KR102525286B1 - 비접촉 적외선 온도측정기를 구비하는 프로브 헤드와 그 헤드를 포함하는 고강도 집속 초음파 장치 및 그 장치를 이용한 자동 초음파 출력제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비접촉 적외선 온도측정기를 구비하는 프로브 헤드와 그 헤드를 포함하는 고강도 집속 초음파 장치 및 그 장치를 이용한 자동 초음파 출력제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 환부(초점부)의 음향에너지에 의한 조직의 열응고 온도가 정량적 측정이 되지 않아 초음파출력을 적절하게 제어하기 어려웠던 것을 프로브의 헤드의 내부에 환부(초점부)와 비접촉으로 적외선 온도측정기를 구성하여 초음파 출력에너지 강도와 출력 주기의 제어를 통해 효율적인 치료가 가능한 유용한 발명이다.

Description

비접촉 적외선 온도측정기를 구비하는 프로브 헤드와 그 헤드를 포함하는 고강도 집속 초음파 장치 및 그 장치를 이용한 자동 초음파 출력제어방법{Probe head with non-contact infrared temperature measuring device, high intensity focused ultrasonic device including the head, and automatic ultrasonic output control method using the device}

본 발명은 비접촉 적외선 온도측정기를 구비하는 프로브 헤드와 그 헤드를 포함하는 고강도 집속 초음파 장치 및 그 장치를 이용한 자동 초음파 출력제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 편도선염, 인후염, 비염, 피부암과 같은 다양한 표재성 질환이나 , 흉터조직, 점, 주름등을 치료하는데 사용되는 고강도 집속 초음파 장치의 프로브 헤드에 원적외선 온도측정기를 장착하고 고강도 집속 초음파에 의하여 환부의 온도가 상승하는 정도를 측정하여, 인체조직의 불필요한 열손상을 최소화 하면서 환부조직을 효과적으로 치료 할 수 있는 기술에 관한 것이다.

고강도 집속 초음파(High Intensity Focused Ultrasound)장치는 주로 높은 주파수(2~10MHz)의 초음파를 반구형 또는 반원통형의 압전소자로 발생시켜 그 기계적 초점으로 물을 전달매개체로 하여 집속시키고 이를 환부에 조사하면 생체조직의 분자진동에 의한 발열로 조직을 응고시켜 비관혈적 시술이 가능하게 하는 장치이다.

한편, 이 영역의 초음파 파장은 조직을 통과할 때 기계적인(mechanical) 효과, 공동화(cavitation) 효과, 열(thermal)효과 등에 의하여 조직을 파괴 및 응고 시키게 되는데, 초음파를 어느 한 부위에 초점을 맞추어 열평형임계에너지 이상으로 지속적으로 조사하면 조직이 0.5~3 mm(지름)×2~15mm(깊이) 정도 영역에서 약 56~80℃ 정도의 온도가 상승하면서 세포 내부의 단백질 응고로 인한 응고성 괴사가 일어나며 전체적인 초음파 조사 체적만큼 조직의 괴사가 일어나게 되어, 응고 괴사된 조직은 수주에서 수개월 동안 시간을 두고 인체 내에서 서서히 분해, 흡수되고 새로운 세포재생이 일어나 병변의 치료가 된다.

상기 고강도 집속 초음파에 의한 조직의 응고는 초음파 발생 압전소자의 초점형태와 조직에 인가되는 음향에너지 강도 및 인가주파수에 따라 응고속도, 응고깊이, 응고형상이 달라지고, 통상적으로 음향에너지 강도가 강할수록, 인가주파수가 높을수록, 집속초점의 크기가 작을수록 빠르게 온도가 상승하여 조직응고 또한 빨라진다.

이러한 고강도 집속 초음파(High Intensity Focused Ultrasound)장치를 이용한 시술에 있어서 초음파에너지를 원하는 초점 깊이에 어느 정도 에너지 강도와 시간을 조사해야 하는지가 시술조직의 위치에 따라 병변 이외의 정상조직에 열적손상을 최소화하는데 있어서 중요한 요소임과 더불어, 병변조직에는 충분한 초음파에너지를 인가하여 응고시킬 수 있어야 한다.

그러나, 종래에는 인체대응 모델인 팬텀을 이용하여 기준 출력을 결정한 후 이를 생체 조직시술 임상적 데이터를 기반으로 변수를 조정한 값으로 출력에너지를 조절하여 사용하여 왔다.

하지만, 이러한 종래의 기술은 다양한 병변조직의 종류와 특성을 모두 반영하기에는 어려움이 있으며 효과적이며 안전한 고강도 집속 초음파 시술을 하는데 있어서 급속하게 온도가 변화하는 시술 조직부위의 실제적인 온도측정이 어려워 적정한 초음파 파워로 시술되는지 시술자의 직관적 판단에 의존하는 경우가 많았다.

