KR20140106781A - Ultrasound therapy device having a resonant frequency of the auto-matching capabilities - Google Patents

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Abstract

The present invention discloses a ultrasonic transducer having an optimum lossless ultrasonic output function through a method of finding a matching resonant frequency between a frequency variable ultrasonic treatment device and an piezoelectric element attached to the ultrasonic transducer; and an ultrasonic treatment device including the same. The frequency variable ultrasonic treatment system includes: a frequency generation unit for varying an ultrasonic frequency; a power supply unit for supplying a current to a piezoelectric element; and a control unit for supplying electric power to the piezoelectric element, outputting a frequency, and analyzing various signals. Here, the ultrasonic treatment device further includes a measuring matching circuit for measuring a signal supplied to an ultrasonic transducer, and the measured signal includes a function of automatically finding and applying an optimum matching resonant frequency through an analysis of MCU.

Description

공진 주파수 자동 매칭 기능을 가지는 초음파 치료 장치{ULTRASOUND THERAPY DEVICE HAVING A RESONANT FREQUENCY OF THE AUTO-MATCHING CAPABILITIES}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an ultrasound therapy apparatus having a resonance frequency automatic matching function,

본 발명은 초음파 치료 장치에서 발생시킨 전기적 신호를 압전소자에 인가하여 초음파를 발생시키는 초음파 트랜스듀서 사이의 최적효율을 위해 자동으로 공진 주파수를 찾아 매칭시켜주는 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 트랜스듀서에 공급 및 발생되는 각종 신호를 분석하여 초음파 주파수의 가변기능이 있는 치료 장치와 트랜스듀서 사이의 공진 주파수를 자동 매칭하는 초음파 치료 장치에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a system for automatically matching and matching a resonance frequency for an optimal efficiency between ultrasonic transducers for generating ultrasonic waves by applying an electric signal generated in an ultrasonic wave treatment apparatus to a piezoelectric element, And more particularly, to an ultrasound therapy apparatus for automatically matching a resonance frequency between a therapeutic device and a transducer having a variable function of an ultrasonic frequency.

초음파는 20㎑ 이상의 주파수를 갖는 음파이다. 초음파는 가청 음파보다 주파수가 높기 때문에, 강한 직진성을 가지고 음원으로부터 방사된다. 이러한 강한 직진성에도 불구하고, 초음파는 역학적인 파동이기 때문에 매질을 전리시키지 않는다. 초음파 의료기기는 비침습적(non-invasive)이라는 장점이 있을 뿐만 아니라 X-선과 달리 전리 부작용이 없다는 특성을 지니고 있기 때문에, 의료진단 및 치료에 널리 사용되고 있다. 현재까지 알려진 초음파가 인체에 미치는 영향은 크게 열적인 영향과 역학적인 영향 두 가지로 정리된다. 열적인 영향은 초음파의 음향에너지가 인체 조직에 흡수되어 열로 전환되어 체내 온도가 증가하는 것을 말한다. 역학적 영향은 인체 조직 내에서 열은 발생하지는 않으나 미세 버블(bubble)의 파열로 인해 발생하는 충격파와 같은 물리적인 영향을 주는 것을 말한다. 또한, 인체질환을 치료할 목적으로 비침습적으로 인체에 직접조사될 수 있고, 열 효과 및/또는 기계적 효과를 이용하여 통증의 치료나 뼈의 치료 및 마사지 등의 목적으로 사용될 수도 있다.
Ultrasonic waves are sound waves having a frequency of 20 kHz or more. Because ultrasound is higher in frequency than audible sound waves, it is emitted from a sound source with strong linearity. Despite this strong linearity, ultrasonic waves do not propagate the medium because they are mechanical waves. Ultrasonic medical devices are not only non-invasive but also have the characteristics that they do not have ionization side effects unlike X-rays, and they are widely used for medical diagnosis and treatment. The influence of ultrasound on the human body is summarized as a thermal effect and a mechanical effect. The thermal effect means that the acoustic energy of the ultrasonic waves is absorbed by the human body tissue and converted into heat, thereby increasing the body temperature. The mechanical effect refers to a physical effect such as a shock wave generated by rupture of a micro bubble, which does not generate heat in the tissue. In addition, it can be directly irradiated to a human body for the purpose of treating a human disease, and can be used for treatment of pain, treatment of bones and massage by using heat effect and / or mechanical effect.

종래의 초음파를 이용한 치료기기는, 초음파를 발생시키기 위한 초음파 주파수 발진부와 초음파 주파수 발진부에 전류를 공급하기 위하여 전류를 발생시키는 증폭부, 및 증폭부 및 초음파 주파수 발진부를 제어하기 위한 제어부를 포함하여 구성되는 것이 일반적이다.
A conventional ultrasonic therapeutic apparatus includes an ultrasonic frequency oscillation unit for generating ultrasonic waves, an amplification unit for generating a current for supplying a current to the ultrasonic frequency oscillation unit, and a control unit for controlling the amplification unit and the ultrasonic frequency oscillation unit, .

