KR20060020656A - 중심 개구부를 가지는 초음파 탐침 - Google Patents

Abstract

본 발명은 환자의 초음파 치료용 장치 내의 중심 개구부를 가지는 초음파 탐침에 관한 것이다. 탐침은 치료될 객체에, 상기 객체에 대하여, 또는 상기 객체 내부에 위치되도록 사용되는 전면부를 가지며, 상기 객체 내에서 상기 객체의 가열을 위한 최대 강도를 가지는 초음파 음장을 방출하도록 배치된다. 중심 개구부(22)는 방출된 강도 패턴을 이용하여 송신기의 세정을 가능하게 한다.

Description

중심 개구부를 가지는 초음파 탐침{ULTRASOUND PROBE HAVING A CENTRAL OPENING}

본 발명은 환자의 초음파 치료용 장치내에 하나 또는 그이상의 홀들에 의해 형성된 중심 개구부를 가지는 초음파 탐침에 관한 것이다. 탐침은 치료될 객체에, 상기 객체에 접하여, 또는 상기 객체의 내부에 위치되도록 사용되는 전면부를 가지며, 탐침의 가열을 위해 물체 내에 위치된 최대 강도를 가지는 초음파 음장을 방출하도록 배치된다. 중심 개구부들은 방출된 강도 패턴을 사용하여 송신기의 세정이 가능하게 한다.

초음파를 사용하여 치료를 목적으로 환자들의 조직을 가열하는 것은 이미 공지되어 있다. 통상적으로 초음파 음장을 방출하기 위해 협력하여 동작하는 다수의 크리스탈들을 가지는 위상 배열 트랜스듀서들이 사용되어 왔다. 다수의 송신기들은 초점을 포착하도록 제어된다. 위상 배열 트랜스듀서들은 위상 배열 어레이 자체 비용에 부가하여 복잡하고 값비싼 전자부품을 필요로 한다.

또한, 단일 또는 몇 개의 송신기 엘리먼트들을 가지는 트랜스듀서들이 사용되어 왔다. 상기 트랜스듀서들은 추가의 디바이스들을 사용하여 크리스탈들을 성형하거나 초음파 음장을 포커싱함으로써 달성되는 고정된 초점을 갖는다.

방출된 초음파 음장은 치료될 객체 내에서 최대의 강도 패턴을 갖는다. 예 시적인 패턴이 도 6A에 도시된다. 요구되는 최대 피크 M 이외에, 또다른 피크 P가 존재하며, 이는 근접 초음파 음장에서 더 하위 강도를 갖는다. 상기 피크는 치료될 객체의 외부에 위치되며, 따라서 전력이 소비되고, 불필요한 가열을 유발한다. 치료될 객체가 힘줄이나 인대와 같이 표면적인 객체인 경우에, 상기 근접 피크는 환자의 피부 내에 위치되어, 통증을 유발할 수 있다.

본 발명의 목적은 근접 초음파 음장에서 원하지 않는 피크들의 영향을 감소시키는 초음파 탐침을 제공하는 것이다.

제 1 양상에서, 본 발명은 포커싱된 초음파 음장을 생성하기 위한 탐침 바디 및 트랜스듀서 수단을 포함하며, 상기 초음파 음장의 최대 강도는 객체를 가열하기 위해 상기 객체 내에 위치된다.

본 발명에 따라, 상기 트랜스듀서 수단들은 근접 초음파 음장내의 원하지 않는 피크들의 영향을 감소시키기 위해 사용되고, 하나 또는 그이상의 홀들에 의해 형성된 중심 개구부를 갖는다.

제 2 양상에서, 본 발명은 전술된 것과 같은 초음파 탐침의 사용을 제공한다.

본 발명은 첨부된 청구항 제 1항 및 20항에서 한정되며, 바람직한 실시예들은 종속 청구항들에 설명된다.

본 발명은 첨부된 도면들을 참조로 하여 상세히 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 디바이스의 사용을 개략적으로 도시한다.

