KR102590624B1 - 초음파 음향 결합용 고형겔 제조 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 음향 결합용 고형겔 제조 장치는 반고형 상태의 초음파 음향 결합용 고형겔을 제조할 수 있는 반고형 상태의 초음파 음향 결합용 고형겔 제조 장치 및 방법에 관한 것으로, 물 기반의 단일용매를 제조하는 용매 제조기; 상기 용매 제조기로부터 단일용매가 투입되며, 상기 단일용매의 투입경로와 다른 투입경로를 통해 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alchol; PVA)을 투입시킨 후 상기 단일용매와 폴리비닐알코올을 교반하여 PVA 용액을 생성하는 교반기; 상기 교반기로부터 상기 PVA 용액을 전달받아 상기 PVA 용액의 내부 공기를 제거하는 탈포기; 상기 교반기 또는 상기 탈포기로부터 배출되는 PVA 용액이 내부공간에 주입되는 성형틀; 및 상기 성형틀이 투입되면, 상기 PVA 용액을 이루는 용매의 종류에 따라 경화 과정을 진행하여 상기 성형틀의 내부공간에서 폴리비닐알코올로 구성되는 고형겔이 성형되도록 하는 챔버;를 포함하고, 상기 고형겔은, 상기 PVA 용액의 탈포 여부에 따라 초음파의 투과 정도 및 투명도가 다를 수 있다.

Description

초음파 음향 결합용 고형겔 제조 장치 및 방법{Apparatus and method for producing solid gel for ultrasonic acoustic coupling}
본 발명은 초음파 음향 결합용 고형겔 제조 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반고형 상태의 초음파 음향 결합용 고형겔을 제조할 수 있는 반고형 상태의 초음파 음향 결합용 고형겔 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.
초음파는 인간의 가청주파수 대역 이상을 가진 음파를 말하며, 여러가지 의학적 진단에 사용되고 있는 실정이다.
일례로서 종양조직을 비침습적으로 가열하여 괴사시키는 치료목적으로 사용되거나, 초음파에너지를 전달하고자 하는 초점에 집중시키는 것을 의미하는 집중초음파는 뇌나 말초신경조직에 전달되어 이들 신경조직의 기능을 비침습적으로 조절하는 방식으로 사용되고 있다.
이때, 이용되는 집중초음파는 초음파 발생기에서 생성되고, 초음파 발생기를 인체에 이용시 기기와 인체의 피부 사이에 공간이 생길 수 있으며, 그로 인해 초음파가 공간을 투과하지 못하므로 공간을 채우기 위하여 공기가 제거된 물(탈기수)이 충전된 주머니나, 인체를 공기가 제거된 물에 담그는 방식을 이용하고 있다.
그러나 이와 같이 탈기수를 이용하여 초음파 발생기의 초음파가 생체조직에 전달되도록 하는 경우, 탈기수를 생성하는데 오랜 시간이 소요되어 생체조직의 치료 전에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었고, 이와 동시에 탈기수는 특성상 취급하는데 불편함이 발생하는 문제점이 있었다.
대한민국 특허청 등록특허공보 KR101143645 B1 대한민국 특허청 등록특허공보 KR101190910 B1
따라서, 본 발명은 상기와 같은 탈기수의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서 본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명의 목적은 생성시간과 취급에 불편함이 발생하는 종래의 탈기수를 대체하여 초음파 발생기에서 생성된 초음파가 산란되는 것을 방지하면서 상기 초음파가 생체조직에 용이하게 전달되도록 하기 위한 반고형 상태의 초음파 음향 결합용 고형겔을 제조할 수 있는 반고형 상태의 초음파 음향 결합용 고형겔 제조 장치 및 방법을 제공함에 있다.
특히, 본 발명의 목적은 환경친화적이면서 인체에 무해한 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alchol; PVA)이 포함된 단일용매의 PVA 용액이 경화 과정을 거치게 하며, 단일용매의 탈포 여부에 따라 초음파의 투과 정도와 투명도가 다른 초음파 음향 결합용 고형겔을 제조할 수 있는 초음파 음향 결합용 고형겔 제조 장치 및 방법을 제공함에 있다.
다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 음향 결합용 고형겔 제조 장치는, 물 기반의 단일용매를 제조하는 용매 제조기; 상기 용매 제조기로부터 단일용매가 투입되며, 상기 단일용매의 투입경로와 다른 투입경로를 통해 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alchol; PVA)을 투입시킨 후 상기 단일용매와 폴리비닐알코올을 교반하여 PVA 용액을 생성하는 교반기; 상기 교반기로부터 상기 PVA 용액을 전달받아 상기 PVA 용액의 내부 공기를 제거하는 탈포기; 상기 교반기 또는 상기 탈포기로부터 배출되는 PVA 용액이 내부공간에 주입되는 성형틀; 및 상기 성형틀이 투입되면, 상기 PVA 용액을 이루는 용매의 종류에 따라 경화 과정을 진행하여 상기 성형틀의 내부공간에서 폴리비닐알코올로 구성되는 고형겔이 성형되도록 하는 챔버;를 포함하고, 상기 고형겔은, 상기 PVA 용액의 탈포 여부에 따라 초음파의 투과 정도 및 투명도가 다를 수 있다.
