KR20180093975A - 대상물에 홀로그래픽 초음파 장을 생성시키는 장치 및 방법 - Google Patents

대상물에 홀로그래픽 초음파 장을 생성시키는 장치 및 방법 Download PDF

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KR20180093975A
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카이 멜데
피어 피셔
페테르-카알 웨버
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막스-플랑크-게젤샤프트 츄어 푀르더룽 데어 비쎈샤프텐 에.파우.
프라운호퍼-게젤샤프트 추르 푀르데룽 데어 안제반텐 포르슝 에 파우
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Abstract

홀로그래픽 초음파 장을 생성하기 위한 초음파 장치 (100)는 초음파를 생성하는 초음파 공급원 장치 (10)와, 투과 홀로그램 (21) 및 노출된 음향 이미터 표면 (22)을 갖는 투과 홀로그램 장치 (20)를 포함하고, 상기 투과 홀로그램 장치 (20)는 초음파 공급원 장치와 결합되어 상기 음향 이미터 표면을 통해 상기 초음파를 전송하고 주변 공간에 홀로그래픽 초음파 장을 생성하도록 구성되며, 음향 이미터 표면 (22)은 매끄러운 표면이다. 또한, 초음파 장치 (100)가 사용되고, 초음파 장치 (100)의 용도를 기술하는, 대상물 (3)에 홀로그래픽 초음파 장을 생성하는 방법이 개시된다.

Description

대상물에 홀로그래픽 초음파 장을 생성시키는 장치 및 방법
본 발명은 대상물에 홀로그래픽 초음파 장을 생성하도록 구성된 초음파 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 대상물에 홀로그래픽 초음파 장(holographic ultrasound field)을 생성하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 응용은 초음파, 초음파 기반의 에너지 전달 및/또는 초음파 이미징으로, 특히 의료 공학에서 대상물을 처리하는 분야에서 이용 가능하다.
본 발명의 배경을 기술하기 위해, 다음의 인용문헌들이 특히 참조된다:
[1] A. Meyer et al. in "Journal of Applied Physics" 96(10): 5886-5891 (2004);
[2] US 8,696,164 B2;
[3] M. Moleron et al. in "Applied Physics Letters" 105(11): 114109 (2014);
[4] Y. Hertzberg et al. in "Medical Physics" 38(12): 6407-6415 (2011);
[5] WO 2013/108152 A1;
[6] US 2003/145864 A1;
[7] G. Fleury et al. in "Ultrasonics symposium (IUS)", 2010 IEEE, 11 October 2010, pages 876 - 885;
[8] US 2005/277824 A1; 및
[9] European patent application No. 14004333.2 (not published on the priority date of the present specification)
대상물의 타겟부에 대한 비접촉식 에너지 전달을 위해 초음파를 사용하는 것은 의료 공학 (예 : 초음파 기반 열 치료 또는 수술) 및 산업 기술의 다양한 프로세스에서 일반적으로 알려져 있다. 대개 공간적으로 제한되거나 가변적일 수 있는 타겟부의 효율적인 조사를 위해 공간 구조를 갖는 초음파 장이 필요하다. 실용적인 접근법은 고정된 포인트 또는 라인 형태의 포커스가 있는 이동식 사운드 송신기 또는 제어가능한 포커스가 있는 위상 배열 소스를 이용한다. 움직일 수 있는 사운드 송신기는 대상물에 대해 정밀하고 반복적인 조정이라는 측면에서 단점이 있다. 위상 배열 소스에서 각 픽셀은 특정 전자 제어가 필요한 별도의 사운드 송신기이다. 이는 증가하는 픽셀 수, 전형적으로 128 또는 256인 픽셀 수와 함께 복잡성 (특히 비용, 크기, 소프트웨어 요건)을 크게 증가시킨다.
공간적으로 구조화 된 초음파 장은 Meyer et al. [1]에 의해 기술된, 강한 레이저 소스가 광학적으로 흡수하는 표면의 단일 스폿을 여기시키기 위해 사용되는, 광 음향 홀로그래피에 의해 얻어질 수 있다. 기계적 파동의 레이저 광 생성을 위한 또 다른 장치는 [2]에서 기술된다. 이들 방법은 높은 국부 분해능 및 동적 음향 장들을 제공하지만, 복잡한 광학 설정으로 인한 복잡성 및 제한된 효율면에서 단점이 있다. 또한 [1]의 방법은 연속 운전에 적합하지 않으며 단일 스폿 당 8kPa로 제한되는 낮은 초음파 압력을 생성하는 경우에도 높은 레이저 강도가 필요하다.
M. Moleron al. [3]은 파장보다 작은 피처를 사용하여 특별한 소리 전달을 하는 프레 넬 음향 렌즈를 기술하고 있다. 프레스넬 사운드 렌즈의 적용은 음파를 단일 초점에 집중시키는 것으로 제한된다. Y. Hertzberg et al. [4, 5]는 의학적 응용을 위해 집중된 초음파에서 흡수 대상을 우회하기 위해 음향 홀로그램을 사용하기 위해 고안되었다. 음향 홀로그램은 986 픽셀을 갖는 위상 배열 소스로 생성된다. 이 큰 수의 픽셀은 전자 제어의 복잡성을 높이고 픽셀 당 위상 조정 가능성을 π/4 단계로 제한한다.
초음파 트랜스듀서의 조합을 사용하여 홀로그fovlr 초음파 장을 생성하는 초음파 장치가 인용문헌 [6]에 개시되어 있다. 이 기술은 각각의 이미지 요소 (픽셀) 당 하나의 이미터가 필요하고 어레이 내의 모든 이미터를 개별적으로 제어하여야 하기 때문에 복잡성 측면에서 단점이 있다. 초음파 영역을 생성하는 추가 배경은 [7]과 [8]에서 찾을 수 있다.
공간적으로 구조화 된 초음파 분야의 또 다른 응용 분야는 3D 급속 프로토타이핑(3D rapid prototyping) 분야에서 이용 가능하다 [9]. 투과 홀로그램에 의해 생성된 홀로그래픽 초음파 장은 액체 배스 내의 전구 물질에 음향 힘을 가하기 위해 사용된다. 생성된 물질 분포는 고정화 공정을 거친다. [9]의 기술은 액체 배스 (liquid bath)내의 홀로그래픽 초음파 장의 생성에 적용된다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 단점 및 한계가 회피되는, 공간적으로 구조화 된 초음파 장을 생성하기 위한 개선된 초음파 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 특히, 초음파 장치 및 방법은 공간적으로 구조화 된 초음파 장의 실제 적용을 제공할 수 있어야 하고, 감소된 장치 및 제어 복잡성을 갖는 홀로그래픽 초음파 장을 생성할 수 있어야 한다.
