KR102488788B1 - 피부 맵을 이용하는 고강도 집속 초음파 및 레이저 발생 장치 - Google Patents

피부 맵을 이용하는 고강도 집속 초음파 및 레이저 발생 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고강도 집속 초음파 및 레이저 발생 장치에 관한 것이다. 피부 맵을 이용하는 고강도 집속 초음파 및 레이저 발생 장치는, 피부 맵 생성 과정에서, 환부상의 측정 위치 정보에 연관된 피부 상태 정보를 측정하며, 치료 과정에서, 상기 환부상의 치료 위치 정보를 측정하며, 상기 제2 위치 정보에 상응하는 제어 파라미터에 의해 상기 환부에 치료 매체를 인가하는 핸드 피스 및 상기 피부 맵 생성 과정에서, 상기 측정 위치 정보를 상기 피부 상태 정보에 연관시켜 피부 맵을 생성하고, 상기 치료 과정에서, 상기 치료 위치 정보에 기초하여 상기 측정 위치 정보에 연관된 상기 피부 상태 정보를 상기 피부 맵에서 획득하여 상기 제어 파라미터를 생성하는 본체를 포함할 수 있다.

Description

피부 맵을 이용하는 고강도 집속 초음파 및 레이저 발생 장치{Device of generating high-intensity focused ultrasound and laser using skin map}
본 발명은 고강도 집속 초음파 및 레이저 발생 장치에 관한 것이다.
외과적 수술과 비교할 때, 출혈, 감염 및 흉터 발생 위험성이 적으며 치료 후 바로 일상생활이 가능한 비절개 치료에 대한 인기가 최근 들어 증가하고 있다. 비절개 치료 방법은, 예를 들어, 레이저, 초음파 등을 피부 내부로 전달하여 치료한다.
고강도 집속 초음파(HIFU, High Intensity Focused Ultrasound)는, 비침습적 치료에 주로 사용된다. 고강도 집속 초음파는 몸 안 병변을 선택적으로 응고, 괴사 및 사멸시킬 수 있다. 특히, 고강도 집속 초음파를 이용하면, 비침습적/무마취 치료가 가능하며, 병변의 정확한 치료 및 반복 치료가 가능하다. 이로 인해, 종양 치료(자궁근종, 간암, 유방암 등), 지방 및 주름 제거 등의 다양한 분야에서 사용되고 있다.
레이저는, 수술칼을 대신하여 조직을 제거하거나 조작을 증발시켜 병변을 없애는데 주로 사용된다. 출혈 없이 미세한 부분의 수술이 가능하며 통증 및 흉터가 적다는 점에서 피부과, 이비인후과, 안과 및 외과 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.
고강도 집속 초음파는 비 침습적으로 피부 안쪽까지(진피, 피하지방) 에너지를 전달하여 치료를 가능하게 하는 반면, 피부 표면(표피) 근처 치료시 부작용을 유발할 수 있다. 반면, 레이저는 피부 안쪽에 에너지를 전달하기 어렵지만 표피쪽 에너지 전달에 탁월하다. 이로 인해, 레이저를 이용한 피부 질환 및 미용 치료 목적의 다양한 치료법이 개발되어 사용된다. 따라서, 초음파와 레이저를 병합하여 사용하는 경우 치료 효과를 향상시킬 수 있다는 점에서 초음파와 레이저 치료를 동시에 수행할 수 있는 치료 장치의 개발이 필요하다.
환자의 피부 조건에 따라, 고강도 집속 초음파와 레이저를 이용하여 복합 치료가 가능한 고강도 집속 초음파 및 레이저 발생 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일측면에 따르면, 피부 맵을 이용하는 고강도 집속 초음파 및 레이저 발생 장치가 제공된다. 피부 맵을 이용하는 고강도 집속 초음파 및 레이저 발생 장치는, 피부 맵 생성 과정에서, 환부상의 측정 위치 정보에 연관된 피부 상태 정보를 측정하며, 치료 과정에서, 상기 환부상의 치료 위치 정보를 측정하며, 상기 치료 위치 정보에 상응하는 제어 파라미터에 의해 상기 환부에 치료 매체를 인가하는 핸드 피스 및 상기 피부 맵 생성 과정에서, 상기 측정 위치 정보를 상기 피부 상태 정보에 연관시켜 피부 맵을 생성하고, 상기 치료 과정에서, 상기 치료 위치 정보에 기초하여 상기 측정 위치 정보에 연관된 상기 피부 상태 정보를 상기 피부 맵에서 획득하여 상기 제어 파라미터를 생성하는 본체를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 치료 매체는 고강도 집속 초음파 및 레이저이며, 상기 핸드 피스는, 상기 고강도 집속 초음파를 생성하여 상기 환부에 인가하는 초음파 트랜스듀서, 상기 본체에서 생성된 레이저를 상기 환부에 인가하는 레이저 조사부 및 상기 측정 위치 정보 및 상기 치료 위치 정보를 생성하는 광학 위치 센서를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 피부 상태 정보는 피부 두께이며, 상기 초음파 트랜스듀서는 상기 환부의 피부 두께를 측정하는 저출력 초음파를 상기 환부에 인가하는 듀얼 모드 초음파 트랜스듀서일 수 있다.
일 실시예로, 상기 피부 상태 정보는 피부 탄력이며, 상기 핸드 피스는, 상기 환부상의 피부에 압력을 인가하여 원상태 회복에 걸리는 시간으로부터 피부 탄력을 측정할 수 있다.
