KR20180061105A - Ultrasonic transducer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 초음파 변환기에 관한 것이다.The present invention relates to an ultrasonic transducer.
고령화 시대 진입으로 인해 치매, 뇌혈관 질환, 퇴행성 질환, 중풍 등 난치성, 퇴행성 질환이 증가하고 이에 대한 치료법 개발에 대한 연구가 집중되고 있으며 비교적 부작용과 경제적 부담이 적은 한방치료에 대한 선호도가 증가하고 있다.In the age of aging, intractable and degenerative diseases such as dementia, cerebrovascular disease, degenerative disease, and stroke are increasing, and research on the development of therapies for such diseases has been concentrated, and the preference for herbal medicine with relatively low side effects and economic burden is increasing .
또한, 헬스케어 3.0 시대의 도입으로 예방과 관리를 통한 건강수명 연장에 관심이 증대됨에 따라 사후 치료 중심 의학에서 사전 예방 중심 의학으로 전환이 이루어지고 있고 침구 치료는 개인 특성에 초점이 맞춰진 새로운 대안으로 모색되고 있다.In addition, with the introduction of Healthcare 3.0, there has been a shift from post-treatment-oriented medicine to prophylactic-centered medicine due to increased interest in prolonging the life span of health care through preventive and management, and acupuncture treatment is a new alternative focused on individual characteristics It is being sought.
한편, 뜸 요법은 쑥과 같은 재료를 사용하여 체내의 경혈 위에 올려놓고 뜸을 발화시켜 발생하는 온열 자극을 통해 질병을 치료하고 예방하는 특수온열 자극 요법이다. 뜸의 온열효과는 혈관을 확장시켜 혈액순환을 촉진시키고 질병에 대한 저항력을 증진시킴으로 질병을 치료하는데 직접적 효과가 있으며 경혈과 같은 심부를 자극하여 만성 두드러기, 호흡 관련 질병에 대한 고통을 감소시키기도 한다. 하지만 뜸 치료에 대한 수천년 동안의 임상 적용에 기초한 한의학의 경험적 우수성에도 불구하고 안정성, 유효성에 대한 의구심이 지속적으로 제기되고 있다.On the other hand, moxibustion is made by using materials such as mugwort, placed on the acupuncture points in the body, and is a special heat stimulation therapy that heals and prevents disease through the generated heat stimulation by igniting the moxibustion. The warming effect of moxibustion has a direct effect on the treatment of diseases by expanding the blood vessels and promoting blood circulation and resistance to disease, and it also stimulates the deep parts such as acupuncture to reduce the pain of chronic urticaria and respiratory diseases. However, despite the experience excellence of Oriental medicine based on thousands of years of clinical application of moxibustion treatment, there is a growing suspicion about stability and efficacy.
전통 뜸 치료의 경우 대부분 시술자의 주관적이고 정성적인 치료에 의존하기 때문에 정량적이지 못하고 객관성이 결여되어 있다는 평가가 이루어지고 있다. 신체에 직접구를 시술할 경우 백혈구 중에서 과립구가 크게 증가해 인체 면역성을 떨어뜨리고 혈압 증가에 따른 성인병 유발 위험성을 지적한 보고가 있다. 또한 피부에 화상에 따른 흉터를 남길 수 있기 때문에 여자나 어린아이는 미용의 부분을 고려해야 하고 뜸으로 입은 화상은 심할 경우 성형수술로도 복원이 어려우므로 얼굴부위는 특히 피해야 한다.In the case of traditional moxibustion therapy, it is evaluated that it is not quantitative and lacks objectivity because it depends on the subjective and qualitative treatment of the practitioner. There has been a report that the direct increase of granulocyte counts in the white blood cells caused the drop in human immunity and the risk of adult disease due to increased blood pressure. In addition, the skin and burn scars can leave a woman or child should consider the beauty part, and the moxibustion of burns in the case of severe plastic surgery is difficult to restore because the face area should be avoided in particular.
따라서 뜸 요법을 대체하여 인체에 온열 자극을 가하는 기술에 대하여 다양하게 연구되고 있다.Therefore, it has been studied variously to substitute moxibustion therapy for applying a warm stimulus to the human body.
예를 들어, 2014년 1월 27일에 출원된 KR 20-2014-0000571에는 '초음파 및 온열 효과를 가지는 조합 자극기'에 대하여 개시되어 있다.For example, KR 20-2014-0000571, filed on January 27, 2014, discloses a combination stimulator having ' ultrasound &
일 실시예에 따른 목적은 초음파 변환기에 구비된 온도센서에 의해 초음파 발생 제어를 효과적으로 수행하여, 피부 표면 온도를 특정 시간 동안 온열 자극에 효과적인 목표 온도로 유지시킬 수 있는 초음파 변환기, 상기 초음파 변환기를 포함하는 비침습 온열 자극 시스템 및 비침습 온열 자극 시스템의 제어 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an ultrasonic transducer capable of efficiently controlling the generation of ultrasonic waves by a temperature sensor provided in an ultrasonic transducer and maintaining the skin surface temperature at a target temperature effective for thermal stimulation for a predetermined time, A non-invasive thermal stimulation system and a control method of a non-invasive thermal stimulation system.
일 실시예에 따른 목적은 초음파 변환기의 내부 온도를 실시간으로 측정하여 초음파에 의한 가열 및 냉각의 비율을 조절하여 특정 시간 동안 초음파를 일정하게 발진시킬 수 있는 초음파 변환기, 상기 초음파 변환기를 포함하는 비침습 온열 자극 시스템 및 비침습 온열 자극 시스템의 제어 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an ultrasonic transducer capable of constantly oscillating an ultrasonic wave for a predetermined time by measuring the internal temperature of the ultrasonic transducer in real time and controlling the ratio of heating and cooling by ultrasonic waves, And to provide a control method of a thermal stimulation system and a non-invasive thermal stimulation system.
일 실시예에 따른 목적은 초음파 변환기에 구비된 방열판 및 파워스테이션에 구비된 과열 방지 알고리즘에 의해 초음파 변환기 자체의 과열을 방지하여, 초음파 변환기의 발열에 의한 피부 표면 온도 상승을 방지할 수 있는 초음파 변환기, 상기 초음파 변환기를 포함하는 비침습 온열 자극 시스템 및 비침습 온열 자극 시스템의 제어 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an ultrasound transducer capable of preventing overheating of an ultrasound transducer itself by an overheat prevention algorithm provided in a heat sink and a power station provided in an ultrasound transducer, A non-invasive thermal stimulation system including the ultrasonic transducer, and a control method of the non-invasive thermal stimulation system.
일 실시예에 따른 목적은 인체와 같이 생명체에 적용하는 경우 초음파를 투과시키고자 하는 부위에 정확히 에너지를 전달하고 뼈, 근육, 주요 장기와 같은 곳에 손상을 가하지 않도록 안정성이 향상될 수 있는 초음파 변환기, 상기 초음파 변환기를 포함하는 비침습 온열 자극 시스템 및 비침습 온열 자극 시스템의 제어 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an ultrasound transducer which can transmit energy accurately to a site to be transmitted ultrasound and improve stability so as not to damage the bones, A non-invasive thermal stimulation system including the ultrasonic transducer and a control method of the non-invasive thermal stimulation system.
일 실시예에 따른 목적은 컴팩트한 구조로 마련되고 조작이 용이하여 사용자에 대한 편의성이 향상되어 뜸 치료 대체용으로 활용될 수 있는 초음파 변환기, 상기 초음파 변환기를 포함하는 비침습 온열 자극 시스템 및 비침습 온열 자극 시스템의 제어 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an ultrasonic transducer which is provided in a compact structure and is easy to operate and can be utilized for replacing moxibustion therapies with convenience for a user, a non-invasive thermal stimulation system including the ultrasonic transducer, And to provide a control method of the thermal stimulation system.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 초음파 변환기는, 케이스; 상기 케이스 내에 고정되어 초음파를 발생시키는 압전소자; 상기 케이스의 일단에 장착되어 상기 압전소자에서 발생된 초음파를 집속시키는 음향 렌즈; 및 상기 케이스 내에 고정되어 주위 온도를 측정하는 온도센서;를 포함하고, 상기 압전소자의 중앙 부분에 상기 온도센서가 삽입 장착될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic transducer comprising: a casing; A piezoelectric element fixed in the case to generate ultrasonic waves; An acoustic lens mounted on one end of the case and focusing ultrasound generated from the piezoelectric element; And a temperature sensor fixed in the case to measure an ambient temperature, wherein the temperature sensor can be inserted and mounted in a central portion of the piezoelectric element.
일 측에 의하면, 상기 음향 렌즈의 중앙에는 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀을 통해 상기 압전소자에 장착된 상기 온도센서의 일면이 외부에 노출될 수 있다.According to one aspect of the present invention, a through hole is formed at the center of the acoustic lens, and one surface of the temperature sensor mounted on the piezoelectric element through the through hole may be exposed to the outside.
일 측에 의하면, 상기 압전소자 및 상기 온도센서에 각각 연결된 신호선은 상기 케이스 내에서 통합되어 상기 케이스의 타단을 관통하여 연장될 수 있다.According to one aspect of the present invention, the signal lines respectively connected to the piezoelectric element and the temperature sensor may be integrated in the case and extend through the other end of the case.
일 측에 의하면, 상기 압전소자의 일면 및 상기 음향 렌즈 사이에 배치된 정합층; 및 상기 압전소자의 타면 및 상기 케이스의 타단 사이에 배치된 후면재;를 더 포함하고, 상기 후면재는 상기 온도센서가 상기 압전소자에 장착된 후에 상기 케이스 내에 도포될 수 있다.According to one aspect of the present invention, there is provided a liquid crystal display comprising: a matching layer disposed between a surface of the piezoelectric element and the acoustic lens; And a backing material disposed between the other surface of the piezoelectric element and the other end of the case, and the backing material may be applied to the case after the temperature sensor is mounted on the piezoelectric element.
