KR20210071603A - 가변음압 집속초음파를 이용한 생체조직 정밀 제거 장치 및 방법 - Google Patents

가변음압 집속초음파를 이용한 생체조직 정밀 제거 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가변강도 및 가변음압 집속초음파를 이용한 생체조직 정밀 제거 기술에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 생체조직 제거 장치는, 집속초음파를 출력하기 위한 초음파 출력부; 및 상기 집속초음파의 강도를 제어하기 위한 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 생체조직에 집속초음파를 출력하는 도중에 상기 생체조직에서 수증기 기포가 발생하는 제1 조건 또는 상기 생체조직의 온도가 임계값에 도달하는 제2 조건이 달성될 경우, 상기 집속초음파의 강도를 설정값 이하로 제어하도록 구성될 수 있다. 이에 따르면 집속초음파의 음향압력 및 강도를 순간적으로 제어하여 충격파 산란효과를 발생시키지 않고 수증기 기포의 운동변화를 정밀 제어할 수 있고, 제거를 원하는 병변 외 신체조직의 손상을 방지할 수 있다.

Description

가변음압 집속초음파를 이용한 생체조직 정밀 제거 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PRECISE MECHANICAL TISSUE ABLATION USING PRESSURE MODULATED FOCUSED ULTRASOUND}
본 발명은 가변강도 및 가변음압 집속초음파를 이용한 생체조직 제거 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고강도 집속초음파의 음항압력 및 강도를 순간적으로 낮추어 충격파 산란효과 발생시키지 않고 수증기 기포의 운동을 제어함으로써 생체조직을 보다 정밀하게 제거할 수 있는 기술에 관한 것이다.
[국가지원 연구개발에 대한 설명]
본 연구는 한국과학기술연구원의 주관 하에 과학기술정보통신부의 창의형 융합연구사업(맞춤형 신경가소성 평가 및 증진 기반 뇌졸중 환자 장애 극복 기술개발, 과제고유번호: CAP-18-01-KIST)의 지원에 의하여 이루어진 것이다.
종래에는 환자의 통증을 완화시키거나 특정 신체 부위의 신경 세포를 자극하는 치료 방법을 수행하기 위해, 환자의 신체에 전극을 삽입하는 등의 방법이 이용되었으나, 이와 같은 물리적인 침습 과정에 의해 신체가 손상될 우려가 있었다.
최근에는 물리적인 침습 과정 없이도 환부를 자극할 수 있는 초음파 자극 치료법이 널리 이용되고 있다. 초음파는 그 강도에 따라 고강도 집속초음파(High-intensity Focused Ultrasound; HIFU)와 저강도 집속초음파(Low-intensity Focused Ultrasound; LIFU)로 나뉠 수 있는데, 고강도 집속초음파는 암세포, 종양, 병변 등과 같은 생체조직을 제거하는 등의 직접적인 치료에 이용되는 반면, 저강도 집속초음파는 신체조직을 손상시키지 않고도 의학적 효과를 얻을 수 있는 것으로 알려져 있다.
초음파의 강도를 정하는 단위는 NEMA(American Institute for Ultrasound in Medicine and National Electronics Manufacturers Administration)의 진단 초음파 장비를 위한 음향 출력 측정 기준을 기준으로, 시간평균 최고 첨두 음향 강도(spatial-peak temporal-average intensity, Ispta)와 펄스평균 최고 첨두 음향강도(spatial-peak pulseaverage intensity, Isppa)로 나타낼 수 있다.
특히, 고강도 초음파는 3 W/㎠ 이상의 시간 평균 최고 첨두 음향강도를 가지는데, 고강도 집속초음파를 이용하면 완전히 비침습적으로 신체 내 원하는 부위에 대기압의 수십에서 수백 배에 달하는 강력한 음향에너지를 전달할 수 있으며, 전달된 음향에너지는 열(thermal) 또는 역학적(mechanical) 에너지로 전환되어 신체조직을 직접적으로 제거할 수 있다.
열에너지 기반의 고강도 집속초음파(HIFU)는 일정 음향강도 이상의 초음파 에너지를 한곳에 모아 초점에서 고열을 발생시키며 조직의 열적 괴사(thermal coagulative necrosis)를 유도한다. 이러한 방식은 현재 자궁섬유종, 자궁선긍증, 자궁근종, 전립선비대증, 전립선암, 전이성 골종양 및 수전증과 같은 질병의 치료 목적으로 임상에서 널리 사용되고 있다.
최근에는 열에너지를 이용한 열적 삭마 효과뿐만 아니라 집속초음파를 이용하여 연조직을 물리적으로 제거하는 기술(mechanical ablation)이 연구되고 있다. '집속초음파 연조직 제거 기술' 또는 '보일링 히스토트립시(boiling histotripsy)'라고 불리는 이 기술은 기존 HIFU에서 사용되는 음향압력보다 수십 배 더 강력한 압력을 사용하여 초음파 초점에서 음향공동현상(acoustic cavitation)을 인위적으로 발생시킴으로써 주변 조직을 물리적으로 제거하는 기술이다. 보일링 히스토트립시 기술은 기존의 고강도 초음파 치료 대비 소요되는 치료 시간이 짧고, 조직의 물리적 제거 및 실시간 케비테이션 모니터링을 통해 치료 과정을 모니터링 할 수 있어 임상에서 차세대 유망 초음파 수술 기술로서 주목 받고 있다.
도 1은 종래의 집속초음파 연조직 제거 기술을 통한 생체조직의 제거 과정을 단계적으로 나타낸다. 도 1을 참조하면, (a) 초음파 트랜스듀서를 이용해 고강도의 초음파를 제거하고자 하는 생체조직(종양과 같은 병변)에 출력하면 초음파가 집속되는 초점 부위에서 충격파(shockwaves)가 발생하고, (b) 충격파의 열적 효과(shock wave heating)에 의해 조직 내 수분이 가열되면서 1차 수증기 기포(primary boiling bubble)가 초점에서 발생하며, (c) 충격파 파형의 모양과 기포 내로 유입되는 수증기로 인한 기포내 증기압 증가에 의해 수증기 기포가 성장(rectified bubble growth)하게 된다. 이와 같이 초음파로 인해 매질 내에서 미소한 공동(空洞) 및 기포가 발생하는 캐비테이션(cavitation) 현상이 발생하는데, 이 기포가 음향 압력 변화에 따라 진동(oscillation) 및 붕괴(collapse)되면서 충격을 발생시킬 수 있다. 보일링 히스토트립시는 이러한 음향케비테이션 현상에 의해 발생되는 충격을 통해 생체조직을 제거하는 기술이다.
