KR102494475B1

KR102494475B1 - 초음파 헤드

Info

Publication number: KR102494475B1
Application number: KR1020210044785A
Authority: KR
Inventors: 손건호; 유영복
Original assignee: (주)아이엠지티
Priority date: 2021-04-06
Filing date: 2021-04-06
Publication date: 2023-02-07
Also published as: KR20220138920A; KR102494475B9

Abstract

초음파 헤드가 개시된다. 일 실시 예에 따른 초음파 헤드는, 볼 조인트를 이용하여 트랜스듀서의 기계적 동작을 스티어링함에 따라 작은 힘으로 기계적 동작을 스티어링할 수 있고 기계적 움직임을 자유롭게 구성할 수 있으며, 초음파 헤드의 소형화를 달성할 수 있다.

Description

초음파 헤드 {Ultrasound head}

본 발명은 초음파를 이용한 진단 및 처리 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 영상유도하 처리(Image Guide Therapy)를 위한 집속 초음파(Focused Ultrasound: 이하 FUS라 칭함)를 이용한 이미지 스캐닝 및 처리 기술에 관한 것이다.

암, 종양, 병변 등과 같은 생체조직을 처리하는데 초음파 신호를 이용할 수 있다. 초음파를 이용한 처리는 초음파 신호를 인체의 병변에 조사하여 병변을 처리하는 방식이다. 일반적인 외과수술이나 화학적인 처리(Chemotherapy) 방식 등에 비하여, 초음파 처리는 환자의 외상을 덜 손상시키고 비침습적 처리(Non-invasive treatment)를 실현할 수 있다. 그 적용 예로는 간암(Liver cancer), 뼈 육종(Bone sarcoma), 유방암(Breast cancer), 췌장암(Pancreas cancer), 신장암(Kidney cancer), 연조직의 종양(Soft tissue tumor) 및 골반 종양(Pelvic tumor) 등 다양하다.

KR 10-1999819 (2019년07월08일 등록)

일 실시 예에 따라, 작은 동력으로 초음파 헤드를 스티어링 할 수 있고, 기계적 움직임을 자유롭게 구성할 수 있고, 초음파 헤드의 소형화가 가능하며, 스티어링 시 오차를 줄여 정확도를 높일 수 있는 초음파 헤드를 제안한다.

일 실시 예에 따른 초음파 헤드는, 볼 조인트와, 볼 조인트를 피봇 축으로 하여 기계적 운동을 수행하는 트랜스듀서와, 볼 조인트와 연결되어 볼 조인트를 통해 트랜스듀서의 기계적 운동을 스티어링 하는 스티어링 장치를 포함한다.

스티어링 장치는, 볼 조인트와 연결되는 링크와, 원형의 회전 레일과, 링크를 통해 볼 조인트와 연결되고 회전 레일 상에서 회전 가능하며, 볼 조인트와 연결된 링크가 당겨지거나 밀어지는 이동 동작에 따라 트랜스듀서의 틸팅 동작을 스티어링 하고 볼 조인트와 링크로 연결되어 회전 레일 상에서 회전함에 따라 트랜스듀서의 회전 동작을 스티어링 하는 카트 모듈을 포함할 수 있다. 여기서, 링크는, 볼 조인트와 연결되는 제1 링크와, 제1 링크 및 카트 모듈과 연결되는 제2 링크를 포함할 수 있다.

스티어링 장치는, 카트 모듈과, 원형의 회전 레일을 포함할 수 있으며, 카트 모듈은, 운송 카트와, 운송 카트의 상단에 장착되는 회전 모터와, 운송 카트를 관통하는 회전 모터 축에 결합되어 회전 모터 회전 시 회전하는 회전 모터 기어와, 회전 모터 기어와 연결되어 회전 모터 기어 회전 시 회전하는 회전 휠 기어와, 회전 휠 기어와 결합되어 회전 휠 기어의 회전에 의해 회전 레일을 따라 회전하는 제1 카트 휠을 포함할 수 있으며, 회전 모터의 구동 시 회전 휠 기어를 회전시키고 회전 휠 기어가 제1 카트 휠을 회전시킴에 따라 카트 모듈 전체가 회전 레일을 따라 회전하여 카트 모듈 회전 시 트랜스듀서가 회전 운동할 수 있다. 여기서, 카트 모듈은, 회전 모터 기어를 사이에 두고 회전 휠 기어의 반대 쪽에 위치하는 아이들 밸런스 기어와, 아이들 밸런스 기어와 결합되어 아이들 밸런스 기어의 회전에 의해 회전 레일을 따라 공회전하는 제2 카트 휠을 더 포함할 수 있다.

스티어링 장치는, 카트 모듈과, 원형의 회전 레일을 포함할 수 있으며, 카트 모듈은, 운송 카트와, 운송 카트의 상단에 장착되는 회전 모터와, 운송 카트를 관통하는 회전 모터 축에 결합되어 회전 모터 회전 시 회전 레일을 따라 회전하는 카트 휠을 포함할 수 있으며, 회전 모터의 구동 시 카트 휠을 회전시킴에 따라 카트 모듈 전체가 회전 레일을 따라 회전하여 카트 모듈 회전 시 트랜스듀서가 회전 운동할 수 있다.