그리고, 종래의 초음파 치료시스템은 중앙처리장치(10)와 압전효과를 이용한 초음파 트랜스듀서(30)로 구성될 수 있는데, 도 1에는 종래의 초음파 치료 장치의 블럭도가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 종래의 초음파 치료시스템은 메인컨트롤부에서 주파수 발진을 위해 RC발진 및 특정주파수 대역에서 발진할수 있는 고정형 발진회로를 구성하여 트랜스듀서의 특징에 맞는 공진 주파수가 아닌 시스템 자체에서 발진되는 주파수가 인가됨으로써 압전소자의 공진점이 아닌 상이한 주파수 대역에서 발진함으로 인하여 압전소자의 효율을 떨어뜨리고 공급되는 전기에너지가 다수 열로 손실되고 물리적 운동에너지로 변화되는 에너지가 감소되어 치료에 필요한 초음파 출력에너지가 감소되어 초음파 에너지를 얻는데 더 많은 전력을 손실하게 되며, 초음파 트랜스듀서의 하우징에서 고열이 발생하여 환자에게 화상이 발생하는 문제점이 발생할 수도 있다. 이에 따라, 초음파 트랜스듀서에 접착된 발진소자의 전극부에 전류를 공급하게 되면, 발진소자의 콘덴서의 역할을 하게 되고, 압전소자가 유전체로 기능을 하여 초음파의 주파수 값이 결정된다.
The conventional ultrasound therapy system may include a central processing unit 10 and an ultrasound transducer 30 using a piezoelectric effect. FIG. 1 is a block diagram of a conventional ultrasound therapy apparatus. Referring to FIG. 1, in the conventional ultrasound therapy system, a main oscillation circuit for generating a frequency and oscillating in a specific frequency band is configured for frequency oscillation in the main control unit, so that a resonance frequency corresponding to the characteristics of the transducer, The oscillation occurs in a different frequency band than the resonance point of the piezoelectric element. As a result, the efficiency of the piezoelectric element is lowered, the supplied electric energy is lost in a plurality of rows, and the energy that is converted into physical kinetic energy is reduced. The ultrasonic energy is lost, and more power is lost. In addition, a high temperature is generated in the housing of the ultrasonic transducer, and a problem may occur that an image is generated to the patient. Accordingly, when a current is supplied to the electrode portion of the oscillation element bonded to the ultrasonic transducer, the piezoelectric element serves as a capacitor of the oscillation element, and the frequency value of the ultrasonic wave is determined by the piezoelectric element functioning as a dielectric.

그러나, 압전소자에 금속을 가공하여 접착을 하면 기존의 압전소자가 가지는 고유 초음파 주파수보다 무거워지게 되고 공진 주파수도 낮아지게 된다. 압전소자의 고유의 특징은 제조사 별로 다르며, 배합원료량에 따라 달라져 단일 고정형 발진회로를 설계하여 적용하게 되면 발진소자에 충격을 지속적으로 주게 되어 압전소자의 폴링이 풀리 등의 문제가 발생된다.
However, when the piezoelectric element is bonded by metal processing, the piezoelectric element becomes heavier than the inherent ultrasonic frequency, and the resonance frequency becomes lower. The inherent characteristics of the piezoelectric element are different according to the manufacturer and vary depending on the amount of the raw material, so that when a single fixed oscillation circuit is designed and applied, the oscillation element is continuously impacted, causing problems such as pulling of the piezoelectric element.

종래의 초음파 치료기기는 특정 트랜스듀서의 압전소자의 특성에 맞는 단일의 주파수 대역에 해당되는 초음파를 공급하게 되면, 다른 초음파 트랜스듀서의 압전소자의 주파수 대역의 초음파를 발진시키기 위해서는 별도의 초음파 치료기기를 설계하거나 시스템과 트랜스듀서를 일 대 일 매칭해주어야 하는 문제점이 있었다. 예를 들면, 종래의 초음파 치료 장치와 초음파 트랜스듀서를 일 대 일로 매칭하여 생산하게 되면 트랜스듀서의 고장이 발생할 경우 전체 시스템을 수정해야 하거나 전체 시스템을 교체해야 하는 것이 일반적이다.
When a conventional ultrasound therapy apparatus supplies ultrasound corresponding to a single frequency band that matches the characteristics of a piezoelectric element of a specific transducer, it is necessary to use a separate ultrasound therapy apparatus Or a one-to-one matching between the system and the transducer. For example, if a conventional ultrasonic treatment apparatus and an ultrasonic transducer are produced by matching one to one, it is generally required that the entire system be modified or the entire system should be replaced when a transducer fails.

그리고 초음파 치료 장치에 상술한 한 가지 초음파 주파수를 발진할 경우 초음파 치료 장치의 제조비용 및 A/S 비용부담이 증가하는 등의 문제점이 있었다.
In addition, there is a problem that when the ultrasound frequency is oscillated in the ultrasound therapy apparatus, the manufacturing cost and the A / S cost of the ultrasound therapy apparatus are increased.

