다. 물론, 초음파 수신 신호를 분석하면 안구 영상을 획득하여 이를 디스플레이(140)를 통해 출력할 수도 있다. 초음파 신호로부터 영상을 획득하는 것은 기 공지된 기법에 해당하므로 상세한 설명은 생략한다.The signal processor 130 measures the elasticity of the eyeball surface by analyzing the received ultrasound signal. Of course, by analyzing the ultrasonic reception signal, an eyeball image may be acquired and outputted through the display 140 . Acquiring an image from an ultrasound signal corresponds to a known technique, and thus a detailed description thereof will be omitted.

일반적으로 안압이 정상 이상으로 높은 녹내장 환자의 경우 안구 표면의 탄성이 낮게 관측된다. 따라서, 안구의 탄성 계수가 낮을수록 안압이 높다는 것을 의미한다.In general, in patients with glaucoma whose intraocular pressure is higher than normal, the elasticity of the ocular surface is observed to be low. Therefore, the lower the elastic modulus of the eyeball, the higher the intraocular pressure.

탄성은 인체 조직의 특성 값 중 하나로, 동일한 힘을 가했을 때 측정되는 조직의 변형되는 정도를 이용하여 구할 수 있다. 이때, 단위 면적당 가해지는 힘을 응력(stress; 스트레스), 변형되는 정도를 변형률(strain; 스트레인)이라고 하며, 탄성 계수(Young's modulus)는 변형률에 대한 응력의 비율 값으로 정의된다. Elasticity is one of the characteristic values of human tissue, and can be obtained by using the degree of deformation of the tissue measured when the same force is applied. At this time, the force applied per unit area is called stress, the degree of deformation is called strain, and Young's modulus is defined as a ratio value of stress to strain.

송수신된 초음파 파형 자체에는 물질의 탄성 정보를 측정할 수 있는 음향 방사력이 존재한다. 탄성 정보는 압력과 밀접하게 관련되어 있으므로, 음향 방사력을 효율적으로 이용해서 안구의 탄성을 측정하고 이러한 정보를 안압으로 정확하게 변환시킬 수 있다. The transmitted and received ultrasonic wave itself has an acoustic radiation force that can measure the elastic information of the material. Since elastic information is closely related to pressure, it is possible to measure the elasticity of the eyeball and accurately convert this information into intraocular pressure by efficiently using the acoustic radiation force.

이와 같이, 신호 처리기(130)는 초음파 신호를 이용하여 안구 표면의 탄성을 계측하고 계측된 탄성 값으로부터 그에 대응된 안압을 획득할 수 있다. 간단한 예로, 현재 계측된 탄성 값에 미리 설정된 변환 계수를 곱함으로써 안압의 크기를 쉽게 환산할 수 있다. 변환 계수는 탄성 값을 안압 값으로 변환하기 위한 계수로서, 피험자들을 대상으로 얻은 실험 데이터인 실제 안압과 계측된 탄성 계수 간의 관계 분석을 통하여 미리 결정되고 정형화될 수 있다.In this way, the signal processor 130 may measure the elasticity of the eyeball surface using the ultrasound signal and obtain the corresponding intraocular pressure from the measured elasticity value. As a simple example, the magnitude of intraocular pressure can be easily converted by multiplying the currently measured elasticity value by a preset conversion factor. The conversion coefficient is a coefficient for converting an elasticity value into an intraocular pressure value, and may be predetermined and standardized through analysis of a relationship between an actual intraocular pressure, which is experimental data obtained for subjects, and a measured elastic modulus.

신호 처리기(130)는 안구 표면의 탄성에 대응하는 안압의 크기 뿐만 아니라 안압의 정상 여부를 출력할 수 있다. 예를 들어, 환산된 안압의 크기를 정상 범위의 안압 또는 해당 임계값과 비교하여 안압 정상 여부를 판정하고 판정 결과를 출력할 수 있다.The signal processor 130 may output not only the level of intraocular pressure corresponding to the elasticity of the eyeball surface, but also whether the intraocular pressure is normal. For example, it is possible to determine whether the intraocular pressure is normal by comparing the converted level of intraocular pressure with an intraocular pressure in a normal range or a corresponding threshold value, and output a determination result.