또한, 상기 초음파 음향 결합용 고형겔 제조 장치에 의해 수행되는 초음파 음향 결합용 고형겔 제조 방법은, a) 용매 제조기에서 물 기반의 단일용매를 제조하는 단계; b) 교반기에서 상기 용매 제조기로부터 투입되는 단일용매와 상기 단일용매의 투입경로와 다른 투입경로를 통해 투입되는 폴리비닐알코올을 교반하여 PVA 용액을 생성하는 단계; c) 탈포기가 상기 교반기로부터 상기 PVA 용액을 전달받아 상기 PVA 용액의 가스를 제거하는 단계; d) 상기 탈포기로부터 배출되는 PVA 용액이 성형틀의 내부공간에 주입되는 단계; 및 e) 상기 성형틀이 챔버에 투입되면, 상기 챔버가 상기 PVA 용액을 이루는 용매의 종류에 따라 경화 과정을 진행하여 상기 성형틀의 내부공간에서 폴리비닐알코올로 구성되는 고형겔이 성형되도록 하는 단계;를 포함하고, 상기 고형겔은, 상기 PVA 용액의 탈포 여부에 따라 초음파의 투과 정도 및 투명도가 다를 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명은 생성시간과 취급에 불편함이 발생하는 종래의 탈기수를 대체하여 초음파 발생기에서 생성된 초음파의 산란을 방지하면서 상기 초음파가 생체조직에 용이하게 전달되도록 하기 위한 반고형 상태의 초음파 음향 결합용 고형겔을 제조할 수 있는 반고형 상태의 초음파 음향 결합용 고형겔 제조 장치 및 방법을 사용자에게 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 환경친화적이면서 인체에 무해한 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alchol; PVA)이 포함된 단일용매의 PVA 용액이 경화 과정을 거치게 하며, 단일용매의 탈포 여부에 따라 초음파의 투과 정도와 투명도가 다른 초음파 음향 결합용 고형겔을 제조할 수 있는 초음파 음향 결합용 고형겔 제조 장치 및 방법을 사용자에게 제공하는 효과가 있다.
다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 고형겔 제조 장치의 구성요소를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 용매 제조기로부터 생성 가능한 단일용매의 구성요소를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 단일용매를 기반으로 하는 PVA 용액의 생성 과정을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 성형틀의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 챔버의 구성요소 및 동작 모드의 종류를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 성형틀로부터 성형된 고형겔의 사용상태도이다.
도 7은 본 발명에 따른 고형겔 제조 장치에 의해 수행되는 고형겔 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 8은 단일용매를 생성하기 위한 용매 제조 단계의 세부 과정을 나타내는 도면이다.
도 9는 도 7에 도시된 PVA 용액 생성 단계의 세부 과정을 나타내는 도면이다.
도 10은 도 7에 도시된 경화 단계의 세부 과정을 나타내는 도면이다.
이하에서는, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
고형겔 제조 장치
도 1은 본 발명에 따른 고형겔 제조 장치의 구성요소를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 음향 결합용 고형겔 제조 장치(10)는 반고형 상태의 고형겔(430)을 제조하기 위해 용매 제조기(100), 교반기(200), 탈포기(300), 성형틀(40) 및 챔버(500)가 구비된다.
용매 제조기(100)는 단일용매(110)를 제조하는 방식을 한정하지 아니하나, 열처리 등의 방식을 통해 단일용매(110)를 제조할 수 있다.
이때, 단일용매(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 용매 제조기로부터 생성 가능한 단일용매의 구성요소를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 단일용매(110)는 물(111) 및 보존제(112)가 투입될 때 작동되는 용매 제조기(100)로부터 제조될 수 있다.
물(111)은 종류를 한정하지 아니하나, 일 실시예에서는 정제수일 수 있다.
이때, 정제수는 초순수이기도 하며, 물에 함유되어 있는 용해된 이온, 고체입자, 미생물, 유기물 및 용해된 기체류 등 모든 불순물이 제거된 유체를 의미한다.
보존제(112)는 헥산다이올, 파라벤류, 페녹시에탄올, 이미다졸리디닐 우레아, 소르빈산, 살리실산 중 적어도 하나일 수 있으며, 고형겔(430)의 수축 및 부패를 방지하기 위해 단일용매(110)에 투입된다.
이때, 헥산다이올은 생물학적으로 안전하면서도 피부에 좋은 효과적인 보존제로서, 단일용매(110)에는 반드시 포함될 수 있다. 즉, 단일용매(110)는 헥산다이올과 나머지 파라벤류, 페녹시에탄올, 이미다졸리디닐 우레아, 소르빈산, 살리실산 중 적어도 하나의 혼합으로 이루어질 수도 있다.
