KR20180049707A - 컴팩트형 집속 초음파 생성 장치 - Google Patents

Abstract

집속 초음파 생성 장치는, 사용자의 신체에 고정되는 본체와, 상기 본체 내부에 수용되는 회전체와, 상기 회전체 내부에 수용되는 집속 초음파 모듈을 포함하고, 상기 집속 초음파 모듈은 초점거리가 고정된 하나의 초점으로 집속되는 집속 초음파를 조사하고, 상기 회전체가 상기 본체의 전후방향 축을 중심으로 회전함에 따라 상기 집촉 초음파 모듈이 상기 전후방향 축을 따라 이동하여 상기 초점의 위치가 조절된다.

Description

컴팩트형 집속 초음파 생성 장치{Compact device for generating focused ultrasound}

본 발명은 집속 초음파 생성 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 집속 초음파의 초점의 위치를 손쉽게 조절할 수 있는 컴팩트형 집속 초음파 생성 장치에 관한 것이다.

말초 신경은 우리 몸의 감각을 척수와 대뇌로 전달해주고, 대뇌에서 지시하는 운동 명령을 근육으로 전달해주는 역할을 한다.

말초 신경병증은 말초신경의 선천적 또는 후천적인 손상으로 인해 여러가지 감각, 운동 또는 자율신경계 이상 증상을 보이는 질병을 말하며, 외상에 의한 직접적인 손상에 의해 발생하는 경우와 당뇨병, 요독증, 비타민 결핍 등에 의한 합병증에 의해 발생하는 경우가 있다.

대표적인 말초신경 질환으로는 손바닥의 감각을 담당하는 정중신경이 손목을 가로지르는 인대에 의해 손상되는 수근관 증후군(손목터널증후군)이 있다.

주로 중년 여성에 흔하게 발생하며, 손을 많이 쓰거나 당뇨나 류마티스 관절염, 갑상선 질환이 있는 경우 흔하게 증상이 나타난다.

말초신경은 손상시 제한적인 재생능력이 있지만, 신경손상의 원인을 제거한 후에도 정상적인 기능을 회복하는데 수개월 이상이 소요되므로, 수시로 꾸준한 치료를 요한다.

기존의 손상된 말초신경을 회복하기 위해서 진행된 연구로는 대표적으로 전기자극 방식이 있으나, 전기자극을 위해서는 신경전극 삽입을 위한 수술이 필요하기 때문에 임상적용에 한계가 있다.

따라서, 비침습적으로 말초신경 재생을 촉진할 수 있는 기술이 필요하다.

초음파는 안전성에 있어, 임상에서 널리 사용되고 있다. 이중, 특히 저강도 초음파(low intensity ultrasound)는 신체에 열을 가하거나 조직을 괴사시키는 일 없이 의학적 효과를 얻을 수 있는 것으로 알려져 있다.

초음파의 강도를 정하는 단위는 NEMA(American Institute for Ultrasound in Medicine and National Electronics Manufacturers Administration)의 진단 초음파 장비를 위한 음향 출력 측정 기준(Acoustic Output Measurement Standard for Diagnostic Ultrasound Equipment)를 기준으로 시간평균 최고 첨두 음향 강도 (spatial-peak temporal-average intensity, Ispta)와 펄스평균 최고 첨두 음향강도(spatial-peak pulse-average intensity, Isppa)로 나타내어 진다.

저강도 초음파에 대한 기준은 아직 명확하게 정해진 것은 없으나, 본 명세서에서 "저강도 초음파"는 미국 FDA 기준 태아, 신체 장기에 사용되는 진단용 영상초음파 제한 강도인 94 mW/㎠ 이하의 시간 평균 최고 첨두 음향강도(Ispta), 190 W/㎠ 이하의 펄스 평균 최고 첨두 음향강도(Isppa)로써 신체에 손상을 입히지 않는 범위에 있는 초음파를 의미한다.