이에 따라, 본 발명자는 하나의 초음파 치료 시스템에 가변이 가능한 주파수 발진부를 설계하고 초음파 트랜스듀서의 공진 특성에 맞는 주파수를 각 A/D 포트를 통해 들어오는 신호를 분석하여 찾을 수 있는 알고리즘 기능을 이용하여 주파수 트랜스듀서의 특성에 맞는 초음파 공진 주파수를 선택적으로 발생시킬 수 있도록, 주파수 변조가 가능하고 구성이 단순화된 초음파 치료시스템을 개발하게 되었다.Accordingly, the present inventors have designed a frequency oscillation unit that can be varied in one ultrasonic therapeutic system, and using an algorithm function capable of analyzing a frequency that meets the resonance characteristics of the ultrasonic transducer and analyzing signals coming in through the respective A / D ports An ultrasonic therapeutic system capable of frequency modulation and simplified in construction has been developed so as to selectively generate an ultrasonic resonance frequency according to the characteristics of a frequency transducer.

본 발명은 고유의 공진 특성이 다른 트랜스듀서의 압전소자의 공진 특성에 맞는 공진 주파수를 A/D포트로 들어오는 신호들을 분석하여 최적의 매칭 공진 주파수를 선택하고 선택된 주파수 변화에 따라 주파수 변조가 가능한 초음파치료 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention analyzes an incoming signal of a resonance frequency matching a resonance characteristic of a piezoelectric element of a transducer having a unique resonance characteristic to an A / D port, selects an optimum matching resonance frequency, And to provide a therapeutic device.

상술한 목적을 해결하기 위하여, 본 발명은, 초음파 발생을 위한 압전소자와; 상기 압전소자에 전류를 인가하기 위한 증폭부와; 상기 두 종류의 매칭을 위한 매칭 회로와; 신호분석을 위한 신호측정용 회로부를 포함하여 구성되는 초음파 치료 장치(Ultrasound Therpy device)를 제공한다.
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a piezoelectric device comprising: a piezoelectric element for generating ultrasonic waves; An amplifier for applying a current to the piezoelectric element; A matching circuit for the two kinds of matching; And an ultrasonic therapeutic apparatus including a signal measuring circuit for signal analysis.

여기서, 상기 압전소자는 가공된 하우징에 부착된 상태이며, 안정된 신호 패턴 신호의 측정을 위해서는 제조사마다 별도의 특성이 존재하기 때문에 동일회사의 동일모델의 압전소자를 사용하여야 하며, 매칭용 회로에 사용되는 부품은 오차율이 적은 부품을 사용하여 정밀도를 높여야하며, 출력 신호측정을 위한 회로는 매칭회로의 간섭을 주지않도록 하기 위해 회로를 각각 분리되어 설계하고 두 회로 간의 간섭이 발생하지 않도록 구성된다.
Here, since the piezoelectric element is attached to the processed housing and there is a characteristic for each manufacturer in order to measure the stable signal pattern signal, the same model of the piezoelectric element of the same company should be used. In order to avoid the interference of the matching circuit, the circuit for the output signal measurement is designed so that the circuit is separately designed and the interference between the two circuits is not generated.

또한, 상기 초음파 주파수 발생부는, 측정된 신호의 분석 작업을 통해 매핑된 주파수로 변경할 수 있도록 별도의 발진 가변형 회로를 최소 1㎑ 단위에서 최대 100㎑ 단위로 가변할 수 있도록 구성하며, 주파수 안정성을 확보하기 위해 PLL 회로(phase locked loop circuit)를 보강하여 설계하여 선택된 정확한 공진 주파수로 발진할수 있게 된다.
In addition, the ultrasonic frequency generator may be configured so that a separate oscillation type variable circuit can be varied in units of at least 1 kHz, in units of a maximum of 100 kHz, so that it can be changed to a mapped frequency through analysis of measured signals. A PLL circuit (phase locked loop circuit) is designed to be reinforced to oscillate at a selected accurate resonance frequency.

다른 일 형태로서 본 발명은, 상술한 구조의 초음파 치료 장치와; 트랜스듀서에서 선택된 공진 주파수대역의 초음파 주파수가 발생되도록 상기 가변주파수 발진부를 선택적으로 제어하여, 상기 주파수 가변 회로 구동을 제어하는 구동제어부를 가지며, 상기 트랜스듀서가 결합되는 초음파 본체시스템을 포함하여 구성되는 초음파 치료 장치를 제공한다.In another aspect, the present invention provides an ultrasound therapy apparatus comprising: And an ultrasonic main body system having a drive control unit for selectively controlling the variable-frequency oscillation unit so as to generate an ultrasonic frequency in a resonance frequency band selected by the transducer and controlling the frequency-variable-circuit drive, An ultrasonic therapeutic apparatus is provided.

상술한 본 발명에 따른 발진소자가 장착된 트랜스듀서 및 이를 가지는 초음파 치료에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
The transducer equipped with the oscillator according to the present invention and the ultrasonic treatment having the transducer have the following effects.

첫째, 본 발명에 의하면, 발진소자를 포함한 트랜스듀서와 초음파 치료기기 간의 최적의 공진 주파수를 선택하기 위해 추가된 신호검출회로에 의해 측정된 신호 분석 알고리즘을 통하여 공진 주파수를 설정함에 따라, 향후 IEC 60601-2-37과 IEC 60601-2-5의 국제규격을 바탕으로 한 국제권고사항인 Output Display Standard 구현에 기본바탕기술 확보하게 된다.
According to the present invention, by setting a resonance frequency through a signal analysis algorithm measured by an additional signal detection circuit to select an optimum resonance frequency between a transducer including an oscillation element and an ultrasonic treatment apparatus, the IEC 60601 - 37 and IEC 60601-2-5 based on the International Standard for Output Display Standard.