일 측에 의하면, 상기 케이스의 과열을 방지하도록 복수 개의 냉각핀이 구비된 방열판;을 더 포함하고, 상기 방열판은 환형으로 마련되어 상기 케이스가 관통될 수 있다.According to one aspect of the present invention, there is further provided a heat sink having a plurality of cooling fins for preventing overheating of the case, wherein the heat sink is annularly formed so that the case can be penetrated.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 비침습 온열 자극 시스템은, 교류 전력 파형을 발생시키는 파워스테이션; 및 상기 파워스테이션에서 발생된 교류 전력 파형에 의해 초음파가 발진되는 초음파 변환기;를 포함하고, 상기 초음파 변환기에는 온도센서가 구비되며, 상기 온도센서에서 측정된 온도 데이터에 의해 상기 파워스테이션의 작동이 실시간으로 제어되어, 상기 초음파 변환기에서 특정 시간 동안 일정하게 초음파가 발진될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a non-invasive thermal stimulation system including: a power station for generating an AC power waveform; And an ultrasonic transducer in which an ultrasonic wave is generated by an AC power waveform generated in the power station, wherein the ultrasonic transducer is provided with a temperature sensor, and the operation of the power station is controlled in real time So that ultrasonic waves can be oscillated constantly for a specific time in the ultrasonic transducer.
일 측에 의하면, 상기 파워스테이션은 상기 초음파 변환기의 과열 방지 알고리즘이 내장된 컨트롤러를 포함하고, 상기 과열 방지 알고리즘에는 온도의 상한값 및 하한값이 미리 설정되어, 상기 온도센서에서 측정된 온도 데이터가 상기 상한값을 초과하면 상기 파워스테이션의 작동이 오프(off)되고, 상기 온도센서에서 측정된 온도 데이터가 상기 하한값 이하가 되면 상기 파워스테이션의 작동이 온(on)될 수 있다.According to one aspect of the present invention, the power station includes a controller incorporating an overheat prevention algorithm of the ultrasonic transducer, wherein an upper limit value and a lower limit value of the temperature are previously set in the overheat prevention algorithm, The operation of the power station may be turned off and the operation of the power station may be turned on when the temperature data measured by the temperature sensor falls below the lower limit value.
일 측에 의하면, 상기 파워스테이션은, 상기 온도센서에서 측정된 신호를 증폭시키는 온도센서 증폭 회로; 및 상기 온도센서 증폭 회로에 전기적으로 연결되어 교류 전력 파형을 발생시키는 파형 발생부;를 포함하고, 상기 파형 발생부은 상기 과열 방지 알고리즘과 연동되어 작동이 제어될 수 있다.According to one aspect, the power station includes: a temperature sensor amplifying circuit for amplifying a signal measured by the temperature sensor; And a waveform generating unit electrically connected to the temperature sensor amplifying circuit to generate an AC power waveform, wherein the waveform generating unit is operable in conjunction with the overheat prevention algorithm.
일 측에 의하면, 상기 파형 발생부는 복수 개의 포트가 구비된 기판을 포함하고, 상기 복수 개의 포트는, 사용자에 의해 상기 교류 전력 파형의 설정값이 입력되는 인터페이스 포트; 상기 온도센서에서 측정된 신호가 입력되는 온도센서 포트; 상기 교류 전력 파형을 상기 초음파 변환기에 출력시키는 출력 포트; 및 상기 파워스테이션의 현재 상태가 표시되는 디스플레이와 연결되는 디스플레이 포트;를 포함할 수 있다.According to one aspect of the present invention, the waveform generating unit includes a substrate having a plurality of ports, the plurality of ports including: an interface port into which a set value of the AC power waveform is input by a user; A temperature sensor port to which a signal measured by the temperature sensor is input; An output port for outputting the AC power waveform to the ultrasonic transducer; And a display port connected to a display on which the current state of the power station is displayed.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 비침습 온열 자극 시스템의 제어 방법은, 교류 전력 파형을 발생시키는 파워스테이션 및 상기 파워스테이션에서 발생된 교류 전력 파형으로부터 초음파를 출력하는 초음파 변환기를 포함하는 비침습 온열 자극 시스템이 제공되는 단계; 상기 초음파 변환기가 대상체의 피부 표면 상에 배치되는 단계; 상기 초음파 변환기에서 초음파가 출력되는 단계; 상기 대상체의 피부 표면이 연속 가열되는 단계; 상기 초음파 변환기에 구비된 온도센서에 의해 상기 초음파 변환기의 내부 온도가 측정되는 단계; 및 상기 측정된 초음파 변환기의 내부 온도에 의해 상기 파워스테이션의 작동이 제어되는 단계;를 포함하고,상기 측정된 초음파 변환기의 내부 온도에 의해 상기 파워스테이션의 작동이 제어되는 단계에서, 상기 초음파에 의한 가열 및 냉각의 비율이 조절되어, 상기 대상체의 피부 표면 온도가 특정 시간 동안 일정하게 유지될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a control method for a non-invasive thermal stimulation system, including: a power station for generating an AC power waveform; and an ultrasonic transducer for outputting an ultrasonic wave from an AC power waveform generated in the power station, Providing an invasive thermal stimulation system; The ultrasonic transducer being disposed on the skin surface of the object; Outputting ultrasonic waves in the ultrasonic transducer; Continuously heating the skin surface of the subject; Measuring an internal temperature of the ultrasonic transducer by a temperature sensor provided in the ultrasonic transducer; And controlling the operation of the power station by the measured internal temperature of the ultrasonic transducer, wherein in the step of controlling the operation of the power station by the measured internal temperature of the ultrasonic transducer, The rate of heating and cooling is adjusted so that the skin surface temperature of the subject can be kept constant for a certain period of time.
일 측에 의하면, 상기 초음파에 의한 가열 및 냉각의 비율은 상기 파워스테이션에서 상기 교류 전력 파형을 발생시키는 시간 및 상기 파워스테이션에서 전원이 오프(off)되거나 전력이 감소된 시간의 비율의 조절에 의해 조절될 수 있다.According to one aspect, the rate of heating and cooling by the ultrasonic waves is controlled by adjusting the ratio of the time at which the AC power waveform is generated at the power station and the time at which the power is turned off or the power is reduced at the power station Lt; / RTI >
일 측에 의하면, 상기 대상체의 피부 표면이 연속 가열되는 단계에서, 상기 파워스테이션은 상기 초음파 변환기의 내부 온도가 목표 온도에 도달될 때까지 지속적으로 상기 교류 전력 파형을 발생시키고, 상기 초음파 변환기의 내부 온도가 상기 목표 온도에 도달되면 상기 파워스테이션의 작동이 오프(off)로 될 수 있다.According to one aspect of the present invention, in the step of continuously heating the skin surface of the object, the power station continuously generates the AC power waveform until the internal temperature of the ultrasonic transducer reaches the target temperature, When the temperature reaches the target temperature, the operation of the power station can be turned off.
일 측에 의하면, 상기 파워스테이션에는 상기 초음파에 의한 가열 및 냉각의 비율이 미리 설정되고, 상기 측정된 대상체의 피부 표면 온도에 의해 실시간으로 상기 초음파에 의한 가열 및 냉각의 비율이 조절될 수 있다.According to one aspect of the present invention, the ratio of heating and cooling by the ultrasonic waves is preset in the power station, and the rate of heating and cooling by the ultrasonic waves can be adjusted in real time by the skin surface temperature of the measured object.
일 실시예에 따른 초음파 변환기, 상기 초음파 변환기를 포함하는 비침습 온열 자극 시스템 및 비침습 온열 자극 시스템의 제어 방법에 의하면, 초음파 변환기에 구비된 온도센서에 의해 초음파 발생 제어를 효과적으로 수행하여, 피부 표면 온도를 특정 시간 동안 온열 자극에 효과적인 목표 온도로 유지시킬 수 있다.According to the ultrasonic transducer according to the embodiment, the non-invasive thermal stimulation system including the ultrasonic transducer, and the control method of the non-invasive thermal stimulation system, the ultrasonic wave generation control is effectively performed by the temperature sensor included in the ultrasonic transducer, The temperature can be maintained at a target temperature effective for thermal stimulation for a certain period of time.
일 실시예에 따른 초음파 변환기, 상기 초음파 변환기를 포함하는 비침습 온열 자극 시스템 및 비침습 온열 자극 시스템의 제어 방법에 의하면, 초음파 변환기의 내부 온도를 실시간으로 측정하여 초음파에 의한 가열 및 냉각의 비율을 조절하여 특정 시간 동안 초음파를 일정하게 발진시킬 수 있다.According to the ultrasonic transducer according to the embodiment, the non-invasive thermal stimulation system including the ultrasonic transducer, and the control method of the non-invasive thermal stimulation system, the internal temperature of the ultrasonic transducer is measured in real time, It is possible to oscillate the ultrasonic wave constantly for a specific time.
일 실시예에 따른 초음파 변환기, 상기 초음파 변환기를 포함하는 비침습 온열 자극 시스템 및 비침습 온열 자극 시스템의 제어 방법에 의하면, 초음파 변환기에 구비된 방열판 및 파워스테이션에 구비된 과열 방지 알고리즘에 의해 초음파 변환기 자체의 과열을 방지하여, 초음파 변환기의 발열에 의하한 피부 표면 온도 상승을 방지할 수 있다.According to the non-invasive thermal stimulation system including the ultrasonic transducer according to the embodiment, the non-invasive thermal stimulation system including the ultrasonic transducer, and the control method of the non-invasive thermal stimulation system, by the overheat prevention algorithm provided in the heat sink and the power station provided in the ultrasonic transducer, It is possible to prevent the skin temperature from rising due to heat generation of the ultrasonic transducer.
일 실시예에 따른 초음파 변환기, 상기 초음파 변환기를 포함하는 비침습 온열 자극 시스템 및 비침습 온열 자극 시스템의 제어 방법에 의하면, 인체와 같이 생명체에 적용하는 경우 초음파를 투과시키고자 하는 부위에 정확히 에너지를 전달하고 뼈, 근육, 주요 장기와 같은 곳에 손상을 가하지 않도록 안정성이 향상될 수 있다.According to the ultrasonic transducer according to the embodiment, the non-invasive thermal stimulation system including the ultrasonic transducer, and the control method of the non-invasive thermal stimulation system, when applied to a living body such as a human body, Stability can be improved to deliver and not to damage the bones, muscles, or major organs.