특히, 초음파에 의한 의학적 효과를 극대화하기 위해, 초음파 트랜스듀서(transducer)를 이용해 하나의 초점으로 집속되는 집속 초음파를 생성하고, 자극 위치에 초점을 위치시킴으로써 자극을 수행하는 방법이 알려져 있다.

일반적으로 초음파 트랜스듀서는 압전 효과를 일으키는 압전소자를 이용해 초음파를 발생시킨다. 압전소자의 한 축을 따라 인장력과 압축력을 반복적으로 가하면, 스피커의 작동원리와 유사하게 가청 범위 이상의 주파수를 가지는 초음파가 발생한다. 이때, 압전소자를 오목 형상으로 하면, 하나의 초점에 집속되는 집속 초음파가 형성될 수 있다.

하지만, 이러한 오목형 압전소자를 이용한 초음파 트랜스듀서는 그 초점 거리가 고정되어 있어, 트랜스듀서의 물리적 이동 없이 위상 배열 트랜스듀서를 이용해 초점의 위치를 제어하는 연구들이 있다.

하지만, 종래 기술에 따른 초점의 위치를 제어하는 집속 초음파 생성 장치는 그 구성이 너무 복잡하고 고가여서, 사용자가 가정 등이나 1차 의료 기관에서 손쉽고 지속적으로 사용하기는 어려움이 있다.

한국 특허공개 제10-2004-0081739호 한국 특허공개 제10-2013-0033717호

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 초점 거리를 조정할 수 없는 초음파 트랜스듀서 자체를 위치 조정하되 구성이 매우 간단하고 컴팩트하여 사용성이 높은 집속 초음파 생성장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 사용자의 신체에 고정되는 본체와, 상기 본체 내부에 수용되는 회전체와, 상기 회전체 내부에 수용되는 집속 초음파 모듈을 포함하고, 상기 집속 초음파 모듈은 초점거리가 고정된 하나의 초점으로 집속되는 집속 초음파를 조사하고, 상기 회전체가 상기 본체의 전후방향 축을 중심으로 회전함에 따라 상기 집촉 초음파 모듈이 상기 전후방향 축을 따라 이동하여 상기 초점의 위치가 조절되는 집속 초음파 생성 장치가 제공된다.

일 실시예에 따르면, 상기 회전체는 상기 집속 초음파 모듈의 이동을 유도하는 회전 가이드 홈을 포함하고, 상기 집속 초음파 모듈은 상기 회전 가이드 홈에 체결되는 가이드 핀을 포함하며, 상기 회전체가 회전함에 따라 상기 가이드 핀이 상기 회전 가이드 홈을 따라 이동하여 상기 집속 초음파 모듈이 이동한다.

일 실시예에 따르면, 상기 본체에는 상기 전후방향 축 방향으로 연장되는 직선 가이드 홈이 형성되고, 상기 회전 가이드 홈은 상기 회전체의 둘레를 따라 나선형으로 형성되고 상기 회전체를 관통하여 형성되며, 상기 가이드 핀이 상기 직선 가이드 홈 및 상기 회전 가이드 홈에 동시에 체결되어, 상기 회전체가 회전함에 따라 상기 집속 초음파 모듈이 회전 없이 전후방향 축을 따라 직선 이동한다.

