KR20010040668A - 초음파 조사 장치 - Google Patents

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KR20010040668A
KR20010040668A KR1020007008542A KR20007008542A KR20010040668A KR 20010040668 A KR20010040668 A KR 20010040668A KR 1020007008542 A KR1020007008542 A KR 1020007008542A KR 20007008542 A KR20007008542 A KR 20007008542A KR 20010040668 A KR20010040668 A KR 20010040668A
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미와 히로히데
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Abstract

본 발명은 초음파에 의해 생체 지방의 지방분해를 행하는 장치를 개시한다. 유효 초음파는 15 - 140 kHz의 저주파수 영역에서, 15 - 50 kHz의 범위에서는 세기가 10 mW/cm2보다 크고 용혈한계값보다 작으며, 50 - 140 kHz의 범위에서는 세기가 4 mW/cm2보다 크고 용혈한계값 또는 MI를 근거로 한 안전기준값보다 작은 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명은 180 kHz - 1.3 MHz의 고주파영역에서, 180 - 700 kHz의 범위에서는 세기가 10 mW/cm2보다 크고 MI를 근거로 한 안전기준값보다 작으며, 700 kHz - 1.3 MHz의 범위에서는 세기가 800 mW/cm2보다 크고 MI를 근거로 한 안전기준값보다 작은 것을 특징으로 한다.

Description

초음파 조사 장치{ULTRASONIC WAVE IRRADIATION APPARATUS}
최근, 당뇨병, 고혈압, 및 뇌 또는 내장 등의 혈관 장해와 같은 성인병(포유동물을 포함)이 심각한 문제가 되고 있다. 이들의 최대 원인은 비만이다.
비만개선을 위하여, 칼로리 섭취의 억제 및 운동이 효과적이라고 과학적으로 알려져 있다. 식욕 억제제, 및 소화/흡수 억제제, 및 열대사항진제의 복용법이 연구중에 있으며, 이들중의 일부는 정부에 의해서 허가되었다.
건강에 관하여, 사람들은 자동차의 대중화 및 앉아서 일하는 직업으로 생기는 운동 부족으로 인하여 다이어트, 워킹, 물리적인 운동, 댄싱, 수영, 사이클링 등을 시작한다. 그러나, 이것은 충분한 시간 및 강한 의지력 없이는 운동 프로그램을 지속시키는 것이 어렵다는 것이 큰 문제이다. 따라서, 효과적으로 안정적으로 비만을 줄이는 방법이 요구된다.
다양한 민간요법으로서 초음파에 의해 지방을 감소시킬수 있다는 일부 미용살롱이 시장에 존재한다. 그러나, 이러한 기술은 과학적으로 입증되지 않으며, 모든 장치의 사용 주파수는 1MHz이고, 단지 진동자 단위면적 당 구동전기 입력을 표시할 뿐 음파출력의 표시가 없다. 예를 들면, 석세스 마케팅(주)에 의해 1996년 8월 25일 발간된 마스다의 "단지 5분안에 주름이 펴짐"이라는 책은 피부의 미용을 강화하기 위한 마사지 및 온열작용에 의해 혈액순환 및 림프흐름을 증가시키는 초음파 미용기의 초음파 조사 장치를 사용하여 초음파 치료방법을 개시하고 있다. 이러한 온열작용은 지방을 쉽게 분해하고, 마사지가 추가로 이러한 분해를 촉진시킨다. 침술 및 뜸질에서의 터보로 알려진 민감위치의 초음파에 의한 자극이 또한 개시되어 있다. 상기 문헌에서는, 의학 치료에 대하여 1-10 MHz, 미용촉진에 대하여 1 MHz가 개시되어 있다. 조사 음향 파워 밀도 또는 세기에 관하여, 다음의 사실이 개시되어 있다. 의학 및 생체학에 대한 초음파의학회에서 정의된 안전한계값은 펄스 웨이브(PW) 조사에 대해 240mW/cm2(SPTA), 연속파(CW) 조사에 대해 1000mW/cm2이다. 미용촉진을 위한 적용에 대하여, 사용된 세기는 CW 조사에서는 얇은 근육에 대하여 1000-1500mW/cm2이고 얼굴에 대하여 500mW/cm2이며, PW 조사에서는 얼굴에 대하여 120mW/cm2이다. 그리고, 이들 레벨은 상기 안전한계값의 반이 된다.
그러나, 위에서 개시된 두껍고 얇은 근육에 대해 사용되는 세기는 CW에 대하여 1000mW/cm2의 안전한계값을 초과하여, 그 결과 개시된 세기는 진동자 단위면적 당 전기출력이 되어야 한다. 만약 이들이 전기출력 세기가 된다고 가정하면, 진동자의 전기 대 초음파 변환효율은 보통 30%이고 이들은 안전한계값의 반이 된다는 설명과 일치하기 때문에, 1500-2000mW/cm2의 전기세기는 초음파의 500-700mW/cm2에 대응하게 된다. 다른 장에서는, 지방 감소에 대한 과학적인 실험이 수행되고, 감소가 효과적으로 생기고, 감소량의 보고에 대한 것이 개시되어 있다. 비록 세기와 같은 초음파조사조건의 과학적인 설명이 도시되어 있지는 않지만, 이것은 1MHz의 미용용 장치가 사용되고, 초음파 세기가 상기 전기 대 초음파 변환 효율을 재고려할 때 700mW/cm2보다 적다는 문장의 문맥과 거의 합치된다.
특허 출원, 특개평 4-89058(야만 가부시키가이샤)에는 1-3MHz의 미용용의 주파수 및 100-500mW/cm2의 세기를 사용한 미용용장치를 개시하고 있다. 특개평 3-123559(야만 가부시키가이샤)에는 근육수축에 의한 지방 감소효과, 및 혈액/림프액 순환의 개선을 개시하고 있다. 이 출원의 상세한 설명에서, 20-50KHz의 주파수, 및 100-500 mW/cm2의 세기가 개시되어 있으나, 이들 값이 왜 특정되는지의 임의의 과학적인 이유가 개시되어 있지 않으며, 특정된 값이 무엇을 근거로 하는지를 설명하는 임의의 과학적인 데이터도 존재하지 않는다. 또한, 아직 시장에 상품화되지 않았다.
종래기술에서, 100-500 mW/cm2에서 20-50KHz, 및 100-500 mW/cm2에서 1-3MHz가 되는 특정값은 이들의 효과를 증명할 수 있는 임의의 과학적으로 제공된 데이터를 갖지 못한다. 또한, 안전성을 고려하여 이들 값이 왜 특정화되어야 하는지 개시되어 있지 않다. 발명자에 의해 후에 기술되고 수행된 실험에 의하면, 이들 값은 부적합하다.
본 발명의 목적은 안전도 고려를 포함하여, 효과적인 주파수 및 세기를 명확히 하고, 초음파 조사를 사용하여 효과적이고 안전하게 생체지방분해를 수행하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 비만 방지 및 저감, 및 건강 및 미용상의 비만의 개선을 위한 장치에 관한 것으로, 특히, 미용상의 비만 개선 및 비만의 방지 및 의학적 치료를 위한 초음파장치에 관한 것이다.
도 1은 효과적인 주파수 영역과 세기 도메인을 결정하기 위해 실험에서 사용된 장치의 설명을 위한 단면도,
도 2는 신체의 축상으로 로가리즘으로 스케일화된 효율적인 주파수 영역과 세기 도메인을 도시하는 그래프,
도 3은 본 발명이 초음파 조사 장치의 제 1 실시예를 도시하고 설명하는 단면도,
도 4는 본 발명의 초음파 조사 장치의 제 2 실시예를 도시하고 설명하는 단면도,
도 5는 본 발명의 초음파 조사 장치의 제 3 실시예를 도시하고 설명하는 단면도,
도 6은 본 발명의 초음파 조사 장치의 제 3 실시예의 다른 실시예를 설명하고 도시하는 단면도,
도 7은 본 발명의 초음파 조사 장치의 제 4 실시예를 설명하고 도시하는 단면도,
도 8은 본 발명의 초음파 조사 장치의 제 5 실시예를 도시하고 설명하는 단면도.