여기서, 신호 처리기(130)는 초음파 수신 신호로부터 안구 표면의 이동량을 측정하고, 안구 표면의 이동량에 대응하는 안구 표면의 탄성 계수를 계산한다. 본 발명의 실시예에서, 탄성 정보를 획득하기 위한 초음파 인가 신호는 다음과 같이 구성될 수 있다.Here, the signal processor 130 measures the movement amount of the eyeball surface from the ultrasonic reception signal, and calculates an elastic modulus of the eyeball surface corresponding to the movement amount of the eyeball surface. In an embodiment of the present invention, an ultrasound application signal for acquiring elastic information may be configured as follows.

도 4는 본 발명의 실시예에서 탄성 정보 획득을 위해 초음파 변환기에 인가하는 신호 형태를 설명한 도면이다.4 is a view for explaining the form of a signal applied to an ultrasonic transducer to obtain elastic information in an embodiment of the present invention.

도 4와 같이, 안구에 대한 탄성 정보 획득을 위하여 동일 위상 기준 신호(이하, 기준 신호), 혼합 위상 푸싱 신호(이하, 푸싱 신호), 동일 위상 검출 신호(이하, 검출용 신호)가 초음파 변환기(110)에 순차적으로 인가된다.As shown in FIG. 4, in order to obtain elastic information for the eyeball, the in-phase reference signal (hereinafter, reference signal), the mixed-phase pushing signal (hereinafter, the pushing signal), and the in-phase detection signal (hereinafter, the detection signal) are transmitted to the ultrasonic transducer ( 110) is sequentially applied.

이와 관련하여, 신호 발생기(120)는 매질의 이동량(변위) 측정을 위한 시작점이 되는 기준 신호(reference signal)를 인가하는 제1 구동 모드, 매질을 흔들어주기 위한 푸싱 신호(pushing signal)를 인가하는 제2 구동 모드, 그리고 푸싱 신호 인가 직후 상기 제1 구동 모드와 동일한 신호 타입을 가진 검출용 신호(detection signal)를 인가하는 제3 구동 모드를 순차적으로 구동시킨다. In this regard, the signal generator 120 is a first driving mode for applying a reference signal serving as a starting point for measuring the amount of movement (displacement) of the medium, and applying a pushing signal for shaking the medium. A second driving mode and a third driving mode in which a detection signal having the same signal type as that of the first driving mode is applied are sequentially driven immediately after the pushing signal is applied.

기준 신호는 기준이 되는 초음파 수신 신호의 영상을 얻기 위한 것이고, 푸싱 신호의 경우 안구 표면에 스트레스를 인가하여 변위를 유도하기 위한 것이며, 검출용 신호의 경우 푸싱 신호 인가 직후에 복귀하는 동안의 조직의 변화(시간에 따른 이동량)를 초음파 수신 신호의 영상에서 검출하기 위한 것이다.The reference signal is to obtain an image of the ultrasonic reception signal as a reference, in the case of a pushing signal, to induce displacement by applying stress to the ocular surface, and in the case of a detection signal, the tissue during recovery immediately after the application of the pushing signal. This is to detect a change (a movement amount according to time) in an image of an ultrasonic reception signal.

초음파 변환기(110)는 제1, 제2, 제3 구동 모드에 따라 초음파를 송신하고 그에 대한 반사 신호를 각 모드에 대해 수신한다. 그러면, 신호 처리기(130)는 기준 신호 인가 시에 획득한 제1 초음파 수신 신호에 대비하여 검출용 신호 인가 시에 획득한 제2 초음파 수신 신호를 비교하여, 안구 표면의 이동량을 측정하고, 이동량에 대응하는 탄성을 계산할 수 있다.The ultrasonic transducer 110 transmits ultrasonic waves according to the first, second, and third driving modes and receives a reflected signal therefor for each mode. Then, the signal processor 130 compares the second ultrasonic received signal obtained when the detection signal is applied with the first ultrasonic received signal obtained when the reference signal is applied, measures the amount of movement of the ocular surface, and determines the movement amount. The corresponding elasticity can be calculated.

