KR102470241B1 - 백내장 진단을 위한 초음파 검사 장치 - Google Patents

백내장 진단을 위한 초음파 검사 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 백내장 진단을 위한 초음파 검사 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 안구의 곡면과 대응하여 표면이 오목한 형상을 가지며 안구 밀착 시에 안구 모양에 따라 휨 변형 가능한 유연한 재질로 형성된 압전 소자를 포함하며, 상기 압전 소자에 의해 발생한 초음파 신호를 안구로 송신 후 반사 신호를 수신하는 초음파 변환자, 및 상기 반사 신호를 분석하여 안구 내측 타겟인 수정체의 상태를 검출하는 신호 처리기를 포함하는 초음파 검사 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 안구에 조사된 초음파 에너지를 이용하여 수정체의 혼탁 정도나 경화 정도를 측정하여 제공함으로써 백내장의 조기 진단을 가능하게 하며, 기존의 검사 방법과 달리 안구 내 약물 주입과 현미경 관측 과정이 불필요하므로 검사 및 진단 과정이 간편한 장점이 있다.

Description

백내장 진단을 위한 초음파 검사 장치{Ultrasound testing apparatus for cataract diagnosis}
본 발명은 백내장 진단을 위한 초음파 검사 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안구에 조사된 초음파 에너지를 이용하여 안구 내부의 수정체의 상태를 정밀하게 측정할 수 있는 백내장 진단을 위한 초음파 검사 장치에 관한 것이다.
최근 고령화 및 스마트폰 등 전자 기기들을 접하는 시간과 자외선에 노출되는 시간의 증가로 인해 수정체가 혼탁해져 사물이 정확히 보이지 않고 시력이 저하되는 백내장 환자가 급속히 증가하고 있다. 따라서, 이러한 백내장을 신속하고 효율적으로 진단할 수 있는 의료기기의 수요가 크게 증가하고 있다.
백내장은 진행 상태가 초기부터 미성숙, 성숙, 과숙 단계로 구분되며, 최적의 백내장 치료 방침을 결정하기 위해서는 각 단계들을 조기에 정확히 구별할 수 있는 의료 기기가 필요하다.
현재 백내장 정밀 진단은 특수 약물을 눈 안에 넣고 동공을 확장시킨 뒤 광학 현미경을 사용해서 관찰하는 방법을 주로 사용하고 있으며, 진단 과정에 수 시간이 소요되고, 해당 약물로 인해 진단을 받는 동안과 진단 이후 수 일 동안 환자에게 많은 불편함을 초래하고 있다.
따라서, 약물 주입을 동반하지 않고 복잡한 진단 과정이 필요 없는 초음파 에너지를 이용한 백내장 검사 기법이 요구된다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국등록특허 제10-1609480호(2016.04.05 공고)에 개시되어 있다.
본 발명은 안구에 조사된 초음파 에너지를 이용하여 안구 내부의 수정체의 상태를 측정하여 백내장의 조기 정밀 진단이 가능하도록 하는 백내장 진단을 위한 초음파 검사 장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 안구의 곡면과 대응하여 표면이 오목한 형상을 가지며 안구 밀착 시에 안구 모양에 따라 휨 변형 가능한 유연한 재질로 형성된 압전 소자를 포함하며, 상기 압전 소자에 의해 발생한 초음파 신호를 안구로 송신 후 반사 신호를 수신하는 초음파 변환자, 및 상기 반사 신호를 분석하여 안구 내측 타겟인 수정체의 상태를 검출하는 신호 처리기를 포함하는 초음파 검사 장치를 제공한다.
또한, 상기 초음파 변환자는, 단일의 압전 소자로 구성된 단일 소자 변환자(Single element transducer), 분할된 복수의 압전 소자로 구성된 배열형 변환자(Array transducer), 환형 변환자(Annular transducer) 중 어느 하나의 타입으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 압전 소자는, 단일 소재에 의한 벌크(Bulk) 타입 또는 복합 소재에 의한 복합체(Composite) 형태로 구현될 수 있다.
또한, 상기 초음파 변환자는, 상기 압전 소자의 후방에 장착되어 상기 압전 소자의 형태를 지지하고 휨 변형 시 원형 복원력을 제공하도록 형상 기억 소재 또는 유연성 있는 소재로 형성된 지지대를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 지지대는, 형상 기억 합금, 유연성 있는 금속 재질, 유연성 있는 비전도성 재질 중 어느 하나의 재질로 구성될 수 있다.
또한, 상기 지지대는, 상기 초음파 변환자가 배열형 변환자인 경우 단일 소자 타입 또는 배열 소자 타입으로 구현되고, 외부 입력 신호를 인가받아 상기 압전 소자로 전달하되, 상기 단일 소자 타입으로 구현된 경우 단일의 입력 신호를 인가받아 단일 또는 복수의 압전 소자로 전달하고, 상기 배열 소자 타입으로 구현된 경우 복수의 입력 신호를 개별 인가받아 복수의 압전 소자로 개별 전달할 수 있다.
또한, 상기 초음파 변환자는, 상기 압전 소자의 전면 및 후면에 각각 형성되는 정합층 및 후면층을 더 포함하고, 상기 압전 소자, 상기 정합층 및 상기 후면층은, 복합 소재에 의한 복합체(composite)로 구성될 수 있다.
또한, 상기 압전 소자는, 상기 안구의 각막 부분을 커버하는 제1 타입 또는 상기 각막과 주변부를 커버하는 제2 타입으로 제작되되, 상기 제2 타입의 경우 안구의 형상에 대응하도록 각막 부분의 곡률이 상기 주변부의 곡률 보다 크도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 압전 소자는, 역전층과 비역전층의 비율 조절 및 음향 임피던스 조절이 가능한 분극 역전 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 초음파 검사 장치는, 상기 압전 소자의 위상을 조절하기 위한 입력 신호를 생성하는 신호 발생기를 더 포함하며, 상기 초음파 변환자는, 분할된 복수의 압전 소자로 구성된 배열형 변환자 타입으로 구현되며, 상기 복수의 압전 소자 중에서 배열 위치에 따라 기 구분된 제1 그룹의 압전 소자와 제2 그룹의 압전 소자에 서로 동일 위상의 입력 신호 및 반전 위상의 입력 신호를 상기 신호 발생기로부터 연속으로 인가받아 단일 초점 및 분할 초점을 발생시킬 수 있다.