둘째, 본 발명에 의해 구성된 주파수 가변형태의 회로는 주파수 미세조정을 통한 주파수 발진으로 정확하게 공진 주파수를 발진할 수 있으며, MCU의 제어에 의해 제어되며, 증폭부의 전원도 함께 제어할 수 있으므로 초음파 출력 음향 세기를 각 스텝별로 출력이 가능하다.
Secondly, the variable-frequency circuit according to the present invention can accurately oscillate the resonance frequency by frequency oscillation through fine tuning of frequency, and can be controlled by the control of the MCU, and the power of the amplification unit can be controlled together. The strength can be output for each step.

셋째, 자동 스캔을 통해 공진 주파수의 정확한 주파수를 선택함으로, 트랜스듀서를 오래 작동을 했을 경우 정확한 매칭을 통해, 장시간 원하는 초음파 출력을 유지할 수 있고 생물학적 안전성 확보할 수 있으나, 주파수 및 회로의 매칭이 되지 않을 경우 초음파 출력은 감소되고 오히려 압전소자에서 열이 발생하게 되고 열에 의해 공진점이 변경되어 점점더 초음파 출력은 감소되고 열이 점점 많이 발생하는 악순환이 발생하게 된다. 또한, 반대로 출력이 증가할 수도 있으며 규제규격에서 3W/㎠ 이하로 규정되어 있는 초음파 피복량 이상의 불필요한 초음파 에너지에 노출로 피부 괴사 등의 부작용으로 잠재적으로 인체에 영향을 줄 수도 있다.
Third, by selecting the exact frequency of the resonance frequency through automatic scanning, it is possible to maintain the desired ultrasonic output for long time through precise matching when the transducer is operated for a long time and to secure biological stability, but the frequency and circuit are not matched The ultrasonic output is reduced and heat is generated in the piezoelectric element, and the resonance point is changed by the heat, so that the ultrasonic output is gradually reduced and a vicious cycle in which heat is generated more and more occurs. Inversely, the output may increase, and it is 3W / ㎠ Of the total amount of ultrasound to be applied to the human body may be negatively affected by the side effects such as skin necrosis.

넷째, 안전성 있는 정확한 초음파 에너지 출력을 유지할 수 있으므로 출력에 대한 안정성 및 신뢰도 향상되며, 초음파가 인체 미치는 잠재적 영향을 최소화할 수 있다.Fourth, since it is possible to maintain a safe and accurate ultrasonic energy output, stability and reliability of the output can be improved, and the potential influence of ultrasonic waves on the human body can be minimized.

도 1은 종래의 초음파 치료 장치에 구비되는 초음파 치료기기를 개략적으로 나타낸 블럭도들이다.
도 2는 본 발명에 따른 초음파 치료 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 주파수 가변 및 주파수 출력 안정화 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 4는 본 발명에 따른 매칭용 공진 주파수 설정 과정을 나타낸 순서도이다.1 is a block diagram schematically showing an ultrasonic treatment apparatus provided in a conventional ultrasonic treatment apparatus.
2 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic wave treatment apparatus according to the present invention.
3 is a block diagram illustrating a frequency variable and frequency output stabilization configuration in accordance with the present invention.
4 is a flowchart illustrating a matching resonance frequency setting process according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in order that those skilled in the art can easily carry out the present invention. In the following detailed description of the preferred embodiments of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In the drawings, like reference numerals are used throughout the drawings.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’ 되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’ 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’ 되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’ 한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
In addition, in the entire specification, when a part is referred to as being 'connected' to another part, it may be referred to as 'indirectly connected' not only with 'directly connected' . Also, to "include" an element means that it may include other elements, rather than excluding other elements, unless specifically stated otherwise.

먼저, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 주파수 가변을 통한 공진 주파수 자동 매칭 기능을 가지는 초음파 치료 장치의 일 실시예를 설명한다. 여기서, 도 2는 본 발명에 따른 초음파 치료 장치의 구성을 나타낸 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 본 발명에 따른 주파수 가변 및 주파수 출력 안정화 구성을 나타낸 블럭도이다. 도 4는 매칭용 공진 주파수 설정 과정을 간략하게 표시한 순서도이다.
First, referring to FIG. 2 to FIG. 4, an embodiment of an ultrasound therapy apparatus having a resonance frequency automatic matching function through frequency variation according to the present invention will be described. Here, FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of an ultrasonic wave treatment apparatus according to the present invention, and FIG. 3 is a block diagram illustrating a frequency variable and frequency output stabilization configuration according to the present invention. 4 is a flow chart briefly showing a matching resonance frequency setting process.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 초음파 치료 장치는 본체시스템(170)과 상기 본체시스템(170)에 구비되는 트랜스듀서(140)를 포함하여 구성된다. 여기서, 트랜스듀서(Transducer)는 하나 이상의 소스로부터 수신하는 어떤 형태의 에너지를 다른 형태로 바꾸는 장치로서, 예를 들면 스피커는 전기음성신호를 가청공기 압력파로 바꾸고, 픽업은 바늘의 기계적 움직임을 전기적 압력으로 바꾸는 변환기이다. 따라서, 상기 초음파 트랜스듀서란 전기 에너지를 초음파로 변환하는 초음파 변환기에 해당된다.
2 and 3, the ultrasound therapy apparatus according to the present invention includes a main body system 170 and a transducer 140 provided in the main body system 170. Here, a transducer is a device for converting some form of energy received from one or more sources into another form, for example, a speaker converts an electrical voice signal to an audible air pressure wave, and the pick- . Therefore, the ultrasonic transducer corresponds to an ultrasonic transducer that converts electric energy into ultrasonic wave.

