KR20100044735A

KR20100044735A - 초음파 조직 치료 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20100044735A
Application number: KR1020097026989A
Authority: KR
Inventors: 애브너 로젠버그
Original assignee: 시네론 메디컬 리미티드
Priority date: 2007-07-26
Filing date: 2008-06-18
Publication date: 2010-04-30
Also published as: ES2688610T3; MX2010000908A; BRPI0812502A2; AU2008278633A1; JP2010534505A; EP2173261A2; EP2173261B1; WO2009013729A2; WO2009013729A3; EP2173261A4; JP2013173001A; CN101784236A; JP5453259B2

Abstract

본 발명은 연조직을 치료하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 2개 이상의 초음파 트랜스듀서가 조직 돌기에 적용되어 펄스 또는 연속 동작 모드로 조직 돌기에 초음파 방사선을 방출하도록 동작하고, 상기 트랜스듀서 중 적어도 하나는 다른 트랜스듀서에 의해 방출되어 상기 돌기를 통과하여 송신된 초음파 파워의 일부를 수신하고, 컨트롤러는 초음파의 수신된 파워를 분석하고 그 데이터를 초음파 방사선과 조직의 커플링을 실시간 능동 모니터링 하는데 사용한다. 본 발명은 또한 상기 방법이 구현을 가능하게 하는 장치를 포함한다.

Description

초음파 조직 치료 방법 및 장치{A METHOD AND APPARATUS FOR ULTRASOUND TISSUE TREATMENT}

본 발명은 초음파 조직 치료에 관한 것이며, 특히 성형 및 심미적 목적의 지방 조직 치료에 관한 것이다.

피하 지방층, 또는 지방 조직의 감소는 그 요구가 점차 증가 추세에 있는 심미적 치료이다. 가용한 상이한 물리적 요법 중에서, 초음파의 응용은 선도적인 지방 조직 제거 및 체형 보정 기술로서 부상하고 있다. 이 기술과 관련된 방법들은 전자기 또는 초음파 에너지를 피시술자의 피부를 통해 피하 지방조직의 치료되는 다량의 조직에 전달하는 것에 기초한다. 본 출원의 출원인의 미국 특허 제5,143,063호, 제5,507,790호, 제6,071,239호, 제6,113,558호, 미국 특허 공개번호 제2004/0106867호, 및 미국 특허출원 제11/335,181호는 이 기술의 현재 상태를 반영하는 것으로 생각된다.

초음파를 피시술자에게 전달하기 위해, 시술자는 초음파 트랜스듀서(transduces)를 포함하는 어플리케이터(applicator)를 피시술자의 피부에 부착하고 원하는 양의 에너지를 전송한다. 그러나 시술자는 조직을 통과한 초음파의 커플링(coupling) 및 전송의 특성을 알 수 없으며, 조직과 초음파 에너지의 상호작용 에 대한 정보도 없다. 지방 조직의 결집 상태(구성)의 변화 시 치료가 얼마나 성공적이었는지, 또는 대상 조직 볼륨으로 초음파의 도입이 언제 중단될 것인지 그리고 언제 그 다음 조직 볼륨의 치료가 시작될 것인지에 대한 정보가 없다. 치료 제어를 위한 알려진 기술들은 초음파 반사음의 측정에 기초한다. 이들 반사음으로부터 조직과 초음파 에너지의 상호작용에 대한 정보를 도출한다. 그러나, 반사된 에너지는 대상 조직 볼륨에서 발생하는 프로세스에 대한 충분한 정보를 포함하지 않는다.

대상 조직 볼륨에 집중된 초음파 파워를 증가시키기 위해 다수의 초음파 트랜스듀서가 동일한 조직 볼륨에 집중되고 동시에 연속하여 동작된다. 다른 트랜스듀서를 향해 방출하는 이들 트랜스듀서에 의해 방출된 초음파의 파워 사이의 상호작용은 방출된 파워의 한계를 설정하는 현상이다. 각 트랜스듀서는 파워 밀도의 상한을 가지며, 특정 트랜스듀서의 파워 밀도는 그 트랜스듀서에 의해 방출된 파워와 다른 트랜스듀서로부터 그것에 작용한 파워의 합이다.

초음파 응용 기술의 더욱 신속한 개발을 위해 이상의 문제들과 다른 문제들을 해결하고 초음파 치료 프로세스를 더욱 잘 제어할 필요가 있다.

여기서 첨부한 도면을 참조하여 설명하는 방법 및 장치들은 단지 예시를 위한 것이며, 동일한 참조번호들은 본 명세서에서 동일한 요소들을 가리킨다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 있어서 조직 치료용 장치의 도면이고,

도 2A 및 2B는 상기 조직 치료용 어플리케이터의 몇몇 예시적인 실시예의 도면이고,

도 3은 본 발명의 방법의 실시예에 따라 동작하는 트랜스듀서에서 모니터링된 전형적인 송신 및 유도된 신호를 도시하고,

도 4는 본 발명의 방법의 추가 실시예에 있어서 조직 치료용 장치를 도시하고,

도 5는 상기 조직 치료용 어플리케이터의 추가 실시예를 도시하고,

도 6은 본 발명의 방법의 추가 실시예에 있어서 조직 치료용 어플리케이터를 도시하고,

도 7은 도 6의 조직 치료용 어플리케이터의 단면도이다.

이제 본 발명의 일 실시예로서 조직 치료용 장치를 도시하는 도 1을 참조한다. 장치(100)는 어플리케이터(104)를 이용하여 피시술자 조직(108)에 초음파 에너지를 적용한다. 본 명세서에서, 용어 "조직 치료(tissue treatment)"는 피부(skin), 진피(dermis), 지방조직 치료, 및 괴사(necrosis)를 초래하고, 지방 아포프토시스(apoptosis), 지방 재분포, 지방 세포 크기 감소를 초래하는 지방조직 파괴, 및 셀룰라이트 치료와 같은 과정을 포함한다.