또한, 상기 초음파 변환자는, 분할된 복수의 압전 소자로 구성된 배열형 변환자 타입으로 구현되며, 시간 반전(Time reversal) 기법에 따라 상기 반사 신호에 대한 시간 반전 처리된 신호를 상기 안구에 재 집속시키고, 상기 신호 처리기는, 상기 재 집속 후 반사된 신호를 분석하여 수정체의 상태를 검출할 수 있다.
또한, 상기 신호 처리기는, 상기 반사 신호로부터 측정된 초음파 음향 파라미터를 기초로 상기 수정체의 혼탁 정도 및 경화 정도 중 적어도 하나를 검출할 수 있다.
또한, 상기 신호 처리기는, 상기 반사 신호로부터 상기 수정체 표면의 이동량을 측정하여 상기 이동량에 대응하는 탄성 계수를 측정하고, 상기 탄성 계수를 이용하여 상기 수정체의 경화 정도를 검출할 수 있다.
또한, 상기 초음파 검사 장치는, 상기 압전 소자의 위상을 조절하기 위한 입력 신호를 생성하는 신호 발생기를 더 포함하며, 상기 초음파 변환자는, 분할된 복수의 압전 소자로 구성된 배열형 변환자 타입으로 구현되며, 상기 신호 발생기는, 기준선을 잡아주기 위한 기준 신호(Reference signal)를 인가하는 제1 구동 모드, 타겟을 흔들어주기 위한 푸싱 신호(Pushing signal)를 인가하는 제2 구동 모드, 그리고 푸싱 신호 인가 직후 상기 제1 구동 모드와 동일한 신호 타입을 가진 검출 신호(Detection signal)를 인가하는 제3 구동 모드를 순차적으로 연속 발생시킬 수 있다.
또한, 상기 신호 처리기는, 상기 기준 신호 인가 시 획득한 제1 반사 신호 대비 상기 검출 신호 인가 시 획득한 제2 반사 신호를 비교하여 상기 푸싱 신호에 따른 흔들림에 의한 상기 타겟의 이동량을 측정하고, 상기 이동량에 대응하는 탄성 정보를 산출할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제3 구동 모드는, 상기 복수의 압전 소자에 동일 위상의 입력 신호를 인가하는 동일 위상 모드이고, 상기 제2 구동 모드는, 제1 위상의 입력 신호와 그의 반전 위상인 제2 위상의 입력 신호를 각각 제1 그룹의 압전 소자와 제2 그룹의 압전 소자에게 인가하는 혼합 위상 모드일 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제3 구동 모드는, 모두 상기 복수의 압전 소자에게 동일 위상의 입력 신호를 인가하는 동일 위상 모드일 수 있다.
또한, 상기 신호 처리기는, 상기 입력 신호에 따른 반사 신호를 분석하여 B-모드(B-mode) 초음파 영상 및 탄성 영상 중 적어도 하나를 획득하고, 상기 획득한 영상을 분석하여 상기 수정체의 상태를 검출하고, 상기 초음파 검사 장치는, 상기 신호 처리기로부터 획득한 B-모드(B-mode) 초음파 영상과 탄성 영상을 정합하여 실시간 출력하는 디스플레이를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 안구에 조사된 초음파 에너지를 이용하여 수정체의 혼탁 정도나 경화 정도를 측정하여 제공함으로써 백내장의 조기 진단을 가능하게 함은 물론 기존의 검사 방법과 달리 안구 내 약물 주입과 현미경 관측이 불필요하여 검사 및 진단이 편리하고 용이한 장점을 갖는다.
또한, 본 발명의 경우, 초음파 변환자의 접촉 면을 안구의 외형이나 크기에 따라 변형 가능하도록 유연성 있게 구현하여 환자 별로 최적화된 초음파 에너지를 송수신할 수 있고 형상 기억 지지대를 기반으로 사용 후 원형 복구가 가능하므로 횟수에 상관없이 사용이 가능하다.
더욱이, 본 발명의 장치를 이용하면 고강도 집속 초음파를 발생시켜 경화된 수정체를 파쇄시킬 수 있기 때문에 백내장 진단 뿐만 아니라 치료 도구로 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 검사 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 적용 가능한 초음파 변환자의 구조를 설명한 도면이다.
도 3은 도 2의 변형 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 적용 가능한 지지대의 타입을 설명한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 분극 역전 압전 소자 및 분할 초점 압전 소자 구조의 초음파 변환자의 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 도 5에 도시한 분극 역전 구조의 압전 소자를 통한 다중 주파수 송수신 원리를 설명한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에서 탄성 정보 획득을 위해 초음파 변환자에 인가하는 신호 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에서 배열형 변환자에 대해 시간 지연을 통한 왜곡 보상 기법을 적용한 원리를 설명한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 배열형 초음파 변환자를 이용한 초음파 시스템을 구체적으로 도시한 도면이다.
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. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 검사 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 검사 장치(100)는 초음파 변환자(110) 및 신호 처리기(130)를 포함하며, 신호 발생기(120), 송신 증폭기(123), 수신 증폭기(131), 디스플레이(140)를 더 포함할 수 있다.
초음파 변환자(110)(초음파 변환기)는 압전 소자(111)를 포함하여 구성되고, 압전 소자(111)에 의해 발생한 초음파 신호를 안구로 송신 후 반사 신호를 수신하여 신호 처리기(130)로 전달한다.
신호 발생기(120)는 압전 소자(111)의 위상을 조절하기 위한 입력 신호를 생성하여 초음파 변환자(110)로 제공한다. 신호 발생기(120)는 입력 신호를 생성 후 제1 송신 증폭기(123)를 통해 증폭시켜 압전 소자(111)에 인가한다.
초음파 변환자(110)는 압전 소자(111)에 의해 발생한 초음파 신호를 안구에 송신 후 반사 신호를 수신한다. 초음파 변환기(110)에 수신된 반사 신호는 수신 증폭기(131)를 통해 증폭 처리된 후 신호 처리기(130)로 전달된다.
신호 처리기(130)는 반사 신호를 분석하여 안구 내측 타겟인 수정체의 상태를 검출한다. 신호 처리기(130)는 초음파 변환자(110)로부터 전달받은 초음파 수신 신호를 분석하여 수정체의 혼탁 정도, 경화 정도 등을 계측한다. 물론, 초음파 수신 신호를 분석하여 영상을 획득하고 이를 디스플레이(140)를 통해 출력할 수 있다. 여기서, 초음파 신호로부터 영상을 획득하는 것은 기 공지된 기법에 해당하므로 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예에서, 압전 소자(111)는 안구의 곡면과 대응하여 표면이 오목한 형상을 가지는데, 이를 통해 안구 내부로의 초음파 침투 효율을 높인다.