본 발명의 제 1 일반 양태에 따르면, 상기 목적은 적어도 하나의 을 생성하도록 구성되고, 1차 초음파를 생성하기 위한 초음파 공급원 장치와, 투과 홀로그램 장치를 포함하는 초음파 장치에 의해 해결되며, 상기 초음파 공급원 장치와 음향 접촉하여 배치되어 상기 1차 초음파가 상기 투과 홀로그램 장치를 통해 전파할 수 있게끔 하여 2차 초음파를 생성하며, 상기 2차 초음파는 주변 공간, 예를 들어, 인접한 대상물에서 적어도 하나의 홀로그래픽 초음파 장을 형성한다. 본 발명에 따른 초음파 공급원 장치는 구동 신호 (구동 전류)에 응답하여 1차 초음파를 방출하는 적어도 하나의 초음파 장 요소 (트랜스듀서 요소)를 포함한다. 투과 홀로그램 장치는 투과 홀로그램 및 주변에 대향하는 노출된 음향 이미터 표면을 포함한다. 바람직하게는, 투과 홀로그램은 구조적으로 안정한 구성 요소이며, 1차 초음파의 수동적, 정적 수정을 제공한다. 유리하게는, 이것은 1차 초음파 공급원 장치에 의해 완전한 음향 강도를 제공할 수 있도록 한다. 또한 위상 배열 공급원의 복잡성 없이 고도로 정의된 초음파 장을 구현할 수 있도록 한다. 투과 홀로그램의 복잡성은 제조 방법에 의해서만 제한된다. 일단 그것이 만들어지면, 100 x 100 픽셀 홀로그램은 500 x 500 픽셀을 측정하는 홀로그램보다 덜 또는 더 많은 제어를 필요로 하지 않는다.
본 발명에 따르면, 초음파 장치의 음향 이미터 표면은 매끄러운 표면이다. 2차 초음파의 전방 파면의 형상 및/또는 치료 대상물의 표면의 기하학적 형태에 따라, 음향 이미터 표면은 평면 또는 곡면이다. "매끄러운 표면("이라는 용어는 초음파의 반경방향 위상 및/또는 진폭 분포를 변화시키지 않고 초음파를 전송할 수 있는 외부 비 구조화 표면(무 계단면)을 말한다 . 즉, "매끄러운 표면(smooth surface)" 이라는 용어는 반드시 이상적으로 자유로운 표면일 필요는 없지만 초음파의 방사형 필드 분포에 영향을 주지 않는 (또는 무시할만한 방식으로만 영향을 미치는) 지형 특징을 포함할 수 있다. 이것은 매끄러운 표면이 아닌 홀로그래픽 표면과는 대조적이다. 일반적으로, 음향 이미터 표면의 표면 조도는 감소되어 공극 (예를 들어, 공기 또는 불순물 포켓)이 초음파 장치와 인접한 물체 사이의 계면에서 최소화되거나 배제된다.
종래 기술과 비교하여, 초음파 장치는 다음과 같은 실질적인 이점을 갖는다. 첫째, [4, 5, 6, 8]에서 언급한 것처럼 초음파 공급원 요소의 위상 배열을 제어하는 복잡성을 피할 수 있다. 또한, [3]과는 달리, 초점 렌즈 대신에 투과 홀로그램을 적용하면 투과 홀로그램이 홀로그래픽 초음파 장을 형성할 수 있기 때문에 초음파 장치의 새로운 응용이 가능하다. 즉, 조사될 대상에서, 초음파 주파수 범위에서 적용될 임의의 특정 필드 분포를 갖는다.
또한, 매끄러운 음향 이미터 표면은 실제 환경, 예를 들어, 초음파 시스템에서의 초음파 장치의 적용을 가능하게 한다. 즉, 의사에 의해 환자에게 홀로그래픽 초음파 장을 적용하는 것이 가능하다. 바람직하게는, 음향 이미터 표면은 종래의 장치, 이를 테면, [3] 또는 [6]에 따른 필요사항이 액체 배스에서 작동할 수 있도록 한다. 음향 이미터 표면은 처리될 대상물의 표면과 직접적이고 왜곡이 없는 접촉을 제공한다. 또한 에미터 표면의 부드러운 지형은 홀로그램 초음파 영역을 악화시킬 수 있는 오염의 부착을 피하고 모든 세척 작업을 용이하게 한다. 초음파 장치가 부가적인 사운드 결합 층, 예를 들어 초음파 결합 층과 함께 사용되어야 하는 경우. 종래의 초음파 응용에서 알려진 겔 층으로 인해, 음향 이미터 표면에서 의도하지 않은 공기 방울이 생성되는 것을 피할 수 있다.
본 발명에 따르면, 투과 홀로그램은 간단하고 비용면에서 효율적인 방식으로 음향 장을 구조화하는데 사용된다. 이러한 홀로그램은 고해상도로 넓은 영역 (수십 센티미터까지), 이를 테면, 512 x 512 픽셀 이상으로 파면 조작을 제공한다. 따라서 하나의 압전 변환기를 사용하여 임의의 압력 분포를 생성할 수 있다. 홀로그램은 복잡한 변환기 어레이에 비해 훨씬 간단하고 저렴하며 작동하기 쉽다.
본 발명의 제2 일반 양태에 따르면, 상기 목적은 본 발명의 제1 태양에 따른 초음파 장치가 사용되는 대상물에 홀로그래픽 초음파 장을 생성하는 방법에 의해 해결된다. 초음파 장치는 대상물과의 음향 접촉 (초음파 접촉)으로 배치되고, 대상물 내에 홀로그래픽 초음파 장이 생성되도록 작동된다. 홀로그래픽 초음파 장은 투과 홀로그램의 음향 위상 및/또는 진폭 구조에 따라 생성된다.
바람직하게는, 상기 초음파 장치의 초음파 공급원 장치는 적어도 하나의 초음파 공급원 요소를 포함할 수 있다. 종래의 초음파 응용예로부터 알려진 바와 같이, 적어도 하나의 압전 요소를 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 초음파 공급원 장치는 하나의 단일 초음파 공급원 요소 및 초음파 공급원 요소 어레이, 특히 초음파 공급원 요소의 위상 배열 중 적어도 하나를 포함한다. 제1 변형예에 따르면, 단일의 초음파 공급원 요소는 투과 홀로그램을 통해 전파되는 제1 초음파를 생성하는데 사용될 수 있다. 단일 초음파 공급원 요소를 사용하는 것은 단순한 장치 구조 및 초음파 공급원 장치의 간단한 제어면에서 장점을 갖는다. 제2 변형예에 따르면, 초음파 공급원 요소 어레이 (적어도 2 개의 초음파 공급원 요소)가 제공된다. 이는 고해상도 어레이의 한계 및 그 제어가 회피되는 동안 1차 초음파 및 홀로그래픽 초음파 장을 추가로 형성하는 이점을 가질 수 있다. 제3 변형예에 따르면, 단일 초음파 공급원 요소 및 초음파 공급원 요소들의 어레이 모두가 제공될 수 있다. 적어도 하나의 초음파 공급원 요소의 공지된 특성들 및 그 제어로 인해, 제1 초음파는 미리 알려진 파면을 갖는다. 바람직하게는, 1차 초음파는 비가청 주파수 범위, 특히 초음파 주파수 범위의 주파수를 갖는다. 특히 바람직하게는, 음향 파는 적어도 20 kHz, 특히 적어도 40 kHz의 주파수로부터 GHz 범위까지의 주파수를 갖는다.
