KR20190045531A - 선집속 초음파 트랜스듀서 및 이를 포함하는 고강도 선집속 초음파 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선집속 초음파 트랜스듀서에 관한 것으로, 굽힘 가공에 의해 반원형의 실린더 형상으로 제조된 압전소자(100); 상기 압전소자(100)의 내면에 구비되는 제1 전극부(110); 상기 압전소자(100)의 외면에 구비되며, 상기 제1 전극부(110)에 대응하여 구비되는 제2 전극부(120);를 포함하며, 본 발명에 따른 반원형의 실린더형 트랜스듀서에 의해 초음파가 선 형태로 집속되므로 기존의 한 점으로 집속되는 것에 비해 시술 시간을 감소시키고 시술 효과를 극대화하며 구성을 단순화시킬 수 있다.

Description

선집속 초음파 트랜스듀서 및 이를 포함하는 고강도 선집속 초음파 구동장치{LINE FOCUSED ULTRASOUND TRANSDUCER AND HIGH INTENSITY LINE FOCUSED ULTRASOUND DRIVING APPARATUS INCLUDING THE SAME}

본 발명은 선집속 초음파 트랜스듀서 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초음파를 선집속하기 위한 반원형의 실린더형 트랜스듀서가 굽힘 가공에 의해 손쉽게 제조되어 초음파 선집속 효과를 극대화시킬 수 있는 선집속 초음파 트랜서듀서 및 이를 포함하는 고강도 선집속 초음파 구동장치에 관한 것이다.

현재, 초음파의 비침습 특징을 바탕으로 개발된 고강도 집속초음파 기술을 이용한 피부치료 장비의 인기가 상당히 높다.

고강도 집속 초음파(HIFU; High Intensity Focused Ultrasound) 기술은 비침습성 효과로 외부를 절개하지 않고 인체 내부의 종양 치료, 자궁근종치료에 사용하는 기술로 최근에는 보톡스 시술대용으로 사용되어 미용용 시장에서 HIFU 기술이 각광받고 있다. 수술적인 안면거상술(Open Face-lifting)의 주 타겟인 피부 진피층 아래 근건막층 (SMAS층)을 자극하여 피부를 전반적으로 수축시키고, 콜라겐 합성 촉진 효과가 있는 것으로 증명된 바 있다.

이러한 집속 초음파 치료는 초음파를 집속하여 고강도의 집속 초음파를 생성하는 집속 초음파 트랜스듀서를 이용하는 고강도 집속 초음파 발생 장치에 의해 수행된다.

초음파 집적을 위한 압전 소자는 구면렌즈의 원리와 두께 진동모드의 주파수 정수를 이용하여 원하는 초점거리를 갖도록 설계될 수 있다. 즉, 원하는 초음파 발생 주파수를 갖도록 두께를 설계하고, 구면을 갖는 반구형으로 압전체를 제작하여 원하는 주파수와 초점거리를 갖는 초음파 집속 소자를 제작할 수 있다. 통상 초음파의 집속이 발생하는 지점은 돔형 압전체의 곡률반경과 일치하게 된다.

종래에는 압전 재료를 벌크 형태로 제작한 뒤 렌즈를 가공하는 방법에 의하여 연삭기를 곡률반경과 같이 제작하여 벌크 형태의 압전 소자를 원하는 두께가 되도록 가공하여 사용한다.

또한, 압전 재료를 용융 처리하여 사출성형으로 돔형의 압전 소자를 제조하고 있다.

이와 같은 제조 방법은 압전 재료의 소비가 많으며, 가공시 취성이 높은 압전 세라믹이므로 균열이 발생하기 쉬워 양산시 제조비용이 상승하는 요인이 되고 있다.

또한, 취성이 높은 압전 재료에 가공에 따른 내부응력의 축적이 심해지므로, 강한 교류 전계에 의한 진동시 파손의 위험성이 높아지게 된다.

이와 같은, 기계적 가공에 의한 문제점과 더불어, 종래에 사용하는 돔형 초음파 집속 소자의 테두리 부근에서 발생하는 스퓨리어스 진동(spurious vibration)은 초음파의 집속을 방해하는 요소로 작용하여 초음파 집속 효과를 감소시키고 있다.