초음파 변환자의 송신 에너지가 안구 내부로 최대한 많이 침투하기 위해서는 초음파 변환자의 구경(Aperture)과 안구의 외형 간에 발생하는 공간을 최소화하는 것이 중요하다. 대부분의 초음파 변환자의 구경 모양은 평면 형상이거나 볼록한 형태를 가지며 이는 구 형상의 안구 모양을 고려하면 바람직하지 못하다.
하지만, 본 실시예의 경우 초음파 변환자(110)의 구경 형상을 도 1과 같이 오목한 형태로 구성함으로써, 초음파 변환자와 안구 표면 사이의 공간을 최소화하고 초음파 전달 효율을 높인다.
또한, 사람 마다 안구의 형태가 다르기 때문에, 초음파 변환자(110)의 구경은 고정된 형태가 아닌 유연한 특성을 갖는 것이 중요하다.
이를 위해, 압전 소자(111)는 안구에 밀착 시에 안구 모양에 따라 휨 변형 가능하도록 유연한 재질로 형성된다. 이때, 안구란 실제 안구 표면 뿐만 아니라 눈 감은 상태의 눈꺼풀 윗 부분을 포괄하는 의미를 가질 수 있다.
이때, 유연한 소재로는 유연성이 확보된 PVDF 폴리머 등의 압전 재료가 사용될 수 있다. 여기서, 압전 소자(111)는 단일 소재(단일 압전 재료)에 의한 벌크(Bulk) 타입으로 구현될 수도 있고, 복합 소재에 의한 복합체 형태로 구현될 수 있다.
예를 들어 벌크 타입의 경우 PVDF 폴리머 소재 만으로 구성될 수 있고, 복합체 형태는 주로 압전 소재(예: PVDF 폴리머)와 에폭시의 혼합으로 이루어져 있으며 일반적으로 2-2 및 1-3의 형태를 가진다. 이때, 벌크 타입보다는 복합체 형태로 구현될 경우에 압전 소자(111)의 유연성을 더욱 확보할 수 있다.
압전 소자(111)의 전면과 후면에는 정합층(112) 및 후면층(113)이 각각 형성될 수 있다. 정합층(112)은 초음파의 음향 임피던스를 타겟에 매칭시키기 위한 용도이고 후면층(113)은 후방으로 방사된 초음파를 흡수(흡음)하는 용도로 사용된다. 이러한 정합층(112) 및 후면층(113)은 필요에 따라 선택적으로 부가 가능한 요소에 해당한다.
정합층(112)과 후면층(113)은 사용된 압전 소자(111)와 유사 또는 동일 재질로 구현될 수 있다.
초음파 변환자(110)는 단일의 압전 소자로 구성된 단일 소자 변환자(Single element transducer), 분할된 복수의 압전 소자로 구성된 배열형 변환자(Array transducer), 그리고 환형 변환자(Annular transducer) 중 어느 하나의 타입으로 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 적용 가능한 초음파 변환자의 구조를 설명한 도면이다.
도 2의 (a)는 단일의 압전 소자(111-1)로 구성된 단일 소자 변환자(110-1) 타입으로, 이 경우 압전 소자(111-1)는 단일 소재(예: PVDF)에 의한 벌크 타입으로 구성될 수 있다.
이와 같이, 초음파 변환자(110)가 단일 소자 변환자 타입으로 구현된 경우, 초음파 에너지를 최대로 송신 하고 음향 임피던스 차이를 줄이기 위한 정합층(112-1) 및 후면으로 전달되는 초음파의 잔향을 조절해주는 후면층(113-1) 또한 벌크 타입으로 구성되게 된다.
다음, 도 2의 (b)는 분할된 복수의 압전 소자(111-2)로 구성된 배열형 변환자(110-2) 타입으로서, 복수의 압전 소자(111-2)는 압전 재료와 에폭시의 혼합에 의한 복합체 형태로 구성될 수 있다.
이때, 복수의 압전 소자(111-2)는 단일한 압전 소자(물질)을 레이저 등을 통하여 다수 개로 분할 가공하는 것을 통해 쉽게 획득될 수 있으며 이렇게 분할된 소자 간에는 치폭(Kerf)이 형성되게 된다. 치폭은 당 분야에서 공지된 것에 해당한다.
또한, 분할된 복수의 압전 소자(111-2)는 유연성을 가진 복합체(예: 압전 물질과 에폭시의 혼합) 소재로 구현되고, 소자(111-2) 간 치폭에 사용되는 물질로 에폭시, 고무, 실리콘(RTV) 등과 같은 복원력이 우수한 물질을 사용함으로써, 압전 소자(111-2)의 유연성을 더욱 극대화할 수 있다. 즉 배열형 타입의 경우 초음파 변환자의 구경을 눈꺼풀에 대고 적당히 힘을 가하면 유연한 성질에 의해 압전 소자(111-2) 간 치폭이 안구 굴곡에 맞게 유연하게 벌어지면서 변환자 구경이 더욱 완벽하게 밀착될 수 있다.
따라서, 유연성을 위해서는 벌크 타입의 압전 소자를 포함한 도 2의 (a) 형태 보다는 도 2의 (b) 형태가 더욱 바람직하다.
이러한 도 2의 (b)의 구조에 따르면. 피검자마다 다양한 모양 및 사이즈를 갖는 안구 모양에 최적화되어 눈에 밀착될 수 있다.
이러한 도 2의 (b)의 경우 역시 압전 소자(111-2)의 전면과 후면에 정합층(112-2) 및 후면층(113-2)이 형성되어 있고 압전 소자(111-2)의 형태와 같이 배열(array) 소자 타입으로 구성되어 각 정합층(112-2)과 후면층(113-2)을 구성한 각 엘리먼트 간에도 치폭을 갖게 된다.
유연성을 극대화하기 위하여 정합층(112-2) 및 후면층(113-2)도 압전 소자(111-2)와 동일하게 복합체 형태로 구성될 수 있다. 물론, 초음파 변환자(110)가 진단이 아닌 치료용으로 사용될 경우 정합층(112)과 후면층(113)은 응용 분야에 따라 선택적으로 적용 가능한 부분이다.