바람직하게는, 상기 초음파 공급원 장치는 평면 초음파 (평면파 또는 평면파로 근사된 파를 포함)가 되도록 상기 1차 초음파를 생성한다. 이 실시예에서, 초음파 공급원 장치에 의해 초기에 방출된 1차 초음파는 균일한 방사상 분포 (빔 전파 방향에 수직인 위상 분포)를 갖는다. 유리하게는, 이는 투과 홀로그램의 설계를 용이하게 한다. 평면 1차 초음파는 바람직하게는 연속파이다.
대안적으로, 초음파 공급원 장치는 곡면, 특히 포물면 또는 구형의 초음파인 초음파를 생성하도록 적용될 수 있다. 이 실시예에 따라, 홀로그래픽 초음파 장을 포커싱하는 이점을 얻을 수 있다. 포물면 또는 구형 1차 초음파는 바람직하게는 펄스 형상의, 이를 테면, 단일 음향 진동 또는 음향 진동 그룹으로 구성되는 펄스 형상의 파다.
그러나, 본 발명은 평면, 포물면 또는 구형파의 사용에 제한되지 않는다. 초음파 공급원 장치에 의해 초기에 생성된 파면의 다른 형상이 사용되면, 투과 홀로그램의 구조가 그에 따라 적응될 수 있다.
초음파 장치의 또 다른 바람직한 특징에 따르면, 투과 홀로그램 장치, 특히 그 투과 홀로그램은 평면 외형을 갖는다. 이것은 투과성 홀로그램의 디자인과 높은 재현성 및 정밀도로 홀로그래픽 초음파 장의 생성을 용이하게 한다. 평면형 투과 홀로그램은 바람직하게는 초음파 공급원 장치, 이를 테면, 적어도 하나의 평면 초음파 공급원 요소를 포함하여, 평면 초음파를 생성하도록 구성된다. 바람직하게는, 평면 투과 홀로그램을 갖는 투과 홀로그램 요소는 평면 음향 이미터 표면을 갖는다.
대안적으로, 투과 홀로그램 장치, 특히 그 투과 홀로그램은 곡선형, 특히 포물면 또는 구형 외부 형상을 갖는다. 이 실시예는 바람직하게는 초음파 공급원 장치가 만곡된, 특히 포물면 또는 구형 초음파를 생성하도록 적용되는 경우에 제공된다. 이 경우, 초음파 공급원 장치는 적어도 하나의 만곡된 초음파 공급원 요소 또는 곡면을 따라 배열된 다중면 초음파 공급원 요소를 포함한다. 바람직하게는, 상기 만곡 투과 홀로그램을 갖는 투과 홀로그램 요소는 상기 투과 홀로그램의 만곡부에 매칭된 만곡된 음향 이미터 표면을 갖는다.
또한 음향 이미터 표면의 모양은 치료할 대상 표면의 기하학적 모양과 일치시킬 수 있다. 특히, 평면 투과 홀로그램은 곡면 음향 이미터 표면과 결합될 수 있거나, 곡면 투과 홀로그램은 평면 음향 이미터 표면과 결합될 수 있다.
투과 홀로그램은 파면을 지나는 위상 및/또는 진폭이 투과 홀로그램의 구조에 의해 구체적으로 변경되도록 기본 초음파의 미리 알려진 파면과 상호 작용할 수 있는 구조화된 구성 요소이다. 결국, 투과 홀로그램은 1차 초음파 (축 방향)의 전파 방향에 대해 (방사 방향으로) 연장되는 홀로그램 위상 구조를 갖는다. 각각의 변경된 위상 및/또는 진폭은 2차 초음파의 추후 회절에 대한 서브-파 기여를 제공한다. 서로 간섭하는 음향 서브 파장은 투과 홀로그램에 의해 생성된다. 따라서, 투과 홀로그램은 광학 홀로그래피의 홀로그램 평판 또는 투영법의 회절 광학 요소와 같이 사용된다. 1차 초음파의 파면과 투과 홀로그램의 상호 작용 후, 획득될 홀로그래픽 초음파 장은 2차 초음파의 회절 및 자기 간섭에 의해, 즉 인접한 물체에서 적어도 하나의 초점 평면에서 서브-파의 자기 간섭에 의해 발생된다. 자기 간섭은 얻어질 홀로그래픽 초음파 장의 세기 분포를 생성한다.
투과 홀로그램은 주변 재료의 음향 임피던스와 다른 음향 임피던스를 갖는 재료로 만들어진다. 따라서, 투과 홀로그램의 홀로그램 위상 구조는 위상 및/또는 진폭을 그것의 방사상 분포를 따라 1차 초음파에 적용한다. 바람직하게는, 투과 홀로그램은 예를 들어 플라스틱 재료로 형성된다. 즉. 폴리메틸 메타크릴레이트 (PMMA), 폴리스티렌 (PS), 폴리메틸펜텐 (PMP)과 같은 연성 중합체, 에폭시 수지 또는 실리콘 고무를 포함하는 재료에 의해 형성된다. PS, PMMA는 낮은 감쇠 특성을 가지지만 PMP는 음향 임피던스가 생물학적 조직에 더 잘 맞는다. 에폭시 및 실리콘의 음향 임피던스는 필러 입자를 사용하여 광범위한 범위에서 조정할 수 있다.
투과 홀로그램은 획득될 1차 초음파 및 홀로그래픽 초음파 장의 파면 형상과 일치하도록 형성 (구조화 및/또는 성형)된다. 유리하게, 본 발명의 다양한 실시예는 특히 홀로그램 위상 구조를 형성하기 위한 구조 데이터를 얻기 위해 투과 홀로그램을 형성하기 위해 이용 가능하다. 제1 변형예에 따르면, 구조 데이터는 생성될 홀로그래픽 초음파 장 및 1차 초음파의 반경 위상 및 진폭 분포에 의존하는 역 회절 문제를 해결함으로써 획득될 수 있다. 제2 변형예에 따르면, 투과 홀로그램은, 생성될 홀로그래픽 초음파 장 및 1차 초음파의 방사상 위상 및 진폭 분포에 관한 정보에 의존하여, Gerchberg-Saxton 알고리즘 또는 반복형 각도 스펙트럼 접근법과 같은 오차 감소 알고리즘을 사용하여 수치 근사법에 의해 형성된 위상 홀로그램으로서 형성될 수 있다. 오류 감소 알고리즘은 광학에서 알 수 있듯이 적용할 수 있으며 계산을 음향에 쉽게 적용할 수 있다.
