KR20150064716A - 초음파 심부 열 발생 장치 - Google Patents

Abstract

심부 열 발생 장치는, 바디, 상기 바디에 체결되어 초음파 전달 공간을 형성하는 멤브레인, 초음파 조사 방향을 향해 외측으로 확대되는 형상의 평평한 내측 경사면을 가지는 고리 형상의 초음파 변환기, 그리고 상기 초음파 변환기에 전원을 공급하는 펄스 전원 공급기를 포함한다. 상기 초음파 변환기는 초음파 조사 방향을 향해 외측으로 확대되는 형상의 내측 경사면을 구비한다. 초음파 변환기가 초음파 조사 방향을 향해 외측으로 확대되는 형상의 내측 경사면을 구비하여 생성된 초음파에 의해 전방에 열 집속 영역을 형성함으로써, 인체의 심부에 열 발생 영역을 효과적으로 형성할 수 있다.

Description

초음파 심부 열 발생 장치{Ultrasound device for heating deep part of human body}

본 발명은 초음파를 이용하여 인체 심부의 특정 영역에만 열을 발생시켜 통증 치료, 혈액 순환 촉진, 세포 재생 촉진 등에 사용될 수 있는 초음파 심부 열 발생 장치에 관한 것이다.

초음파의 다양한 효과 중 인체에 투사될 경우 세포 조직을 진동시킴으로써 세포들의 마찰에 의한 열 발생을 유도하는 열 효과(thermal effect)가 있다.

그러나 인체 외부에서 초음파를 투사시켜 피부 표면에는 열을 발생시키지 않고 인체 깊은 부위에 선택적으로 열을 발생시키는 것은 매우 어렵다. 높은 에너지의 초음파를 투사할 경우 이것이 가능할 수 있지만, 이럴 경우 피부 표면에서부터 초음파가 투사된 영역 전체에 열이 발생하게 된다. 다만, 고강도 집속 초음파를 이용하여 인체 심부에 선택적으로 열을 발생시킬 수 있지만, 이때 발생하는 열 분포는 집속 중심점에서는 매우 높은 열(100℃ 이상)이 발생하고, 가장자리로 갈수록 열이 급격히 약해지는 방사형의 열 분포를 가지고 있어 중심점에서는 세포가 태워질 정도의 매우 높은 열이 발생하지만, 가장자리에서는 열 발생이 낮아지기 때문에 일정한 영역 전체에 고른 열 분포를 만들어 내는 것은 불가능하다. 예를 들어 가장 자리의 열을 일정한 온도까지 올리기 위해서 초음파 에너지를 상승시킨다면, 중심점에서는 세포가 태워지는 현상이 발생하는 것이다.

다른 방법으로 피부에 직접 열을 가하여 심부로 열을 전달할 수 있지만, 이방법은 인체 내의 열 확산으로 인해 피부에 매우 높은 열을 가하거나 장시간 열을 가하여야 하지만, 이러한 경우 높은 열에 의한 피부 화상이나 인체 내부로 열이 전달되는 과정에서 열이 여러 방향으로 확산되어 원하는 부위에 일정한 온도 이상의 열을 가하는 것은 사실상 불가능하다. .

한편 고주파(RF)를 이용하여 인체 심부에 열을 발생시키는 방법이 있기는 하지만, 이 또한 피부 표면에서부터 매우 높은 열이 발생하고, 심부에서는 광범위한 부위에서 열이 발생하여 특정한 부위에 고른 열분포를 만들어 내지는 못한다.

한국 공개특허공보 10-2011-0009337호 한국 공개특허공보 10-2013-0019971호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 인체 심부의 특정한 영역에 고루 분포하는 발열 영역을 효과적으로 형성할 수 있는 심부 열 발생 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 심부 열 발생 장치용 초음파 변환기는, 초음파 조사 방향을 향해 외측으로 확대되는 형상의 평평한 내측 경사면을 가지는 고리 형상의 압전 소자, 그리고 상기 압전 소자의 양면에 형성되는 한 쌍의 전극을 포함한다.