도 4의 경우, 기준 신호 및 검출용 신호를 인가하는 제1 및 제3 구동 모드의 경우, 모든 압전 소자에게 동일 위상의 입력 신호를 인가하는 동일 위상 모드를 사용하고, 푸싱 신호를 인가하는 제2 구동 모드의 경우 제1 위상 및 그의 반전 위상인 제2 위상의 입력 신호를 각각 제1 그룹 및 제2 그룹의 압전 소자에게 개별 인가하는 혼합 위상 모드를 사용한 경우를 나타낸다.In the case of FIG. 4 , in the case of the first and third driving modes for applying the reference signal and the detection signal, the same phase mode for applying the input signal of the same phase to all the piezoelectric elements is used, and the second driving mode for applying the pushing signal In the case of the driving mode, a mixed phase mode in which input signals of the first phase and the second phase, which is an inverted phase thereof, are individually applied to the piezoelectric elements of the first group and the second group, respectively, is used.

혼합 위상 모드의 푸싱 신호에 의해 다중 집속점이 형성되고, 이로 인해 보다 정밀한 조직의 이동량은 동일 위상 모드의 검출 신호에 의해 획득 가능해진다. 이 경우 각각의 송신 신호의 주파수, 싸이클 수, 진폭 등은 타겟에 맞춰서 조절이 가능하며, 맞춤형 진단을 위해 적응적(adaptive) 신호 처리 기술이 적용될 수도 있다.Multiple focal points are formed by the pushing signal of the mixed phase mode, so that a more precise amount of tissue movement can be obtained by the detection signal of the same phase mode. In this case, the frequency, number of cycles, and amplitude of each transmission signal can be adjusted according to a target, and adaptive signal processing technology may be applied for customized diagnosis.

또한, 도시되지 않았으나, 도 4와 달리 제2 구동 모드를 혼합 위상 모드가 아닌 동일 위상 모드로 구성할 수도 있다. 여기서, 제1 내지 제3 모드를 모두 동일 위상 모드로 구성하여 얻은 초음파 수신 신호의 분석 결과를 도 4와 같이 제2 모드를 혼합 위상 모드로 구성하여 얻은 초음파 수신 신호 분석 결과와 혼합하면 보다 정밀한 안압 측정이 가능할 수 있다.Also, although not shown, unlike in FIG. 4 , the second driving mode may be configured as the same-phase mode instead of the mixed-phase mode. Here, when the analysis result of the ultrasound reception signal obtained by configuring all of the first to third modes as the same phase mode is mixed with the analysis result of the ultrasound reception signal obtained by configuring the second mode as the mixed phase mode as shown in FIG. 4, more precise intraocular pressure measurement may be possible.

도 5는 압전 소자에 분극 역전 기술을 적용한 경우의 개념을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 분극 역전 기술에 대한 FEA(finite element analysis) 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다. FIG. 5 is a diagram for explaining a concept when a polarization reversal technique is applied to a piezoelectric element, and FIG. 6 is a diagram illustrating a finite element analysis (FEA) simulation result for the polarization reversal technique.

도 5에 나타낸 것과 같이 분극 역전 기술(inversion layer technique)은 서로 반대의 분극 방향을 가진 두 개의 압전 소자(1,2)를 초음파 신호의 진행 방향에 대해 전후로 접합한 구조(A)를 사용한 기술로, 이를 이용하면 분극 역전 기술이 적용된 하나의 압전 소자로부터 다중 주파수 성분이 발생하여 조직 표면에 집속된다. As shown in FIG. 5, the polarization inversion technique (inversion layer technique) is a technique using a structure (A) in which two piezoelectric elements 1 and 2 having opposite polarization directions are joined back and forth with respect to the propagation direction of the ultrasonic signal. , using this, multiple frequency components are generated from one piezoelectric element to which the polarization reversal technique is applied and are focused on the tissue surface.

즉, 도 5에서와 같이 분극 역전 기술을 적용시키면, 다중 주파수 성분이 동시에 정확하게 조직의 한 점에 도달할 수 있다. 분극 역전 기술의 성능을 검증하기 위해 FEA 시뮬레이션을 수행한 결과는 도 6에 도시되어 있다.That is, if the polarization reversal technique is applied as in FIG. 5 , multiple frequency components can reach a point in the tissue precisely at the same time. The result of performing FEA simulation to verify the performance of the polarization reversal technique is shown in FIG. 6 .