일 실시예에 따르면, 상기 집속 초음파 모듈은, 상기 집속 초음파를 생성하는 초음파 트랜스듀서와, 상기 초음파 트랜스듀서에 전원을 연결하기 위한 단자부 및 상기 초음파 트랜스듀서를 내부에 수용하고 외측면에 상기 가이드 핀이 돌출 형성된 가이드 캡을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 단자부에는 상기 집속 초음파가 조사되면 발광하는 다이오드가 형성되고, 상기 집속 초음파 모듈은, 상기 단자부를 덮는 반투명 또는 투명의 커버를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 집속 초음파 생성 장치는 상기 회전체에 결합되어 사용자가 잡고 회전시킬 수 있는 다이얼을 더 포함하고, 상기 다이얼의 전면에는 체결 핀이 형성되고, 상기 다이얼의 전면과 마주하는 상기 본체의 배면에는 상기 체결 핀이 체결될 수 있는 복수의 체결 홈이 상기 본체의 둘레 방향으로 형성된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집속 초음파 생성장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 집속 초음파 생성장치의 분리 사시도이다.
도 3은 도 1의 집속 초음파 생성장치의 분리 정면도이다.
도 4는 도 3의 절반을 절개한 절개도이다.
도 5는 도 1의 집속 초음파 생성장치의 결합 정면도이다.
도 6a 및 도 6b는 도 1의 집속 초음파 생성장치의 동작도이다.
도 7은 도 1의 집속 초음파 생성 장치의 사용 상태도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집속 초음파 생성장치(1)의 사시도이고, 도 2는 집속 초음파 생성장치(1)의 분리 사시도이다. 도 3은 집속 초음파 생성장치(1)의 분리 정면도이고, 도 4는 도 3의 절반을 절개한 절개도이다. 도 5는 집속 초음파 생성장치(1)의 결합 정면도이고, 절반이 절개된 절개도이다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 집속 초음파 생성장치(1)는 사용자의 신체(H)에 고정되는 본체(10)와, 본체(10)의 내부 공간(130)에 수용되는 회전체(20)와, 회전체(20)의 내부 공간(213)에 수용되는 집속 초음파 모듈(30)을 포함한다.

아울러, 집속 초음파 생성장치(1)는 회전체(20)에 결합되어 사용자가 잡고 회전시킬 수 있는 다이얼(40)과, 본체(10)의 전면에 부착되어 사용자의 신체(H)와의 고정력을 향상시키는 패드(50)를 포함한다.

집속 초음파 모듈(30)은, 초점거리가 고정된 하나의 초점(F)으로 집속하는 집속 초음파(U)(도 6 참조)를 생성 조사하는 초음파 트랜스듀서(310)와, 초음파 트랜스듀서(310)에 전원을 연결하여 전원을 공급하기 위한 단자부(330)를 포함한다. 본 실시예에 따르면, 초음파 트랜스듀서(310)와 단자부(330)는 일체형으로 분리할 수 없는 하나의 모듈이지만 이에 한정되지는 않는다.

집속 초음파 모듈(30)은 내부 공간(322)에 초음파 트랜스듀서(310)를 수용하는 가이드 캡(320)을 포함한다. 가이드 캡(320)의 외측면에는 반경 방향으로 2개의 가이드 핀(321)이 나란하게 돌출 형성되어 있다.

초음파 트랜스듀서(310)는 오목한 압전소자(312)를 포함하여, 초점거리가 고정된 하나의 초점(F)으로 집속되는 집속 초음파(U)를 생성한다. 본 실시예에 따른 집속 초음파(U)는 저강도 초음파이다.

초음파 트랜스듀서(310)는 단자부(330)에 형성된 단자(331)를 통해 전원을 공급받는다. 본 실시예에 따른 단자(331)는 USB 케이블(70)(도 7 참조)이 체결될 수 있는 USB 단자이다.

도 2에 가장 잘 도시된 바와 같이, 단자부(330)의 배면에는 전원이 공급되면 발광하는 복수의 다이오드(332)가 형성된다. 본 실시예에 따르면, 다이오드(332)는 LED이다.

집속 초음파 모듈(30)은 단자(331)를 내부공간(342)에 수용하도록 단자부(330)에 결합되는 커버(340)를 포함한다. 커버(340)의 배면에는 단자(331)가 노출되도록 하는 개구(341)가 형성되어 있다.

본 실시예에 따르면, 다이오드(332)는 초음파 트랜스듀서(310)로부터 집속 초음파가 조사되면 발광하도록 구성된다.

이때, 커버(340)는 반투명 또는 투명 재질로 형성되어, 다이오드(332)의 빛을 집중시키는 일종의 전등갓 역할을 하게 된다. 집속 초음파를 조사할 때 커버(340)가 빛나게 됨에 따라서, 사용자는 육안을 통해 초음파 조사가 이루어지고 있음을 확인할 수 있게 된다.