그런데 일반적인 보일링 히스토트립시 조사 조건에서는 수증기 기포와 충격파의 상호작용에 의해 충격파 산란효과(shock scattering effect)가 발생하는데, (d) 이에 따라 초점 주변에 수많은 2차 기포 구름(secondary bubble cloud)이 발생하게 된다. 이러한 기포 구름들이 초점위치 이외의 지점에 충격을 발생시켜 제거를 원하지 않는 생체조직 부위에 손상을 입히게 된다. (e) 최종적으로 생체조직은 원형이 아닌 태드폴 형태(tadpole-shaped)로 제거된다.
도 2는 종래의 집속초음파 연조직 제거 기술에 있어서 충격파 산란효과 및 기포 구름이 발생하는 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, (a) 초음파 트랜스듀서에 의해 출력된 고강도 집속초음파는 초점위치에서 강력한 충격파를 발생시키는데, (b) 입사된 충격파는 열적 효과에 의해 발생한 1차 수증기 기포에 의해 반사되고, 반사된 충격파는 입사되는 충격파와 중첩하여 보다 강력한 부압(negative pressure) 필드를 생성하게 되고, 이때 작은 수증기 기포들로 구성된 기포 구름을 발생시킨다. (c) 충격파는 계속하여 산란효과를 발생시키고 결과적으로 초음파 트랜스듀서와 1차 수증기 기포 사이에 수많은 기포 구름들을 발생시킨다.
이와 같이 의도하지 않은 충격파 산란효과로 인해 발생하는 기포 구름들은 초점위치 이외의 지점에 충격을 발생시키고 원하지 않는 생체조직 부위를 손상시킬 수 있다. 따라서 집속초음파 연조직 제거 기술(보일링 히스토트립시)은 넓은 범위의 생체조직을 제거하는데만 이용될 수 있었으며, 주요 혈관 주변 등 정밀도가 요구되는 수술에는 적용되기 어려웠다.
미국 공개특허공보 제2017-0072227호
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 착안된 것으로서, 가변강도 또는가변음압 집속초음파를 통해 충격파 산란효과 없이 수증기 기포의 운동변화를 정밀 제어함으로써 다양한 크기의 병변에 적용될 수 있는 생체조직 제거 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가변강도 집속초음파를 이용한 생체조직 제거 장치는, 집속초음파를 출력하기 위한 초음파 출력부; 및 상기 집속초음파의 압력(pressure) 및 강도(intensity)를 제어하기 위한 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 생체조직에 집속초음파를 출력하는 도중에 상기 생체조직에서 수증기 기포가 발생하는 제1 조건 또는 상기 생체조직의 온도가 임계값에 도달하는 제2 조건이 달성될 경우, 상기 집속초음파의 음향압력 및 강도를 낮추도록 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 제1 조건 또는 제2 조건이 달성될 경우 상기 집속초음파의 강도를 설정값 이하가 되도록 제어하고, 상기 설정값 이하의 강도를 갖는 집속초음파는 상기 생체조직 내에서 충격파 산란효과를 발생시키지 않을 수 있다.
일 실시예에서, 상기 설정값은 상기 생체조직의 종류 및 상기 집속초음파의 특성에 따라 설정될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 초음파 출력부로부터 출력되는 초음파의 음향압력, 파형, 주파수 또는 조사 시간을 조정함으로써 상기 집속초음파의 강도 및 압력을 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 초음파 출력부는 초점에서 50 MPa 이상의 충격파압력을 갖거나 40 MPa 이상의 최대정압(Peak positive pressure) 및 - 10 MPa 이하의 최대부압(Peak negative pressure) 이하의 음향압력을 갖는 고강도 집속초음파를 출력하도록 구성되고, 상기 제어부는 상기 제1 조건 또는 제2 조건이 달성될 경우, 상기 집속초음파의 충격파압력은 50 MPa 미만으로 제어하거나 최대정압 40 MPa 이하 및 최대부압 - 10 MPa 이상으로 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 장치는 상기 제1 조건의 달성 여부를 검출하기 위한 제1 검출부를 더 포함하되, 상기 제1 검출부는 상기 수증기 기포의 발생으로 인한 음향신호 또는 전기신호의 변화를 감지하기 위한 신호감지센서를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 장치는 상기 제2 조건의 달성 여부를 검출하기 위한 제2 검출부를 더 포함하되, 상기 제2 검출부는 상기 생체조직의 온도 변화를 감지하기 위한 온도감지센서를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 제1 조건 또는 제2 조건을 달성하는데 소요되는 시간에 관한 정보에 기초하여, 상기 생체조직에 집속초음파가 출력되기 시작한 시점으로부터 상기 시간이 경과한 경우, 상기 집속초음파의 강도 및 음향압력을 설정값 이하로 제어하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 조건 또는 제2 조건을 달성하는데 소요되는 시간은, 생체역학정보, 열역학정보 및 기포동역학정보에 기초하여 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 제1 조건 또는 상기 제2 조건이 달성될 경우, 상기 초음파 출력부가 상기 집속초음파를 출력하지 않도록 제어함으로써, 수증기 기포가 생성될 때 발생하는 물리적 충격만을 이용하여 상기 생체조직의 일부분을 제거할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 생체조직 정밀 제거를 위한 집속초음파의 제어 방법은, 생체조직에 집속초음파를 출력하는 단계; 상기 생체조직에서 수증기 기포가 발생하는 제1 조건 또는 상기 생체조직의 온도가 임계값에 도달하는 제2 조건의 달성 여부를 판정하는 단계; 상기 제1 조건 또는 제2 조건이 달성될 경우, 상기 집속초음파의 음향압력 및 강도를 낮추도록 제어하는 단계; 및 상기 생체조직 내 발생한 수증기 기포의 운동을 이용해 상기 생체조직의 일부분을 제거하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 집속초음파의 음향압력 및 강도를 낮추도록 제어하는 단계에서, 상기 집속초음파의 강도는 설정값 이하로 제어되고, 상기 설정값 이하의 강도를 갖는 집속초음파는 상기 생체조직 내에서 충격파 산란효과를 발생시키지 않을 수 있다.