도 7은 도 1의 초음파 변환기 내의 각 압전 소자에 분극 역전 기술을 적용한 경우를 나타낸 도면이다.FIG. 7 is a diagram illustrating a case in which a polarization reversal technique is applied to each piezoelectric element in the ultrasonic transducer of FIG. 1 .

이러한 도 7에서 초음파 변환기(110) 내의 복수의 압전 소자(111) 각각은 서로 반대의 분극 방향을 가진 두 개의 압전 소자(111a,111b)를 초음파 신호의 진행 방향에 대해 전후로 접합한 구조를 가진 것을 알 수 있다. In FIG. 7, each of the plurality of piezoelectric elements 111 in the ultrasonic transducer 110 has a structure in which two piezoelectric elements 111a and 111b having opposite polarization directions are bonded back and forth with respect to the propagation direction of the ultrasonic signal. Able to know.

이러한 도 7의 구조에 따라 복수의 압전 소자(111)로부터 다중 주파수 성분을 가진 초음파를 생성할 수 있다. 즉, 동일 위상 모드의 경우 다중 주파수 성분들로 구성된 단일의 집속점을 생성하고 혼합 위상 모드의 경우 다중 주파수 성분들로 각각 구성된 다중의 집속점을 생성할 수 있다.According to the structure of FIG. 7 , ultrasonic waves having multiple frequency components may be generated from the plurality of piezoelectric elements 111 . That is, in the case of the same phase mode, a single focal point composed of multiple frequency components may be generated, and in the mixed phase mode, multiple focal points each composed of multiple frequency components may be generated.

이와 같이, 분극 역전 기술을 도 1의 분할된 초음파 변환자 기술 즉, 분할된 개별 압전 소자에 일괄 적용시키면, 단일 주파수 성분이 아닌 다중 주파수 성분들이 다중 집속점 또는 단일 집속점에 동시에 정렬하여 도달할 수 있다. 따라서, 증대된 이동량뿐만 아니라, 동시에 획득되는 각 주파수별 탄성 정보를 개별적으로 혹은 혼합적으로 안압 측정에 활용 가능하다. In this way, if the polarization reversal technique is applied to the divided ultrasonic transducer technique of FIG. can Therefore, it is possible to utilize not only the increased movement amount but also elastic information for each frequency obtained at the same time, individually or in combination, for measuring intraocular pressure.

또한, 음향 방사력은 감쇠 계수와 초음파 강도와 관련이 있다. 감쇠가 클수록 매질에 전달되는 힘의 크기가 커지지만, 초음파의 강도는 감소하게 된다. 이때, 감쇠는 주파수와 전달 깊이에 의존적이므로, 최적의 주파수는 어플리케이션에 따라 다르게 적용될 수 있다. 그러므로 다양한 주파수 대역을 가진 변환자를 이용하여 초음파를 송수신하게 되면 주파수에 따른 상충관계(tradeoff)에 관계 없이 최적화된 음향 방사력을 얻을 수 있다.In addition, the acoustic radiation force is related to the attenuation coefficient and the ultrasonic intensity. As the attenuation increases, the magnitude of the force transmitted to the medium increases, but the intensity of the ultrasonic wave decreases. At this time, since the attenuation is dependent on the frequency and the transmission depth, the optimal frequency may be applied differently depending on the application. Therefore, when ultrasonic waves are transmitted and received using transducers having various frequency bands, an optimized acoustic radiation power can be obtained irrespective of tradeoffs according to frequencies.

도 1 및 도 5과 같이 초음파 변환기(110) 내의 압전 소자들에 의해 형성된 일 표면(초음파가 송수신되는 표면)은 오목한 형태로 가공 형성될 수 있는데 이를 통해 초음파의 집속 능력을 높일 수 있다. 물론, 초음파 변환기(110)는 압전 소자들의 표면 집속 능력을 향상시키기 위하여 일면 오목 렌즈를 구비할 수 있다.As shown in FIGS. 1 and 5 , one surface (surface through which ultrasonic waves are transmitted and received) formed by the piezoelectric elements in the ultrasonic transducer 110 may be processed into a concave shape, thereby increasing the focusing ability of the ultrasonic waves. Of course, the ultrasonic transducer 110 may include a one-sided concave lens in order to improve the surface focusing ability of the piezoelectric elements.