유리하게는, 투과 홀로그램은 고속 프로토타이핑 방법, 예를 들어, 3D 인쇄 방법에 사용에 의해 계산된 홀로그램 위상 구조를 사용하여 제조될 수 있다. 이것은 고해상도 (예를 들어, 50㎛), 고속 및 저렴한 제조 및 디지털 재료 조합의 능력면에서 이점을 갖는다.
투과 홀로그램의 홀로그램 위상 구조는 바람직하게는 그 홀로그래픽 표면의 형상에 의해, 이를 테면, 투과 홀로그램 재료와 매설 재료 사이의 인터페이스에 의해 결정된다. 예를 들어, 홀로그램 위상 구조는 투과 홀로그램의 가변 두께, ΔΦ(r) = 2πf(1/cm - 1/ch)ΔT(r)에 따른다. 여기서 ΔΦ는 반경 위상 시프트, ΔT는 상대 두께 차수, f는 주파수, r은 반경 방향의 좌표, cm, ch는 매설 재료 및 투과 홀로그램의 사운드 속도를 각각 나타낸다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 투과 홀로그램은 홀로그래픽 표면이 음향 이미터 표면을 향하도록 배열된다. 이 실시예에서, 투과 홀로그램 장치는 투과 홀로그램의 홀로그래픽 표면 상에 배열되고 음향 이미터 표면을 제공하는 음파 결합 층을 포함한다. 음파 결합 층은 홀로그램 표면과 고정적으로 결합되어, 홀로그램 표면의 홀로그램 위상 구조가 환경의 영향으로부터 보호된다. 또한, 음향 결합 층은 조사될 대상과 부드럽고 틈이 없는 접촉을 제공한다.
특히 바람직하게는, 음파 결합 층은 홀로그래픽 표면을 덮는 매설 재료를 포함한다. 매설 재료는 투과 홀로그램의 음향 임피던스와 다른 음향 임피던스를 갖는다. 매설 재료는 홀로그램 상 구조를 얻고 처리 대상 물체에 임피던스를 정합시키는데 이점이 있다. 음향 이미터 표면은 투과 홀로그램의 가변 표면과는 반대되는 매끄러운 표면이다.
더 바람직하게는, 투과 홀로그램은 고체 성분이고, 음향 결합 층의 매설 재료는 겔형 물질을 포함하는 고체 또는 액체로 이루어질 수 있다. 바람직한 예에서, 매설 재료는 글리세린과 같은 비 휘발성 무독성 용매 또는 초음파 겔, 이를 테면, 글리세린과 프로필렌 글리콜의 혼합물을 포함한다. 바람직하게는, 매설 재료의 음향 임피던스는 처리될 대상물의 음향 임피던스에 정합된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 특징에 따르면, 음파 결합 층은 매설 재료를 커버하고 음향 이미터 표면을 제공하는 커버 시트를 포함할 수 있다. 유리하게는, 커버 시트는 특히 유동성, 이를 테면, 젤 같은 물질을 포함한다. 유리하게는, 커버 시트는 처리될 대상물의 외형에 적응하도록 가요성일 수 있다.
상기 투과 홀로그램 장치는 상기 초음파 공급원 장치와 고정결합될 수 있다. 이 실시예에 따르면, 초음파 공급원 장치에 대한 투과 홀로그램의 고정된 축 방향 및 초음파 공급원 장치와의 투과 홀로그램의 음파 결합에 대한 이점이 얻어진다.
대안적으로, 본 발명의 특히 바람직한 변형예에 따르면, 투과 홀로그램 장치는 초음파 공급원 장치와 착탈 가능하게 결합되어, 초음파 적용을 특정 적용 테스크에 적응시키는 이점을 얻을 수 있다. 투과 홀로그램 요소는 교환 가능한 부품으로서 제공된다. 특히, 투과 홀로그램 장치는 특정 조사 함수 및/또는 조사될 특정 물체에 적합할 수 있다. 특히 바람직한 예에서, 투과 홀로그램 장치는 개인화 될 수 있다. 즉, 투과 홀로그램의 홀로그램 위상 구조는 예를 들어, 투과 홀로그램과 같은 특정 개인, 즉 환자를 조사하기 위한 요구 조건에 따라 구성될 수 있다.
바람직하게는, 투과 홀로그램 장치에는 적어도 하나의 식별 장치가 제공되어, 특히 결합해제된 투과 홀로그램 장치의 사용을 위해 이점이 얻어진다. 적어도 하나의 식별 장치는 바람직하게는 이를 테면, 텍스트 정보 또는 광학적으로 판독 가능한 코드와 같은, 적어도 하나의 광학적으로 판독 가능한 마커, 및 RFID 트랜스듀서와 같은 전자 식별 유닛 (electronic identification unit)을 포함한다. 유리하게는, 적절한 투과 홀로그램 요소를 사용하는 실수는 적어도 하나의 식별 요소에 의해 회피된다.
투과 홀로그램은 특수한 초음파 입력, 예를 들어, 초음파 공급원 장치로 생성된 1차 초음파의 특징적인 파면에 기초하여 형성된다. 따라서, 투과 홀로그램은 적절한 배향, 특히 빔 축 둘레에, 즉, 1차 초음파의 전파 방향에 대한 축 방향에 적절한 회전을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 초음향 장치가 특정 홀로그램 이미지 또는 빔 궤적을 대상물에 투영하는 기능을 갖는다면, 투과 홀로그램의 방향 (빔 축 둘레의 회전)이 또한 중요할 것이다. 또한, 음향 이미터 표면, 특히 음파 결합 층이 광학적으로 투명하면, 투과 홀로그램의 홀로그램 표면은 인간 사용자에게 무작위로 보인다. 이는 투과 홀로그램을 고려하여 적절한 방향을 찾기가 어렵다. 따라서, 본 발명의 또 다른 유리한 실시예에 따르면, 초음파 공급원 장치 및 투과 홀로그램 장치 중 적어도 하나는 적어도 하나의 정렬 요소가 제공된다. 정렬 요소는 초음파 공급원 장치에 대해 투과 홀로그램 장치의 적절한 기하학적 방향을 허용하는 가시적인 마크 및 기하학적 구조 중 적어도 하나를 포함한다. 바람직하게는, 정렬 요소는 홀로그래픽 초음파 장을 생성하는 정밀도 및 재현성을 향상시킨다. 또한, 적어도 하나의 정렬 요소는 초음파 공급원 장치 및/또는 조사될 대상물에 대해 투과 홀로그램 장치의 올바른 방향을 지지하도록 허용한다.