도 2는 본 발명에 따른 탐침의 세부 단면도이다.

도 3은 도 2의 탐침의 전면도이다.

도 4는 트랜스듀서 및 상기 트랜스듀서에 연결된 튜브의 측면도이다.

도 5는 연결된 튜브를 가지는 트랜스듀서의 전면도이다.

도 6A 및 6B는 본 발명에 따라 각각 중심 개구부를 가지거나 가지지 않는 송신기로부터의 초음파 음장 강도 대 거리의 개략도이다.

본 발명은 치료 방법에 관한 것이며, 특히 추간판들(intervertebral discs)의 최소-침습성(mini-invasive) 초음파 치료 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 힘줄 및 인대와 같은 비-침습성 치료에 적합하며, 임의의 특정 분야에 제한되지는 않는다.

조직의 열요법 및 응고를 위한 방법은 높은 강도의 집중된 초음파를 사용해야한다. 초음파는 연조직을 잘 통과하며, 몇 3제곱 미터의 부피내에서 원거리의 스팟들로 집중될 수 있다. 조직 내에서의 에너지 흡수는 치료되는 부위의 경계들이 주변 조직에 임의의 손상을 입히지 않고 명확하게 한정될 수 있도록 급격한 온도 기울기로 온도를 증가시킨다.

최소-침습성 초음파 치료에서, 치료용 초음파 트랜스듀서는 환자의 피부내의 작은 절개면을 통해 삽입되며, 치료될 객체 쪽으로 이동된다. 비-침습성 초음파 치료에서, 치료용 초음파 트랜스듀서는 환자의 조직들(예를 들면, 어깨, 무릎, 팔 꿈치, 또는 발의 힘줄 및 인대와 같은)의 피부 표면에 닿게 된다. 최소-침습성 및 비-침습성 치료 모두에서, 근접 초음파 음장내의 강도 피크(도 6A의 P)는 바람직하지 않다.

도 1에 개략적으로 도시된 치료 디바이스(1)는 적어도 하나의 치료용 초음파 트랜스듀서(2; 이른바 치료용 트랜스듀서)를 사용하여 초음파 음장(3)을 생성하며, 상기 초음파 음장의 최대 강도 F는 환자(4)의 객체(5)의 치료를 위해 상기 객체(5) 내에 위치된다. 예컨대, 객체는 환자(4)의 추간판(5) 내의 수핵(neucleus pulposus; 6)이 될 수 있지만, 예를 들어 어깨, 무릎, 팔꿈치 또는 발 내부의 힘줄 또는 인대와 같은 또다른 객체가 될 수 있다. 그러나, 하기의 설명에서는 디스크의 치료를 참조로 한다.

상기 예에서, 치료용 초음파 트랜스듀서(2)는 절단면을 사용하거나 캐뉼러(cannula; 18)와 같은 삽입기를 사용하여 환자(4)의 피부를 통해 삽입되며, 디스크(5)에서의 국부 온도를 증가시킴으로써 디스크(5)를 수축시키기 위해 디스크(5), 바람직하게는 섬유륜(annulus fibrosus; 8)에 접촉한다. 예를 들어 섭씨 60-70도R까지의 가열은 콜라겐을 직접 축소시킬 수 있다. 치료용 초음파 트랜스듀서(2)는 섬유륜(8)을 관통하지 않고 디스크(5)에 접하여 위치될 수 있으며, 치료 부위 내에서 최대 강도 F로 집중되는 초음파 음장(3)을 전송할 수 있다.

치료 디바이스(1)는 그 내부 부분과 연관되는 정밀 튜브(18) 및 하나 또는 그이상의 위치 표시자들(19)을 포함한다. 튜브(18)는 광학 네비게이션 기술을 사용하여 치료될 객체(5) 쪽으로 삽입될 수 있다. 튜브(18)의 내부 부분은 치료용 초음파 트랜스듀서(2)로 대체될 수 있으며, 상기 튜브(18)는 도 1에서 점선들을 사용하여 개략적으로 도시된다.