스티어링 장치는, 카트 모듈을 포함할 수 있으며, 카트 모듈은, 운송 카트와, 운송 카트의 상단에 장착되는 틸트 모터와, 운송 카트를 관통하는 틸트 모터 축에 결합되어 틸트 모터 회전 시 회전하는 틸트 모터 기어와, 틸트 모터 기어와 연결되어 틸트 모터 기어의 회전운동을 수평운동으로 전환하는 틸트 랙 기어를 포함할 수 있으며, 틸트 모터의 구동 시 틸트 모터 기어의 회전에 의해 틸트 랙 기어를 수평운동 시킴에 따라 틸트 랙 기어와 연결된 트랜스듀서가 틸트 운동할 수 있다.

초음파 헤드는, 볼 조인트를 밀봉하는 격벽을 더 포함할 수 있다.

초음파 헤드는, 트랜스듀서의 집속 초음파 방사면을 막아주는 구조로 구성되고 집속 초음파 방사면과의 사이에 초음파 전달매질을 수용하기 위한 수용공간을 형성하는 멤브레인을 더 포함할 수 있으며, 멤브레인은 미리 설정된 일정 두께를 가지고, 헤드 케이스에 탈부착 될 수 있다. 멤브레인은, 나사 캡 구조, 조임 구조, 클램프 구조, 보아 구조, 버클 구조 중 어느 하나의 구조로 장착 또는 분리될 수 있다.

초음파 헤드는, 포커싱된 초음파들을 방출하도록 트랜스듀서를 구동하기 위해 구성된 전자 신호 생성기와, 포커싱된 초음파의 초점을 스티어링 하도록 전자 신호 생성기 및 각 스티어링 장치를 구동하기 위해 구성된 제어기를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따른 초음파 헤드는 볼 조인트 구조를 가지므로 작은 동력으로도 초음파 헤드의 기계적 움직임을 스티어링 할 수 있다. 예를 들어, 볼 조인트를 피봇 축으로 하여 피봇 축과 링크로 연결되어 초음파 헤드의 틸팅 동작을 스티어링 하고, 피복 축과 링크로 연결되어 회전 레일을 따라 초음파 헤드의 회전 동작을 스티어링 할 수 있다.

다른 효과로, 볼 조인트 부분만을 케이스와 강체로 밀봉하여 매개 유체와 분리함에 따라 스티어링 동작의 오차를 줄일 수 있으며, 소형화가 가능하다.

다른 효과로, 초음파를 이용한 처리 및 영상 획득에 있어 별도의 사용자 조작 없이 제1 트랜스듀서와 제2 트랜스듀서의 기계적 이동을 스티어링할 수 있다. 이때, 제1 트랜스듀서와 제2 트랜스듀서를 함께 기계적으로 스티어링할 수 있다.

다른 효과로, 자동으로 제1 트랜스듀서와 제2 트랜스듀서의 물리적 위치를 정렬한 구조체에 대한 회전 및 틸트를 포함하는 기계적 조정을 통해 처리 범위를 넓히고, 짧은 시간 내에 처리부위를 확인하고 처리할 수 있다. 나아가, 자동으로 초음파 헤드를 타겟에 정렬할 수 있음에 따라 처리 환경 및 다양한 신체 환경에 따라 매번 그에 맞는 트랜스듀서를 변경할 필요가 없다.

다른 효과로, 초음파 전달매질을 수용하기 위한 멤브레인을 결합하거나 분리할 수 있어서, 사용하기 편리하며 모듈의 일체감을 높일 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 헤드의 구조를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 초음파 헤드의 구조를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 카트 모듈의 세부 구조를 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 4(a)의 카트 모듈 구조에서의 초음파 헤드의 회전 운동을 설명하기 위해 초음파 헤드의 상면을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 4(b)의 카트 모듈 구조에서의 초음파 헤드의 회전 운동을 설명하기 위해 초음파 헤드의 상면을 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 헤드의 틸딩 운동을 설명하기 위해 초음파 헤드의 상면(a, b) 및 정면(c, d)을 각각 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 링크를 통해 회전 및 틸팅 동작하는 초음파 헤드의 구조를 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 작동 상태에서 본 초음파 헤드의 구성을 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램인스트럭션들(실행 엔진)에 의해 수행될 수도 있으며, 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다.

이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다.

그리고 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명되는 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.

또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능들을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있으며, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하며, 또한 그 블록들 또는 단계들이 필요에 따라 해당하는 기능의 역순으로 수행되는 것도 가능하다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 예는 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공된다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 헤드의 구조를 도시한 도면이다.

보다 세부적으로, 도 1은 초음파 헤드의 회전 동작을 위한 구성요소 위주의 초음파 헤드의 구조를 도시한 것이고, 도 2는 초음파 헤드의 틸트 동작을 위한 구성요소 위주의 초음파 헤드의 구조를 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 초음파 헤드(1)는 헤드 케이스(10), 볼 조인트(ball joint)(40), 트랜스듀서(transducer)(50), 스티어링 장치(steering apparatus) 및 격벽(60)을 포함한다.