바람직하게는, 상기 적어도 하나의 정렬 요소는 상기 투과 홀로그램 장치가 상기 초음파 공급원 장치에만 정확하게 장착될 수 있도록 구성된다. 바람직한 예에서, 적어도 하나의 정렬 요소는 예를 들어, 투과 홀로그램 외부의 투과 홀로그램 요소의 에지부에 바람직하게 배치된 핀과 같은 돌출 구조를 포함한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시 형태에 따르면, 초음파 장치는 전원 장치 및 파형 발생기를 구비한다. 전원 장치는 초음파 공급원 장치에 구동 전류를 공급한다. 전원 장치는 구동 전류의 진폭 파형을 제어하는 파형 발생기에 의해 제어된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 파형 발생기 및 전원 장치는 1차 초음파가 연속파 또는 펄스 파가 되도록 초음파 공급원 장치를 구동시키는 데 적합하다.
종래 기술과는 반대로, 본 발명의 초음파 장치는 바람직하게는 액체 배스 외부의 적용, 예를 들어, 가스상, 특히 대기 환경에서 적용된다. 따라서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 초음파 장치는 바람직하게는 상기 초음파 공급원 장치와 결합되는 지지 장치를 구비한다. 본 발명의 바람직한 응용예에 따르면, 지지 장치는 핸들, 프로브 헤드 및 내시경 장치 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 또 다른 이점은 조사될 대상물에서 생성된 홀로그래픽 초음파 장의 복수의 응용에 의해 얻어진다. 제1 실시예에 따르면, 홀로그래픽 초음파 영역은 대상물에서 적어도 하나의 초음파 초점을 생성하도록 구성된다. 대안적인 실시예에 따르면, 적어도 하나의 초음파 이미지가 객체 내에 생성될 수 있다. 이는 대상물의 이물질을 조사 또는 이동시키기 위한 것이다. 홀로그래픽 초음파 장이 초음파 장치로부터 얼마의 거리로 생성되기 때문에, 투과 홀로그램은 대상물 내의 미리 결정된 범위가 초음파, 특히 생성될 홀로그래픽 초음파 장에 의해 우회될 수 있도록 구성될 수 있다.
또한, 홀로그래픽 초음파 장은 물체를 초음파 영상화하고 및/또는 물체에 초음파 기반의 에너지 전송을 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 의학적 용도는 통증 치료, 고강도 초음파 치료, 생물학적 조직의 치료 및/또는 신장 또는 방광 결석의 파괴 분야에서 유용하다.
본 발명의 추가의 세부 사항 및 이점은 첨부 도면을 참조하여 이하에서 설명된다.
본 발명에 따른 투과 홀로그램 장치는 초음파 공급원 장치와 착탈 가능하게 결합되어, 초음파 적용을 특정 적용 테스크에 적응시키는 이점을 얻을 수 있다. 투과 홀로그램 요소는 교환 가능한 부품으로서 제공된다. 특히, 투과 홀로그램 장치는 특정 조사 함수 및/또는 조사될 특정 대상물에 적합할 수 있다. 특히, 투과 홀로그램 장치는 개인화로도 적용될 수 있다. 즉, 투과 홀로그램의 홀로그램 위상 구조는 예를 들어, 투과 홀로그램과 같은 특정 개인, 즉 환자를 조사하기 위한 요구 조건에 따라 구성될 수 있다.
또한, 투과 홀로그램 장치에는 적어도 하나의 식별 장치가 제공되어, 특히 결합해제된 투과 홀로그램 장치의 사용을 위해 이점이 얻어진다. 적어도 하나의 식별 장치는 바람직하게는 이를 테면, 텍스트 정보 또는 광학적으로 판독 가능한 코드와 같은, 적어도 하나의 광학적으로 판독 가능한 마커, 및 RFID 트랜스듀서와 같은 전자 식별 유닛 (electronic identification unit)을 포함한다. 유리하게는, 적절한 투과 홀로그램 요소를 사용하는 실수는 적어도 하나의 식별 요소에 의해 회피된다.
투과 홀로그램은 특수한 초음파 입력, 예를 들어, 초음파 공급원 장치로 생성된 1차 초음파의 특징적인 파면에 기초하여 형성됨으로서, 투과 홀로그램은 적절한 배향, 특히 빔 축 둘레에, 즉, 1차 초음파의 전파 방향에 대한 축 방향에 적절한 회전을 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, 초음파 공급원 장치 및 투과 홀로그램 장치 중 적어도 하나는 적어도 하나의 정렬 요소가 제공된다. 정렬 요소는 초음파 공급원 장치에 대해 투과 홀로그램 장치의 적절한 기하학적 방향을 허용하는 가시적인 마크 및 기하학적 구조 중 적어도 하나를 포함한다. 정렬 요소는 홀로그래픽 초음파 장을 생성하는 정밀도 및 재현성을 향상시킨다. 또한, 적어도 하나의 정렬 요소는 초음파 공급원 장치 및/또는 조사될 대상물에 대해 투과 홀로그램 장치의 올바른 방향을 지지하도록 허용한다. 상기 적어도 하나의 정렬 요소는 상기 투과 홀로그램 장치가 상기 초음파 공급원 장치에만 정확하게 장착될 수 있도록 구성된다. 바람직한 예에서, 적어도 하나의 정렬 요소는 예를 들어, 투과 홀로그램 외부의 투과 홀로그램 요소의 에지부에 바람직하게 배치된 핀과 같은 돌출 구조를 포함한다.
본 발명의 초음파 장치는 바람직하게는 액체 배스 외부의 적용, 예를 들어, 가스상, 특히 대기 환경에서 적용된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 상기 초음파 장치는 바람직하게는 상기 초음파 공급원 장치와 결합되는 지지 장치를 구비한다. 본 발명의 바람직한 응용예에 따르면, 지지 장치는 핸들, 프로브 헤드 및 내시경 장치 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 또 다른 이점은 조사될 대상물에서 생성된 홀로그래픽 초음파 장의 복수의 응용에 의해 얻어진다홀. 제1 실시예에 따르면, 홀로그래픽 초음파 영역은 물체에서 적어도 하나의 초음파 초점을 생성하도록 구성된다. 대안적인 실시예에 따르면, 적어도 하나의 초음파 이미지가 객체 내에 생성될 수 있다. 이는 물체의 이물질을 조사 또는 이동시키기 위한 것이다. 로그래픽 초음파 장이 초음파 장치로부터 얼마의 거리로 생성되기 때문에, 투과 홀로그램은 대상물 내의 미리 결정된 범위가 초음파, 특히 생성될 홀로그래픽 초음파 장에 의해 우회될 수 있도록 구성될 수 있다.
또한, 홀로그래픽 초음파 장은 물체를 초음파 영상화하고 및/또는 물체에 초음파 기반의 에너지 전송을 위해 사용될 수 있다.