상기 고리 형상의 압전 소자는 중심부가 제거된 깔때기 형상을 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 심부 열 발생 장치는, 바디, 상기 바디에 체결되어 초음파 전달 공간을 형성하는 멤브레인, 상기 바디에 장착되며 고리 형상을 가지는 초음파 변환기, 그리고 상기 초음파 변환기에 전원을 공급하는 펄스 전원 공급기를 포함한다. 상기 초음파 변환기는 초음파 조사 방향을 향해 외측으로 확대되는 형상의 평평한 내측 경사면을 구비하여 생성된 초음파에 의해 전방에 열 집속 영역을 형성한다.

상기 초음파 변환기는 중심부가 제거된 깔때기 형상을 가질 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 심부 열 발생 장치는 상기 바디에 장착되는 진단용 초음파 프로브를 더 포함할 수 있다.

상기 진단용 초음파 프로브는 일단이 상기 초음파 전달 공간에 위치하도록 장착될 수 있다.

상기 진단용 초음파 프로브는 일단이 상기 멤브레인을 관통하여 외부에 위치하도록 장착될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 심부 열 발생 장치는 상기 초음파 변환기의 온도를 측정하여 해당하는 신호를 출력하는 온도 센서를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 초음파 전달 공간은 초음파 전달 매질로 채워질 수 있고, 심부 열 발생 장치는 상기 초음파 전달 매질의 온도를 검출하여 해당하는 신호를 출력하는 온도 센서를 더 포함할 수 있다.

상기 초음파 전달 공간은 초음파 전달 매질로 채워질 수 있고, 상기 바디에는 상기 초음파 전달 매질의 유입 및 냉각을 위한 순환을 위한 매질 유입구 및 매질 배출구가 구비될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 초음파 전달 공간은 초음파 전달 매질로 채워질 수 있고, 심부 열 발생 장치는 상기 초음파 전달 매질을 냉각하기 위한 냉각기를 더 포함할 수 있다.

상기 멤브레인은 형태가 변화될 수 있도록 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 심부 열 발생 장치는 상기 열 집속 영역의 깊이를 조절하기 위해 상기 멤브레인의 전면에 구비되는 초음파 투과 쿠션을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 초음파 변환기가 초음파 조사 방향을 향해 외측으로 확대되는 형상의 내측 경사면을 구비함으로써, 인체의 심부에 열 발생 영역을 효과적으로 형성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 변환기의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 변환기가 외부의 펄스 전원 공급기에 연결된 상태를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 심부 열 발생 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 심부 열 발생 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 심부 열 발생 장치에 의해 형성되는 열 집속 영역의 한 형태를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 심부 열 발생 장치에 의해 형성되는 열 집속 영역의 다른 형태를 예시적으로 보여주는 도면이다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 변환기(10)는 초음파 조사 방향을 향해 외측으로 확대되는 형상의 내측 경사면(17)을 가지도록 형성된다. 이때, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 내측 경사면(17)의 단면은 직선 형태를 가질 수 있다. 즉, 초음파 변환기(10)는 내측 부분이 조사 방향을 향하게 되는 깔때기 형상을 가지며 그 중심부가 제거되어 전체적으로 고리 형상을 가지게 된다. 다시 말해 초음파 변환기(10)는 초음파 조사 방향으로 향해 외측으로 확대되는 평평한 내측 경사면(17)을 구비한다.

본 발명의 실시예에 따른 심부 열 발생 장치는 초음파 변환기(10), 그리고 펄스 전원 공급기(20)를 포함한다.

구체적으로, 도 2를 참조하면, 초음파 변환기(10)는 압전 소자(11)와 그 양면에 각각 형성되는 한 쌍의 전극(13, 15)으로 이루어질 수 있다. 한 쌍의 전극(13, 15) 은 펄스 전원 공급기(20)에 연결되어 전원을 인가받게 된다. 펄스 전원 공급기(20)는 압전 현상에 의해 초음파를 생성할 수 있도록 하는 펄스 전원을 공급할 수 있다.