그리고 단일주파 대역에서 초음파를 발생시키는 것을 말하며, 예를 들면 초음파 치료에 적용되는 초음파의 주파수가 1㎒, 3㎒라 가정할 때, 하나의 초음파 트랜스듀서를 사용하여 상기 주파수 대역 중 한 개의 초음파를 선택하여 기준대역을 기준으로 일정 범위를 각 제조사의 발진소자의 특성에 맞게 기준을 정하여 자동매칭주파수 작업을 수행하는 것을 말한다.
For example, suppose that the frequency of the ultrasonic waves applied to the ultrasonic wave treatment is 1 MHz and 3 MHz, one ultrasonic transducer is used to generate one ultrasonic wave in the frequency band. And a certain range based on the reference band is determined based on the characteristics of the oscillator of each manufacturer and the automatic matching frequency operation is performed.

더욱 상세하게 설명하면, 1㎒ 초음파를 발생시키고자 할 때는 그 해당 대역의 주파수를 기준으로 일정 범위 즉, -100㎑에서 100㎑의 범위를 갖는 초음파를 발생순차적으로 주파수를 변화시키고, 그 출력에서 측정되는 신호를 각 파라미터의 패턴을 분석하여 자동으로 발진용 공진 주파수를 설정할 수 있는 시스템을 본 발명에서는 초음파 치료 장치라고 칭한다.
More specifically, when generating 1 MHz ultrasonic waves, ultrasonic waves having a certain range, that is, a range from -100 kHz to 100 kHz, are generated based on the frequency of the corresponding band, and the frequency is sequentially changed. A system capable of automatically setting a resonance frequency for oscillation by analyzing a pattern of each parameter to be measured is referred to as an ultrasound therapy apparatus in the present invention.

본 발명은 상술한 바와 같이 주파수 가변형 발진회로를 구성하여 사용하고자하는 주파수대역의 일정 범위를 기준으로 주파수를 미세조정하면서 측정되는 신호분석을 통해 최적의 공진 주파수를 찾아 설정할 수 있는 초음파 치료 장치로서, 상기 초음파 치료 장치(170)는 상기 트랜스듀서(140)의 구동을 제어하기 위한 중앙처리장치(100)와 신호 측정을 할 수 있는 A/D센서(150)를 가지며, 두 장치 사이에는 신호출력 매칭에 간접을 주지 않게 하기 위해 별도의 측정 회로(160)를 구성하며, 상기 본체시스템(170)과 상기 트랜스듀서(140)가 안정된 초음파 출력을 위해 매칭회로(130)를 추가해서 구성된다.
As described above, the present invention provides an ultrasonic wave therapy apparatus capable of finding and setting an optimal resonance frequency through signal analysis while fine tuning a frequency based on a certain range of a frequency band to be used by constituting a frequency variable oscillation circuit, The ultrasonic treatment apparatus 170 has a central processing unit 100 for controlling the driving of the transducer 140 and an A / D sensor 150 capable of signal measurement, The body system 170 and the transducer 140 are constructed by adding a matching circuit 130 for stable ultrasonic output.

이에 따라, 상기 본체시스템(170)으로부터 트랜스듀서(140)에 전기 에너지가 인가되면 상기 트랜스듀서(140)에 의해 초음파가 발생되고, 상기 초음파는 인체에 투사되어 통증치료나 약물 치료, 기타 다른 목적의 치료나 진단 또는 탐지기능을 수행하게 된다.
Accordingly, when electric energy is applied to the transducer 140 from the main body system 170, ultrasonic waves are generated by the transducer 140, and the ultrasonic wave is projected on the human body to be used for pain treatment, medication, Diagnosis, or detection of the disease.

더욱 상세하게 설명하면, 상기 본체시스템(170)에는 상기 구동 제어부를 구성하는 중앙처리장치(100) 및 상기 트랜스듀서(140)로 전원을 공급하기 위한 전원공급 회로가 구비되고, 상기 중앙처리장치(100)에는 초음파 조사조건을 입력받는 입력부(110)와 운전조건을 표시하는 표시부(120) 및 각 전장부품에 전원공급을 위한 전원부(102) 등의 구성이 전기적으로 연결된다.
More specifically, the main body system 170 is provided with a central processing unit 100 constituting the drive control unit and a power supply circuit for supplying power to the transducer 140, and the central processing unit An input unit 110 receiving ultrasonic irradiation conditions, a display unit 120 displaying operation conditions, and a power supply unit 102 for supplying power to the electric components are electrically connected to each other.

