KR102637479B1 - 저강도 집속 초음파 치료 장치 - Google Patents
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Abstract
저강도 집속 초음파 치료 장치에 관한 기술이 개시된다.
제안된 발명의 일 양상에 따르면, 환자의 뇌심부에 대한 안전한 치료가 가능한 집속 영역, 집속 거리 및 출력 강도 특성을 가지는 단일 소자 초음파 트랜스듀서를 저강도 집속 초음파 치료 장치에 적용한다.
제안된 발명의 일 양상에 따르면, 환자의 뇌심부에 대한 안전한 치료가 가능한 집속 영역, 집속 거리 및 출력 강도 특성을 가지는 단일 소자 초음파 트랜스듀서를 저강도 집속 초음파 치료 장치에 적용한다.
Description
저강도 집속 초음파 치료 장치에 관한 기술이 개시된다.
물리적인 침습 과정 없이 뇌 환부를 자극할 수 있는 초음파 자극 치료법이 알려져 있다. 주지하다시피 뇌신경 자극 기술 중에서, 경두개 직류자극(transcranial direct current stimulation) 기술이나 경두개 자기자극(transcranial magnetic stimulation) 기술은, 뇌심부(deep brain)를 치료하는 것이 어려우며 정밀한 영역을 치료하지 못하는 문제점을 가진다.
저강도 집속 초음파(low intensity focused ultrasound) 기술은, 부작용 없이 안전하게 뇌심부(deep brain) 특정 영역의 신경 세포(neuron)의 활동을 활성화 하거나 또는 억제할 수가 있다. 이러한 뇌신경 조절을 통하여, 저강도 집속 초음파 기술은 우울장애, 조현병 등의 정신 질환이나 알츠하이머, 뇌전증 등 만성 신경계 질환을 치료할 수 있다. 또한, 저강도 집속 초음파 기술은 마이크로 버블(micro bubbles)에 대하여 안정된 공동현상(cavitation)을 유도하여, 뇌혈관 장벽을 일시적으로 개방할 수 있다. 이에 따라, 각종 뇌 질환 치료제가 뇌로 전달될 수 있다.
그런데, 저강도 집속 초음파 치료 장치의 구현시에, 종래에는 복수개의 소형 트랜스듀서가 배열되는 이른바 멀티 어레이 방식의 트랜스듀서가 사용되었다. 복수개의 초음파 집속 영역의 위치를 제어하기 위해서, 빔포밍 제어 알고리즘은 어레이를 이루는 각각의 트랜스듀서 소자들에 대하여 진폭이나 위상이 다른 전압을 인가한다.
그러나, 이러한 멀티 어레이 방식의 트랜스듀서 기술에 의하면, 1000개 이상 또는 500개 이상의 소형의 트랜스듀서가 필요로 하게 되며, 초음파 인가 장비(예를 들어, 초음파 발생부, 선형 증폭부, 전기신호 발생부, 파형 변조부, 배선부 등)가 상대적으로 커지게 된다. 또한, 각각의 트랜스듀서별 구동신호(예:진폭, 위상 제어)에 따른 배선이 복잡해지게 된다. 또한, 구동을 위한 회로가 복잡해지고, 구동 제어 알고리즘 및 오차 제어 알고리즘 또한 복잡해진다. 이에 따라, 저강도 집속 초음파 치료 장치를 제조하는 비용이 상승하게 되는 문제점이 발생한다.
또한, 멀티 어레이 방식의 트랜스듀서 기술에 의하면, 위상 변조 빔포밍을 사용함으로써 단일의 멀티 어레이 트랜스듀서를 사용하여 복수개의 영역에 대하여 집속할 수 있는 장점이 있으나, 치료 부위에 따라 유효한 초음파 집속 영역의 위치가 달라지게 되는 문제점이 있다. 즉, 멀티 어레이 트랜스듀서는 뇌보다 큰 반원 구조안에 작은 트랜스듀서를 다수 배치한다. 뇌의 피질 부분 예를 들어 뇌 정수리 위쪽을 타킷하는 경우, 멀티 어레이 특정 부분에 위치한 트랜스듀서를 위한 해당 타킷에 초음파입사를 위한 각도가 만들어 지지 않는다. 이에 따라, 유효한 초음파 에너지를 전달하는 멀티어레이 트랜스듀서의 개수가 줄어들어 유효한 초음파 인가가 어렵게 되는 문제점이 발생하게 된다.
한편, 저강도 집속 초음파 빔이 환자의 두개골을 통과하여 설정된 집속 영역에 전달되기 위해서, 초음파 트랜스듀서와 환자 두개골은 서로 밀착 및 고정되어야 한다. 종래에는, 초음파 트랜스듀서와 환자 두개골을 밀착 및 고정시키기 위하여, 두개골 위치 고정 디바이스가 환자의 두개골을 실질적으로 단일의 위치로 고정하였다. 이에 따라, 초음파 치료를 하는 동안에 두개골 위치 고정 디바이스에 의해 환자는 자신의 머리를 조금도 움직이지 못하게 된다. 따라서 환자는 불편함을 느낄 수가 있다.
제안된 발명은 제조 및 유지 비용이 절감될 수 있는 저강도 집속 초음파 치료 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
나아가 제안된 발명은, 치료 부위에 따라서 유효한 초음파 집속 영역이 차이가 발생되지 않는 저강도 집속 초음파 치료 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
더 나아가 제안된 발명은, 초음파 인가 장비가 단순화 될 수 있는 저강도 집속 초음파 치료 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
더 나아가 제안된 발명은, 뇌심부의 다양한 치료 영역에 대하여 정밀하게 위치 제어할 수 있는 단일 소자 초음파 트랜스듀서를 적용한 저강도 집속 초음파 치료 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
더 나아가 제안된 발명은, 환자의 머리에 대하여 단일 소자 초음파 트랜스듀서의 위치와 다양한 자세를 조절할 수 있는 저강도 집속 초음파 치료 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
더 나아가 제안된 발명은, 초음파 치료를 하는 동안에 환자가 머리를 약간은 움직일 수 있는 초음파 트랜스듀서와 환자 두개골 간의 밀착 및 고정 구성을 포함하는 저강도 집속 초음파 치료 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
제안된 발명의 일 양상에 따르면, 환자의 뇌심부에 대한 안전한 치료가 가능한 집속 영역, 집속 거리 및 출력 강도 특성을 가지는 단일 소자 초음파 트랜스듀서를 저강도 집속 초음파 치료 장치에 적용한다.