(발명의 개요)
생체내에서, 지방은 포도당 및 유리지방산으로부터 지방세포에 있는 지방합성 효소에 의해서 합성되어, 유적을 형성한다. 인간의 경우, 성인의 지방세포는 대부분 백색지방세포이다. 따라서, 이하, 지방세포를 백색 지방세포로 부를것이다. 지방세포는 가느다랗게 생겼으며, 출생시 20μm의 길이를 가지며, 지방의 축적에 따라서, 100 μm(때론 200 μm)의 구경으로 자라게 된다.
성인에 있어서 지방의 축적은 이들 수의 증가로 인한 것보다는 각 지방세포의 성장이 원인으로 된다. 지방세포성장에 있어서, 유적은 수성의 세포액층에 의해 덮혀있으며, 수성 세포액층의 두께는 유적 자체의 지름보다 매우 작다.
세포액중에, 소포체가 포함되며, 소포체는 지방을 지방산 및 글리세롤으로 분해하는 호르몬 센서티브 리파제(HSL)로 불리는 지방분해효소를 포함한다. 반면, 지방유적 표면은 인지질의 유동성 분자층으로 덮혀있으며, 소포체 표면상에 위치된 지방분해 효소와의 접촉으로부터 보호된다.
생체에서의 지방은 부현수질에서 분비되는 에피네프린(아드레날린), 및 교감신경에서 분비되는 노르에피네프린(노르아드레날린)과 같은 호르몬이 작용되는 인지질층의 일부가 소실된다. 다음, 유적은 소포체와 직접 접하게 되고, 지방분해가 개시된다. 지방은 글리세롤 및 유리질 지방산으로 분해되고, 분해산물은 세포로부터 혈액으로 배출되며, 최종적으로 소변 및 호흡을 통하여 CO2및 H2O로서 몸에서 배출된다.
초음파 조사는 효소 반응의 촉진, 유화작용, 온열작용, 모세혈관의 확장같은 영향을 생체상에 준다. 본 발명에서, 초음파 조사의 결과로서, 모세혈관의 팽창에 의한 주변 혈류의 증가는 건강 및 미용용으로 사용되는 종래기술의 장치와 동일하다. 그러나, 발명자는 상기 종래의 건강 및 미용용 장치 및 이들에 사용되는 주파수에 대한 효과의 과학적 입증의 결여에 대하여 의문을 가졌다. 지방분해의 상기 생화학적 메커니즘으로부터 예기된 바와 같이, 교감신경의 자극, 교감신경 말단에서의 호르몬 분비, 및 인지질층의 활성 및 유동화와 같은 상기 메커니즘을 위하여, 1MHz보다 적은 효과적인 주파수가 있어야 하고, 효과는 주파수 의존성이 있어야 한다. 발명자등은 이러한 예측을 실험적인 유효주파수 및 주파수의 세기를 확정하였다. 본 발명은 상기 실험에 의해 얻어진 결과가 종래기술과 매우 상이하다는 사실에 기초를 두었다.
본 발명에 따른 합당한 설명은 다음과 같다. 교감신경의 말단은 노르에피네프린(노르아드레날린)과 같은 지방분해 호르몬을 분비하는 특정 주파수 및 세기에서의 초음파 조사에 의한 자극을 받거나, 인지질층 또는 유적 자체가 교란이 발생하고 유적과, 소포체 즉, 지방분해 효소사이에 일부 접촉이 발생하여, 지방분해가 발생하게 된다.
본 발명의 제 1 태양은 발생된 초음파를 사용하여 생체를 치료함으로써, 생체내에 있는 지방을 분해하는 초음파 발생 수단을 제공하고 특히 15-140KHz의 초음파 에너지에 의해 특징화되는 초음파 조사 장치이며, 초음파 에너지가 15-50 kHz사이에 있을 때, 몸표면에 조사된 세기는 10 mW/cm2보다 크고 용혈안전한계값 미만이며, 초음파 에너지가 50-140 kHz사이에 있을 때, 4 mW/cm2보다 크고 메커니컬 인덱스에 의해 규정된 안전한계값 또는 용혈안전한계값 미만이다.
본 발명의 제 2 태양은 발생된 초음파를 사용하여 생체를 치료함으로써, 생체내에 있는 지방을 분해하는 초음파 발생 수단을 제공하고 특히 180kHz-1.3MHz의 초음파 에너지에 의해 특징화되는 초음파 조사 장치이며, 초음파 에너지가 180-700 kHz사이에 있을 때, 조사된 몸표면에서의 세기는 10 mW/cm2보다 크고 메커니컬 인덱스에 의해 규정된 안전한계값 미만이며, 초음파 에너지가 700kHz-1.3MHz 사이에 있을 때, 800 mW/cm2보다 크고 메커니컬 인덱스에 의해 규정된 안전한계값 미만이다.
본 발명의 제 1 및 제 2 태양에 따른 초음파 조사 장치에 있어서, 허용가능한 최대 세기는 메커니컬 인덱스의 안전기준값 또는 용혈이 없는 기준값 미만으로 설정되지만, 의료진단장치용 안전기준값 또는 용혈이 없는 기준값 미만으로 설정되는 것이 바람직하다.
추가로, 제 1 및 제 2 태양에 따른 장치는 메커니컬 인덱스(MI), MI=0.6에 대한 주파수에 의존하여 설정되는 세기 안전기준값에 의해 특징화된다. 초음파 조사는 연속조사, 펄스조사, 간헐조사, 또는 이들의 조합중의 임의의 하나가 될 수 있다. 간헐 조사는 효소와 유적의 접촉을 형성하는 시간을 지방이 상기 접촉 후 분해되는 시간과 분리되게 사용될 수 있다.
반면, 건강의 관점에서, 부주의하게 초음파를 생체에 조사하는 것은 바람직하지 않다. 의료진단장치용 안전기준값은 초음파의학계 표준 및 미국의 FDA에 의한 기준에서 1000mW/cm2으로 설정되어 있고, 이들 값은 1-10MHz의 주파수 범위에 적용가능한 것으로 기술될 수 있다. 이러한 영역에서, 생체를 투과하는 감쇠세기가 강하고, 유효깊이는 몸표면 바로 아래쪽 부위로 제한된다.
여기서, "유효깊이"는 지방분해가 초음파 조사에 의해서 효과적으로 발생하는 몸표면으로부터의 깊이로서 정의된다.
몸에 주어지는 에너지는 초음파 조사의 시간 및 세기에 비례한다. 투과세기는 투과깊이 거리에 따라 지수함수적으로 감소하며, 여기서 지수부는 흡수계수와 거리의 곱으로 주어진다. 또한, 생체에 있어서의 흡수계수는 인가된 주파수에 비례한다. 예를 들면, 인체의 지방의 주파수로 나누어진 흡수계수는 0.063 neper/cmMHz이다. 따라서, 지방의 1cm 투과에 대한 감쇠/흡수계수는 1MHz에 대해 0.55dB/cm, 근육의 경우에는 1.09 dB/cm이 된다.
발명자의 실험에 따라서, 지방분해를 위한 유효한 세기 범위는 500kHz에서 10-1000 mW/cm2의 범위를 가지며, 이러한 유효성은 넓은 세기범위에 대해 일정하다. 이러한 유효깊이는 지방에 대해 135cm로서, 근육에 대해 70cm로서의 데이터로부터 계산될 수 있다. 반면, 500kHz의 상기 세기는 10mW/cm2정도로 낮게 감쇠된 후에도 심부의 내장지방을 여전히 분해하지만, 이러한 낮은 세기는 뼈나 내장에는 영향을 주지 않는다.
반면, 1MHz에서의 유효 깊이는 지방에 대해 1.7cm, 근육에 대해 0.9cm로서, 실험에 의해 얻은 800-1000mW/cm2로부터 계산된다.