제어 유닛(112)은 하네스(116)를 통해 어플리케이터(104)의 동작을 통제한다. 제어 유닛(112)은 특히 어플리케이터(104) 내에 위치한 초음파 트랜스듀서를 전기적으로 구동하는 초음파 드라이버(120)와, 장치(100)의 다양한 기능을 감시하 고 제어하는 프로세서(124)를 포함한다. 제어 유닛(112)은 시술자 또는 장치 조작자가 프로세서(124)에 다양한 명령과 원하는 치료 파라미터를 입력할 수 있게 하는 키패드(128)와 같은 입력 장치를 구비할 수 있을 것이다. 이와 같은 파라미터는 초음파의 주파수, 펄스 길이, 펄스 반복 속도(repetition rate), 치료 조직을 향하는 초음파 에너지의 세기, RF 세기, 진공 시간, 및 진공 세기 등이 될 것이다.

제어 유닛(112)은 치료 동안 피부 표면의 부분과 어플리케이터(104)를 냉각하는 냉각수단(132)을 옵션으로 포함할 수 있을 것이다. 냉각수단(132)은 냉매를 냉각시키는 냉각 유닛일 수 있다. 냉각된 냉매는 냉각수단(132)으로부터 튜브를 통해 어플리케이터(104)로 흐르며, 상기 튜브는 하네스(116)의 일부가 될 수 있을 것이다. 진공펌프(136)는 대기압보다 낮은 압력을 발생하고 상기 조직의 일부를 부풀게 하여 그 표면을 어플리케이터(104)의 내부로 돌출시킨다. 하네스(116)에 내장된 진공 호스(hose)는 펌프(136)를 어플리케이터(104)에 연결한다. 치료 프로세스 파라미터의 시각적 표현을 위한 디스플레이(142)가 제어유닛(112)에 포함될 수 있다. 옵션으로 RF(radio frequency) 발생기(144)가 제어 유닛(112)에 위치할 수 있을 것이다. 발생기(144)는 필요하다면 어플리케이터(104)에 RF 에너지를 공급한다. 어플리케이터(104)로부터 피드백을 수신하는 신호 처리 및 분석 유닛(140)이 제어 유닛(112)에 포함될 수 있으며, 이것은 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 구현될 수 있고, 상기 피드백을 처리 및 분석하여 갱신된 지시를 어플리케이터(104)에 통신한다. 도 2는 조직 치료용 어플리케이터의 실시예를 도시한다. 어플리케이터(104)는 초음파 파워를 방출하는 하나 이상의 초음파 트랜스듀서(160)와 상기 방출되어 조직 돌기를 통과해 전송된 초음파 파워를 수신하는 하나 이상의 초음파 트랜스듀서(164)를 포함한다. 거의 모든 형태의 초음파 트랜스듀서는 초음파 에너지를 송신하고 수신하는 두 가지 용도로 사용될 수 있다는 것은 당해 기술분야에서 잘 알여져 있다. 따라서, 트랜스듀서(160, 164)는 유사하거나 동일하며 둘 다는 방출 또는 수신 모드로 동작할 수 있다. 초음파 드라이버(120)는 초음파 트랜스듀서(160, 164)에 전력을 공급한다. 본 명세서에서, 용어 "트랜스듀서(transducer)"는 초음파 방출기 및 초음파 수신기를 포함한다.

어플리케이터(104)는 치료되는 피시술자(108)의 조직의 부위에 적용을 위해 조정된다. 트랜스듀서(160, 164)에 추가하여 어플리케이터(104)는 발생기(144)에 의해 공급된 RF 전류를 치료 조직으로 지향시키는 하나 이상의 RF 전극 쌍을 선택적으로 포함한다(어플리케이터 요소들의 일부는 설명의 편의상 생략된다). RF 전극이 어플리케이터(104)에 포함될 때, 프로세서(124)는 전극들 사이의 전기적 임피던스를 모니터링하여 RF 커플링 특성을 판정한다. 프로세서(124)는 또한 조직 내에서 온도의 변화를 모니터링하여 치료의 효과성을 모니터링할 수 있는데, 이는 조직의 전기적 전도성이 온도에 종속하기 때문이다.

도 2A 및 2B는 트랜스듀서(160, 164)를 한 쌍의 평판 튜랜스듀서로서 도시하는데, 이것들은 굽은 그리고 위상배열 형태를 가질 수 있음은 명백하다. 도 6에 도시된 바와 같이, 굽은 트랜스듀서는 치료 조직을 에워싸는 형상을 갖거나 그렇게 정렬될 수 있을 것이다. 트랜스듀서의 수는 2개로 한정되지 않으며, 조직 돌기(176)에 접촉하여 초음파가 한 트랜스듀서로부터 방출되어 돌출된 조직을 통과하 여 다른 트랜스듀서에 전파하도록 초음파를 발생하는 추가의 초음파 트랜스듀서(또는 수신기)가 어플리케이터에 부가될 수 있다.

제11/335,181호 출원은 특히 조직의 높은 유연성을 이용하여, 바디 표면 외부로 돌기(176)를 생성한다. 이것은 대상 조직 볼륨으로 에너지를 전달하기 위한 피부/조직의 면적을 증가시키고 치료의 효율성을 향상시킨다. 펌프(136)(도 1 참조)에 의해 어플리케이터(104)에 공급된 음의 압력(진공)은 어플리케이터(104)의 내부에 조직(172) 돌기(176)를 생성한다. 대안으로, 조직(172)의 기계적 조작이 상기 돌기를 생성할 수도 있을 것이다. 상기 돌기에는 한 쌍의 초음파 트랜스듀서(160, 164)이 부착되며 트랜스듀서는 전형적으로 교란되지 않은 피부 표면에 평행한 방향으로, 또는 적어도 상기 최적 각도에 가능한 근접하게 방사한다. 이것은 더 많은 양의 에너지가 대상 조직 볼륨(168)에 집중되게 하지만, 더 깊은 신체 조직에 훨씬 더 적은 방사선이 도달하게 한다. 선택적으로, 초음파의 연조직 커플링 효율을 향상시키기 위해 연조직(soft tissue)과 유사한 음향적 속성을 갖는 쐐기 형상의 초음파 커플링 수단(180)이 사용될 수 있다. 참조번호 '184'는 피부 또는 진피와 같은 상위 조직층을 지시한다.