한편, 고강도 점집속 초음파 발생 장치는 하우징과, 하우징의 내부에 고정되는 초음파 트랜스듀서를 포함한다. 초음파 트랜스듀서는 돔 형상의 압전소자와, 압전소자의 양면에 각각 형성되는 제1 및 제2 전극을 포함하여 하나의 압전 진동자를 형성함으로써 구성될 수 있으며, 제1 및 제2 전극에 인가된 전기 신호를 초음파로 변환한다.

전술한 바와 같은 돔 형상의 압전소자를 이용하여 초음파를 발생시키면 치료 위치에 한 점으로 초음파가 집속되게 된다. 이렇게 한 점으로 집속된 초음파를 이용하여 최근 암 치료는 물론, 피부 주름 개선이나 지방 분해용 의료기기 등에도 활용되고 있다.

대한민국 등록특허 10-1538896호는 초음파 집속을 위한 돔 형상의 압전체 재질의 몸체부와, 그 몸체부의 초음파 집속 및 분말사출 성형시 돔 형상의 사출을 용이하게 하고, 소결시 돔 형상의 비틀림 현상을 제거하고 초음파 집속을 강화하기 위한 테두리부가 일체로 설치되어 구성된 초음파 집속용 압전 액츄에이터를 개시한다.

그러나 한 점으로 집속되는 초음파는 작은 치료 영역에 활용할 경우에는 크게 문제가 되지 않지만, 넓은 시술 부위에 사용하는 경우에는 한번에 한 점에 대해 열변성 리즌(lesion)을 형성하기 때문에 시술 시간이 오래 걸리는 문제가 있고, 초음파가 집속된 점과 점 사이의 조직은 열변성이 일어나지 않는 문제가 있다.

또한, 한 점으로 집속되는 초음파를 이용하여 넓은 시술 영역에 걸쳐 규칙적이고, 반복적으로 시술하기 위해서는 반구형 압전소자를 모터 등에 의해 이동시켜야 하기 때문에 기계적인 메커니즘이 복잡해지는 문제가 있다.

대한민국 등록특허 10-1335476호는 초음파를 선 형태로 집속되도록 하여 시술 시간을 감소시키고 시술 효과를 극대화하며 구성을 단순화할 수 있는 선집속 초음파 변환기 및 하우징 내에서 선집속 초음파 변환기를 자동으로 이동시킬 수 있는 선집속 초음파 발생 장치를 개시하고 있다.

그러나 상기 문헌의 선집속 초음파 발생 장치는, 초음파 변환기가 하우징의 내부에서 모터의 구동에 의해 이동되도록 구성되어 있으며, 복수 개의 환부(치료부위) 또는 기다란 환부를 치료하기 위해서는 사용자가 초음파 변환기를 이동시켜 가며 그 환부를 치료해야 하는 불편함이 있다.

한편, 선집속 초음파 트랜스듀서의 출력을 높이기 위해서는 구동 시스템의 출력전압을 높여야 하며 동시에 높아진 전압을 안정적으로 유지하여야 하는데, 출력 전압 또는 주파수가 높아지게 되면 발열현상이 나타나고, 한계 시점에 이르게 되면 온도가 급격히 상승하여 냉각장치로는 해결할 수 없는 상태에 이르러 회로가 파괴되고 시스템이 불안정해지게 된다.

가장 큰 문제점은 초음파 구동회로의 주파수 변경이 되지 않고 임피던스 매칭이 잘 되지 않는 것과 부분적인 선집속 효과를 내기 위하여 모터를 이용하여 기계적인 움직임으로 점집속 트랜스듀서를 이동시킴으로써 발생되는 치료 시간의 지연 및 피부표면 화상의 부작용 등이 있다.