볼 조인트(40)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 구 형태일 수 있다. 볼 조인트(40)는 하단의 트랜스듀서(50)와 결합한다.

트랜스듀서(50)는 볼 조인트(40)를 피봇 축(pivot)으로 하여 기계적 운동을 수행한다. 기계적 운동은 회전(rotation) 및 틸팅(tilting) 동작을 포함할 수 있다. 초음파 헤드(1)가 핸드헬드 타입(Hand-held type)인 경우, 기계적 운동은 회전 동작만을 포함할 수 있다.

트랜스듀서(50)는 제1 트랜스듀서 및 제2 트랜스듀서를 포함할 수 있고, 제1 트랜스듀서 및 제2 트랜스듀서의 위치를 물리적으로 정렬한 후 이를 조립한 구조체 형태일 수 있다.

제2 트랜스듀서는 환자 진료를 위한 집속 초음파를 방사하도록 구성된다. 제2 트랜스듀서는 집속 초음파 신호(Focused Ultra Sound: FUS)를 발생시켜 처리영역에 포커싱(Focusing) 한다. 제2 트랜스듀서는 다수 개로 구성된 어레이 구조일 수 있으며, 어레이를 구성하는 다수 개의 제2 트랜스듀서가 랜덤한 형태로 배치될 수 있다.

제1 트랜스듀서는 피검사체에 대한 진단 영상을 획득하기 위한 것이다. 시술자는 제1 트랜스듀서에 의해 획득되는 진단 영상을 확인하면서 집속 초음파 치료를 시술할 수 있다. 제1 트랜스듀서는 초음파 신호를 피검사체로 송신하고 피검사체로부터 반사된 초음파 신호를 수신할 수 있게 구성될 수 있다. 예컨대, 제1 트랜스듀서는 원통 형상의 케이싱에 압전소자 등이 내장되어 구성될 수 있다. 제1 트랜스듀서의 하면을 통해 초음파가 송수신될 수 있다. 제1 트랜스듀서는 제2 트랜스듀서의 집속 초음파 방사면의 중앙을 관통해서 삽입될 수 있다. 이를 위해 제2 트랜스듀서의 집속 초음파 방사면의 중앙에는 제1 트랜스듀서의 삽입을 위한 삽입 홀이 형성될 수 있다.

헤드 케이스(10)은 초음파 헤드(1)의 구성요소들을 수용한다. 일 실시 예에 따른 헤드 케이스(10)은 하측이 개구되어 제2 트랜스듀서의 집속 초음파 방사면을 노출시킬 수 있다. 집속 초음파 방사면은 테두리가 헤드 케이스(10)의 하측 개구 부위에 결합되어 헤드 케이스(10)의 하측 개구를 막도록 형성될 수 있다.

스티어링 장치는 트랜스듀서(50)의 기계적 운동을 스티어링 한다. 스티어링 장치는 예를 들어, 회전 모터(rotation motor)(21), 틸트 모터(tilt motor)(31) 및 카트 모듈(cart module)을 포함할 수 있다. 카트 모듈은 회전 모터 기어(rotation motor gear)(22), 회전 휠 기어(rotation wheel gear)(23-1), 아이들 밸런스 기어(idle balance gear)(23-2), 제1 카트 휠(1st cart wheel)(24-1), 제2 카트 휠(2nd cart wheel)(24-2), 회전 레일(rotation rail)(25), 운송 카트(transport cart)(32), 틸트 모터 기어(tilt motor gear)(33) 및 틸트 랙 기어(tilt lack gear)(34)를 포함할 수 있다.

회전 모터(21)는 운송 카트(32)의 상면에 장착되어 운송 카트(32)를 회전시키기 위한 동력을 제공한다. 운송 카트(32)에는 회전 모터(21)의 회전 모터 축이 관통된다. 틸트 모터(31)는 운송 카트(32)의 상면에 장착되어 운송 카트(32) 내 틸트 모터 기어(33)의 수평이동을 위한 동력을 제공한다. 운송 카트(32)에는 틸트 모터(31)의 틸트 모터 축이 관통된다.

회전 동작을 구현하기 위해 운송 카트(32)는 회전 모터(21), 회전 모터 기어(22), 회전 휠 기어(23-1) 및 제1 카트 휠(24-1)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 운송 카트(32)는 상면에 회전 모터(21)가 장착되며, 하면에는 운송 카트(32)를 관통한 회전 모터 축에 회전 모터 기어(22)가 장착될 수 있다. 회전 모터 기어(22)는 회전 휠 기어(23-1)와 연결되어, 회전 모터 기어(22) 회전 시 회전 모터 기어(22)가 반대 방향으로 회전할 수 있다. 이때, 회전 휠 기어(23-1)의 하단에 고정된 제1 카트 휠(24-1)이 회전 레일(25)의 회전 경로를 따라 회전할 수 있다. 회전 레일(25)에는 제1 카트 휠(24-1)이 지나갈 수 있도록 홈이 파여 있을 수 있다.