마지막으로, 본 발명의 바람직한 의학적 용도는 통증 치료, 고강도 초음파 치료, 생물학적 조직의 치료 및/또는 신장 또는 방광 결석의 파괴 분야에서 유용하다.
도 1은 본 발명의 초음파 장치의 일 실시예의 개략도로서, 도 1a는 이들 구성 요소를 개략적인 단면도이고 도 1b는 투과 홀로그램 요소의 노출된 이미터 측면의 평면도,
도 2는 초음파 장치의 추가 상세 및 홀로그래픽 초음파 장의 생성을 도시한 도면,
도 3, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 장치의 단면도, 및
도 5 내지 도 7은 투과 홀로그램 및 홀로그래픽 초음파 장의 실제 생성을 도시한 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예는 의학적 적용을 위해 채택된 초음파 장치에 대한 예시적인 참조로써 다음과 같이 설명된다. 본 발명의 적용은 의학적 적용에만 국한되지 않고 재료 처리 또는 비파괴 조사와 같은 다른 분야에도 사용될 수 있음을 강조한다. 또한, 초음파 공급원 장치는, 하나의 단일 평면 초음파 공급원 요소를 포함하고 투과 홀로그램은 평면 형상을 갖는, 초음파 장치의 실시예가 참조된다. 본 발명은 곡선형 초음파 공급원 요소, 대응하는 방식에 따라 곡선형을 갖는 초음파 공급원 요소 및/또는 투과 홀로그램의 평면 또는 곡선 어레이로 구현될 수 있다.
도면들은 개략도로 나타내고 있다. 실제 구현예에서, 초음파 공급원 장치를 동작시키기 위한 전원 장치 및 제어 유닛이 제공된다. 특히, 음향 공급원의 발진기에 동작 전압을 인가하여 초음파 공급원 장치에 의해 방출되는 1차 음향 파의 진폭, 주파수 및 위상을 정의하는 제어 유닛이 제공된다.
도 1에 따르면, 본 발명의 초음파 장치 (100)의 제 1 실시예는 초음파 공급원 장치 (10), 투과 홀로그램 장치 (20) 및 제어 장치 (30)를 포함한다. 도 1a는 이들 구성 요소를 개략적인 단면도로서 도시하고, 도 1b는 투과 홀로그램 요소 (20)의 노출된 이미터 측면의 평면도이다.
초음파 공급원 장치 (10)는 캐리어 플레이트 (13)상의 케이싱 (12)에 단일 초음파 공급원 요소 (11)를 포함한다. 도 1의 실시예에서, 캐리어 플레이트 (13)는 케이싱 (12)의 측벽이다. 단일 초음파 요소 (11)는 이를 테면, 접착제 접촉 층을 통해 캐리어 플레이트 (13)와 음파 접촉하고 있다. 초음파 공급원 장치 (10)에는 제어 장치 (30)를 단일 초음파 공급원 요소 (11)와 연결시키는 연결 케이블 (14)이 제공된다. 단일 초음파 공급원 요소 (11)는 압전 판, 특히 예를 들면. 지름 50 mm, 두께 1 mm의 PZT-8로 제조된 상업적으로 이용가능한 변환기 판이다.
투과 홀로그램 장치 (20)는 투과 홀로그램 (21)을 포함하며, 여기서 투과 홀로그램 (21)의 제1 연속 기판 측면은 캐리어 플레이트 (13)에 있고, 투과 홀로그램 (21)의 제2 반대측은 구조화 된 홀로그래픽 표면 (23)을 가진 상태로 초음파 공급원 장치 (10)로부터 멀어지는 방향으로 향하여 있다 (도 3 및 도 4에서 더 상세하게 설명됨). 투과 홀로그램 (21)은, 예를 들면, PMMA로 만들어진다. 캐리어 플레이트 (13)와 투과 홀로그램 (21) 사이의 음파 접촉을 용이하게 하기 위해, 이를 테면 겔로 만들어진 다른 음파 결합 층이 그들 사이에 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 홀로그래픽 표면 (23)은 주변에 노출되지 않지만, 투과 홀로그램 요소 (20)의 노출된 음향 이미터 표면 (22)을 제공하는 음파 결합 층 (24)에 의해 덮여진다. 음파 결합 층 (24)은 단일 홀로그래픽 표면 (23)을 완전히 덮고 홀로그램 표면 (23)에 대향하는 부드러운 음향 이미터 표면 (22)을 갖는 매설 재료 (25)의 층을 포함한다. 매설 재료 (25)는 투과 홀로그램 (21), 예를 들면 글리세린 또는 실리콘의 상이한 음향 임피던스를 갖는 재료로 제조된다.
투명 음향 결합 층 (24)에 의해, 음향 이미터 표면 (22) (도 1b)의 평면도는 에지부 (29)에 의해 둘러싸인 홀로그래픽 표면 (23)을 도시한다. 정렬 요소 (27) 및 식별 장치 (28)는 초음파 공급원 장치 (10)의 케이스 (12) 내의 음향 이미터 측과 반대측의 후면에 돌출되어 있고 3개의 리셉터클에 일치하는 3개의 핀을 포함한다. 동시에, 핀은 투과 홀로그램 장치 (20)의 초음파 공급원 장치 (10)와의 탈부착가능한 접속을 위한 커넥터를 제공한다.
제어 장치 (30)는 연결 케이블 (14)을 통해 단일 초음파 공급원 요소 (11)에 공급될 구동 전류를 생성하는 전원 장치 (31)를 포함한다. 또한, 제어 장치 (30)는 파형 발생기 (32)를 포함하고, 이 파형 발생기 (32)는 동 전류의 진폭 파형을 제어하여 단일 초음파 공급원 요소 (11)로 생성된 1차 초음파 (2) (도 2 참조)가 예를 들어, 연속 또는 펄스 형태의 시간 특성을 가지도록 한다.
초음파 장치 (100), 특히 구성 요소 (10 및 20)의 형상 및 크기는 그 특정 응용에 따라 선택된다. 의학에서의 대표적인 사용에 있어서, 구성 요소들 (10, 20)은 예를 들어, 원형 음향 이미터 표면 (22)이 1cm ~ 10cm의 직경을 갖는다.
도 2는 핸들 장치로서 구성된 초음파 장치 (100)의 다른 실시예를 개략적으로 도시한다. 초음파 장치 (100)는 지지 장치 (40)를 구비하는데, 이 지지 장치 (40)는 초음파 공급원 장치 (10)와 연결되며 핸들 (41)을 포함한다. 본 발명의 이 실시예는 매뉴얼 용도로 채택되어, 예를 들어 조사될 환자의 몸과 같은, 대상물에 홀로그램 사운드 장 (1)을 생성시키게끔 한다.