본 발명은 전술한 종래의 문제점들을 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 양산성이 우수하고 치수 정밀도가 높으며, 임의 형상 제조가 용이한 굽힘 가공 기법으로 제조함으로써 기계적 가공에 의한 압전 재료의 파손 저감 및 내부응력과 스퓨리어스 진동을 제거하여 초음파 집속 효과를 최대로 활용한 선집속 초음파 트랜스듀서를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은 초음파가 한 점으로 집속되는 것이 아니라 선 형태로 집속되도록 하여 시술 시간을 감소시키고 시술 효과를 극대화하며 구성을 단순화할 수 있는 선집속 초음파 트랜스듀서 및 이를 포함하는 고강도 선집속 초음파 구동 장치를 제공하는 데에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 선집속 초음파 트랜스듀서는, 굽힘 가공에 의해 반원형의 실린더 형상으로 제조된 압전소자; 상기 압전소자의 내면에 구비되는 제1 전극부; 상기 압전소자의 외면에 구비되며, 상기 제1 전극부에 대응하여 구비되는 제2 전극부;를 포함한다.

바람직하게는, 상기 압전소자의 좌우 양측 단부에서의 제1 및 제2 전극부의 각각의 모서리부를 면취가공하여 상기 제1 및 제2 전극부의 폭을 상기 압전소자의 양측 단부들 이외의 영역과 대비하여 축소 형성한다.

바람직하게는, 상기 압전소자의 좌우 양측 단부의 각각의 모서리부를 면취가공하여 상기 트랜스듀서의 양측 단부에서의 폭을 상기 압전소자의 양측 단부들 이외의 영역과 대비하여 축소 형성한다.

바람직하게는, 상기 제1 및 제2 전극부의 길이방향 크기는 상기 압전소자의 길이방향 크기보다 작을 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 선집속 초음파 트랜스듀서를 수용하는 하우징과 음향렌즈를 포함하며, 상기 선집속 초음파 트랜스듀서의 좌우 양측 단부에 대응하는 상기 하우징의 양측 단부에 경사면을 형성할 수 있다.

바람직하게는, 상기 하우징을 음향렌즈와 동일한 물질로 제작할 수 있다.

본 발명의 고강도 선집속 초음파 구동장치는 전술한 선집속 초음파 트랜스듀서; 상기 트랜스듀서의 내부 오목부에 접착되는 음향 렌즈; 상기 트랜스듀서와 음향 렌즈를 수용하는 하우징; 상기 트랜스듀서를 구동하기 위한 전원부; 상기 트랜스듀서를 제어하기 위한 제어부; 및 시술자의 시술관련 정보 및 초음파 구동 장치의 동작을 표시하는 표시부를 포함한다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 반원형의 실린더형 트랜스듀서에 의해 초음파가 선 형태로 집속되므로 기존의 한 점으로 집속되는 것에 비해 시술 시간을 감소시키고 시술 효과를 극대화하며 구성을 단순화시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 반원형의 실린더형 트랜스듀서에 의해 초음파가 선집속되므로 모터에 의한 트랜스듀서의 기계적인 움직임을 없앰으로써 장치의 내구성 향상과 오작동을 예방할 수 있다.

도 1의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 압전소자의 제조과정을 순차적으로 도시하는 개략 단면도이며, (b)는 압전소자의 사시도이다.
도 2의 (a)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선집속 초음파 트랜스듀서를 도시하는 단면도이며, (b) 및 (c)는 트랜스듀서를 하우징에 설치한 단면 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 선집속 초음파 트랜스듀서를 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 선집속 초음파 트랜스듀서를 도시하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 선집속 초음파 트랜스듀서를 도시하는 단면도이다.
도 6의 (a) 및 (b)은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하우징의 변형예를 도시하는 정단면도 및 측단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 선집속 초음파 트랜스듀서를 장착한 고강도 선집속 초음파 구동장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 선집속 초음파 구동 시스템의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.

본 발명의 예시적 실시 예들은 첨부하는 도면들을 참조하여 이하에서 기술될 것이다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 통상의 기술자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다. 본 명세서에 상세하게 기술된 특정 구성 및 기능은 제한적이지 않으며, 단지 청구항들에 대한 토대 및 본 발명을 다양하게 실시하기 위해 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자를 교시하기 위한 토대로서 기술된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

종래의 점집속 압전소자는 소결된 상태의 디스크 세라믹의 양면을 가공하여 오목한 컨캐이브 형태로 제작한다. 기계적 가공으로 제작하기 때문에 머신 1대 당 1개의 세라믹을 가공할 수 있어서 제조시간과 비용이 상승하는 문제가 있다.