운송 카트(32)는 아이들 밸런스 기어(23-2) 및 제2 카트 휠(24-2)을 더 포함할 수 있다. 도 1 및 도 2에서는 회전 레일(25)이 하나이고, 회전 레일(25)을 사이에 두고 제1 카트 휠(24-1)과 제2 카트 휠(24-2)이 회전하는 예를 도시하고 있다. 이때, 제1 카트 휠(24-1)과 제2 카트 휠(24-2)은 각각 반대 방향의 단방향 클러치(one-way clutch)로 구성되어, 제1 카트 휠(24-1)과 대응하는 회전 휠 기어(23-1)에 의해 동작될 때, 나머지 하나의 제2 카트 휠(24-2)은 아이들 밸런스 기어(23-2)에 의해 공회전(idle) 하게 된다. 도 1 및 도 2에서는 안쪽의 제2 카트 휠(24-2)이 공회전하는 예를 도시하고 있으나, 제1 카트 휠(24-1)이 회전 레일(25)의 안쪽에 위치하고 제2 카트 휠(24-2)이 회전 레일(25)의 바깥쪽에 위치하여 공회전하는 경우도 가능하다.

틸팅 동작을 구현하기 위해 운송 카트(32)는 틸트 모터(31)와 틸트 모터 기어(33) 및 틸트 랙 기어(34)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 운송 카트(32)는 상면에 틸트 모터(31)가 장착되며, 하면에는 운송 카트(32)를 관통한 틸트 모터 축에 틸트 모터 기어(33)가 장착될 수 있다. 틸트 모터 기어(33)는 틸트 랙 기어(34)와 연결된다. 틸트 랙 기어(34)는 틸트 모터 기어(33)의 회전운동을 수평운동으로 변환시키는 기어이다. 예를 들어, 틸트 모터 기어(33)가 시계방향으로 회전하면 틸트 랙 기어(34)가 좌측 또는 우측으로 수평 이동한다. 틸트 랙 기어(34)는 볼 조인트(40)에 연결되어 있으므로, 틸트 랙 기어(34)의 수평 이동 시 볼 조인트(40)를 틸트 이동시키며, 볼 조인트(40)에 결합되어 있는 트랜스듀서(50)가 틸트 이동하게 된다.

격벽(60)은 볼 조인트(40)를 밀봉하는 역할을 하며, 격벽(60)의 아래에는 매개 유체, 예를 들어 물, 공기 등이 위치한다. 초음파 전달을 위한 매개 유체와 헤드는 외부 케이스와 밀봉되어 스티어링 동작을 하기 위해서는, 밀봉 물질이 스티어링 운동을 방해하지 않는 탄성 물질로 구성되어 있어야 했는데, 탄성 물질은 헤드 스티어링 동작의 오차 범위를 확대시키거나 큰 동력을 요구한다. 이때, 격벽(60)이 볼 조인트(40) 부분만을 밀봉함에 따라 헤드 스티어링 동작의 오차를 크게 줄일 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 초음파 헤드의 구조를 도시한 도면이다.

보다 세부적으로, 도 3의 (a)는 초음파 헤드의 전체 구조를, (b)는 초음파 헤드의 헤드 케이스를 제거한 내부 구조를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 초음파 헤드(1)는 헤드 탑 케이스(11), 헤드 미들 케이스(12), 멤브레인(13), 볼 조인트(40), 트랜스듀서(50), 스티어링 장치 및 격벽(60)을 포함한다.

도 1 및 도 2의 초음파 헤드는 볼 조인트가 원형 형태였으나, 도 3의 초음파 헤드(1)는 원기둥 형태이다. 볼 조인트(40)는 하단의 트랜스듀서(50)와 결합한다.

스티어링 장치는 카트 모듈과 원형의 회전 레일(25)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따른 카트 모듈은 회전운동을 위해 운송 카트(32), 회전 모터(21), 회전 모터 기어(22), 회전 휠 기어(23-1), 아이들 밸런스 기어(23-2), 제1 카트 휠(24-1), 제2 카트 휠(24-2)을 포함한다.

운송 카트(32)는 막힌 원호 형태일 수 있다. 회전 모터(21)는 운송 카트(32)의 상단에 장착된다. 회전 모터 기어(22)는 운송 카트(32)를 관통하는 회전 모터 축에 결합되어 회전 모터(21) 회전 시 회전한다. 회전 휠 기어(23-1)는 회전 모터 기어(22)와 연결되어 회전 모터 기어(22) 회전 시 회전한다. 제1 카트 휠(24-1)은 회전 휠 기어(23-1)와 결합되어 회전 휠 기어(23-1)의 회전에 의해 회전 레일(25)을 따라 회전한다. 회전 모터(21)의 구동 시 회전 휠 기어(23-1)를 회전시키고 회전 휠 기어(23-1)가 제1 카트 휠(24-1)을 회전시킴에 따라 카트 모듈 전체가 회전 레일(25)을 따라 회전하여 카트 모듈 회전 시 트랜스듀서(50)가 회전 운동하게 된다. 아이들 밸런스 기어(23-2)는 회전 모터 기어(22)를 사이에 두고 회전 휠 기어(23-1)의 반대 쪽에 위치할 수 있다. 제2 카트 휠(24-2)은 아이들 밸런스 기어(23-2)와 결합되어 아이들 밸런스 기어(23-2)의 회전에 의해 회전 레일(25)을 따라 공회전 할 수 있다. 이때의 카트 모듈 구조는 도 4(a)를 통해 후술한다.