어플리케이터(104)는 예컨대 원하는 치료 효과를 생성하기에 충분한 에너지 집중을 생성하기 위해 치료되는 피하 조직의 부위에 초음파 에너지를 전달하도록 구성된다. 그러나, 단일 트랜스듀서는 본 명세서에서 초음파 에너지의 정격 양으로서 정해진 제한된 양의 초음파 에너지를 전달할 수 있다. 집속(focusing)의 정도와 초음파 에너지의 집속 볼륨의 크기에 대해 역시 한계가 존재한다. 본 출원의 출원인의 미국 특허 출원 제11/335,181호는 치료 조직(172)의 동일한 대상 볼륨(168)에 집속된, 트랜스듀서(160, 164)와 같은 적어도 한 쌍의 트랜스듀서의 사용을 개시한다.

트랜스듀서(160, 164)는 상기 조직 볼륨에 커플링 되는 에너지의 양을 증가시키기 위해 동일한 대상 조직 볼륨(168)에 에너지를 동시에 전달하도록 동작될 수 있다. 일 실시예에서 두 트랜스듀서는 동일한 주파수의 초음파를 고정된 상대 위상으로 방출한다. 이런 경우에, 초음파 속도 필드는 결합한다. 초음파 파워 밀도는 상기 음파 속도의 절대값의 제곱에 비례한다. 그러므로, 동일한 파워 밀도를 방사하는 2개의 트랜스듀서에 대해, 대상 조직에서의 파워 밀도는 단일 트랜스듀서에 의해 방출된 파워 밀도의 4배가 될 것임을 예상할 수 있다. 실제로, 이 이론적 한계는 도달될 수 없는데, 그 이유는 각 트랜스듀서가 제한된 파워 정격을 갖기 때문이다. 제 1 트랜스듀서에 의해 방출되어 상기 조직의 돌기(176)를 통과해 전송된 초음파가 제 2 트랜스듀서에 도달할 때, 그것은 제 2 트랜스듀서에 의해 방출된 초음파와 간섭한다. 제 2 트랜스듀서는 자신이 방출하는 파워 밀도와 제 1 트랜스듀서에서 도달하는 추가의 파워 밀도를 조정할 수 없다. 전술한 바와 같이, 각 트랜스듀서는 제한된 파워 정격을 갖는다. 이 정격은 제 2 트랜스듀서에 의해 방출될 수 있는 초음파의 파워를 감소시키며 그 반대도 마찬가지이다.

본 발명의 장치 및 방법의 실시예에 의하면, 펄스 모드에서 트랜스듀서의 동작은 이 문제를 완화한다. 상기 펄스의 길이(duration)는 제 1 트랜스듀서에 의해 정면 방출된 초음파가 제 2 트랜스듀서에 도달할 때, 제 2 트랜스듀서가 이미 초음 파의 방출 및 송신을 완료하도록 설정되어야 한다. 펄스와, 특히 짧은 펄스는 절대로 이상적인 구형(square) 펄스는 아니다. 펄스는 항상 상승시간과 하강시간을 가지며, 조직에서 펄스당 최대 에너지와 최대 파워를 얻기 위해 펄스 길이의 추가 최적화가 수행될 수 있을 것이다. 펄스 길이의 교과서적 정의는 반전력 포인트, 또는 소위 -3dB 포인트 사이의 폭이다. 따라서, 최적 상황을 위해 펄스의 반전력(-3dB) 포인트 폭을 트랜스듀서 간 초음파의 전환 시간과 같게, 또는 더 작게 설정하는 것이 가능하다.

본 발명의 출원인은 짧은 펄스가 적어도 긴 펄스만큼 조직 치료에 좋고 동일한 초음파 에너지-조직 상호작용 결과와, 특히 지방 조직 세포 파괴를 생성한다는 것을 실험적으로 확인했다. 상이한 펄스 길이의 영향을 비교하기 위해, 동일한 평균 초음파 파워([피크 파워] x [듀티 사이클])가 모든 테스트에 대해 유지되었다.

짧은 초음파 펄스를 사용하는 중요한 이점은 외피층(184)에서의 파워 밀도가 지방조직에서의 파워 밀도에 비해 작다는 것이다. 일 실시예에 의하면, 돌기의 반대측에서 조직(172) 내로 동일한 주파수의 방사선을 방출하는 2개 이상의 초음파 트랜스듀서(160)는 동일한 조직 볼륨(168)에 집중된다. 만일 펄스(반전력 폭)가 트랜스듀서 간의 전환 시간보다 짧다면, 초음파는 상기 집속 볼륨에서 결합하여 단일 송신 트랜스듀서의 파워의 4배가 될 수 있다. 이와 같이, 높은 파워 밀도는 지방 조직이 있는 돌기의 초점 볼륨에만 존재한다. 초음파 펄스의 도달 시간의 차이 때문에, 외피층(184)에서의 초음파 파워 밀도는 상기 초점 볼륨에서의 파워 밀도보다 상당히 낮다. 상기 펄스의 파워의 피크는 다른 트랜스듀서로부터 도달하는 파 워의 피크 이전에 가장 가까운 트랜스듀서로부터 상기 층에 도달한다. 이것은 외피층(184)에 대한 임의의 잠재적 손상을 회피한다.