또한, 세계초음파의학연합(WFUMB)은 메커니컬 캐비테이션으로 인한 조직파괴의 위험을 측정하기 위해 메커니컬 인덱스(MI)의 개념을 도입하였다. MI는 다음 공식 MI=P/f1/2로 주어지며, 여기서, P는 MPa 단위의 최대음압이며, f는 MHz단위의 주파수이다. MI의 허용가능한 기준값은 명확하게 정의되지 않으며, 이점과 위험을 동시에 절충하는 의사의 선택에 따른다. 그러나 MI=0.6이하의 이러한 절충은 의학치료로는 안전하다고 본다. 일본 초음파의학회는 MI가 1 미만이어야 한다고 정의하였다. 발명자등은 안전한계값으로서, 비록 장래에 이러한 한계값이 변할 수 있다고 해도, MI=0.6을 선택했다. 이러한 기준값은 비만병, 비만이 원인인 질병으로부터 고통을 겪는 사람에게 적용될 수 있다. 건강 및 미용용 적용을 받기 원하는 불특정 건강인을 위하여, 의료진단적용을 위한 기준값으로 1000mW/cm2이 권장된다.
생화학적 지방 해소를 위해 기대되는 1MHz 이하의 주파수에서, 초음파 에너지는 강한 투과력 및 강한 화학적 작용을 갖는다. 따라서, 뼈, 혈관, 및 내장상의 영향이 진중하게 고려되어야 한다.
특히, 100kHz 미만의 범위에서, 지배적인 캐비테이션은 조직손상의 위험을 가지게 하고, 심지어 더 낮은 안전영역에서도 틱(tick) 틱하는 감촉은 불편함을 느끼게 할 수 있다. 또한, 큰 유화작용 또는 분산력에 의해서, 용혈이 쉽게 만들어질 수 있다. 이들 작용은 주파수 및 세기의 함수이다. 따라서, 세기레벨이 상기 용혈한계값 이하로 낮추어져야 한다. 또한, FUMB는 의료치료와 같은 광범위한 적용을 포함하여 초음파 조사의 가열효과로 인한, 초음파 조사중인 조직의 온도에 관하여 주의를 가져야 함을 지적하고 있으며, 초음파 조사로 인한 온도상승의 양으로서 서멀 인덱스(TI)의 개념을 도입하고 있다. 1.5℃ (TI 〈 1.5) 이하의 온도상승은 장기간의 초음파조사에서 매우 안전한 반면, 30분 동안 2℃ 또는 5분 동안 4℃의 온도상승의 경우는 매우 주의 깊게 사용되어야 한다.
따라서 본 발명에 따른 장치는 초음파조사를 받고있는 신체부분의 온도 및 위치를 감시하는 감시수단을 포함한다. 본 발명에 따른 초음파조사 장치는 초음파조사를 받는 신체부분의 내부구조를 결정하는 기능을 수행하고 초음파를 받고있는 부위를 확인하고 세기레벨을 결정하고 시간에 대하여 적산한 초음파 조사량을 계산하고 이러한 초음파조사에 의한 온도상승을 감시하는 감시 수단을 포함한다. 따라서 온도상승을 감시하는 초음파 조사를 수행하는 것이 가능하여, 특정 장기 및 그 주변을 포커싱함과 동시에, 특정 뼈 및 그 주변에 음파 조사하는 것을 피할 수 있다. 따라서, 안전하고 효과적인 초음파 조사가 실현될 수 있다.
본 발명의 초음파 조사 장치에서, 초음파 전달 수단(적용자)은 초음파 전달매체를 통하여 상기 수단에 의해 초음파를 발생하는 것을 포함한다. 이러한 매체로서, 물, 물 또는 액체가 수용되는 주머니, 고체음향 커플러 등이 사용될 수 있다. 적용자(초음파 전달 수단)로서, 상기 초음파 발생장치를 담고 있는 수조, 또는 수조, 및 물과 같은 초음파 전달매체, 또는 물과 같은 매체를 수용하는 음파전달주머니 및 상기 초음파 발생장치를 가지고 있는 프로브형 초음파 적용자, 또는 고체 음향 커플러 등이 사용될 수 있다. 본 발명의 초음파 조사 장치에 있어서, 상기 초음파 적용자는 적용자와 생체표면 사이에 개재되어 있는 음향결합제층을 포함한다. 만약 적용자와 생체표면 사이에 공기층이 존재하게 되면, 초음파는 공기층에 의해 반사되어, 신체내에 진입할 수 없다. 따라서, 적용자와 생체표면사이에 개재되어 있는 음향결합제층은 반사로 인한 손실을 막으며, 신체상에, 효율적인 초음파조사를 보장한다. 이러한 음향결합제는 공기를 배제시킬 수 있는 작용을 하는 젤리나 크림과 같은 임의의 재료가 될 수 있다.
또한, 음향결합제는 비만해소제를 함유할 수 있다. 결합제와 비만해소의 경피도포약제를 혼합하거나, 결합제로서 경피도포약제 자체를 사용함으로써, 비만해소 및 음향결합을 조합한 재료의 효과를 얻을 수 있다. 이러한 조합은 지방제거상의 상승효과를 제공할 수 있다.
추가적인 태양으로서, 초음파 적용자는 초음파를 생체의 표면상에 전달하는 물의 흐름을 제공한다. 예를 들면, 그 안에 초음파 발생장치를 포함하고 물 또는 온수흐름의 분사를 생체상에 공급하는 샤워헤드가 사용될 수 있으며, 이로써, 그안에 초음파를 전달하는 물흐름 분사를 발생하고 신체상에 초음파조사에 사용될 수 있다. 상기 설명된 다른 예에서, 초음파 발생장치는 수조내에 장치화되고, 수조안에서 초음파를 전달하는 온수흐름이 발생되어 수조내에서 순환될 수 있다. 다음, 흐름이 초음파를 생체에 전달한다. 이들 예는 안전하고, 노력을 요구하지 않으며, 쉽게 조작할 수 있는 초음파 조사를 위한 이러한 적용자를 개시한다.
FFA와 같은 상기 과정에 의해 분해된 재료는 혈액으로 방출된다. 이들은 운동 또는 체온에 의한 증발에 의해서 연소 또는 소비될 필요가 있으며, 그렇지 않으면, 다시 지방으로 합성된다.
따라서, 본 발명에 있어서, 장치는 상기 초음파 조사와 함께 지방해소제를 제공할 수 있다. 이러한 지방해소제는 경피투여 또는 경구투여로 될 수 있으며, 주사에 의해서도 투여될 수 있다. 예를 들면, 체온을 상승시키고, 열발생을 촉진시키는 겨자와 같은 식품, 캡사이신, 캡사이시노이드 또는 시부트라민과 같은 의약이 사용되어 투여될 수 있다. 이러한 체온의 상승은 장기간에 걸쳐, 생체밖으로의 열방사를 증가시키는 경향이 있으므로, FFA 등의 연소를 촉진시킨다.
따라서, 국부 지방 제거와 같은 상승효과는 상기 지방해소제의 투여 및 초음파조사의 조합에 의해 얻어질 수 있다. 이러한 조합은 다른 신체의 일부분에서부터, 초음파 조사되어 지방이 제거된 부위로 지방이 이동되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 초음파 조사 장치는 신체의 적어도 일부분을 냉각시키는 냉각수단을 구비할 수 있다. 만약 신체의 일부분이 냉각된다면, 열에너지가 제거되고 신체의 항상성으로 인한 열발생기능이 FFA의 소비나 연소에 의해 체온을 자동으로 유지하도록 하는 작용을 한다.
이러한 냉각수단은 냉각되고 신체와 접촉하는 상기 음향전달 매체를 포함할 수 있다. 만약 상기 초음파전달 매체의 온도를 유지시키는 수단이 체온보다 낮은 24℃의 온도로 유지된다면, 임의의 항온동물은 자율적인 열발생을 하기 때문에, 생체 자체의 열에너지가 빼앗겨진다.
본 발명의 발명자등은 먼저 안전성을 확보하기 위해, 상기 용혈, 캐비테이션, 세포파괴, 및 유화작용에 대한 최대 세기를 조사하였다. 그러나, 음향세기의 절대치를 측정하기 위한 종래기술은 승인된 방법이 없다. 사용가능한 방법은 저울을 이용하는 것만이 있다. 현재 사용가능한 장치는 800kHz이상에서 사용가능하다. 800kHz 미만에서 사용하지 못하는 이유는 상기 저주파수에서 라인화된 측정 수조내부에 있을 수 있는 유효한 흡수재의 결여 때문이며, 이로 인하여 정재파가 형성되고, 수조벽으로부터의 반사파를 피할 수 없게 된다. 폭넓은 조사후, 발명자등은 낮은 주파수 영역에서도 작용하는 감쇠재료를 발견하였으며, 이러한 재료를 사용하여 벽을 추가적으로 라인화함으로써, 상기 저주파수 영역에서 세기를 정확하게 측정하는 것이 가능하게 되었다. 상기 최대 세기는 24kHz, 36kHz, 100kHz, 160kHz, 500kHz, 및 1MHz의 주파수에서 연속파로 측정하였다.
