KR20170087308A - 선집속 초음파 변환기 - Google Patents

Abstract

초음파 변환기는 압전 소자, 상기 압전 소자의 양 면에 각각 형성되는 한 쌍의 전극을 포함한다. 상기 압전 소자는 미리 정해진 가상 집속선을 구성하는 각 점을 기준으로 미리 정해진 반경을 가지는 원호의 집합으로 이루어지는 곡면 형상을 가지며, 상기 가상 집속선은 상기 압전 소자를 향해 볼록한 형태의 곡선을 포함한다.

Description

선집속 초음파 변환기{Line-focused ultrasound transducer}

본 발명은 의료 기기 등으로 사용되는 선집속 초음파를 생성하는 선집속 초음파 변환기에 관한 것이다.

초음파를 집속하여 고강도의 집속 초음파(high intensity focused ultrasound)를 이용하여 환자의 환부를 치료하거나 피부 미용 등에 이용하는 집속 초음파 치료 기술이 알려져 있다. 이러한 집속 초음파 치료는 초음파를 집속하여 고강도의 집속 초음파를 생성하는 집속 초음파 변환기를 이용하는 고강도 집속 초음파 발생 장치에 의해 수행된다.

대한민국 등록특허공보 10-1335476에서는 실린더 곡면 형태의 압전 소자를 이용하는 선집속 초음파 변환기가 소개된 바 있다. 통상적인 구면 형태의 압전 소자가 초음파를 점 형태로 집속시키는데 반해 실린더 곡면 형상을 가지는 압전 소자는 초음파를 선 형태로 집속시킨다.

그러나 선집속 초음파의 경우 집속선의 강도를 높이기 위해서는 압전 소자의 면적을 넓혀야 하는 문제가 있었다.

대한민국 등록특허공보 10-1335476 (공고일: 2013.12.11)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 선 형태로 초음파를 집속하면서도 강도를 향상시킬 수 있는 초음파 변환기를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 초음파 변환기는 압전 소자, 그리고 상기 압전 소자의 양 면에 각각 형성되는 한 쌍의 전극을 포함한다. 상기 압전 소자는 미리 정해진 가상 집속선을 구성하는 각 점을 기준으로 미리 정해진 반경을 가지는 원호의 집합으로 이루어지는 곡면 형상을 가지며, 상기 가상 집속선은 상기 압전 소자를 향해 볼록한 형태의 곡선을 포함한다.본 발명의 실시예에 따른 초음파 변환기는 압전 소자, 그리고 상기 압전 소자의 양 면에 각각 형성되는 한 쌍의 전극을 포함한다. 상기 압전 소자는 실린더 형태의 일부분의 형상을 변형하여 형성되며, 상기 압전 소자는 초음파가 집속되는 영역에서 볼 때 실린더 형태의 높이 방향을 따라 오목하게 되는 곡률을 가지도록 형성된다.

본 발명에 의하면, 선 집속 초음파를 형성하되 기존의 실린더 형상의 압전 소자에서 길이 방향 및 폭 방향 모두가 곡률을 갖도록 형성함으로써 집속 강도를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 변환기의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절개한 단면도이다.
도 3의 (a)는 도 1의 A-A선을 따라 절개한 단면도이고 도 3의(b)는 도 1의 B-B선을 따라 절개한 단면도이다.
도 4는 종래의 선 집속 압전 소자와 본 발명의 실시예에 따른 선 집속 압전 소자를 대비하여 설명하기 위한 도면이다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 변환기(10)는 압전 소자(11)를 포함하며, 압전 소자(11)의 양 면에는 한 쌍의 전극(13, 15)이 각각 형성된다.

압전 소자(11)는 압전 효과를 가지는 알려진 물질로 형성될 수 있으며 예를 들어 세라믹, 복합 압전 물질, 단결정 석영 등 전기적인 신호를 기계적인 진동으로 변환할 수 있는 다양한 물질로 형성될 수 있다.