만일 송신된 펄스의 길이가 제 1 트랜스듀서에 의해 방출된 초음파가 조직을 통과해서 제 2 트랜스듀서에 도달하는데 필요한 시간보다 짧다면, 상기 방출되어 조직을 통과해서 송신된 펄스의 거의 대부분은 초음파 방출을 완료한 후 수신기로서 동작하는 제 2 트랜스듀서에 도달한다. 만일 펄스 길이가 상기 전환 시간의 2배에 해당하는 경우, 펄스의 절반은 상기 송신의 종료 후에 수신된다. 예컨대, 제 2 트랜스듀서에서 유도된 신호는 다른 트랜스듀서에 의해 방출된 초음파에 의해 한 트랜스듀서에서 유발된 전압일 수 있다. 상기 신호는 당해 기술분야에서 잘 알려진 수단에 의해 샘플링되고 분석될 수 있을 것이다. 이와 같이, 짧은 펄스의 사용은, 추가의 특정 수신기 트랜스듀서의 필요 없이, 상기 조직 내로 파워 송신을 위해 사용된 동일한 트랜스듀서에 기초하여, 상기 조직을 통과한 초음파 송신의 실시간 진단과 상기 치료 조직과 초음파의 상호작용의 분석을 가능하게 한다.

논의된 펄스 길이의 이해를 위해서는 수치예가 도움이 될 것이다. 예를 들면, 트랜스듀서 사이의 거리는 40 내지 50 mm가 될 것이다. 조직 내에서 평균 음속은 약 1500 m/sec이다. 펄스 전환 시간은 약 27 내지 33 마이크로 초가 될 것이다. 그러므로, 만일 펄스 길이가 이 시간보다 짧고 펄스가 두 트랜스듀서에 의해 동시에 송신될 때 한 트랜스듀서에 의해 송신되는 초음파의 시작이 제 2 트랜스듀서에 도달하면, 이것은 이미 송신을 중단하고 수신기로서 동작할 수 있다. 실제에 있어서 초음파 펄스는 이상적인 직사각형은 아니며, 최적 펄스 길이를 선택할 때 고려되어야 하는 상승 및 하강 시간을 갖는다. 최상의 방법은 전환 시간과 같거나 더 짧은 펄스를 사용하는 것이지만, 더 긴 펄스를 사용하거나 송신의 종료 이후에 도달하는 펄스의 트레일링(trailing) 부분만을 샘플링할 수 있다.

이상적인 트랜스듀서를 사용할 필요는 없다. 상기 수신 트랜스듀서는 송신 트랜스듀서에 의해 전송된 주파수 스펙트럼의 적어도 일부를 수신할 수 있어야 한다. 도 3은 트랜스듀서(160, 164)의 각각에서 전형적인 신호 이미지의 예를 도시한다. 참조번호 '190'은 트랜스듀서 구동 전압을 표시한다. 이것은 참조번호 '194'에 의해 표시된 특정 시간 동안 계속된다. 송신시간(198)의 완료 시 다른 트랜스듀서의 초음파가 도달하고, 트랜스듀서에서 신호(202)를 유도하며, 이 신호는 샘플링되어 신호 처리 및 분석 모듈(140)로 통신된다. 전형적으로, 유도된 신호(202)의 진폭은 초음파 전파 손실과 제한된 트랜스듀서 효율 때문에 송신된 신호의 진폭보다 작을 것이다. 두 신호를 처리하면 송신 및 수신 초음파에 대한 중요한 정보가 얻어진다. 트랜스듀서에서 신호 샘플링은 용량성 커플링, 마그네틱 커플링, 또는 저항성 커플링과 같은 임의의 표준 기법에 의해 수행된다.

돌출한 조직을 통과해서 송신된 초음파는 초음파와 조직 사이의 상호작용에 대한 정보, 특히 트랜스듀서에서 발생한 초음파의 조직에 대한 커플링 특성 및 상기 조직을 통한 송신 특성에 대한 정보를 운반한다. 송신 트랜스듀서에 의해 방출된 초음파 펄스에 의해 수신 트랜스듀서에서 유도된 신호의 분석은 다음 파라미터들 중에서 적어도 하나를 포함할 것이다: 제 1 트랜스듀서에 의해 방출된 신호가 제 2 트랜스듀서에 도달하는데 걸린 시간이라 불리는 신호 송신 시간; 수신된 펄스 의 전반부에서 피크 신호 세기, 및 상기 펄스의 전반부 이후에 세기 변동.

도달 시간은 조직 내에서 평균 음파 속도의 직접 측정치이다. 상기 평균 음파 속도는 치료 조직의 결집 상태를 알려준다. 예를 들면, 피부에서 음파 속도는 지방 내에서보다 더 높기 때문에, 두꺼운 피부일수록 평균 음파 속도를 증가시키고 펄스 도달시간을 감소시킨다. 조직 내의 음파 속도는 온도에 종속하는 것으로 아려져 있다. 그러므로, 음파 속도의 측정은 조직 온도의 변화와 그와 관련된 치료의 효율에 대한 데이터를 제공할 수 있다. 조직 온도를 모니터링하는 것은 치료를 제어하여 조직에 원치않는 손상을 회피하기 위해 중요하다. 조직의 가열은 초음파 에너지에 의해 및/또는 RF 에너지의 선택적인 도입에 의해 발생되며, 상기 RF 에너지는 출원인의 미국 특허출원 제11/335,181호에 개시된 바와 같이 치료 조직에 적용된다. 명목 값과 알려진 값으로부터 초음파 이동 시간의 아주 큰 변화는 초음파의 바람직하지 않은 전파 경로를 가리킨다.

펄스의 전반부에서 피크 세기는 송신 트랜스듀서가 적절히 동작하고 있는 것과 초음파의 조직 커플링이 정확하고 따라서 조직을 통한 송신이 양호하다는 것을 직접적으로 나타낸다.