한편, 단일용매(110)의 중량비는 100 wt%를 기준으로 물(111)이 90~95 wt%, 나머지가 보존제(112)일 수 있으나 이를 한정하는 것은 아니고, 상기 단일용매(110)는 물(111)의 중량비가 100 wt%일 수 있으며, 이 경우에는 보존제(112)의 투입이 생략될 수 있다.
교반기(200)는 용매 제조기(100)에서 배출되는 단일용매(110)와 폴리비닐알코올(210)(Polyvinyl Alchol; PVA)을 교반함으로써, 단일용매(110)와 폴리비닐알코올(210)이 교반된 PVA 용액(220)을 생성한다.
이때, 상기 교반기(200)에서 PVA 용액(220)을 생성하는 과정은 도 3에 도시된 바와 같다.
도 3은 본 발명의 단일용매를 기반으로 하는 PVA 용액의 생성 과정을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 교반기(200)는 용매 제조기(100)로부터 배출되는 단일용매(110)가 투입되며, 상기 단일용매(110)의 투입경로와 다른 투입경로를 통해 폴리비닐알코올(210)을 투입시키고, 그 후에 상기 단일용매(110)와 폴리비닐알코올(210)을 교반함으로써, 단일용매(110)와 폴리비닐알코올(210)이 혼합된 PVA 용액(220)을 생성할 수 있다.
여기서, 교반기(200)의 교반 온도 및 시간을 한정하지 아니하나, 일 실시예에서 교반기(200)는 단일용매(110)의 총 중량에 대해 5~10 wt% 만큼의 폴리비닐알코올(210)을 투입시킨 후, 90 ℃로부터 130 ℃ 사이 온도에서 90분 이상동안 단일용매(110)와 폴리비닐알코올(210)을 교반하는 것으로 단일용매(110)와 폴리비닐알코올(210)이 혼합된 PVA 용액(220)을 생성하게 된다.
도 1을 참조하면, 탈포기(300)는 교반기(200)에서 배출되는 PVA 용액(220)이 내부공간에 투입되는 경우, 탈포 과정을 통해 상기 PVA 용액(220)의 내부 공기가 제거되도록 한다.
PVA 용액(220)은 탈포기(300)의 내부공간으로 투입되기 전에 안정화 과정을 거칠 수 있는데, 이 경우에 알킬 하이단토인, 시아누르산, 크레아티닌, 모노- 또는 디-에탄올아민, 유기 설폰아미드, 뷰렛, 설팜산, 유기 설파메이트, 멜라민, 우레아 및 티오우레아로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있는 안정화제가 투입되는 것을 기반으로 안정화되며, 안정화가 이루어진 후에 탈포기(300)의 내부공간으로 투입될 수 있다.
이때, PVA 용액(220)의 안정화 시간은 한정하지 아니하나, 바람직하게는 상기 PVA 용액(220)의 안정화가 이루어지도록 적어도 10분 이상일 수 있으며, 상기 PVA 용액(220)은 안정화 과정동안 90 ℃로부터 130 ℃ 사이 온도로 유지될 수 있다.
한편, 탈포기(300)는 PVA 용액(220)의 내부 공기를 제거하기 위한 진공식 탈포기로 구현될 수 있으며, 이 뿐만 아니라 PVA 용액(220)의 내부 공기 제거가 가능한 다른 장치로 대체될 수도 있다.
성형틀(400)은 교반기(200)로부터 배출되는 미탈포된 PVA 용액(220) 또는 탈포기(300)로부터 배출되는 탈포된 PVA 용액(220)이 내부공간에 주입된다.
이하에서, 설명의 편의상 탈포 과정이 생략된 PVA 용액(220)은 제1 PVA 용액(221), 탈포기(300)로부터 탈포된 PVA 용액(220)은 제2 PVA 용액(222)로 구분하여 설명하도록 하겠다. 즉, 이하에서 언급되는 PVA 용액(220)은 제1 PVA 용액(221) 및 제2 PVA 용액(222) 중 적어도 하나로 이해되는 것이 바람직하다.
성형틀(400)은 내부공간에 PVA 용액(220)을 주입하기 위한 구조로 이루어진다.
이때, PVA 용액(220)을 주입하기 위한 성형틀(400)의 구조는 도 4에 도시된 바와 같다.
도 4는 본 발명에 따른 성형틀의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 성형틀(400)은 고형겔(430)을 대량 생산하기 위해, PVA 용액(220)이 주입되는 내부공간이 각각 형성된 복수개의 성형틀 본체가 마련된다.
이때, 성형틀(400)의 내부공간에 주입된 PVA 용액(220)은 챔버(500) 내에서 경화 과정을 거치게 되면 고형겔(430)로 성형된다.
삭제
또한, 성형틀(400)은 편의상 제1, 2 성형틀 본체(410, 420)가 마련되는 것으로 설명하였으나, 고형겔(430)의 대량 생산을 위해 바람직하게는 제1, 2 성형틀 본체(410, 420) 뿐만 아니라 별도의 성형틀 본체가 마련될 수 있다.