종래의 고강도 집속 초음파(HIFU) 장치는 고주파 초음파에너지를 환부에 따라 장비의 사내기준 출력값을 사용하거나 사용자의 임상적 경험에 따른 전력제어를 하여 시술에 사용하였지만, 사용자의 장비 조작능력과 임상경험에 따라 시술의 결과가 좌우되기 쉬웠고 고강도 집속초음파(HIFU) Probe 초점의 온도상승 정도 및 조직의 응고 정도를 정량화된 측정이 어려워 과도한 열적 손상이 일어나거나 부족한 응고로 인한 재시술의 케이스가 발생할 수 있는 문제점을 갖고 있다.

또한, 종래에는 대체적으로 환부(초점부)를 치료한 후, 온도측정을 위해 별도의 온도측정기를 구비하여야 하는 번거로움이 수반될 수밖에 없어 시술 시간이 많이 소요되는 한편, 전적으로 치료사의 숙련도에 따라 시술시간에 많은 차이가 발생할 수밖에 없다.

KR 공개번호 10-2011-0131252호(2011.06.30.)

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출해낸 것으로, 고강도 집속 초음파(HIFU : High Intensity Focused Ultrasound)장치의 초음파출력 안전성을 향상시킬 수 있도록 종래의 고강도 집속 초음파 장치의 초음파 출력부에 원적외선 온도측정기를 장착하고 집속 초음파에 의하여 환부의 온도가 상승하는 정도를 측정하여, 인체조직의 불필요한 열손상을 최소화 하도록 하여 다양한 방식의 초음파 출력을 제어할 수 있도록 하는 한편, 환부의 응고온도 피드백(Feedback)을 이용한 단위 시간당 초음파 출력에너지 제어를 수행하여 최적의 조직응고 조건하에서 안전하게 시술의 속도를 향상시킬 수 있도록 하는 비접촉 적외선 온도측정기를 구비하는 프로브 헤드와 그 헤드를 포함하는 고강도 집속 초음파 장치 및 그 장치를 이용한 자동 초음파 출력제어방법을 제공함에 주안점을 두고 그 기술적 과제로 완성해낸 것이다.

이에 본 발명은, 고강도 집속 초음파 장치용 프로브 헤드에 있어서, 원통형으로 형성되되, 내부에 공간이 마련되고, 하부가 상기 프로브(1)의 끝단에 연결 구성되는 케이스(10); 상기 케이스(10)의 내부에 구성되어 온도측정기(30)를 보호 및 고정하는 온도측정기홀더(20); 상기 온도측정기홀더(20)의 중앙에 고정 설치되어 초음파 초점부의 온도를 비접촉방식으로 측정하는 온도측정기(30); 상기 케이스(10)의 내부에 구성되되 온도측정기(30)와 이격되게 설치되어 초음파 집속에너지를 출력하고, 하부에 시야각 설정 및 초점거리를 조절할 수 있으며, 내부 하측 바닥부보다 돌출되게 배치되는 적외선 광학계(45)를 포함하는 중공반구형 초음파 압전소자(40); 상기 케이스(10)의 내부 양측벽면에 냉각수를 입수하는 입수파이프(51)와, 상기 입수파이프(51)를 통해 냉각수가 상기 초음파 압전소자(40)를 경유하여 출수 될 수 있도록 하는 출수파이프(55)로 구성되어 중공반구형 초음파 압전소자의 온도 과승을 방지하기 위한 파이프(50); 상기 케이스(10)의 상부에 구성되어 상기 초음파 압전소자(40)의 전면을 보호하며 냉각수 유출 과 외부이물질 유입을 방지하기 위한 전면방수필름(60); 상기 케이스(10)의 상부에 결합되어 전면방수필름(60)을 고정하는 홀더(70); 상기 초음파 압전소자(40)의 내부 하측 중앙부에 구성되되 상기 적외선광학계(45)를 보호하며 방수기능을 수행하는 후면방수필름(80);을 포함하여 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

상기 후면방수필름(80)은, 상기 적외선광학계(45)의 상측에 맞닿게 구성되거나, 상기 적외선광학계(45)의 상측과 일정간격 이격되게 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

상기 온도측정기(30)는, 비접촉 적외선 서모파일 센서 또는 적외선 열영상카메라로 구성되고, 상기 적외선 열영상카메라로 구성될 시, 생체조직의 온도 및 영상을 동시에 촬영하는 것을 기술적 특징으로 한다.

상기 온도측정기홀더(20)는 원통형으로 형성되되, 내부에 공간이 마련되고, 하측 중앙부에 돌출되는 돌출부(21)가 형성되며, 중앙부에 관통되는 관통홀(23)이 형성되고, 하부에 상기 관통홀(23)과 연장되어 온도측정기(30)가 끼워져 고정되는 고정홈(25)이 형성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

상기 입수파이프(51)와 출수파이프(55)의 상측끝단은 상기 전면방수필름(60)의 내측 상부와 밀착되거나, 상기 입수파이프(51)와 출수파이프(55)의 끝단이 초음파 압전소자(40)의 중앙부측 방향으로 연장되게 형성되어, 냉각수의 입수 및 출수 시 기포발생의 억제 및 제거를 용이하게 하는 것을 기술적 특징으로 한다.