제안된 방법의 출원인에 의해 수행된 실험들은, 초음파가 연속 모드로 적용되고 지방 파괴의 임계치에 도달할 때 유도된 신호 세기가 변동하기 시작한다는 것을 보여주었다. 초음파가 펄스 모드로 조직에 적용될 때, 펄스의 전반부 이후에 변동이 시작된다. 그러므로, 수신 펄스 전반부 이후에서 세기 변동의 측정은 치료의 효과성에 대한 표시이다. 또한, 지방 조직 파괴 프로세스가 완료되었을 때 송 신된 신호 변동이 중지되고 조직을 통한 송신은 상승하여 안정하게 되는 것이 관찰되었다. 이 수신된 펄스 행동은 지방 조직 파괴 프로세스의 시작과 종료에서 좋은 실시간 정보를 제공한다.

이 정보는 상기 유도된 신호의 처리로부터 추출된 부가 정보와 함께 프로세서(124)(도 1)에 전송되어, 초음파 방사선과 조직의 커플링 프로세스를 실시간 능동 모니터링하는데 사용되는 데이터를 제공할 것이다. 교정 행위는 송신된 초음파, 또는 돌기를 생성하는 진공 흡인의 동작 파라미터의 변경(이 파라미터는 커플링에 영향을 미침), 또는 어플리케이터에 포함되는 경우 RF 에너지의 동작 파라미터의 변경을 포함할 수 있다 (RF 에너지는 조직 온도를 변화시키며, 이것은 조직 내에서 초음파 전파 및 상호작용 효과에 영향을 줄 수 있다). 상기 송신된 초음파의 동작 파라미터는 적어도 다음을 포함한다: 펄스 피크 파워, 펄스 길이, 펄스 반복 속도, 트랜스듀서 사이의 상대 위상, 및 위상배열(phased arrays)이 사용되는 경우 포커싱 스킴(focusing scheme). 상기 피크 초음파 세기는 원하는 조직 치료 효과를 위해 문턱 파워를 초과하도록 설정될 수 있지만, 너무 높지 않게 하여 부수적 피해의 위험을 줄여야 한다.

처리 유닛(140)에 의해 프로세서(124)에 송신된 모니터링된 신호 분석을 기초로, 프로세서(124)(도 1)는 교정 동작을 수행하여 상기한 동작 파라미터의 하나 이상을 자동으로 변경할 수 있다. 이와 같은 장치는 폐쇄 루프 모드로 동작할 것이며 시술자 또는 장치 조작자의 개입은 필요하지 않을 것이다. 대안으로, 상기 유도된 신호의 처리로부터 추출된 정보는 디스플레이(142)(도 1)에 표시되어 시술 자 또는 장치 조작자에게 장치의 수동 조작의 가능성을 제공한다. 초음파 동작 파라미터의 수동 변경은 캐패드(128)를 통해 입력하여 실행된다.

초음파 방사선과 조직의 커플링(또는 상호작용)의 실시간 모니터링 프로세스는 장시간 펄스 또는 연속 방사 트랜스듀서에 적용할 수 있다. 이 경우에, 한 트랜스듀서는 치료에 필요한 초음파를 방출하고 다른 트랜스듀서는 상기 시간의 적어도 일부분 동안만 수신기로서 기능한다. 제어 시스템(124)은 상기 시간의 대부분 동안 두 트랜스듀서가 송신하도록 시분할 작업을 위해 설정될 수 있으며, 송신된 에너지의 유도된 신호 분석은 하지 않는다. 트랜스듀서 중 하나가 초음파를 방출하도록 구동되지 않을 때 트랜스듀서는 수신기로서 동작한다. 상기 유도된 신호의 처리 및 분석은 유사한 방법으로 수행된다. 그러나, 일부 시간 신호 모니터링은 대상 조직 볼륨에서 전체 파워 밀도에 대한 정보를 제공하지 않는데, 그 이유는 트랜스듀서 중 하나가 모니터링 시간에는 송신하지 않기 때문이다. 위상배열 트랜스듀서의 적용은 이 문제를 완화할 수 있으며 조직의 치료를 위한 추가의 이점을 제공할 수 있다.

도 4는 본 발명에 의한 방법의 일 실시예에 있어서 조직 치료용 장치의 다른 실시예를 도시한다. 장치(200)는 장치(100)와 구별되는 다수의 특징을 갖는다. 어플리케이터(204)는 위상배열 초음파 트랜스듀서(210)를 포함한다. 컨트롤러(212)의 드라이버 유닛(220)에 위치한 독립 드라이버 채널(250)은 트랜스듀서(210)의 각 개별 요소(260-1 ~ 260-4)를 구동한다. 위상 발생기(264)는 각 요소(260)의 위상을 제어한다. 제어 유닛(212)은 요소들(260)의 위상 프로그램을 제 어한다. 상기 위상 프로그램은 조직(272) 내 원하는 위치에서 초점 볼륨(focal volume)(268)(도 5)을 얻도록 구성된다.

도 5는 조직 치료용 어플리케이터의 추가 실시예의 도면이다. 어플리케이터(204)는 대면하여 배치된 위상배열 초음파 트랜스듀서(210)를 포함한다. 트랜스듀서(210)는 초음파를 조직(272) 내로 전달한다. 선택적으로, 초음파-조직 커플링을 향상시키기 위해 커플링 수단(280)이 사용될 수 있을 것이다. 조직 돌기(226)는 진공 흡인 또는 기계적 조작에 의해 생성된다. 각 트랜스듀서(210)는 복수의 요소(260)에 의해 구성된다. 각 트랜스듀서에는 4개의 요소만이 도시되어 있지만, 개수와 크기는 위상배열 설계의 알려진 관례에 따라 선택될 수 있을 것이다. 독립 드라이버 채널(250)은 각 요소(260)를 구동한다. 위상 발생기(264)는 각 요소(260)의 위상을 제어한다. 제어 유닛(212)은 요소들(26)이 대상 볼륨(268)에서 초점을 이루도록 요소들(260)의 위상 프로그램을 제어한다.