그리고 성형틀(400)은 한 번의 주입 과정으로 PVA 용액(220)이 각 성형틀 본체(410, 420)의 내부공간에 주입되도록 하는 PVA 용액 유동수단이 구비될 수 있다.
더 나아가, 성형틀(400)은 각 성형틀 본체(410, 420)의 내부공간과 연통되는 구조의 공기 제거수단과 각 성형틀 본체(410, 420)의 내부공간에 주입된 PVA 용액(220)의 잔류 기포를 제거하기 위한 기포 제거수단이 구비된다.
먼저, 성형틀(400)의 공기 제거수단은 PVA 용액(220)이 각 성형틀 본체(410, 420)의 내부공간에 주입되기 전에 상기 각 성형틀 본체(410, 420)의 내부공간 내 공기를 제거하는 것으로 상기 각 성형틀 본체(410, 420)의 내부공간이 진공상태가 되도록 한다.
이때, 성형틀(400)의 공기 제거수단이 각 성형틀 본체(410, 420)의 내부공간 내 공기를 제거하는 것은, PVA 용액(220)이 상기 각 성형틀 본체(410, 420)의 내부공간에 잔존하는 공기에 의해 기포가 발생되는 것과 잔존 공기에 의해 상기 PVA 용액(220)이 주입되지 않는 상기 각 성형틀 본체(410, 420)의 폐공간이 발생되는 것을 방지하기 위함이다.
성형틀(400)의 기포 제거수단은 공기 제거수단에 의해 각 성형틀 본체(410, 420)의 내부공간이 진공상태가 되는 경우, 상기 각 성형틀 본체(410, 420)의 내부공간에 주입된 PVA 용액(220)의 잔류 기포를 제거한다.
이때, 성형틀(400)의 기포 제거수단은 진공펌프로 구현되어 PVA 용액(220)을 저진공상태(예: 1/1000 ㎜Hg)로 처리할 수 있으며, 이와 같이 각 성형틀 본체(410, 420)의 내부공간과 연통될 때 상기 각 성형틀 본체(410, 420)의 내부공간에 주입된 PVA 용액(220)을 저진공상태로 처리함으로써, 상기 각 성형틀 본체(410, 420)의 내부공간에 주입된 PVA 용액(220) 내 기포를 제거한다.
이러한 성형틀(400)은 각 성형틀 본체(410, 420)의 내부공간에 주입된 PVA 용액(22) 내 기포가 제거되면, 고형겔(430)의 성형을 위해 챔버(500)의 내부공간에 투입된다.
그리고 성형틀(400)은 챔버(500)로부터 성형이 완료된 고형겔(430)을 각 성형틀 본체(410, 420)에서 배출시키기 위한 배출수단이 구비된다.
챔버(500)는 성형틀(400)이 내부공간에 투입되도록, 상기 성형틀(400)을 내부공간으로 투입시키기 위한 수단이 구비되며, 성형틀(400)이 경화 과정을 거치도록 하여 각 성형틀 본체(410, 420)의 내부공간에서 반고형 상태의 고형겔(430)이 성형되도록 한다.
이때, 고형겔(430)의 성형을 위한 챔버(500)의 구성요소는 도 5에 도시된 바와 같다.
도 5는 본 발명에 따른 챔버의 구성요소 및 동작 모드의 종류를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 챔버(500)는 입력부(510), 온도 조절부(530) 및 제어부(540)가 구비되며, 입력부(510)에서 입력되는 신호에 따라 경화 모드(520)로 동작된다.
입력부(510)는 제1 신호입력장치가 구비되어 챔버(500)를 경화 모드(520)로 동작시키며, 바람직하게는 챔버(500)를 냉동/해동 모드(520a)로 동작시키기 위한 장치이다.
또한, 입력부(510)는 성형틀(400)의 내부공간에 주입된 PVA 용액(220)의 탈포 여부에 대한 정보를 입력하기 위한 제2 신호입력장치가 구비된다.
이러한 입력부(510)의 제1 신호입력장치와 제2 신호입력장치는 사용자에 의해 직접 신호 입력이 가능한 버튼이거나, 사용자가 구비한 단말(예: 컴퓨터, 태블릿, 스마트폰 등)과 통신하여 상기 단말로부터 전송되는 신호를 통해 원격방식으로 챔버(500)를 경화 모드(520)로 동작시키기 위한 통신장치일 수 있다.
챔버(500)는 고형겔(430)의 성형 전에 상기 고형겔(430)의 초음파의 투과 정도 및 투명도를 사용자에게 제공하기 위한 시뮬레이션을 진행할 수 있다.
구체적인 일 예로, 챔버(500)는 제1 신호입력장치에서 경화 모드(520)의 정보가 입력되면서 제2 신호입력장치에서 PVA 용액(220)의 탈포 여부에 대한 정보가 입력되면, 제어부(540)가 각 신호입력장치로부터 입력된 정보를 이용하여 성형틀(400)이 냉동/해동 모드(520a)의 냉동/해동 경화 과정을 거칠 때 성형될 고형겔(430)의 초음파의 투과 정도 및 투명도를 분석한 후 사용자에게 제공할 수 있다.