일 실시예에서, 상기 생체조직에 집속초음파를 출력하는 단계에 있어서, 상기 집속초음파는 초점에서 50 MPa 이상의 충격파압력을 갖거나 최대정압(Peak positive pressure) 40 MPa 이상 및 최대부압(Peak negative pressure) - 10 MPa 이하의 음향압력을 가지고, 상기 집속초음파의 강도를 설정값 이하로 제어하는 단계 이후의 집속초음파는 50 MPa 미만의 충격파압력을 갖거나 최대정압 40 MPa 이하 및 최대부압 - 10 MPa 이상의 음향압력을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 조건 또는 제2 조건의 달성 여부를 판정하는 단계는, 상기 수증기 기포의 발생으로 인한 음향신호 또는 전기신호의 변화를 감지하는 단계; 또는 상기 생체조직의 온도 변화를 감지하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 방법은, 상기 제1 조건 또는 제2 조건을 달성하는데 소요되는 시간에 관한 정보를 입력 받는 단계; 및 상기 정보에 기초하여, 상기 생체조직에 집속초음파가 출력되기 시작한 시점으로부터 상기 시간이 경과한 경우, 상기 집속초음파의 강도를 설정값 이하로 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 집속초음파의 음향압력 및 강도를 설정값 이하로 제어하는 단계에서, 상기 제1 조건 또는 상기 제2 조건이 달성될 경우 상기 집속초음파의 출력을 중지하고, 상기 생체조직의 일부분을 제거하는 단계는, 상기 수증기 기포가 생성될 때 발생하는 물리적 충격만을 이용하여 수행될 수 있다.
실시예에 따른 생체조직 정밀 제거를 위한 집속초음파의 제어 방법을 실행하기 위한, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 생체조직에 집속초음파를 출력하는 도중 생체조직에서 수증기 기포가 발생하거나 온도가 임계값에 도달할 경우 집속초음파의 강도를 순간적으로 제어하여 충격파 산란효과를 발생시키지 않고 수증기 기포의 운동변화를 정밀 제어할 수 있다. 따라서 제거를 원하는 병변 외 부위의 손상을 방지할 수 있으며 생체조직 제거 기술의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 이에 따르면 수증기 기포의 미세 제어를 통해 특정 세포만을 선택적으로 제거할 수도 있다.
도 1은 종래기술에 따른 집속초음파를 이용한 생체조직 제거 과정을 나타낸 것이다.
도 2는 종래기술에 따른 집속초음파를 이용한 생체조직 제거 과정에서 충격파 산란효과 및 기포 구름이 발생하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 가변강도 집속초음파를 이용한 생체조직 제거 장치의 구성을 나타낸다.
도 4는 일 실시예에 따른 집속초음파를 이용한 생체조직 제거 과정을 나타낸다.
도 5는 종래기술에 따른 집속초음파를 이용한 생체조직 제거 기술을 인체조직모사겔에 적용한 실험결과를 나타낸 것이다.
도 6는 일 실시예에 따른 가변강도 집속초음파를 이용한 생체조직 제거 기술을 인체조직모사겔에 적용한 실험결과를 나타낸 것이다.
도 7a는 일 실시예에 따른 가변강도 집속초음파를 이용한 생체조직 제거 기술과 종래기술에 따른 생체조직 제거 기술을 인체조직모사겔에 적용한 후 PCD 전압신호를 모니터링한 결과를 나타낸다.
도 7b는 일 실시예에 따른 가변강도 집속초음파를 이용한 생체조직 제거 기술과 종래기술에 따른 생체조직 제거 기술을 인체조직모사겔에 적용한 후 주파수변화를 모니터링한 결과를 나타낸다.
도 8은 일 실시예에 따른 가변강도 집속초음파를 이용한 생체조직 제거 방법을 나타낸 순서도이다.
도 9은 또 다른 실시예에 따른 가변강도 집속초음파를 이용한 생체조직 제거 방법을 나타낸 순서도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 명세서의 설명 부분에서 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는, 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 실질적인 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 함을 밝혀두고자 한다.
이하, 도면들을 참조하여 가변강도 집속초음파를 이용한 생체조직 제거 장치 및 방법의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명한다.
도 3은 일 실시예에 따른 가변강도 집속초음파를 이용한 생체조직 제거 장치의 구성을 나타낸다. 도 3을 참조하면, 실시예에 따른 생체조직 제거 장치(10)는 초음파 출력부(100), 검출부(200) 및 제어부(300)를 포함할 수 있다. 참고로, 도 3에는 발명의 설명을 위해 필요한 구성요소들만 도시된 것이며, 장치를 동작시키거나 발명의 효과를 얻기 위해 필수적인 모든 구성요소들이 표시된 것은 아니다. 즉, 상기 구성요소들 이외에도 발명의 효과를 얻기 위한 추가적인 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성요소가 더 포함될 수 있다.
초음파 출력부(100)는 집속초음파를 출력할 수 있는 초음파 트랜스듀서(transducer)로 구성된다. 초음파 트랜스듀서는 초음파를 출력하는 음원(sound source)으로서 3 W/㎠ (Ispta) 이상의 고강도 초음파를 출력할 수 있다. 실시예에 따라, 초음파 출력부(100)는 단일 트랜스듀서로 구성되거나 복수의 트랜스듀서가 하나의 초점에 초음파를 집속하는 트랜스듀서 어레이로 구성될 수 있다. 초음파 출력부(100)는 후술하는 바와 같이 제어부(300)와 연결되며, 제어부(300)로부터 음향압력, 파형, 주파수 등 초음파의 특성을 결정하는 제어신호를 수신하여, 설정된 값에 따른 강도의 초음파를 출력하도록 구성된다.
