KR20040081739A - 집속 초음파 원 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초음파를 방출하기 위한 초음파 방출 요소 및 상기 방출된 초음파를 집속하기 위한 집속 요소를 포함하고, 상기 방출된 초음파는 상기 집속 요소에 의해 집속된 후에 구면파와 유사한 형태로 초점에 전달되며, 또한 상기 집속 요소의 외측 경계 직경의 두 끝점을 상기 초점으로 각각 연결하는 두 선분 사이에 포함된 각이 50°내지 120°인 것을 특징으로 하는 집속 초음파 원을 제공해준다. 테스트 결과, 본 발명에 따른 초음파 원은 작은 개구각을 가진 기존의 초음파 원의 집속 성능에 비해 월등한 집속 성능을 가지며, 또한 초음파 전달 경로상에 있는 인체의 다른 조직에 대한 손상을 피하거나 줄여주면서 조직을 죽일 수 있도록 하기 위해서 집속된 초음파가 초점에서 충분히 큰 음 강도와 온도에 도달하도록 해주며, 이는 임상 응용과정에서 환자가 느끼는 통증을 크게 줄여주는 한편 바람직한 효과를 달성하게 해준다.

Description

집속 초음파 원{A Focusing Ultrasonic Source}

현재, 기존의 체외 고강도 집속 초음파 치료장치는 일반적으로 다음과 같은 수단들을 포함한다: 고강도 집속 초음파를 발생시키기 위한 고강도 집속 초음파 원 및 그 구동 회로; 의학 영상 시스템(B-모드 초음파계와 같은), 베드면과 같이 환자를 운반하기 위한 운반장치, 및 상기 초음파 원에 대해 상기 운반장치의 공간적 운동을 발생시키기 위한 변위 시스템을 포함해서, 치료 대상을 검색하여 그 대상을 초음파 변환기의 초점으로 이동시키기 위한 위치 결정 시스템; 및 고강도 초음파(High Intensity Ultrasonic wave) 전달기 및 전달 매체 처리시스템. 상기 고강도 집속 초음파에 적용된 초음파는 특별한 전달 매체(탈기수와 같은)를 통해서 환자의 몸으로 전달되어야 하기 때문에, 상기 고강도 초음파 원의 방사면의 전방에위치하는 전달 매체 수용 수단(물탱크나 워터 백 등과 같은)과 상기 전달 매체를 충진, 배출 및 처리하는 수단이 필요하다.

위에서 언급한 체외 고강도 집속 초음파 치료장치의 수단들중에서, 고강도 집속 초음파 원이 가장 중요하다. 집속 방식(렌즈의 굴절 집속, 만곡면의 굴절 집속, 오목한 구면의 자기 집속 (self focusing) 또는 유사한 것)을 고려하지 않으면, 집속 초음파 원에 의해 방출되는 초음파는 항상 집속후에 구면파와 유사한 방식으로 초점으로 전달된다. 이 경우, 상기 집속 초음파 원의 방출면의 외측 경계 직경은 "개구 직경"(Aperture Diameter)으로 일컬어지며, 또한 상기 외측 경계 직경의 두 끝점들을 초점으로 각각 연결하는 두선분 사이의 각은 "개구각"(Aperture Angle)으로 일컬어진다.

안전과 효율성간의 대립은 의료장치 분야에서 해결되어야 하는 주요한 문제이다. 고강도 집속 초음파 치료장치에 대한 많은 연구와 실시는 상기 고강도 집속 초음파에 의해 초점에서 얻어지는 충분히 큰 음 강도 및 온도를 이용해서 조직을 죽이는 것이 어렵지 않다는 사실을 입증하고 있다. 그러나, 이 경우, 초음판 전달 경로상에 있는 인체의 다른 조직들에 대한 손상을 회피하거나 줄이는 것이 어렵다. 고강도 집속 초음파 치료법이 성공적인가 또는 그렇지 않은 가는 위에서 언급한 문제에 의해 결정된다. 고강도 집속 초음파 원의 집속 성능을 향상시키는 것은 위에서 언급한 문제를 해결하는 주된 방법이 되는 한편, 상기 개구각은 초음파 원의 집속 성능에 관한 주된 기준이 된다.