압전 소자(11)는 압전 진동자이며 전기가 공급되는 경우 진동을 하는 압전 세라믹과 같은 압전 물질로 형성될 수 있다. 이때, 압전 소자(11)는 초음파 변환기(10)의 형상과 실질적으로 동일하게 중심부가 제거된 깔때기 형태를 가질 수 있으며 그 양면에 막 형태의 전극(13, 15)이 각각 형성된다. 압전 소자(11)의 내측면에 형성되는 전극(13, 15)이 초음파 조사 방향을 향해 외측으로 확대되는 형상을 가질 수 있다. 결과적으로, 초음파 변환기(10)는 초음파가 조사되는 방향을 향해 외측으로 확대되는 형상의 내측 경사면(17)을 구비하게 된다. 이에 따라 초음파 변환기에서 생성된 초음파는 전방의 일정 영역에 집속되면서 에너지가 증가하여 열 집속 영역을 형성한다. 특히 초음파 변환기(10)가 초음파가 조사되는 방향에 내측 경사면(17)을 구비함으로써 열 분포가 균일한 열 집속 영역이 형성될 수 있다.

열 집속 영역의 형상, 크기 및 위치는 압전 소자의 직경, 경사면의 크기, 외측으로 확대되는 각도(경사 각도)에 따라 조절될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 초음파를 이용한 심부 열 발생 장치는 상기한 초음파 변환기를 포함하여 구성될 수 있으며, 첨부된 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 심부 열 발생 장치에 대해 설명한다.

바디(50)는 이하에서 설명할 각 구성요소들이 장착될 수 있는 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 바디(50)는 초음파가 진행하는 방향으로 개방되도록 형성될 수 있으며, 시술자가 손으로 잡을 수 있는 크기 및 형태로 형성될 수 있다.

멤브레인(membrane)(30)이 바디(50)의 전방에 체결될 수 있다. 멤브레인(30)이 바디(50)에 체결됨으로써, 바디(50)와 멤브레인(30) 사이에 초음파 전달 공간(40)이 형성될 수 있다. 초음파 전달 공간(40)은 초음파 전달 매질로 채워질 수 있으며, 예를 들어 초음파 전달 매질은 물과 같이 초음파가 잘 투과할 수 있는 액체일 수 있다.

이때, 멤브레인(30)은 형태가 가변될 수 있도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 멤브레인(30)의 일측에 자바라 형태의 형상 가변부(33)를 구비할 수 있고, 초음파 전달 공간(40)에 채워지는 초음파 전달 매질의 양에 따라 형상 가변부(33)가 가변되면서 멤브레인(30)의 선단부의 위치가 가변될 수 있다. 즉, 도 3을 참조하면, 멤브레인(30)은 초음파 전달 매질의 양에 따라 형상 가변부(33)가 변형되면서 실선 위치 및 점선 위치로 형태가 가별될 수 있으며, 그에 따라 멤브레인(30)의 선단부로부터 열 집속 영역까지의 거리가 조절되어 심부의 깊이에 맞게 용이하게 열 집속이 이루어지도록 할 수 있다. 멤브레인(30)의 형태가 가변될 수 있도록 형성됨으로써, 멤브레인(30)의 전면이 피시술자의 피부의 닿은 상태에서 열 집속 영역의 깊이가 용이하게 조절될 수 있다.

또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 멤브레인(30)의 전면에 열 집속 영역의 깊이를 조절하기 위한 초음파 투과 쿠션(39)이 구비될 수 있다. 초음파 투과 쿠션(39)은 워터 패드, 겔 패드 등 초음파가 투과할 수 있는 패드로 구현될 수 있다. 멤브레인(30)의 전면에 초음파 투과 쿠션(39)이 구비됨으로써 초음파 투과 쿠션(39)이 피시술자의 피부에 닿은 상태에서 열 집속 영역의 깊이가 조절될 수 있다.

초음파 변환기(10)가 바디(50)에 장착된다. 초음파 변환기(10)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 그 내측 경사면(17)이 초음파 전달 공간(40)에 노출되도록 바디(50)에 설치될 수 있다.

한편, 도 3 및 도 4에는 도시되지 않았으나, 펄스 전원 공급기(20)는 바디(50)와는 별도로 구비될 수 있으며, 펄스 전원 공급기(20)는 전선을 포함하는 가요성의 연결선을 통해 초음파 변환기(10)에 전기적으로 연결될 수 있다.