일 실시예로, 상기 핸드 피스는, 상기 피부에 접촉하는 측정용 프로브, 상기 측정용 프로브를 수직 방향으로 이동시켜 상기 피부에 압력을 가하며, 상기 측정용 프로브가 상기 피부에 접촉하면 상기 압력을 제거하는 수직 구동부, 및 상기 압력이 제거된 상태에서 상기 측정용 프로브의 수직방향 변위를 측정하는 센서를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 핸드 피스는, 고강도 집속 초음파 및 레이저를 생성하는 HIFU-레이저 생성부, 상기 HIFU-레이저 생성부를 수직 방향으로 이동시켜 상기 피부에 압력을 가하며, 상기 HIFU-레이저 생성부가 상기 피부에 접촉하면 상기 압력을 제거하는 수직 구동부, 및 상기 압력이 제거된 상태에서 상기 HIFU-레이저 생성부의 수직방향 변위를 측정하는 센서를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 피부 맵에서, 상기 피부 상태 정보는, 지점별로 상기 측정 위치 정보에 연관될 수 있다.
일 실시예로, 상기 피부 맵에서, 상기 피부 상태 정보는, 동일 또는 허용 가능한 오차 범위에 속한 피부 상태 정보를 갖는 영역에 연관될 수 있다.
일 실시예로, 상기 제어 파라미터는, 상기 치료 위치 정보에 대응하는 치료 지점에 적용될 치료 매체의 선택, 선택된 치료 매체의 세기, 선택된 매체의 출력 시간, 및 선택된 매체의 적용 깊이의 조합일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 피부 맵을 이용하여 고강도 집속 초음파 및 레이저 발생 장치를 구동하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, 핸드 피스를 이용하여 환부상의 측정 위치 정보에 연관된 피부 상태 정보를 측정하여 피부 맵을 생성하는 단계, 상기 핸드 피스를 이용하여 상기 환부상의 치료 위치 정보를 측정하는 단계, 상기 치료 위치 정보에 상응하는 측정 위치 정보에 연관된 피부 상태 정보를 상기 피부 맵에서 획득하는 단계, 및 획득한 피부 상태 정보를 이용하여 상기 고강도 집속 초음파 및 레이저 발생 장치의 동작을 제어하는 제어 파라미터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 핸드 피스를 이용하여 환부상의 측정 위치 정보에 연관된 피부 상태 정보를 측정하여 피부 맵을 생성하는 단계는, 상기 핸드 피스를 상기 환부에 접촉한 상태에서 상기 핸드 피스의 이동 방향 및 거리를 측정하는 단계, 상기 핸드 피스를 상기 환부에 접촉한 상태로 이동하면서 상기 환부의 피부 상태 정보를 측정하는 단계, 및 상기 측정 위치 정보에 상기 피부 상태 정보를 연관하여 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 방법은, 측정된 이동 방향 및 거리를 보정하는 단계를 더 포함 할 수 있다.
일 실시예로, 상기 피부 상태 정보는, 연속적으로 또는 불연속적으로 측정될 수 있다.
일 실시예로, 상기 피부 상태 정보는, 상기 환부의 피부 두께 및 피부 탄력을 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 피부 상태 정보는, 지점별로 상기 측정 위치 정보에 연관될 수 있다.
일 실시예로, 상기 피부 상태 정보는, 동일 또는 허용 가능한 오차 범위에 속한 피부 상태 정보를 갖는 영역에 연관될 수 있다.
일 실시예로, 상기 제어 파라미터는, 상기 치료 위치 정보에 대응하는 치료 지점에 적용될 치료 매체의 선택, 선택된 치료 매체의 세기, 선택된 매체의 출력 시간, 및 선택된 매체의 적용 깊이의 조합일 수 있다.
본 발명에 따르면, 환자의 피부 조건에 따라, 고강도 집속 초음파와 레이저를 이용하여 복합 치료가 가능해진다.
이하에서, 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명된다. 이해를 돕기 위해, 첨부된 전체 도면에 걸쳐, 동일한 구성 요소에는 동일한 도면 부호가 할당되었다. 첨부된 도면에 도시된 구성은 본 발명을 설명하기 위해 예시적으로 구현된 실시예에 불과하며, 본 발명의 범위를 이에 한정하기 위한 것은 아니다. 특히, 첨부된 도면들은, 발명의 이해를 돕기 위해서, 일부 구성 요소를 다소 과장하여 표현하고 있다.
도 1은 고강도 집속 초음파 및 레이저 발생 장치에 의한 피부 치료를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 2는 고강도 집속 초음파 및 레이저 발생 장치의 HIFU-레이저 생성부의 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 3은 피부 탄력을 측정하는 고강도 집속 초음파 및 레이저 발생 장치의 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 4는 피부 맵을 이용하여 고강도 집속 초음파 및 레이저 발생 장치를 구동하는 방법을 예시적으로 도시한 흐름도이다.
도 5는 피부 맵을 생성하는 과정을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 6은 고강도 집속 초음파 및 레이저 발생 장치에 의해 생성된 피부 맵 및 이를 이용한 치료 과정을 예시적으로 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 특히, 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명될 기능, 특징, 실시예들은, 단독으로 또는 다른 실시예와 결합하여 구현될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위가 첨부된 도면에 도시된 형태에만 한정되는 것이 아님을 유의하여야 한다.
한편, 본 명세서에서 사용되는 용어 중 “실질적으로”, “거의”, “약” 등과 같은 표현은 실제 구현시 적용되는 마진이나 발생가능한 오차를 고려하기 위한 표현이다. 특별한 언급이 없는 한, “측면”, 또는 “수평”은 도면의 좌우 방향을 언급하기 위한 것이며, “수직”은 도면의 상하 방향을 언급하기 위한 것이다.
첨부된 도면 전체에 걸쳐서, 동일하거나 유사한 요소는 동일한 도면 부호를 사용하여 인용된다.
도 1은 고강도 집속 초음파 및 레이저 발생 장치에 의한 피부 치료를 예시적으로 도시한 도면이다.