일반적으로, 초음파 트랜스듀서는 압전효과 또는 자왜(磁歪) 효과를 응용하여, 20 KHz 이상의 교류 에너지를 같은 주파수의 기계적 진동으로 변환한다. 예를 들어, 트랜스듀서는 일측이 개구된 몸체와 압전소자를 포함하는 구조이며, 몸체 내부는 공기로 충진되며, 각 압전소자에는 전압을 인가하기 위한 전선이 연결된 구조일 수 있다. 압전소자는 수정(Quartz) 및 전기석(Turmaline)과 같은 압전효과를 일으키는 물질을 이용하며, 트랜스듀서는 압전소자의 압전효과를 이용해 초음파를 발생 출력시킬 수 있다. 이와 같은 트랜스듀서의 구조는 예시적일 뿐이며, 특정 구조나 효과로 한정되지 않는다. 트랜스듀서의 압전소자는 치료하고자 하는 부위와 목적에 따라 출력을 조정함으로써, 적절한 강도의 초음파를 출력할 수 있고, 출력된 초음파는 중첩을 일으켜 초음파 빔을 형성한다.
도 3에 도시된 것처럼, 초음파 출력부(100)는 제거하고자 하는 병변(lesion)이 존재하는 생체조직(T)에 고강도 집속초음파를 조사한다. 초점(F)은 트랜스듀서로부터 출력된 초음파 빔이 집속되는 지점으로서, 초음파에 의한 진동 에너지가 한 곳에 모여 강력한 비선형 충격파를 발생시킨다. 초점(F)에서는 충격파의 열적 효과에 의해 수백μm 내지 수mm 크기의 수증기 기포가 생성되며(음향 캐비테이션 현상), 이 기포가 진동 및 붕괴/소멸하면서 발생하는 충격을 이용하여 생체조직을 제거할 수 있다(기계적 삭마).
또 다른 실시예에서, 초음파 출력부(100)가 출력하는 집속초음파는 충격파가 발생할 정도의 높은 압력은 아니지만 온도를 순식간에 올릴 수 있도록 높은 주파수를 갖는 선형 또는 비선형의 파형을 가질 수 있다. 이 경우에도 충격파가 발생한 경우와 마찬가지로 보일링 효과(boiling effect)에 의해 생체조직 내 수증기 기포가 발생하게 된다.
전술한 바와 같이, 이러한 보일링 히스토트립시(boiling histotripsy)에서는 수증기 기포와 충격파의 상호작용에 의해 충격파 산란효과(shock scattering effect)가 나타날 수 있다. 충격파 산란효과에 의해 초점 주변에는 수많은 기포 구름이 발생하고, 이러한 기포 구름들이 초점위치 이외의 지점에 충격을 발생시켜 제거를 원하지 않는 생체조직 부위에도 손상을 입히게 된다. 본 발명은 이와 같은 충격파 산란효과를 방지하고 수증기 기포의 운동변화(다이나믹스)를 정밀 제어하는 기술에 관한 것이다. 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 충격파 산란효과는 고강도의 집속초음파와 수증기 기포가 상호작용으로 인해 나타난다. 따라서 집속초음파의 음향압력, 주파수, 파형, 조사 시간 등을 제어하여 강도를 낮춤으로써 충격파 산란효과에 따른 기포 구름의 생성을 막을 수 있다.
검출부(200)는 집속초음파의 강도를 낮추는 시점을 알아내기 위한 구성요소로서, 생체조직에 집속초음파를 출력하는 도중에 생체조직에서 수증기 기포가 발생하거나(제1 조건), 생체조직의 온도가 임계값에 도달하면(제2 조건) 이를 검출하여 제어부(300)에 전달하도록 구성된다. 제1 조건 또는 제2 조건의 달성 직후에 집속초음파의 강도를 낮게 제어함으로써 충격파 산란효과에 의한 기포 구름의 발생을 방지할 수 있다.
일 실시예에서, 검출부(200)는 상기 제1 조건의 달성 여부를 검출할 수 있도록 수증기 기포의 발생으로 인한 음향신호 또는 전기신호의 변화 감지를 위한 신호감지센서를 구비할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 검출부(200)는 제2 조건의 달성 여부를 검출할 수 있도록 생체조직의 온도 변화 감지를 위한 온도감지센서를 구비할 수 있다.
제1 조건에 대해 설명하자면, 충격파에 의해 일차적으로 수증기 기포가 발생하면, 기포에 의해 반사된 충격파와 입사 충격파가 상호작용하여 이차적인 수증기 기포 구름들을 생성하게 되고 기포 구름들은 생체조직에 손상을 입히게 된다. 따라서 제1 조건 달성 이후(예를 들어, 일차적인 수증기 기포의 발생 이후) 집속초음파의 압력 및 강도를 초점에서 충격파를 발생시키지 않는 정도로 낮추면 충격파 산란효과를 방지할 수 있다. 조직 내에서 충격파에 의해 수증기 기포가 발생하게 되면 이에 따라 음향신호 또는 전기신호가 발생하게 되는데, 실시예에 따르면 검출부(200)는 이를 감지하기 위한 신호감지센서를 구비하여 특정 파형의 신호가 감지되면 수증기 기포가 발생하였음을 알 수 있다.
제2 조건에 대해 설명하자면, 초점에서 발생한 충격파는 생체조직 내 수분의 온도를 상승시켜(보일링 효과) 수증기 기포를 생성하게 되는데, 제2 조건 달성 이후(예를 들어, 생체조직 내 온도가 100℃에 도달한 이후) 집속초음파의 압력 및 강도를 충격파를 발생시키지 않는 정도로 낮추면 마찬가지로 충격파 산란효과를 방지할 수 있다. 물론, 제2 조건을 달성하기 위한 온도의 임계값은 기술을 사용하고자 하는 목적이나 제거 부위의 면적 등의 다양한 요인에 따라 상이하게 설정될 수 있을 것이다. 실시예에서, 검출부(200)는 온도 변화를 감지하기 위한 온도감지센서를 구비하여 생체조직 내 온도가 임계값에 도달하였음을 알 수 있다.
본 명세서에서는 제1 조건 및 제2 조건을 예로 들어 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 다른 조건(제3 조건 또는 제4 조건)이 설정될 수 있으며, 해당 조건의 달성 여부를 검출하기에 적합한 다양한 센서가 활용될 수 있다.
제어부(300)는 상기 제1 조건(생체조직에서 수증기 기포가 발생) 또는 제2 조건(생체조직의 온도가 임계값에 도달)의 달성 여부에 대한 출력을 상기 검출부(200)로부터 수신하고, 조건이 달성되었을 경우에는 초음파 출력부(100)를 제어하여 출력되는 집속초음파의 압력(pressure) 및 강도(intensity)를 조절하도록 구성된다. 구체적으로는, 초음파 트랜스듀서로부터 출력되는 초음파의 음향압력, 파형, 주파수, 조사 시간 등의 파라미터를 조정함으로써 집속초음파의 강도를 설정값 이하로 제어한다.