나아가 제안된 발명의 추가적인 양상에 따르면, 저강도 집속 초음파 치료 장치에 적용되는 단일 소자 초음파 트랜스듀서가 집속 거리 별로 복수개이고, 복수개 중 하나인 해당 집속 거리의 단일 소자 초음파 트랜스듀서로 교체가 가능하도록 단일 소자 초음파 트랜스듀서는 탈착 구조를 가진다.
더 나아가 제안된 발명의 추가적인 양상에 따르면, 집속 거리를 조절하는 초음파 젤 레이어가 단일 소자 초음파 트랜스듀서 저면에 배치된다.
더 나아가 제안된 발명의 추가적인 양상에 따르면, 단일 소자 초음파 트랜스듀서에 복수개의 밴드 걸이부가 형성되고, 환자 두개골에 장착되는 헤드 밴드부에는 상기 복수개의 밴드 걸이부 각각에 고정되는 복수개의 고정 밴드부가 형성된다.
더 나아가 제안된 발명의 추가적인 양상에 따르면, 다관절 조작부가 복수개의 단일 소자 트랜스듀서 중 하나에 탈착 가능하게 결합되며, 다관절 조작부는 단일 소자 초음파 트랜스듀서의 위치와 자세를 정밀하게 조절한다.
더 나아가 제안된 발명의 추가적인 양상에 따르면, 다관절 조작부에 포함되는 자유 굴절암이 단일 소자 초음파 트랜스듀서의 높이와 전후 위치를 조절하고, 다관절 조작부에 포함되는 조작암이 단일 소자 초음파 트랜스듀서에 탈착 가능하고 전방위로 회전 가능하게 결합된다.
제안된 발명에 따르면, 제조 및 유지 비용이 절감되는 저강도 집속 초음파 치료 장치를 제공할 수가 있다.
나아가 제안된 발명에 따르면, 유효 초음파 집속의 차이가 발생되지 않는 저강도 집속 초음파 치료 장치를 제공할 수가 있다.
더 나아가 제안된 발명에 따르면, 초음파 인가 장비가 단순화 될 수 있는 저강도 집속 초음파 치료 장치를 제공할 수가 있다.
더 나아가 제안된 발명에 따르면, 뇌심부의 다양한 치료 영역에 대하여 정밀하게 위치 제어할 수 있는 단일 소자 초음파 트랜스듀서를 적용한 저강도 집속 초음파 치료 장치를 제공할 수가 있다.
더 나아가 제안된 발명에 따르면, 환자의 머리에 대하여 단일 소자 초음파 트랜스듀서의 위치와 다양한 자세를 조절할 수 있도록 하는 저강도 집속 초음파 치료 장치를 제공할 수가 있다.
더 나아가 제안된 발명에 따르면, 초음파 치료를 하는 동안에 환자가 머리를 약간은 움직일 수 있는 초음파 트랜스듀서와 환자 머리 간의 밀착 및 고정 구성을 포함하는 저강도 집속 초음파 치료 장치를 제공할 수가 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 단일 소자 초음파 트랜스듀서의 집속 초음파 빔 출력 특성을 도시한 도면.
도 2는 일 실시예에 따른 다관절 조작부와 단일 소자 초음파 트랜스듀서가 결합되는 구조를 도시한 사시도.
도 3은 일 실시예에 따른 단일 소자 초음파 트랜스듀서를 도시한 단면도.
도 4는 일 실시예에 따른 저강도 집속 초음파 치료 장치를 도시한 사시도.
도 5a 및 도 5b는 일 실시예에 따라 단일 소자 초음파 트랜스듀서와 환자 머리를 밀착 및 고정시키기 위한 헤드 밴드 장착 구조를 도시한 도면.
도 6은 일 실시예에 따라 반고체의 초음파 젤 레이어의 외형의 변화에 따른 단일 소자 초음파 트랜스듀서의 사용 상태를 도시한 도면.
도 2는 일 실시예에 따른 다관절 조작부와 단일 소자 초음파 트랜스듀서가 결합되는 구조를 도시한 사시도.
도 3은 일 실시예에 따른 단일 소자 초음파 트랜스듀서를 도시한 단면도.
도 4는 일 실시예에 따른 저강도 집속 초음파 치료 장치를 도시한 사시도.
도 5a 및 도 5b는 일 실시예에 따라 단일 소자 초음파 트랜스듀서와 환자 머리를 밀착 및 고정시키기 위한 헤드 밴드 장착 구조를 도시한 도면.
도 6은 일 실시예에 따라 반고체의 초음파 젤 레이어의 외형의 변화에 따른 단일 소자 초음파 트랜스듀서의 사용 상태를 도시한 도면.
전술한, 그리고 추가적인 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명하는 실시예들을 통해 구체화된다. 각 실시예들의 구성 요소들은 다른 언급이나 상호간에 모순이 없는 한 실시예 내에서 다양한 조합이 가능한 것으로 이해된다.