도 1은 상기 용혈에 대한 실험에서 사용된 장치를 도시한다. 안내부재(3)는 초음파 전달 매체로서의 온수를 담고 있는 수조의 상부레벨상에 배치된다. 초음파 투과재료로 만들어진 시료홀더상자(4), 및 상하슬라이드가 자유롭도록 초음파 발생 적용자(이하 간략하게 적용자 또는 진동자라 함)를 지지하는 슬라이더(6)는 지지빔 부재(4a,6a)에 각각 장착되며, 여기서, 빔 부재(4a,6a)는 좌우 슬라이드가 자유롭다. 전체 시스템은 시료상자에 있는 시료가 적용자 또는 진동자로부터 방사된 원거리 음장내의 초음파 빔의 조사를 받을 수 있도록 정렬된다.
수조의 내측벽상에서, 시료홀더(4) 및 진동자(5)의 상대적인 위치를 시각적으로 관찰하기 위한 창(도시생략)을 제외하고, 연마입자가 부착된 부직 나일론 섬유와 같은 초음파 감쇠재료(7)가 라인식으로 구성되어, 벽으로부터의 반사파를 억제시킨다. 또한, 자유수면상에는, 동일한 감쇠재료로 라인화된 하면에 발포폴리스티렌으로 만들어진 띄움시트(8)가 자유수면으로부터의 반사를 억제하도록 띄워져 있다.
용혈 측정에 있어서, 혈액의 응고를 방지하기 위해 혈액시료에 첨가되는 헤파린을 갖고 있는 성인남자의 정맥으로부터 혈액시료를 뽑아내어, 냉장고에서 냉각시켰다. 1ml의 시료는 20μ 두께벽을 가진 폴리에틸렌 용기에 수용된다. 시료용기는 각각의 테스트 조건(주파수 및 세기)에서 시료상자내에 수용되고, 36℃수조내에 침지되고, 30분동안 초음파 조사된 후, 원심분리된다. 얻어진 혈청은 혈청의 LDH(lactate dehydrogenase) 분석, 및 비색분석에 의해서 용혈을 검사한다.
용혈이 발생되는 임계세기가 존재하고, 임계값(여기서는 용혈한계값이라고 함)내에서는 초음파조사가 안전하고, 한계값을 넘으면 용혈양성반응이 발생함을 확인하였다.
용혈임계값은 24kHz, 36kHz, 및 100kHz에서 1000mW/cm2미만이였으나, 160kHz-1MHz의 범위에서는 1000mW/cm2에서도 용혈이 발견되지 않았다.
용혈에 대해 측정된 임계값은 표 1에 표시되고 도 2에 도시되어 있다.
캐비테이션 한계값 및 세기의 유화한계값은 용혈한계값보다 크기 때문에, 용혈을 관찰하기에 충분한 정도를 갖는다. 지방세포파괴의 세기한계값 또한 매우 크기 때문에, 1000 mW/cm2미만에서도 관찰되지 않는다.
결과적으로, 본 발명의 세기 안전도 한계값은 24kHz - 100kHz의 범위에서는 용혈한계값에 의해서 정의되고, 불특정 건강 개체에 대해 160kHz-1MHz의 범위에서는 초음파의학연합에 의해 규정된 1000 mW/cm2의 의료진단 안전한계값에 의해 정의되며, 의료치료에 대해서는 표 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 WFUMB(도 2의 라인 G)에 의해 규정된 MI=0.6의 한계값으로 정의된다.
표 1에 표시된 바와 같이, 종래기술의 특개평3-123559에 개시되어 있는 100-500 mW/cm2의 영역에서의 20-50 kHz는 용혈한계값을 초과하는 것이므로 위험하다.
다음, 안전영역내에서, 상기 불특정 건강 개체에 대해, 다양한 쌍의 주파수 및 세기에 대한 지방분해가 조사된다. 테스트 동물로서, 래트가 사용된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 복부 전체를 덮기에 충분히 넓게 퍼진 균일한 세기 분포를 갖는 음향원장이 36℃의 수조(2)내에 확립될 수 있을 정도로 먼거리에 위치된 적용자로부터 이들 복부가 초음파조사를 받는다.
넴부탈을 사용하여 중추신경을 마취하여, 심리적 스트레스, 혈액샘플링으로 인한 통증, 래트의 가청초음파주파수 미만의 인식의 효과등을 차단시켰다. 다음, 기포가 복부의 털에 모아지는 것을 막기 위해 복부의 털을 깎은 후, 복부 표면을 소수성으로 만들기 위해 래트의 복부가 표면활성제로 세척되었다.
다음, 사전초음파조사된 혈액시료는 정맥 말단부으로부터 채혈되고, 상기 방식으로 10분동안의 초음파 조사가 36℃의 수조내에서 수행된다. 초음파 조사후, 래트가 수조밖으로 실내공기내에 꺼내지고, 10분간 방치된다.
다음 사후초음파 조사된 혈액시료가 다시 정맥 말단으로부터 채혈된다. 양 혈액시료가 원심분리되고, 이들의 분리된 혈청이 FFA, 지방분해산물의 함량을 정량적으로 결정하도록 분석되고, 임의의 초음파 조사가 없는 것만을 제외하고 유사하게 프로세스된 컨트롤과 비교된다. 테스트된 시료의 수는 컨트롤에 대해 15개, 15mW/cm2에서 24kHz에 대해 6개, 20mW/cm2에서 500kHz에 대해 8개, 900mW/cm2에서 1MHz에 대해 12개, 다른 주파수-세기 쌍에 대해 4개이다.
초음파 조사전 FFA 함량이 X로 표현되고, 초음파 조사후의 함량이 Y로 표현될 때, 증가량(d=Y-X)은 초음파 세기와 상관관계 또는 일관성이 없음을 보여주며, 대부분의 값이 t 검정에서 컨트롤의 것들과 현저한 차이가 없었다.
반면, 일정 기울기 또는 접지 팩터(b;b=Y/X)가 존재하는 것처럼, Y는 X에 의존한다.
좌표(X,Y)의 점은 X-Y 평면내에 스캐터링되어 있지만, X-Y좌표의 원점을 통과하는 선으로 잘 축퇴된다. 기울기(b)는 증배분 팩터 또는 폴더 팩터를 부여한다.
컨트롤의 기울기(b)는 1.24±0.109이며, 이것은 프로세스되지 않은 컨트롤과의 1.04±0.09만큼의 차이를 보이는데, 그 원인은 36℃의 온수침지에 의한 것이다.
좌표에 있는 각 포인트에서의 기울기(b)는 t검정으로 컨트롤의 기울기(b)와 비교된다.
각 점에서, b 및 d의 t검정을 함께 고려하여 유효성 및 무효성이 판단된다. 그 결과는 도 2에 도시되고 마킹에 의해 분류되며, 여기서, 다양한 마킹은 표 2에 표시된 바와 같은 의미를 갖는다.
도 2에 있는 유효점에서, b값(접지 팩터)이 함께 도시된다.
도 2에 도시된 바와 같이,
(A) 15kHz-140kHz의 저주파수 영역에서, 그리고 180kHz-1.3MHz의 고주파수 영역에서 유효영역이 존재한다.
(B) 각 영역에서, 세기의 하한값 이하에서는 지방분해가 효과적이며, 하한값 이상에서는 지방분해의 효과가 없다.
(C) 유효영역내에서, 접지팩터는 b=1.94±0.16으로 거의 일정하며, 주파수 및 세기의 영향을 받지 않는다. 낮은 세기 영역에서, 접지팩터는 컨트롤의 접지팩터(b=1.24±0.109)와 상당한 차이가 없으며, 지방분해의 효과가 없다.
(D) 유효하한값은 500kHz와 같은 고주파수 영역내에서는 10mW/cm2이며, 저주파수 영역에서는 10 내지 4 mW/cm2이므로 주파수에 의존한다.