회전체(20)는 원통형 몸체(210)를 가지며, 2개의 회전 가이드 홈(211)이 대칭으로 회전체(20)의 둘레를 따라 나선형으로 형성된다. 회전 가이드 홈(211)은 회전체(20)의 몸체(210)를 관통하도록 형성되며, 몸체(210)의 배면에서 절개되어 배면에 개구(212)가 형성되어 있다.

본 실시예에 따르면 회전 가이드 홈(211)의 초입부(214)의 위치와 말단부(개구)(212)의 위치는 회전체(20)를 전후 방향으로 바라보았을 때 대략 90도를 이룬다.

집속 초음파 모듈(30)의 가이드 핀(321)은 개구(212)를 통해 회전 가이드 홈(211)에 체결된다.

회전체(20)는 다이얼(40)의 정면에 고정 결합되고, 다이얼(40)은 본체(10)에 회전 가능하게 결합된다. 다이얼(40)이 회전함에 따라서 회전체(20)가 본체(10)의 전후방향 축(O)을 중심으로 회전하게 된다.

조립시, 집속 초음파 모듈(30)을 다이얼(40)의 중앙 통공(411)에 끼워넣고, 가이드 핀(321)이 개구(212)를 통해 회전 가이드 홈(211)에 체결되도록 회전체(20)를 집속 초음파 모듈(30)과 연결한 후, 회전체(20)를 다이얼(40)의 전면에 억지 끼움한다.

이어, 회전체(20)가 내부 공간(130)에 수용되도록 삽입한 뒤, 다이얼(40)을 본체(10)와 결합한다.

다이얼(40)의 전면에는 후크 부재(420)가 형성되어 있으며, 후크 부재(420)는 사용자가 압지하면 좌우로 벌어지도록 형성된다.

본체(10)의 배면에는 후크 부재(420)와 맞물릴 수 있는 고리형의 후크 부재(140)가 형성되어 있다. 다이얼(40)을 본체(10)와 결합할 때, 사용자는 후크 부재(420)를 벌려 다이얼(40)의 전면을 본체(10)의 배면에 밀착시킨 뒤, 후크 부재(420)에 가하던 힘을 제거하면 후크 부재(420)가 다시 탄성에 의해 원위치하면서 본체(10)의 후크 부재(140)에 맞물린다. 이에 따라서, 다이얼(40)은 본체(10)의 길이방향으로는 구속되지만, 전후방향 축(O)을 중심으로 회전 가능하다.

한편, 본체(10)의 내면(131)에는 4개의 직선 가이드 홈(111)이 전후방향 축(O)상기 본체에는 상기 전후방향 축 방향으로 연장된다.

도 5에 가장 잘 도시된 바와 같이, 가이드 핀(321)은 직선 가이드 홈(111)과 회전 가이드 홈(211)에 동시에 체결된다. 즉, 가이드 핀(321)이 회전 가이드 홈(211)에 수용되어 회전체(20)와 결합된 집속 초음파 모듈(30)을 본체(10) 내부에 삽입할 때, 가이드 핀(321)을 직선 가이드 홈(111)에 정렬해 직선 가이드 홈(111)에 삽입되도록 한다.

가이드 핀(321)은 두 개인 반면, 직선 가이드 홈(111)은 네 개가 형성되므로, 집속 초음파 모듈(30)의 방향을 크게 고려하지 않고 본체(10)에 삽입할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 회전체(20)가 본체(10)의 전후방향 축(O)을 중심으로 회전함에 따라 집속 초음파 모듈(30)이 전후방향 축(O)을 따라 이동하여 초점(F)의 위치(심도)가 조절된다.

도 6a 및 도 6b는 집속 초음파 모듈(30)이 위치 이동하는 모습을 도시한 것이다.