이때, 제어부(540)는 고형겔(430)의 초음파의 투과 정도 및 투명도를 시뮬레이션하기 위한 알고리즘이 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 챔버(500)는 시뮬레이션의 결과인 고형겔(430)의 초음파의 투과 정도 및 투명도를 출력하기 위한 디스플레이가 구비될 수 있다.
챔버(500)의 디스플레이는 시뮬레이션의 결과에 따른 고형겔(430)의 초음파의 투과 정도 및 투명도를 출력하기 위해 마련되며, 사용자에게 고형겔(430)의 초음파의 투과 정도 및 투명도에 대한 정보를 제공하게 된다.
이러한 챔버(500)는 제어부(540)의 시뮬레이션 과정이 반드시 진행되도록 한정되는 것은 아니며, 입력부(510)를 통해 제어부(540)의 시뮬레이션 과정이 생략되도록 설정이 변경될 수도 있다.
한편, 챔버(500)의 경화 모드(520)는 탈포 여부에 따라 초음파의 투과 정도 및 투명도가 다른 고형겔(430)을 생성하기 위한 냉동/해동 모드(520a)로 이루어진다.
냉동/해동 모드(520a)는 챔버(500)의 내부공간에 투입된 성형틀(400)이 영하5~영하20 ℃의 냉동 경화 과정과 18~25 ℃의 해동 과정을 3사이클동안 반복하는 냉동/해동 3사이클 경화 과정을 통해 고형겔(430)이 성형되도록 하는 챔버(500)의 동작 모드일 수 있다.
이때, 냉동/해동 모드(520a)는 각 사이클의 냉동/해동 경화 과정이 수행되는 시간이 동일하게 설정될 수 있으나 이를 한정하는 것은 아니며, 1사이클로부터 3사이클로 갈수록 냉동/해동 경화 과정이 수행되는 시간이 축소될 수도 있다.
온도 조절부(530)는 제1 신호입력장치에 신호가 입력되면, 상기 제1 신호입력장치로부터 신호를 수신하는 제어부(540)에 의해 동작이 제어되며, 챔버(500)가 냉동/해동 모드(520a)로 동작되도록 상기 챔버(500)의 내부공간의 온도를 조절한다.
또한, 온도 조절부(530)는 냉동/해동 모드(520a)가 냉동 과정과 해동 과정의 온도가 서로 다르므로, 각 과정에 맞춰 챔버(500)의 내부공간의 온도를 조절하는 것이 바람직하며, 이와 같이 냉동 과정과 해동 과정의 온도 조절을 3사이클동안 반복함으로써, 냉동/해동 3사이클 경화 과정이 구현되도록 한다.
제어부(540)는 온도 조절부(530)의 동작 제어와 챔버(500)의 전원 온/오프 및 성형틀(400)의 투입 등을 포함한 챔버(500)에서 발생되는 전체 동작을 제어하는 장치일 수 있다.
이러한 제어부(540)는 챔버(500)에 구비될 수 있으나 이를 한정하는 것은 아니며, 챔버(500)의 통신수단과 통신하여 원격방식을 통해 상기 챔버(500)의 전체 동작을 제어하는 장치로 구현될 수도 있다.
한편, 챔버(500)는 성형틀(400)이 내부공간에서 경화 과정을 거치도록 하며, 성형틀(400)의 내부공간에서는 PVA 용액(220)의 탈포 여부에 따라 초음파의 투과 정도 및 투명도가 각각 다른 고형겔(430)이 성형될 수 있다.
구체적인 일 예로, 성형틀(400)의 내부공간에 탈포기(300)로부터 미탈포된 제1 PVA 용액(221)이 주입되는 경우, 상기 성형틀(400)의 내부공간에서는 초음파의 투과 정도를 2 % 미만으로 감쇄시키는 불투명한 상태(예: 흰색)의 고형겔(430)이 성형될 수 있다.
구체적인 다른 예로, 성형틀(400)의 내부공간에 탈포기(300)로부터 탈포된 제2 PVA 용액(222)이 주입되는 경우, 상기 성형틀(400)의 내부공간에서는 초음파의 투과 정도를 1 % 미만으로 감쇄시키는 투명한 상태의 고형겔(430)이 성형될 수 있다.
이하에서, 설명의 편의상 고형겔(430)을 제1 PVA 용액(221)으로부터 성형된 제1 고형겔(431)과, 제2 PVA 용액(222)으로부터 성형된 제2 고형겔(432)로 구분하여 설명하도록 하겠다. 즉, 이하에서 언급되는 고형겔(430)은 제1 고형겔(431) 및 제2 고형겔(432) 중 적어도 하나로 이해되는 것이 바람직하다.