상기 프로브 헤드(3)의 외측 또는 상기 프로브 헤드(3)가 연결된 프로브(1)의 외측을 전체적으로 감싸며 오염처리를 보다 용이하게 할 수 있도록 멸균된 투명박막 라텍스튜브가 씌워져 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

배터리 또는 외부전력원으로부터 전원을 공급받아 작동하고, 프로브(1)로 전력 및 냉각수를 공급하며, 상기 프로브(1)의 작동에 대한 정보를 디스플레이 상에서 확인하고, 프로브(1)의 선택적인 제어가 가능한 제너레이터(5); 상기 제너레이터(5)로부터 전력 및 냉각수를 공급받아 작동하되, 끝단에 프로브 헤드(3)가 구성된 상기 프로브(1); 상기 제너레이터(5)와 프로브(1)를 연결하는 배선부(7)로 구성되는 비접촉 적외선 온도측정기를 구비하는 프로브 헤드를 포함하는 고강도 집속 초음파 장치인 것을 기술적 특징으로 한다.

상기 제너레이터(5)는, 0.8~10MHz 고주파 초음파 발진, 외부 입출력을 제어, 프로브(1)의 온도측정기(30)로부터 측정된 온도측정 값에 의한 초음파 출력전력을 제어, 자동 초음파 펄스열을 제어하며, A-Mode 신호 검출에 의한 초점부 조직변성도 측정 및 냉각수 순환펌프 및 열교환기를 제어하도록 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

상기 고강도 집속 초음파 장치를 이용하되, 상기 제너레이터(5)의 제어에 따라 프로브(1)로 초음파 출력이 인가될 때, 프로브(1)의 초점에 위치한 응고시키고자 하는 생체조직의 온도를 비접촉 적외선 온도로 연속 측정하되, 생체조직의 온도가 상기 제너레이터(5)에 설정된 조직 응고 상한온도에 도달하면 자동으로 초음파 출력을 정지시키거나 초음파 펄스열의 주기를 바꿔 생체조직에 과도한 열 손상을 방지하고, 초음파의 송수신을 하나의 중공반구형 압전센서로 수행하여 HIFU 초음파 출력이 초점부위에 인가되기 전에 약한 출력의 측정용 초음파를 송신하고 조직을 통과하면서 반사되는 초음파신호를 수신하여 A-Mode 신호로 변환하여 측정하고, 다음 단계로 치료용 HIFU 초음파 출력을 내보내 조직을 응고시킨 다음 다시 한번 같은 부위의 A-Mode 신호를 측정하여 그 진폭과 간격의 차이를 분석하면 깊이 방향의 조직응고 정도를 측정하도록 하는 것을 기술적 특징으로 한다.

상기 생체조직의 응고 전과 응고 후의 프로브 초점부의 신호 파형 비교를 통해 생체조직 응고 깊이를 분석하고, 상기 프로브의 온도측정기를 통해 X-Y 평면상의 열 변성 정도를 측정하고, A-Mode 신호로 Z축인 깊이 방향의 조직 열변성 정도를 측정 및 분석한 후, 각각 분석된 데이터를 이용하여 초음파 출력을 제어하는 것을 기술적 특징으로 한다.

본 발명의 비접촉 적외선 온도측정기를 구비하는 프로브 헤드와 그 헤드를 포함하는 고강도 집속 초음파 장치 및 그 장치를 이용한 자동 초음파 출력제어방법에 의하면, 고강도 집속초음파 HIFU(High Intensity Focused Ultrasound ) 장치를 이용하여 치료 시, 집속 초음파에 의하여 환부의 온도가 상승하는 정도를 실시간으로 측정하여, 인체조직의 불필요한 열손상을 최소화 할 수 있어 안전성이 확보되는 한편, 환부의 응고온도 피드백(Feedback)을 이용한 단위 시간당 초음파 출력에너지 제어를 수행하여 최적의 조직응고 조건하에서 안전하게 시술의 속도를 향상시킬 수 있는 유용한 발명이다.