일 실시예에 따른 초음파 변환기, 상기 초음파 변환기를 포함하는 비침습 온열 자극 시스템 및 비침습 온열 자극 시스템의 제어 방법에 의하면, 컴팩트한 구조로 마련되고 조작이 용이하여 사용자에 대한 편의성이 향상되어 뜸 치료 대체용으로 활용될 수 있다.According to the ultrasonic transducer according to the embodiment, the non-invasive warm stimulating system including the ultrasonic transducer, and the control method of the non-invasive warm stimulating system, the compact structure and easy operation are improved, It can be used as an alternative.
도 1은 일 실시예에 따른 비침습 온열 자극 시스템을 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 비침습 온열 자극 시스템의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 3은 초음파 변환기의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 4(a) 및 (b)는 음향 렌즈를 통한 음압 시뮬레이션 및 음향 출력 프로파일을 도시한다.
도 5는 정합층에서 초음파를 통한 투과 및 반사를 도시한다.
도 6은 초음파 변환기의 제작 과정을 도시한다.
도 7은 방열판의 사시도를 도시한다.
도 8(a) 및 (b)는 방열판의 유무에 따른 초음파 변환기 내부 열 발생 시뮬레이션을 도시한다.
도 9는 파워스테이션의 내부 구성을 도시한다.
도 10은 기판 상에 구비된 파형 발생부가 구현된 모습을 도시한다.
도 11은 컨트롤러에 내장된 구동 알고리즘을 도시한다.
도 12는 컨트롤러에 내장된 초음파 변환기의 과열 방지 알고리즘을 도시한다.
도 13은 일 실시예에 따른 비침습 온열 자극 시스템의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 14는 가열 및 냉각 비 조절에 의한 최종 온도 곡선을 도시한다.
도 15는 일 실시예에 따른 비침습 온열 자극 시스템에 의한 피하 및 심부의 온도 변화를 도시한다.
도 16은 일 실시예에 따른 비침습 온열 자극 시스템에서 온도 피드백 조건에 따른 온도 변화를 도시한다.
도 17은 일 실시예에 따른 비침습 온열 자극 시스템에 의한 온열 자극 전후의 열화상 이미지를 도시한다.
도 18은 일 실시예에 따른 비침습 온열 자극 시스템에 의한 백서 피부조직의 변화를 도시한다.Figure 1 illustrates a non-invasive thermal stimulation system in accordance with one embodiment.
2 schematically shows the configuration of a non-invasive thermal stimulation system according to one embodiment.
Fig. 3 schematically shows the configuration of the ultrasonic transducer.
Figures 4 (a) and (b) show the sound pressure simulation and acoustic output profile through the acoustic lens.
Figure 5 shows the transmission and reflection through the ultrasonic waves in the matching layer.
6 shows a manufacturing process of the ultrasonic transducer.
7 shows a perspective view of a heat sink.
Figs. 8 (a) and 8 (b) illustrate simulations of generation of heat inside an ultrasonic transducer depending on the presence or absence of a heat sink.
9 shows an internal configuration of a power station.
FIG. 10 shows a waveform generator provided on a substrate.
11 shows a driving algorithm built in the controller.
12 shows an overheat prevention algorithm of an ultrasonic transducer incorporated in the controller.
13 is a flowchart showing a control method of a non-invasive thermal stimulation system according to an embodiment.
Figure 14 shows the final temperature curve by adjusting the heating and cooling ratio.
FIG. 15 illustrates subcutaneous and deep heart temperature changes by a non-invasive thermal stimulation system according to an embodiment.
FIG. 16 illustrates a temperature change according to a temperature feedback condition in a non-invasive thermal stimulation system according to an embodiment.
FIG. 17 illustrates a thermal image before and after a thermal stimulation by the non-invasive thermal stimulation system according to an embodiment.
FIG. 18 illustrates changes in the tissue structure of the white paper by the non-invasive thermal stimulation system according to one embodiment.
이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to exemplary drawings. It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference symbols as possible even if they are shown in different drawings. In the following description of the embodiments, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the best of an understanding clear.
또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In describing the components of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, Quot; may be "connected," "coupled," or "connected. &Quot;
도 1은 일 실시예에 따른 비침습 온열 자극 시스템을 도시하고, 도 2는 일 실시예에 따른 비침습 온열 자극 시스템의 구성을 개략적으로 도시하고, 도 3은 초음파 변환기의 구성을 개략적으로 도시하고, 도 4(a) 및 (b)는 음향 렌즈를 통한 음압 시뮬레이션 및 음향 출력 프로파일을 도시하고, 도 5는 정합층에서 초음파를 통한 투과 및 반사를 도시하고, 도 6은 초음파 변환기의 제작 과정을 도시하고, 도 7은 방열판의 사시도를 도시하고, 도 8(a) 및 (b)는 방열판의 유무에 따른 초음파 변환기 내부 열 발생 시뮬레이션을 도시하고, 도 9는 파워스테이션의 내부 구성을 도시하고, 도 10은 기판 상에 구비된 파형 발생부가 구현된 모습을 도시하고, 도 11은 컨트롤러에 내장된 구동 로직을 도시하고, 도 12는 컨트롤러에 내장된 초음파 변환기의 과열 방지 알고리즘을 도시한다.FIG. 1 schematically illustrates a non-invasive thermal stimulation system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 schematically shows a configuration of a non-invasive thermal stimulation system according to an embodiment. FIG. 3 schematically shows a configuration of an ultrasonic transducer 4A and 4B show the sound pressure simulation and sound output profile through the acoustic lens, FIG. 5 shows the transmission and reflection through the ultrasonic waves in the matching layer, FIG. 6 shows the production process of the ultrasonic transducer 8 (a) and 8 (b) illustrate simulations of internal heat generation of an ultrasonic transducer depending on the presence or absence of a heat sink, FIG. 9 shows an internal configuration of a power station, FIG. 10 shows a waveform generator provided on a substrate, FIG. 11 shows driving logic built in the controller, and FIG. 12 shows an ultrasonic converter overheat prevention algorithm embedded in the controller. Respectively.
도 1 및 2를 참조하여, 일 실시예에 따른 비침습 온열 자극 시스템(10)은 초음파 변환기(100) 및 파워스테이션(200)을 포함할 수 있다.1 and 2, a non-invasive
일 실시예에 따른 비침습 온열 자극 시스템(10)은 초음파, 레이저 또는 고주파 등을 이용하여 비침습적 뜸(온열) 자극을 수행할 수 있으나, 이하에서는 초음파를 이용하여 비침습적 뜸(온열) 자극을 수행하는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.The non-invasive
특히 도 3을 참조하여, 상기 초음파 변환기(100)는 케이스(110), 압전소자(120), 온도센서(130), 음향 렌즈(140), 정합층(미도시) 및 후면재(150)를 포함할 수 있다.3, the
케이스(110)는 내부 케이스(112) 및 외부 케이스(114)를 포함할 수 있다.The
상기 내부 케이스(112)는 압전소자(120)와 외부 케이스(114)와의 절연을 위하여 아크릴 소재로 제작되고, 초음파 변환기(100)의 잡음을 제거하기 위하여 외부 케이스(114)는 알루미늄으로 제작될 수 있다.The
상기 케이스(110)에는 초음파를 발생시키는 압전소자(120)가 장착될 수 있다.The
상기 압전소자는 초음파 변환기(100)의 성능을 좌우하는 중요한 요소이다. 이러한 압전소자의 특성을 나타내는 변수들로는 압전상수, 유전상수, 공진주파수 등 있으나, 온열 자극용 의료용 초음파 변환기의 주파수 범위는 약 1-3 MHz이며 이에 필요한 압전 특성을 나타내는 인자 중에서 전기-기계결합계수(kt)와 압전변형상수(d33)를 고려하여 압전소자를 선정할 수 있다.The piezoelectric element is an important factor that determines the performance of the
따라서 압전변형 상수인 d33은 PMN-PT 재료가 그 특성이 우수하나 개당 비용은 PZT-C91 재료가 매우 저렴하므로, 압전소자(120)는 예를 들어 PZT-C91로 마련될 수 있다.Therefore, the
또한, 압전소자(120)는 예를 들어 직경이 30mm인 디스크 형상으로 마련되어 케이스(110)의 일단 또는 전단부에 고정될 수 있다.The
또는, 압전소자(120)는 직경이 12 내지 13mm인 튜브 형태로 마련될 수 있다.Alternatively, the
압전소자(120)가 튜브형으로 마련된 경우, 공진주파수는 다음과 같이 정의될 수 있다.When the
이때, 
전술된 압전소자(120)는 파워스테이션(200)에서 발생된 교류 전력 파형에 의해 초음파를 발진시킬 수 있으며, 이에 대해서는 이하에서 상술된다.The above-described
한편, 상기 케이스(110) 내에는 온도센서(130)가 고정될 수 있다.Meanwhile, a
구체적으로, 온도센서(130)는 주위 온도를 측정할 수 있도록 압전소자(120)의 중앙 부분에 장착될 수 있다.Specifically, the
이에 의해 온도센서(130)의 일면은 압전소자(120)의 중앙 부분을 통해 외부에 노출되고 온도센서(130)의 타면은 케이스(110) 내부를 향해 배치될 수 있다.The one surface of the
또한, 압전소자(120)가 튜브형으로 마련된 경우, 온도센서(130)가 압전소자(120)에 삽입되어 고정될 수 있다.Further, when the
이와 같이 온도센서(130)가 초음파 변환기(100) 내에, 특히 압전소자(120)에 장착됨으로써 온도센서(130)는 초음파 변환기(100)에 의해 피부 표면 상에 온열 자극이 가해지는 중에 실시간으로 초음파 변환기(100)의 내부 온도를 측정할 수 있고, 온도센서(130)에 의해 획득된 온도 데이터는 초음파 변환기(100) 또는 파워스테이션(200)의 작동을 제어하는 데 활용될 수 있다.When the
또한, 케이스(110)의 일단에서 압전소자(120)의 전방에는 음향 렌즈(140)가 장착될 수 있다.In addition, an
상기 음향 렌즈(140)는 압전소자(120)에서 발생된 초음파를 집속시키기 위한 것으로서 초음파 변환기(100)의 전면부에 부착될 수 있다.The
이때, 음향 렌즈(140)의 중앙에는 관통홀(142)이 형성되어, 관통홀(142)을 통해 압전소자(120)의 중앙에 장착된 온도센서(130)의 일면이 외부에 노출될 수 있다. At this time, a through
또한, 음향 렌즈(140)는 유한요소해석 기법과 광경로 시뮬레이션에 사용되는 ray-tracing 기법을 응용하여 비구면 렌즈의 형태로 설계될 수 있다.In addition, the
특히, 도 4(a)는 초점 거리를 12mm에 설정하여 비구면 음향 렌즈(140)를 통한 음압(acoustic pressure) 분포를 예측한 것으로 음향 렌즈(140)를 통과한 초음파는 측정 위치에서 집속이 되는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 도 4(b)는 중심축을 따른 음향 출력의 프로파일을 보여주며, 표면으로부터 6-8mm 거리 부근(초점거리는 약 12mm)에서 음향 출력이 최대가 되는 것으로 시뮬레이션 결과를 보여준다.In particular, Fig. 4 (a) shows the distribution of the acoustic pressure through the aspherical
또한, 구체적으로 도시되지는 않았으나, 압전소자(120) 및 음향 렌즈(140) 사이에는 정합층(미도시)이 배치될 수 있다.Also, although not specifically shown, a matching layer (not shown) may be disposed between the
압전소자(120)에서 발생된 음향 에너지가 부하로 전달되는 양은 압전소자(120)와 부하 사이의 음향 임피던스 차이가 커지면 작아진다. 이 때 압전소자(120)와 부하 사이에 정합층을 넣어 음향 임피던스의 불일치를 개선하고 초음파 에너지의 투과성을 증가시킬 수 있다. 이론적으로 정합층은 임의의 수만큼 사용할 수 있지만 실제로는 압전소자(120)와 부하의 임피던스에 의해 1개 또는 2개를 사용하는 것이 바람직하다.The amount of the acoustic energy generated in the
예를 들어, 정합층은 2개의 정합층(pyrex, plexiglass) 또는 1개의 정합층(plexiglass)으로 마련될 수 있다.For example, the matching layer may be provided with two matching layers (pyrex, plexiglass) or one matching layer (plexiglass).