초음파 변환기(10)의 내측 경사면(17)이 초음파 진행 방향으로 향해 외측으로 확대되는 형상을 가짐으로써, 초음파 변환기(10)에서 생성된 초음파가 진행하여 전방으로 일정 거리 이격된 영역에서 집속됨으로써 열 집속 영역이 형성되게 된다. 이러한 열 집속 영역이 인체의 심부의 특정 영역을 가열할 수 있게 된다.

한편, 진단용 초음파 프로브(60)가 바디(50)에 장착될 수 있다. 진단용 초음파 프로브(60)가 구비됨으로써, 초음파를 이용한 진단을 수행하면서 동시에 원하는 심부를 가열할 수 있게 된다.

이때, 도 3에 도시된 바와 같이, 진단용 초음파 프로브(60)는 그 일단(즉, 선단)(61)이 초음파 전달 공간(40)에 위치하도록 장착될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 진단용 초음파 프로브(160)는 그 일단(161)이 멤브레인(30)을 관통하여 외부에 위치하도록 장착될 수도 있다. 이 경우 멤브레인(30)의 중심부에 관통공(31)이 형성되고, 초음파 프로브(160)의 선단부가 관통공(31)을 통과하여 외측으로 노출될 수 있다.

초음파 변환기(10)의 온도를 측정하여 해당하는 신호를 출력하는 온도 센서(70)가 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 4를 참조하면, 온도 센서(70)는 초음파 변환기(10)의 후면에 밀착되도록 설치되어 초음파 변환기(10)의 온도를 검출할 수 있다. 온도 센서(70)의 신호를 기초로 초음파 변환기(10)의 작동을 제어함으로써 초음파 생성 및 그에 따른 열 집속 영역의 온도를 효과적으로 조절할 수 있다.

그리고 초음파 전달 공간(40)에 채워진 초음파 전달 매질의 온도를 검출하여 해당하는 신호를 출력하는 온도 센서(80)가 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 4를 참조하면, 온도 센서(80)는 초음파 전달 공간(40)에 노출되도록 설치되어 초음파 전달 매질의 온도를 검출할 수 있다. 온도 센서(80)의 신호를 기초로 초음파 변환기(10)의 작동을 제어함으로써 심부 열 발생 장치가 안정적으로 작동하도록 제어할 수 있다.

한편, 초음파 전달 공간(40)으로 초음파 전달 물질의 유입 및 냉각을 위한 순환을 위한 매질 유입구(91) 및 매질 배출구(93)가 구비될 수 있다. 매질 유입구(91)를 통해서 초음파 전달 매질이 초음파 전달 공간(40)으로 유입될 수 있고, 초음파 전달 공간(40)에 있는 초음파 전달 매질을 외부로 순환시켜 냉각시킬 수 있다. 이때, 도면에는 도시되지 않았으나, 매질 유입구(91) 및 매질 배출구(93)는 외부에 구비되는 초음파 전달 매질 보관 용기에 연결되어 초음파 전달 매질의 유입 및 순환이 이루어지도록 할 수 있으며, 초음파 전달 매질의 흐름을 위해 유체 펌프 등이 구비될 수도 있다.

한편, 초음파 전달 공간(40)에 채워진 초음파 전달 매질을 냉각하기 위한 냉각기(100)가 구비될 수 있다. 예를 들어, 냉각기(100)는 외부 에너지를 이용하여 초음파 전달 매질의 열을 흡수하여 외부로 방출할 수 있는 임의의 냉각기로 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 냉각기(100)는 그 일면이 초음파 전달 공간(40)에 노출되어 초음파 전달 매질과 접촉함으로써 초음파 전달 매질의 열을 흡수하여 외부로 방출하도록 구성될 수 있다.

이때, 도 3 및 도 4에는 초음파 전달 매질의 냉각 작용을 하는 매질 유입구(91) 및 배출구(93), 그리고 냉각기(100)가 모두 구비되는 경우가 예시적으로 도시되어 있으나, 두 가지 중 어느 하나만 구비되어 냉각 작용이 이루어지도록 할 수도 있다.