도 1은 종래의 프로브 헤드의 바람직한 실시 예를 나타내는 도면
도 2는 본 발명의 프로브 헤드의 바람직한 실시 예를 나타내는 도면
도 3은 본 발명의 프로브 헤드의 바람직한 실시 예를 나타내는 분해도
도 4는 본 발명의 프로브 헤드의 바람직한 실시 예를 나타내는 단면도
도 5는 본 발명의 프로브 헤드가 다양한 프로브에 장착된 것을 나타내는 도면
도 6는 본 발명의 프로브 헤드가 다양한 프로브에 장착된 것을 나타내는 도면
도 7는 본 발명의 온도측정기를 구비하는 프로브 헤드가 구성된 고강도 집속 초음파 장치를 나타내는 도면
도 8은 본 발명의 고강도 집속 초음파 장치를 이용하여 HIFU 응고 전,후 초점부 A-Mode 신호 파형 비교로 응고 깊이 분석한 것을 나타내는 도면

본 발명은 편도선염, 인후염, 비염, 피부암과 같은 다양한 표재성 질환이나 , 흉터조직, 점, 주름등을 치료하는데 사용되는 고강도 집속 초음파 장치의 프로브 헤드에 원적외선 온도측정기를 장착하고 고강도 집속 초음파에 의하여 환부의 온도가 상승하는 정도를 측정하여, 인체조직의 불필요한 열손상을 최소화 하도록 할 수 있는 비접촉 적외선 온도측정기를 구비하는 프로브 헤드와 그 헤드를 포함하는 고강도 집속 초음파 장치 및 그 장치를 이용한 자동 초음파 출력제어방법을 이용한 자동 초음파 출력제어방법를 제공한다.

이하, 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 구성 및 작용에 대하여 도 1 내지 도 8을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명을 설명하기에 앞서 그 구성을 보면, 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 케이스(10), 온도측정기홀더(20), 온도측정기(30), 중공반구형 초음파 압전소자(40), 파이프(50), 전면방수필름(60), 홀더(70) 및 후면방수필름(80)을 포함하여 구성된다.

상기 케이스(10)는, 고강도 집속 초음파 장치용 프로브 헤드의 전체적인 몸체로써, 그 구조를 보면, 도 3에 도시된 바와 같이, 원통형으로 형성되되, 내부에 공간이 마련되고, 하부가 상기 프로브(1)의 끝단에 연결 구성된다. 이때, 상기 프로브(1)와의 연결은 상기 프로브(1)의 연결되는 내측 또는 외측과 케이스(10)의 연결되는 외측 또는 내측에 각각 나사산을 형성하여 회전 결합되도록 구성될 수가 있으며, 이러한 구조는 일 실시 예로써 설명한 것이고, 필요에 따라서 통상의 결합 또는 연결하여 고정될 수 있는 구조가 적용 될 수도 있다.

상기 온도측정기홀더(20)는 상기 케이스(10)의 내부에 구성되어 온도측정기(30)를 보호 및 고정하는 구성으로써, 상기 온도측정기홀더(20)는 원통형으로 형성되되, 내부에 공간이 마련되고, 하측 중앙부에 돌출되는 돌출부(21)가 형성되는데, 상기 돌출부(21)의 돌출된 높이는 도 4에 도시된 바와 같이 온도측정기홀더(20)의 상측보다 조금 낮게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 돌출부(21)의 중앙부에 관통되는 관통홀(23)이 형성되어, 하부에 상기 관통홀(23)과 연장되어 온도측정기(30)가 끼워져 고정되는 고정홈(25)이 형성되어, 상기 고정홈(25)에 온도측정기(30)가 끼워져 고정됨과 동시에 상기 관통홀(23)의 구성을 통해 프로브(1)를 이용하여 치료 시, 초점부(환부)의 온도를 실시간으로 측정할 수가 있게 된다.

이러한 상기 측정된 초점부의 온도는 연결되는 제너레이터(5)로 실시간으로 전송되게 된다.

상기 온도측정기(30)는 본 발명의 핵심구성요소로써, 상기 온도측정기홀더(20)의 중앙에 고정 설치되어 초음파 초점부의 온도를 비접촉방식으로 측정하도록 구성된다. 이때, 상기 온도측정기(30)는, 비접촉 적외선 서모파일 센서 또는 적외선 열 영상카메라로 구성되고, 상기 적외선 열 영상카메라로 구성될 시, 생체조직의 온도 및 영상을 동시에 촬영하도록 구성된다.

상기 온도측정기(30)를 열 영상카메라로 구성할 시 초음파 환부(초점부)의 열적인 변성범위를 2D 영상으로 좀 더 정밀하게 측정 할 수 있고 인체의 복사열을 이용하여 측정하기 때문에 별도의 외부 조명장치가 없어도 되는 장점이 있어 일반적인 카메라 영상에서처럼 조명의 근거리 정면 반사에 의하여 영상 판독이 곤란한 경우가 발생하지 않는 효과가 있다.

종래에는 프로브 헤드를 구성함에 있어서 본 발명과 같은 온도측정기(30)가 내부에 장착되지 못하고, 프로브를 이용하여 환부를 치료할 후, 별도의 온도측정기를 통해 환부의 온도를 측정하여 초음파 치료를 더 수행할지 수행하지 말아야 할지 치료사가 결정하는 번거로움이 수반될 뿐만 아니라, 치료하는 시간이 많이 소요되는 문제점을 갖고 있었다.