상술한 바와 같이, 복합체 구조의 음향 스택을 선택함으로써 압전 소자의 유연성을 확보할 수 있으나, 복합체 자체가 외부의 충격 혹은 최소한의 외부 압력에 의해서 쉽게 파손될 수 있기 때문에, 내구성과 유연성을 동시에 확보할 수 있는 추가적인 수단이 요구된다.
이를 위해, 도 2의 (c)와 같이, 초음파 변환자(110)는 압전 소자(111)의 후방에 장착 또는 부착되는 지지대(115)를 추가로 포함할 수 있다.
지지대(115)는 압전 소자(111)의 후방에 장착되어 압전 소자(111)의 형태(형상)를 지지함과 아울러 압전 소자(111)의 휨 변형 시 원형 복원력을 제공하도록 형상 기억 소재나 유연성 있는 전도성 또는 비전도성 소재로 형성된다. 여기서, 형상 기억 소재의 경우 일정 온도 이상에서 원형 복구되는 특성을 가진다. 따라서 형상 기억 소재로 구현된 경우 실제 압전 소자(111)의 형상과 같이 약간 오목한 형상을 원형으로 기억하고 있는 것이 바람직하다.
지지대(115)는 형태를 기억할 수 있는 물질로 구성되며 형상 기억 합금을 사용할 경우에는 전도성이 있을 수 있지만 유연한 비전도성 물질도 사용 가능하다. 특히, 형상 기억 합금을 사용하면 구경을 변형시켜 진단을 마친 다음, 특정 온도에서 다시 원형으로 복구시키는 것이 가능하기 때문에 여러 번 재활용해서 사용 할 수 있다는 장점이 있다. 형상기억합금이 아닌 소재가 사용되더라도 형태 복원력이 우수한 유연성 있는 소재라면 새로운 안구마다 적응형으로 변형 가능하다.
일반적으로 안질환 진단용 초음파 변환자는 주파수가 높고 구경 크기가 안구 사이즈보다 작아서 안구를 커버하지 못한다. 하지만, 제안한 초음파 변환자(110)의 경우 실제 사용시 눈꺼풀 위에 접촉시킨 후 약간의 힘을 가하면 유연한 특성에 의해 휨 변형되면서 초음파 변환자(110)와 각막 및 수정체가 위치한 안구 외형 간의 밀착이 가능하다. 또한 검사 완료 후 형상 기억 지지대(115)의 형태 복원력에 의해 원래의 형태로 복원 가능하다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는 형상 기억 지지대(115)를 음향 스택에 부착한 구조를 사용하고, 이를 통하여 초음파 변환자(110)의 내구성과 유연성을 동시에 확보할 수 있다.
도 2에 도시된 압전 소자(111)는 안구의 각막과 그 주변부(둘레)를 커버하는 타입에 해당한다. 여기서 안구의 다른 부분에 비해 상대적으로 많이 돌출된 각막 및 수정체로 인해 전형적인 오목한 형태의 도 2의 (a)와 같은 구경의 경우 오차가 발생 할 수 밖에 없다.
도 2의 (a)와 달리 (b)는 실제 안구 형상에 대응하도록 각막 부분의 곡률이 주변부의 곡률 보다 크도록 형성된 것으로, 이를 통해 최적의 진단 효과를 얻을 수 있다. 여기서 도 2의 (a)의 단일 소자 변환자 타입도 각막 부분의 곡률을 더 부가하여 제작 가능하다.
물론 본 실시예의 경우 초음파 변환기(110) 내의 압전 소자(111)의 표면(초음파가 송수신되는 표면)이 오목한 형태로 가공 또는 형성되어 있으므로 초음파의 집속 능력이 높다. 여기서 초음파 변환기(110)는 압전 소자들의 표면 집속 능력을 향상시키기 위하여 전면 부분에 렌즈를 더 구비할 수 있다.
도 3은 도 2의 변형 예를 나타낸 도면이다. 도 2 및 도 3과 같이 본 발명의 실시예에서 초음파 변환자(110)를 위한 압전 소자(111)는 안구의 각막과 주변부를 함께 커버하는 타입 뿐만 아니라, 안구의 각막 부분만을 커버하는 타입으로도 제작이 가능하다. 물론, 도 3의 경우, 더 자세하게는 각막 일부만 각막 및 수정체를 전부 커버하지 않고 각막 및 수정체보다 작은 사이즈를 가져서 수정체 일부의 정보로도 진단 및 치료를 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 적용 가능한 지지대의 타입을 설명한 도면이다.
도 4의 (a)는 배열형 변환자에 대해, 단일 소자 타입의 지지대(115-1)를 장착한 경우이고, (b)는 배열(어레이) 소자 타입의 지지대(155-2)를 장착한 경우이다.
단일 소자형 지지대(115-1)의 경우 벌크 형태로 제작될 수 있고, 배열 소자형 지지대(115-2)의 경우 압전 소자(111-2)의 구조와 대응된 어레이 형태로 형성되어 어레이 배열된 각 엘리먼트 간에 치폭을 가질 수 있다. 배열형 지지대(115-2)도 복합체 구조로 제조하여 음향 스택의 각각의 소자들을 독립적으로 동작시킬 수 있다.
여기서 지지대(115)는 신호 발생기(120)로부터 외부 입력 신호를 인가 받아서 압전 소자(111)로 전달할 수 있어야 한다. 물론 이를 위하여 지지대(115)는 회로 배선과 같은 신호 라인이 내장될 수 있다. 지지대(115)가 전도성이 있을 경우 변환자를 구동 시킬 수 있는 입력 신호 라인을 바로 지지대에 연결 가능하고 비전도성일 경우에는 지지대에 구멍을 내거나 우회로 돌아가서 입력 신호 라인을 음향 스택에 연결 시킬 수 있다.
이때, 도 4의 (a)와 같은 단일 소자 타입의 지지대(115-1)의 경우 단일의 입력 신호를 인가받아 단일 또는 복수의 압전 소자로 일괄 전달하고, 배열 소자 타입의 지지대(115-2)의 경우 복수의 입력 신호를 외부로부터 개별 인가받아 복수의 압전 소자로 개별 전달할 수 있다.
따라서, 도 4의 (a)와 같은 벌크형 지지대(115-1)를 통해서는 동일 입력 신호(동일 위상의 입력 신호)가 복수의 압전 소자(111-2)로 전달되고, (b)와 같은 배열형 지지대(115-2)를 통해서는 복수의 입력 신호가 개별 엘리먼트를 통하여 그와 마주한 복수의 압전 소자(111-2)로 개별 전달될 수 있다.