도 5 및 도 6에 예시적으로 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 심부 열 발생 장치는 생성된 초음파가 일정 영역에 집속되면서 균일한 열 영역(thermal volume)을 형성하게 된다. 즉, 도 5 및 도 6을 참조하면, 초음파 변환기(10)에 의해 생성되는 초음파가 집속되어 상대적으로 높은 강도의 열 집속 영역이 형성되고 이 영역에 다른 부분에 비해 높은 열이 발생하게 된다. 이때, 열 영역은 대략 구 형태를 가질 수 있으며, 초음파 변환기(10)의 경사면의 각도 및 크기 등에 따라 도 5 및 도 6과 같이 집속 영역의 형태가 변경될 수 있다. 필요한 열 발생 영역의 형태에 따라 적절한 초음파 집속 영역의 형태가 형성되도록 함으로써 원하는 목적에 맞는 심부 열 발생을 얻을 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.

10: 초음파 변환기
13, 15: 전극
17: 내측 경사면
20: 펄스 전원 공급기
30: 멤브레인
39: 초음파 투과 쿠션
70, 80: 온도 센서
91: 매질 유입구
93: 매질 배출구
100: 냉각기

Claims (13)

1. 초음파 조사 방향을 향해 외측으로 확대되는 형상의 평평한 내측 경사면을 가지는 고리 형상의 압전 소자, 그리고
   상기 압전 소자의 양면에 형성되는 한 쌍의 전극을 포함하는 심부 열 발생 장치용 초음파 변환기.
2. 제1항에서,
   상기 고리 형상의 압전 소자는 중심부가 제거된 깔때기 형상을 가지는 심부 열 발생 장치용 초음파 변환기.
3. 바디,
   상기 바디에 체결되어 초음파 전달 공간을 형성하는 멤브레인,
   상기 바디에 장착되며 고리 형상을 가지는 초음파 변환기, 그리고
   상기 초음파 변환기에 전원을 공급하는 펄스 전원 공급기를 포함하며,
   상기 초음파 변환기는 초음파 조사 방향을 향해 외측으로 확대되는 형상의 평평한 내측 경사면을 구비하여 생성된 초음파에 의해 전방에 열 집속 영역을 형성하는 심부 열 발생 장치.
4. 제3항에서,
   상기 초음파 변환기는 중심부가 제거된 깔때기 형상을 가지는 심부 열 발생 장치.
5. 제3항에서,
   상기 바디에 장착되는 진단용 초음파 프로브를 더 포함하는 심부 열 발생 장치.
6. 제5항에서,
   상기 진단용 초음파 프로브는 일단이 상기 초음파 전달 공간에 위치하도록 장착되는 심부 열 발생 장치.
7. 제5항에서,
   상기 진단용 초음파 프로브는 일단이 상기 멤브레인을 관통하여 외부에 위치하도록 장착되는 심부 열 발생 장치.
8. 제3항에서,
   상기 초음파 변환기의 온도를 측정하여 해당하는 신호를 출력하는 온도 센서를 더 포함하는 심부 열 발생 장치.
9. 제3항에서,
   상기 초음파 전달 공간은 초음파 전달 매질로 채워지고,
   상기 초음파 전달 매질의 온도를 검출하여 해당하는 신호를 출력하는 온도 센서를 더 포함하는 심부 열 발생 장치.
10. 제3항에서,
    상기 초음파 전달 공간은 초음파 전달 매질로 채워지고,
    상기 바디에는 상기 초음파 전달 매질의 유입 및 냉각을 위한 순환을 위한 매질 유입구 및 매질 배출구가 구비되는 심부 열 발생 장치.
11. 제3항에서,
    상기 초음파 전달 공간은 초음파 전달 매질로 채워지고,
    상기 초음파 전달 매질을 냉각하기 위한 냉각기를 더 포함하는 심부 열 발생 장치.
12. 제3항에서,
    상기 멤브레인은 형태가 변화될 수 있도록 형성되는 심부 열 발생 장치.
13. 제3항에서,
    상기 열 집속 영역의 깊이를 조절하기 위해 상기 멤브레인의 전면에 구비되는 초음파 투과 쿠션을 더 포함하는 심부 열 발생 장치.

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