초음파 공급원 장치 (10)는 초음파 공급원 요소 (11)를 수용하고 연결 케이블 (14)을 통해 제어 장치 (도시되지 않음)와 연결되는 원추형 케이싱 (12)을 갖는다. 투과 홀로그램 요소 (20)는 초음파 공급원 장치 (10)와 분리가능하게 결합된다. 도식적으로 예시된 홀로그래픽 표면 (23)을 갖는 투과 홀로그램 (21)은 음파 결합 층 (24)으로 덮힌다. 음파 결합 층 (24)은 음향 이미터 표면 (22)을 제공하여 이를 테면, 환자의 외부 피부와 같은 물체의 외부면 (3.1)과 직접 접촉한다. 초음파 장치 (100)는 피검체 (3)의 대기 환경, 예를 들어 공기 중에 사용된다.
도 2의 대상물 (3)의 단면도는 홀로그래픽 사운드 장 (1)이 장애물 (3.3) 뒤의 목표 영역 (3.2)에서 생성되는 본 발명의 실시예를 예시한다. 초음파 홀로그램 (21)은 초음파 홀로그램 (21)을 통해 전파된 초음파가 투과 홀로그램 (21)을 통과하는 장애물 영역(3.3)을 커버하는 저 강도 영역을 가지도록 설계된 반면, 초음파의 에너지는 목표 영역 (3.2)에 집중된다. 따라서 의료 응용 분야에서, 이를 테면, 목표 영역 (3.2)에서 전립선 조직의 조사를 위해, 장애물 영역 (3.3)의 모든 기관을 보호할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 지지 장치 (40)는 초음파 장치 (100)의 적용에 의존하여 선택된 또 다른 캐리어에 의해 제공될 수 있다. 바람직한 예에서, 초음파 장치는 내시경 장치, 특히 내시경 샤프트의 말단부에 장착된다. 추가적인 예로서, 초음파 장치 (100)는 프로브 헤드, 예를 들어, 기관의 초음파 치료법을 위해 배치될 수 있다.
도 3 및 도 4는 초음파 공급원 장치 (10) (부분적으로 도시됨) 및 투과 홀로그램 장치 (20)의 단면도를 참조하여 본 발명의 바람직한 특징을 예시한다.
초음파 공급원 장치 (10)는 캐리어 플레이트 (13)와 음향적으로 결합된 단일 초음파 공급원 요소 (11)를 포함한다. 투과 홀로그램 장치 (20)는 홀로그래픽 표면 (23)을 갖는 투과 홀로그램 (21) 및 음향 결합 층 (24) (25) 및 커버 시트 (26)를 포함한다. 커버 시트 (26)의 노출된 표면은 부드러운 음향 이미터 표면 (22)을 제공한다. 투과 홀로그램 장치 (20)는 초음파 공급원 장치 (10)와 결합하기 위한 에지부 (29)를 갖는다.
구동 전류 (4)가 초음파 공급원 요소 (11)에 공급됨에 따라, 투과 홀로그램 (21)을 통해 전파되는 1차 초음파가 방출된다. 1차 초음파의 위상 및/또는 진폭의 방사상 분포는 투과 홀로그램 (21)에 의해, 특히 홀로그래픽 표면 (23), 즉 투과 홀로그램 (21) 및 매설 재료 (25)의 재료 사이의 계면에 의해 수정된다. 홀로그래픽 표면 (23)은 미리 정해진 홀로그래픽 사운드 장 (1)이 주변에서, 이를 테면, 조사될 대상물에서 생성되도록 설계된다(도 4 참조).
바람직하게는, 투과 홀로그램 (21)은 예를 들어, PMMA이고, 매설 재료 (25)는 예를 들어, 실리콘 고무와 같은 고체이고, 또는 예를 들어, 글리세린 물질과 같은 액체이다. 대안적으로, 매설 재료 (25)는 고체 물질을 포함할 수 있고, 투과 홀로그램 (21)은 액체 물질을 포함 할 수 있다.
커버 시트 (26)는 예를 들어, 실리콘 고무제의 멤브레인이다. 멤브레인은 유연한 표면을 제공하고 투과 홀로그램 (21) 및 매설 재료 (25)를 밀봉하는 가요성이면서 부드러운 구성 요소이다. 더욱이, 커버 시트 (26)의 음향 이미터 표면 (22)은 기포가 없고 오염이 없는 조립체이고 그리고 대상물 (3)과 음향 접촉한다.
대상물 (3)과의 음향 접촉을 개선하기 위해, 액체 결합 층 (50)이 대상물 (3)의 외부 표면 (3.1)과 음향 이미터 표면 (22) 사이에 제공될 수 있다. 액체 결합 층 (50)은 예컨대, 초음파 겔을 포함한다.
도 5는 투과 홀로그램 장치 (20)의 투과 홀로그램 (21)과 홀로그래픽 사운드 장 (1)의 생성을 개략적으로 도시한다. 투과 홀로그램 (21)의 홀로그래픽 표면 (23)은 소정의 초음파 이미지 (1.1)가 투과 홀로그램 (21)의 초점 면에 생성되도록 설계된다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 투과 홀로그램 (21)은 다수의 초점면을 가질 수 있으므로, 투과 홀로그램 (21)으로부터 상이한 축 방향 거리에서 동일하거나 상이한 초음파 이미지가 생성될 수 있다.
투과 홀로그램을 생성하기 위해, 생성될 홀로그래픽 초음파 장, 이를 테면, 초점 평면 내의 초음파 이미지 (1.1), 및 1차 초음파의 방사상 위상 및 진폭 분포, 이를 테면. 근접 평면파는 위상 홀로그램을 반복적으로 계산하기 위한 입력으로 사용된다. Gerchberg-Saxton 알고리즘과 같은 오류 감소 알고리즘이 위상 홀로그램을 계산하는 데 사용된다. 도 6은 Gerchberg-Saxton 알고리즘의 20회 반복 적용 후의 투과 홀로그램 (21)의 위상 분포를 개략적으로 도시한다. 매 반복마다, 투과 홀로그램의 평면과 초점면 사이의 음향 파의 전파가 모델링되고, 초점면에서의 압력 분포가 경계 조건으로 사용된다. 위상 분포는 투과 홀로그램 (21) 및 매설 재료 (25)의 재료 파라미터 (예를 들어, 도 4 참조)에 따라 홀로그래픽 표면으로 변환된다. 계산된 홀로그램 표면에 따라, 홀로그램 위상 구조를 갖는 투과 홀로그램이 3D 인쇄 방법으로 인쇄될 수 있다.
인쇄된 투과 홀로그램은 초음파 이미지 (1.1) (도 5)를 만들기 위해 위에서 설명한 대로 초음파 사운드 장치에 배치된다. 예를 들어, 도 7은 투과 홀로그램으로부터 1cm 거리에 있는 초점 평면에서의 음압 측정된 분포를 보여준다. 이 분포는 하이드로폰으로 측정되었다. 초음파 공급원 요소의 전력은 약 1.5W이고 평균 음향 압력은 약 25kPa이다.