반면 본 발명에 따른 선집속 압전소자의 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 직사각형의 세라믹 시트를 굽힘 기공에 의해 소정 형태로 성형한 후 소결함으로써 동시에 여러 개의 세라믹을 제작할 수 있다. 이로 인하여 제조시간은 줄어들고 비용은 월등히 줄어드는 장점이 있다.

도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 압전소자(100)는 전체적으로 반원형의 실린더 형상을 가진다. 이러한 압전소자(100)는 세라믹, 복합 압전물질, 단결정 석영 등 전기적인 신호를 기계적인 진동으로 변환할 수 있는 다양한 물질로 형성될 수 있다. 또한, 압전소자(100)는 두께에 따라 발생되는 진동 주파수가 결정되는데 본 발명의 실시예에서는 그 주파수의 범위에 제한을 두지 않고 압전소자(100)로 구현 가능한 진동 주파수를 모두 포함할 수 있다. 바람직하게는, 초음파 치료를 위해 사용될 수 있는 모든 범위의 진동 주파수를 포함하며, 예를 들어 5 MHz의 진동 주파수를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전소자(100)의 크기는 도 1의 (b)에서와 같이, (a) 20 mm x (b) 7 mm x 두께 1 mm의 크기를 갖지만, 고강도 선집속 초음파 구동 장치의 에너지의 크기 및 치료 용도에 맞게 적절히 구현할 수 있도록 크기에 제한을 두지 않는다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선집속 초음파 트랜스듀서의 제조는 혼합 단계, 굽힘 가공 성형 단계 및 소결 단계를 포함한다.

세라믹, 복합 압전물질, 단결정 석영 등 전기적인 신호를 기계적인 진동으로 변환할 수 있는 다양한 물질들을 포함하는 재료들을 소정 조성범위로 칭량(weigh)하고 습식 혼합분쇄(wet-milling and mixig) 한 후, 혼합물을 800℃ 내지 1100℃에서 4시간 동안 하소(calcine) 하였다. 얻어진 하소된 분말을 빻고, 적당한 접착제(binder)를 가하여 알갱이 형태로 만들고(granulate), 프레스 몰딩(press molding)에 의하여 소정 규격을 갖는 평면 직육면체의 시트체(100)를 제조한다.

이어서, 이러한 시트체(100)를 도 1에 도시된 바와 같이, 반원형의 볼록부(10)을 갖는 상부 금형(1)과 반원형의 오목홈(20)를 갖는 하부 금형(2) 사이에 위치시킨 후, 상부 금형(2)의 자중에 의한 하강에 의해 상,하부 금형 사이에 위치된 시트체(100)를 순차적으로 굽힘 가공하여, 반원형의 실린더형 압전소자를 제조한다.

상기와 같이 제조된 성형체를 1050℃ 내지 1250℃에서 1시간 내지 5시간 동안 산소환경 하에서 소성하여 소결체를 얻었다. 이러한 소결체를 래핑(lapping) 및 분쇄(grinding) 한 후에 소결체 위에 분극용 전극을 형성하고, 이것을 80℃ 내지 100 ℃의 실리콘 오일 배스(silicone oil bath)에서 30분 내지 60분간 1kV/mm 내지 3kV/mm의 전계를 인가함으로써 분극처리를 실행한다.

전술한 바와 같이 제조되는 본 발명의 실시예에 따른 반원형의 실린더형 트랜스듀서는 종래의 사출 성형 방식에 비하여 두께에 관계없이 가공에 의한 내부응력이 발생하지 않으며, 가공시 발생하는 깨짐의 형상을 제거한 높은 제조 수율을 갖는 것이 가능하며, 가공시 반원형의 실린더 형상의 두께 제약을 해소하여 초음파의 선집속 효과를 극대화할 수 있을 뿐만 아니라, 제품의 정밀도나 수율을 크게 향상시킬 수 있다.

한편, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 전극부(110)와 제2 전극부(120)가 압전소자(100)의 내면(반원형의 실린더 형상의 내측 면)과 외면(반원형의 실린더 형상의 외측 면)에 각각 형성되며 서로 대응되게 구비된다. 예를 들어, 제1 및 제2 전극부(110, 120)는 양호한 전기 전도성을 가지는 은과 같은 금속으로 형성될 수 있다.