도 1은 일 실시예에 따른 단일 소자 초음파 트랜스듀서의 집속 초음파 빔 출력 특성을 도시한 도면이고, 도 2는 일 실시예에 따른 다관절 조작부와 단일 소자 초음파 트랜스듀서가 결합되는 구조를 도시한 사시도 이다. 이하 상기 도면들을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 양상에 따른 저강도 집속 초음파 치료 장치는, 집속 영역(focal region)(100) 내의 최대 음향 강도(maximum acoustic intensity) 지점(110)에서의 집속 영역 직경(diameter)(120)이 6mm 내지 9mm이고, 그 표면(1000)으로부터 최대 음향 강도 지점(110)까지의 집속 거리(focal length)(130)가 30mm 내지 80mm인 저강도(low intensity) 집속(focused) 초음파 빔(ultrasound beam)(140)을 출력하는 단일 소자(single element) 초음파 트랜스듀서(ultrasound transducer)(1000)와, 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)에 고정되어 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)의 위치와 자세 정보를 제공하는 트랜스듀서 마커(marker)(2000)을 포함한다.
본 발명의 양상에 따르면, 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)가 저강도 집속 초음파 치료 장치에 적용된다. 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)는, 환자의 뇌심부에 대한 안전한 치료가 가능한 집속 영역(100), 집속 영역 직경(120), 집속 거리(130) 및 저강도의 출력 강도 특성을 가진다.
본 발명의 양상에 따라서, 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)가 출력하는 초음파 빔의 에너지가 집속되는 집속 영역(100)내에서의 최대 음향 강도 지점(110)에서의 집속 영역 직경(120)이 6mm 내지 9mm이다. 그리고, 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)의 표면으로부터 최대 음향 강도 지점(110) 까지의 집속 거리(130)는 30mm 내지 80mm 이다. 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)가 출력하는 초음파 빔의 음향 강도는 환자의 뇌심부에 대한 안전한 치료가 가능한 정도로 저강도 이다. 실시예에서, 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)가 출력하는 초음파 빔의 집속 영역(100)에서의 음향 강도(acoustic intensity)는 미터제곱당 50와트(50W/cm2) 이하일 수 있다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 양상에 따르면, 저강도 집속 초음파 치료 장치는, 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)에 고정되어 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)의 위치와 자세 정보를 제공하는 트랜스듀서 마커(marker)(2000)를 포함한다.
트랜스듀서 마커(2000)는 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)의 위치와 자세 정보를 제공한다. 저강도 집속 초음파 치료 장치에 포함되는 위치 추적 장치(도시하지 않음)는 트랜스듀서 마커(2000)가 제공하는 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)의 공간상의 위치와 자세를 인식하고, 저강도 집속 초음파 치료 장치에 포함되는 모니터(도시하지 않음)에 위치와 자세를 표시할 수 있다. 이에 따라, 예를 들어 사용자는 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)를 움직여서 환자 뇌 내부의 치료영역에 트랜스듀서 집속 영역(100)을 일치시킬 수가 있다.
트랜스듀서 마커(reflector, coil 등), 헤드 기어/밴드 마커(reflector, coil 등), 패시브 툴(passive tool)/핀 포인트(pin points), 위치 추적기(position tracker)(광학 추적기, IR 카메라, 전기자기(electro magnetic) 추적기 등)를 사용하여 실제 환자의 물리적 공간을 CT/MRI에서 획득한 삼차원 영상 기반의 공간에 일치 시키는 정합(registration) 단계가 수행될 수 있다. 그 이후에는 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)를 움직여서 환자 뇌 내부의 치료영역에 트랜스듀서 집속 영역(100)을 일치 시킬 수가 있다. 이러한 영상 공간과 실제 공간을 일치시키는 정합 단계는 당업계에서 공지된 기술에 해당하므로 더 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 3은 일 실시예에 따른 단일 소자 초음파 트랜스듀서를 도시한 단면도이다 이하 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 추가적인 양상에 따르면, 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)는, 전압을 인가하는 전극(1400)과, 저강도 초음파 빔을 출력하는 단일 압전소자(1200)와, 저강도 초음파 빔을 집속하는 구면 렌즈(1300)와, 외부의 제어 케이블(도시하지 않음)과 전극(1400)을 전기적으로 연결하는 커넥터(1500)와, 전극(1400), 단일 압전소자(1200), 구면렌즈(1300) 및 커넥터(1500)를 배치하는 트랜스듀서 하우징(1100)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 저강도 초음파 빔을 출력하는 단일 압전소자(1200)와, 단일 압전소자(1200)의 초음파 빔 출력면 하부에 저강도 초음파 빔을 집속하는 구면 렌즈(1300)가 트랜스듀서 하우징(1100) 내에 배치된다. 단일 압전소자(1200)와 구면 렌즈(1300)에 의해 출력되는 초음파 빔의 출력 특성은 도 1에 설명한 바와 같다.
추가적인 실시예에서, 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)는 커넥터(1500)를 보호하는 커넥터 커버(1600)를 더 포함할 수 있다(도 2 참조). 커넥터 커버(1600)는 트랜스듀서 하우징(1100) 외부로 노출된 커넥터(1500) 부분을 보호한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 커넥터 커버(1600)는 대략 “ㄱ” 형상이며 내부에 관통홀을 가질 수 있다. 외부의 제어 케이블(도시하지 않음)이 관통홀을 통하여 커넥터(1500)에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 저강도 집속 초음파 치료 장치를 도시한 사시도 이다. 이하 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 추가적인 양상에 따르면, 저강도 집속 초음파 치료 장치는, 단일 소자 초음파 트랜스듀서의 위치와 자세를 조절할 수 있도록 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)에 결합되는 다관절 조작부(3000)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)는 다관절 조작부(3000)에 결합될 수 있다. 다관절 조작부(3000)는 복수개의 관절을 포함하며, 의료인은 단일소자 트랜스듀서(1000)에 결합된 복수개의 관절을 조절할 수 있다. 이에 따라, 환자의 머리에 대하여 일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)의 위치와 자세를 다양하게 조정될 수 있다.