이때, 복수의 입력 신호란 동일 위상의 신호 또는 서로 다른 위상의 신호에 해당할 수 있다. 예를 들어, 복수의 압전 소자(111-2)를 두 그룹으로 분할하여 두 그룹의 압전 소자에 대해 서로 반전된 위상의 입력 신호를 인가할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 초음파 변환자 구조는 도 1 내지 도 4처럼 일반적인 단일 층 압전소자로 구성될 수 있지만, 도 5에 도시된 분극 역전 압전소자 또는 분할 초점 압전 소자의 구조로 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 분극 역전 압전 소자 및 분할 초점 압전 소자 구조의 초음파 변환자의 구조를 도시한 도면이다. 또한, 도 6은 도 5에 도시한 분극 역전 구조의 압전 소자를 통한 다중 주파수 송수신 원리를 설명한 도면이다.
도 5의 (a)는 분극 역전 구조를 채용한 압전 소자로서, 자세한 원리는 도 6에 나타낸 것과 같다. 도 6에 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 압전 소자로부터 다중 주파수 성분이 발생하여 조직 표면에 집속된다.
즉, 도 6에서와 같이 분극 역전 기술을 적용시키면, 다중 주파수 성분이 동시에 정확하게 조직의 한 점에 도달할 수 있다. 특히, 분극 역전 압전 소자를 사용할 경우, 압전 소자의 역전층과 비역전층의 비율 조절 및 벌크 구조와 복합체 구조의 선택적 결합에 의한 음향 임피던스 조절에 의해 초음파 주파수 응답이 다중 주파수 특성 또는 광대역 특성을 가질 수 있고, 이를 이용하여 다중 주파수 성분을 획득 후 주파수에 따른 타겟의 특성 변화를 관찰할 수 있다.
일례로, 분극역전 기술을 이용한 고조파 영상 기법(Harmonic imaging)을 적용 시킬 경우 고주파수 초음파 영상 신호(2f0) 를 기본 주파수 성분(f0)과 효율적으로 분리 시켜 영상의 해상도를 증가 시킬 수 있으며, 분극역전 기술을 이용한 탄성 영상 획득시, 저주파수 초음파로 푸싱하고 고주파수 초음파로 검출 할 수 있기 때문에 해상도를 증가 시킬 수 있다. 해당 기술을 백내장 치료에 적용 시킬 경우에는 다중 주파수 성분을 가진 고강도 집속 초음파를 발생시켜 수정체를 파쇄할수 있으므로 치료 효과를 증대 시킬 수 있다.
그리고, 도 5의 (b)는 분할 초점 기반의 기술로 이를 위해 초음파 변환자는 복수의 압전 소자(111-2)로 구성된 배열형 변환자 타입을 갖는다. 여기서 복수의 압전 소자(111-2)는 두 개의 그룹으로 구분된다.
도 5의 (b)에는 제1 그룹에는 위상 0도의 신호가 인가되고 제2 그룹에는 그와 반대되는 위상 180도 신호가 인가되는 모습을 예시한 것으로 이 경우 분할 초점이 발생된다. 여기서 압전 소자의 그룹은 배열 위치 등에 따라 구분될 수 있다.
여기서, 도 5의 (b)에 나타낸 초음파 변환자(110-2)는 제1 그룹의 압전 소자와 제2 그룹의 압전 소자에 서로 동일 위상의 입력 신호 및 반전 위상의 입력 신호를 신호 발생기(120)로부터 연속으로 인가받아 단일 초점 및 분할 초점을 순차로 발생시킬 수 있게 된다.
물론, 이를 위해, 신호 발생기(120)는 압전 소자의 위상을 조절하기 위한 입력 신호를 생성한다. 구체적으로, 신호 발생기(120)는 두 그룹의 압전 소자에 대해 모두 동일 위상의 입력 신호를 인가함으로써 단일 집속점(단일 초점)의 초음파를 만들 수 있고, 상술한 것과 같이 두 그룹의 압전 소자에 대해 서로 반전된 위상의 입력 신호를 인가함으로써 다중 집속점(분할 초점)의 초음파를 만들 수 있다. 여기서, 동일 위상에 의한 단일 초점 형태 및 반전 위상에 의한 분할 초점 형태는 후술하는 도 7의 (b) 및 (c)를 통해서도 확인할 수 있다.
도 7과 같은 분할초점 기반의 기술은 동일 위상에서는 단일 초점이, 반전위상에서는 분할초점이 생성되는 특성을 제공하므로 이러한 점을 이용할 경우 초음파 영상(예: 탄성 영상)을 효율적으로 획득할 수 있다.
신호 처리기(130)는 반사 신호로부터 측정된 초음파 음향 파라미터를 기초로 수정체의 혼탁 정도 및 경화 정도 중 적어도 하나를 검출한다. 수정체 혼탁한 정도 및 경화(탄성) 정도는 백내장 진단을 위한 데이터(지표)로 활용된다. 초음파 음향 파라미터는 초음파 음향 속도, 탄성 계수, 대조도(contrast) 등을 포함할 수 있다.
신호 처리기(130)는 음향 파라미터들 중에서 수정체 내 초음파의 진행 속도, 기본 및 고조파 B-mode(Brightness mode) 영상을 통해서 수정체의 상태를 검출해낼 수 있다. 또한, 신호 처리기(130)는 음향 파라미터들 중 수정체의 탄성 정도를 나타내는 신호(탄성 계수) 혹은 영상(탄성 영상)을 통해서 수정체의 상태를 검출해낼 수 있다.
신호 처리기(130)는 반사 신호로부터 수정체 표면의 이동량을 측정하여 이동량에 대응하는 탄성 계수를 측정하고 탄성 계수를 이용하여 수정체의 경화 정도를 검출한다.
여기서, 신호 처리기(130)는 수정체의 탄성 정도 측정 시에 압전 소자 분극역전 기술을 적용할 경우 탄성 영상의 해상도 증대를 위해 저주파수 초음파로 푸싱하고 고주파수 초음파로 검출할 수 있다.
또한, 신호 처리기(130)는 탄성 정도 측정 시에 도 5의 (b)와 같은 분할초점 기술을 적용할 경우, 푸싱빔과 검출빔을 모두 동일위상의 신호를 사용하거나, 도 7과 같이 푸싱빔은 반전위상, 검출빔은 동일위상을 사용해서 검출 신호의 왜곡을 줄일 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에서 탄성 정보 획득을 위해 초음파 변환자에 인가하는 신호 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 7과 같이, 수정체 타겟의 탄성 정보를 획득하기 위하여 기준선을 잡아주기 위한 동일 위상 기준 신호(이하, 기준 신호), 혼합 위상 푸싱 신호(이하, 푸싱 신호), 동일 위상 검출 신호(이하, 검출 신호)가 압전 소자(111)에 순차적으로 인가된다.