다른 실시 예에 따른 카트 모듈은 회전 모터의 회전 시 회전 모터 축과 바로 연결된 회전 휠이 회전 레일을 따라 이동하는 구조이다. 이때의 카트 모듈 구조는 도 4(b)를 참조로 하여 후술한다.

일 실시 예에 따른 카트 모듈은 틸트 운동을 위해 틸트 모터(31), 운송 카트(32), 틸트 모터 기어(33), 틸트 랙 기어(34)를 포함한다. 틸트 모터(31)는 운송 카트(32)의 상단에 장착된다. 틸트 모터 기어(33)는 운송 카트(32)를 관통하는 틸트 모터 축에 결합되어 틸트 모터(31) 회전 시 회전한다. 틸트 랙 기어(34)는 틸트 모터 기어(33)와 연결되어 틸트 모터 기어(33)의 회전운동을 수평운동으로 전환한다. 틸트 모터(31)의 구동 시 틸트 모터 기어(33)의 회전에 의해 틸트 랙 기어(34)를 수평운동 시킴에 따라 틸트 랙 기어(34)와 연결된 트랜스듀서(50)가 틸트 운동할 수 있다.

멤브레인(13)은 헤드 미들 케이스(12)의 하단에 장착되어 초음파 방사면을 막아주는 구조로 되어 있다. 멤브레인(13)은 집속 초음파 방사면과의 사이에 초음파 전달매질을 수용하기 위한 수용공간을 형성한다. 초음파 전달매질은 탈기된 물 등으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 멤브레인(13)은 헤드 미들 케이스(12)의 하측 개구와 측면 일부를 함께 감싸는 형태로 이루어지며, 헤드 미들 케이스(12)의 측면에 실링된 상태로 결합될 수 있다. 멤브레인(13)은 제2 트랜스듀서의 초음파 방사면의 테두리에 실링된 상태로 결합되는 것도 가능하므로, 예시된 바에 한정되지 않는다.

일 실시 예에 따른 멤브레인(13)은 미리 설정된 일정 두께를 가지며, 헤드 미들 케이스(12)에 탈부착 된다. 탈부착을 위해 멤브레인(13)은 나사 캡 구조, 조임 구조, 클램프 구조, 보아 구조, 버클 구조 중 어느 하나의 구조로 장착 또는 분리 가능하다. 나사 캡 구조는 병 뚜껑과 유사한 방식이다. 멤브레인(13)의 탈부착이 용이한 구조에 의해 교체가 쉬워지며, 간단한 방수 밀폐 구조를 가질 수 있다.

멤브레인(13)은 초음파 전달매질과 유사한 음향 임피던스를 갖고 초음파 전달손실이 적으며 우수한 탄성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 멤브레인(13)은 에틸렌프로필렌(EPDM, Ethylene Propylene Diene Monomer) 고무, 라텍스(latex) 고무, 실리콘 고무 등과 같은 재질로 이루어질 수 있다. 멤브레인(13)은 수용공간에 초음파 전달매질이 수용되지 않은 상태에서 도 3에 도시된 바와 같은 형태를 지닌다. 이 상태에서, 수용공간에 초음파 전달매질이 설정 양으로 채워지면, 멤브레인(13)은 대략 반구 형상으로 변형될 수 있다.

초음파 헤드(1)를 환자 상부로 위치시키고 멤브레인(13)을 환자 피부에 접촉시킨 상태에서, 제2 트랜스듀서에 의해 집속 초음파를 방사할 수 있다. 그러면, 집속 초음파는 집속 초음파 방사면과 멤브레인(13) 사이의 초음파 전달매질을 거쳐 환자의 병변 부위로 조사될 수 있다.

도 4는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 카트 모듈의 세부 구조를 도시한 도면이다.

보다 세부적으로, (a)는 단일의 회전 레일(25)을 사이에 두고 2개의 카트 휠(24-1, 24-2)이 회전하는 카트 모듈을 도시한 것이고, (b)는 한 개의 카트 휠(24)이 두 개의 회전 레일(25-1, 25-2) 사이에서 회전하는 카트 모듈을 도시한 도면이다.

도 4(a)를 참조하면, 카트 모듈(3)은 회전 모터(21), 회전 모터 기어(22), 회전 휠 기어(23-1), 아이들 밸런스 기어(23-2), 제1 카트 휠(24-1), 제2 카트 휠(24-2), 운송 카트(32)를 포함한다. 운송 카트(32)는 막힌 원호 형태이다. 회전 모터(21)는 운송 카트(32)의 상단에 장착된다. 회전 모터 기어(22)는 운송 카트(32)를 관통하는 회전 모터 축에 결합되어 회전 모터(21) 회전 시 회전한다. 회전 휠 기어(23-1)는 회전 모터 기어(22)와 연결되어 회전 모터 기어(22) 회전 시 회전한다. 제1 카트 휠(24-1)은 회전 휠 기어(23-1)와 결합되어 회전 휠 기어(23-1)의 회전에 의해 회전 레일(25)을 따라 회전한다. 회전 모터(21)의 구동 시 회전 휠 기어(23-1)를 회전시키고 회전 휠 기어(23-1)가 제1 카트 휠(24-1)을 회전시킴에 따라 카트 모듈 전체가 회전 레일(25)을 따라 회전하여 카트 모듈 회전 시 트랜스듀서(50)가 회전 운동하게 된다. 이때의 회전 운동의 예는 도 5를 참조로 하여 후술한다.