도 6a는 집속 초음파 모듈(30)이 최하단에 위치한 모습을 도시한 것이다. 도 6a의 상태에서 사용자는 다이얼(40)을 돌린다. 다이얼(40)이 회전함에 따라서 회전체(20)가 회전하게 되고, 나선형으로 회전체(20)의 길이방향으로 형성된 회전 가이드 홈(211) 중 직선 가이드 홈(111)과 정렬된 부분의 위치가 초음파 생성 장치(1)의 배면으로 이동하게 된다. 이러한, 회전 가이드 홈(211)의 형상에 의해 가이드 핀(321)이 직선 가이드 홈(111)을 따라 이동하면서 집속 초음파 모듈(30)이 이동이 유도된다.

즉, 회전체(20)가 회전함에 따라서 가이드 핀(321)이 회전 가이드 홈(211)을 따라 상대적으로 이동하게 되는데, 가이드 핀(321)은 직선 가이드 홈(111)에 의해 회전이 구속되고 직선 이동만 허용되므로, 도 6b에 도시된 바와 같이, 집속 초음파 모듈(30)은 회전 없이 전후방향 축(O)을 따라 직선 운동하게 된다.

도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 집속 초음파 모듈(30)이 직선 이동하면서, 초점(F)의 위치 역시 직선 이동하면서 심도가 조절된다. 이때, 집속 초음파 모듈(30)은 회전하지 않으므로, 집속 초음파 모듈(30)에 연결된 케이블(70)이 사용 도중 꼬이는 일이 없다.

다이얼(40)은 본체(10)에 대해 부드럽게 회전하도록 구성될 수도 있지만, 본 실시예에 따르면 사용자에게 회전 정도(즉, 초점의 이동 정도)를 직관적으로 감지할 수 있도록 역감을 제공하는 수단이 구비된다.

도 5를 참조하면, 다이얼(40)의 전면에는 체결핀(421)이 돌출 형성되어 있다. 본 실시예에 따르면, 두 개의 체결핀(421)이 대칭으로 배치되어 있다.

다이얼(40)의 전면과 마주하는 본체(10)의 배면에는 체결 핀(421)이 체결될 수 있는 체결 홈(132)이 오목하게 형성되어 있다.

도 2에 가장 잘 도시된 바와 같이, 복수의 체결 홈(132)이 본체(10)의 둘레 방향으로 일정한 간격으로 형성되어 있다.

체결 핀(421)이 하나의 체결 홈(132)에 체결된 상태에서 사용자가 다이얼(40)을 돌려 체결 핀(421)이 인접한 체결 홈에 다시 체결되는 순간 느껴지는 감각을 통해 사용자는 체결 홈 사이(즉, 한 눈금)만큼 다이얼(40)을 회전시켰다는 것을 직관적으로 감지할 수 있다. 즉, 체결 핀과 체결 홈에 의해 다이얼(40)은 눈금식으로 동작하는 다이얼 인터페이스가 된다.

다이얼(40)을 인접한 두 체결 홈 사이(한 눈금)만큼 돌렸을 때의 초점(F)의 이동 거리가 정해지게 되므로, 눈금 당 초점(F)의 이동 거리 정보를 사용자가 인지하면, 다이얼(40)을 원하는 눈금만큼 돌려 초점의 위치를 지정할 수 있게 된다. 아울러, 체결 홈 사이의 간격을 조절하면, 예를 들어 초점의 위치를 mm 단위로 비교적 정밀하게 조절하는 것도 가능하다.

체결 핀(421)과 체결 홈(132)이 체결되면 집속 초음파 모듈(30)의 위치가 고정되어 초점의 위치가 고정되어 일정한 심도로 초점 심도를 유지할 수 있다.

도 7은 본 실시예에 따른 집속 초음파 생성 장치(1)의 사용 상태도이다.

다시 도 2를 참조하면, 본체(10)는 원통형의 몸체부(110)와 플랜지부(121)를 포함한다. 플랜지부(121)는 몸체부(110)에 비해 비교적 대면적으로 형성되어 신체에 부착될 수 있는 면적을 증가시킨다.