고강도 집속 초음파 및 레이저 발생 장치는, 핸드 피스(10) 및 본체(20)를 포함한다. 핸드 피스(10)는, 피부 상태 정보를 수집하며, 환자의 피부 상태에 따라 고강도 집속 초음파 및/또는 레이저를 생성하여 피부에 인가한다. 본체(20)는, 수집된 피부 상태 정보에 따라 핸드 피스(10)에 내장된 초음파 소스 및 레이저를 구동한다.
핸드 피스(10)는, 환자의 피부 상태 정보를 측정한다. 또한, 핸드 피스(10)는, 측정된 피부 상태 정보에 의해 결정된 제어 파라미터에 따라 환부에 인가될 고강도 집속 초음파 및 레이저를 생성한다. 이를 위해, 핸드 피스(10)는, 고강도 집속 초음파 및 레이저를 생성하는 HIFU-레이저 생성부(100), 환자 피부의 탄력을 측정하는 피부 탄력 측정부(200), 핸드 피스(10)의 위치를 측정하는 위치 측정부(300)를 포함한다. 추가적으로, 핸드 피스(10)는, 환부의 피부 두께를 측정할 수 있다.
HIFU-레이저 생성부(100)는, 제어 파라미터에 의해 고강도 집속 초음파 및/또는 레이저를 출력한다. 제어 파라미터는, 예를 들어, 치료 매체의 선택, 선택된 치료 매체의 세기, 출력 시간에 관한 정보이다. HIFU-레이저 생성부(100)는, 고강도 집속 초음파 에너지를 표피 아래 일정 깊이로 조사할 수 있다. 또한, HIFU-레이저 생성부(100)는, 레이저를 표피에 조사할 수 있다.
고강도 집속 초음파는, 체내 조직의 온도를 체온 이상으로 가열하여(tissue heating) 세포의 괴사를 유도하거나 짧은 시간에 고온에 노출시켜서(ablative therapy) 조직을 제거할 수 있다. 고강도 집속 초음파를 이용하면, 수 초 내에 조직, 예를 들어, 피부 조직의 온도를 증가시킬 수 있는데, 약 55도 이상의 온도에서 일정 시간 동안의 노출을 통해 조직 일부를 괴사시킬 수 있다. 초음파로 인해 발생되는 열은 체내 조직의 에너지 흡수율과 열의 확산 및 대류 속도에 따라 각각 다르게 나타난다. 또한 HIFU-레이저 생성부(100)에서 발생되는 주파수와 연속성, 펄스파의 주기 그리고 최고점 간의 전압에 따라서도 온도의 증가 속도가 달라지게 된다. 이러한 차이점을 이용하여 목표에 따른 온도 변화를 적절하게 조절할 수 있다. 치료법 또한 다양한 시도가 이루어지고 있는데 조직의 온도를 직접적으로 올리는 방법 이외에도 조직 근처 부분을 타깃으로 하여 온도를 변화시킴으로써 생체환경 변화에 따른 세포 변화를 유도하기도 한다. 예를 들어, 모세혈관의 투과성이 증가하거나 세포막을 이루는 지질이 온도 증가에 의해 유동화되면서 외부환경에 의한 세포의 민감도가 증가하거나 구조가 파괴된다. 또한, 고강도 집속 초음파 에너지는, 지방 세포를 파괴할 수도 있다. 고강도 집속 초음파 에너지는 열에너지로 변환되어, 지방 조직에 응고괴사(coagulative necrosis)가 발생할 수 있다. 이로 인해, 지방 조직이 파괴되고, 콜라겐도 수축된다. 사멸된 세포는 wound healing response를 유도하여 대식세포(macrophage)가 생겨나면 염증 반응(Inflammatory response)이 만들어지고, 대식세포(macrophage)는 림프 시스템을 통해 Lipids와 cellular debris를 간에서 처리하여 지방 조직을 감소시킨다.
피부 조직은, 예를 들어, 표피층(Epidermis), 진피층(Dermis), SMAS층으로 구성된다. HIFU-레이저 생성부(100)는, 고강도 집속 초음파의 초점 깊이를 조절할 수 있다. 예를 들어, 고강도 집속 초음파 에너지가 진피층과 SMAS층의 조직을 선택적으로 응고시키면, 이를 통하여 피부 조직내의 콜라겐과 탄성 섬유의 재생을 유도하여 피부 리프팅 및/또는 타이트닝 효과를 얻는다. 환자 및/또는 부위별로 피부의 두께나 탄력이 다를 수 있으며, 타겟 조직의 깊이가 다를 수 있기 때문에, 고강도 집속 초음파는 신체 부위별로 초점 깊이가 달라지도록 제어될 수 있다. 종래 고강도 집속 초음파 치료 장치는, 핸드 피스에 탈부착 가능한 카트리지를 포함하는데, 카트리지마다 서로 다른 초점 깊이를 가진다. 따라서, 피부 상태 및/또는 위치에 따라 카트리지를 교체하면서 치료를 해야 했다.
피부 탄력 측정부(200)는, 환부의 피부 탄력을 측정한다. 피부 탄력 측정치는, 피부 두께 측정치와 함께 측정 위치 정보에 연관된다. 피부 상태 정보는, 측정 위치 정보에 연관된 피부 탄력 및 피부 두께 등을 포함할 수 있다. 피부 탄력 측정부(200)는, 다양한 방식으로 환부의 피부 탄력을 측정할 수 있다. 예를 들어, 피부에 압력을 인가한 후 변형된 피부가 복원되는데 소요되는 시간을 이용하여, 피부 탄력을 측정할 수 있다. 여기서, 피부는, 압력에 의해 일정 깊이로 눌려지거나 반대로 돌출될 수 있다.