본 발명의 또 다른 적용예는 임플란트 구성 요소, 예를 들어 예컨대, 환자의 몸에 임플란트 구성 요소에 대한 비접촉식 에너지 전달이다. 임플란트 구성 요소는 신체를 통해 이동하며, 신체 표면으로부터의 거리 또는 신체 표면에 대한 배향의 작은 변화조차도 에너지 전달의 효율을 감소시키는 것으로 알려져 있다. 홀로그래픽 초음파 장을 임플란트 구성 요소의 현재 위치에 적응시킴으로써, 예를 들어, 초음파 이미징에 의해 에너지 전달의 효율은 초점을 임플란트 구성 요소의 현재 위치 및 방향에 간단히 적응시킴으로써 향상될 수 있다.
상술한 설명, 도면 및 청구 범위에 개시된 본 발명의 특징들은 개별적으로 또는 조합으로 또는 서브 조합으로 상이한 실시예에서 본 발명을 실현하기 위해 똑같이 중요할 수 있다.
1 : 홀로그래픽 초음파 장 2 : 초음파
3 : 대상물 10 : 초음파 공급원 장치
20 ; 투과 홀로그램 장치 21 : 투과 홀로그램
22 : 음향 이미터 표면 23 : 홀로그래픽 표면
24 : 음파 결합 층 25 : 매설 재료
26 : 커버 시트 27 : 정렬 요소
28 : 식별 장치 30 : 제어 장치
31 : 전원 장치 32 : 파형 발생기
40 : 지지 장치 41 : 핸들
100 : 초음파 장치

Claims (18)

  1. 홀로그래픽 초음파 장 (1)을 생성하도록 구성된 초음파 장치 (100)가,
    - 초음파 (2)를 생성하도록 마련된 초음파 공급원 장치 (10), 및
    - 투과 홀로그램 (21) 및 노출된 음향 이미터 표면 (22)을 가지는 것으로서, 상기 초음파 공급원 장치 (10)와 결합되고 상기 음향 이미터 표면을 통해 초음파 (2)를 전송하도록 배치되고 그리고 주변 공간에 홀로그래픽 초음파 장을 생성하는 투과 홀로그램 장치 (20)를 포함하고,
    - 음향 이미터 표면 (22)은 매끄러운 표면인 것을 특징으로 하는 초음파 장치(100).
  2. 제 1 항에 있어서,
    - 상기 초음파 공급원 장치 (10)는 단일 초음파 공급원 요소 (11) 및 초음파 공급원 요소 어레이 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 장치.
  3. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    - 초음파 공급원 장치 (10)는 평면 또는 곡면, 특히 포물면 또는 구형 초음파 (2)를 생성하도록 채택된 것을 특징으로 하는 초음파 장치.
  4. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    - 투과 홀로그램 (21)은 평면 또는 곡선, 특히 포물면 또는 구형을 갖는 것을 특징으로 하는 초음파 장치.
  5. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    - 투과 홀로그램 (21)은 생성될 홀로그래픽 초음파 장 (1)에 따라 역 회절 문제를 해결함으로써 형성된 것을 특징으로 하는 초음파 장치.
  6. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    - 투과 홀로그램 (21)은 생성될 홀로그래픽 초음파 장 (1)에 따라 Gerchberg-Saxton과 같은 오류 감소 알고리즘을 사용하여 수치 근사법에 의해 형성된 위상 홀로그램인 것을 특징으로 하는 초음파 장치.
  7. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    - 투과 홀로그램 (21)은 상기 음향 이미터 표면 (22)에 대면하는 홀로그래픽 표면 (23)을 가지며,
    - 홀로그래픽 표면 (23)은 음향 이미터 표면 (22)을 제공하는 음파 결합 층 (24)에 의해 덮인 것을 특징으로 하는 초음파 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 음파 결합 층 (24)은
    - 상기 홀로그래픽 표면 (23)을 덮는 매설 재료 (25)를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 음파 결합 층 (24)은,
    - 매설 재료 (25)를 덮고 그리고 음향 이미터 표면 (22)을 제공하는 커버 시트 (26)를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 장치.
  10. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투과 홀로그램 장치 (20)는 초음파 공급원 장치 (10)에 착탈가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 초음파 장치.
  11. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    - 투과 홀로그램 장치 (20)는 적어도 하나의 식별 장치 (28), 특히 광학적으로 판독가능한 마커 및 전자 식별 유닛 중 적어도 하나를 구비한 것을 특징으로 하는 초음파 장치.
  12. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 초음파 공급원 장치 (10) 및 상기 투과 홀로그램 장치 (20) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 정렬 요소 (27)를 구비한 것을 특징으로 하는 초음파 장치.
  13. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 초음파 공급원 장치 (10)에 구동 전류를 공급하는 전원 장치 (31), 및
    - 상기 전원 장치 (31)와 연결되어 상기 구동 전류의 진폭 파형을 제어하는 파형 발생부 (32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    - 상기 파형 발생기 (32) 및 상기 전원 장치 (31)는 상기 초음파 (1)가 연속파 또는 펄스 파가 되도록 상기 초음파 공급원 장치를 구동시키는 것을 특징으로 하는 초음파 장치.
  15. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 초음파 공급원 장치 (10)를 지지하고 그리고 핸들 (41), 프로브 헤드 및 내시경 장치 중 적어도 하나를 포함하는 지지 장치 (40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 장치.
  16. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    - 투과 홀로그램 (21)은 정적 구성요소인 것을 특징으로 하는 초음파 장치.
  17. 대상물 (3)에 홀로그래픽 초음파 장 (1)을 생성하는 방법으로서, 상기 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 따른 초음파 장치 (100)가 사용되며,
    - 초음파 장치 (100)를 대상물 (3)과 음향 접촉시키도록 배열하는 단계, 및
    - 상기 홀로그래픽 초음파 장 (1)이 상기 대상물 (3)에 생성되도록 상기 초음파 장치 (100)를 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 초음파 장 생성 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 홀로그래픽 초음파 장 (1)이 다음의 응용들 중 적어도 하나를 위해 형성되는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 초음파 장 생성 방법:
    - 대상물 (3)에 초음파 초점을 생성,
    - 대상물 (3)에 초음파 이미지를 생성,
    - 초음파에 의해 대상물에 범위를 우회(bypassing),
    - 대상물 (3)의 초음파 이미징,
    - 의료 응용 분야, 특히 통증 치료, 고강도 집속 초음파 (HIFU) 요법, 생물학적 조직 치료 및/또는 신장 또는 방광 결석 파괴, 및
    - 초음파 기반 에너지 전송.
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