이를 위해, 신호 발생기(120)는 타겟의 이동량(변위) 측정을 위한 기준선을 잡아주기 위한 기준 신호(Reference signal)를 인가하는 제1 구동 모드, 타겟을 흔들어주기 위한 푸싱 신호(Pushing signal)를 인가하는 제2 구동 모드, 그리고 푸싱 신호 인가 직후 상기 제1 구동 모드와 동일한 신호 타입을 가진 검출 신호(Detection signal)를 인가하는 제3 구동 모드를 순차적으로 연속 발생시킬 수 있다.
여기서, 기준 신호는 기준이 되는 초음파 수신 신호의 영상을 얻기 위한 것이고, 푸싱 신호는 타겟의 표면에 스트레스를 인가(즉, 초음파 펄스를 길게하여 타겟을 흔들어 줌)하여 변위를 유도하기 위한 것이며, 검출 신호는 푸싱 신호 인가 직후에 복귀하는 동안의 조직의 변화(시간에 따른 이동량, 즉 흔들림 감지)를 초음파 수신 신호의 영상에서 검출하기 위한 것이다.
따라서, 초음파 변환자(110)는 제1, 제2, 제3 구동 모드에 따라 초음파 신호를 송신하고 그에 대한 반사 신호를 각 모드에 대해 수신한다. 그러면, 신호 처리기(130)는 기준 신호 인가 시 획득한 제1 반사 신호 대비 검출 신호 인가 시 획득한 제2 반사 신호를 비교하여 푸싱 신호에 따른 흔들림에 의한 타겟의 이동량을 측정하고, 측정된 이동량에 대응하는 탄성 정도를 산출할 수 있다.
도 7의 경우, 기준 신호 및 검출 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 경우이며, 이를 통하여 ARFI(acoustic radiation force impulse) 탄성 영상을 획득할 수 있다.
즉, 동일 위상의 신호를 송수신해서 기준 신호로 잡고, 혼합 위상의 푸싱 신호를 송신해서 타겟의 움직임을 유발하는데, 이때, 푸싱 신호는 위상이 반전되어 분할(다중) 초점이 발생되어 푸싱 신호의 빔 폭이 증가되는 효과가 있다. 이어서 동일 위상의 검출 신호를 송수신하는데, 동일 위상의 신호를 송수신 하면 단일 초점이 발생되어 다중 초점 대비 빔 폭이 좁아지기 때문에 탄성 영상의 해상도가 증가 될 수 있다.
즉, 혼합 위상 모드의 푸싱 신호에 의해 다중 집속점이 형성되고, 이로 인해 보다 정밀한 조직의 이동량은 동일 위상 모드의 검출 신호에 의해 획득이 가능해진다.
따라서, 도 7의 방법을 통하여 탄성 영상을 획득할 경우, 반대 위상의 푸싱빔을 사용해서 빔폭을 증가 시키고 동일 위상의 검출 신호를 사용해서 빔폭을 줄임으로써, 탄성 영상의 화질을 극대화 할 수 있다. 물론 해당 기술을 백내장 치료(초음파 파쇄)에 적용 시킬 경우에는 분할 초점 발생으로 초점 영역이 증가되어 치료 시간을 단축 시킬 수 있다.
물론, 도 7과는 달리, 제1 내지 제3 구동 모드가 압전 소자(111)에 동일 위상의 입력 신호를 인가하는 동일 위상 모드인 경우, 신호 처리기(130)는 입력 신호에 따른 반사 신호를 분석하여 B-모드(B-mode) 초음파 영상을 획득할 수 있다.
여기서, 제1 내지 제3 구동 모드를 모두 동일 위상 모드로 구성하여 얻은 초음파 수신 신호의 분석 결과를 도 7와 같은 제2 구동 모드를 혼합 위상 모드로 구성하여 얻은 초음파 수신 신호 분석 결과와 혼합하면 보다 정밀한 측정이 가능할 수 있다.
이와 같이, 신호 처리기(130)는 신호 발생기(120)의 입력 신호에 따른 반사 신호를 분석하여 B-모드(B-mode) 초음파 영상 및 탄성 영상을 획득하고 획득한 영상을 분석하여 수정체의 상태를 계측하여 제공할 수 있다.
디스플레이(140)는 신호 처리기(130)로부터 획득한 B-모드(B-mode) 초음파 영상과 ARFI 탄성 영상을 정합하여 실시간 출력할 수 있다.
이러한 본 발명에 따르면, B-mode 영상 및 탄성 영상을 이용하여 수정체 혼탁 및 경화 정도를 측정하고 이를 이용하여 백내장을 조기 판단 할 수 있도록 함은 물론, 백내장을 조기 판단한 후 고강도 집속 초음파를 통해 경화된 수정체를 파쇄할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에 따르면, 디스플레이(140)를 통하여 실시간으로 B-mode 및 탄성 영상을 보면서 백내장을 치료할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서 배열형 변환자의 경우, 안구 모양에 따라 변형된 변환자 구경의 모양이 정확한 곡면형이 아닌 경우에는 초음파 신호 시간 반전(Time reversal) 효과를 이용한 위상왜곡보상 기법 등을 사용해서 빔 집속을 정확히 할 수 있다. 따라서, 배열형 변환자 타입의 초음파 변환자(110)는 시간 반전 기법에 따라 반사 신호에 대한 시간 반전 처리된 신호를 안구에 재 집속시킬 수 있고, 신호 처리기(130)는 집속 후 반사된 신호를 분석하여 수정체의 상태를 검출할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에서 배열형 변환자에 대해 시간 지연을 통한 왜곡 보상 기법을 적용한 원리를 설명한 도면이다.
구체적으로, 도 8처럼 타겟에 정확한 집속을 위해서는 계산된 시간 지연(집속용 시간지연#1)에 기반해서 배열형 변환자의 각 요소(element)에서 초음파가 송수신 되는데, 실제 매질은 불균일하기 때문에 초음파가 타겟에 도착하는 시간에 오차가 발생한다(집속용 시간지연#2). 이러한 오차로 인해서 실제 초음파 변환자의 각 요소에 수신되는 초음파 도달 시간, 즉 위상에 오차가 발생하는데 이러한 오차 시간을 반영시켜 시간 반전 시킨 뒤 재송신을 하게 되면(집속용 시간지연#3), 위상 오차가 보상되어 초음파 송수신되는 시간 지연이 정확해진다(집속용 시간지연#4). 또한, 상호 상관(Cross-correlation) 기법을 기반으로 한 적응형(Adaptive) 시간 지연 계산 기법도 사용 가능하다.