기존의 대부분의 고강도 집속 치료장치의 초음파 원은 60°의 개구각을 가지고 있으며, 또한 몇몇 초음파 원들은 더 작은 개구각(50°보다 작은)을 가지고 있다. 현재의 실시 현황에 따르면, 그러한 개구각을 가진 초음파 원들의 집속 성능은 바람직하지 않다. 특히, 그러한 파원들은 환자가 분명한 아픔을 느끼게 하며 또한 전달 경로상에서 손상을 초래하거나, 또는 초점에서 조직을 죽이기 위해 충분히 큰 음 강도(Sound Intensity)와 온도에 도달하지 못한다.

초점에서의 음압에 대한 초점 전방 3 내지 5 cm의 범위내의 초음파 경로에서의 최대 음압의 백분률은 개구각과 비율 사이의 관계를 연구하기 위해 집속 성능을 사정하기 위한 지수로 여겨진다 (비율이 작을수록 더 좋은 집속 성능이 얻어진다). 상기 개구각이 작을 때 상기 집속 성능이 개구각의 증가에 따라 대체로 증가되며, 또한 상기 개구각이 특정 각도까지 증가될 때 상기 개구각의 증가에 따른 집속 성능의 향상이 점차적으로 억제된다는 사실이 입증되었다. 또한, 개구각의 증가에 따른 초음파 원의 크기와 비용의 증가 및 치료의 어려움 때문에, 바람직한 각도 범위내에서 초음파 원의 집속 요소의 개구각을 설정함에 의해서 상기한 문제를 해결하는 것이 필요하다.

본 발명은 의료장치에 사용하기 위한 수단에 관한 것으로서, 특히 고강도 집속 초음파 (High Intensity Focus Ultrasonic wave) 치료장치에 사용하기 위한 초음파 원(源)에 관한 것이다.

본 발명은 다음 도면들을 참조해서 바람직한 실시예에 의해서 상세히 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 집속 초음파 원의 일실시예에 대한 개략도이며, 그 집속 방식은 구면 자기 집속이며, 또한

도 2는 본 발명에 따른 집속 초음파 원의 다른 실시예에 대한 개략도이며, 그 집속 방식은 렌즈 집속이다.

[실시예]

첨부도면들은 본 발명에 따른 집속 초음파 원의 구조적 원리를 개략적으로 도시하는 도면이다. 상기 집속 초음파 원은 초음파를 방출하기 위한 초음파 방출 요소(2) 및 상기 방출된 초음파를 집속하기 위한 집속 요소(1)를 포함하고, 상기 방출된 초음파는 상기 집속 요소(1)에 의해 집속된 후 구면파와 유사한 형태로 초점(F)에 전달되며, 또한 상기 집속 요소(1)의 외측 경계 직경의 두 끝점을 상기 초점으로 각각 연결하는 두 선분 사이에 포함된 각(α; 즉, "개구각")이 50°내지 120°이다.

바람직하게는, 상기 집속 요소(1)의 외측 경계 직경의 두 끝점을 상기 초점(F)으로 각각 연결하는 두 선분 사이에 포함된 각(α)이 56°와 같이 50°내지 60°사이의 각이다. 또한, 각(α)이 110°와 같이 60°내지 120°사이의 각이다.

예를 들어, 상기 각(α)이 56°이고, 그 집속 방식이 복수의 오목한 구면들의 자기 집속이며, 또한 집속 반경이 300 mm이다. 상기 초음파 원은 낮게 장착된 초음파 원을 구비한 고강도 집속 초음파 치료장치에 사용될 수 있다.

대신에, 예들 들어, 상기 초음파 원의 개구각(α)이 110°이고, 그 집속 방식이 오목한 구면 집속이며, 또한 집속 반경이 50 mm이다. 상기 초음파 원은 고강도 집속 초음파를 사용하여 인체의 얕은 부분을 치료하는 데에 사용될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 집속 요소(1)가 상기 초음파들을 굴절 방식으로 집속시키는 렌즈일 수 있다. 그외에도, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 집속 요소(1)는 상기 초음파들을 자기 집속 방식으로 집속시키는 오목한 구면일 수 있다.

위에서 언급된 바와 같이, 초음파 원의 집속 요소의 개구각이 50°내지 120°사이의 각인 것이 바람직하다. 즉, 다른 응용예들의 경우에는, 상기 개구각은 50°내지 60°또는 60°내지 120°사이의 각이다. 인체의 얕은 부위를 치료하기 위해서는, 바람직한 개구각이 60° 이상이다.