특히, 도 5를 참조하여, 압전소자(120)에서 발생된 음파가 정합층을 거쳐 부하로 전달되는 과정을 확인할 수 있다.In particular, referring to FIG. 5, it can be seen that the sound waves generated in the
매질(Ⅰ)에서 입사파와 반사파의 음압은 다음과 같다. 여기서, 투과율이 1이 되는데, 투과율이 1이란 압전재의 임피던스와 부하 임피던스의 기하 평균 임피던스를 갖는 1/4 파장 두께의 정합층을 사용하였을 때, 압전소자(120)에서 발생시킨 탄성에너지가 매질(Ⅲ) 까지 이론적으로 음향에너지의 완전한 전달이 가능해진다는 의미이다.The sound pressure of the incident wave and the reflected wave in the medium (I) is as follows. Here, when the matching layer having the 1/4 wavelength thickness having the impedance of the piezoelectric material and the geometric mean impedance of the load impedance of 1 is used, the elastic energy generated in the
이때, Z1은 압전재의 음향 임피던스이고,Here, Z 1 is the acoustic impedance of the piezoelectric material,
Z2는 정합층의 음향 임피던스이고,Z 2 is the acoustic impedance of the matching layer,
Z3은 물의 음향 임피던스이고,Z 3 is the acoustic impedance of water,
λ는 물의 파장이고,lambda is the wavelength of water,
L은 정합층의 두께이다.L is the thickness of the matching layer.
예를 들어, 압전소자(120)인 PZT C-91의 음향 임피던스는 약 34MRayL 이며, 물의 음향 임피던스는 약 1.5MRayL 로 계산된 Z2의 값은 7.1 MRayL 이다.For example, the acoustic impedance of the C-91 PZT
현실적으로 약 7MRayL이 되는 정합층의 재료를 구하기 힘들어 3.5MRayL을 가지는 plexiglass로 대체하였으며, 정합층이 음향 렌즈(140)의 역할 또한 하게 될 수 있다.In reality, it is difficult to obtain the material of the matching layer of about 7 MRAYL, and it is replaced with the plexiglass of 3.5 MRAYL, and the matching layer can also serve as the
또한, 압전소자(120)의 타면 및 케이스(110)의 타단 사이에는 후면재(150)가 배치될 수 있다.Further, the
상기 후면재(150)는 압전소자(120)의 뒷부분에 위치하여 압전소자(120)의 진동을 제한하는 댐퍼 역할을 하며, 초음파 변환기(100)의 분해능과 대역폭을 넓히는 역할을 한다.The
후면재(150)의 음향 임피던스는 압전소자(120)의 음향 임피던스와 같은 값을 갖도록 하여 음파가 완전히 투과되도록 하거나 용도에 따라 후면재(150)의 음향 임피던스를 조절하여 사용한다.The acoustic impedance of the
예를 들어, 후면재(150)의 재질은 후면재(150)의 임피던스 조절할 필요 없이 에폭시로 마련될 수 있다.For example, the material of the
또한, 도 3을 다시 참조하여, 전술된 압전소자(120) 및 온도센서(130)에는 신호선(C)이 연결될 수 있다.3, the signal line C may be connected to the
구체적으로, 신호선(C)은 압전소자(120) 및 온도센서(130)에 각각 연결되고 케이스(110) 내에서 통합되어 케이스(110)의 타단을 관통하여 연장될 수 있다.The signal line C may be connected to the
이때, 신호선(C)은 후면재(150) 내에서 두 개의 신호선으로 분리된 상태이며, 케이스(110)의 타단을 향하는 내부 케이스(112)의 면에서 두 개의 신호선이 통합될 수 있다.At this time, the signal line C is separated into two signal lines in the
도 6을 참조하여, 초음파 변환기(100)는 전술된 케이스(110), 압전소자(120), 온도센서(130), 음향 렌즈(140), 정합층(미도시) 및 후면재(150)를 통해 다음과 같이 제작될 수 있다.6, the
우선, 정합층과 내/외부 케이스(110)를 압전소자(120)에 연결한다. 그런 다음, 온도센서(미도시)를 압전소자(120)의 중앙 부분에 삽입한 후, 후면재(150)를 도포한다. 마지막으로, 온도센서의 신호선(C)과 압전소자의 신호선(C)을 한 개의 신호선으로 통합시킨다.First, the matching layer and the inner /
도 7을 참조하여, 상기 초음파 변환기(100)는 케이스(110)에 장착되는 방열판(160)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7, the
상기 방열판(160)은 케이스(110)의 과열을 방지하기 위한 것으로서, 예를 들어 환형으로 마련되어, 케이스(110)가 방열판(160)의 중앙에 관통될 수 있다.The
또한, 방열판(160)에는 복수 개의 냉각핀(162)이 구비될 수 있다.Also, the
상기 복수 개의 냉각핀(162)은 케이스(110)의 중심축으로부터 방사상 방향으로 연장된 형태로 마련될 수 있다.The plurality of cooling
예를 들어 복수 개의 냉각핀(162)은 10mm의 길이를 구비하며 네 개로 마련될 수 있으나, 복수 개의 냉각핀(162)의 크기 및 개수는 이에 국한되지 아니하며, 케이스(110)의 과열을 효과적으로 방지할 수 있다면 어느 것이든지 가능하다.For example, the plurality of cooling
또한, 효율적인 방열을 위해서 방열판(160)은 열전도도가 우수한 알루미늄으로 제작될 수 있다.Further, in order to efficiently dissipate heat, the
전술된 방열판(160)은 방열판(160)의 내주면에 서멀 그리스(thermal grease)를 도포한 후에, 케이스(110)를 방열판(160)의 내주면에 삽입함으로써, 케이스(110)와 결합될 수 있다.The
초음파 변환기(100)는 약 30분 이상 동안 지속적으로 초음파를 발생시켜야 하기 때문에, 초음파 변환기(100)의 과열을 방지하기 위한 방열 대책이 필요하다. 따라서 초음파 변환기(100)의 주위에 접촉하여 방열할 수 있는 방열판(160)의 구조를 유한요소설계 기법을 이용하여 설계하고 제작하였다.Since the
특히 도 8(a)를 참조하여, 방열판이 없을 때의 초음파변환기의 내부 온도 변화를 예측할 결과 압전소자에서 열이 집중적으로 발생하며, 음향 렌즈를 제외한 다른 부분으로 열이 전달되는 것으로 확인할 수 있다. 또한, 300초의 연속적인 가열에서 압전소자의 온도가 90도 이상으로 상승하는 것으로 나타났으며, 이러한 온도 상승은 압전소자의 성능에 영향을 미칠 수 있다.In particular, referring to FIG. 8 (a), it can be confirmed that heat is intensively generated in the piezoelectric element as a result of predicting a change in the internal temperature of the ultrasonic transducer when there is no heat sink, and heat is transferred to other portions except for the acoustic lens. Also, it has been shown that the temperature of the piezoelectric element rises to more than 90 degrees in continuous heating for 300 seconds, and this temperature increase may affect the performance of the piezoelectric element.