여기서, 설정값이란 집속초음파가 생체조직 내에서 충격파 산란효과를 발생시키지 않도록 하는 강도의 최대값을 의미한다. 예를 들어, 초음파 출력부(100)는 초점에서 40 MPa 이상의 최대정압 및 - 10 MPa 이하의 최대부압의 음향압력을 갖는 고강도 집속초음파(HIFU)를 출력하는 도중 제1 조건 또는 제2 조건이 달성될 경우, 상기 집속초음파의 음향압력을 최대정압 40 MPa 미만, 최대부압 - 10 MPa 이상으로 조정하여 충격파 산란효과 및 이로 인한 기포 구름이 발생하지 않도록 할 수 있다.
또 다른 예시에서는, 초점에서 50 MPa 이상의 충격파압력을 갖는 집속초음파를 출력하는 도중 상기 조건이 달성되면 충격파압력을 50 MPa 이하로 낮출 수 있다. 또는, 제1 조건 또는 제2 조건이 달성된 경우 제어부를 통해 초음파 출력부가 집속초음파를 더 이상 출력하지 않도록 제어함으로써, 수증기 기포가 생성될 때 발생하는 물리적 충격만을 이용하여 생체조직의 일부 또는 전부를 제거할 수 있다.
상기 설정값은 상기 생체조직의 종류 및 상기 집속초음파의 특성에 따라 상이하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 생체조직의 경도가 높을수록 충격파 산란효과를 발생시키기 위한 초음파 강도가 더 셀 수 있고, 이 경우에는 설정값이 더 높게 설정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 제어부(300)는 검출부(200)를 이용하지 않고 제1 조건 또는 제2 조건을 달성하는데 소요되는 시간에 관한 정보에 기초하여, 생체조직에 집속초음파가 출력되기 시작한 시점으로부터 상기 시간이 경과한 경우, 집속초음파의 강도를 설정값 이하로 제어하도록 구성될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 센서를 이용하여 수증기 기포의 발생이나 온도의 변화를 직접 감지하지 않고, 대신에 설정된 조건에서 수증기 기포가 발생하거나 온도가 임계값에 도달하는데 걸리는 시간을 시뮬레이션을 통해 결정하고, 해당 시간이 경과한 후 자동으로 집속초음파의 압력 및 강도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 시뮬레이션을 통해, 신체조직과 유사한 물리적 특성을 갖는 인체조직모사겔에 2 MHz의 주파수, 초점에서 최대정압 92 MPa; 최대부압 - 14 MPa 의 음향압력 특성을 갖는 고강도 초음파를 출력하였을 때, 초점 부위가 100℃에 도달하는데 걸리는 시간은 약 3.84 ms 임을 알 수 있다. 이와 같은 정보를 생체조직 제거 장치(10)에 미리 입력하면, 0~3.84 ms 사이에는 최대정압 92 MPa; 최대부압 - 14 MPa 의 음향압력 특성을 갖는 고강도 초음파를 출력하고, 3.84 ms 이후에는 초음파의 최대정압 및 최대부압 음향압력을 30 MPa 와 - 9.4 MPa 으로 낮출 수 있다. 이에 대한 실험결과는 도 6에 나타나 있으며, 결과로부터 생체조직의 초점부위만 정밀하게 제거되었음을 알 수 있다.
제1 조건 또는 제2 조건을 달성하는데 소요되는 시간(상기 예시에서는 3.84 ms)은 생체역학정보, 열역학정보 및 기포동역학정보에 기초하여 결정될 수 있다. 초음파에 의한 조직의 온도상승 추이와 수증기 기포의 다이나믹스는 Bioheat transfer equation 및 Gilmore bubble equation 등을 이용해 예측할 수 있다. 다시 말해, 이를 초음파 조사 조건(초음파의 음향압력, 파형, 주파수, 조사 시간 등)과 결합하면 생체조직이 몇 초 후에 특정 온도에 도달하는지, 어느 정도 크기의 수증기 기포가 발생하는지, 주어진 음장필드에서 수증기 기포의 운동 변화 등의 정보를 미리 예측할 수 있다. 조건을 달성하는데 걸리는 시간 정보를 미리 입력함으로써 검출센서 없이도 자동으로 초음파 강도를 제어할 수 있다.
상기 설명한 실시예에 따르면, 초음파 트랜스듀서에 의해 생성되는 강력한 비선형 충격파를 이용하여 수증기 기포를 초음파 초점에서 인위적으로 발생시킨 후, 특정 조건이 달성되면 초음파의 음향압력 및 파형을 순간적으로 변화시켜 집속초음파의 강도를 설정값 이하로 낮추고, 이에 따라 수증기 기포의 운동변화를 제어할 수 있다. 제어 이후 초음파의 음향압력은 충격파 산란 효과(shock scattering effect)가 발생하는 절대 압력수치보다 낮으므로, 초음파 초점에서 생성되는 수증기 기포 외에 다른 곳에서는 음향 캐비테이션이 발생하지 않게 된다. 따라서 예측 및 제어 가능한 수증기 기포의 움직임에 의해 발생되는 물리적 충격만을 이용하여 생체조직(종양조직 등)을 정밀하게 제거할 수 있다. 즉, 본 발명은 음향공동현상의 시공간 정밀 제어를 통한 다양한 크기 및 위치의 병변에 적용 가능한 집속초음파 연조직 제거 기술에 관한 것이다.
도 4는 일 실시예에 따른 집속초음파를 이용한 생체조직의 물리적 제거 과정을 나타낸다. 실시에에 따르면, 중심 주파수: 0.1~30 MHz, 펄스길이: 0.1~100 ms, 펄스반복주파수: 0.1~10 Hz, 펄스개수: 1개 이상의 집속초음파가 사용될 수 있다. 시작부터 수증기 기포 생성까지 사용되는 초점 압력 수치는 P+ > 40 MPa, P- < -10 MPa 이며, 기포 생성 이후에는 P+ < 40 MPa, P- > -10 MPa 로 제어될 수 있다(즉, 음향압력의 절대값은 작아지며 강도가 낮아진다).