실시예에서, 저강도 집속 초음파 치료 장치에 포함되는 다관절 조작부(3000)와 단일 소자 트랜스듀서(1000)는 서로 고정되게 결합될 수 있다. 또는, 단일 소자 트랜스듀서(1000)는 다관절 조작부(3000)에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 회전 가능하게 결합되는 경우에는, 의료인은 환자 머리에 대하여 단일 소자 트랜스듀서(1000)의 위치와 자세를 더욱 더 다양하게 조절할 수가 있다.
추가적인 양상에 따르면, 저강도 초음파 치료 장치는, 집속 거리가 상이한 복수개의 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)를 포함하고, 복수개의 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000) 중 하나를 다관절 조작부(3000)에 탈착 가능하게 결합시키는 탈착부(3400)(도 2 참조)를 더 포함할 수 있다.
주지하다시피, 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)는, 멀티-어레이 초음파 트랜스듀서와는 달리, 집속 거리(130)를 가변시키는 것에 제약이 있다. 실시예에서, 복수의 집속 거리(130)에 대응하기 위해, 집속 거리별로 복수개의 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)가 필요할 수 있다. 실시예에서, 집속 거리 37mm, 70mm, 80mm 별로 세 개의 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)가 저강도 집속 초음파 치료 장치에 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 탈착부(3400)는 복수개의 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000) 중 하나를 다관절 조작부(3000)에 탈착 가능하게 결합시킬 수 있다. 실시예에서, 탈착부(340)는 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)의 하우징(1100) 상면에 배치되며 그 외주면에 나선형 홈부가 형성되는 원통부(도시하지 않음)와, 다관절 조작부(3000)의 결합면에 배치되며 그 내면에 나선형 돌출부가 형성되어, 나선형 돌출부가 원통부 외주면에 형성되는 나선형 홈부에 나선 결합되는 뚜껑부(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 예를 들어, 37mm 집속거리용의 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000) 또는 70mm 집속거리용의 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)가 선택적으로 다관절 조작부(3000)에 결합될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 일 실시예에 따라 단일 소자 초음파 트랜스듀서와 환자 머리를 밀착 및 고정시키기 위한 헤드 밴드 장착 구조를 도시한 도면이다. 이하 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 추가적인 양상에 따르면, 저강도 집속 초음파 치료 장치는, 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)의 가장자리를 따라 형성되는 복수개의 밴드 걸이부(1110)와, 복수개의 밴드 걸이부(1110)들 간에 환자의 머리를 감싸면서 고정되는 복수개의 밴드들을 포함하는 헤드 밴드(4000)를 더 포함할 수 있다.
추가적인 양상에 따라, 트랜스듀서 하우징(1100)의 상면 가장자리를 따라서 복수개의 밴드 걸이부(1110)가 형성될 수 있다. 실시예에서 트랜스듀서 하우징(1100) 상면에 밴드를 걸 수 있는 4개의 홈(1110)이 형성될 수 있다. 실시예에서, 헤드 밴드(4000)는, 환자 머리에 장착되는 헤드 밴드 본체부(4100)와, 복수개의 밴드 걸이부(1110)에 고정되는 복수개의 고정 밴드부(4200)를 포함할 수 있다. 실시예에서, 환자가 자신의 머리에 헤드 밴드(4000)를 착용하면, 헤드 밴드 본체부(4100)는 환자 머리의 복수개의 부위를 밀착 지지할 수 있다. 실시예에서, 복수개의 머리 부위를 지지하는 복수개의 밴드부는 일체로 형성되어 이루어질 수 있다.
실시예에서 헤드 밴드 본체부(4100)는, 머리의 전두부를 지지하는 전두부 밴드부(4110)와, 머리의 하악골 하부턱을 지지하는 하악골 하부턱 밴드부(4140)와, 머리의 후두부를 지지하는 후두부 밴드부(4120)와, 전두부 밴드부(4110)와 후두부 밴드부(4120)를 연결하는 좌측 상단 연결 밴드부(4130)와, 전두부 밴드부(4110)와 후두부 밴드부(4120)를 연결하는 우측 상단 연결 밴드부(4130-1)와, 하악골 하부턱 밴드부(4140)와 후두부 밴드부(4120)를 연결하는 좌측 하단 연결 밴드부(4150)와, 하악골 하부턱 밴드부(4140)와 후두부 밴드부(4120)를 연결하는 우측 하단 연결 밴드부(4150-1)와, 좌측 상단 연결 밴드부(4130)와 좌측 하단 연결 밴드부(4150)를 수직으로 연결하는 하악골 좌측 밴드부(4160)와, 우측 상단 연결 밴드부(4130-1)와 우측 하단 연결 밴드부(4150-1)를 수직으로 연결하는 하악골 우측 밴드부(4160-1)를 포함할 수 있다. 이 외에도, 헤드 밴드 본체부(4100)는 환자 머리의 복수개의 부위를 다양한 방식으로 지지할 수 있다. 실시예에서 헤드 밴드 본체부(4100)는 환자 머리에 밀착되는 강도가 조절될 수 있도록 제작될 수 있다.
추가적인 양상에 따라서, 복수개의 고정 밴드부(4200)는 복수개의 밴드 걸이부(1110)에 고정될 수 있다. 실시예에서 복수개의 고정 밴드부(4200)의 일단이 각각 헤드 밴드 본체부(4100)의 대응되는 부위에 고정될 수 있다. 복수개의 고정 밴드부(4200)의 타단은 각각 복수개의 밴드 걸이부(1110)의 홈에 삽입될 수 있다. 그리고, 복수개의 고정 밴드부(4200)의 타단은, 복수개의 고정 밴드부(4200) 또는 헤드 밴드 본체부(4100)에 형성되는 고정면(4210)에 의해 고정될 수 있다. 실시예에서, 복수개의 고정 밴드부(4200)의 타단에는 밸크로 수부가 형성되고 고정면(4210)에는 밸크로 암부가 형성될 수 있다.