본 발명에서 제안한 기술은 진단용뿐만 아니라 치료용으로도 적용 가능하다. 즉, 백내장이 진행된 수정체를 기존의 기계적인 파쇄 과정이 아닌 고강도 집속 초음파를 통한 초음파 음향방사력을 이용해서 수정체를 파쇄시킬 수 있다. 이때, 정확한 초음파 송신 집속을 위해 도 8의 시간 반전 효과를 이용한 위상왜곡보상 기법을 적용 시킬 수 있다. 이와 같이 본 발명에서 제안한 초음파 검사 장치는 백내장 검사와 진단 용도 뿐만 아니라 치료 용도로 활용될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 배열형 초음파 변환자를 이용한 초음파 시스템을 구체적으로 도시한 도면이다.
이러한 도 9는 배열형 초음파 변환자를 이용하여 백내장이 진행된 수정체의 정보를 획득하거나 치료할 수 있는 구체적인 시스템을 나타내며, 초음파 변환자 종류에 따라 시스템 구성의 변경이 가능하다. 일례로 고강도 집속 초음파 치료시에는 동시 초음파 영상도 가능하므로 실시간으로 진단 및 치료를 수행할 수 있다. 예를 들면, B-mode 및 탄성 영상 신호를 실시간 제공하면서 백내장 치료 과정을 실시간으로 모니터링 할 수 있도록 한다. 또한, 초음파 변환자를 이용해서 백내장이 진행된 수정체를 고강도 집속 초음파를 이용해서 파쇄시킬 수 있고 분할초점 기술을 적용할 경우, 고강도 집속 초음파의 분할된 초점으로 인한 치료 영역 증대 효과에 따라 치료 시간을 단축 시킬 수 있다.
도 9를 더욱 구체적으로 설명하면, 신호 발생기(120)는 제1 및 제2 신호 발생기(120-1, 120-2)를 포함하는데, 제1 신호 발생기(120-1)에서 제1 위상의 입력 신호를 생성한 후 제1 송신 빔포머(122-1)를 통해 빔 포밍이 수행되고 제1 송신 증폭기(123-1)를 통해 증폭시켜 송수신 스위치(125)를 통해 제1 그룹의 압전 소자에 각각 인가하고, 이와 동시에 제2 신호 발생기(120-2)는 제1 위상의 입력 신호 또는 반전된 제2 위상의 입력 신호를 생성한 후 제2 송신 빔포머(122-2)를 통해 빔 포밍이 수행되고 제2 송신 증폭기(123-2)를 통해 증폭시켜 송수신 스위치(125)를 통해 제2 그룹의 압력 소자에 각각 인가하면 된다.
초음파 변환자(110)가 수신한 반사 신호는 송수신 스위치(125)를 통해 수신 증폭기(131)로 전달되어 증폭된 후 수신 빔포머(132)에 의해 빔 포밍이 수행된 후 신호 처리기(130)에 입력된다. 신호 처리기(130)는 입력된 신호를 분석하여 수정체의 상태를 측정한다. 여기서 신호 처리기(130)를 통한 계측 결과나 영상 정보는 디스플레이(140)에 실시간 전달될 수 있다. 이때, 신호 처리기(130)에서 생성한 B-모드 영상과 탄성 영상은 메모리(132)에 저장되고 합산기(135)를 통하여 정합되어 디스플레이(140)로 전송될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면 그동안 백내장 진단용으로 사용되지 않았던 초음파 에너지를 이용해서 백내장 치료 방침을 결정하는 중요한 지표인 수정체의 혼탁 정도와 경화 정도를 정밀하게 측정하는 시스템을 제공한다.
아울러, 안구 진단에 최적화된 초음파 변환자의 새로운 구조를 적용하고, 이를 이용해서 속도 및 탄성 계수 등 다양한 음향 파라미터들을 추출 한 뒤 백내장의 실시간 조기 정밀 진단이 가능하도록 한다. 제안된 초음파 변환자 구조는 고강도 집속 초음파를 발생시켜 경화된 수정체를 파쇄 시킬 수 있기 때문에 백내장 진단 및 치료가 동시에 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 초음파 변환자는 내구성과 유연성을 가짐에 따라 안구 외형 특히 각막 및 수정체의 모양에 따라 구경 외형이 변화되어 눈꺼플을 사이에 두고 각막 및 수정체와의 간격을 최소화 할 수 있는 장점이 있다. 이는 사람마다 다른 안구 외형에 적합한 형태로 변화되기 때문에 환자별로 최적화된 초음파 에너지를 송수신할 수 있는 장점이 있다. 사용 후에는 원형으로 복구가 가능하기 때문에 횟수에 상관 없이 사용이 가능하다.
또한, 제안된 초음파 변환자를 사용해서 백내장 환자의 수정체의 변화에 따라 정상 수정체와의 차이점을 보여 줄 수 있는 음향 파라미터들, 특히 초음파 속도의 차이를 검출 할 수 있으며, 탄성 신호 및 탄성 영상을 통해서도 수정체의 경화 정도를 측정 할 수 있다. 또한 두가지 이상의 파라미터 측정 결과를 혼합해서 보여 줄 수 있다. 이러한 기술은 백내장 뿐만 아니라 안압 측정을 통해 녹내장 진단에도 응용 가능하다. 본 발명에 따른 기술은 초음파 고강도 집속 초음파, 즉 음향 방사력을 이용한 백내장 치료에도 적용되어 경화된 수정체를 파쇄 시킬 수 있다.
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.