위치 측정부(300)는, 핸드 피스(10)가 피부 상태 정보의 측정을 위해 환부와 접촉한 지점에 대한 위치 정보(이하 측정 위치 정보) 및 치료를 위해 환부와 접촉한 지점에 대한 위치 정보(이하 치료 위치 정보)을 측정하여 2차원 또는 3차원 위치 정보를 생성한다. 위치 측정부(300)는, 핸드 피스(10)가 피부를 따라 이동할 때, 이동 거리 및 방향을 측정하는 광학 위치 센서(310)로부터 센싱 정보를 수신한다. 센싱 정보를 보정하기 위해, 위치 측정부(300)는, 핸드 피스(10)의 자세 정보, 예를 들어, 회전, 기울기 등을 측정하기 위한 센서, 예를 들어, 자이로 센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 시술자가 핸드 피스(10)를 파지한 상태에 따라, 핸드 피스(10)의 실제 이동 방향을 정확하게 나타내지 못하는 센싱 정보가 생성될 수 있다.
본체(20)는, 핸드 피스(10)를 구동하여 피부 상태 정보를 수집하고, 수집된 피부 상태 정보 및 측정 위치 정보에 기초하여 피부 맵을 생성하며, 치료 위치 정보에 따라 제어 파라미터를 생성하여 환부에 인가될 고강도 집속 초음파 및/또는 레이저를 구동한다. 이를 위해, 본체(20)는, 피부 맵을 저장하는 저장부, 치료 위치 정보에 대응하는 피부 상태 정보에 기초하여 제어 파라미터를 생성하는 연산부, 핸드 피스(10)를 통해 환부에 인가될 레이저를 생성하는 레이저 생성부 및 핸드 피스(10)를 포함한 고강도 집속 초음파 및 레이저 발생 장치의 구동에 필요한 전력을 공급하는 전원을 포함할 수 있다. 여기서, 레이저는 옵티컬 파이버를 통해 핸드 피스(10)로 전달되며, 핸드 피스(10)에 내장된 레이저 조사부를 통해 환부에 인가될 수 있다. 2099ㅌ2971
도 2는 고강도 집속 초음파 및 레이저 발생 장치의 HIFU-레이저 생성부의 구조를 예시적으로 도시한 도면으로, (a)는 초점 거리가 고정된 초음파 트랜스듀서를 가진 HIFU-레이저 생성부를 나타내며, (b) 및 (c)는 초점 거리가 가변하는 초음파 트랜스듀서를 가진 HIFU-레이저 생성부를 나타낸다.
도 2의 (a)를 참조하면, HIFU-레이저 생성부(100)는, 레이저 조사부(120) 및 초음파 트랜스듀서(130)를 내부에 수용하는 하우징(110)을 포함한다. 하우징(110)은, 측면 방향으로 연장된 내벽(111)에 의해 상부 수용 공간(112) 및 하부 수용 공간(113)으로 구획된다. 내벽(111)의 일부에는, 레이저 조사관(121)이 연결되는 관통홀이 생성된다. 하우징(110)의 바닥면의 적어도 일부는, 초음파가 통과할 수 있는, 음향적으로 투명한 재질로 형성될 수 있다. 한편, 바닥면의 적어도 일부는, 레이저가 통과할 수 있는 광학적으로 투명한 재지로 형성될 수 있다. 레이저 조사부(120)는, 레이저 조사관(121)이 연결된 관통홀에 대응하도록, 상부 수용 공간(112)에 배치되며, 초음파 트랜스듀서(130)는 하부 수용 공간(113)에 배치된다. 레이저 조사부(120)는, 옵티컬 파이버에 광학적으로 결합된 컬리메이팅 렌즈일 수 있다. 레이저 조사관(121)은, 내벽(111)부터 하우징(110)의 바닥면까지 하방으로 연장된다. 하부 수용 공간(113)은, 초음파 트랜스듀서(130) 및 고강도 집속 초음파의 전달을 용이하게 하는 매질을 수용한다. 레이저 조사관(121)은, 레이저가 초음파 매질에 의해 영향을 받지 않도록 한다. 이를 위해, 하부 수용 공간(113)은, 내벽(111) 및 레이저 조사관(121)에 의해 상부 수용 공간(112)으로부터 격리된다.
초음파 트랜스듀서(130)는, 듀얼 모드 초음파 트랜스듀서일 수 있다. 즉, 초음파 트랜스듀서(130)는, 치료 목적의 고강도 집속 초음파 및 피부 두께 측정 목적의 저출력 초음파를 생성할 수 있다. 초음파 트랜스듀서(130)는, 레이저 조사관(121)의 외면에 체결될 수 있다. 초음파 트랜스듀서(130)는, 하우징(110)의 바닥면을 향해 고강도 집속 초음파 또는 피부 두께 측정용 초음파를 조사할 수 있다.
도 2의 (b)를 참조하면, HIFU-레이저 생성부(101)는, 레이저 조사부(120)를 내부에 수용하는 제1 하우징(110) 및 초음파 트랜스듀서(130)를 내부에 수용하는 제2 하우징(140)을 포함한다. 여기서, 제2 하우징(140)은, 제1 하우징(110) 내부에 배치되며, 바닥면을 공유할 수 있다. 레이저 조사부(120)는 제2 하우징(140)의 상부에 배치될 수 있다.
제2 하우징(140)은, 상면(142) 및 측면(143, 144, 145)에 의해 상부 수용 공간(112)으로부터 격리되도록 형성된 하부 수용 공간(141)을 포함한다. 하부 수용 공간(141)에는, 초음파 트랜스듀서(130) 및 매질이 수용된다. 레이저 조사관(150)은, 제2 하우징(140)의 상면(142)으로부터 제1 하우징(110)의 바닥면까지 하방으로 연장된다. 제2 하우징(140)의 상면(142)은, 레이저 조사관(150)이 연결되는 관통홀을 포함한다. 제2 하우징(140)의 측면은, 상면(142)에서 하방으로 연장된 상부 측면(143), 제1 하우징(110)의 바닥면으로부터 상방으로 연장된 하부 측면(144), 및 상부 측면(143)과 하부 측면(144)을 연결하는 제1 신축 연결부(145)를 포함한다. 제1 신축 연결부(145)는 하방으로 소정 길이로 신장 또는 축소될 수 있는, 예를 들어, 자바라 구조를 가질 수 있다.