반면, 도 8(b)를 참조하여, 케이스에 방열판을 장착한 후에 도 8(a)와 동일한 조건에서의 온도 변화를 예측한 결과, 냉각핀의 길이가 길어짐에 따라 열전달 특성이 우수한 것으로 나타났다. 특히, 도 8(b)는 냉각핀이 10mm일 때의 온도 예측 결과로써, 300초의 연속적인 가열에는 케이스의 온도가 54도까지 증가하는 것으로 예측되었다.On the other hand, referring to Fig. 8 (b), the temperature change under the same conditions as in Fig. 8 (a) after mounting the heat sink to the case was predicted to be superior to the heat transfer characteristics as the length of the cooling fin became longer. Particularly, FIG. 8 (b) is a result of the temperature prediction when the cooling fin is 10 mm, and it is predicted that the case temperature increases to 54 degrees for continuous heating for 300 seconds.
그러나, 이러한 시뮬레이션 결과를 통해서 방열판(160)을 장착하더라도 초음파 변환기(100)의 구동 시간이 길어짐에 따라 초음파 변환기(100)의 내부 온도는 성능에 영향을 미칠 만큼 상승하게 된다. 따라서 이를 방지하기 위해서는 초음파 변환기(100)의 방열판(160) 장착 이외에 다른 방법이 필요하다. 이를 위해서 전술된 바와 같이 초음파 변환기(100)의 내부에 온도센서(130)를 내장하고 초음파 변환기(100)의 내부 온도를 기반으로 하는 Tone-burst 신호의 출력의 제어 알고리즘, 예를 들어 초음파 변환기의 과열 방지 알고리즘을 파워스테이션(200)에 내장하였다.However, even if the
다시 도 1 및 2를 참조하여, 전술된 초음파 변환기(100)에는 파워스테이션(200)이 전기적으로 연결될 수 있다.1 and 2, the
상기 파워스테이션(200)에서는 교류 전력 파형을 발생시킬 수 있으며, 파워스테이션(200)에서 발생된 교류 전력 파형에 의해 초음파 변환기(100)에서 초음파가 발진될 수 있다.In the
구체적으로, 상기 파워스테이션(200)은 파형 발생부(210), 온도센서 증폭 회로(220), 파워 앰프(230), 입력 패널(240), 디스플레이(250) 및 전력 공급원(260)을 포함할 수 있다.Specifically, the
상기 파형 발생부(210)는 초음파 변환기를 구동하기 위해서 교류 전력 신호를 생성하는 장치이며, 예를 들어 다음의 사양을 만족하도록 설계될 수 있다.The
출력 주파수는 0.8-1.2 MHz 대역이며, Tone-burst 파형은 PRF은 1-10 Hz 범위에서, duration time은 1-99% 범위에서 조절 가능하다. 또한, 온도센서를 통해 입력되는 신호를 통해서 25-60 ℃ 범위에서 온도 모니터링이 가능하다.The output frequency is in the range of 0.8-1.2 MHz, the tone-burst waveform is adjustable in the 1-10 Hz range of the PRF, and the duration time is 1-99%. In addition, temperature monitoring is possible in the 25-60 ° C range through the signal input through the temperature sensor.
또한, 상기 파형 발생부(210)는 컨트롤러(212), CPLD(Complex Programmable Logic Device; 214) 및 드라이버(driver; 216)를 포함할 수 있다. The
상기 컨트롤러(212)는 tone-burst waveform의 설정값을 입력하고, 입력값을 디스플레이하기 위한 사용자 인터페이스, 온도센서의 출력 및 feedback control, CPLD의 제어를 담당할 수 있다.The
상기 CPLD(214)는 Controller의 입력값을 이용하여 tone-burst 파형을 출력할 수 있다.The
상기 드라이버(216)는 CPLD에서 출력되는 신호를 파워앰프의 구동에 필요한 수준의 전압으로 증폭하는 기능을 수행할 수 있다.The
도 10을 참조하여, 단일 기판(218) 상에 컨트롤러(212), CPLD(214) 및 드라이버(216)가 구현될 수 있다.10, a
또한, 기판(218)에는 복수 개의 포트가 구비될 수 있다.In addition, the
예를 들어, 기판(218)에는 사용자에 의해 교류 전력 파형의 설정값이 입력되는 인터페이스 포트(2182), 온도센서에서 측정된 신호가 입력되는 온도센서 포트(2184); 교류 전력 파형을 초음파 변환기(100)에 출력시키는 출력 포트(RF-output port; 2186); 파워스테이션(200)의 현재 상태가 표시되는 디스플레이와 연결되는 디스플레이 포트(2188)가 구비될 수 있다.For example, the
구체적으로, 입력 사용자 인터페이스 포트(2182)에 연결되는 입력 패널(240; keypad)를 이용하여 tone-burst 파형의 설정값을 입력할 수 있으며, 그 결과는 디스플레이 포트(2188)에 연결되어 있는 디스플레이(250)를 통해 확인할 수 있다. CPLD(214)를 통해 생성되어 부스팅된 Tone-burst 파형은 출력 포트(2186)를 통해 출력된다. 이때, RF 신호 전송의 안정성을 확보하기 위해서, 출력 포트(2186)는 50Ω SMA 단자로 구성될 수 있다.Specifically, a set value of the tone-burst waveform can be input using an input panel (keypad) 240 connected to the input
또한, 도 11을 참조하여, 컨트롤러(212)의 구동 로직(logic)은 다음과 같이 구동될 수 있다.11, the driving logic of the
파형 발생부(210)에 전원을 인가하면, 초기에 출력 주파수, PRF, Duration time 등을 설정하도록 되어 있으며, "실행(RUN)" 명령을 통해 "파형 발생(Waveform generating)"이 구동된다. "파형 발생" 모드가 작동이 되면 RF-output에서 파워 앰프를 구동할 수 있는 Tone-burst 파형이 발생한다. 반면, "정지(stop)" 명령이 입력되면 "파형 발생" 모드가 작동되지 않게 된다.When power is applied to the
또한, 컨트롤러(212)에는 초음파 변환기의 과열 방지 알고리즘이 내장될 수 있다.In addition, the
상기 과열 방지 알고리즘은 초음파 변환기(100)의 온도를 기반으로 하는 피드백(feedback) 출력 제어를 구현한 것이다.The overheat prevention algorithm implements a feedback output control based on the temperature of the
도 12를 참조하여, 과열 방지 알고리즘은 다음과 같이 구동될 수 있다.Referring to Fig. 12, the overheat prevention algorithm can be driven as follows.
“파형 발생(Waveform generating)"이 구동되고 있는 동안, 초음파 변환기(100)에 장착되어 있는 온도센서(130)를 통해 온도를 모니터링 할 수 있다.While the "waveform generating" is being driven, the temperature can be monitored through the
이때, 과열 방지 알고리즘에는 온도의 상한값(TEMP_HI) 및 하한값 (TEMP_LO)이 미리 설정되어 있으며, 온도센서(130)에서 측정된 온도 데이터가 상기 상한값을 초과하면 파워스테이션의 작동이 오프(off)되고, 상기 온도센서(130)에서 측정된 온도 데이터가 상기 하한값 이하가 되면 상기 파워스테이션(200)의 작동이 온(on)으로 변환될 수 있다.At this time, the upper limit value TEMP_HI and the lower limit value TEMP_LO of the temperature are preliminarily set in the overheat prevention algorithm. When the temperature data measured by the
구체적으로, 파워스테이션(200)의 작동이 오프(off)가 되면, 파형 발생부(210)에서 파형이 발생되지 않고, 파워스테이션(200)의 작동이 온(on)으로 되면, 파형 발생부(210)에서 파형이 발생될 수 있다.Specifically, when the operation of the
또한, 이때, 온도의 상한값(TEMP_HI) 및 하한값 (TEMP_LO)은 파워스테이션(200)의 작동을 제어하는 온도 피드백 기준이 될 수 있다.At this time, the upper limit value TEMP_HI and the lower limit value TEMP_LO of the temperature can be a temperature feedback reference for controlling the operation of the
이와 같이 초음파 변환기(100)에 구비된 온도센서(130)에 의해 파워스테이션(200), 특히 파형 발생부(210)의 작동이 실시간으로 제어될 수 있어, 초음파 변환기(100)의 과열이 효율적으로 방지될 수 있다.The operation of the
게다가, 파형 발생부(210)의 작동이 실시간으로 제어됨에 따라, 초음파 변환기(100)에서 특정 시간, 예를 들어 온열 자극에 요구되는 시간 동안 일정하게 초음파가 발진될 수 있다.In addition, as the operation of the
이와 같이 일 실시예에 따른 비침습 온열 자극 시스템은 초음파 변환기에 구비된 온도센서에 의해 압전소자 주위의 온도 또는 초음파 변환기 내부 온도 측정이 가능하여, 초음파 변환기 자체의 과열을 방지할 수 있으며, 컴팩트한 구조로 마련되고 조작이 용이하여 사용자에 대한 편의성이 향상되어 뜸 치료 대체용으로 활용될 수 있다.In the non-invasive thermal stimulation system according to the embodiment, the temperature around the piezoelectric element or the temperature inside the ultrasonic transducer can be measured by the temperature sensor provided in the ultrasonic transducer, the overheat of the ultrasonic transducer itself can be prevented, And can be used as a substitute for the moxibustion treatment because the convenience for the user is improved.
이상 일 실시예에 따른 비침습 온열 자극 시스템에 대하여 설명되었으며, 이하에서는 일 실시예에 따른 비침습 온열 자극 시스템의 제어 방법에 대하여 설명된다.Hereinafter, a non-invasive thermal stimulation system according to an embodiment of the present invention will be described.
도 13은 일 실시예에 따른 비침습 온열 자극 시스템의 제어 방법을 나타내는 순서도이고, 도 14는 가열 및 냉각 비 조절에 의한 최종 온도 곡선을 도시한다.FIG. 13 is a flowchart showing a control method of a non-invasive thermal stimulation system according to an embodiment, and FIG. 14 shows a final temperature curve by controlling the heating and cooling ratio.
도 13을 참조하여, 일 실시예에 따른 비침습 온열 자극 시스템은 다음과 같이 제어될 수 있다.Referring to FIG. 13, the non-invasive thermal stimulation system according to one embodiment can be controlled as follows.