각 트랜스듀서의 2개의 요소, 예컨대 요소(2, 3)가 표본 추출된다. 샘플링과 유도된 신호 분석을 위해 임의의 수의 요소가 선택될 수 있다. 더 많은 요소가 선택될수록, 송신 데이터는 더 정확하다. 샘플링은 임의의 알려진 커플링 수단에 의해 실행될 수 있다. 상기 커플링 수단에 의해 생성된 신호는 처리 및 분석 모듈(140)과 프로세서(124)에 공급된다. 전술한 바와 같이, 프로세서(124)는 자동으로 처리 파라미터를 변경하고, 커플링이 불량한 경우 치료를 중지하고, 및/또는 상기 정보를 시술자나 조작자가 판단할 수 있도록 표시할 수 있다. 전술한 모든 유도된 신호 분석은 필요한 변경을 가하여 상기 위상배열 트랜스듀서에 적용 가능하 다.

또한, 위상배열 트랜스듀서의 적용은 수신된 데이터의 정교한 분석과 더 양호한 치료 제어를 가능하게 한다. 예를 들면, 조작자는 상기 초점 볼륨의 스캐닝을 수행하도록 제어 시스템에 지시할 수 있다. 제어 시스템은 위상을 계산하여 원하는 위치에서 초점 볼륨을 얻는다. 만일 초음파 송신이 각 초점 볼륨에 대해 충분하다면, 상기 어레이들의 표본 추출된 요소들에서 특정 전압 세트들이 기대된다. 적정한 송신에서의 임의의 편차는 인지될 것이고 분석되어 송신에 대한 데이터를 얻을 수 있다. 예를 들면, 요소(2, 3)는 초점이 그 사이에 위치하는 것을 의도할 때 동일한 전압을 생성한다. 상기 초점 볼륨의 우발적 이동은 요소(2, 3)에 의해 생성된 전압에서의 차이에 의해 검출될 수 있을 것이다. 균일 위상 트랜스듀서와 유사한 방식으로 짧은 펄스가 위상배열 트랜스듀서에서 사용된다. 위상배열은 긴 펄스 또는 연속 전송의 모니터링을 더욱 용이하게 한다. 제어 시스템(240)은 원하는 시간 동안 특정 요소를 선택하고 표본 추출할 수 있다. 상기 시간 동안, 선택된 요소는 송신을 위해 구동되지 않고 수신기로서 사용될 것이다. 어레이 내의 요소들의 수가 충분히 크다면 초점 조직 볼륨에서 파워의 손실은 작다. 예를 들면, 32-요소 어레이에서, 방출하지 않는 한 요소는 방출된 방사선의 단지 1/32만을 감소시킨다. 더욱 정교한 제어 스킴은 시간 및 위치 프로그램에 따라 요소들을 표본 추출할 수 있다.

본 발명의 출원인은 초음파 펄스가 지방조직 세포를 파괴할 때 직접 소리를 들을 수 있다는 것을 실험적으로 확인했다. 상기 신호는 각 초음파 펄스를 수반하 는 "노킹(knocking)" 노이즈의 형태이다. 도 6은 본 발명의 방법의 추가 실시예에 있어서 조직 치료용 어플리케이터를 도시한다. 어플리케이터(300)는 음향 마이크로폰(304)을 포함한다. 마이크로폰은 치료 조직으로부터 가청음을 수집하여, 초음파 펄스를 수반하는 소리만을 여과한다. 도 7에 도시된 트랜스듀서(270)는 치료 조직(172)을 에워싸도록 정렬되거나 또는 그런 형상을 갖는 굽은 트랜스듀서, 레귤러(regular) 트랜스듀서, 또는 위상배열 트랜스듀서가 될 수 있다. 도 6의 조직 치료용 어플리케이터의 단면인 도 7에 도시된 위상배열 어레이(270)의 상이한 동작 부분들은 초음파 필드를 공통의 대상 초점 볼륨에 집중하도록 동작될 수 있을 것이다. 참조번호 '280(실선)'과 참조번호 '290(파선)'은 트랜스듀서(270)에 의해 생성되어 상이한 방향으로부터 초점 볼륨(168)으로 향해 집중되는 초음파 필드를 보여준다.

개시된 방법 및 장치는 시술자에게 조직을 통과한 초음파의 커플링 및 송신의 품질을 명백히 표시하고, 초음파 에너지와 조직의 상호작용에 대한 정보를 제공하고, 치료의 품질을 향상시킨다.

유도된 신호 파워 변동은, 언제 대상 볼륨으로의 초음파의 도입이 중단되고 다음 볼륨의 치료가 시작될지, 지방조직의 결집 상태의 변화 시 상기 치료가 얼마나 성공적이었는지에 대한 정보를 제공한다.

짧은 펄스를 사용함으로써, 트랜스듀서의 파워 정격을 초과하지 않으면서, 치료되는 조직 내에서 높은 파워 밀도가 얻어질 수 있다.

짧은 펄스의 또 하나의 이점은 외부 조직층에서 초음파 파워 밀도가 초점 볼 륨에서의 파워 밀도보다 상당히 낮다는 것이다.

짧은 펄스는 트랜스듀서에 의한 동일한 것을 송신 및 수신하는 것과, 송신된 신호와 수신된 신호를 그것들의 전파시간 지연에 의해 분리하는 것을 가능하게 한다.

위상배열의 적용은 파워 손실이 거의 없이 송수신 작업 사이에 시분할을 가능하게 한다.

초음파 전파의 초점 볼륨의 우발 이동 또는 다른 교란은 위상배열 트랜스듀서의 요소를 수신함으로써 생성된 전압의 차이에 의해 검출될 수 있다.

본 발명의 방법 및 장치의 실시 형태를 예를 들어 설명했지만, 본 발명의 장치 및 방법의 사상과 범위에 영향을 주지 않으면서 다양한 변경이 이루어질 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 다음에 첨부한 특허청구범위에 의해 정해진다.