제1 및 제2 전극부(110, 120)은 펄스 파워 생성기(도시되지 않음)에 의해 생성된 펄스 전류를 인가받을 수 있도록 펄스파워 생성기(도시되지 않음)에 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 제1 전극부(110)는 제1 전기 전도성 라인(도시되지 않음)에 의해 펄스 파워 생성기(도시되지 않음)의 출력단의 양극 및 음극(또는 접지 전극) 중 어느 하나에 전기적으로 연결되고, 제2 전극부(120)는 제2 전기 전도성 라인(도시되지 않음)에 의해 펄스 파워 생성기(도시되지 않음)의 출력단의 양극 및 음극(또는 접지 전극) 중 나머지 하나에 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 펄스 파워 생성기(도시되지 않음)에 의해 생성된 펄스 전류가 제1 및 제2 전극부(110, 120)에 인가되며, 인가된 펄스 전류는 압전소자(100)를 흐르게 된다. 압전소자(100)에 전류가 흐르면, 압전소자(100)의 압전 효과에 의해 압전소자(100)가 진동을 하게 된다.

상기한 바와 같이 제1 및 제2 전극부(110 ,120)에 펄스 전류가 인가되어 압전소자(100)에 펄스 전류가 흐르게 되면 압전소자(100)가 진동을 하게 되며, 이 진동은 초음파의 특성을 가지며, 압전소자(100)를 둘러싸는 초음파 전달매질(도시되지 않음)에 초음파를 생성시키고 이 초음파는 초음파 전달매질(도시되지 않음)을 통해 전파되어 치료 위치에 선 형태로 집속된다.

다음에, 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 트랜스튜서의 변형예에 대해 설명한다.

종래의 점집속용 돔형 소자 또는 선집속용 소자의 테두리 부근에서 발생하는 스퓨리어스 진동(spurious vibration)은 초음파의 집속을 방해하는 요소로 작용하여 초음파 집속 효과를 감소시키고 있다.

이에 따라, 본 발명은 상기와 같은 소자의 테두리 부근에서 발생하는 스퓨리어스 진동을 해소하기 위한 구성을 갖는다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 상기 압전소자(100)의 좌우 양측 단부에서의 제1 및 제2 전극부(110, 120)의 각각의 모서리부를 면취가공하여 상기 제1 및 제2 전극부(110, 120)의 폭을 상기 트랜스듀서의 양측 단부들 이외의 영역과 대비하여 축소 형성한다. 이에 의해 소자의 테두리 부근에서 발생하는 스퓨리어스 진동을 감소시킬 수 있다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따르면, 상기 압전소자(100)의 좌우 양측 단부의 각각의 모서리부를 면취가공하여 상기 압전소자(100)의 양측 단부에서의 폭을 상기 압전소자(100)의 양측 단부들 이외의 영역과 대비하여 축소 형성한다. 이에 의해 소자의 테두리 부근에서 발생하는 스퓨리어스 진동을 감소시킬 수 있다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 전극부(110, 120)의 길이방향 크기는 상기 압전소자의 길이방향 크기보다 작을 수 있다. 이에 의해 소자의 테두리 부근에서 발생하는 스퓨리어스 진동을 감소시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 2의 (b), (c) 및 도 6의 (a), (b)에 도시된 바와 같이, 상기 선집속 초음파 트랜스듀서(A)를 수용하는 하우징(30)과 음향렌즈를 포함하며, 상기 선집속 초음파 트랜스듀서(A)의 좌우 양측 단부에 대응하는 상기 하우징의 양측 단부(31)에 경사면을 형성할 수 있다. 이에 의해 소자의 테두리 부근에서 발생하는 스퓨리어스 진동을 감소시킬 수 있다.

바람직하게는, 상기 하우징을 음향렌즈와 동일한 물질로 제작할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 음향 렌즈는 내열성 수지(TPX) 또는 실리콘 재질로 제조될 수 있다.