우선, 교류 전력 파형을 발생시키는 파워스테이션 및 상기 파워스테이션에서 발생된 교류 전력 파형으로부터 초음파를 출력하는 초음파 변환기를 포함하는 비침습 온열 자극 시스템이 제공된다(S10).First, a non-invasive thermal stimulation system including a power station for generating an AC power waveform and an ultrasonic transducer for outputting an ultrasonic wave from an AC power waveform generated in the power station is provided (S10).
그런 다음, 초음파 변환기가 대상체의 피부 표면 상에 배치된다(S20).Then, an ultrasonic transducer is placed on the skin surface of the object (S20).
이어서, 파워스테이션에서 발생된 교류 전력 파형에 의해 초음파 변환기에서 초음파가 출력된다(S30).Subsequently, an ultrasonic wave is output from the ultrasonic transducer by the AC power waveform generated in the power station (S30).
이에 의해 대상체의 피부 표면이 연속 가열된다(S40).Thereby, the skin surface of the object is continuously heated (S40).
구체적으로, 파워스테이션은 초음파 변환기의 내부 온도가 목표 온도에 도달될 때까지 지속적으로 교류 전력 파형을 발생시킬 수 있고, 초음파 변환기를 통해서 초음파가 지속적으로 발진될 수 있다.Specifically, the power station can continuously generate the AC power waveform until the internal temperature of the ultrasonic transducer reaches the target temperature, and the ultrasonic wave can be continuously oscillated through the ultrasonic transducer.
예를 들어 30분(1800초) 동안 온열 자극이 가해지는 경우, 초기 180초 동안 대상체의 피부 표면이 연속적으로 가열되어, 목표 온도(42 내지 45℃)에 도달될 수 있다.For example, if a warm stimulus is applied for 30 minutes (1800 seconds), the skin surface of the subject may be continuously heated for an initial 180 seconds to reach the target temperature (42-45 [deg.] C).
이때, 초음파 변환기의 내부 온도가 상기 목표 온도에 도달되면 파워스테이션의 작동이 오프(off)로 될 수 있다.At this time, when the internal temperature of the ultrasonic transducer reaches the target temperature, the operation of the power station may be turned off.
이어서, 초음파 변환기에 구비된 온도센서에 의해 초음파 변환기의 내부 온도가 측정된다(S50).Subsequently, the internal temperature of the ultrasonic transducer is measured by a temperature sensor provided in the ultrasonic transducer (S50).
이때, 초음파 변환기에 구비된 온도센서에 의해 초음파 변환기의 내부 온도가 실시간으로 측정될 수 있다.At this time, the internal temperature of the ultrasonic transducer can be measured in real time by the temperature sensor provided in the ultrasonic transducer.
그런 다음, 상기 측정된 초음파 변환기의 내부 온도에 의해 상기 파워스테이션의 작동이 제어된다(S60).Then, the operation of the power station is controlled by the measured internal temperature of the ultrasonic transducer (S60).
구체적으로, 온도센서로 측정된 초음파 변환기의 내부 온도에 의해 초음파에 의한 가열 및 냉각의 비율이 조절될 수 있다. 이때, 초음파에 의한 가열 및 냉각의 비율은 상기 파워스테이션에서 상기 교류 전력 파형을 발생시키는 시간 및 상기 파워스테이션에서 전원이 오프(off)되거나 전력이 감소된 시간의 비율의 조절에 의해 조절될 수 있다.Specifically, the ratio of heating and cooling by ultrasonic waves can be adjusted by the internal temperature of the ultrasonic transducer measured by the temperature sensor. At this time, the ratio of heating and cooling by ultrasonic waves can be adjusted by adjusting the ratio of the time at which the AC power waveform is generated at the power station and the time at which the power is turned off or the power is reduced at the power station .
예를 들어, 초음파 변환기에서 초음파 출력 조건을 25%G로 설정할 때, 180초 후 목표 온도에 도달하였고, 180초 가열 후 자연냉각에 따른 온도 곡선 분석 결과 파워 조절 구간에서 온도 상승/하강 곡선이 직선형을 보이고 약 3:1의 비율을 이루었다. 따라서 가열 및 냉각 비를 1:3부터 순차적으로 조절하여 온도 평형 조건을 탐색할 수 있다.For example, when the ultrasonic output condition is set to 25% G, the target temperature is reached 180 seconds after the ultrasonic transducer is set to 25% G. After the heating for 180 seconds, the temperature curve according to the natural cooling is analyzed. As a result, And a ratio of about 3: 1 was obtained. Therefore, the temperature equilibrium condition can be searched by sequentially adjusting the heating and cooling ratio from 1: 3.
초기 연속 가열 후 1℃ 편차 내에서 30분 동안 온도 유지 조건은 다음과 같이 실험을 통해 확립될 수 있다.The conditions for maintaining the temperature for 30 minutes within 1 deg. C after initial continuous heating can be established through the following experiment.
초기 180초 동안 대상체의 피부 표면이 연속적으로 가열된 후에, 180-300초 구간에는 가열과 냉각의 비율이 1:2가 되게 하고, 300-1200초 구간에는 가열과 냉각의 비율이 1:3이 되게 하고, 1200-1800초 구간에는 가열과 냉각의 비율이 1:4가 되게 한다.After the skin surface of the subject is heated continuously for 180 seconds, the ratio of heating and cooling is 1: 2 for 180-300 seconds, while the ratio of heating and cooling is 1: 3 for 300-1200 seconds. And the ratio of heating to cooling is 1: 4 in the range of 1200 to 1,800 seconds.
구체적으로, 180-300초 구간에는 1/2 동안 초음파를 발진시키고, 1/2 동안 파워스테이션을 오프로 하여 초음파를 발진시키지 않는다. 300-1200초 구간에는 1/3 동안 초음파를 발진시키고, 2/3 동안 파워스테이션을 오프로 하여 초음파를 발진시키지 않는다. 1200-1800초 구간에는 1/4 동안 초음파를 발진시키고, 3/4 동안 파워스테이션을 오프로 하여 초음파를 발진시키지 않는다.Specifically, ultrasonic waves are oscillated for 1/2 to 180-300 seconds, and the power station is turned off for 1/2, so that ultrasonic waves are not oscillated. In the interval of 300 to 1200 seconds, the ultrasonic wave is oscillated for 1/3, and the power station is turned off for 2/3, so that the ultrasonic wave is not oscillated. In the interval of 1200-1800 seconds, the ultrasonic wave is oscillated for 1/4, and the power station is turned off for 3/4, so that the ultrasonic wave is not oscillated.
그러나, 가열과 냉각 비율을 조절하는 방법은 이에 국한되지 아니하며, 가열과 냉각의 비율을 조절하여 초음파 변환기의 내부 온도 또는 대상체의 피부 표면 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다면 어느 것이든지 가능하다.However, the method of controlling the heating and cooling rate is not limited to this, and any method can be used as long as the internal temperature of the ultrasonic transducer or the skin surface temperature of the object can be kept constant by controlling the ratio of heating and cooling.
이러한 온도센서로 측정된 초음파 변환기의 내부 온도 피드백에 의한 파워스테이션의 작동 제어를 통하여, 도 14에 도시된 바와 같이, 최종 온도 곡선이 도출될 수 있다.Through the operation control of the power station by the internal temperature feedback of the ultrasonic transducer measured with this temperature sensor, a final temperature curve can be derived as shown in Fig.
이때, 목표 온도는 화상에 의한 위험 및 온열 효과를 종합적으로 고려하여 적정 온도 범위를 42 내지 45℃로 설정할 수 있으며, 사람의 체온이 36℃ 정도인 것을 고려하면 체표에서의 온도를 기준으로 6±1 ℃의 온도 상승이 적절하다. At this time, the target temperature can be set to a suitable temperature range of 42 to 45 ° C in consideration of the risk of burns and the effect of heat, and considering the human body temperature to be about 36 ° C, A temperature rise of 1 ° C is appropriate.
또한, 파워스테이션에는 전술된 온도 유지 조건, 즉 초음파에 의한 가열 및 냉각의 비율이 미리 설정되고, 초음파에 의한 온열 자극 중에 온도센서에서 측정된 초음파 변환기의 내부 온도에 의해 실시간으로 초음파에 의한 가열 및 냉각의 비율이 조절될 수 있음은 당연하다.In the power station, the above-described temperature maintenance conditions, that is, the ratio of heating and cooling by ultrasonic waves are set in advance, and the ultrasonic heating and heating by the ultrasonic transducer measured by the temperature sensor during real- It is of course that the rate of cooling can be controlled.
이하에서는 일 실시예에 따른 비침습 온열 자극 시스템의 안정성에 대한 실험 데이터에 대하여 설명된다.Hereinafter, experimental data on the stability of the non-invasive thermal stimulation system according to one embodiment will be described.
도 15는 일 실시예에 따른 비침습 온열 자극 시스템에 의한 피하 및 심부의 온도 변화를 도시하고, 도 16은 일 실시예에 따른 비침습 온열 자극 시스템에서 온도 피드백 조건에 따른 온도 변화를 도시하고, 도 17은 일 실시예에 따른 비침습 온열 자극 시스템에 의한 온열 자극 전후의 열화상 이미지를 도시하고, 도 18은 일 실시예에 따른 비침습 온열 자극 시스템에 의한 백서 피부조직의 변화를 도시한다.FIG. 15 is a graph showing changes in the temperature of the hypodermic and deep parts by the non-invasive thermal stimulation system according to one embodiment, FIG. 16 is a graph illustrating a temperature change according to the temperature feedback condition in the non-invasive thermal stimulation system according to an embodiment, FIG. 17 illustrates a thermal image before and after a thermal stimulation by the non-invasive thermal stimulation system according to an embodiment, and FIG. 18 illustrates a change of a white skin structure by the non-invasive thermal stimulation system according to an embodiment.