추가적인 양상에 따르면, 헤드 밴드(4000)를 사용하여 환자의 머리와 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000) 간을 고정할 수 있게 된다. 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)를 밀착 고정하기 위해서 헤드 밴드(4000)를 사용함으로써 초음파 치료를 하는 동안에 환자가 머리를 약간은 움직일 수 있다. 또한, 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)는 다관절 조작부(3000)에 장착되므로, 환자는 다일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)의 무게와 크기에 대하여 부담을 느끼지 않고 편하게 치료를 받을 수 있다.
실시예에서 복수개의 고정 밴드부(4200)는 비탄력성의 재질일 수가 있다. 이에 따라, 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)가 움직임이 없이 고정될 수가 있게 된다.
추가적인 양상에 따르면, 도 4 및 도 2에 도시된 바와 같이, 다관절 조작부(3000)는, 지지부(3100)와, 지지부(3100)로부터 수직으로 연장되는 스탠드(3200)와, 그 일단이 스탠드(3200)의 상부에 결합되며 적어도 한 개의 관절 축을 중심으로 굴절 가능한 자유 굴절암(3300)을 포함할 수 있다.
지지부(3100)는 저강도 집속 초음파 치료 장치에 포함되는 구성 요소들을 지지할 수 있다. 지지부(3100)는 스탠드(3200), 자유 굴절암(3300), 탈착부(3400) 및 탈착부(3400)에 결합되는 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)를 지지할 수 있다. 지지부(3100)의 저면에는 복수개의 바퀴(3500)가 배치되어, 저강도 집속 초음파 치료 장치는 이동될 수가 있다.
스탠드(3200)는 지지부(3100)로부터 수직으로 연장되며, 일정한 높이를 가질 수 있다. 자유 굴절암(3300)은 그 일단이 스탠드(3200)의 상부에 결합되며 적어도 한 개의 관절축을 중심으로 굴절될 수 있다. 실시예에서 관절축은 회전축으로 구현 가능하다. 한 예로서 자유 굴절암(3300)에 배치되는 어떤 회전축에 두 개의 암이 회전 가능하게 연결되며, 회전축을 중심으로 하여 두 개의 암이 서로 간에 소정의 각도로 굴절될 수 있다. 사용자의 조작에 의해서 두 개의 암은 회전축을 기준으로 미세하게 회전 운동할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 추가적인 양상에 따라, 탈착부(3400)는 그 일단이 자유 굴절암(3300)의 타단에 회전 가능하게 결합되고 그 타단이 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)에 회전 가능하게 결합될 수가 있다. . 이에 따라, 의료인은 탈착부(3400)를 조작하여 환자 머리에 대하여 단일 소자 트랜스듀서(1000)의 위치와 자세를 더욱 더 다양하게 조절할 수가 있다. 일 실시예에서, 탈착부(3400)의 일단과 자유 굴절암(3300)의 타단은 탈착부(3400)에 배치되는 제 1 회전축(도시하지 않음)을 기준으로 회전 가능하게 결합될 수 있다. 또한 실시예에서, 탈착부(3400)의 타단과 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)는 탈착부(3400)에 배치되는 제 2 회전축(도시하지 않음)을 기준으로 회전 가능하게 결합될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 추가적인 양상에 따르면, 탈착부(3400)는 자유 굴절암 (3300) 타단에 고정되는 제 1 볼스터드(ball stud)(3411)와, 제 1 볼스터드(3411)에 포함되는 볼을 감싸고 그 볼 표면에 대하여 전방위로 회전하는 제 1 소켓 공간(3412)과, 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)에 고정되는 제 2 볼스터드(3421)와, 제 2 볼스터드(3421)에 포함되는 볼을 감싸고 그 볼 표면에 대하여 전방위로 회전하는 제 2 소켓 공간(3422)을 포함할 수 있다.
탈착부(3400)의 제 1 볼스터드(3411)에 포함되는 제 1 플레이트는 자유 굴절암(3300) 타단에 고정될 수 있다. 제 1 플레이트로부터 연장되는 제 1 스터드의 단부에는 제 1 볼이 형성될 수 있다. 탈착부(3400)에 포함되는 제 1 소켓 공간(3412)은 제 1 볼스터드(3411)에 포함되는 제 1 볼을 감싸고 제 1 볼 표면에 대하여 전방위로 회전할 수 있다.
탈착부(3400)의 제 2 볼스터드(3421)에 포함되는 제 2 플레이트는 트랜스듀서하우징 (1100) 상면에 고정될 수 있다. 제 2 플레이트로부터 연장되는 제 2 스터드의 단부에는 제 2 볼이 형성될 수 있다. 탈착부(3400)에 포함되는 제 2 소켓 공간(3422)은 제 2 볼스터드(3421)에 포함되는 제 2 볼을 감싸고 제 2 볼 표면에 대하여 전방위로 회전할 수 있다.
이에 따라, 의료인은 탈착부(3400)를 조작하여 환자 머리에 대하여 단일 소자 트랜스듀서(1000)의 위치와 자세를 더욱 더 다양하게 조절할 수가 있다. 또한, 소켓 공간(3412, 3422)과 볼스터드(3411, 3421)의 분리가 가능하여, 특정한 집속 거리를 가지는 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)가 선택적으로 저강도 집속 초음파 치료 장치에 장착될 수 있다.