플랜지부(121)의 좌우 측면에는 벨트(60)가 연결될 수 있는 벨트 고리(121)가 형성되어 있다.

플랜지부(121)의 전면에는 푹신하며 마찰력이 큰 재질의 패드(50)가 부착된다.

본 실시예에 따른 집속 초음파 생성 장치(1)는 손목터널증후군을 완화하기 위하여 손목(H)에 부착되며, 저강도 초음파를 이용해 신경을 자극한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 집속 초음파 생성 장치(1)는 벨트(60)를 통해 손목에 부착할 수 있는 사이즈와 무게를 가진다.

본 실시예에 따른 집속 초음파 생성 장치(1)는 하나의 집속 초음파 트랜스듀서만 사용하여 경량화 및 소형화가 용이하며, 구동시 소모 전력이 매우 낮다. 또한, 모든 구성이 텔레스코픽하게 형성되므로, 구조가 매우 컴팩트하다. 아울러, 초점 위치 조절을 위한 별도의 전자 시스템이 필요하지 않으므로, 구조가 매우 간단하고 단가가 낮다.

따라서, 본 실시예에 따른 집속 초음파 생성 장치(1)는 가정 등에서 사용자가 손쉽게 사용할 수 있어, 꾸준하고 지속적인 치료를 가능하게 해준다.

Claims (6)

1. 사용자의 신체에 고정되는 본체;
   상기 본체 내부에 수용되는 회전체;
   상기 회전체 내부에 수용되는 집속 초음파 모듈을 포함하고,
   상기 집속 초음파 모듈은 초점거리가 고정된 하나의 초점으로 집속되는 집속 초음파를 조사하고,
   상기 회전체가 상기 본체의 전후방향 축을 중심으로 회전함에 따라 상기 집촉 초음파 모듈이 상기 전후방향 축을 따라 이동하여 상기 초점의 위치가 조절되는 것을 특징으로 하는 집속 초음파 생성 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 회전체는 상기 집속 초음파 모듈의 이동을 유도하는 회전 가이드 홈을 포함하고, 상기 집속 초음파 모듈은 상기 회전 가이드 홈에 체결되는 가이드 핀을 포함하며,
   상기 회전체가 회전함에 따라 상기 가이드 핀이 상기 회전 가이드 홈을 따라 이동하여 상기 집속 초음파 모듈이 이동하는 것을 특징으로 하는 집속 초음파 생성 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 본체에는 상기 전후방향 축 방향으로 연장되는 직선 가이드 홈이 형성되고,
   상기 회전 가이드 홈은 상기 회전체의 둘레를 따라 나선형으로 형성되고 상기 회전체를 관통하여 형성되며,
   상기 가이드 핀이 상기 직선 가이드 홈 및 상기 회전 가이드 홈에 동시에 체결되어, 상기 회전체가 회전함에 따라 상기 집속 초음파 모듈이 회전 없이 전후방향 축을 따라 직선 이동하는 것을 특징으로 하는 집속 초음파 생성 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 집속 초음파 모듈은,
   상기 집속 초음파를 생성하는 초음파 트랜스듀서;
   상기 초음파 트랜스듀서에 전원을 연결하기 위한 단자부; 및
   상기 초음파 트랜스듀서를 내부에 수용하고 외측면에 상기 가이드 핀이 돌출 형성된 가이드 캡을 포함하는 것을 특징으로 하는 집속 초음파 생성 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 단자부에는 상기 집속 초음파가 조사되면 발광하는 다이오드가 형성되고,
   상기 집속 초음파 모듈은, 상기 단자부를 덮는 반투명 또는 투명의 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 집속 초음파 생성 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 회전체에 결합되어 사용자가 잡고 회전시킬 수 있는 다이얼을 더 포함하고,
   상기 다이얼의 전면에는 체결 핀이 형성되고,
   상기 다이얼의 전면과 마주하는 상기 본체의 배면에는 상기 체결 핀이 체결될 수 있는 복수의 체결 홈이 상기 본체의 둘레 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 집속 초음파 생성 장치.

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