도 4(b)를 참조하면, 카트 모듈(3)은 회전 모터(21), 카트 휠(24) 및 운송 카트(32)를 포함할 수 있다. 운송 카트(32)는 막힌 원호 형태이다. 회전 모터(21)는 운송 카트(32)의 상단에 장착된다. 카트 휠(24)은 운송 카트(32)를 관통하는 회전 모터 축(26)에 결합되어 회전 모터(21) 회전 시 두 개의 회전 레일(도 6의 25-1, 25-2)을 따라 회전한다. 회전 모터(21)의 구동 시 카트 휠(24)을 회전시킴에 따라 카트 모듈(3) 전체가 두 개의 회전 레일(도 6의 25-1, 25-2)을 따라 회전하여 카트 모듈(3) 회전 시 트랜스듀서가 회전 운동한다. 두 개의 회전 레일(도 6의 25-1, 25-2)에는 카트 휠(24)이 지나갈 수 있도록 홈이 파여 있을 수 있다. 이때의 회전 운동의 예는 도 6을 참조로 하여 후술한다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 4(a)의 카트 모듈 구조에서의 초음파 헤드의 회전 운동을 설명하기 위해 초음파 헤드의 상면을 도시한 도면이다.

도 4(a) 및 도 5를 참조하면, 초음파 헤드는 회전 모터(21)의 시계 방향 회전을 통해 회전 모터 기어(22)가 시계 방향으로 회전하면, 회전 모터 기어(22)와 수평으로 연결된 회전 휠 기어(23-1)가 반시계 방향으로 회전한다. 이어서, 회전 휠 기어(23-1)과는 축을 통해 고정된 하부의 제1 카트 휠(24-1)이 반시계 방향으로 회전한다. 이 경우, 회전 휠 기어(23-1)와 제1 카트 휠(24-1)을 포함한 카트 모듈(3) 전체가 회전 레일(25)을 따라 반시계 방향으로 회전하게 된다. 카트 모듈(3)의 틸트 랙 기어(34)는 볼 조인트를 통해 트랜스듀서(50)와 서로 연결되어 있기 때문에, 카트 모듈(3)의 회전 시 트랜스듀서(50)도 동일 방향으로 회전하게 된다. 즉, 도 5의 (a) 상태에서 회전 모터 기어(22)의 시계 방향 회전 시, (b) 상태에 같이 카트 모듈(3) 전체가 반시계 방향으로 회전하며, 트랜스듀서(50)가 반시계 방향으로 회전하게 된다. 회전 모터 기어(22)를 사이에 두고 회전 휠 기어(23-1)의 반대쪽에 위치하는 아이들 밸런스 기어(23-2)는 회전 휠 기어(23-1)에 의해 제1 카트 휠(24-1)이 회전할 때, 공회전을 통해 제2 카트 휠(24-2)을 공회전 시킬 수 있다.

도 5에서는 초음파 헤드의 반시계 방향의 회전을 도시하고 있으나, 시계 방향의 회전도 동일한 원리를 적용 가능하다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 4(b)의 카트 모듈 구조에서의 초음파 헤드의 회전 운동을 설명하기 위해 초음파 헤드의 상면을 도시한 도면이다.

도 4(b) 및 도 6을 참조하면, 초음파 헤드는 회전 모터(21)의 반시계 방향 회전에 따라 회전 모터 축(26)이 반시계 방향으로 회전하면, 회전 모터 축(26)과 바로 연결된 카트 휠(24)이 두 개의 회전 레일(25-1, 25-2) 사이에서 반시계 방향으로 회전한다. 이에 따라, 카트 휠(24)을 포함하는 카트 모듈(3) 전체가 두 개의 회전 레일(25-1, 25-2)을 따라 반시계 방향으로 회전하게 된다. 카트 모듈(3)에서 트랜스듀서와 틸트 랙 기어(34)는 서로 연결되어 있기 때문에, 카트 모듈(3) 회전 시 트랜스듀서도 동일 방향으로 회전하게 된다. 즉, 도 6의 (a) 상태에서 회전 모터 기어(22)의 반시계 방향 회전 시, (b) 상태에 같이 카트 모듈(3) 전체가 반시계 방향으로 회전하며, 트랜스듀서(50)가 반시계 방향으로 회전하게 된다.

도 6에서는 초음파 헤드의 반시계 방향의 회전을 도시하고 있으나, 시계 방향의 회전도 동일한 원리를 적용 가능하다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 헤드의 틸딩 운동을 설명하기 위해 초음파 헤드의 상면(a, b) 및 정면(c, d)을 각각 도시한 도면이다.