그러나, 본 발명에서는 프로브 헤드의 내부에 온도측정기(30)를 장착함으로써, 프로브로 환부(초점부)를 초음파 치료 중 실시간으로 환부(초점부)의 온도를 확인할 수가 있는 편리성을 통해 종래의 번거로움을 완벽하게 해소할 수가 있다

다시 말해, 본 발명의 온도측정기(30)는 중공반구형 압전소자(40)의 곡률에 의하여 정해지는 초점과 초음파음향에너지 빔 축에 시야각을 일치시켜 고정되도록 구성하여 사용될 수 있게 된다.

한편, 인체의 연조직은 70%정도의 수분을 포함하고 있어서 초음파와 적외선을 잘 통과시키므로 집속초음파에 의하여 인체조직 내부의 음향초점에서 조직의 분자진동과 캐비테이션 효과에 의한 열을 발생시킬 수 있는데, 여기에서 발생한 열원으로부터 방사되는 적외선을 적외선 온도측정기(30)로 측정하여 투과매질에 따른 적절한 온도보정을 하면 정밀한 온도 측정이 가능함에 따라, 체표면에 가까운 측정의 경우 더욱 오차가 적은 측정이 가능하여, 피부에 가까운 부분에서 발생하는 표재성 질환을 치료하는 고강도 집속 초음파 장치에서 초음파 출력전력을 제어 하는데 더욱 효과적으로 이용될 수 있다.

이때, 상기 표재성 질환 치료로는 피부질환, 편도선 질환, 인후부질환등의 병변을 치료하거 나 주름개선, 점 제거, 심부 여드름 및 종기치료, 흉터 치료, 신경치료에 의한 통증조절 등이 있으며 이외에도 다양한 질환의 치료에 사용될 수 있다.

상기 중공반구형 초음파 압전소자(40)는 상기 케이스(10)의 내부에 구성되되 온도측정기(30)와 이격되게 설치되어 초음파 집속에너지를 출력하고, 하부에 시야각 설정 및 초점거리를 조절할 수 있으며, 내부 하측 바닥부보다 돌출되게 배치되는 적외선 광학계(45)를 포함하여 구성되어, 초음파 집속에너지를 출력하여 환부(초점부)를 치료할 수 있도록 구성된다.

상기 중공반구형 초음파 압전소자(40)는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 입수파이프(51)를 통해 입수되는 냉각용 멸균증류수(냉각수)가 냉각수조에 채워지면서 출수파이프(55)를 통해 이동될 수 있는 구조이다. 즉, 프로브를 이용하여 환부(초점부)를 초음파 치료 시, 냉각용 멸균증류수가 채워진 상태에서 적외선 광학계(45)가 작동하면서 초음파 집속에너지를 출력하게 된다.

또한, 초음파 압전소자(40)의 중공반구형 구조는 통상의 구조로써 별도의 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 파이프(50)는 상기 케이스(10)의 내부 양측벽면에 냉각수를 입수하는 입수파이프(51)와, 상기 입수파이프(51)를 통해 냉각용 멸균증류수가 상기 초음파 압전소자(40)를 경유하여 출수 될 수 있도록 하는 출수파이프(55)로 구성되어 중공반구형 초음파 압전소자의 온도 과승을 방지하기 위한 구성이다.

즉, 상기 입수파이프(51)와 출수파이프(55)의 구성으로, 냉각용 멸균증류수가 지속적으로 순환하게 됨으로써, 장치의 안정성을 확보할 수가 있어 장기간 및 오작동 등을 방지할 수가 있다.

여기서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 입수파이프(51)와 출수파이프(55)의 상측끝단은 상기 전면방수필름(60)의 내측 상부와 밀착되거나, 상기 입수파이프(51)와 출수파이프(55)의 끝단이 초음파 압전소자(40)의 중앙부측 방향으로 연장되게 형성되어, 냉각수의 입수 및 출수 시 기포발생을 억제하고 또한 기포를 용이하게 제거하도록 하여, 자칫 발생할 수 있는 기포에 의한 초음파 출력저하를 더욱 효과적으로 방지할 수가 있다.

상기 전면방수필름(60)은, 상기 케이스(10)의 상부에 구성되어 상기 초음파 압전소자(40)의 전면을 보호하며 냉각수 유출 시 유입을 방지하기 위한 구성으로써, 상기 입수파이프(51)를 통해 공급되는 냉각수가 초음파 압전소자(40)의 냉각수조 부분을 경유하면서 출수파이프(55)로 이동될 시, 프로브(1)의 전면 외부로 누설되는 것을 방지하여 상기 초음파 집속에너지를 효과적으로 형성할 수 있도록 하는 효과 및 자칫 발생할 수 있는 외부 물질의 냉각수조 유입 또한 방지할 수가 있다. 그리고 전면방수필름(60)은 환부에서 발생하는 적외선을 잘 통과시키는 재질이 사용될 수가 있으며 그 실시 예로써 투명재질이 사용될 수가 있다.