한편, 레이저 조사관(150)도 하방으로 신축할 수 있다. 레이저 조사관(150)은, 상부 레이저 조사관(151), 하부 레이저 조사관(152) 및, 제2 신축 연결부(153)를 포함한다. 상부 레이저 조사관(151)은 제2 하우징(140)의 상면(142)에 형성된 관통홀로부터 하부 수용 공간(141)까지 하방으로 연장되며, 하부 레이저 조사관(152)은 제1 하우징(110)의 바닥면으로부터 하부 수용 공간(141)까지 상방으로 연장된다. 하방으로 일정 길이로 신장 및 축소하는 제2 신축 연결부(153)는, 상부 레이저 조사관(151)과 하부 레이저 조사관(152)을 연결한다.
상술한 HIFU-레이저 생성부(100)는, 초음파 트랜스듀서(130)를 하방으로 소정 거리만큼 이동시킬 수 있다. 하방으로의 이동은 다양한 구조에 의해 구현될 수 있으며, 도 2의 (b)는 래크-피니언을 적용한 구조를 예시하고 있다. 제2 하우징(140)의 상면(142)에 형성된 관통홀로부터 레이저 조사부(120)까지 연장된 수직 연장부(154)의 외측면에는 래크(161)가 하방으로 부착 또는 형성된다. 래크(161)에 맞물린 피니언(160)은, 모터에 의해 시계/반시계 방향으로 회전하여, 초음파 트랜스듀서(130)를 하방으로 소정 거리만큼 이동시킨다. 상세하게, 초음파 트랜스듀서(130)는, 상부 레이저 조사관(151)의 외면에 체결되며, 상부 레이저 조사관(151)은 제2 하우징(140)의 상면(142)에 연결되어 있다. 피니언(160)이 반시계 방향으로 회전하면, 상부 레이저 조사관(151)에 체결된 초음파 트랜스듀서(130)가 하방으로 이동하며, 반대로 피니언(160)이 시계 방향으로 회전하면, 초음파 트랜스듀서(130)가 상방으로 이동한다. 상하 이동시, 제1 신축 연결부(145) 및 제2 신축 연결부(153)는, 신장 또는 축소된다.
도 2의 (c)를 참조하면, HIFU-레이저 생성부(102)는, 레이저 조사부(120)를 내부에 수용하는 제1 하우징(110) 및 초음파 트랜스듀서(130)를 내부에 수용하는 제2 하우징(170)을 포함한다. 여기서, 제2 하우징(170)은, 제1 하우징(110) 내부에 배치되며, 바닥면을 공유할 수 있다. 레이저 조사부(120)는 제2 하우징(170)의 상부에 배치될 수 있다.
제2 하우징(170)은, 상하로 이동하는 상면(172), 상면의 양단으로부터 하방으로 연장된 상부 측면(173), 및 제1 하우징(110)의 바닥면으로부터 상방으로 연장된 하부 측면(174)를 포함한다. 상면(172), 상부 측면(173) 및 하부 측면(174)은, 상부 수용 공간(112)으로부터 격리되도록 형성된 하부 수용 공간(171)을 형성한다. 하부 수용 공간(171)에는, 초음파 트랜스듀서(130) 및 매질이 수용된다. 레이저 조사관(180)은, 제2 하우징(170)의 상면(172)으로부터 하부 수용 공간(171)까지 하방으로 연장된다. 제2 하우징(170)의 상면(172)은, 레이저 조사관(180)이 연결되는 관통홀을 포함한다. 제2 하우징(170)의 상부 측면(173)은, 하부 측면(174)과 겹치도록 배치된다. 도 2의 (c)에 예시된 바와 같이, 상부 측면(173)의 내면이 하부 측면(174)의 외면과 접하거나, 반대로, 상부 측면(173)의 외면이 하부 측면(174)의 내면과 접할 수 있다. 도시되지 않았으나, 매질의 유출을 방지하는 부재, 예를 들어, 오링이 상부 측면(173)과 하부 측면(174)이 접하는 영역에 배치될 수 있다.
레이저 조사관(180)은, 상부 레이저 조사관(181) 및 하부 레이저 조사관(182)을 포함하며, 상부 레이저 조사관(181)은 하부 레이저 조사관(182)과 겹치도록 배치된다. 도 2의 (c)에 예시된 바와 같이, 상부 레이저 조사관(181)의 내면이 하부 레이저 조사관(182)의 외면과 접하거나, 반대로, 상부 레이저 조사관(181)의 외면이 하부 레이저 조사관(182)의 내면과 접할 수 있다. 도시되지 않았으나, 매질의 유출을 방지하는 부재, 예를 들어, 오링이 상부 레이저 조사관(181)과 하부 레이저 조사관(182)이 접하는 영역에 배치될 수 있다.
상술한 HIFU-레이저 생성부(102)는, 초음파 트랜스듀서(130)를 하방으로 소정 거리만큼 이동시킬 수 있다. 제2 하우징(170)의 상면(172)에 형성된 관통홀로부터 레이저 조사부(120)까지 연장된 수직 연장부(183)의 외측면에는 래크(161)가 하방으로 부착 또는 형성된다. 래크(161)에 맞물린 피니언(160)은, 모터에 의해 시계/반시계 방향으로 회전하여, 초음파 트랜스듀서(130)를 하방으로 소정 거리만큼 이동시킨다. 상세하게, 초음파 트랜스듀서(130)는, 상부 레이저 조사관(181)의 외면에 체결되며, 상부 레이저 조사관(181)은 제2 하우징(170)의 상면(172)에 연결되어 있다. 피니언(160)이 반시계 방향으로 회전하면, 상부 레이저 조사관(181)에 체결된 초음파 트랜스듀서(130)가 하방으로 이동하며, 반대로 피니언(160)이 시계 방향으로 회전하면, 초음파 트랜스듀서(130)가 상방으로 이동한다. 상하 이동의 최대 범위는, 상부 측면(173)과 하부 측면(174)이 접하는 상태 및 상부 레이저 조사관(181)과 하부 레이저 조사관(182)이 접하는 상태가 유지되는 범위이다.