고형겔(430)은 성형틀(400)의 배출수단을 통해 상기 성형틀(400)로부터 배출되며, 도 6에 도시된 초음파 발생기(60)와 함께 생체조직(미도시)의 치료를 위해 사용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 성형틀로부터 성형된 고형겔의 사용상태도이다.
도 6을 참조하면, 고형겔(430)은 초음파 발생기(600)에서 초음파를 발생시키는 하단과 인접하게 됨으로써, 상기 초음파 발생기(600)와 생체조직의 사이에 위치하게 되며, 이를 통해 상기 초음파 발생기(600)에서 생성된 초음파가 산란되는 것을 방지하면서 상기 초음파가 생체조직에 용이하게 전달되도록 한다.
이와 같은, 고형겔 제조 장치(10)는 PVA 용액(220)의 탈포 여부에 따라 초음파 투과도 및 투명도가 다른 고형겔(430)을 제조하여, 초음파 발생기(600)에서 생성된 초음파로 치료되어야 할 생체조직의 종류에 따라 초음파가 상기 생체조직에 용이하게 전달되도록 하는 고형겔(430)을 사용자에게 제공할 수 있으며, 이를 통해 생체조직이 효율적으로 치료되도록 하는 것이 가능하다.
고형겔 제조 방법
이하에서는, 고형겔 제조 장치(10)에 의해 수행되는 초음파 음향 결합용 고형겔 제조 방법(S100)의 과정에 대해 자세히 설명하도록 하겠다.
도 7은 본 발명에 따른 고형겔 제조 장치에 의해 수행되는 고형겔 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고형겔 제조 방법(S100)은 용매 제조 단계(S110), PVA 용액 생성 단계(S120), 탈포 단계(S130), PVA 용액 주입 단계(S140), 경화 단계(S150) 및 고형겔 제조 완료 단계(S160)를 포함한다.
가장 먼저, 용매 제조기(100)는 물(111) 기반의 단일용매(110)를 제조할 수 있다(S110).
그 후, 교반기(200)는 용매 제조기(100)로부터 투입되는 단일용매(110)와 폴리비닐알코올(210)을 교반하여 PVA 용액(220)을 생성할 수 있다(S120).
그 후, 탈포기(300)는 교반기(200)로부터 PVA 용액(220)을 전달받아 상기 PVA 용액(220)의 내부 공기를 제거할 수 있다(S130).
탈포 단계(S130)의 탈포 과정은 필수적인 것은 아니며, 성형틀(400)의 내부공간에서 성형될 고형겔(430)의 투명도가 불투명한 상태가 되도록 하기 위해 생략될 수 있다.
상기 PVA 용액 생성 단계(S120) 또는 탈포 단계(S130) 후, 성형틀(400)은 교반기(200) 또는 탈포기(300)로부터 배출되는 PVA 용액(220)이 내부공간에 주입될 수 있다(S140).
그 후, 챔버(500)는 성형틀(400)이 경화 과정을 거치도록 하며, 이를 통해 상기 성형틀(400)의 내부공간에서 고형겔(430)이 성형되도록 한다(S150).
그 후, 고형겔(430)은 경화 단계(S15)를 거친 후, 성형틀(400)로부터 배출되는 것을 통해 제조가 완료될 수 있다(S160).
이하에서는, 용매 제조 단계(S110)에서 물(111) 기반의 단일용매(110)를 생성하기 위한 단일용매 제조 방법에 대해 자세히 설명하도록 하겠다.
도 8은 단일용매를 생성하기 위한 용매 제조 단계의 세부 과정을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 용매 제조 단계(S110)에서 용매 제조기(100)는 단일용매(110)를 생성하기 위해 물(111)과 보존제(112)를 혼합시킬 수 있다(S111).
단일용매(110)는 중량비 100 wt%를 기준으로 90~95 wt%의 정제수인 물(111)과 나머지가 보존제(112)로 이루어질 수 있으며, 이 뿐만 아니라 100 wt%의 물(111)로 이루어질 수 있다.
즉, 물 및 보존제 혼합 단계(S111)는 단일용매(110)가 100 wt%의 물(111)로 이루어져야 하는 경우, 보존제(112)의 투입 과정이 생략될 수 있다. 다만, 이하에서는 물(111)과 보존제(112)가 용매 제조기(10)에 투입되는 것을 기준으로 하여 설명하도록 하겠다.
상기 물 및 보존제 혼합 단계(S111) 후, 용매 제조기(100)는 열처리 등의 방식을 기반으로 물(111) 및 보존제(112)가 포함된 단일용매(110)를 생성하게 된다(S112).
이하에서는, PVA 용액 생성 단계(S120)에서 PVA 용액(220)을 생성하기 위한 PVA 용액 생성 방법에 대해 자세히 설명하도록 하겠다.
도 9는 도 7에 도시된 PVA 용액 생성 단계의 세부 과정을 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, PVA 용액 생성 단계(S120)에서 교반기(200)는 용매 제조기(100)에서 단일용매(110)가 투입되며, 상기 단일용매(110)의 투입이 완료되면 상기 단일용매(110)의 투입경로와 다른 투입경로로 상기 단일용매(110)의 총 중량에 대해 5~10 wt% 만큼의 폴리비닐알코올(210)이 투입될 수 있다(S121).