상기 입력부(110)는 조작부로서 원하는 대역의 초음파 주파수와 초음파의 조사시간 등과 같은 초음파 조사조건이 입력과 수동으로 공진 주파수 설정에 이용된다. 그리고 상기 표시부(120)에는 초음파의 작동시간과 현재 초음파의 출력강도, 현재 조사되고 있는 초음파의 주파수 등이 표시될 수 있다. 또한, 상기 전원부(102)는 전기 케이블을 통해 유선으로 외부전원을 공급할 수도 있다.
The input unit 110 uses ultrasonic irradiation conditions such as an ultrasonic frequency of a desired band and an ultrasonic wave irradiation time as an operation unit to input and manually set the resonance frequency. The display unit 120 may display the operation time of the ultrasonic waves, the output intensity of the current ultrasonic waves, the frequency of the ultrasonic waves currently being examined, and the like. In addition, the power supply unit 102 may supply external power through a wire through an electric cable.

그리고 상기 중앙처리장치(100)에 의해 상기 주파수 가변 및 신호측정, 초음파 트랜스듀서(140)가 제어되는데, 예를 들면 상기 입력부(110)를 통해 원하는 대역의 주파수가 설정되면, 상기 마이크로 프로세서가 기설정된 주파수 대역의 초음파가 발생되도록 상기 초음파 트랜스듀서(140)의 구동을 제어한다.
For example, when a frequency of a desired band is set through the input unit 110, the microprocessor controls the frequency of the frequency variable and the signal of the ultrasonic transducer 140 by the central processing unit 100, And controls driving of the ultrasonic transducer 140 to generate ultrasonic waves in a set frequency band.

다시 말해서, 상기 중앙처리장치(100)는, 상기 설정된 공진 주파수를 주파수발생부(104)에서 발진하도록 제어하며, 설정된 출력에 맞는 초음파 출력 강도 맞게 증폭부(102)를 제어하여 초음파를 발생시킬 수 있도록 상기 초음파 트랜스듀서(140)에 출력을 공급하게 된다.
In other words, the central processing unit 100 controls the frequency generator 104 to oscillate the set resonance frequency, and controls the amplification unit 102 to generate an ultrasonic wave according to the intensity of the ultrasonic output corresponding to the set output. So that the ultrasonic transducer 140 outputs an ultrasonic wave.

도면에 표시되지는 않았으나, 상기 본체시스템에는 상기 주파수 가변 초음파 주파수를 트랜스듀서(140)에 안정적으로 공급하기 위해 안정화 회로가 구비될 수 있으며, 상기 안정화 회로는 상기 중앙처리장치(100)에서 설정된 주파수를 스스로 유지할 수 있는 VCO 발진회로이며, 튜닝머신이나 TV의 튜너 등에 사용되는 기술이다.
Although not shown in the drawing, the main body system may include a stabilization circuit for stably supplying the frequency-variable ultrasonic frequency to the transducer 140, and the stabilization circuit may be provided in the main processor 100, Is a VCO oscillation circuit capable of holding itself by itself, and is a technique used for a tuning machine, a TV tuner, or the like.

다음으로, 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 초음파 치료 장치(170)는, 가변주파수 발생부(310)와 주파수 안정화 회로(330)에 의해 발진용 주파수를 정형파로 발생시키고 증폭부(370)를 통해 원하는 주파수 및 파워로 출력하게 되며, 매칭회로(340)는 발진소자(350)의 특성을 분석하여 구성하여야 하며 발진소자(350) 내부 세라믹 원료의 배합비율에 따라 RLC값의 특성이 다르게 나타남으로 회로구성을 할 때는 꼭 해당하는 회사의 해당모델에 맞는 매칭회로를 구성해주어야 한다.
3 and 4, the ultrasonic treatment apparatus 170 according to the present invention includes a variable frequency generation unit 310 and a frequency stabilization circuit 330 for generating a frequency for oscillation with a square wave, The matching circuit 340 must analyze the characteristic of the oscillation element 350 and configure the characteristic of the RLC value according to the mixing ratio of the ceramic material inside the oscillation element 350. [ It is necessary to configure the matching circuit for the corresponding model of the company.

또한, 매칭회로부(340)에서는 출력신호 체크를 위해 별도의 출력신호측정회로(360)를 구성해주어야 하며, 매칭회로(340)와 발진소자(350) 간의 간섭이 발생하지 않도록 구성해야한다. 왜냐하면, 발진소자 자체의 RLC값이 존재하기 때문에 그 특성에 맞게 회로를 구성하게 되는데, 그 사이에 신호를 측정하기 위해 회로를 추가하게 되면 기존에 가지고 있는 고윳값에 측정을 위해 추가된 회로의 RLC값이 추가되어 원하는 원래의 PZT 고유의 공진점이 아닌 상이한 점에서 공진점이 형성되어 발진소자(350)에서 저항성분이 증가하여 열손실이 발생하여 탄성 손실을 가져오게 되기 때문이다.
In addition, the matching circuit 340 needs to be configured as a separate output signal measuring circuit 360 for checking the output signal, and the matching circuit 340 and the oscillation element 350 should not be interfered with each other. Because the RLC value of the oscillation device itself exists, the circuit is configured according to the characteristics. If a circuit is added to measure the signal therebetween, the RLC Value is added so that the resonance point is formed at a different point from the original PZT resonance point, which is not the desired resonance point of the desired original PZT, and the resistive component is increased in the oscillation element 350 to generate heat loss, resulting in elastic loss.