추가적인 양상에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 자유 굴절암(3300)은, 그 일단이 스탠드(3200)의 상부에 제 1 세로 회전축을 기준으로 회전 가능하게 결합되는 제 1 암(3310)과, 그 일단이 제 1 암(3310)의 타단에 제 2 세로 회전축을 기준으로 회전 가능하고 제 1 가로 회전축을 기준으로 회전 가능하게 결합되는 제 2 암(3320)과, 그 일단이 제 2 암(3320)의 타단에 제 2 가로 회전축을 기준으로 회전 가능하게 결합되는 제 3 암(3330)을 포함할 수가 있다.
실시예에서, 제 1 암(3310)의 일단은 스탠드(3200) 내부에 배치되는 제 1 세로회전축(도시하지 않음)에 회전 가능하게 결합하며, 의료인의 조작에 따라서 제 1 세로 회전축을 기준으로 좌우로 회전할 수 있다. 실시예에서 제 1 암(3310)은 수직의 스탠드(3200)를 기준으로 90도 내지 180도 사이의 상향의 둔각 방향으로 연장될 수 있다.
추가적인 양상에서, 제 2 암(3320)은 그 일단이 제 1 암(3310)의 타단에 제 2 세로 회전축을 기준으로 회전 가능하게 결합될 수 있다. 실시예에서, 제 2 암(3320)의 일단은 제 1 암(3310)의 타단 내부에 배치되는 제 2 세로 회전축에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 이에 따라, 의료인의 조작에 따라서 제 2 암(3320)은 제 2 세로 회전축을 기준으로 좌우로 회전할 수 있다. 추가적으로 제 2 암(3320)의 일단은 제 1 암(3310)의 타단에 제 1 가로 회전축(도시하지 않음)을 기준으로 회전 가능하게 결합될 수 있다. 실시예에서, 제 1 암(3310) 타단 내부에 배치되는 제 2 세로 회전축에 가로 방향으로 형성되는 관통홀(도시하지 않음)을 따라서 제 1 가로 회전축이 형성될 수 있다. 즉, 이 가로 방향의 관통공에 제 2 가로 회전축(도시하지 않음)이 삽입될 수가 있다. 그리고, 제 2 가로 회전축의 양단이 제 2 암(3320)의 내벽에 고정될 수가 있다. 이에 따라, 의료인의 조작에 따라서 제 2 암(3320)은 제 1 가로 회전축을 기준으로 상하로 회전할 수 있다. 실시예에서, 제 2 암(3320)은 수직의 제 2 세로 회전축을 기준으로 1도 내지 90도 사이의 하향의 예각 방향으로 연장될 수 있다.
이에 따라, 제 1 암(3310)과 제 2 암(3320)은 제 2 세로 회전축을 중심으로 좌우로 회전 가능하며, 제 1 가로 회전축을 중심으로 상하로 회전 가능하게 된다. 바람직한 실시예에서, 의료인은 제 2 암(3320)을 세로 방향으로 회전하여 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)의 높이를 조절할 수가 있다. 또한, 의료인은 예를 들어 제 1 회전암(3310)을 제 1 세로 회전축을 기준으로 우측방향으로 회전시키고 제 2 회전암(3320) 제 2 세로 회전축을 기준으로 좌측방향으로 회전시키면 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)의 위치를 후방향(스탠드(3200) 쪽 방향)으로 조절할 수가 있다. 반대로, 의료인은 제 1 암(3310)과 제 2 암(3320)을 회전시켜서 위에서 볼 때에 두 암(3310, 3320)이 일직선이 되게 하면, 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)의 위치를 최대한 전방향(스탠드(3200)의 반대 방향)의 위치로 조절할 수가 있다.
실시예에서, 제 3 암(3330)은 그 일단이 제 2 암(3320)의 타단에 제 2 가로 회전축(도시하지 않음)을 기준으로 회전 가능하게 결합될 수 있다. 제 3 암(3330)의 일단은 제 2 암(3320)의 타단 내부에 배치되는 제 2 가로 회전축에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 실시예에서, 의료인이 제 2 암(3320)을 상방향 또는 하방향으로 이동 조작하는 경우, 제 3 암(3330)은 제 2 가로 회전축을 기준으로 제 1 방향(예 : 스탠드(3200) 방향)으로 회전하거나 또는 제 2 방향(예 : 스탠드(3200) 반대 방향)으로 회전할 수 있다. 이에 따라서, 제 3 암(3330)은 항상 수직 방향을 유지할 수가 있다.
도 6은 일 실시예에 따라 반고체의 초음파 젤 레이어의 외형의 변화에 따른 단일 소자 초음파 트랜스듀서의 사용 상태를 도시한 도면이다. 이하 도 6 및 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 저강도 집속 초음파 치료 장치는, 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000) 저면에 탈착 가능하게 배치되며, 환자 피부(1800)와 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000) 간의 공간내에서 초음파 빔 전달을 매개하는 초음파 젤 레이어(1700)를 더 포함할 수 있다.
주지하다시피, 환자 피부(1800)(예:두피)와 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000) 사이에 공기가 존재하면 감쇄 등의 원인에 의해 초음파 빔이 환자 내부로 제대로 전달이 되지 않는다. 따라서, 추가적인 양상에서, 초음파 젤 레이어(1700)는 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)와 환자 피부 사이에 발생될 수 있는 공간에 의해 집속 초음파 빔이 전달되지 못하는 현상을 방지한다. 초음파 젤 레이어(1700)는 초음파 전파 매개 물질(couplant)로 형성되며, 상기 발생될 수 있는 공간을 채우는 역할을 수행한다.
알려진 바와 같이, 초음파 젤 레이어(1700)는 반고체형(대한민국 등록특허공보 제10-1585301호 참조) 타입 또는 고체형(대한민국 공개특허공보 제20120118864호 참조) 타입으로 구현 가능하다.