상기 사실은 지방분해의 메커니즘상에 어떤 제안을 제공하지만, 현재, 메커니즘은 아직 정확하게 설명되지 않는다.
그러나, 유효 영역은 도 2에 도시된 임계점을 고려하여 경계선을 그림으로써 정의될 수 있다.
각 마크는 하기와 같은 영역, 및 경계선으로부터 멀리있는가를 설명한다.
○는 완전히 유효 영역이며, 경계선으로부터 멀리 있다.
●는 완전히 무효 영역이며, 경계선으로부터 멀리 있다.
△는 경계선에 매우 근처에, 또는 거의 경계선상에 있다.
▲는 경계선 근처에 있지만 무효영역내에 있다.
상기 설명을 고려하여, 도 2에 나타난 경계선 방식으로 유효영역이 도시된다.
하기, 경계선은 각 경계점으로 표시된 영문알파벳을 사용하여 설명될 것이다.
G. 유효한 상한경계값이 WFUMB에 따라서, 허용가능한 메커니컬 인덱스, 즉 MI=0.6으로 설정된다.
L. 경계값이 1.3MHz의 주파수로 설정되며, 여기서, 유효깊이는 블특정 건강인에 대한 신체표면상에는 나타내지 않는다. 치료용으로, 더 높은 세기를 가진 고주파수가 투과를 위해 사용될 수 있다. 그러나, 파워흡수가 주파수의 제곱에 비례하고 발열이 너무 높게 되어 서멀 인덱스를 초과할 만큼 위험할 수 있다. 따라서, 치료를 위한 영역은 배제한다.
K. 450mW/cm2에서의 800 kHz 점은 △(효과없음)이며, 700mW/cm2에서의 1MHz 점은 ●(효과없음)이다. 따라서, 700kHz-1.3MHz의 범위에서, 경계값 하한은 800mW/ cm2로 설정되며, 경계값 상한은 허용가능한 MI 기준값으로 설정된다.
J. 450mW/cm2에서의 800 kHz 점은 △이며, 20mW/cm2에서의 800 kHz 점은 ●이며, 450, 250, 20mW/cm2에서의 500 kHz 점은 ○(완전 효과있음)이므로,경계값은 700 kHz로 설정된다.
I. 20mW/cm2에서의 500 kHz 점은 ○이며, 3.5mW/cm2에서의 500 kHz 점은 ●이므로, 10mW/cm2중간점에서, 경계값이 설정된다.
H.F. 900mW/cm2, 200mW/cm2에서의 160 kHz 점은 △이며, 100mW/cm2에서의 160 kHz 점은 ●이다. 무효주파수 영역은 물리적 또는 생화학적 현상에서의 완전한 선스펙트럼을 생기게 할 수 없기 때문에, ±20kHz의 폭이 무효영역에 추가되며, 하한값은 140 kHz로 설정되고, 상한값은 180 kHz로 설정된다.
E. 4mW/cm2에서의 100 kHz 점은 ○(완전 효과있음)이다. 따라서, 하한값은 더욱 추가로 낮아질 것이다. 그러나, 이러한 레벨이 신체표면에 적용된다면, 유효깊이는 거의 0이 될 것이다. 따라서, 하한값은 4mW/cm2로 설정된다.
D. 8mW/cm2의 세기에서, 100 kHz 점은 ○(완전 효과있음)이며, 36 kHz 점은 ▲(효과없음)이며, 24kHz 점은 ●(완전 효과없음)이다. 따라서, 경계값은 36kHz 근처 및 24kHz 와 100kHz 사이에 있는 50kHz로 설정된다.
C. 8mW/cm2에서 24kHz 점은 ●(완전 효과없음)이다. 8mW/cm2에서 36kHz 점은 ▲(효과없음)이며, 15mW/cm2에서의 24 kHz 점은 ○(완전 효과있음)이다. 따라서, 하한값은 10mW/cm2의 중간레벨로 설정된다.
B. 이것은 초음파 및 더 낮은 주파수가 일부 사람에게 때때로 가청될 수 있어서, 바람직하지 않은 노이즈를 생기게 할 수 있는 하한값이다.
A. 이것은 본 발명자등에 의해 실험적으로 얻어진 상기 용혈한계값의 경계값이다.
상기 경계값에 의해 형성된 유효영역은 도 2에 도시되어 있다. 제 1 태양은 A, B, C, D, E, F의 경계값으로 둘러싸인 영역에 대응한다. 제 2 태양은 G, H, I, J, K, L의 경계값으로 둘러싸인 영역에 대응한다.
여기서, 종래기술의 평가가 행해져야 하며, 평가값은 다음과 같이 설명될 것이다.
건강 및 미용용 장치의 보고 결과는 1MHz에서 900mW/cm2가 효과적이지만, 1MHz에서 700mW/cm2는 효과적이지 않다는 것이다. 따라서, 임계값은 800mW/cm2로 추정될 수 있다. 만약 초음파 조사 세기가 신체표면상에 1000mW/cm2가 된다(불특정 건강개체에 대해)고 추정한다면, 세기가 800mW/cm2로 감쇠될 때까지의 유효깊이는 지방에 대해 1.7cm, 근육에 대해 0.9cm가 되어, 비만인 뿐만아니라 불특정 건강인의 건강개선을 위하여 제거되어야 할 내장지방에 투과할 수 없다.
종래기술(일본 특개평 4-89058)에 개시된 바와 같은 100-500mW/cm2에서 1-3MHz의 범위를 고려한다면, 도 2에 도시된 바와 같이, 적어도 1MHz영역에서, 700mW/cm2미만은 효과가 없다. 일반적으로 말해서, 고주파수 영역에서, 1cm당 에너지(음압의 제곱) 흡수가 주파수 제곱에 비례하고, 1cm 내에서 발생된 발열이 증대되기 때문에, 신체의 표면에서 세기증가가 시도됨과 동시에, 신체 깊숙히 필요한 세기를 유지시키게 한다면, 서멀 인덱스의 안전기준값을 초과하거나, 신체표면에서 온도상승되는 위험이 발생할 수 있다.
결론적으로,
1. 도 2에 도시된 바와 같이, 유효하고 안전한 영역은 15kHz-140kHz, 및 180kHz-1.3MHz의 주파수 대역에 존재한다. 각 대역의 메커니즘은 상이할 수 있다.
2. 15kHz-140kHz 대역에서, 감쇠계수는 낮고, 초음파 에너지는 신체내에 깊숙히 도달할 수 있어서, 피하 지방 뿐만아니라, 성인병의 원인이 되는 내장지방의 지방분해에 대해 효과적이다.
3. 180kHz-1.3MHz주파수 대역에서, 유효세기 영역에서 동일한 유효도를 갖는다. 예를 들면, 500kHz에서, 10-1000mW/cm2의 폭넓은 세기 범위내에서 동일한 유효도(접지 팩터)를 갖는다. 이것은 얕은 곳에서 깊은 곳까지의 폭넓은 깊이의 지방분해에 적합함을 의미한다. 또한, 깊이가 얕을수록 세기가 감쇠되어, 내장 또는 뼈상에 바람직하지 않은 효과를 주는 것을 피할 수 있는 장점도 기대할 수 있다.
4. 지방분해산물의 연소나 소비가 고안되어야 한다.
다음, 본 발명의 장치의 제 1 실시예가 도 3을 참조로 설명되어 있다. 장치는 욕조(2), 및 욕조(2)의 측벽상에 배치된 초음파 적용자(5)로 구성된다. 적용자(5)는 구동회로(도시생략)로부터 공급된 고주파수 전압을 인가함으로써 초음파 에너지를 발생하고 온수(1)를 통해 신체에 초음파 조사를 한다. 도 3에 도시된 초음파 조사 장치에 있어서, 비록 측벽으로부터의 다중반사로 인하여 파장이하의 국소적인 얼룩진모양의 강약이 있더라도, 거의 균일하고 거시적인 음장이 형성된다. 장치에 있어서, 신체 전반의 대부분상에 초음파 조사가 이루어질 수 있다. 만약 세기가 허용가능한 레벨이상에 가까이 있다면, 측벽은 정재파로 인한 비반사적이고 국부적인 강약을 피하도록 만들어질 것이다.