Claims

연조직(soft tissue)을 치료하는 방법에 있어서,

a) 2개 이상의 초음파 트랜스듀서를 조직 돌기에 적용하여 상기 트랜스듀서를 펄스 또는 연속 동작 모드로 동작시키는 단계;

b) 다른 트랜스듀서에 의해 방사되어 상기 돌기를 통과해 송신된 상기 초음파 파워의 전부 또는 일부를 상기 트랜스듀서 중 하나 이상에 의해 수신하는 단계; 및

c) 상기 수신된 파워를 분석하여 상기 치료 조직에 대한 초음파의 커플링(coupling), 상기 조직 볼륨의 결집 상태, 상기 조직 내의 음파 속도, 및 지방 조직 파괴의 개시 중 하나 이상을 실시간 모니터링하기 위한 데이터를 제공하는 단계;

을 포함하는 연조직의 치료 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 초음파 펄스 길이는 상기 트랜스듀서 사이에 혼신(crosstalk)을 제거하는 것을 특징으로 하는 연조직의 치료 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 트랜스듀서 중 하나에 의해 방출된 초음파가 제 2 트랜스듀서에 도달하 는 시간보다 상기 펄스의 반 전력 폭이 더 짧도록, 상기 트랜스듀서를 펄스 모드로 동작하고 상기 펄스의 길이를 선택하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연조직의 치료 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 트랜스듀서 각각은 상기 돌기에 위치한 공통의 대상 조직 볼륨으로 방출하는 것을 특징으로 하는 연조직 치료 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 돌기는 초음파 에너지가 통과하여 상기 대상 조직 볼륨에 전달되는 조직의 면적을 증가시키는 것을 특징으로 하는 연조직 치료 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 트랜스듀서는 상기 교란되지 않은 피부 표면에 평행한 방향으로 초음파 에너지를 방사하는 것을 특징으로 하는 연조직 치료 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 트랜스듀서 각각은 초음파 방사선 방사 모드로의 동작 완료 시 상기 초음파 방사선 수신 모드로 동작하는 것을 특징으로 하는 연조직 치료 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 수신된 초음파 펄스 신호의 파라미터는 신호 전환 시간, 펄스 전단부에서 피크 수신 세기, 펄스 전단부 이후 세기 변동, 및 위상 천이 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 연조직 치료 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 초음파 방사선은 연속 모드로 방출되고,

상기 초음파 송신 데이터의 파라미터는 피크 신호 세기, 세기 변동, 및 위상 천이 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 연조직 치료 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 돌기를 통과해서 송신된 방사선을 수신하고 분석하는 것은 상기 초음파 동작 파라미터를 설정하는데 사용되고,

상기 파라미터 설정은 자동 또는 수동 모드 어느 하나로 수행되는 것을 특징으로 하는 연조직 치료 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 수신 신호 세기의 변동은 상기 지방 조직의 파괴를 나타내고 수신 신호전력 변동의 부존재는 상기 지방 조직 파괴 프로세스의 종료를 나타내는 것을 특징으로 하는 연조직 치료 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 수신 전력의 세기는 상기 처리의 유효성을 나타내는 것을 특징으로 하는 연조직 치료 방법.
제 1 항에 있어서,

가청 신호는 상기 지방 조직 세포의 파괴를 나타내는 것을 특징으로 하는 연조직 치료 방법.
제 1 항에 있어서,

RF(Radio Frequency) 파워를 상기 초음파 에너지와 동시에 적용하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연조직 치료 방법.
연조직 치료 방법에 있어서,

a) 조직 돌기 내의 공통 조직 볼륨으로 방출하는 두 개 이상의 초음파 트랜스듀서를 상기 조직 돌기에 적용하여 초음파 방사선을 적어도 일부 시간 동안 방출하고 상기 방출된 초음파 방사선을 적어도 일부 시간 동안 수신하도록 상기 트랜스듀서를 동작시키는 단계; 및

b) 상기 조직 돌기를 통해 송신된 방사선을 수신하고 처리하여 상기 초음파 방사선을 조직의 커플링으로 능동적으로 모니터링하기 위해 사용하는 단계;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 연조직 치료 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 초음파 방사선은 연속 모드 또는 펄스 모드 어느 하나로 방출되는 것을 특징으로 하는 연조직 치료 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 조직 돌기를 통과해 송신된 방사선의 상기 처리는 상기 초음파 신호의 동작 파라미터의 설정을 가능하게 하고,

상기 설정은 자동 또는 수동 모드 어느 하나로 수행되는 것을 특징으로 하는 연조직 치료 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 수신 신호의 세기 변동은 상기 지방 조직 파괴의 문턱값을 나타내는 것을 특징으로 하는 연조직 치료 방법.
제 15 항 또는 제 18 항에 있어서,

상기 초음파 신호의 동작 파라미터는 상기 펄스 피크 파워, 펄스 길이, 펄스 반복 속도, 트랜스듀서 간의 상대 위상, 및 집속 스킴(focusing scheme) 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 연조직 치료 방법.
제 15 항에 있어서,

귀로 들을 수 있는 신호는 상기 지방 조직 세포가 파괴된 것을 나타내는 것을 특징으로 하는 연조직 치료 방법.
연조직의 치료에 사용되는 어플리케이터(applicator)를 동작하는 방법에 있어서,

a) 2개 이상의 초음파 트랜스듀서를 상기 어플리케이터에 제공하는 단계, 및

b) 제 1 트랜스듀서에 의해 앞으로 방출된 초음파가 제 2 트랜스듀서에 도달하는데 걸리는 시간보다 상기 펄스 길이가 짧도록 상기 트랜스듀서를 펄스 모드로 동작하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 연조직 치료 어플리케이터를 동작하는 방법.
제 21 항에 있어서,

상기 초음파는 상기 어플리케이터에 의해 형성된 피부 돌기에 적용되는 것을 특징으로 하는 연조직 치료 어플리케이터를 동작하는 방법.
제 21 항에 있어서,