초음파 젤 레이어(1700)는, 대한민국 공개특허공보 제20120118864호에 개시된 바와 같이, 신축성 및 탄력성이 있는 고체형이고 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)의 트랜스듀서 하우징(1100)의 하부의 외주면에 끼워질 수 있도록 그 내부공간이 비어 있는 뚜껑(또는 케이스, 커버 등) 형상이 될 수 있다. 이에 따라, 초음파 젤 레이어(1700)는 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000) 저면에 탈착 가능하게 배치될 수 있다.
또는, 대한민국 등록특허공보 제10-1585301호에 개시된 바와 같이, 단일소자 초음파 트랜스듀서(1000) 트랜스듀서 하우징(1100)은 그 내부에 마련되는 단일 압전소자(1200)의 형태가 원인 경우 원통 형상(도 2 참조)이 될 수 있다. 그리고, 트랜스듀서 하우징(1100)의 하부 외면에 나선형 돌출부(도 6, 1120 참조)가 형성될 수 있다. 또한, 초음파 젤 레이어(1700)는 그 내부가 비어 있는 뚜껑(또는 케이스, 커버 등) 형상이 될 수 있고 뚜껑 내부의 내주면에는 나선형 홈부(도 6의 1710 참조)가 형성될 수 있다. 이에 따라, 초음파 젤 레이어(1700)는 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000) 저면의 나선 결합을 이용해 탈착 가능하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 특정한 집속 거리에 해당되는 어떤 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)에 대응하는 특정한 초음파 젤 레이어(1700)가 선택되어 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000) 저면에 탈착 가능하게 배치될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 추가적인 양상에 따르면, 초음파 젤 레이어(1700)가 환자 피부(1800)의 외형과, 사용자의 조작에 의한 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)에 가해지는 힘(F)의 크기와 방향에 대응하여 그 외형이 변형되는 반고체(semi-rigid) 타입이고, 그 외형이 변형됨에 따라서 환자 피부(1800)면과 환자 피부 속의 치료 대상 부위 사이의 거리(D2)를 가변(D1>D2)할 수가 있다.
실시예에서, 초음파 젤 레이어(1700)는 반고체(semi-rigid) 타입으로서 유연성, 신축성 및 압축성을 구비하여 환자 피부(1800)의 외형에 따라서 그 외형이 변형될 수가 있다. 실시예에서 초음파 젤 레이어(1700)는, 대한민국 등록특허공보 제10-1585301호에 개시된 바와 같이, 반고체(semi-rigid) 타입의 수화젤(hydrogel)로 구현될 수 있다. 공보에 개시된 바와 같이, 반고체 수화젤은 인체에 자극이 없는 친수성인 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohol : PVA) 로 구현될 수 있다.
또한, 실시예에서 반고체 타입의 초음파 젤 레이어(1700)는, 사용자의 조작에 의해 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)에 가해지는 힘(F)의 크기와 방향에 대응하여 그 형태가 변형될 수 있다. 이러한 형태 변형에 따라서, 초음파 젤 레이어(1700)는 환자 피부(1800)면과 환자 피부 속의 치료 대상 부위 사이의 거리(D)를 가변(D2->D1)할 수가 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 집속 거리(130)는 변하지 않는다. 다만, 반고체 타입의 초음파 젤 레이어(1700)이 압축 등에 의해 그 형태가 변형되기 전에는 환자 피부(1800)면과 환자 피부 속의 치료 대상 부위 사이의 거리가 D2이다. 그러나, 압축 등에 의해 반고체 타입의 초음파 젤 레이어(1700)의 형태가 변형되는 경우에 환자 피부(1800)면과 환자 피부 속의 치료 대상 부위 사이의 거리가 D1으로 변하게 된다. 즉, 집속 거리(130)는 변화하지 않지만 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)는 반고체 타입의 초음파 젤 레이어(1700)의 도움을 받아서 환자 피부(1800) 면으로부터 더 깊은 치료 대상 부위를 치료할 수가 있게 된다. 다시 말해, 단일 소자 초음파 트랜스듀서(1000)는 더 정밀하게 환자 피부 내부의 다양한 위치에 있는 치료 대상 영역에 대하여 치료를 할 수가 있게 된다.
이상에서 본 발명을 첨부된 도면을 참조하는 실시예들을 통해 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 이들로부터 당업자라면 자명하게 도출할 수 있는 다양한 변형예들을 포괄하도록 해석되어야 한다. 특허청구범위는 이러한 변형예들을 포괄하도록 의도되었다.