보다 세부적으로, 도 7의 (a)와 (b)는 틸트 동작 전후의 초음파 헤드의 상면을 도시한 도면이고, (c)와 (d)는 틸트 동작 전후의 초음파 헤드의 정면을 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 초음파 헤드는 틸트 모터(31)의 시계 방향으로 회전 시 틸트 모터 축에 고정된 틸트 모터 기어(33)가 시계 방향으로 회전한다. 틸트 모터 기어(33)가 시계 방향으로 회전하면 틸트 랙 기어(34)가 좌측으로 이동한다. 틸트 랙 기어(34)는 틸트 모터 기어(33)의 회전운동을 수평운동으로 변환해 주는 기어이다. 예를 들어, 틸트 모터 기어(33)의 시계 방향 회전 시 좌측으로 이동하고, 반시계 방향 회전 시 우측으로 이동할 수 있다. 즉, 도 7의 (a)상태에서 틸트 모터(31)의 시계 방향 회전 시, (b)상태와 같이 틸트 랙 기어(34)가 좌측 방향으로 이동한다.

이어서, 틸트 모터 기어(33)가 좌측 방향으로 이동하면, 틸트 모터 기어(33)와 연결된 볼 조인트(40)가 우측 방향으로 틸트 이동하며, 볼 조인트(40)와 연결된 트랜스듀서(50)가 동일한 우측 방향으로 틸트 이동한다. 즉, 도 7의 (c)상태에서 틸트 모터(31)의 시계 방향 회전 시, (d)상태와 같이 트랜스듀서(50)가 우측 방향으로 틸트 이동한다.

도 7에서는 우측 방향으로의 틸트 이동을 도시하고 있으나, 좌측 방향에 한정되지 않고 3차원 공간 상에서 소정 방향으로의 틸트 이동도 동일한 원리를 적용 가능하다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 링크를 통해 회전 및 틸팅 동작하는 초음파 헤드의 구조를 도시한 도면이다.

보다 세부적으로, 도 8의 (a)는 정면에서의 링크 구조를 도시한 것이고, (b)는 상면에서 초음파 헤드가 회전하는 형태를 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면, 초음파 헤드는 볼 조인트(40), 링크(81, 82) 및 카트 모듈(3)을 포함한다. 도 8에서는 볼 조인트(40)와 연결되는 제1 링크(81)와, 제1 링크(81) 및 카트 모듈(3)과 연결되는 제2 링크(82), 2개의 링크를 도시하고 있고, 제1 링크(81)가 볼 조인트(40)의 상부 중앙에 위치하고 제2 링크(82)가 볼 조인트(40)의 측면에 위치하고 있으나, 링크의 개수 및 위치는 이에 한정되지 않고 다양한 형태로 변형 가능하다. 카트 모듈(3)은 도 4를 참조로 하여 전술한 (a)의 형태 또는 (b)의 형태일 수 있다.

카트 모듈(3)은 링크들(81, 82)을 통해 볼 조인트(40)와 연결되어, 회전 레일(25) 상에서 회전 가능하다. 이때, 제2 링크(82)가 당겨지거나 밀어지는 이동 동작에 따라 트랜스듀서를 틸팅시키고, 회전 레일(25) 상에서 회전 시 트랜스듀서를 회전시킬 수 있다. 제2 링크(82)는 도 1 내지 도 3의 틸트 랙 링크(34)와 대응될 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 작동 상태에서 본 초음파 헤드의 구성을 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, 초음파 헤드는 도 1, 도 2 또는 도 3의 구성에서 전자 신호 생성기(91)와 제어기(90)를 더 포함한다.

전자 신호 생성기(91)는 포커싱된 초음파들을 방출하도록 트랜스듀서를 구동하기 위해 구성된다. 제어기(90)는 포커싱된 초음파의 초점을 스티어링하도록 전자 신호 생성기(91), 회전 모터(21)와 틸트 모터(31)를 구동하기 위해 구성된다. 제어기(90)는 예를 들어, 프로그래밍된 컴퓨터 또는 마이크로 제어기일 수 있다. 제어기(90)는 스티어링을 자동으로 수행하기 위하여 트랜스듀서로부터 영상 데이터를 수신할 수 있다. 예를 들어, 제어기(90)는 초점이 미리 결정된 경로를 뒤따라 타겟 영역을 스캔하는 동시에 타겟의 생리학적 움직임들을 보상하도록 전자 신호 생성기(91)와 회전 모터(21) 및 틸트 모터(31)를 구동할 수 있다. 제어기(90)의 전자 신호 생성기(91)를 통한 스티어링은 전자적 스티어링에 해당하고, 스티어링 장치를 통한 스티어링은 기계적 스티어링에 해당한다. 즉, 일 실시 예에 따른 초음파 헤드는 전자적 및 기계적 스티어링의 하이브리드 조합을 사용할 수 있다.