도 4를 참조하면, (a) 초음파 트랜스듀서에 의해 출력된 고강도 집속초음파가 초점위치에서 강력한 충격파를 발생시키면 충격파로 인해 생체조직의 온도가 상승하게 된다(초음파 중심 주파수: 0.1~5 MHz). 또는, 전술한 바와 같이 충격파를 발생시킬 정도의 높은 압력은 아니지만 온도를 급상승 시킬 수 있는 높은 중심 주파수를 갖는 집속초음파가 활용될 수도 있다(초음파 중심 주파수: 5~30 MHz, 이 경우 초점거리는 더 짧아질 수 있다). (b) 생체조직 내 수분의 온도가 상승하면 초점위치에서 수증기 기포가 발생한다. (c) 수증기 기포의 발생 또는 온도의 임계값 도달을 감지하면 제어부는 집속초음파의 강도를 설정값 이하로 제어한다. 결과적으로 충격파 산란효과 및 이로 인한 기포 구름들이 발생하지 않고, 기포에 의한 제거 부위는 초점위치로 한정된다.
도 5 및 도 6은 종래기술에 따른 생체조직 제거 기술과 일 실시예에 따른 생체조직 제거 기술을 각각 인체조직모사겔에 적용한 실험결과를 나타낸 것이다.
도 5는 종래기술에 따른 고정강도의 초음파를 이용한 생체조직 제거 기술의 적용 결과를 나타낸다. 실험예에서, 음향압력이 P+ = 92 MPa, P- = -14 MPa 로 고정된, 10 ms 조사 시간을 갖는 주파수 2 MHz의 고강도 집속초음파(HIFU)를 인체조직모사겔에 조사하면서 고속카메라로 촬영하였다(촬영시간은 0~13ms 이다). 시뮬레이션에 따르면 겔의 온도가 100℃에 도달하는데 걸리는 시간은 3.84 ms 이다. 도 5를 참조하면, (a) 초점 위치(쇄선으로 표시한 원)에서 수증기 기포가 발생하였으나 (b) 충격파 산란효과로 인해 초점 위치 이외의 위치에서도 수많은 기포 구름이 발생한다. (c) 결과적으로 기포 구름으로 인해 초점 위치 이외의 부위에도 물리적인 충격이 가해진다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가변음압의 초음파를 이용한 생체조직 제거 기술의 적용 결과를 나타낸다. 실험예에서, 0-4 ms 구간에서는 P+ = 92 MPa, P- = -14 MPa 의 주파수 2 MHz의 고강도 집속초음파(HIFU)를 인체조직모사겔에 조사하였고, 기포가 발생한 이후인 4-10 ms 구간에서는 초음파의 음향압력을 P+ = 30 MPa, P- = -9.4 MPa 로 조정하였다. 도 6을 참조하면, (a) 초점 위치(쇄선으로 표시한 원)에서 수증기 기포가 발생하였으나 초음파의 강도 제어를 통해 충격파 산란효과가 발생하지 않았고 (b) 따라서 초점 위치 이외의 부분에서는 기포 구름이 발생하지 않았다. (c) 결과적으로 초점 위치에만 물리적인 충격이 가해졌으며 다른 부위는 제거되지 않았다.
도 7a는 일 실시예에 따른 가변강도 집속초음파를 이용한 생체조직 제거 기술과 종래기술에 따른 생체조직 제거 기술을 인체조직모사겔에 적용한 후 PCD 전압신호를 모니터링한 결과를 나타낸다. 도 7a를 참조하면, 왼쪽은 종래기술의 적용을 나타내는데 4 ms 지점에서 수증기 기포의 발생으로 인해 PCD 전압이 급격히 상승하고, 이후에도 수증기 기포 구름으로 인해 불안정한 전압변화가 감지되는 것을 알 수 있다. 이에 비해, 오른쪽은 실시예에 따른 생체조직 제거 기술의 적용을 나타내는데, 4ms 지점에서 수증기 기포의 발생으로 인해 PCD 전압이 급격히 상승하였으나 초음파 강도의 제어를 통해 안정되었음을 알 수 있다.
도 7b는 일 실시예에 따른 가변강도 집속초음파를 이용한 생체조직 제거 기술과 종래기술에 따른 생체조직 제거 기술을 인체조직모사겔에 적용한 후 주파수변화를 모니터링한 결과를 나타낸다. 마찬가지로, 도 7b의 왼쪽은 종래기술의 적용을 나타내며 불안정한 주파수 변화가 감지되는데 비해, 오른쪽은 실시예에 따른 생체조직 제거 기술의 적용을 나타내며 4ms 이후에 주파수 변화가 안정되었음을 확인할 수 있다. 이로부터 실시예에 따른 가변강도 집속초음파를 이용해 충격파 산란효과 및 기포 구름이 발생하지 않았음을 알 수 있다.
이와 같이, 실시예에 따른 생체조직 제거 장치를 이용하면 가변강도 집속초음파를 통해 수증기 기포의 운동변화를 제어할 수 있고, 예측 및 제어 가능한 수증기 기포의 움직임에 의해 발생되는 물리적 충격만을 이용하여 생체조직을 정밀하게 제거할 수 있다.
실시예는 열 효과를 극대화시켜 수증기 기포를 발생시키는 기술이기 때문에, 초소형 초음파 트랜스듀서(예를 들어, 내시경 프로브 크기의 트랜스듀서)에 적용하면 열적삭마 및 기계적삭마가 동시에 가능하다. 음향 압력은 초음파 트랜스듀서의 표면적 사이즈에 비례하지만 초음파 주파수는 트랜스듀서의 두께에 반비례하는데, 높은 주파수를 갖는 고강도 초음파로도 본 발명의 효과를 얻을 수 있기 때문에 초소형 트랜스듀서에 적용될 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 가변강도 집속초음파를 이용한 생체조직 제거 방법을 나타낸 순서도이다.
실시예에 따르면, 먼저 생체조직에 집속초음파를 출력하는 단계가 수행된다(S801). 집속초음파를 생성하기 위해 초음파 트랜스듀서가 이용될 수 있으며, 초음파 트랜스듀서는 제거하고자 하는 병변이 존재하는 생체조직이 고강도 집속초음파(HIFU)를 출력한다. 집속초음파는 초점 위치에서 강력한 비선형 충격파를 발생시키거나 온도를 급상승시킨다.