본 발명에서 제안한 안압 측정 장치는 접촉식과 비접촉식 방법 모두 진단 가능하다. 특히 환자가 눈을 감은 상태와 눈을 뜬 상태 모두 측정할 수 있다. The apparatus for measuring intraocular pressure proposed in the present invention can diagnose both contact and non-contact methods. In particular, the patient can measure both closed and open eyes.

눈을 감은 상태일 때는 초음파 변환기를 눈꺼풀 표면에 접촉식 또는 비접촉식으로 배치한 상태에서 초음파 에너지를 송수신하고, 눈을 뜬 상태일 때는 초음파 변환기를 안구 전방에 비접촉식으로 배치한 상태에서 초음파 에너지를 송수신하면 된다. 또한 접촉식 방식의 경우 눈꺼풀 정보를 제거한 후 안구의 탄성 정보를 획득할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 안압 측정 장치는 환자의 상태에 따라 비접촉식 혹은 접촉식으로 선택적 운용이 가능하다.When the eyes are closed, ultrasonic energy is transmitted and received while the ultrasonic transducer is placed on the eyelid surface in a contact or non-contact manner. do. In addition, in the case of the contact method, after removing the eyelid information, eye elasticity information can be obtained. In this way, the intraocular pressure measuring device of the present invention can be selectively operated in a non-contact or contact type depending on the condition of the patient.

본 발명의 실시예는 초음파 음향 방사력에 의한 안구 탄성 정보의 정확도를 극대화하기 위해, 동일 위상 모드의 검출 신호로 코드화된 신호들(chirp, Barker, Golay 등)을 송수신한 후 펄스압축기법을 사용하여 신호 대 잡음비를 증가 시킬 수 있다.An embodiment of the present invention uses a pulse compression technique after transmitting and receiving signals (chirp, Barker, Golay, etc.) coded as a detection signal of the same phase mode in order to maximize the accuracy of eye elasticity information by the ultrasonic acoustic radiation force. This can increase the signal-to-noise ratio.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 펄스 압축 기법에 대한 개념을 나타낸 것이다. 펄스 압축 기법은 펄스의 길이가 길고, 최대전력이 적은 펄스를 송신하여 실제로는 펄스의 길이가 짧고, 최대전력이 큰 펄스를 송신하는 것과 같은 효과를 얻도록 하는 신호처리 기법으로, 제안된 기법의 검출 신호(제3 구동 모드의 검출용 신호)에 적용시키면 신호 대 잡음비가 높은 탄성 정보 획득이 가능하다. 8 shows the concept of a pulse compression technique according to an embodiment of the present invention. The pulse compression technique is a signal processing technique that transmits a pulse with a long pulse length and low maximum power to achieve the same effect as actually transmitting a short pulse length and high maximum power pulse. When applied to the detection signal (signal for detection in the third driving mode), elastic information having a high signal-to-noise ratio can be obtained.

이러한 특성을 나타내는 코드화된 신호들(coded excitation)의 종류에는 크게 쳐프(chirp), 바커(Barker), 골레이(Golay), 코드가 있다. 이처럼 검출용 신호에 펄스 압축 기법을 적용하여 신호 대 잡음비를 높일 수 있다. 상술한 코드화 신호들은 기 공지된 것에 해당하므로 상세한 설명은 생략한다.There are largely chirp, Barker, Golay, and code types of coded excitations showing these characteristics. As such, it is possible to increase the signal-to-noise ratio by applying the pulse compression technique to the detection signal. Since the above-described coded signals correspond to known ones, a detailed description thereof will be omitted.