치료용 초음파 트랜스듀서(2)는 수동으로 위치되도록 배열되거나 치료될 디스크(5)와 관련하여 동일한 부분에 위치하기 위해 위치 디바이스(40)에 배열될 수 있다. 치료 디바이스(1)는 X-선 카메라(비도시)를 가지는 광학 네비게이팅 디바이스를 포함할 수 있다. 위치 및 네비게이션 수단들은 본 발명의 부분들을 형성하지 못한다.

치료용 초음파 트랜스듀서(2)는 바람직하게 연장된 탐침(10)이 될 수 있는 탐침(10)을 포함한다. 탐침(10)의 전단부 또는 전단부들은 디스크(5)와 접촉하여 위치될 수 있다.

탐침(10)의 전단부는 도 2 및 도 3에 상세히 도시된다. 탐침은 예를 들어 압전 엘리먼트(piezoelectric element)와 같은 송신기 엘리먼트(11), 세정용 도관(22) 및 전면 커버(23), 및 서미스터(thermistor; 27)와 같은 다양한 구성 성분들을 고정하는 탐침 바디(20)를 갖는다.

송신기 엘리먼트(11)는 적절하게는 단일 압전 엘리먼트가 된다. 그러나, 본 발명은 다수의 송신기들의 어레이에도 동일하게 적용가능하다. 도시된 것과 같이, 송신기 엘리먼트는 송신된 초음파 음장을 포커싱하기 위해 구부러진 전면부를 갖는다. 또한, 포커싱 기능을 수행하기 위해 송신기의 전면에 수동 엘리먼트가 배치될 수 있으며, 상기 경우에, 구부러지거나 편평하게 배치될 수 있다. 송신기 엘리먼트(11)는 바람직하게 각도

로 기울어져서 초점(도 1의 F)이 탐침의 수직축으로부 터 이동되거나 수동 엘리먼트는 상기 이동이 수행되도록 설계될 수 있다. 이는 탐침이 상기 수직축 주위를 회전할 때, 초점 F가 상기 축 주위에 원을 표시하도록 하는 것을 의미한다. 상기와 같은 결과로 인해, 초음파 음장의 강도는 초점 F 주위의 일정 크기로부터 융기형(torus-shaped) 크기로 연장된다. 또한, 탐침은 수직축을 따라 길게 이동될 수 있고, 따라서 최대 초음파 강도는 나선형 또는 원통형과 유사한 형태의 크기로 연장될 수 있다. 수직 이동은 회전과 동시에 수행될 수 있기 때문에 초점은 나선형 또는 계단식으로 표시되며, 따라서 초점은 다수의 인접한 평행한 원들을 표시한다. 포커싱 및 가열 작용의 ---으로 인해 융기형 또는 원통형 ---들의 중심에서 가열이 수행된다. 본 발명은 또한 기울어지지 않은(

=0) 탐침에도 적용가능하다.

탐침의 이동은 모터로 동작되는 위치 디바이스(40)를 사용하여 수행된다. 상기 이동은 또한 수동으로 수행될 수 있다.

도 5에 명확하게 도시된 것과 같이, 송신기 엘리먼트(11)는 그 중심에 개구부(22)를 구비한다. 방향성 및 날카로운 초점을 생성하는 능력은 본질적으로는 트랜스듀서의 주변부들에 의한 것이다. 매우 코히어런트하게 방출하는 표면들은 상기 표면들과 인접하는 간섭 피크들을 생성하는 것으로 공지된다.