다음, 본 발명이 장치의 제 2 실시예는 도 4를 참조로 설명되어 있다. 장치는 온수(1)를 담고 있는 수조(10), 수조의 바닥에 배치되는 초음파 적용자(5)로 구성된다. 생체(9)는 탄성 실링부재로서 제공된 스폰지를 사용하여 온수에 접촉한다. 수조의 바닥에서, 도관(12)은 일정한 압력으로 온수(1)를 공급하도록 구성되며, 여기서, 도시되지 않은 오버플로관을 통하여, 오버플로가 오버플로조(13)에 안내되거나, 또는 대안적으로, 온수(1)가 스폰지를 통과하고, 배수관(14)을 통하여 배출될 수 있다. 적용자(5)는 도 3과 동일한 방식으로 초음파 에너지를 발생함으로써, 온수(1)를 통하여 생체(6)에 초음파 조사한다.
도 4에 도시된 장치에 있어서, 복부가 임의의 잔존하는 기포없이 개방수면상에 접할 수 있다.
수중 침지식 진동자가 물의 부족으로 손상될 수 있기 때문에, 물이 존재하는 지를 감시하는 것이 바람직하다. 이러한 일은 진동자의 구동전류를 변화시킴으로써 검지될 수 있다.
다음, 본 발명의 장치의 제 3 실시예가 도 5를 참조로 설명되어 있다. 종래기술의 초음파 조사방법은 소진동자를 사용하고 젤리와 같은 음향결합제를 개재시킴으로써, 신체표면부위를 따라 스캐닝하도록 구성된다. 이것은 간섭으로 인한 근거리 음장의 강약이 상기 영역스캐닝에 의해 평균화될 수 있기 때문에, 매우 합리적이다. 그러나, 이 방법에 있어서, 바로 한정된 한계값에서 상기 용혈과 같은 것이 언제든지 생길 수 있기 때문에, 주의가 요구된다. 이것은 어떤경우 매우 위험한 경우가 될 수 있어서, 그러한 생화학적 현상은 임계값 세기이상인 경우에, 비록 그 평균값이 임계값 바로 아래인 경우일지라도, 국부적인 점에서 비선형적으로 점프가 될 수 있다. 따라서, 근거리 음장이 사용될 때, 허용가능한 한계값 근처의 높은 평균값은 사용되지 않는 것이 좋다. 따라서, 원거리장의 사용이 해결책이 된다. 또한, 소진동자의 작은 초음파 조사 부위는 조작자가 폭넓은 범위이상에서 수동으로 스캐닝하게 한다. 이것은 여전히 또 다른 결점이 된다.
도 5(a)에 도시된 초음파 적용자(15)는 초음파 진동자(5), 초음파 진동자(5)의 앞에 제공된 음향렌즈(16), 및 폴리에틸렌과 같은 탄성재료로 만들어지고 물 또는 기름과 같은 액체(18)로 구성된 초음파 전달물질을 수용할 수 있는 주머니(17)로 구성된다. 진동자(5)는 도 3에 도시된 바와 동일하게 초음파 에너지를 발생하고, 주머니 창(17) 및 액체(18)를 통하여 생체(9)에 초음파조사를 행한다.
상기 음향렌즈(16)는 액체(18)보다 음속이 더 빠른 음향전달고체물질로 만들어지며, 진동자(5)와 그 상부면상에서 접촉한다. 그 하부면에는 오목부가 형성되어 있어서, 렌즈(16) 및 액체(18)의 경계에서의 굴절에 의해 거의 평행한 음향빔을 만든다. 또한 오목한 굴곡을 증가시킴으로써 수렴하는 빔을 만드는 것도 가능하기 때문에, 도 6(c)에 도시될 바와 같이, 적용자(23)의 효과와 유사한 효과가 기대될 수 있다. 주머니(17), 및 물과 같은 음향전달매체(18)는 쉽게 변형될 수 있어서, 생체(9)의 굴곡면에 맞추어 질 수 있고, 따라서, 생체(9)와 잘 접촉할 수 있다. 주머니(17) 및 생체(9) 사이의 접촉 경계선에 있어서, 설명되지 않은 음향결합제(젤리와 같은)가 이들 사이에 잔여하는 임의의 공기를 배제시키기 위해 개재될 수 있다.
도 5(a)에 도시된 초음파 적용자는 수조를 사용하지 않고, 공기내에서 초음파 조사되도록 사용될 수 있으며, 생체(9)의 표면을 따라서 스캐닝될 수 있다. 따라서, 국부적인 초음파 조사 및 매우 넓게 퍼져있는 초음파 영역을 갖는 디자인의 초음파 조사에도 적합하다.
상기 음향결합제는 생체(9)상에 연고로서 사용될 수 있어서, 캡사이신과 같은 비만해소를 위한 경피투과형 비만해소제를 함유할 수 있다. 비만해소를 위한 상기 경피투과형 비만해소제중, 크림타입의 비만해소제는 또한 주머니(17)와 생체(9)사이에 기포가 들어오는 것을 막게 한다. 따라서, 비록 음향 임피던스 매칭에 약간의 결함이 생길 수 있더라도, 이것은 음향(음파)결합제로서 단독으로 사용될 수 있다. 비만해소를 위한 경피투과형 비만해소제와 혼합된 이러한 음향 결합제, 또는 비만해소기능과 음향결합기능을 동시에 제공할 수 있도록 최적화된 신개발 음향결합제가 매우 유용하다. 생체(9)의 표면을 따라 폭넓은 부위를 스캐닝하는 것이 필요할 때마다 상기 젤리의 임의의 국부적인 결함을 감시하는 것이 바람직하다.
도 5(a)에 도시된 초음파 적용자는 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 벨트의 상부부분이 합성수지 또는 가죽으로 만들어진 핸드벨트(20)가 제공될 수 있어서, 벨트(20) 및 적용자(15) 사이의 간격(21)사이에 그 또는 그녀의 손을 삽입함으로써 조작자가 적용자를 쉽게 다룰 수 있다.
다음, 도 6을 참조로, 도 5(a)에 도시된 초음파 적용자의 다른 변형예를 설명할 것이다. 도 5(a)에 도시된 초음파 적용자는 주파수, 세기, 및 초음파 조사점에 의존하여, 뼈, 또는 일부 내장에 역효과를 주는 일부가능성을 가지고 있다. 특히, 뼈는 초음파 에너지를 강하게 흡수하는 것으로 알려져 있으며, 발열 및 뼈막의 통증발생을 일으키는 경우가 있다. 반대로, 지방간등에 대해, 특정 장기를 초음파 조사하는 것이 요구될 때가 있다. 따라서, 내부구조나, 초음파 조사와 같은 온도상승이 고려되어야 하는 많은 경우가 있다.
도 6(a) 및 6(b)에 도시된 바와 같이, 적용자(15)의 일부분을 빼내고, 초음파펄스 송수신 진동자를 빼내어진 부분 대신에 제공될 수 있다. 도 6(a)는 초음파진동자(5)의 중심부가 제거되고, 초음파 펄스 송수신 진동자(22)가 구성된 실시예를 도시한다. 도 6(b)는 초음파 진동자(5)의 단부가 제거되고, 초음파 펄스 송수신 진동자(22)가 구성된 실시예를 도시한다.
도 6(a) 및 6(b)에 도시된 적용자(15)에서, 초음파 펄스 송수신 진동자(22)는 종래의 B-모드 에코 영상장치에서 공지된 바와 같이, 선형 또는 부채꼴 스캔 어레이로 구성될 수 있다. 이것은 반사 펄스파의 세기 및 수신 시간과 같은 물리적인 상수를 측정한 결과로서 영상을 구성하고, 음속 또는 흡수의 온도의존성, 및 도달 시간 및 세기의 검출된 변화율로 온도를 계산함으로써, 초음파 조사점의 온도상승을 감시하고, 초음파조사하는 목적을 가능하게 한다.
초음파조사조건은 초음파조사의 개시에서의 초기 세기와의 비교로서, 초음파조사부분으로부터 반사 또는 투과의 현 세기로부터 생체의 초음파 조사부분의 온도상승을 추정하고, 지방 투과시, 초음파 조사 감쇠가 20℃부근에서 1℃당 10%정도 온도에 의존하여 매우 크게 변한다는 사실을 사용함으로써 컨트롤될 수 있다.