또한, 본 발명에서는 환자마다 다른 안구 구조와 안압의 상태에서도 정확도를 증가시킬 수 있는 적응형 신호처리 기술을 적용할 수 있다. 적응형 신호처리 기술은 시스템 확인(identification), 역모델링, 예측 및 간섭 제거 등 다양한 분야에 적용되는 기술로, 닫힌 루프를 통해서 출력 신호와 원하는 신호와의 오차를 최소화할 수 있도록 경우에 따라 변화하는 것을 말한다. 즉, 환자마다 다른 안구 구조, 그 중에서도 곡률에 따라 신호처리에서 사용되는 계수를 다르게 가져가도록 하는 것이다. 초음파를 송수신할 때, 환자마다 다른 안구 곡률에 따라서 수신되는 신호의 특성이 다르게 나타나는데, 적응적 신호 처리 기술을 적용함으로써 이로 인한 오류를 최소화할 수 있다.In addition, in the present invention, it is possible to apply an adaptive signal processing technology that can increase accuracy even in conditions of different eye structures and intraocular pressure for each patient. Adaptive signal processing technology is a technology applied to various fields such as system identification, inverse modeling, prediction, and interference cancellation. say that In other words, the coefficients used in signal processing are different for each patient according to different eye structures, especially curvatures. When transmitting and receiving ultrasound, the characteristics of a received signal appear differently according to different eye curvatures for each patient. By applying an adaptive signal processing technology, an error caused by this can be minimized.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 초음파를 에너지원으로 이용함으로써 실시간으로 정확한 안압 측정을 위한 탄성 정보를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 안구 영상도 얻을 수 있다.According to the present invention as described above, by using ultrasound as an energy source, not only elastic information for accurate intraocular pressure measurement in real time but also an eyeball image can be obtained.

또한, 본 발명에 의하면, 환자가 눈을 뜬 상태뿐만 아니라 눈을 감은 상태에서 눈꺼풀 위에 초음파 프로브를 접촉 혹은 비접촉시켜서 안압을 측정할 수 있기 때문에, 기존의 안압 측정 방식과는 달리 환자가 느끼는 통증 또는 불쾌감 등을 해소하고 긴장감 없이 편리하게 안압을 측정할 수 있다.In addition, according to the present invention, since the intraocular pressure can be measured by contacting or non-contacting the ultrasound probe on the eyelid in the state in which the patient's eyes are closed as well as in the state with the eyes open, unlike the conventional method for measuring intraocular pressure, pain or discomfort felt by the patient It relieves discomfort and can measure intraocular pressure conveniently without tension.

또한, 분할 빔 기술 혹은 분극 역전 기술을 적용한 초음파 변환자 및 특별히 설계된 신호 시퀀스를 이용하여 음향 방사력을 증진시키고 이를 기반으로 효율적인 탄성 정보를 획득할 수 있다. 또한 펄스압축기법은 신호 대 잡음비를 높일 수 있으며, 적응형 신호처리 기술은 환자마다 다른 안구 구조와 안압의 상태에서도 정확도를 증가시킬 수 있다. In addition, acoustic radiation power can be enhanced by using an ultrasonic transducer to which split beam technology or polarization reversal technology is applied and a specially designed signal sequence, and efficient elastic information can be obtained based on this. In addition, the pulse compression technique can increase the signal-to-noise ratio, and the adaptive signal processing technique can increase the accuracy even under different eye structures and conditions of intraocular pressure for each patient.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, which is only exemplary, those of ordinary skill in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

100: 안압 측정 장치 110: 초음파 변환기
111: 압전 소자 115: 송신 증폭기
120: 신호 발생기 125: 위상 조절기
130: 신호 처리기 135: 수신 증폭기
140: 디스플레이
100: tonometry device 110: ultrasound transducer
111: piezoelectric element 115: transmit amplifier
120: signal generator 125: phase adjuster
130: signal processor 135: receive amplifier
140: display

Claims (15)