상기 홀더(70)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 케이스(10)의 상부에 결합되어 전면방수필름(60)을 견고하게 고정하여, 상기 전면방수필름(60)이 자신의 목적을 안정적으로 수행할 수 있도록 하기 위한 구성임과 아울러, 상기 홀더(70)는 상기 케이스(10)의 상부와 결합되되 그 결합방식으로는 회전결합 또는 상기 홀더(70)가 케이스(10)의 상부 외주에 끼워질 수 있도록 구성될 수도 있다.

상기 후면방수필름(80)은 도 3에 도시된 바와 같이 상기 초음파 압전소자(40)의 내부 하측 중앙부에 구성되되 상기 적외선광학계(45)를 보호하며 방수기능을 수행하도록 하여, 상기 전면방수필름(60)과 같이 입수파이프(51), 초음파 압전소자(40), 출수파이프(55)순으로 지속적으로 순환하는 냉각수가 상기 구성 이외의 다른 부분으로 누설되는 것을 원천적으로 차단할 수 있도록 하여 안정적인 초음파 집속에너지를 형성할 수 있도록 한다.

여기서, 상기 후면방수필름(80)은, 상기 적외선광학계(45)의 상측에 맞닿게 구성되거나, 상기 적외선광학계(45)의 상측과 일정간격 이격되게 구성될 수가 있다. 그리고 후면방수필름(80)은 환부에서 발생하는 적외선을 잘 통과시키는 재질이 사용될 수가 있으며 그 실시 예로써 투명재질이 사용될 수가 있다.

또한, 도시하진 않았지만, 본 발명의 상기 프로브 헤드(3)의 외측 또는 상기 프로브 헤드(3)가 연결된 프로브(1)의 외측을 전체적으로 감싸며 오염처리를 보다 용이하게 할 수 있도록 멸균된 투명박막 라텍스튜브가 씌워져 구성될 수 있도록 하여, 환자간 교차감염의 위험을 등을 원천적으로 차단토록 할 수가 있다.

또한, 도 5 또는 도 6에 도시된 바와 같이 도시된 바와 같이 본 발명의 프로브 헤드는 치료에 따라 다양한 구조를 갖는 프로브에 모두 적용시켜 사용할 수가 있으며, 심부 초점용, 근접초점용, 헤드부 길이 연장형 각도 고정용, 헤드부 자유 굴신형, 협소공간용 헤드부 각도 변화형 등에 모두 적용할 수가 있다.

한편, 도 7에 도시된 바와 같이,본 발명의 프로브 헤드를 포함하는 고강도 집속 초음파 장치의 구성은 배터리 또는 외부전력원으로부터 전원을 공급받아 작동하고, 프로브(1)로 전력 및 냉각수를 공급하며, 상기 프로브(1)의 작동에 대한 정보를 디스플레이 상에서 확인하고, 프로브(1)의 선택적인 제어가 가능한 제너레이터(5); 상기 제너레이터(5)로부터 전력 및 냉각수를 공급받아 작동하되, 끝단에 상기 프로브 헤드(3)가 구성된 프로브(1)와 상기 제너레이터(5)와 프로브(1)를 연결하는 배선부(7)로 구성된다.

여기서, 상기 제너레이터(5)는, 도 2에 도시된 바와 같이 0.8~10MHz 고주파 초음파 발진, 외부 입출력을 제어, 프로브(1)의 온도측정기(30)로부터 측정된 온도측정 값에 의한 초음파 출력전력을 제어, 자동 초음파 펄스열을 제어하며, A-Mode 신호 검출에 의한 초점부 조직변성도 측정 및 냉각수 순환펌프 및 열교환기를 제어하도록 구성된다.

상기 프로브(1)의 경우, 통상적으로 전원을 온-오프시키는 스위치 및 기본구성을 포함하고 있으며, 그 끝단에 상기 프로브 헤드가 구성되며, 상기 배선부(7)의 경우 제너레이터(5)와 프로브(1)를 연결하여, 냉각용 멸균증류수의 입수와 출수를 통한 순환이 될 수 있도록 함과 아울러, 프로브(1)에 전체적인 전력을 공급하도 상기 프로브(1)가 작동될 수 있도록 하기 위한 구성이다.