트랜스듀서에서 발생된 초음파를 인체로 전달하기 위하여 중간 매질 역할을 하는 음향 렌즈는 단순히 초음파만 전달하는 것이 아니라 선집속 트랜스듀서를 외부의 충격으로부터 보호한다. 트랜스듀서의 내측의 오목한 부분에 음향 렌즈를 접착하면 피부에 잘 밀착되어 초음파가 인체에 잘 전달되고 목표하는 지점에서 초음파가 선집속될 수 있도록 한다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 선집속 초음파 트랜스듀서의 하우징(30)에 대해 설명한다.

통상적으로, 선집속 트랜스듀서는 방수처리를 하여야 하며, 일반적으로 대부분의 초음파 출력 특성을 측정하기 위해서는 수조 내에서 개발된 트랜스듀서에서 발생된 초음파를 센서로 측정하여 그 특성을 분석해낸다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 하우징은 선집속 트랜스듀서와 음향 렌즈를 감싸는 형태로서, 목업(mock up) 형태로 제작한 후 접착을 통하여 방수처리된다.

전술한 바와 같이, 하우징을 음향 렌즈와 동일한 재료로 제작함으로써 음향 렌즈 일체형의 하우징을 가공 또는 사출하여 제조할 수 있다.

또한, 본 발명은 도 7에 도시된 바와 같이, 전술한 바와 같이 제조된 선집속 초음파 트랜스듀서; 상기 트랜스듀서의 내부 오목부에 접착되는 음향 렌즈; 상기 트랜스듀서와 음향 렌즈를 수용하는 하우징; 상기 트랜스듀서를 구동하기 위한 전원부; 상기 트랜스듀서를 제어하기 위한 제어부; 및 시술자의 시술관련 정보 및 초음파 구동 장치의 동작을 표시하는 표시부를 포함하는 고강도 선집속 초음파 구동장치를 제공한다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 고강도 선집속 초음파 트랜스듀서 구동 시스템에 대해 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 고강도 선집속 초음파 트랜스듀서 구동 시스템은 굽힘 가공에 의해 반원형의 실린더 형상으로 제조된 압전소자(100), 상기 압전소자(100)의 내면에 구비되는 제1 전극부(110) 및 상기 압전소자(100)의 외면에 구비되며 상기 제1 전극부(110)에 대응하여 구비되는 제2 전극부(120)를 포함하는 선집속 초음파 트랜스듀서(A); RF 발진회로; 펑션제너레이터 및 디지털 제어 발진기(DCO, Digitally Controlled Oscillator) 소자를 포함하는 주파수 가변 회로; 시리얼 통신 회로; 복수의 시분할 제어 회로; 디지털 신호 처리 장치(DSP, digital signal processor), 복합 프로그램 가능 논리 소자(CPLD, Complex programmable logic device)를 포함하는 제어회로; 터치 LCD; 및 전원공급장치(SMPS)를 포함한다.

또한, 상기 전원공급장치의 구동 전압을 조정하여 선집속 트랜스듀서의 초음파 출력 강도를 조정할 수 있는 구동 전압 조정 회로를 더 구비할 수 있다.

또한, 상기 전원공급장치는 AC-DC 컨버팅 회로, 입력/출력 아이솔레이션(Input/Output Isolation), 출력 전압 가변 회로, 노이즈 필터링 회로를 포함할 수 있다.

또한, 상기 구동 시스템은 출력 전압 가변 회로를 더 포함할 수 있다.

상기 주파수 회로는 다양한 주파수를 발생시키기 위하여 상용 펑션제너레이터(function generator)에 사용하고 있는 디지털 제어 발진기(DCO) 소자를 이용하여 0.1 MHZ ~ 10 MHz 범위의 주파수 가변 회로이다.

또한, 초음파 트랜스듀서를 구동할 스위칭 회로에는 시분할 기술을 적용하기 위하여 스위칭 전계 효과 트랜지스터(FET, field effect transistor) 소자의 수를 기존 2개에서 20개로 증가하여 설계한다.

주파수 가변 및 시분할 구동을 제어하기 위하여 디지털 신호 처리 장치(DSP), 복합 프로그램 가능 논리 소자(CPLD) 등이 포함된 제어회로를 설계하고, 터치 LCD 사용을 위한 시리얼 통신 기능을 구현한다.