이어서, 생체조직에서 수증기 기포가 발생하는 제1 조건 또는 상기 생체조직의 온도가 임계값에 도달하는 제2 조건의 달성 여부를 판정하는 단계가 수행된다(S802). 전술한 바와 같이, 각 조건의 달성 여부를 검출하기 위해, 수증기 기포의 발생으로 인한 음향신호 또는 전기신호의 변화 감지를 위한 신호감지센서, 또는 생체조직의 온도 변화 감지를 위한 온도감지센서가 이용될 수 있다. 이러한 센서들을 이용하여 수증기 기포의 발생으로 인한 음향신호 또는 전기신호의 변화를 감지하는 단계; 또는 생체조직의 온도 변화를 감지하는 단계가 더 수행될 수 있다.
이어서, 제1 조건 또는 제2 조건이 달성될 경우 집속초음파의 강도를 설정값 이하로 제어하는 단계가 수행된다(S803). 실시예에 따르면, 초음파 트랜스듀서로부터 출력되는 초음파의 음향압력, 파형, 주파수, 조사 시간 등의 파라미터를 조정함으로써 집속초음파의 강도를 설정값 이하로 제어할 수 있다. 설정값은 초음파가 생체조직 내에서 충격파 산란효과를 발생시키지 않도록 하는 강도의 최대값을 의미하며, 초음파가 설정값 이하로 제어되면 초점 위치 이외의 부위에서 기포 구름의 발생이 억제된다. 예를 들어, 단계(S801)에서 집속초음파는 초점에서 40 MPa 이상의 최대정압 및 - 10 MPa 이하의 최대부압의 음향압력을 갖도록 설정되고, 단계(S803) 이후에는 최대정압 40 MPa 미만, 최대부압 - 10 MPa 이상의 음향압력을 갖도록 설정될 수 있다.
마지막으로, 상기 생체조직 내 발생한 수증기 기포의 운동을 이용해 생체조직의 일부분을 제거하는 단계가 수행된다(S804). 수증기 기포는 진동 및 붕괴/소멸하면서 충격을 발생시키고, 초점 위치의 병변을 물리적으로 제거할 수 있다.
도 9은 또 다른 실시예에 따른 가변강도 집속초음파를 이용한 생체조직 제거 방법을 나타낸 순서도이다.
실시예에 따르면, 생체조직에서 수증기 기포가 발생하거나(제1 조건) 생체조직의 온도가 임계값에 도달하는데(제2 조건) 소요되는 시간에 관한 정보를 입력 받는 단계가 수행된다(S901).
본 실시예에 따르면, 각 조건을 달성하는데 소요되는 시간을 시뮬레이션을 통해 결정할 수 있다. 예를 들어, 인체조직모사겔에 2 MHz의 주파수, 106 MPa의 충격파 압력 특성을 갖는 고강도 초음파를 출력하였을 때, 초점 부위가 100℃에 도달하는데 걸리는 시간이 약 3.84 ms 라는 시뮬레이션 결과를 얻었다면 상기 정보를 미리 입력할 수 있다.
이어서, 생체조직에 집속초음파를 출력하는 단계가 수행된다(S902). 단계(S902)는 단계(S802)와 유사한 방식으로 수행되므로 중복되는 설명은 생략한다.
이어서, 집속초음파를 출력한 시점으로부터 상기 시간이 경과한 경우 집속초음파의 강도를 설정값 이하로 제어하는 단계가 수행된다(S903). 즉, 제1 조건 또는 제2 조건을 달성하는데 소요되는 시간(상기 예시에서는 3.84 ms)을 미리 입력함으로써 특별한 검출센서 없이도 자동으로 초음파 강도를 제어할 수 있다. 단계(S903)는 트랜스듀서와 연결된 제어장치, 제어시스템, 단일 또는 복수의 프로세서 유닛에 의해 수행될 수 있다.
마지막으로, 상기 생체조직 내 발생한 수증기 기포의 운동을 이용해 생체조직의 일부분을 제거하는 단계가 수행된다(S904). 도 8의 단계(S804)와 유사하게, 수증기 기포는 진동 및 붕괴/소멸하면서 충격을 발생시키며 초점 위치의 병변을 물리적으로 제거할 수 있다.
실시예에 따른 가변강도 집속초음파를 이용한 생체조직 제거 방법의 일부 또는 전부는, 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함될 수 있다.
이상에서 설명한 가변강도 또는 가변음압 집속초음파를 이용한 생체조직 제거 장치 및 방법에 따르면, 생체조직에 집속초음파를 출력하는 도중 생체조직에서 수증기 기포가 발생하거나 온도가 임계값에 도달할 경우 집속초음파의 강도를 순간적으로 제어하여 충격파 산란효과를 발생 시키지 않고 수증기 기포의 운동변화를 정밀 제어할 수 있다. 따라서 병변 이외에 원하지 않는 부위의 손상을 방지할 수 있으며 생체조직 제거 기술의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 이에 따르면 고도의 수증기 기포 미세 제어를 통해 특정 세포만을 선택적으로 제거할 수도 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 집속초음파를 이용한 생체조직 제거 장치
100: 초음파 출력부
200: 검출부
300: 제어부
T: 생체조직
F: 초점위치

Claims (20)

  1. 집속초음파를 출력하기 위한 초음파 출력부; 및
    상기 집속초음파의 압력(pressure) 및 강도(intensity)를 제어하기 위한 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는 생체조직에 집속초음파를 출력하는 도중에 상기 생체조직에서 수증기 기포가 발생하는 제1 조건 또는 상기 생체조직의 온도가 임계값에 도달하는 제2 조건이 달성될 경우, 상기 집속초음파의 음향압력 및 강도를 낮추도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 가변강도 및 가변음압 집속초음파를 이용한 생체조직 제거 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 조건 또는 제2 조건이 달성될 경우 상기 집속초음파의 강도를 설정값 이하가 되도록 제어하고,
    상기 설정값 이하의 강도를 갖는 집속초음파는 상기 생체조직 내에서 충격파 산란효과를 발생시키지 않는 것을 특징으로 하는, 가변강도 및 가변음압 집속초음파를 이용한 생체조직 제거 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 설정값은 상기 생체조직의 종류 및 상기 집속초음파의 특성에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는, 가변강도 및 가변음압 집속초음파를 이용한 생체조직 제거 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 초음파 출력부로부터 출력되는 초음파의 음향압력, 파형, 주파수, 또는 조사 시간을 조정함으로써 상기 집속초음파의 강도 및 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는, 가변강도 및 가변음압 집속초음파를 이용한 생체조직 제거 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 초음파 출력부는 50 MPa 이상의 충격파압력을 갖거나 최대정압 40 MPa 이상 및 최대부압 - 10 MPa 이하의 압력을 갖는 고강도 집속초음파를 출력하도록 구성되고,