일 실시예에 따른 비침습 온열 자극 시스템은 초음파 변환기의 발열로 인한 과잉 열자극을 억제하기 위해, 초음파 변환기에 방열판을 부착하고 초음파 변환기의 온도를 피드백 하여 파워스테이션의 출력을 제어한다.The non-invasive thermal stimulation system according to an embodiment controls the output of the power station by attaching a heat sink to the ultrasonic transducer and feeding back the temperature of the ultrasonic transducer in order to suppress excessive heat stimulation due to heat generation of the ultrasonic transducer.
초음파 변환기의 온도 피드백 기준은 45-48℃로 하고, 초음파 변환기의 온도가 48℃에 이르면 초음파 출력을 끊고 초음파 조사를 멈추게 된다. 자연냉각에 의해 초음파 변환기의 온도가 45℃까지 내려가면 파형 발생부에서 다시 파형을 초음파 변환기에 송출한다.The temperature feedback standard of the ultrasonic transducer is 45-48 ° C. When the temperature of the ultrasonic transducer reaches 48 ° C, the ultrasonic output is cut off and the ultrasonic irradiation is stopped. When the temperature of the ultrasonic transducer is lowered to 45 ° C by natural cooling, the waveform generating part sends the waveform back to the ultrasonic transducer.
이는 초음파 변환기의 발열에 의해 피부가 화상을 입지 않도록 하는 것이다. 이 과정에서 초음파 출력이 연속적이지 않고 부분적 단절 현상이 생기기 때문에 타깃 조직에 충분한 에너지가 전달되는지 온도 프로파일 확인이 필요하다.This is to prevent the skin from being burned by the heat of the ultrasonic transducer. In this process, it is necessary to confirm the temperature profile that sufficient energy is delivered to the target tissue because the ultrasonic output is not continuous and the partial cut-off occurs.
일 실시예에 따른 비침습 온열 자극 시스템의 측정 조건은 1MHz 주파수에서 PRF(pulse repetition frequency; 펄스 반복 주파수)는 10Hz로 하였고 P/N을 10, 30, 50, 75, 100%로 변화시켰다. 온도 측정은 피하(3mm 깊이)와, 심부(15mm 깊이)에서 이루어졌다.In the non-invasive thermal stimulation system according to one embodiment, the pulse repetition frequency (PRF) was 10 Hz and the P / N ratio was changed to 10, 30, 50, 75, and 100% at 1 MHz frequency. Temperature measurements were taken subcutaneously (3 mm deep) and deep (15 mm deep).
도 15를 참조하여, 심부에서는 P/N에 관계없이 유효한 온도 상승이 이루어지지 않았다. 실제로 침을 삽입할 경우 경혈의 깊이는 1-2cm 까지도 고려하나 뜸 치료가 체표에서만 이루어지므로 뜸 시술 시와 동일한 조건하에 유효성을 평가해야 한다. 뜸의 경우 유효 온도 변화 깊이가 2-3mm 이므로 심부에서 온도 상승이 유효하게 일어나지 않은 것은 비침습 온열 자극 시스템 성능에 관련이 없다.Referring to Fig. 15, no effective temperature rise was observed at the deep portion regardless of P / N. In fact, when the needle is inserted, the depth of the acupuncture points may be considered to be 1-2 cm. However, since the moxibustion treatment only takes place on the body surface, the effectiveness should be evaluated under the same conditions as in the moxibustion treatment. In the case of moxibustion, since the effective temperature change depth is 2-3 mm, the fact that the temperature rise does not occur effectively in the deep part is not related to the performance of the non-invasive thermal stimulation system.
또한 뜸과 마찬가지로 조직 심부 깊숙이 열을 전달하여 내부에서 조직의 변형이 발생할 가능성이 없음을 확인하였다. 피하에서의 온도 변화를 보면 P/N이 10, 30 일 때는 유효하게 상승하지 않고 50 이상에서는 유의한 차이 없이 상승하는 것을 확인할 수 있다.In addition, it was confirmed that there is no possibility of deformation of the internal tissues by transferring the heat deeply to the tissue deep part like moxibustion. In the subcutaneous temperature change, P / N does not rise effectively at 10 and 30, but increases above 50 at no significant difference.
따라서 비침습 온열 자극 시스템 사용 시 P/N은 50% 이상을 유지해야 유효하다.Therefore, P / N ratio should be maintained above 50% when using non-invasive thermal stimulation system.
온도 곡선을 보면 약 15분 정도 후에 열평형을 이루는 것을 확인할 수 있다. 최종 변화 온도는 피하에서 약 7 ℃로 적정 온도 범위에 속한다.The temperature curve shows that the thermal equilibrium is formed after about 15 minutes. The final change temperature is in the appropriate temperature range from subcutaneous to about 7 ° C.
이상의 온도 프로 파일 결과를 통해 비침습 온열 자극 시스템의 열자극 및 온도 피드백 시스템이 정상적으로 작동하는 것을 알 수 있다.The above temperature profile results show that the thermal stimulation and temperature feedback system of the non-invasive thermal stimulation system operates normally.
일 실시예에 따른 비침습 온열 자극 시스템의 열자극이 단순 초음파 변환기 발열의 전도인지 초음파 에너지의 변환인지를 파악하는 것은 시작품의 성능을 평가하는데 주요 요인이 된다. 초음파 변환기의 발열이 전도되는 것이라면 굳이 복잡하게 초음파를 활용할 것 없이 열선을 이용하는 것이 온도 제어도 용이하고 생산비 절감 효과도 높다.Understanding whether the thermal stimulation of a non-invasive thermal stimulation system according to an embodiment is a conduction of heat generation of a simple ultrasonic transducer or a transformation of ultrasonic energy is a major factor in evaluating the performance of the prototype. If the heat of the ultrasonic transducer is transmitted, it is easy to control the temperature and use the heat wire without using the ultrasonic wave intricately, and the production cost reduction effect is also high.
초음파를 사용하는 것은 체표뿐만 아니라 피하까지 열을 고르게 전달하고 초음파의 약물 흡수 효과를 이용하여 뜸의 효능을 대체하기 위한 것이다. 따라서 시작품의 열자극이 단순 변환기 발열에 의한 것인지 아닌지를 확인해야 한다.The use of ultrasound is intended to replace the efficacy of moxibustion by delivering heat evenly to the subcutaneous as well as the body surface and utilizing the drug absorption effect of the ultrasonic waves. Therefore, it should be checked whether the thermal stimulus of the prototype is due to the heat generated by the simple converter.
이를 위해 열전달 소스 확인을 위한 실험을 수행하였다.For this purpose, experiments were conducted to confirm the heat source.
일 실시예에 따른 비침습 온열 자극 시스템의 측정 조건은 1MHz 주파수에서 PRF 10Hz, P/N 50%로 하였으며 온도 피드백 조건을 45-48℃와 50-55℃로 설정하여 비교하였다. 온도 측정 위치는 표면과 2mm 깊이 지점이다.The measurement conditions of the non-invasive thermal stimulation system according to one embodiment were
도 16을 참조하여, 두 조건이 유의한 차이 없이 동일한 온도 변화를 일으키는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 16, it can be seen that the two conditions cause the same temperature change without significant difference.
만약 초음파 변환기의 발열의 전도에 의해 조직에 열이 전달되는 것이라면 초음파 변환기의 온도가 높은 조건에서 조직의 온도 상승은 더 빠르고 높아야 하나 그렇지 않은 것으로 보아 단순 초음파 변환기 발열의 전도에 의한 열 전달이 아닌 것을 확인 할 수 있다.If the heat is transferred to the tissue by the conduction of the heat of the ultrasonic transducer, the temperature rise of the tissue should be faster and higher under the condition of the temperature of the ultrasonic transducer but it is not that it is not heat transfer due to the conduction of the heat of the ultrasonic transducer Can be confirmed.
2mm 깊이에서 50-55℃ 피드백 조건의 초기 온도 상승이 빠른 것은 초음파 변환기가 발열되어 power off 조건에 도달하는데 더 많은 시간이 걸려 더 긴 시간 동안 조직을 가열하기 때문이다.The initial temperature rise of the 50-55 ℃ feedback condition at 2mm depth is rapid because the ultrasonic transducer is heated and takes more time to reach the power off condition, heating the tissue for a longer period of time.
피드백 범위 도달 이후에는 두 조건에서 초음파 발진 기간(duration)이 동일하기 때문에 동일한 빠르기와 양의 온도 상승이 이루어진다. 이는 표면과 2mm 깊이에서 일관성 있게 나타난 결과이다.After reaching the feedback range, the same speed and positive temperature rise are achieved because the ultrasonic oscillation duration is the same in both conditions. This is consistent with the surface and 2mm depth.
이로써 일 실시예에 따른 비침습 온열 자극 시스템이 초기 설정한 목표에 잘 부합하도록 제작되었음을 확인할 수 있다.Thus, it can be confirmed that the non-invasive thermal stimulation system according to one embodiment is manufactured to meet the initially set goals.
또한, 온도 프로파일 측정에서 중요한 또 한 가지는 정확한 열자극 지점 확인이다. 위의 측정은 모두 초음파 변환기 중심과 동축 상에서 이루어졌기 때문에 비침습 온열 자극 시스템의 열자극 유효 범위의 횡적 지표를 알 수 없다. 즉, 경혈의 중심을 기준으로 하여 몇 mm까지 옆으로 벗어나도 유효 경혈 자극 범위에 속하는지 확인해야 한다. 이는 횡 방향으로 여러 지점에서 온도를 측정해야 하는데 개별적인 온도센서를 조직에 횡으로 여러 개 삽입하면 초음파 전달에 영향을 미치기 때문에 정확한 측정이 어렵다. 따라서 열화상 카메라를 이용한 표면 온도 분포를 비교함으로써 유효 열자극 범위를 측정하였다.Another important point in temperature profile measurement is the identification of the precise thermal stimulus point. Since all of the above measurements were made on the coaxial and the center of the ultrasonic transducer, the transverse index of the effective range of the thermal stimulation of the non-invasive thermal stimulation system is unknown. In other words, it is necessary to determine whether it falls within a range of effective acupuncture stimulation even if it deviates as much as a few millimeters from the center of the menstrual blood. It is necessary to measure the temperature at several points in the lateral direction, and it is difficult to accurately measure the temperature because each temperature sensor is inserted several times laterally in the tissue to affect the ultrasonic transmission. Therefore, the effective thermal stimulus range was measured by comparing the surface temperature distribution using a thermal imaging camera.