따라서, 상기 출력신호측정회로(360)는 설계 시 주의가 필요하며, 될 수 있으면 발진소자(PZT)의 저항성분을 낮게 설계하여 전류가 인가되면, 상기 압전소자(350)가 효율적으로 압축과 팽창을 반복하는 기계적 진동에 의해 초음파가 발생된다.
Therefore, the output signal measuring circuit 360 needs to be careful in designing, and if possible, the resistance component of the oscillation element PZT is designed to be low so that when the current is applied, the piezoelectric element 350 efficiently compresses and expands The ultrasonic waves are generated by the mechanical vibration repeated.

상기 압전소자(350)로는 세라믹 판이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 그외 공지된 다른 재질도 사용 가능하다. 상기 압전소자(350)의 재질이나 초음파의 발생원리는 이미 당업계에 공지된 것으로 그에 대한 부가적인 설명은 생략한다.
As the piezoelectric element 350, a ceramic plate may be used, but other materials other than those known in the art may be used. The material of the piezoelectric element 350 and the principle of generation of the ultrasonic wave are already known in the art, and further description thereof will be omitted.

한편, 도 4는 본 발명에 따른 매칭회로의 구성이 완료되면 최종적으로 초음파 공진 주파수 결정에 필요한 과정으로 본체시스템(170)에서 생산시 메뉴기능을 설정하거나 트랜스듀서(140)를 새로 교체시에 실행하게 되어 시스템 생산 시간의 단축 및 신뢰성 있는 출력을 보장할 수 있게 된다. 먼저, 본체시스템(170)과 트랜스듀서(140) 간의 공진 주파수 스캔 방법은 출력신호 측정회로(360)에서 나오는 신호를 측정파라미터들을 각 증가하는 주파수 스텝별로 측정값을 저장하고 설정된 주파수 스캔이 끝나면 저장되어 있는 패턴분석을 통해 최종 공진 주파수를 설정하게 되는데, 본 발명에서는 각 제조사별로 특성패턴이 다르게 측정되므로 패턴분석 방법에 대해서는 설명을 생략하며, 이용되는 출력신호의 파라미터는 대표적으로 측정신호의 전압 및 전류 등의 변화 등을 이용하고 그외에 온도센서 등의 센서를 추가하여 사용될 수 있다.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a process for determining ultrasound resonance frequency when the configuration of the matching circuit according to the present invention is completed. Referring to FIG. 4, the menu system is set in the main body system 170 or the transceiver 140 is executed The system production time can be shortened and a reliable output can be ensured. First, the resonant frequency scanning method between the body system 170 and the transducer 140 stores the measured values of the signals output from the output signal measuring circuit 360 for each incrementing frequency step of the measurement parameters, In the present invention, the characteristic pattern is measured differently according to each manufacturer. Therefore, the description of the pattern analysis method is omitted, and the parameters of the output signal used are typically the voltage of the measurement signal, Current or the like, and additionally, a sensor such as a temperature sensor may be added.

상술한 구성을 가지는 본 발명에 따른 초음파 치료 장치(170)는 초음파 치료기기 이외에도 다른 다양한 영역의 초음파 기기에 적용될 수 있다.
The ultrasonic treatment apparatus 170 according to the present invention having the above-described structure can be applied to ultrasonic apparatuses in various other fields besides ultrasonic treatment apparatuses.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 초음파 오토매칭 방법은 초음파 발진소자(350) 기반으로 제조된 트랜스듀서를 포함하여 구성되므로, 제조공정상에서 이를 이용하여 대량생산이 가능하고 정확한 출력을 낼 수 있는 매칭 및 공진 주파수를 설정할 수 있으며, 대량생산에서 신뢰성 있는 고품질의 제품제조가 가능하다.
As described above, since the ultrasonic auto-matching method according to the present invention includes a transducer manufactured on the basis of the ultrasonic oscillation element 350, it is possible to perform mass production using the same, The resonance frequency can be set and it is possible to manufacture high quality products with reliability in mass production.

이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics of the invention.