또한, 도 6(c)에 도시된 바와 같이, 적용자(15)의 두 빔이 서로 교차하는 부분에서의 위치, 구조 및 온도를 감시하기 위해, 펄스 송수신 진동자(22)를 수용하는 다른 초음파 적용자(23)가 두개의 적용자(15)와 함께 제공될 수 있다.
500kHz와 같은 고주파수가 사용될 때 시간 스위칭을 사용함으로써, CW 초음파 조사 및 펄스 모드 동작을 위하여 진동자를 사용하는 것이 또한 가능하다.
또한, 도 6(c)에 도시된 바와 같이, 합성 또는 간섭을 사용함으로써 특정각(θ)만큼 적용자 빔을 서로 교차시킴으로써 포커싱되는 특정영역에, 강한 세기의 장을 발생하기 위하여 복수의 적용자가 사용될 수 있다. 또한, 이러한 수단에 의해, 필요한 레벨까지의 세기를 특정한 심부상에 집중시키고, 생체표면의 상이한 위치에 위치된 적용자로부터의 특정부위에 지향되는 복수의 초음파 조사에 의해서 허용가능한 레벨이하로 각 표면에서의 세기를 유지시키는 것이 가능하다.
이러한 수단은 특정 심부로의 길에서의 감쇠를 극복하도록 세기를 증가시킴으로써 발생할 수 있는 각 표면에서의 과잉세기와 같은 문제를 해결할 수 있으며, 1-1.3MHz와 같은 고흡수를 갖는 고주파수를 사용하여 심부에 초음파조사를 하는 경우에 특히 유효하다.
또한, 도 6(c)에 도시된 배치를 변형함으로써, 동일한 전파축을 따라서 위치되고 서로 대면하는 각 진동자로부터의 펄스 또는 비펄스파는 θ=180。에서 교차할 수 있으며, 작은 특정부위상에, 강한 국부효과를 제공할 수 있다. 이 경우에, 복수의 음향빔, 즉, 진동자 및/또는 리플렉터에서의 교차각(θ)을 변화시키고, 각각의 주파수 및/또는 위상을 이동하거나 조정함으로써 초음파 조사될 특정부위의 위치 및 면적을 조정하는 것이 가능하다.
저주파 조사의 경우에 있어서, 얻을 수 있는 신체내의 깊이가 깊어지는 반면, 고주파 처리의 경우, 고주파수에서의 더 높은 감쇠에 의해서, 얻을 수 있는 깊이가 얕아진다.
저주파영역에서는, 거시적 변형, 교란, 및 유동화와 같은 효과가 기대될 수 있다. 고주파영역에서는, 교감신경상의 초음파 조사에 의한 호르몬 방출, 미시적 교란, 및 유적으로 된 인지질막, 또는 교감신경말단부 막의 유동화와 같은 효과가 기대될 수 있다.
이러한 효과는 현재까지 아직 증명되지 않았지만, 이들 효과의 특성은 서로 상이하다. 이들의 효과를 함께 이용하기 위해서, 복수의 적용자를 장치에 제공하고 대안적으로 또는 동시에, 상이한 주파수의 초음파를 전송하는 것이 가능하다. 대안적인 주파수 변화는 상이한 주파수 진동자를 대체함으로써 수행될 수 있다.
다음, 본 발명의 장치의 제 4 실시예가 도 7을 참조로 설명될 것이다.
도 7에 도시된 초음파 적용자(a,b,c)는 초음파 진동자(5), 배면재(25), 경질 음향커플러(26), 및 다양한 앵글 손잡이부(24)로 구성될 수 있다. 초음파 적용자는 젤리와 같은 음향결합제를 개재시켜 직접 접촉시킴으로써 생표면의 특정부위를 스캐닝하기 위하여 사용될 수 있다.
이러한 형태의 적용자는 500kHz와 같은 고주파 소진동자를 위해 적합하다.
도 7(a)에 도시된 적용자에 있어서, L자형 손잡이부의 전면부를 생체표면에 대항하여 강하게 가압하고, 도 7(a)에 도시된 바와 같이 생체표면모양을 변형시킴으로써, 피하지방층을 주로 초음파조사하는 것이 가능하게 되며, 여기서 9는 인간의 피부이며, 27은 지방층이다.
도 7(a)에 도시된 적용자는 볼기부분과 같은 많은 양의 피하지방을 갖는 신체의 부분에 적합하며, 손잡이부(24)의 단부에 위치된 커플러(26)를 피부(9) 및 피하지방층(27)상에서 강하게 가압함으로써, 오목하게 변형된 생체표면의 일부분으로부터 피하지방층을 향하여 초음파 진동자(5)로 초음파조사를 적용함으로써 특성화된다. 이러한 형태의 초음파 조사의 쉬운 조작을 위하여, 손잡이부(24)의 중심선 및 초음파 조사의 방향은 서로 수직으로 구성될 수 있다.
진동자(5)와 생체를 매칭시키고 쉬운 조작을 위하여 음향 또는 음파 커플러(26)가 오목형 진동자(5) 및 체피(9)사이에 제공될 수 있다.
또한, 젤리와 같은 음향결합제가 커플러(26) 및 생체 표면 사이에 개재된다. 초음파조사는 예를 들면, 1000mW/cm2에서 500kHz로 10분동안 행해질 수 있다. 이러한 초음파 조사시간은 타이머에 의해 제어될 수 있다.
손잡이부(24)는 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 곧은 막대모양으로 될 수 있거나, 또는 도 7 (c)에 도시된 바와 같이, 배면재(25)로 되어 비스듬하게 늘어진 막대모양으로 될 수 있다. 손잡이부의 모양은 조작자 및 생체부분에 의존하여 더 쉽게 조작되도록 선택될 수 있다.
다음, 본 발명의 장치의 제 5 실시예가 도 8을 참조로 설명될 것이다. 도 8에 도시된 초음파 적용자에서, 초음파 진동자(5)는 샤워헤드(28)내에 수용되고, 초음파 에너지를 샤워헤드(28)에 있는 물 또는 온수(30)내에 인가한다. 물은 호스(29)로부터 공급된다. 초음파가 인가된 물(30)은 설명되지 않은 생체표면부에 대항하여 부딪히는 샤워헤드(28)의 전면부에 제공되는 작은 구멍(31)을 통해 복수의 작은 흐름분사를 수집하여 밖으로 흐른다.
따라서, 복부, 허벅다리 등과 같이 초음파 조사되는 부분상에, 분사흐름이 퍼붓게 되고, 초음파 조사가 임의의 생체부분에 대해 더 쉽고 더 적응적으로 된다. 초음파가 인가된 물(30)은 또한, 작은 구멍(31)에 의해 복수의 작은 물줄기로 나누어짐이 없이, 1 초당 큰 지름의 물줄기로 쏟아질 수 있다.
상기 실시예로 도시된 상기 초음파 조사 장치에 의해 발생된 지방분해 산물은 연소되거나 소비되어야 한다. 그렇지 않으면, 역합성 과정이 이들을 지방으로 합성하여, 다시 이들을 지방세포내에 다시 저장한다. 따라서, 물리적인 운동 및 식이요법 제어에 의해 FFA(유리지방산)을 연소시키는 것이 중요하다.
이러한 태양에서, 초음파 조사와 함께 지방해소제 및 의약의 사용을 조합함으로써 상승효과가 기대될 수 있다. 예를 들면, 이러한 조합은 주변부위에서 국부적으로 초음파 조사되어 지방이 제거된 부위로 지방이 이동하는 것을 방지할 수 있고, 따라서, 국부 지방 제거 효과가 쉽게 실현되고, 미용효과가 촉진될 수 있다.