그 후, 교반기(200)는 90 ℃로부터 130 ℃ 사이 온도에서 90분 이상 단일용매(110)와 폴리비닐알코올(210)을 교반하며(S122), 이를 통해 PVA 용액(220)을 생성할 수 있다(S123).
이하에서는, 경화 단계(S150)에서 고형겔(430)을 성형시키기 위한 경화 방법에 대해 자세히 설명하도록 하겠다.
도 10은 도 7에 도시된 경화 단계의 세부 과정을 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 경화 단계(S150)에서 성형틀(400)은 경화 과정을 거치도록 챔버(500)의 내부공간에 투입될 수 있다(S151).
그 후, 입력부(510)에서는 제1 신호입력장치를 통해 경화 과정을 진행할 경화 모드(520)에 대한 정보가 입력될 수 있고, 제2 신호입력장치를 통해서는 성형틀(400)의 내부공간에 주입된 PVA 용액(220)의 탈포 여부에 대한 정보가 입력될 수 있다(S152).
그 후, 챔버(500)는 제어부(540)의 시뮬레이션 과정이 이루어질 수 있으나, 시뮬레이션 과정이 생략된 경우를 기준으로 경화 모드(520)로 동작되도록 온도 조절부(530)가 챔버(500)의 내부공간 온도를 조절할 수 있다(S153).
이때 만약, 챔버(500)가 온도 조절부(530)에 의해 냉동/해동 모드(520a)로 동작되도록 내부공간의 온도가 조절되는 경우(S153-YES), 성형틀(400)의 내부공간에서는 냉동/해동 3사이클 경화 과정을 거친 고형겔(430)이 성형될 수 있다(S154).
이와 달리 만약, 챔버(500)가 온도 조절부(530)에 의해 냉동/해동 모드(520a)로 동작되도록 내부공간의 온도가 조절되지 않아 냉동/해동 모드(520a)로 동작되지 않는 경우(S153-NO), 상기 챔버(500)는 디스플레이 또는 제어부(540)로 사용자가 구비한 단말과 통신하여 상기 사용자에게 동작 오류 안내와 입력부(510)의 재조작을 요청할 수 있다(S155).
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 본 발명의 기술적 사상 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.
10: 고형겔 제조 장치, 100: 용매 제조기,
110: 단일용매, 111: 물,
112: 보존제, 200: 교반기,
210: 폴리비닐알코올, 220: PVA 용액,
221: 제1 PVA 용액, 222: 제2 PVA 용액,
300: 탈포기, 400: 성형틀,
410: 제1 성형틀 본체, 420: 제2 성형틀 본체,
430: 고형겔, 431: 제1 고형겔,
432: 제2 고형겔, 500: 챔버,
510: 입력부, 520: 경화 모드,
520a: 냉동/해동 모드, 530: 온도 조절부,
540: 제어부, 600: 초음파 발생기.

Claims (8)

  1. 초음파 음향 결합용 고형겔 제조 장치에 있어서,
    물 기반의 단일용매를 제조하는 용매 제조기;
    상기 용매 제조기로부터 단일용매가 투입되며, 상기 단일용매의 투입경로와 다른 투입경로를 통해 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alchol; PVA)을 투입시킨 후 상기 단일용매와 폴리비닐알코올을 교반하여 PVA 용액을 생성하는 교반기;
    상기 교반기로부터 상기 PVA 용액을 전달받아 상기 PVA 용액의 내부 공기를 제거하는 탈포기;
    상기 교반기 또는 상기 탈포기로부터 배출되는 PVA 용액이 내부공간에 주입되는 성형틀; 및
    상기 성형틀이 투입되면, 상기 PVA 용액을 이루는 용매의 종류에 따라 경화 과정을 진행하여 상기 성형틀의 내부공간에서 폴리비닐알코올로 구성되는 고형겔이 성형되도록 하는 챔버;를 포함하고,
    상기 챔버는,
    상기 PVA 용액이 내부공간에 주입된 성형틀이 투입되는 경우에 영하5~영하20 ℃의 냉동 과정과 18~25 ℃의 해동 과정을 3사이클동안 반복하는 냉동/해동 3사이클 경화 과정을 통해 고형겔이 성형되도록 하며,
    상기 고형겔은,
    상기 단일용매 기반의 PVA 용액이 상기 탈포기로부터 미탈포시 초음파의 투과 정도를 2 % 미만으로 감쇄시키는 불투명한 상태로 성형되고,
    상기 단일용매 기반의 PVA 용액이 상기 탈포기로부터 탈포시 초음파의 투과 정도를 1 % 미만으로 감쇄시키는 투명한 상태로 성형되며,
    상기 성형틀은,
    상기 PVA 용액이 주입되는 내부공간이 각각 형성된 복수개의 성형틀 본체로 마련되고,
    한 번의 주입 과정으로 상기 PVA 용액이 각 성형틀 본체의 내부공간에 주입되도록 하는 PVA 용액 유동수단;