10: 중앙처리장치 20: 표시부
30: 트랜스듀서 40: 입력부
14: 표시부 15: 전원부
100: 중앙처리장치 101: 설정저장장치
102: 증폭출력제어부 103: 작동타이머제어부
104: 가변주파설정제어부 110: 입력부
120: 출력부 130: 매칭회로부
140: 트랜스듀서 141: 압전소자(PZT 세라믹소자)
142: 하우징 150: 센서측정부
160: 신호검출회로부
300: 중앙처리장치(MCU) 310: 가변주파수발생부
320: 주파수 미세조정부 330: 주파수 안정화부(PLL회로)
340: 매칭회로부 350: 발진소자(PZT)
360: 출력신호측정회로 370: 출력제어(출력증폭 AMP)
400: 주파수 가변(발진주파수) 410: 출력신호측정
420: 스캔 주파수범위판단 430: 파라미터별 데이터저장
440: 파라미터 패턴분석 450: 공진 주파수 설정
460: 공진 주파수 저장 및 세팅10: central processing unit 20: display unit
30: transducer 40: input part
14: display section 15: power source section
100: central processing unit 101: setting storage device
102: amplification output control section 103: operation timer control section
104: variable frequency setting controller 110:
120: output unit 130: matching circuit unit
140: Transducer 141: Piezoelectric element (PZT ceramic element)
142: housing 150: sensor measuring unit
160: Signal detection circuit section
300: central processing unit (MCU) 310: variable frequency generator
320: frequency fine adjustment unit 330: frequency stabilization unit (PLL circuit)
340: matching circuit part 350: oscillating element (PZT)
360: output signal measurement circuit 370: output control (output amplification AMP)
400: Frequency variable (oscillation frequency) 410: Output signal measurement
420: Determination of scan frequency range 430: Data storage by parameters
440: Parameter pattern analysis 450: Resonance frequency setting
460: Resonance frequency storage and setting

Claims (5)

초음파 발생을 위한 압전소자가 결합된 트랜스듀서;
상기 트랜스듀서에 전원을 및 제어를 위한 중앙처리장치부;
상기 두 장치의 매칭을 위한 매칭회로부,
출력신호를 측정하기 위한 신호측정회로부,
압전소자의 공진 주파수 대역에서 주파수를 가변하기 위한 주파수 발생부, 및
주파수 출력안정화를 위한 출력신호보정부를 포함하여 구성되며;
상기 주파수 발생부가 주파수 변경을 위해 증감가능하도록, 상기 주파수 발생에 주파수를 가변 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 치료 장치(Ultrasound therapy device).
A transducer coupled with a piezoelectric element for generating ultrasonic waves;
A central processing unit for powering and controlling the transducer;
A matching circuit for matching the two devices,
A signal measuring circuit section for measuring an output signal,
A frequency generator for varying the frequency in the resonance frequency band of the piezoelectric element, and
And an output signal correction unit for stabilizing the frequency output;
Wherein the frequency generator is configured to be able to vary the frequency of the frequency generation so that the frequency generator can be increased or decreased in frequency change.
제1항에 있어서,
상기 발진부에서 트랜스듀서와의 매칭을 위한 공진 주파수 가변 작업 시 중앙처리장치부에서 발진주파수를 일정 시간과 일정 주파수 간격으로 증감하도록 제어가 가능하며,
주파수가 변화함에 따라 주파수 안정화를 위한 PLL(phase locked loop circuit)회로를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 치료 장치.
The method according to claim 1,
The oscillation frequency can be controlled to be increased or decreased in a predetermined time interval or a predetermined frequency interval in the central processing unit during the operation of varying the resonance frequency for matching with the transducer in the oscillation unit,
And a phase locked loop circuit (PLL) circuit for frequency stabilization as the frequency changes.
제1항에 있어서,
상기 신호측정부에서 매칭용 공진 주파수를 선정하기 위해 출력 신호를 측정하는 파라미터 종류가 전압, 전류를 기본으로 측정하고 그외의 온도센서 및 압력센서 등 별도 센서를 부가하여 회로를 구성하고, 측정하는 방법으로 각 파라미터의 패턴 분석을 통해 자동 매칭용 공진 주파수를 선택하고 설정되는 알고리즘을 이용하는 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 치료 장치.
The method according to claim 1,
A method of measuring a voltage and a current based on a parameter type for measuring an output signal in order to select a resonance frequency for matching in the signal measuring unit and configuring a circuit by adding another sensor such as a temperature sensor and a pressure sensor, And a function of using an algorithm that selects and sets a resonance frequency for automatic matching through pattern analysis of each parameter.
제1항에 있어서,
상기 시스템에서 자동으로 발진 주파수를 변경하고 출력신호를 동시에 측정하며 측정된 데이터 패턴을 바탕으로 트랜스듀서와의 매칭용 공진 주파수를 설정하도록 하는 것을 특징으로 하는 초음파 치료 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the system automatically changes the oscillation frequency, simultaneously measures the output signal, and sets the resonance frequency for matching with the transducer based on the measured data pattern.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 기능의 초음파 치료 장치; 및
복수 주파수 대역이 사용되는 초음파 치료 장치 중에서 기 설명된 주파수 대역의 매칭용 초음파 주파수가 설정되도록 주파수 발생부를 제어하여, 상기 매칭 주파수를 설정하는 방법으로 초음파 치료 장치가 구동되도록 제어하는 구동제어부를 가지며, 상기 주파수 가변 초음파 기능이 결합되는 메인시스템을 포함하여 구성되는 초음파 치료 장치.An ultrasonic therapeutic apparatus having the function according to any one of claims 1 to 4; And
And a drive control unit for controlling the frequency generating unit to set the matching ultrasonic frequency in the frequency band described above among the ultrasonic wave treatment apparatuses using a plurality of frequency bands and controlling the ultrasonic wave treating apparatus to be driven by setting the matching frequency, And a main system to which the frequency variable ultrasonic wave function is coupled.
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