도 3은 피부 탄력을 측정하는 고강도 집속 초음파 및 레이저 발생 장치의 구조를 예시적으로 도시한 도면으로, (a)는 HIFU-레이저 생성부를 이용하여 피부 탄력을 측정하는 구조를 예시하며, (b)는 측정용 프로브를 이용하여 피부 탄력을 측정하는 구조를 예시한다.
피부 탄력은, 피부에 압력을 가해 변형시킨 후 원상태로 회복되는데 걸리는 시간을 측정하는 방법, 눌려진 피부에 접촉한 프로브에 인가되는 압력을 측정하는 방법, 피부를 촬영해서 획득한 모아레 영상을 분석하는 방법과 같이, 다양한 방법을 통해 측정할 수 있다. 여기서는, 원상태 회복에 걸리는 시간을 이용하여 피부 탄력을 측정하는 방식이 적용되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3의 (a) 및 (b)를 참조하면, 핸드 피스(10)는, 피부에 일정한 압력을 인가하여 피부가 내측으로 눌려지도록 한 후, 원상태로 회복하는데 걸리는 시간 또는 시간을 포함하는 물리량(예를 들어, 기준 시간내 상승 거리, 피부가 상승하는 속도 등. 이하에서는 시간으로 총칭함)을 측정할 수 있다. 여기서, 피부는, HIFU-레이저 생성부(100, 101, 102; 이하 100으로 총칭함) 또는 측정용 프로브(221)에 의해 눌려질 수 있다. 핸드 피스(10)는, HIFU-레이저 생성부(100) 또는 측정용 프로브(221)를 하방으로 이동시키는 수직 구동부(210) 및 상승 거리를 측정하는 변위 센서(250)를 포함한다. 수직 구동부(210)는, 예를 들어, 전자석, 등과 같이, 인가된 전기 신호에 상응하는 전자기력을 생성하여 HIFU-레이저 생성부(100) 또는 측정용 프로브(221)를 하방으로 이동시킨다. 도 3의 (a)에 예시된 구조에서, HIFU-레이저 생성부(100)의 상면에 수직하게 결합된 수직 자석 바(220)가 수직 구동부(210)에 의해 하방으로 이동하는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 이는 예시일 뿐이며, HIFU-레이저 생성부(100)의 측면에 자석을 부착하면, 수직 구동부(210)가 HIFU-레이저 생성부(100)를 직접 하방으로 이동시킬수도 있다. 한편, 도 3의 (b)에 예시된 구조에서, 측정용 프로브(221)는 1개로 예시되어 있으나, 복수개의 측정용 프로브가 적용될 수 있음은 물론이다.
초기 위치에서, HIFU-레이저 생성부(100) 또는 측정용 프로브(221)는, 핸드 피스(10) 내에 위치한다. 핸드 피스(10) 또는 본체(20)로부터 입력된 제어 명령에 의해, 핸드 피스(10)는, 피부에 일정 압력을 가한다. 예시된 바와 같이, 수직 구동부(210)는 HIFU-레이저 생성부(100) 또는 측정용 프로브(221) 의해 하방으로 이동하여, 피부를 미리 설정된 깊이로 누를 수 있다. 이후, 핸드 피스(10) 또는 본체(20)로부터 입력된 제어 명령에 의해, 핸드 피스(10)는, 피부에 가한 압력을 제거한다. 예를 들어, 수직 구동부(210)는, HIFU-레이저 생성부(100) 또는 측정용 프로브(221)를 하방으로 미는 동작을 중지한다. 이에 의해, 피부는 원상태로 상승하게 된다. 피부가 원상태로 상승함에 따라, HIFU-레이저 생성부(100) 또는 측정용 프로브(221)도 상방으로 이동하며, 변위, 즉, 수직 이동 거리는 변위 센서(250)에 의해 측정된다. 측정된 변위는, 다양한 변환 공식에 의해 피부 탄력으로 변환될 수 있다.
도 4는 피부 맵을 이용하여 고강도 집속 초음파 및 레이저 발생 장치를 구동하는 방법을 예시적으로 도시한 흐름도이고, 도 5는 피부 맵을 생성하는 과정을 예시적으로 도시한 도면이며, 도 6은 고강도 집속 초음파 및 레이저 발생 장치에 의해 생성된 피부 맵 및 이를 이용한 치료 과정을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 4 내지 6을 참조하면, 피부 맵은, 환부에서 측정된 피부 상태 정보를 이용하여, 생성된다(400). 도 5의 (a)는 환자의 얼굴에서 피부 상태 정보를 측정하는 과정을 예시하며, (b)는 피부 두께 및 피부 탄력을 측정하는 과정을 예시하고 있다.
측정 위치 정보는, 핸드 피스(10)가 독립적으로 생성하거나 3차원 스캐너 C1, C2에 의해 생성될 수 있다. 측정 위치 정보는, 환부 전체에 걸쳐 특정 위치를 특정하기 위한 2차원 또는 3차원 좌표 또는 환부를 구성하는 복수의 서브 영역을 특정하기 위한 영역 식별자일 수 있다. 예를 들어, 영역 식별자는, 다소의 오차는 있을 수 있지만, 피부 두께에 대한 통계에 기초하여, 뺨을 4개의 영역 Region 1~4로 구분하여 식별하는데 이용될 수 있다.