100: 초음파 검사 장치 110: 초음파 변환자
111: 압전 소자 112: 정합층
113: 후면층 115: 지지대
120: 신호 발생기 121: 위상 제어기
122: 송신 빔포머 123: 송신 증폭기
130: 신호 처리기 131: 수신 증폭기
132: 수신 빔포머 134: 메모리
135: 합산기 140: 디스플레이

Claims (18)

  1. 안구의 곡면과 대응하여 표면이 오목한 형상을 가지며 안구 밀착 시에 안구 모양에 따라 휨 변형 가능한 유연한 재질로 형성된 압전 소자를 포함하며, 상기 압전 소자에 의해 발생한 초음파 신호를 안구로 송신 후 반사 신호를 수신하는 초음파 변환자; 및
    상기 반사 신호를 분석하여 안구 내측 타겟인 수정체의 상태를 검출하는 신호 처리기를 포함하며,
    상기 압전 소자는,
    상기 안구의 각막 부분을 커버하는 제1 타입 또는 상기 각막과 주변부를 커버하는 제2 타입으로 제작되되,
    상기 제2 타입의 경우 안구의 형상에 대응하도록 각막 부분의 곡률이 상기 주변부의 곡률 보다 크도록 형성된 초음파 검사 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 초음파 변환자는,
    단일의 압전 소자로 구성된 단일 소자 변환자(Single element transducer), 분할된 복수의 압전 소자로 구성된 배열형 변환자(Array transducer), 환형 변환자(Annular transducer) 중 어느 하나의 타입으로 구성된 초음파 검사 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 압전 소자는,
    단일 소재에 의한 벌크(Bulk) 타입 또는 복합 소재에 의한 복합체(Composite) 형태로 구현되는 초음파 검사 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 초음파 변환자는,
    상기 압전 소자의 후방에 장착되어 상기 압전 소자의 형태를 지지하고 휨 변형 시 원형 복원력을 제공하도록 형상 기억 소재 또는 유연성 있는 소재로 형성된 지지대를 더 포함하는 초음파 검사 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 지지대는,
    형상 기억 합금, 유연성 있는 금속 재질, 유연성 있는 비전도성 재질 중 어느 하나의 재질로 구성되는 초음파 검사 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 지지대는,
    상기 초음파 변환자가 배열형 변환자인 경우 단일 소자 타입 또는 배열 소자 타입으로 구현되고,
    외부 입력 신호를 인가받아 상기 압전 소자로 전달하되, 상기 단일 소자 타입으로 구현된 경우 단일의 입력 신호를 인가받아 단일 또는 복수의 압전 소자로 전달하고, 상기 배열 소자 타입으로 구현된 경우 복수의 입력 신호를 개별 인가받아 복수의 압전 소자로 개별 전달하는 초음파 검사 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 초음파 변환자는,
    상기 압전 소자의 전면 및 후면에 각각 형성되는 정합층 및 후면층을 더 포함하고,
    상기 압전 소자, 상기 정합층 및 상기 후면층은,
    복합 소재에 의한 복합체(composite)로 구성된 초음파 검사 장치.
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 압전 소자는,
    역전층과 비역전층의 비율 조절 및 음향 임피던스 조절이 가능한 분극 역전 구조를 가지는 초음파 검사 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 압전 소자의 위상을 조절하기 위한 입력 신호를 생성하는 신호 발생기를 더 포함하며,
    상기 초음파 변환자는,
    분할된 복수의 압전 소자로 구성된 배열형 변환자 타입으로 구현되며, 상기 복수의 압전 소자 중에서 배열 위치에 따라 기 구분된 제1 그룹의 압전 소자와 제2 그룹의 압전 소자에 서로 동일 위상의 입력 신호 및 반전 위상의 입력 신호를 상기 신호 발생기로부터 연속으로 인가받아 단일 초점 및 분할 초점을 발생시키는 초음파 검사 장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 초음파 변환자는,
    분할된 복수의 압전 소자로 구성된 배열형 변환자 타입으로 구현되며, 시간 반전(Time reversal) 기법에 따라 상기 반사 신호에 대한 시간 반전 처리된 신호를 상기 안구에 재 집속시키고,
    상기 신호 처리기는,
    상기 재 집속 후 반사된 신호를 분석하여 수정체의 상태를 검출하는 초음파 검사 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호 처리기는,
    상기 반사 신호로부터 측정된 초음파 음향 파라미터를 기초로 상기 수정체의 혼탁 정도 및 경화 정도 중 적어도 하나를 검출하는 초음파 검사 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 신호 처리기는,
    상기 반사 신호로부터 상기 수정체 표면의 이동량을 측정하여 상기 이동량에 대응하는 탄성 계수를 측정하고, 상기 탄성 계수를 이용하여 상기 수정체의 경화 정도를 검출하는 초음파 검사 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 압전 소자의 위상을 조절하기 위한 입력 신호를 생성하는 신호 발생기를 더 포함하며,
    상기 초음파 변환자는,
    분할된 복수의 압전 소자로 구성된 배열형 변환자 타입으로 구현되며,
    상기 신호 발생기는,
    기준선을 잡아주기 위한 기준 신호(Reference signal)를 인가하는 제1 구동 모드, 타겟을 흔들어주기 위한 푸싱 신호(Pushing signal)를 인가하는 제2 구동 모드, 그리고 푸싱 신호 인가 직후 상기 제1 구동 모드와 동일한 신호 타입을 가진 검출 신호(Detection signal)를 인가하는 제3 구동 모드를 순차적으로 연속 발생시키는 초음파 검사 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 신호 처리기는,
    상기 기준 신호 인가 시 획득한 제1 반사 신호 대비 상기 검출 신호 인가 시 획득한 제2 반사 신호를 비교하여 상기 푸싱 신호에 따른 흔들림에 의한 상기 타겟의 이동량을 측정하고, 상기 이동량에 대응하는 탄성 정보를 산출하는 초음파 검사 장치.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 및 제3 구동 모드는,
    상기 복수의 압전 소자에 동일 위상의 입력 신호를 인가하는 동일 위상 모드이고,
    상기 제2 구동 모드는,
    제1 위상의 입력 신호와 그의 반전 위상인 제2 위상의 입력 신호를 각각 제1 그룹의 압전 소자와 제2 그룹의 압전 소자에게 인가하는 혼합 위상 모드인 초음파 검사 장치.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 구동 모드는,
    모두 상기 복수의 압전 소자에게 동일 위상의 입력 신호를 인가하는 동일 위상 모드인 초음파 검사 장치.
  18. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호 처리기는,
    송신 신호에 따른 반사 신호를 분석하여 B-모드(B-mode) 초음파 영상 및 탄성 영상 중 적어도 하나를 획득하고, 상기 획득한 영상을 분석하여 상기 수정체의 상태를 검출하며,
    상기 초음파 검사 장치는,
    상기 신호 처리기로부터 획득한 B-모드(B-mode) 초음파 영상과 탄성 영상을 정합하여 실시간 출력하는 디스플레이를 더 포함하는 초음파 검사 장치.
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