한 쌍의 전극(13, 15)은 압전 소자(11)의 양 면에 각각 접촉하도록 형성되며 예를 들어 양호한 전기 전도성을 가지는 은과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 이때, 전극(13, 15)은 압전 소자(11)의 면의 전체에 걸쳐 형성될 수도 있고 일부에만 형성될 수도 있다.

이때 도면에는 도시되지 않았으나 한 쌍의 전극(13, 15)은 외부의 펄스 전원 생성기에서 생성된 펄스 전원을 인가받을 수 있도록 외부의 펄스 전원 생성기에 전기적으로 연결된다. 펄스 전원이 전극(13, 15)에 인가되면 압전 소자(11)에 펄스 전류가 흐르게 되고 그 결과 압전 소자(11)가 진동을 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 압전 소자(11)의 형태적 특징에 대해 설명한다.

압전 소자(11)는 미리 정해진 가상 집속선(CL)을 구성하는 각 점을 기준으로 미리 정해진 반경(R)을 가지는 원호의 집합으로 이루어지는 곡면 형상을 가진다. 여기서 가상 집속선(CL)은 실제로 집속되는 선 집속 초음파의 길이방향 중심을 연결한 가상 선으로 볼 수 있으며, 압전 소자(11)의 형상은 실제 두께를 가지는 압전 소자(11)의 두께 방향 중심의 면이 형성하는 형상이다.

이때, 가상 집속선(CL)은 압전 소자(11)를 향해 볼록한 형태의 곡선을 포함한다. 즉, 가상 집속선(CL)이 직선이 아니라 중심에서부터 외측으로 갈수록 압전 소자(11)에서 점차로 멀어지는 형태의 곡선이다. 이에 의해, 압전 소자(11)에서 생성되는 선 집속 초음파는 직선이 아니라 곡선 형상을 갖게 된다.

도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예를 다시 설명하면 압전 소자(11)는 도 4의 (a)에 도시된 바와 같은 실린더 형태의 일부의 형상을 가지는 종래의 선 집속 압전 소자를 실린더의 높이 방향으로도 곡률을 가지도록 형상을 변형하여 얻어질 수 있다. 즉, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압전 소자(11)는 실린더 형태의 일부의 형상을 변형하여 얻어지며, 이때 실린더의 둘레 방향으로는 기존 실린더 형상과 동일한 곡률을 가지며, 초음파가 집속되는 영역에서 볼 때 실린더의 높이 방향(도 2에서 좌우 방향)으로도 오목하게 되는 곡률을 가지도록 변형된 것이다. 이러한 형태에 의해, 종래의 선 집속 초음파에 비해 선 집속 초음파의 길이는 짧아지면서 강도는 커지게 된다.

압전 소자(11)가 이와 같은 형상을 가짐으로써, 기존의 실린더 형태의 선집속 초음파 변환기에 비해, 선집속 초음파의 길이는 짧아지면서 집속 강도는 커지게 된다. 그에 따라 초음파 변환기의 면적을 증가시키지 않으면서도 선집속 초음파의 강도를 높일 수 있게 된다.

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
11: 압전 소자
13, 15: 전극

Claims (2)

1. 압전 소자, 그리고
   상기 압전 소자의 양 면에 각각 형성되는 한 쌍의 전극을 포함하고,
   상기 압전 소자는 미리 정해진 가상 집속선을 구성하는 각 점을 기준으로 미리 정해진 반경을 가지는 원호의 집합으로 이루어지는 곡면 형상을 가지며,
   상기 가상 집속선은 상기 압전 소자를 향해 볼록한 형태의 곡선을 포함하는 초음파 변환기.
2. 압전 소자, 그리고
   상기 압전 소자의 양 면에 각각 형성되는 한 쌍의 전극을 포함하고,
   상기 압전 소자는 실린더 형태의 일부분의 형상을 변형하여 형성되며,
   상기 압전 소자는 초음파가 집속되는 영역에서 볼 때 실린더 형태의 높이 방향을 따라 오목하게 되는 곡률을 가지도록 형성되는 초음파 변환기.

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