핸드 피스(10)는, 광학 위치 센서(310) 및/또는 자이로 센서를 포함하며, 환부에 접촉한 상태에서, 핸드 피스(10)의 이동 방향 및 거리를 측정할 수 있다. 센서에 의해 측정된 정보는, 측정 지점을 나타내는 적어도 2차원 좌표 형식의 위치 정보일 수 있으며, 자이로 센서가 측정한 정보, 예를 들어, 기울기 및/또는 회전에 의해 보정될 수 있다. 추가적으로, 핸드 피스(10)를 환부와 일정한 각도를 유지한 상태로 이동하면서 측정하면, 자이로 센서가 측정한 정보, 예를 들어, 기울기를 이용하여 3차원 좌표가 획득될 수도 있다. 한편, 3차원 스캐너 C1, C2는, 환부를 3차원 스캔하여 3차원 좌표를 생성하며, 핸드 피스(10)의 측정 위치 정보를 측정할 수 있다. 핸드 피스(10) 또는 3차원 스캐너 C1, C2가 생성한 측정 위치 정보는, 피부 맵을 생성하는데 이용된다.
도 5의 (b)를 참조하면, 핸드 피스(10)는, 환부에 접촉한 상태에서 이동하면서, 하나 이상의 피부 상태 정보를 측정할 수 있다. S는 핸드 피스(10)가 측정을 시작한 위치를 나타내고, 점선은 핸드 피스(10)의 이동 경로를 나타내고, 화살표는 이동 방향을 나타내고, d는 피부 상태 정보를 측정한 위치를 나타내며, E는 핸드 피스(10)가 측정을 종료한 위치를 나타낸다. 피부 상태 정보는, 해당 정보의 특성 또는 핸드 피스(10)의 성능에 따라 연속적으로 또는 불연속적으로 측정될 수 있다. 예를 들어, 초음파 트랜스듀서(130)를 이용한 피부 두께 측정의 경우, 연속적으로 실시될 수 있는데 반해, 측정용 프로브(221)를 이용한 피부 탄력 측정은 불연속적으로 실시될 수 있다.
피부 상태 정보는 측정 위치 정보에 연관된다. 피부 상태 정보는, 핸드 피스가 측정 위치 정보를 획득하는 과정에서 측정될 수 있다. 피부 상태 정보는, 측정 위치 정보와 연관된 피부 탄력 및 피부 두께를 적어도 포함할 수 있으며, 이외에도 피부 색, 모공의 크기/수, 수분량 등과 같이 환자별/환부의 위치별로 특정될 수 있는 다양한 정보를 더 포함할 수 있다. 피부 상태 정보는, 지점별(point-by-point) 또는 서브 영역별로 저장될 수 있다. 기본적으로, 피부 상태 정보는, 특정 지점별로 연관되어 저장된다. 서브 영역은, 환부, 예를 들어, 얼굴에서, 실질적으로 동일 또는 허용 가능한 오차 범위에 속한 피부 상태 정보를 갖는 영역으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 4개의 영역 Region 1~4은, 상술한 바와 같이, 피부 두께에 대한 통계에 기초하여 정의될 수도 있지만, 환부에서 측정된 피부 상태 정보에 의해 정의될 수 있다. 또한, 서브 영역은, 피부 상태 정보마다 상이하게 정의될 수도 있다. 예를 들어, 피부 두께와 피부 탄력 각각에 대한 서브 영역들은 실질적으로 동일할 수도 있지만, 적어도 부분적으로 상이하게 정의될 수 있다.
피부 맵은, 측정 위치 정보에 연관된 하나 이상의 피부 상태 정보의 집합이다. 피부 맵은, 2차원 또는 3차원 형상으로 디스플레이에 표시될 수 있다. 완성된 피부 맵의 일예가 도 6에 도시되어 있다. 상술한, 핸드 피스(10) 또는 3차원 스캐너 C1, C2를 이용하여, 측정 위치 정보에 연관된 피부 상태 정보를 측정하는 방법 이외에도 다양한 방식으로 측정 위치 정보와 피부 상태 정보를 연관시킬 수 있다. 예를 들어, 환부를 촬영한 영상 또는 환부를 표현한 모델이 디스플레이에 출력된 상태에서, 특정 위치가 디스플레이에 표시되면, 시술자가 핸드 피스(10)를 해당 위치로 이동시켜 피부 상태 정보를 측정할 수 있다. 생성된 피부 맵은, 이후 단계 410 내지 430에서 이용될 수 있다.
치료 과정에서, 피부 맵이 생성된 후, 핸드 피스(10)가 환부에 접촉 또는 접촉한 상태로 이동하면, 치료 위치 정보가 측정된다(410). 치료 위치 정보는, 측정 위치 정보와 동일한 방식으로 측정될 수 있다.
치료 위치 정보에 연관된 하나 이상의 피부 상태 정보가 획득된다(420). 핸드 피스(10)가 측정한 치료 위치 정보는, 본체(20) 또는 본체(20)에 통신 가능하게 연결된 외부 정보 처리 장치(예를 들어, PC 또는 서버; 이하 본체(20)라 총칭함)에 저장된 피부 맵에서 검색된다. 치료 위치 정보에 일치하거나, 일정 오차 범위 이내에 속한 측정 위치 정보가 검색되면, 이에 연관된 하나 이상의 피부 상태 정보가 획득될 수 있다. 치료 위치 정보에 일치하는 측정 위치 정보가 존재하지 않으면, 본체(20)는 접촉 지점으로부터 가까운 하나 이상의 측정 위치 정보에 연관된 피부 상태 정보를 선택하여 이들의 평균값을 산출하거나, 치료 지점이 속한 서브 영역에 연관된 하나 이상의 피부 상태 정보를 선택할 수 있다.