본 발명의 목적은 바람직한 집속 성능을 가진 집속 초음파 원을 제공하는 것이다. 상기 초음파 원은 초음파 전달 경로내에 있는 인체의 다른 조직들에 대한 손상을 피하거나 줄이면서 조직을 죽일 수 있도록 초점에서 충분히 높은 음 강도와 온도에 도달하도록 집속된 초음파를 발생시킬 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 초음파를 방출하기 위한 초음파 방출 요소 및 상기 방출된 초음파를 집속하기 위한 집속 요소를 포함하고, 상기 방출된 초음파는 상기 집속 요소에 의해 집속된 후에 구면파(Spherical Wave)와 유사한 형태로 초점에 전달되며, 또한 상기 집속 요소의 외측 경계 직경의 두 끝점을 상기 초점으로 각각 연결하는 두 선분 사이에 포함된 각이 50°내지 120°인 것을 특징으로 하는 집속 초음파 원을 제공해준다.

바람직하게는, 상기 집속 요소의 외측 경계 직경의 두 끝점을 상기 초점으로 각각 연결하는 두 선분 사이에 포함된 각이 56°와 같이 50°내지 60°사이의 각이거나, 110°와 같이 60°내지 120°사이의 각이다.

테스트 결과, 본 발명에 따른 초음파 원이 작은 개구각을 가진 기존의 초음파 원의 집속 성능에 비해 월등한 집속 성능을 가지며, 또한 초음파 전달 경로상에 있는 인체의 다른 조직에 대한 손상을 회피하거나 줄여주면서 조직을 죽일 수 있도록 하기 위해 집속된 초음파가 초점에서 충분히 큰 음 강도와 온도에 도달하도록 해주며, 이것은 환자가 느끼는 통증을 크게 줄여준다는 사실이 증명되었다.

테스트 결과, 본 발명에 따른 초음파 원은 작은 개구각을 가진 기존의 초음파 원의 집속 성능에 비해 월등한 집속 성능을 가지며, 또한 초음파 전달 경로상에 있는 인체의 다른 조직에 대한 손상을 피하거나 줄여주면서 조직을 죽일 수 있도록 하기 위해서 집속된 초음파가 초점에서 충분히 큰 음 강도와 온도에 도달하도록 해주며, 이것은 임상 응용과정에서 환자가 느끼는 통증을 크게 줄여주는 한편 바람직한 효과를 달성하게 해준다.

Claims (8)

1. 초음파를 방출하기 위한 초음파 방출 요소(2) 및 상기 방출된 초음파를 집속하기 위한 집속 요소(1)를 포함하고, 상기 방출된 초음파는 상기 집속 요소(1)에 의해 집속된 후에 구면파와 유사한 형태로 초점(F)에 전달되며, 또한 상기 집속 요소(1)의 외측 경계 직경의 두 끝점을 상기 초점으로 각각 연결하는 두 선분 사이에 포함된 각(α)이 50°내지 120°인 것을 특징으로 하는 집속 초음파 원.
2. 제1항에 있어서, 상기 집속 요소(1)의 외측 경계 직경의 두 끝점을 상기 초점으로 각각 연결하는 두 선분 사이에 포함된 각(α)이 50°내지 60° 사이의 각인 것을 특징으로 하는 집속 초음파 원.
3. 제2항에 있어서, 상기 집속 요소(1)의 외측 경계 직경의 두 끝점을 상기 초점으로 각각 연결하는 두 선분 사이에 포함된 각(α)이 56°인 것을 특징으로 하는 집속 초음파 원.
4. 제1항에 있어서, 상기 집속 요소(1)의 외측 경계 직경의 두 끝점을 상기 초점으로 각각 연결하는 두 선분 사이에 포함된 각(α)이 60°내지 120° 사이의 각인 것을 특징으로 하는 집속 초음파 원.
5. 제4항에 있어서, 상기 집속 요소(1)의 외측 경계 직경의 두 끝점을 상기 초점으로 각각 연결하는 두 선분 사이에 포함된 각(α)이 110°인 것을 특징으로 하는 집속 초음파 원.
6. 제1 내지 4항중 어느 한항에 있어서, 상기 집속 요소(1)가 상기 초음파들을 굴절 방식으로 집속시키는 렌즈인 것을 특징으로 하는 집속 초음파 원.
7. 제1 내지 4항중 어느 한항에 있어서, 상기 집속 요소(1)가 상기 초음파들을 굴절 방식으로 집속시키는 만곡면인 것을 특징으로 하는 집속 초음파 원.
8. 제1 내지 4항중 어느 한항에 있어서, 상기 집속 요소(1)가 상기 초음파들을 자기 집속 방식으로 집속시키는 오목한 구면인 것을 특징으로 하는 집속 초음파원.