이러한 상기 고강도 집속 초음파 장치를 이용한 자동 초음파 출력제어방법을 보면, 상기 제너레이터(5)의 제어에 따라 프로브(1)로 초음파 출력이 인가될 때, 프로브(1)의 초점에 위치한 응고시키고자 하는 생체조직의 온도를 비접촉 적외선 온도로 연속 측정하되, 생체조직의 온도가 상기 제너레이터(5)에 설정된 조직 응고 상한온도에 도달하면 자동으로 초음파 출력을 정지시키거나 초음파 펄스열의 주기를 바꿔 생체조직에 과도한 열 손상을 방지하고, 초음파의 송수신을 하나의 중공반구형 압전소자로 수행하여 초음파 출력이 초점부위에 인가되기 전의 A-Mode 신호와 초음파 출력을 내보내 조직을 응고시킨 다음 다시 한번 같은 부위의 A-Mode 신호를 측정하여 그 진폭과 간격의 차이를 분석하면 깊이 방향의 조직응고 정도를 측정하도록 한다.

또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 생체조직의 응고 전과 응고 후의 프로브 초점부의 신호 파형 비교를 통해 생체조직 응고 깊이를 분석한 후, 상기 프로브의 온도측정기를 통해 X-Y 평면상의 열 변성 정도를 측정하고, A-Mode 신호로 Z축인 깊이 방향의 조직 열변성 정도를 측정 및 분석한 후, 각각 분석된 데이터를 이용하여 초음파 출력을 선택적으로 제어하여 효과적인 치료가 가능하다.

이러한 초음파 출력을 정밀하게 제어하면 환부(초점부)의 생체조직이 과도한 열 손상으로 인한 괴사 및 천공과 같은 부작용을 최소화할 수가 있다.

다시 말해, 생체조직 내부의 단백질과 수분의 상태가 정상상태인 경우와 고출력 집속 초음파 출력으로 응고된 경우에 서로 물성이 달라져서 초음파 음향 에너지의 전달 속도 및 감쇠계수에 영향을 미침으로, 이러한 변화가 신호에 나타나게 되는데, 이때, HIFU 초음파 출력이 초점부위에 인가되기 전에 약한 출력의 측정용 초음파를 송신하고 조직을 통과하면서 반사되는 초음파신호를 수신하여 A-Mode 신호로 변환하여 측정하고 다음 단계로 치료용 HIFU 초음파 출력을 내보내 조직을 응고시킨 다음 다시 한번 A-Mode 신호를 측정하여 비교분석하면 깊이 방향의 조직 열변성 정도를 파악 할 수 있어서 고전력의 초음파 펄스열을 같은 부위에 더 조사할지 아니면 다른 부위에 빔 조사 위치를 변경할지 결정하는데 도움을 줄 수가 있다. 이러한 본 발명의 제어방법을 통해 각종 피부질환을 시술 또는 치료 시, 좀 더 최적의 초음파에너지 조사로 시술의 안전성을 향상시킬 수가 있으며, 시술 또는 치료의 전체적인 속도를 향상시킬 수 있다.

1 : 프로브
5 : 제너레이터
7 : 배선부
10 : 케이스
20 : 온도측정기 홀더 21 : 돌출부 23 : 관통홀
25 : 고정홈
30 : 온도측정기
40 : 중공반구형 초음파 압전소자 45 : 적외선 광학계
50 : 파이프 51 : 입수파이프 55 : 출수파이프
60 : 전면방수필름
70 : 홀더
80 : 후면방수필름

Claims (10)

1. 고강도 집속 초음파 장치용 프로브 헤드에 있어서,
   원통형으로 형성되되, 내부에 공간이 마련되고, 하부가 상기 프로브(1)의 끝단에 연결 구성되는 케이스(10);
   상기 케이스(10)의 내부에 구성되어 온도측정기(30)를 보호 및 고정하는 온도측정기홀더(20);
   상기 온도측정기홀더(20)의 중앙에 고정 설치되어 초음파 초점부의 온도를 비접촉방식으로 측정하는 온도측정기(30);
   상기 케이스(10)의 내부에 구성되되 온도측정기(30)와 이격되게 설치되어 초음파 집속에너지를 출력하고, 하부에 시야각 설정 및 초점거리를 조절할 수 있으며, 내부 하측 바닥부보다 돌출되게 배치되는 적외선 광학계(45)를 포함하는 중공반구형 초음파 압전소자(40);
   상기 케이스(10)의 내부 양측벽면에 냉각수를 입수하는 입수파이프(51)와, 상기 입수파이프(51)를 통해 냉각수가 상기 초음파 압전소자(40)를 경유하여 출수 될 수 있도록 하는 출수파이프(55)로 구성되어 중공반구형 초음파 압전소자의 온도 과승을 방지하기 위한 파이프(50);
   상기 케이스(10)의 상부에 구성되어 상기 초음파 압전소자(40)의 전면을 보호하며 냉각수 유출 시 유입을 방지하기 위한 전면방수필름(60);
   상기 케이스(10)의 상부에 결합되어 전면방수필름(60)을 고정하는 홀더(70);
   상기 초음파 압전소자(40)의 내부 하측 중앙부에 구성되되 상기 적외선광학계(45)를 보호하며 방수기능을 수행하는 후면방수필름(80); 을 포함하고,
   상기 후면방수필름(80)은, 상기 적외선광학계(45)의 상측에 맞닿게 구성되거나, 상기 적외선광학계(45)의 상측과 일정간격 이격되게 구성되며,
   상기 온도측정기홀더(20)는 원통형으로 형성되되, 내부에 공간이 마련되고, 하측 중앙부에 돌출되는 돌출부(21)가 형성되며, 중앙부에 관통되는 관통홀(23)이 형성되고, 하부에 상기 관통홀(23)과 연장되어 온도측정기(30)가 끼워져 고정되는 고정홈(25)이 형성되고,
   상기 프로브 헤드(3)의 외측 또는 상기 프로브 헤드(3)가 연결된 프로브(1)의 외측을 전체적으로 감싸며 오염처리를 보다 용이하게 할 수 있도록 멸균된 투명박막 라텍스튜브가 씌워져 구성되는 것을 특징으로 하는 비접촉 적외선 온도측정기를 구비하는 고강도 집속 초음파 장치의 프로브 헤드.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 온도측정기(30)는, 비접촉 적외선 서모파일 센서 또는 적외선 열영상카메라로 구성되고, 상기 적외선 열영상카메라로 구성될 시, 생체조직의 온도 및 영상을 동시에 촬영하는 것을 특징으로 하는 비접촉 적외선 온도측정기를 구비하는 고강도 집속 초음파 장치의 프로브 헤드.
   