제어 파라미터는 획득한 하나 이상의 피부 상태 정보를 이용하여 생성된다(430). 제어 파라미터는, 하나 이상의 피부 상태 정보에 기초하여, 치료 지점에 적용될 치료 매체의 선택, 선택된 치료 매체의 세기, 선택된 매체의 출력 시간, 선택된 매체의 적용 깊이 등을 제어하는데 이용된다. 여기서, 치료 매체는, 고강도 집속 초음파와 레이저이지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본체(20)는, 피부 두께에 따라 인가될 고강도 집속 초음파의 초점 깊이(즉, 선택된 매체의 적용 깊이)를 조절하는 제어 파라미터를 생성할 수 있다. 제어 파라미터는, 둘 이상의 치료 매체를 동시에 또는 순차적으로 동작하도록 제어하는 제어 시퀀스를 구성하는 요소일 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 특히, 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 특징은, 특정 도면에 도시된 구조에 한정되는 것이 아니며, 독립적으로 또는 다른 특징에 결합되어 구현될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (17)

  1. 피부 맵 생성 과정에서, 환부상의 측정 위치 정보에 연관된 피부 상태 정보를 측정하며, 치료 과정에서, 상기 환부상의 치료 위치 정보를 측정하고, 상기 치료 위치 정보에 상응하는 제어 파라미터에 의해 상기 환부에 고강도 집속 초음파 및 레이저 중에서 치료 매체를 선택하며, 상기 고강도 집속 초음파의 초점 깊이를 조절하는 핸드 피스; 및
    상기 피부 맵 생성 과정에서, 상기 측정 위치 정보를 상기 피부 상태 정보에 연관시켜 피부 맵을 생성하고, 상기 치료 과정에서, 상기 치료 위치 정보에 기초하여 상기 측정 위치 정보에 연관된 상기 피부 상태 정보를 상기 피부 맵에서 획득하여 상기 제어 파라미터를 생성하는 본체를 포함하되,
    상기 핸드 피스는,
    제1 하우징;
    상기 제1 하우징 내 상부에 수용되며, 상기 본체에서 생성된 레이저를 출력하는 레이저 조사부;
    상기 제1 하우징 내 하부에 수용되고, 내부에 초음파 매질을 수용하며, 수직 방향으로 신축 가능한 제2 하우징;
    상기 레이저 조사부에서 출력된 레이저가 통과하도록 상기 제2 하우징의 상면에 형성된 관통홀부터 바닥면까지 연장되며, 수직 방향으로 신축 가능한 레이저 조사관;
    상기 레이저 조사관의 외면에 체결되어 상기 제2 하우징 내부에 수용되며, 상기 고강도 집속 초음파를 생성하여 상기 환부에 인가하는 초음파 트랜스듀서; 및
    상기 제어 파라미터에 따라 상기 제2 하우징 및 상기 제2 하우징에 결합된 상기 레이저 조사관을 신축시켜 상기 초음파 트랜스듀서를 수직 방향으로 이동하여 상기 초점 깊이를 조절하는 모터로 구성된 HIFU-레이저 생성부를 포함하는, 피부 맵을 이용하는 고강도 집속 초음파 및 레이저 발생 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 핸드 피스는,
    상기 측정 위치 정보 및 상기 치료 위치 정보를 생성하는 광학 위치 센서를 포함하는, 피부 맵을 이용하는 고강도 집속 초음파 및 레이저 발생 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 피부 상태 정보는 피부 두께이며,
    상기 초음파 트랜스듀서는 상기 환부의 피부 두께를 측정하는 저출력 초음파를 상기 환부에 인가하는 듀얼 모드 초음파 트랜스듀서인, 피부 맵을 이용하는 고강도 집속 초음파 및 레이저 발생 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 피부 상태 정보는 피부 탄력이며,
    상기 핸드 피스는, 상기 환부상의 피부에 압력을 인가하여 원상태 회복에 걸리는 시간으로부터 피부 탄력을 측정하는, 피부 맵을 이용하는 고강도 집속 초음파 및 레이저 발생 장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 핸드 피스는,
    상기 피부에 접촉하는 측정용 프로브;
    상기 측정용 프로브를 수직 방향으로 이동시켜 상기 피부에 압력을 가하며, 상기 측정용 프로브가 상기 피부에 접촉하면 상기 압력을 제거하는 수직 구동부; 및
    상기 압력이 제거된 상태에서 상기 측정용 프로브의 수직방향 변위를 측정하는 센서를 포함하는, 피부 맵을 이용하는 고강도 집속 초음파 및 레이저 발생 장치.
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 핸드 피스는,
    상기 HIFU-레이저 생성부를 수직 방향으로 이동시켜 상기 피부에 압력을 가하며, 상기 HIFU-레이저 생성부가 상기 피부에 접촉하면 상기 압력을 제거하는 수직 구동부; 및
    상기 압력이 제거된 상태에서 상기 HIFU-레이저 생성부의 수직방향 변위를 측정하는 센서를 포함하는, 피부 맵을 이용하는 고강도 집속 초음파 및 레이저 발생 장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 피부 맵에서, 상기 피부 상태 정보는, 지점별로 상기 측정 위치 정보에 연관되는, 피부 맵을 이용하는 고강도 집속 초음파 및 레이저 발생 장치.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 피부 맵에서, 상기 피부 상태 정보는, 동일 또는 허용 가능한 오차 범위에 속한 피부 상태 정보를 갖는 영역에 연관되는, 피부 맵을 이용하는 고강도 집속 초음파 및 레이저 발생 장치.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 제어 파라미터는, 상기 치료 위치 정보에 대응하는 치료 지점에 적용될 치료 매체의 선택, 선택된 치료 매체의 세기, 선택된 매체의 출력 시간, 및 선택된 매체의 적용 깊이의 조합인, 피부 맵을 이용하는 고강도 집속 초음파 및 레이저 발생 장치.
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