초음파 음향 방사력을 이용한 안압 측정 장치에 있어서,
어레이 형태로 배열된 복수의 압전 소자를 포함하고 상기 복수의 압전 소자에 의해 발생한 초음파 신호를 안구에 송신 후 반사 신호를 수신하는 초음파 변환기;
상기 복수의 압전 소자의 위상을 조절하기 위한 입력 신호를 상기 복수의 압전 소자 각각에게 인가하는 신호 발생기; 및
초음파 변환기에 수신된 초음파 수신 신호를 분석하여 안구 표면의 탄성을 계측하는 신호 처리기를 포함하며,
상기 복수의 압전 소자는,
상기 신호 발생기로부터 서로 다른 제1 및 제2 위상 중 어느 한 위상의 입력 신호를 인가받고,
상기 초음파 변환기는,
상기 제1 및 제2 위상이 혼합된 혼합 위상의 입력 신호에 대응하여 상기 복수의 압전 소자로부터 다중 집속점(multi-focal point)의 초음파를 생성하는 안압 측정 장치.
In the intraocular pressure measuring device using ultrasonic acoustic radiation force,
an ultrasonic transducer including a plurality of piezoelectric elements arranged in an array form and transmitting an ultrasonic signal generated by the plurality of piezoelectric elements to the eyeball and then receiving a reflected signal;
a signal generator for applying an input signal for adjusting the phases of the plurality of piezoelectric elements to each of the plurality of piezoelectric elements; and
It includes a signal processor for measuring the elasticity of the ocular surface by analyzing the received ultrasonic signal received by the ultrasonic transducer,
The plurality of piezoelectric elements,
receiving an input signal of any one of the first and second phases different from each other from the signal generator;
The ultrasonic transducer is
An intraocular pressure measuring apparatus for generating multi-focal point ultrasound from the plurality of piezoelectric elements in response to an input signal of a mixed phase in which the first and second phases are mixed.
삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 복수의 압전 소자는 배열 위치에 따라 제1 및 제2 그룹으로 구분되며,
상기 신호 발생기는,
제1 위상의 입력 신호를 상기 제1 그룹의 압전 소자에게 각각 인가하고, 상기 제1 위상에서 반전된 제2 위상의 입력 신호를 상기 제2 그룹의 압전 소자에게 각각 인가하는 안압 측정 장치.
The method according to claim 1,
The plurality of piezoelectric elements are divided into first and second groups according to an arrangement position,
The signal generator is
An apparatus for measuring intraocular pressure for respectively applying an input signal of a first phase to the piezoelectric elements of the first group, and respectively applying an input signal of a second phase inverted from the first phase to the piezoelectric elements of the second group.
청구항 4에 있어서,
상기 복수의 압전 소자는,
상기 제1 그룹의 압전 소자와 상기 제2 그룹의 압전 소자가 서로 이웃하도록 번갈아 배열되는 안압 측정 장치.
5. The method according to claim 4,
The plurality of piezoelectric elements,
An intraocular pressure measuring device in which the piezoelectric elements of the first group and the piezoelectric elements of the second group are alternately arranged to be adjacent to each other.
청구항 1에 있어서,
상기 복수의 압전 소자 각각은,
서로 반대의 분극 방향을 가진 두 개의 압전 소자가 초음파 신호의 진행 방향에 따라 전후 접합된 구조이고,
상기 초음파 변환기는,
상기 복수의 압전 소자로부터 다중 주파수 성분을 가진 초음파를 생성하는 안압 측정 장치.
The method according to claim 1,
Each of the plurality of piezoelectric elements,
It has a structure in which two piezoelectric elements with opposite polarization directions are bonded back and forth according to the propagation direction of the ultrasonic signal,
The ultrasonic transducer is
An intraocular pressure measuring device for generating ultrasonic waves having multiple frequency components from the plurality of piezoelectric elements.
청구항 1에 있어서,
상기 압전 소자는,
단일 소재에 의한 벌크(bulk) 타입 또는 복합 소재에 의한 복합체(composite) 형태로 구현되는 안압 측정 장치.
The method according to claim 1,
The piezoelectric element is
An intraocular pressure measuring device implemented in the form of a bulk type using a single material or a composite type using a composite material.
청구항 1에 있어서,
상기 초음파 변환기는,
일면에 오목 렌즈를 구비하는 안압 측정 장치.
The method according to claim 1,
The ultrasonic transducer is
An intraocular pressure measuring device having a concave lens on one surface.