본 발명의 구동 전압 조정 회로는 전원공급장치의 구동 전압을 조정하여 선집속 트랜스듀서의 초음파 출력 강도를 자유롭게 조정할 수 있다.

또한, 터치 기능을 이용한 시스템 제어에 의해 자유롭게 주파수와 출력 전압을 변경할 수 있다.

HIFU 시스템에는 고전압 출력이 요구되기 때문에 일반적으로 사용 장비에는 트랜스포머를 이용하여 전압을 승압하는 방식을 채택하고 있다. 이는 회로 구현은 쉬운 편이지만 초음파 세라믹과 시스템 간의 임피던스 매칭을 방해하는 원인이 되어 출력 효율을 떨어뜨리고 결과적으로 시스템의 발열 문제에 가장 큰 원인으로 작용한다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명의 전원공급장치는 100V 이상의 고전압 출력을 갖는다. 이를 위해, 입력단과 출력단의 분리(Isolation)를 통하여 노이즈 차단한다.

또한, 출력 전압을 자유롭게 조정할 수 있도록 출력 전압 가변 회로를 추가하여 다양한 세라믹과 결합하여 여러 시스템에 활용될 수 있도록 한다.

본 발명의 몇 가지 실시형태를 설명했지만, 이들 실시형태는 예로서 제시한 것으로, 발명의 범위를 한정하려는 의도는 없다. 이들 신규의 실시형태는 그 밖의 다른 여러 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지 생략, 치환, 변경을 실시할 수 있다. 이들 실시형태나 그 변경은 발명의 범위나 요지에 포함되고, 특허청구범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.

1: 상부 금형 2: 하부 금형
30: 하우징 100: 압전소자
110: 제1 전극 120: 제2 전극
300: 펑션제너레이터 400: 초저 임피던스 Amp
500: 변동검출&밸런스 알고리즘 A: 트랜스듀서

Claims (7)

1. 선집속 초음파 트랜스듀서(A)에 있어서,
   굽힘 가공에 의해 반원형의 실린더 형상으로 제조된 압전소자(100);
   상기 압전소자(100)의 내면에 구비되는 제1 전극부(110);
   상기 압전소자(100)의 외면에 구비되며, 상기 제1 전극부(110)에 대응하여 구비되는 제2 전극부(120);를 포함하는 것을 특징으로 하는 선집속 초음파 트랜스듀서.
2. 제1항에 있어서,
   상기 압전소자(100)의 좌우 양측 단부에서의 제1 및 제2 전극부(110, 120)의 각각의 모서리부(111, 121)들을 면취가공하는 것을 특징으로 하는 선집속 초음파 트랜스듀서.
3. 제1항에 있어서,
   상기 압전소자(100)의 좌우 양측 단부의 각각의 모서리부(101)들을 면취가공하는 것을 특징으로 하는 선집속 초음파 트랜스듀서.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 전극부(110, 120)의 길이방향 크기는 상기 압전소자(100)의 길이방향 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 선집속 초음파 트랜스듀서.
5. 제1항에 있어서,
   상기 선집속 초음파 트랜스듀서(A)를 수용하는 하우징(30)과 음향렌즈를 더 포함하며,
   상기 선집속 초음파 트랜스듀서(A)의 좌우 양측 단부에 대응하는 상기 하우징(30)의 양측 단부(31)에 경사면을 형성하는 것을 특징으로 하는 선집속 초음파 트랜스듀서.
6. 제5항에 있어서,
   상기 하우징(30)과 음향렌즈는 동일한 물질로 제작되는 것을 특징으로 하는 선집속 초음파 트랜스듀서.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 선집속 초음파 트랜스듀서(A);
   상기 트랜스듀서의 내부 오목부에 접착되는 음향 렌즈;
   상기 트랜스듀서와 음향 렌즈를 수용하는 하우징(30);
   상기 트랜스듀서를 구동하기 위한 전원부;
   상기 트랜스듀서를 제어하기 위한 제어부; 및
   시술자의 시술관련 정보 및 초음파 구동 장치의 동작을 표시하는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 선집속 초음파 구동장치.

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