이러한 지방해소제 및 의약의 사용은 폭넓고 다양한 태양으로 개발중에 있다. 식욕억제제, 소화흡수억제제, 에너지 소비 촉진제, 열대사항진제 등이 공지되어 있으며, 지방분해의 촉진 또는 지방합성 억제를 목적으로 하는 호르몬 연구가 또한 공지되어 있다. 카테콜라민, 노르에피네프린, 덱스펜플루아민, 도파민, 세로토닌과 같은 중추신경계 식욕억제제, 및 암페타민, 마진돌과 같은 전달신경계 식욕억제제가 공지되어 있다. 시부트라민은 또 다른 식욕억제제 및 열대사항진제로서 공지되어 있다. 올리스타트는 소화흡수억제제로 공지되어 있다. 추가로, 렙틴, 뉴로펩타이드 Y 억제제, CCK-A 촉진제, 부타빈자이드, 지방합성을 억제하는 브로모크립틴, 혈액속에 인슐린의 농도를 높게 하는 인슐리노트로핀, 포도당의 합성을 촉진시키는 트리글리타존, 세포사이의 정보전달자로서 공지된 사이토킨 활성을 조절하는 사이토킨 조절제, 차안에 함유된 티오프, 카페인, 및 테오필린이 공지되어 있다. 투여법으로, 경구, 경피, 주사, 흡입등이 있다.
초음파조사와, 열대사를 촉진하고 체온을 상승시키는 식품 또는 의약 투여의 병행은 특히, 상승효과를 낳는다. 온도상승은 FFA의 연소로부터 생기기 때문에, 이러한 온도상승은 외부로의 체열방사를 증가시키고, FFA의 소비, 즉 지방분해를 촉진시킨다. 이러한 식품 및 의약은 붉은 고추, 겨자 등에 함유된 캡사이신, 또는 가르시니아(열매)내에 함유된 하이드록시토릭 산을 포함할 수 있다. 열대사약제로는 beta3 receptor control(BRL26830A, BRL35135, CL316,243, 또는 시부트라민)이 있다.
FFA는 냉각 수단을 제공하고, 손발과 같은 신체부분을 24℃로 유지된 냉각수단내에 침지시킴으로써 또는 24℃주변의 온도의 샤워 노출시킴으로써 소비될 수 있다. 이러한 냉각과정은 초음파 조사 전후에 언제든지 사용될 수 있다.
냉각을 위하여, 도 6 등에 도시된 바와 같이 음향전달매체는 냉각조건하에서 사용될 수 있다. 24-29℃와 같이 체온보다 낮은 온도를 얻기 위해, 도 3의 수조(2) 또는 도 4의 수조(5)내에 있는 온수(1)의 온도를 제어하는 온도제어수단을 공급하는 것과 같은 다른 수단이 사용될 수 있다. 이러한 온도제어는 도 3의 수조(3) 또는 도 4의 수조(5), 및 도 5 및 6의 물주머니(17)의 밖으로 물을 안내하는 작은 가요성 튜브를 상기 제어수단에 연결함으로써 수행될 수 있다. 이로써, 체열이 냉각매체로 인하여 접촉면으로 빼앗긴다. 다음, 열대사항진제가 체온을 일정하게 유지시키도록 생체의 항온작용에 의해서 자동으로 도입되어, FFA가 배출된다.
추가적인 실시예가 설명될 것이다. 도 6(c)에서, 제 3 실시예는 복수의 초음파 진동자를 사용하였지만, 일부 진동자가 리플렉터로 대체될 수 있다. 이러한 조합은 트랜스미터상의 수신된 반사파의 주파수 및/또는 위상을 검출함으로써, 그리고, 정재파의 세기 및 수, 위치를 제어함으로써, 사용된 주파수 및/또는 위상 조절을 가능하게 한다. 일반적으로, 진동자의 동작 주파수는 중심(또는 공명) 주파수에서 ± 10%만큼 변할 수 있다. 초음파 조사부위의 한정은 정재파를 제어함으로써 가능하게 될 수 있다.
리플렉터를 사용하고 흡수재를 사용함으로써, 이러한 부위 한정이 가능하게 된다. 그 모양이 적당하게 변형될 수 있으며, 점성-탄성물질 및 중입자의 혼합물과 같은 흡수물질로 만들어진 일정수의 흡수재는 이러한 목적을 위하여 사용될 수 있다. 더우기, 주파수 및/또는 위상 및 시간에 따른 세기를 주기적으로 변화시키고, 관심대상이 되는 신체의 부위로 스캐닝하여 이동하고, 초음파 조사 영역의 얼룩진 모양의 세기 장을 시간-사이클동안에 시간평균에 의하여 평평하게 함으로써, 효과가 기대될 수 있다.
본 발명에 의해서 생체에 초음파 조사를 함으로써, 생체지방의 지방분해를 효과적이고, 안전하고, 단시간내에 수행하는 장치를 제공할 수 있다.
장치는 운동이나 식이요법 단독에 의한 것보다 지방해소를 더 쉽게, 더 효과적으로, 더 빠르게 수행할 수 있다. 비만이 원인이 되는 질병의 방지, 및 치료상의 이득, 미용촉진 및 건강개선이 매우 크며, 이러한 형태의 장치에 대한 요구는 더욱 커질 것이다.
따라서, 본 장치는 상당한 산업성적 이용가능성이 기대될 수 있고, 그 산업적 이용가능성은 매우 큰 것이다.

Claims (13)

  1. 지방분해를 수행하며, 초음파 발생수단, 및 생체에 초음파를 조사하는 수단을 포함하는 초음파 조사 장치에 있어서,
    상기 발생된 초음파는 주파수가 15 - 140 kHz의 범위로 한정되며, 15 - 50 kHz의 범위에서는 세기가 10 mW/cm2보다 크고 용혈한계값보다 작으며, 50 - 140 kHz의 범위에서는 세기가 4 mW/cm2보다 크고 용혈한계값 또는 메커니컬 인덱스를 근거로 한 안전기준값보다 작은 것을 특징으로 하는 초음파 조사 장치.
  2. 지방분해를 수행하며, 초음파 발생수단, 및 초음파 에너지를 생체에 조사하는 초음파 조사수단을 포함하는 초음파 조사 장치에 있어서,
    상기 발생된 초음파는, 50 - 140 kHz의 범위에서는 세기가 4 mW/cm2보다 크고 용혈한계값 또는 의료진단용 초음파 장치에 대한 안전기준값보다 작은 것을 특징으로 하는 초음파 조사 장치.
  3. 지방분해를 수행하며, 초음파 발생수단, 및 초음파 에너지를 생체에 조사하는 초음파 조사수단을 포함하는 초음파 조사 장치에 있어서,
    상기 발생된 초음파는 주파수가 180 kHz - 1.3 MHz의 범위로 한정되며, 180 - 700 kHz의 범위에서는 세기가 10 mW/cm2보다 크고 메커니컬 인덱스를 근거로 한 안전기준값보다 작으며, 700 kHz - 1.3 MHz의 범위에서는 세기가 800 mW/cm2보다 크고 메커니컬 인덱스를 근거로 한 안전기준값보다 작은 것을 특징으로 하는 초음파 조사 장치.
  4. 지방분해를 수행하며, 초음파 발생수단, 및 초음파 에너지를 생체에 조사하는 초음파 조사수단을 포함하는 초음파 조사 장치에 있어서,
    상기 발생된 초음파는 주파수가 180 kHz - 1.3 MHz의 범위로 한정되며, 180 - 700 kHz의 범위에서는 세기가 10 mW/cm2보다 크고 의료진단용 초음파 장치를 근거로 한 안전기준값보다 작으며, 700 kHz - 1.3 MHz의 범위에서는 세기가 800 mW/cm2보다 크고 의료진단용 초음파 장치를 근거로 한 안전기준값보다 작은 것을 특징으로 하는 초음파 조사 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 세기의 안전기준값은 메커니컬 인덱스가 0.6인 것으로 정의되는 것을 특징으로 하는 초음파 조사 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 초음파 조사 부위의 위치 또는 온도를 감시하기 위한 감시 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 초음파 조사 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서, 발생된 초음파를 생체에 전달하기 위한 초음파 전달 매체가 제공되는 것을 특징으로 하는 초음파 조사 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 초음파 전달 수단은 전달 수단 및 생체 사이에 개재된 음향결합제를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 초음파 조사 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 음향결합제는 그안에 비만해소 물질 또는 의약을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 조사 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 초음파가 인가된 액체를 생체상에 퍼붓기 위한 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 초음파 조사 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서, 비만해소 약제 또는 의약을 투여하기 위한 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 초음파 조사 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 있어서, 초음파 조사과정이 진행중인 생체의 적어도 일부분을 냉각하기 위한 냉각수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 초음파 조사 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 음향전달 매체를 냉각하기 위한 냉각수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 초음파 조사 장치.
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