초음파와 중첩하는 기간 이상 상기 돌기에 RF 에너지를 적용하는 단계를 추 가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연조직 치료 어플리케이터를 동작하는 방법.
초음파 조직 치료 동안에 연조직에 대한 손상을 회피하는 방법에 있어서,

a) 연조직 돌기를 형성하는 단계;

b) 2개 이상의 트랜스듀서를 적용하고 상기 트랜스듀서에 의해 상기 돌기의 공통 대상 볼륨에 초음파를 방출하는 단계;

c) 상기 볼륨에서 높은 초음파 방사선 밀도가 생성되도록 상기 트랜스듀서를 동작시켜 초음파 펄스를 상기 볼륨에 전달하는 단계; 및

d) 하나의 트랜스듀서에 의해 방출된 초음파가 한 번에 하나씩만 외부 조직의 섹션을 통과하도록 상기 트랜스듀서의 동작 주기를 조정하는 것;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 연조직 치료 어플리케이터를 동작하는 방법.
연조직을 초음파 치료하는 장치에 있어서,

a) 상기 연조직의 돌기를 생성하고 하나 이상의 송신 트랜스듀서와 하나 이상의 초음파 에너지 수신 트랜스듀서를 갖는 어플리케이터(applicator); 및

b) 상기 어플리케이터를 구동하고 상기 초음파 에너지 수신기에 의해 수신된 신호를 처리하는 신호 처리 및 분석 유닛을 구비하는 컨트롤러;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 연조직을 초음파 치료하는 장치.
제 25 항에 있어서,

상기 어플리케이터는 진공 또는 기계적 수단에 의해 상기 조직 돌기를 생성하는 것을 특징으로 하는 연조직을 초음파 치료하는 장치.
제 25 항에 있어서,

상기 신호 처리 및 분석 유닛은 소프트웨어 또는 하드웨어이고,

상기 수신 초음파 펄스 신호의 파라미터는 신호 전환 시간, 펄스 전반부에서 피크 수신 세기, 펄스 전반부 이후의 세기 변동, 및 위상 천이 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 연조직을 초음파 치료하는 장치.
제 25 항에 있어서,

상기 트랜스듀서는 균일 위상(uniform phase) 트랜스듀서, 굽은(curved) 트랜스듀서, 또는 위상배열(phased array) 트랜스듀서 중 하나이고,

상기 위상배열 트랜스듀서의 일 부분은 수신기로 동작하는 것을 특징으로 하는 연조직을 초음파 치료하는 장치.
제 25 항 또는 제 28 항에 있어서,

상기 트랜스듀서의 수신부는 상기 치료 프로세스의 피드백을 상기 컨트롤러에 제공하고,

상기 컨트롤러는 상기 피드백을 기초로 상기 초음파 신호 동작 파라미터 중 하나 이상을 설정하는 것을 특징으로 하는 연조직을 초음파 치료하는 장치.
제 25 항 또는 제 29 항에 있어서,

상기 초음파 신호의 상기 동작 파라미터는 펄스 피크 파워, 펄스 길이, 펄스 반복 속도, 트랜스듀서 간의 상대 위상, 및 집속 스킴(focusing scheme) 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 연조직을 초음파 치료하는 장치.
제 25 항에 있어서,

상기 어플리케이터는 초음파-조직 커플링 효과를 감지하여 가청 신호를 생성하는 마이크로폰을 포함하고,

상기 마이크로폰은 상기 제어 유닛과 통신하는 것을 특징으로 하는 연조직을 초음파 치료하는 장치.
제 25 항 또는 제 31 항에 있어서,

상기 컨트롤러는 상기 마이크로폰 신호에 기초하여 상기 초음파의 동작 파라미터를 설정하는 것을 특징으로 하는 연조직을 초음파 치료하는 장치.
제 25 항에 있어서,

상기 어플리케이터는 적어도 한 쌍의 RF 전극을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연조직을 초음파 치료하는 장치.
연조직을 초음파 치료하는 장치에 있어서,

a) 상기 연조직 돌기를 형성하고, i) 상기 돌기에 초음파 방사선을 적용하는 하나 이상의 초음파 트랜스듀서, 및 ⅱ) 상기 돌기를 통과해 송신된 초음파 방사선을 수신하는 하나 이상의 초음파 방사선 수신기를 포함하는 어플리케이터; 및

b) 상기 어플리케이터의 동작을 제어하고, i) 상기 트랜스듀서를 구동하는 초음파 드라이버, 및 ii) 상기 수신기에 의해 수신된 신호를 처리하고 상기 초음파 드라이버의 동작 파라미터를 설정하는 처리 및 분석 유닛을 포함하는 컨트롤러;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 연조직을 초음파 치료하는 장치.
제 34 항에 있어서,

상기 어플리케이터는 한 쌍의 RF 전극과 마이크로폰을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연조직을 초음파 치료하는 장치.
제 34 항에 있어서,

상기 컨트롤러는 상기 RF 전극과 통신하는 RF 발생기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연조직을 초음파 치료하는 장치.
연조직을 초음파 치료하는 장치에 있어서,

a) 상기 연조직 돌기를 형성하고, i) 상기 돌기에 초음파 방사선을 적용하는 둘 이상의 초음파 트랜스듀서, ⅱ) 한 쌍의 RF 전극, 및 ⅲ) 초음파-조직 커플링의 가청 효과를 모니터링하는 마이크로폰을 포함하는 어플리케이터; 및

b) 상기 어플리케이터의 동작을 제어하는 컨트롤러;

를 포함하고,

상기 트랜스듀서 각각의 전부 또는 일부는 수신기로 동작하는 것을 특징으로 하는 연조직을 초음파 치료하는 장치.
제 37 항에 있어서,

a) 상기 연조직 돌기를 형성하는 진공의 소스(source)에 대한 접속; 및

b) 상기 수신기에 의해 수신된 초음파 신호를 처리하는 신호 처리 및 분석 유닛에 대한 접속을 포함하는 것을 특징으로 하는 연조직을 초음파 치료하는 장치.