도 6A 및 6B는 각각 본 발명에 따른 중심 개구부를 가지거나 가지지 않는 송신기로부터의 초음파 음장 강도 대 거리의 개략적인 다이어그램이다. 도 6A에 도시된 것과 같이, 종래에 개구부를 가지지 않는 송신기 엘리먼트들은 치료될 객체 내에서 거리 x의 원하는 최대치 M 및 근접 음장에서 거리 y의 원하지 않는 피크 P 를 갖는다. 도시된 것과 같이, 초음파 음장은 몇 개의 더 좁은 피크들 P'을 포함하지만, 피크 P만이 한가지 문제점을 발생한다. 상기 거리 y는 환자의 피부에 위치될 수 있고, 원하지 않는 피크 P는 서론부에서 언급된 것과 같이 통증을 유발할 수 있다.

이와 반대로 송신기 엘리먼트(11) 내부에 중심 개구부를 배치하는 것은 도 6B에 도시된 것과 같이 초음파 음장의 피크들을 재배치시킴으로써 원하지 않는 피크 P의 영향을 감소시킨다. 만약 거리 y가 민감한 부분에 위치되면, 피크 P는 위치 z로 쉬프트되며, 상기 위치 z에서 방출된 초음파는 손상을 덜 입히거나, 손상을 입히지 않는다. 위치 y에서 낮은 초음파 음장 강도가 존재한다. 또한, 더 좁은 피크들 P'은 쉬프트되고 변화된 형태를 갖는다. 송신기 엘리먼트의 중심부가 원하는 피크 M를 제공하기 때문에, 상기 피크 M는 본 발명에 따른 송신기 엘리먼트(11)를사용하여 약간 쉬프트되고 감소된다. 표면 영역에서의 손실은 다소 적은 편이며, 구동 전압의 약간의 증가에 의해 보상될 수 있고, 따라서 송신기 엘리먼트의 표면 단위당 방출된 초음파 전력을 증가시킨다. 이는 특히 원하지 않는 피크 P의 재배치와 관련하여 실행하기에 안전하다.

도 6A 및 6B에서, 송신기는 15mm 만곡된 반경을 가지며, 방출된 초음파는 4MHz의 주파수를 갖는다. 도 6B에서, 중심 개구부의 직경은 3mm이다.

초음파 음장 강도의 정확한 형태는 초음파 파장, 관련된 다양한 조직들의 청각적 특성들, 송신기 시스템의 초점 거리 및 직경, 및 중심 개구부의 표면 영역과 외부 직경 사이의 비율에 따라 결정된다. 일반적으로, 초음파 음장 강도의 형태는 상기 인자들 중 임의의 것을 변경함으로써 조절될 수 있지만, 중심 개구는 하기에서 설명되는 것과 같은 추가의 장점들을 갖는다.

개구부 없이, 전송 동작을 수행하지 않는 중심 영역을 가지고 실질적인(solid) 송신기에서 동일한 감소가 수행된다. 그러나, 중심 개구부는 하기에서 설명되는 것과 같은 송신기의 흡입과 세정을 위해 삽입 기구들에 사용될 수 있다. 중심 개구부는 하나 또는 그이상의 개별 홀들에 의해 형성될 수 있다.

중심 개구부의 표면 영역은 적절하게 송신기 엘리먼트의 전체 표면 영역의 1-25%이고, 바람직하게 5-15%이며, 약 10%이다. 송신기 엘리먼트는 2-100mm 범위 이내, 보통은 2-20mm, 및 최소-침습성 치료의 경우에 약 5mm이다. 상기 직경은 비-침습성 치료의 경우에는 비임계적이다.

동작 동안, 송신기 엘리먼트(11)는 자체 가열되어, 부근에 열을 발생한다. 상기 열은 일반적으로 바람직하지 않으며, 냉각되어야 한다. 이와 관련하여, 송신기 엘리먼트의 전면에 유동체가 제공된다. 상기 유동체는 또한 음향 커플러(acoustic coupler)로서 기능하고, 에어 포켓들이 초음파 음장들을 중단하지 못하게 한다. 적절하게, 송신기 엘리먼트는 유동체가 통과하도록 하기 위해 중심 개구부(22) 내에 채널을 구비한다. 원칙적으로 유동체는 송신기 전면으로 자유롭게 흐를 수 있지만, 송신기 엘리먼트(11)와 커버(23) 사이에 챔버(24)를 한정하여 탐침의 팁이 적절한 물질의 유연한 벽 또는 관통된 커버에 의해 커버되도록 하는 것이 바람직하다.