도 17을 참조하여, 자극 전 중심 온도가 25.1℃에서 자극 후 31.6℃까지 6.5℃의 온도 상승을 이루었다.Referring to Fig. 17, a temperature rise of 6.5 占 폚 was achieved from the pre-stimulation center temperature of 25.1 占 폚 to 31.6 占 폚 after stimulation.
그런데 자극 중심에서 방사형으로 멀어질수록 온도가 낮아지는 것을 볼 수 있다. 즉, 비침습 온열 자극 시스템의 열전달은 중심에서 주로 이루어진다는 것이다.However, as the distance from the center of the stimulus radially increases, the temperature decreases. That is, the heat transfer of the non-invasive thermal stimulation system is mainly performed at the center.
또한, 자극 후 대퇴부 온도 분포를 X-축에 나란한 방향으로 투영하여 나타내면, 온도가 가장 높은 지점이 초음파 변환기의 중심이고, 이 중심에서 7mm 이내가 유효 온도 범위에 속해 있는 것을 확인할 수 있다. 따라서 비침습 온열 자극 시스템의 유효 열자극 범위는 7mm이다.Also, when the femoral temperature distribution after stimulation is projected in the direction parallel to the X-axis, it can be seen that the highest temperature is the center of the ultrasonic transducer and within 7 mm from the center is within the effective temperature range. Therefore, the effective thermal stimulation range of the noninvasive thermal stimulation system is 7 mm.
도 18을 참조하여, 비침습 온열 자극 시스템을 이용하여 30분, 1시간 및 2시간 동안 자극한 후 육안으로 관찰 시 발적, 종창, 탈락, 수포 등 화상으로 볼 수 있는 징후가 없었으며, H&E 염색 및 MT 염색 결과, 상용 간접구에서 발견되는 화상 특유의 조직학적 특성인 피부 진피층 조직구조의 파괴, 화상 변연부에서 관찰되는 구축성 손상, 표피부의 탈락/손상 및 collagen 성분의 용해 흔적이 발견되지 않았다.Referring to FIG. 18, there was no sign of visible erythema, swelling, swelling, blisters, and H & E staining during visual observation after stimulation for 30 minutes, 1 hour, and 2 hours using a noninvasive thermal stimulation system. And MT staining revealed no evidence of destruction of the dermal structure of the skin, structural damage observed at the marginal portion of the image, dislocation / damage of the skin, and dissolution of the collagen component, .
현재 추정하고 있는 초음파 뜸 기기 권장 시술 시간은 30분으로, 30분을 넘어서게 되면 오히려 치료효과가 감소하게 된다. 따라서 초음파 뜸 기기는 30분을 넘지 않게 시술하도록 안내될 것이나 시술자의 실수 혹은 일반인의 무지에 의해 30분 이상 초음파를 이용한 열자극이 인가되었을 때 피부 및 피하조직에 열 또는 초음파 진동으로 인한 조직손상이 발생할 수 있는지를 확인하기 위해 1시간과 2시간 동안 초음파 뜸 기기를 시술하였고, 실험 결과 다소 시간이 지체되더라고 일 실시예에 따른 비침습 온열 자극 시스템을 이용한 시술로 피부에 화상 또는 물리적 손상이 발생할 가능성은 매우 낮음을 확인할 수 있었다.Currently, the recommended treatment time of ultrasonic moxibustion device is 30 minutes, and if it exceeds 30 minutes, the treatment effect will be rather reduced. Therefore, ultrasonic moxibustion device will be guided to perform the procedure not to exceed 30 minutes. However, when thermal stimulation is applied by ultrasonic wave for 30 minutes or more due to the mistake of the practitioner or the general public, tissue damages due to heat or ultrasonic vibration In order to confirm whether or not it can occur, the ultrasonic moxibustion device was applied for 1 hour and 2 hours. As a result of the experiment, the time was delayed, and the non-invasive thermal stimulation system according to one embodiment caused the burn or physical damage The possibility was very low.
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Although the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, And various modifications and changes may be made thereto without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .
10: 비침습 온열 자극 시스템
100: 초음파 변환기
110: 케이스
120: 압전소자
130: 온도센서
140: 음향 렌즈
150: 후면재
160: 방열판
200: 파워스테이션
210: 파형 발생부
220: 온도센서 증폭 회로
230: 파워 앰프
240: 입력 패널
250: 디스플레이
260: 전력 공급원10: Non-invasive thermal stimulation system
100: Ultrasonic transducer
110: Case
120: piezoelectric element
130: Temperature sensor
140: Acoustic lens
150: backing material
160: Heat sink
200: Power Station
210:
220: Temperature sensor amplifier circuit
230: Power Amplifier
240: input panel
250: Display
260: power source
Claims (3)
상기 케이스의 전단에 고정되어 초음파를 발생시키는 압전소자;
상기 압전소자의 전방에 장착되어 상기 압전소자에서 발생된 초음파를 집속시키는 음향 렌즈; 및
상기 케이스 내에 고정되어 상기 압전소자의 중앙 주위 온도를 실시간으로 측정하는 온도센서;
를 포함하고,
상기 압전소자의 중앙 부분에 상기 온도센서가 삽입 장착되고,
상기 케이스의 중심축 상에 상기 압전소자, 상기 음향 렌즈, 및 상기 온도센서가 배치되고,
상기 음향 렌즈의 중앙에는 관통홀이 형성되고,
상기 온도센서의 일면은 상기 관통홀을 통해 외부에 노출되고,
상기 음향 렌즈는 상기 압전소자에서 발생된 초음파를 대상체의 피부 표면 상의 특정 지점에 집속시키고, 상기 대상체의 피부 표면 상의 특정 지점은 상기 온도센서의 일면과 마주보도록 배치되고,
상기 케이스의 과열을 방지하고 자연 냉각시키기 위해 복수 개의 냉각핀이 구비된 방열판을 더 포함하고, 상기 방열판은 환형으로 마련되어 상기 케이스가 관통되며, 상기 방열판에는 상기 케이스의 중심축으로부터 방사상 방향으로 연장된 형태로 마련된 복수 개의 냉각핀이 구비되고,
상기 온도센서에서 측정된 상기 압전소자의 중앙 주위 온도 데이터가 목표 온도에 도달되면 상기 압전소자에 의한 초음파 발생이 정지되고, 상기 온도센서에서 측정된 상기 압전소자의 중앙 주위 온도에 기초하여 상기 초음파에 의한 가열 및 냉각의 비율이 조절되며,
초음파 발생 정지 후 상기 압전소자의 자연 냉각에 따른 온도 곡선을 분석하여 상기 가열 및 냉각의 비율을 순차적으로 조절하여 온도 평형 조건을 탐색하고, 상기 가열 및 냉각의 비율이 시간 구간별로 일정하게 유지되어, 특정 시간 동안 상기 온도센서에서 측정된 상기 압전소자의 중앙 주위 온도 데이터가 상기 목표 온도에서 유지되는 초음파 변환기.
A case including an inner case made of an acrylic material and an outer case made of an aluminum material;
A piezoelectric element fixed to a front end of the case to generate ultrasonic waves;
An acoustic lens mounted in front of the piezoelectric element to focus ultrasonic waves generated from the piezoelectric element; And
A temperature sensor fixed in the case to measure a temperature around the center of the piezoelectric element in real time;
Lt; / RTI >
The temperature sensor is inserted into a center portion of the piezoelectric element,
The piezoelectric element, the acoustic lens, and the temperature sensor are disposed on the center axis of the case,
A through hole is formed in the center of the acoustic lens,
Wherein one surface of the temperature sensor is exposed to the outside through the through hole,
Wherein the acoustic lens focuses the ultrasonic waves generated from the piezoelectric element to a specific point on the skin surface of the object and a specific point on the skin surface of the object faces the one surface of the temperature sensor,
The heat dissipation device according to claim 1, further comprising a heat dissipation plate having a plurality of cooling fins for preventing overheating of the case and naturally cooling the heat dissipation plate, wherein the heat dissipation plate is annularly formed to penetrate the case, A plurality of cooling fins provided in the form of a plurality of cooling fins,
Wherein when the ambient temperature data of the center of the piezoelectric element measured by the temperature sensor reaches a target temperature, generation of ultrasonic waves by the piezoelectric element is stopped, and based on the temperature around the center of the piezoelectric element measured by the temperature sensor, The rate of heating and cooling by the heat exchanger is controlled,
The temperature and the cooling rate of the piezoelectric element are analyzed by analyzing a temperature curve of the piezoelectric element after the generation of the ultrasonic wave is stopped and the rate of heating and cooling is sequentially controlled to search for the temperature equilibrium condition, Wherein the center ambient temperature data of the piezoelectric element measured by the temperature sensor during a specific time period is maintained at the target temperature.
상기 압전소자 및 상기 온도센서에 각각 연결된 신호선은 상기 케이스 내에서 통합되어 상기 케이스의 타단을 관통하여 연장되는 초음파 변환기.
The method according to claim 1,
And the signal line connected to the piezoelectric element and the temperature sensor are integrated in the case and extend through the other end of the case.
상기 압전소자의 일면 및 상기 음향 렌즈 사이에 배치된 정합층; 및
상기 압전소자의 타면 및 상기 케이스의 타단 사이에 배치된 후면재;
를 더 포함하고,
상기 후면재는 상기 온도센서가 상기 압전소자에 장착된 후에 상기 케이스 내에 도포되는 초음파 변환기.The method according to claim 1,
A matching layer disposed between one side of the piezoelectric element and the acoustic lens; And
A rear member disposed between the other surface of the piezoelectric element and the other end of the case;
Further comprising:
Wherein the back surface material is applied to the case after the temperature sensor is mounted on the piezoelectric element.
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