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

Claims

볼 조인트;
볼 조인트를 피봇 축으로 하여 기계적 운동을 수행하는 트랜스듀서; 및
볼 조인트와 연결되어 볼 조인트를 통해 트랜스듀서의 기계적 운동을 스티어링 하되, 볼 조인트를 중심으로 형성된 회전 레일 상의 회전 운동을 통해 트랜스듀서를 회전 운동시키는 스티어링 장치;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 헤드.
볼 조인트;
볼 조인트를 피봇 축으로 하여 기계적 운동을 수행하는 트랜스듀서; 및
볼 조인트와 연결되어 볼 조인트를 통해 트랜스듀서의 기계적 운동을 스티어링 하는 스티어링 장치; 를 포함하며,
스티어링 장치는
볼 조인트와 연결되는 링크;
원형의 회전 레일; 및
링크를 통해 볼 조인트와 연결되고 회전 레일 상에서 회전 가능하며, 볼 조인트와 연결된 링크가 당겨지거나 밀어지는 이동 동작에 따라 트랜스듀서의 틸팅 동작을 스티어링 하고, 볼 조인트와 링크로 연결되어 회전 레일 상에서 회전함에 따라 트랜스듀서의 회전 동작을 스티어링 하는 카트 모듈;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 헤드.
제 2 항에 있어서, 링크는
볼 조인트와 연결되는 제1 링크; 및
제1 링크 및 카트 모듈과 연결되는 제2 링크;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 헤드.
제 1 항에 있어서,
스티어링 장치는
카트 모듈; 및
원형의 회전 레일; 을 포함하며,
카트 모듈은
운송 카트;
운송 카트의 상단에 장착되는 회전 모터;
운송 카트를 관통하는 회전 모터 축에 결합되어 회전 모터 회전 시 회전하는 회전 모터 기어;
회전 모터 기어와 연결되어 회전 모터 기어 회전 시 회전하는 회전 휠 기어; 및
회전 휠 기어와 결합되어 회전 휠 기어의 회전에 의해 회전 레일을 따라 회전하는 제1 카트 휠; 을 포함하며,
회전 모터의 구동 시 회전 휠 기어를 회전시키고 회전 휠 기어가 제1 카트 휠을 회전시킴에 따라 카트 모듈 전체가 회전 레일을 따라 회전하여 카트 모듈 회전 시 트랜스듀서가 회전 운동하는 것을 특징으로 하는 초음파 헤드.
제 4 항에 있어서, 카트 모듈은
회전 모터 기어를 사이에 두고 회전 휠 기어의 반대 쪽에 위치하는 아이들 밸런스 기어; 및
아이들 밸런스 기어와 결합되어 아이들 밸런스 기어의 회전에 의해 회전 레일을 따라 공회전하는 제2 카트 휠;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 헤드.
제 1 항에 있어서,
스티어링 장치는
카트 모듈; 및
원형의 회전 레일; 을 포함하며,
카트 모듈은
운송 카트;
운송 카트의 상단에 장착되는 회전 모터; 및
운송 카트를 관통하는 회전 모터 축에 결합되어 회전 모터 회전 시 회전 레일을 따라 회전하는 카트 휠; 을 포함하며,
회전 모터의 구동 시 카트 휠을 회전시킴에 따라 카트 모듈 전체가 회전 레일을 따라 회전하여 카트 모듈 회전 시 트랜스듀서가 회전 운동하는 것을 특징으로 하는 초음파 헤드.
볼 조인트;
볼 조인트를 피봇 축으로 하여 기계적 운동을 수행하는 트랜스듀서; 및
볼 조인트와 연결되어 볼 조인트를 통해 트랜스듀서의 기계적 운동을 스티어링 하는 스티어링 장치; 를 포함하며,
스티어링 장치는
카트 모듈; 을 포함하며,
카트 모듈은
운송 카트;
운송 카트의 상단에 장착되는 틸트 모터;
운송 카트를 관통하는 틸트 모터 축에 결합되어 틸트 모터 회전 시 회전하는 틸트 모터 기어; 및
틸트 모터 기어와 연결되어 틸트 모터 기어의 회전운동을 수평운동으로 전환하는 틸트 랙 기어; 를 포함하며,
틸트 모터의 구동 시 틸트 모터 기어의 회전에 의해 틸트 랙 기어를 수평운동 시킴에 따라 틸트 랙 기어와 연결된 트랜스듀서가 틸트 운동하는 것을 특징으로 하는 초음파 헤드.
제 1 항에 있어서, 초음파 헤드는
볼 조인트를 밀봉하는 격벽;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 헤드.
제 1 항에 있어서, 초음파 헤드는
트랜스듀서의 집속 초음파 방사면을 막아주는 구조로 구성되고 집속 초음파 방사면과의 사이에 초음파 전달매질을 수용하기 위한 수용공간을 형성하는 멤브레인; 을 더 포함하며,
상기 멤브레인은 미리 설정된 일정 두께를 가지고, 헤드 케이스에 탈부착 되는 것을 특징으로 하는 초음파 헤드.
제 9 항에 있어서, 멤브레인은
나사 캡 구조, 조임 구조, 클램프 구조, 보아 구조, 버클 구조 중 어느 하나의 구조로 장착 또는 분리되는 것을 특징으로 하는 초음파 헤드.
제 1 항에 있어서, 초음파 헤드는
포커싱된 초음파들을 방출하도록 트랜스듀서를 구동하기 위해 구성된 전자 신호 생성기; 및
포커싱된 초음파의 초점을 스티어링 하도록 전자 신호 생성기 및 각 스티어링 장치를 구동하기 위해 구성된 제어기;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 헤드.