    상기 제어부는 상기 제1 조건 또는 제2 조건이 달성될 경우, 상기 집속초음파의 충격파압력을 50 MPa 미만으로 제어하거나 최대정압 40 MPa 이하 및 최대부압 - 10 MPa 이상으로 제어하는 것을 특징으로 하는 가변강도 및 가변음압 집속초음파를 이용한 생체조직 제거 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 장치는 상기 제1 조건의 달성 여부를 검출하기 위한 제1 검출부를 더 포함하되,
    상기 제1 검출부는 상기 수증기 기포의 발생으로 인한 음향신호 또는 전기신호의 변화를 감지하기 위한 신호감지센서를 포함하는 것을 특징으로 하는, 가변강도 및 가변음압 집속초음파를 이용한 생체조직 제거 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 장치는 상기 제2 조건의 달성 여부를 검출하기 위한 제2 검출부를 더 포함하되,
    상기 제2 검출부는 상기 생체조직의 온도 변화를 감지하기 위한 온도감지센서를 포함하는 것을 특징으로 하는, 가변강도 및 가변음압 집속초음파를 이용한 생체조직 제거 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 조건 또는 제2 조건을 달성하는데 소요되는 시간에 관한 정보에 기초하여, 상기 생체조직에 집속초음파가 출력되기 시작한 시점으로부터 상기 시간이 경과한 경우, 상기 집속초음파의 강도 및 음향압력을 설정값 이하로 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 가변강도 및 가변음압 집속초음파를 이용한 생체조직 제거 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 조건 또는 제2 조건을 달성하는데 소요되는 시간은, 생체역학정보, 열역학정보 및 기포동역학정보에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는, 가변강도 및 가변음압 집속초음파를 이용한 생체조직 제거 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 조건 또는 상기 제2 조건이 달성될 경우, 상기 초음파 출력부가 상기 집속초음파를 출력하지 않도록 제어함으로써, 수증기 기포가 생성될 때 발생하는 물리적 충격만을 이용하여 상기 생체조직의 일부분을 제거하는 것을 특징으로 하는, 가변강도 및 가변음압 집속초음파를 이용한 생체조직 제거 장치.
  11. 생체조직에 집속초음파를 출력하는 단계;
    상기 생체조직에서 수증기 기포가 발생하는 제1 조건 또는 상기 생체조직의 온도가 임계값에 도달하는 제2 조건의 달성 여부를 판정하는 단계;
    상기 제1 조건 또는 제2 조건이 달성될 경우, 상기 집속초음파의 음향압력 및 강도를 낮추도록 제어하는 단계; 및
    상기 생체조직 내 발생한 수증기 기포의 운동을 이용해 상기 생체조직의 일부분을 제거하는 단계를 포함하는, 생체조직 정밀 제거를 위한 집속초음파의 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 집속초음파의 음향압력 및 강도를 낮추도록 제어하는 단계에서, 상기 집속초음파의 강도는 설정값 이하로 제어되고,
    상기 설정값 이하의 강도를 갖는 집속초음파는 상기 생체조직 내에서 충격파 산란효과를 발생시키지 않는 것을 특징으로 하는, 생체조직 정밀 제거를 위한 집속초음파의 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 설정값은 상기 생체조직의 종류 및 상기 집속초음파의 특성에 따라 상이하게 설정되는 것을 특징으로 하는, 생체조직 정밀 제거를 위한 집속초음파의 제어 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 집속초음파는 음향압력, 파형, 조사 시간 또는 주파수를 조정함으로써 강도가 제어되는 것을 특징으로 하는, 생체조직 정밀 제거를 위한 집속초음파의 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 생체조직에 집속초음파를 출력하는 단계에 있어서, 상기 집속초음파는 50 MPa 이상의 충격파압력을 갖거나 최대정압 40 MPa 이상 및 최대부압 - 10 MPa 이하의 압력을 가지고,
    상기 집속초음파의 강도를 설정값 이하로 제어하는 단계 이후의 집속초음파는 50 MPa 미만의 충격파압력을 갖거나 최대정압 40 MPa 이하 및 최대부압 - 10 MPa 이상의 압력을 갖는 것을 특징으로 하는, 생체조직 정밀 제거를 위한 집속초음파의 제어 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제1 조건 또는 제2 조건의 달성 여부를 판정하는 단계는,
    상기 수증기 기포의 발생으로 인한 음향신호 또는 전기신호의 변화를 감지하는 단계; 또는 상기 생체조직의 온도 변화를 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 생체조직 정밀 제거를 위한 집속초음파의 제어 방법.
  17. 상기 제1 조건 또는 제2 조건을 달성하는데 소요되는 시간에 관한 정보를 입력 받는 단계; 및
    상기 정보에 기초하여, 상기 생체조직에 집속초음파가 출력되기 시작한 시점으로부터 상기 시간이 경과한 경우, 상기 집속초음파의 강도를 설정값 이하로 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 생체조직 정밀 제거를 위한 집속초음파의 제어 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 조건 또는 제2 조건을 달성하는데 소요되는 시간은, 생체역학정보, 열역학정보 및 기포동역학정보에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는, 생체조직 정밀 제거를 위한 집속초음파의 제어 방법.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 집속초음파의 음향압력 및 강도를 설정값 이하로 제어하는 단계에서, 상기 제1 조건 또는 상기 제2 조건이 달성될 경우 상기 집속초음파의 출력을 중지하고,
    상기 생체조직의 일부분을 제거하는 단계는, 상기 수증기 기포가 생성될 때 발생하는 물리적 충격만을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는, 생체조직 정밀 제거를 위한 집속초음파의 제어 방법.
  20. 제11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 생체조직 정밀 제거를 위한 집속초음파의 제어 방법을 실행하기 위한, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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