청구항 1에 있어서,
상기 초음파 변환기는,
피검자가 눈을 감은 상태일 때 눈꺼풀 표면 상에 접촉 또는 비접촉한 상태로 초음파 신호를 송수신하고, 눈을 뜬 상태일 때 안구 전방에 비접촉한 상태로 초음파 신호를 송수신하는 안압 측정 장치.
The method according to claim 1,
The ultrasonic transducer is
An intraocular pressure measuring device that transmits and receives ultrasound signals in a state of contact or non-contact on the eyelid surface when the subject's eyes are closed, and transmits and receives ultrasound signals in a state of non-contact in front of the eyeball when the subject's eyes are open.
청구항 1에 있어서,
상기 신호 처리기는,
상기 안구 표면의 탄성에 대응하는 안압의 크기 또는 안압의 정상 여부를 출력하는 안압 측정 장치.
The method according to claim 1,
The signal processor is
An intraocular pressure measuring device for outputting a level of intraocular pressure corresponding to the elasticity of the eyeball surface or whether the intraocular pressure is normal.
청구항 10에 있어서,
상기 신호 처리기는,
상기 초음파 수신 신호로부터 상기 안구 표면의 이동량을 측정하고, 상기 안구 표면의 이동량에 대응하는 안구 표면의 탄성 계수를 계산하는 안압 측정 장치.
11. The method of claim 10,
The signal processor is
An intraocular pressure measuring apparatus for measuring a movement amount of the eyeball surface from the ultrasonic reception signal and calculating an elastic modulus of the eyeball surface corresponding to the movement amount of the eyeball surface.
청구항 1에 있어서,
상기 신호 발생기는,
매질의 이동량 측정을 위한 시작점이 되는 기준 신호(reference signal)를 인가하는 제1 구동 모드, 매질을 흔들어주기 위한 푸싱 신호(pushing signal)를 인가하는 제2 구동 모드, 그리고 푸싱 신호 인가 직후 상기 제1 구동 모드와 동일한 신호 타입을 가진 검출용 신호(detection signal)를 인가하는 제3 구동 모드를 순차적으로 구동시키는 안압 측정 장치.
The method according to claim 1,
The signal generator is
A first driving mode for applying a reference signal serving as a starting point for measuring the amount of movement of the medium, a second driving mode for applying a pushing signal for shaking the medium, and the first driving mode immediately after the pushing signal is applied An intraocular pressure measuring device for sequentially driving a third driving mode for applying a detection signal having the same signal type as the driving mode.
청구항 12에 있어서,
상기 신호 처리기는,
상기 기준 신호 인가 시 획득된 제1 초음파 수신 신호 대비 상기 검출용 신호 인가 시에 획득한 제2 초음파 수신 신호를 비교하여, 상기 안구 표면의 이동량을 측정하고 상기 이동량에 대응하는 탄성을 계산하는 안압 측정 장치.
13. The method of claim 12,
The signal processor is
Intraocular pressure measurement for measuring the movement amount of the ocular surface and calculating elasticity corresponding to the movement amount by comparing the first ultrasound reception signal obtained when the reference signal is applied with the second ultrasound reception signal obtained when the detection signal is applied Device.
청구항 12에 있어서,
상기 제1 및 제3 구동 모드는,
상기 복수의 압전 소자에게 동일 위상의 입력 신호를 인가하는 동일 위상 모드이고,
상기 제2 구동 모드는,
제1 위상의 입력 신호과 그의 반전 위상인 제2 위상의 입력 신호를 각각 제1 그룹의 압전 소자와 제2 그룹의 압전 소자에게 인가하는 혼합 위상 모드인 안압 측정 장치.
13. The method of claim 12,
The first and third driving modes are
It is the same phase mode for applying the input signal of the same phase to the plurality of piezoelectric elements,
The second driving mode is
An intraocular pressure measuring apparatus in a mixed phase mode in which an input signal of a first phase and an input signal of a second phase that is an inverted phase thereof are applied to a piezoelectric element of a first group and a piezoelectric element of a second group, respectively.
청구항 12에 있어서,
상기 제1 내지 제3 구동 모드는,
모두 상기 복수의 압전 소자에게 동일 위상의 입력 신호를 인가하는 동일 위상 모드인 안압 측정 장치.
13. The method of claim 12,
The first to third driving modes are
An intraocular pressure measuring apparatus in which all of the input signals of the same phase are applied to the plurality of piezoelectric elements in the same phase mode.
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