    상기 각 성형틀 본체의 내부공간에 잔존하는 공기에 의해 기포가 발생되는 것과 잔존 공기에 의해 상기 PVA 용액이 주입되지 않는 폐공간이 발생되는 것을 방지하기 위해, 상기 PVA 용액이 각 성형틀 본체의 내부공간에 주입되기 전에 상기 각 성형틀 본체의 내부공간 내 공기를 제거하여 진공상태가 되도록 하는 공기 제거수단;
    상기 각 성형틀 본체의 공간에 주입된 PVA 용액의 잔류 기포를 저진공상태에서 제거하기 위한 진공펌프인 기포 제거수단; 및
    상기 기포 제거수단에 의해 상기 PVA 용액 내 기포가 제거된 후 상기 챔버의 내부공간에 투입되어 상기 챔버로부터 성형이 완료된 고형겔을 상기 각 성형틀 본체에서 배출시키기 위한 배출수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 음향 결합용 고형겔 제조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 물 기반의 단일용매는,
    물 90~95 wt%에 상기 고형겔의 수축 및 부패를 방지하기 위한 보존제가 투입되거나, 물 100 wt%인 것을 특징으로 하는 초음파 음향 결합용 고형겔 제조 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 초음파 음향 결합용 고형겔 제조 방법에 있어서,
    a) 용매 제조기에서 물 기반의 단일용매를 제조하는 단계;
    b) 교반기에서 상기 용매 제조기로부터 투입되는 단일용매와 상기 단일용매의 투입경로와 다른 투입경로를 통해 투입되는 폴리비닐알코올을 교반하여 PVA 용액을 생성하는 단계;
    c) 탈포기가 상기 교반기로부터 상기 PVA 용액을 전달받아 상기 PVA 용액의 가스를 제거하는 단계;
    d) 상기 탈포기로부터 배출되는 PVA 용액이 성형틀의 내부공간에 주입되는 단계; 및
    e) 상기 성형틀이 챔버에 투입되면, 상기 챔버가 상기 PVA 용액을 이루는 용매의 종류에 따라 경화 과정을 진행하여 상기 성형틀의 내부공간에서 폴리비닐알코올로 구성되는 고형겔이 성형되도록 하는 단계;를 포함하고,
    상기 e) 단계는,
    상기 챔버로 상기 단일용매 기반의 PVA 용액이 내부공간에 주입된 성형틀이 투입되는 경우, 상기 챔버가 영하5~영하20 ℃의 냉동 과정과 18~25 ℃의 해동 과정을 3사이클동안 반복하는 냉동/해동 3사이클 경화 과정을 통해 고형겔이 성형되도록 하며,
    상기 챔버가 상기 단일용매 기반의 PVA 용액이 상기 탈포기로부터 미탈포시, 초음파의 투과 정도를 2 % 미만 감쇄시키는 불투명한 상태로 고형겔이 성형되도록 하고,
    상기 단일용매 기반의 PVA 용액이 상기 탈포기로부터 탈포시, 초음파의 투과 정도를 1 % 미만 감쇄시키는 투명한 상태로 고형겔이 성형되도록 하며,
    상기 성형틀은,
    상기 PVA 용액이 주입되는 내부공간이 각각 형성된 복수개의 성형틀 본체로 마련되고,
    한 번의 주입 과정으로 상기 PVA 용액이 각 성형틀 본체의 내부공간에 주입되도록 하는 PVA 용액 유동수단;
    상기 각 성형틀 본체의 내부공간에 잔존하는 공기에 의해 기포가 발생되는 것과 잔존 공기에 의해 상기 PVA 용액이 주입되지 않는 폐공간이 발생되는 것을 방지하기 위해, 상기 PVA 용액이 각 성형틀 본체의 내부공간에 주입되기 전에 상기 각 성형틀 본체의 내부공간 내 공기를 제거하여 진공상태가 되도록 하는 공기 제거수단;
    상기 각 성형틀 본체의 공간에 주입된 PVA 용액의 잔류 기포를 저진공상태에서 제거하기 위한 진공펌프인 기포 제거수단; 및
    상기 기포 제거수단에 의해 상기 PVA 용액 내 기포가 제거된 후 상기 챔버의 내부공간에 투입되어 상기 챔버로부터 성형이 완료된 고형겔을 상기 각 성형틀 본체에서 배출시키기 위한 배출수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 음향 결합용 고형겔 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 a) 단계는,
    상기 용매 제조기가 물 90~95 wt%에 상기 고형겔의 수축 및 부패를 방지하기 위한 보존제를 투입하여 상기 물 기반의 단일 용매를 제조하거나, 물 100 wt%로 상기 물 기반의 단일용매를 제조하는 것을 특징으로 하는 초음파 음향 결합용 고형겔 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
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