1000 : 단일 소자 초음파 트랜스듀서 100 : 집속 영역
110 : 최대 음향 강도 지점 120 : 집속 영역 직경
130 : 집속 거리 200 : 집속 초음파 빔
1100 : 트랜스듀서 하우징 1110 : 복수개의 밴드 걸이부
1120 : 나선형 돌출부 1200 : 단일 압전소자
1300 : 구면 렌즈 1400 : 전극
1500 : 커넥터 1600 : 커넥터 커버
1700 : 초음파 셀 레이어 1710 : 나선형 홈부
1800 : 환자 피부 2000 : 트랜스듀서 마커
3000 : 다관절 조작부 3100 : 지지부
3200 : 스탠드 3300 : 자유 굴절암
3310 : 제 1 암 3320 : 제 2 암
3330 : 제 3 암 3400 : 탈착부
3410 : 제 1 볼조인트부 3411 : 제 1 볼스터드
3412 : 제 1 소켓공간 3420 : 제 2 볼조인트부
3421 : 제 2 볼스터드 3422 : 제 1 소켓공간
3500 : 복수의 바퀴 4000 : 헤드 밴드
4100 : 헤드 밴드 본체부 4110 : 전두부 밴드부
4120 : 후두부 밴드부 4130 : 좌측 상단 연결 밴드부
4140 : 하악골 하부턱 밴드부 4150 : 좌측 하단 연결 밴드부
4150-1 : 우측 하단 연결밴드부 4160 : 하악골 좌측 밴드부
4160-1 : 하악골 우측 밴드부 4200 : 복수개의 고정 밴드부
110 : 최대 음향 강도 지점 120 : 집속 영역 직경
130 : 집속 거리 200 : 집속 초음파 빔
1100 : 트랜스듀서 하우징 1110 : 복수개의 밴드 걸이부
1120 : 나선형 돌출부 1200 : 단일 압전소자
1300 : 구면 렌즈 1400 : 전극
1500 : 커넥터 1600 : 커넥터 커버
1700 : 초음파 셀 레이어 1710 : 나선형 홈부
1800 : 환자 피부 2000 : 트랜스듀서 마커
3000 : 다관절 조작부 3100 : 지지부
3200 : 스탠드 3300 : 자유 굴절암
3310 : 제 1 암 3320 : 제 2 암
3330 : 제 3 암 3400 : 탈착부
3410 : 제 1 볼조인트부 3411 : 제 1 볼스터드
3412 : 제 1 소켓공간 3420 : 제 2 볼조인트부
3421 : 제 2 볼스터드 3422 : 제 1 소켓공간
3500 : 복수의 바퀴 4000 : 헤드 밴드
4100 : 헤드 밴드 본체부 4110 : 전두부 밴드부
4120 : 후두부 밴드부 4130 : 좌측 상단 연결 밴드부
4140 : 하악골 하부턱 밴드부 4150 : 좌측 하단 연결 밴드부
4150-1 : 우측 하단 연결밴드부 4160 : 하악골 좌측 밴드부
4160-1 : 하악골 우측 밴드부 4200 : 복수개의 고정 밴드부
Claims (12)
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- 집속 영역(focal region) 내의 최대 음향 강도(maximum acoustic intensity) 지점에서의 집속 영역 직경(diameter)이 6mm 내지 9mm이고, 그 표면으로부터 최대 음향 강도(acoustic intensity) 지점까지의 집속 거리(focal length)가 30mm 내지 80mm인 저강도(low intensity) 집속(focused) 초음파 빔(ultrasound beam)을 출력하고, 저강도 집속 초음파 빔의 집속 영역에서의 음향 강도가 미터제곱당 50와트(50W/cm2) 이하이며,
전압을 인가하는 전극과, 저강도 초음파 빔을 출력하는 단일 압전소자와, 저강도 집속 초음파 빔을 집속하는 구면렌즈와, 외부의 제어 케이블과 전극을 전기적으로 연결하는 커넥터와, 전극, 단일 압전소자, 구면렌즈 및 커넥터를 배치하는 트랜스듀서 하우징을 포함하며,
집속 거리가 상이한 복수개의 단일 소자(single element) 초음파 트랜스듀서(ultrasound transducer)들과;
단일 소자 초음파 트랜스듀서에 고정되어 단일 소자 초음파 트랜스듀서의 위치와 자세 정보를 제공하는 트랜스듀서 마커(marker)와;
지지부와, 지지부로부터 수직으로 연장되는 스탠드와, 그 일단이 스탠드의 상부에 결합되며 적어도 한 개의 관절 축을 중심으로 굴절 가능한 자유 굴절암을 포함하는 다관절 조작부와;
복수개의 단일 소자 초음파 트랜스듀서 중 하나를 자유 굴절암의 타단에 탈착 가능하게 결합시키되, 그 일단이 자유 굴절암의 타단에 회전 가능하게 결합되고 그 타단이 단일 소자 초음파 트랜스듀서에 회전 가능하게 결합되는 탈착부와;
단일 소자 초음파 트랜스듀서의 가장자리를 따라 형성되는 복수개의 밴드 걸이부들; 및
복수개의 밴드 걸이부들 간에 환자의 머리를 감싸면서 고정되는 복수개의 밴드들;
을 포함하는 저강도 집속 초음파 치료 장치. - 청구항 8에 있어서, 탈착부는 :
자유 굴절암 타단에 고정되는 제 1 볼스터드(ball stud)와;
제 1 볼스터드에 포함되는 볼을 감싸고 그 볼 표면에 대하여 전방위로 회전하는 제 1 소켓 공간과;
단일 소자 초음파 트랜스듀서에 고정되는 제 2 볼스터드와;
제 2 볼스터드에 포함되는 볼을 감싸고 그 볼 표면에 대하여 전방위로 회전하는 제 2 소켓 공간;
을 포함하는 저강도 집속 초음파 치료 장치. - 청구항 8에 있어서, 자유 굴절암이 :
그 일단이 스탠드의 상부에 제 1 세로 회전축을 기준으로 회전 가능하게 결합되는 제 1 암과;
그 일단이 제 1 암의 타단에 제 2 세로 회전축을 기준으로 회전 가능하고 제 1 가로 회전축을 기준으로 회전 가능하게 결합되는 제 2 암과;
그 일단이 제 2 암의 타단에 제 2 가로 회전축을 기준으로 회전 가능하게 결합되는제 3 암;
을 포함하는 저강도 집속 초음파 치료 장치. - 청구항 8에 있어서,
단일 소자 초음파 트랜스듀서 저면에 탈착 가능하게 배치되며, 환자 피부와 단일 소자 초음파 트랜스듀서 간의 공간내에서 초음파 빔 전달을 매개하는 초음파 젤 레이어;
를 더 포함하는 저강도 집속 초음파 치료 장치. - 청구항 11에 있어서, 초음파 젤 레이어가 :
환자 피부의 외형 및 사용자의 조작에 의해 단일 소자 초음파 트랜스듀서에 가해지는 힘의 크기와 방향에 대응하여, 그 외형이 변형되는 반고체(semi-rigid) 타입이고,
그 외형이 변형됨에 따라서 환자 피부면과 환자 피부 속의 치료 대상 부위 사이의 거리를 가변하는 저강도 집속 초음파 치료 장치.
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