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 입수파이프(51)와 출수파이프(55)의 상측끝단은 상기 전면방수필름(60)의 내측 상부와 밀착되거나, 상기 입수파이프(51)와 출수파이프(55)의 끝단이 초음파 압전소자(40)의 중앙부측 방향으로 연장되게 형성되어, 냉각수의 입수 및 출수 시 기포발생을 억제하는 것을 특징으로 하는 비접촉 적외선 온도측정기를 구비하는 고강도 집속 초음파 장치의 프로브 헤드.
   
6. 삭제
7. 배터리 또는 외부전력원으로부터 전원을 공급받아 작동하고, 프로브(1)로 전력 및 냉각수를 공급하며, 상기 프로브(1)의 작동에 대한 정보를 디스플레이 상에서 확인하고, 프로브(1)의 선택적인 제어가 가능한 제너레이터(5);
   상기 제너레이터(5)로부터 전력 및 냉각수를 공급받아 작동하되, 끝단에 제 1항의 프로브 헤드(3)가 구성된 프로브(1);
   상기 제너레이터(5)와 프로브(1)를 연결하는 배선부(7); 로 구성되고,
   상기 제너레이터(5)는, 0.8~10MHz 고주파 초음파 발진, 외부 입출력을 제어, 프로브(1)의 온도측정기(30)로부터 측정된 온도측정 값에 의한 초음파 출력전력을 제어, 자동 초음파 펄스열을 제어하며, A-Mode 신호 검출에 의한 초점부 조직변성도 측정 및 냉각수 순환펌프 및 열교환기를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 비접촉 적외선 온도측정기를 구비하는 프로브 헤드를 포함하는 고강도 집속 초음파 장치.
   
8. 삭제
9. 제 7의 고강도 집속 초음파 장치를 이용하되,
   상기 제너레이터(5)의 제어에 따라 프로브(1)로 초음파 출력이 인가될 때, 프로브(1)의 초점에 위치한 응고시키고자 하는 생체조직의 온도를 비접촉 적외선 온도로 연속 측정하되, 생체조직의 온도가 상기 제너레이터(5)에 설정된 조직 응고 상한온도에 도달하면 자동으로 초음파 출력을 정지시키거나 초음파 펄스열의 주기를 바꿔 생체조직에 과도한 열 손상을 방지하고,
   초음파의 송수신을 하나의 중공반구형 압전센서로 수행하여 초음파 출력이 초점부위에 인가되기 전의 A-Mode 신호와 초음파 출력을 내보내 조직을 응고시킨 다음 다시 한번 같은 부위의 A-Mode 신호를 측정하여 그 진폭과 간격의 차이를 분석하면 깊이 방향의 조직응고 정도를 측정하도록 하며,
   상기 생체조직의 응고 전과 응고 후의 프로브 초점부의 신호 파형 비교를 통해 생체조직 응고 깊이를 분석하고,
   상기 프로브의 온도측정기를 통해 X-Y 평면상의 열 변성 정도를 측정하고, A-Mode 신호로 Z축인 깊이 방향의 조직 열변성 정도를 측정 및 분석한 후,
   각각 분석된 데이터를 이용하여 초음파 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 비접촉 적외선 온도측정기를 구비하는 프로브 헤드를 포함하는 고강도 집속 초음파 장치를 이용한 자동 초음파 출력제어방법.
   
10. 삭제

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