도 3은 상기 커버들(23)의 예들을 도시한다. 커버는 적절한 크기의 하나 또 는 그이상의 관통부들 또는 홀들(25)을 구비하며, 바람직하게 커버의 전면에 짝수개로 분포된다. 도면에는 6개의 홀들이 예로서 도시된다. 전체 영역에 대한 관통부들(25)의 표면 영역의 비율은 정상적으로 0.1-0.9의 범위 이내이고, 적절히 0.1-0.7 범위이며, 바람직하게 0.1-0.5 범위이며, 바람직한 실시예에서, 0.1-0.3 범위이다. 적절한 범위는 액체 또는 젤 타입이 될 수 있는 유동체의 점성도 및 수행되는 치료에 따라 결정된다. 관통된 커버(23)로 인해 유동체는 송신기 엘리먼트(11)의 전면에 짝수개로 분포되며, 따라서 열이 과도하게 형성될 수 없다. 탐침에 커버를 배치하는 대신에 탐침을 삽입하기 위한 캐뉼러에 커버를 배치할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 프로브는 추가로 세정 동작에 문제가 발생하는 경우에 송신기 엘리먼트(11)의 동작을 스위칭-오프하도록 배치된 안전 스위치를 구비한다. 안전 스위치는 예를 들어, 서미스터와 같은 온도 센서(27)를 포함한다. 바람직하게, 서미스터는 금속 튜브(26)와 접촉하여 배치되며, 송신기 엘리먼트에 세정 유동체가 흐르도록 유도한다. 따라서, 서미스터는 송신기 엘리먼트(11) 뒤쪽에 유동체 내에 배치되는 것이 아니라 열전도 튜브(26)를 사용하여 송신기 엘리먼트(11)와의 열 접촉부에 배치된다. 튜브는 적절하게 금속으로 형성되며, 바람직하게 은으로 형성된다. 상기 방식에서, 온도 센서(27)는 세정 회로에 문제가 발생하면 순식간에 감지할 것이다. 안전 스위치는 감지된 온도가 미리 세팅된 값으로부터 예를 들어, +10℃ 이상 벗어나면 스위칭 엘리먼트를 스위칭 오프하도록 배치된다. 안전 스위치가 미리 동작하기 때문에 송신기 엘리먼트의 사용전력이 정상적으로 사용되는 경우에, 환자에게는 아무런 손상을 입히지 않는다.

개시된 장치는 디스크의 치료뿐만 아니라 체내의 다른 객체들의 치료를 위한 방법에서 사용될 수 있다. 상기 다른 객체들의 예들은 예를 들어, 무릎, 팔꿈치, 또는 발 내부의 힘줄 및 인대들이 될 수 있다. 본 발명의 사상은 하기의 청구항들에 의해서만 한정된다.

Claims (20)

1. 포커싱된 초음파 음장 - 상기 초음파 음장의 최대 강도(F)는 객체(5) 내에서 상기 객체의 가열을 위해 위치됨 - 을 생성하기 위한 탐침 바디(20)와 트랜스듀서 수단들(11)을 포함하는 초음파 탐침으로서,

   상기 트랜스듀서 수단(11)은 근접 초음파 음장에서의 원하지 않는 피크들의 영향을 감소시키기 위해 사용되고 하나 또는 그 이상의 홀들에 의해 형성되는 중심 개구부(22)를 가지는 초음파 탐침.
2. 제 1항에 있어서, 상기 중심 개구부(22)는 상기 초음파 음장의 상기 피크들을 재배치하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 초음파 탐침.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 중심 개구부의 표면 영역은 적절하게 상기 송신기 엘리먼트의 전체 표면 영역의 1-25%가 되는 것을 특징으로 하는 초음파 탐침.
4. 제 3항에 있어서, 상기 중심 개구부의 표면 영역은 적절하게 상기 송신기 엘리먼트의 상기 전체 표면 영역의 5-15%가 되는 것을 특징으로 하는 초음파 탐침.
5. 제 4항에 있어서, 상기 중심 개구부의 표면 영역은 대략적으로 상기 송신기 엘리먼트의 상기 전체 표면 영역의 10%가 되는 것을 특징으로 하는 초음파 탐침.
6. 제 1 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 송신기 엘리먼트의 전체 직경은 2-100mm 범위 이내인 것을 특징으로 하는 초음파 탐침.
7. 제 6항에 있어서, 상기 송신기 엘리먼트의 상기 전체 직경은 2-20mm 범위 이내인 것을 특징으로 하는 초음파 탐침.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 트랜스듀서 수단(11)은 단일 압전 크리스탈을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐침.
9. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 트랜스듀서 수단(11)은 압전 크리스탈들의 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐침.
10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중심 개구부(22)는 상기 트랜스듀서 수단(11)을 통해 유동체를 통과시키기 위한 채널을 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐침.
11. 제 10항에 있어서, 상기 중심 개구부는 상기 트랜스듀서 수단(11)의 전면에 챔버(24)를 형성하는 관통된 커버(23)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐침.
12. 제 11항에 있어서, 상기 커버(23)는 전면에 분포된 다수의 관통부들(25)을 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐침.
13. 제 12항에 있어서, 상기 전체 영역에 대한 상기 관통부들(25)의 표면 영역의 비율은 0.1-0.9 범위 이내인 것을 특징으로 하는 초음파 탐침.
14. 제 12항에 있어서, 상기 전체 영역에 대한 상기 관통부들(25)의 표면 영역의 비율은 0.1-0.7 범위 이내인 것을 특징으로 하는 초음파 탐침.
15. 제 12항에 있어서, 상기 전체 영역에 대한 상기 관통부들(25)의 표면 영역의 비율은 0.1-0.5 범위 이내인 것을 특징으로 하는 초음파 탐침.
16. 제 12항에 있어서, 상기 전체 영역에 대한 상기 관통부들(25)의 표면 영역의 비율은 0.1-0.3 범위 이내인 것을 특징으로 하는 초음파 탐침.
17. 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 중심 개구부(22)는 상기 트랜스듀서 수단(11)을 통해 유동체를 통과시키기 위한 채널을 구비하고, 상기 채널은 열전도 튜브(26)를 포함하며, 상기 트랜 스듀서 수단(11)의 뒤에 위치되 상기 튜브(26)와 열접촉하는 온도 센서(27)를 더 포함하는데, 상기 온도 센서(27)는 감지된 온도가 미리세팅된 값을 벗어나면 상기 트랜스듀서 수단(11)의 동작을 중단하기 위한 제어 수단에 접속되는 것을 특징으로 하는 초음파 탐침.
18. 제 17항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 감지된 온도가 상기 미리세팅된 값으로부터 +10℃ 이상 벗어나면 상기 트랜스듀서 수단(11)의 상기 동작을 중단하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 초음파 탐침.
19. 제 17항 또는 제18항에 있어서, 상기 온도 센서(27)는 서미스터인 것을 특징으로 하는 초음파 탐침.
20. 제 1항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 따른 초음파 탐침의 사용으로서,

    상기 초음파 탐침은 예를 들어 어깨 또는 팔꿈치 내부의 디스크 또는 힘줄 및 인대의 치료를 위한 것과 같이 환자(4)의 신체 내부의 객체(5)의 치료를 위산 방법에서 사용되는 것을 특징으로 하는 초음파 탐침의 사용.

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