KR20220142668A

KR20220142668A - 초음파 변환자, 이의 제조 방법, 및 이를 이용한 초음파 자극 기기

Info

Publication number: KR20220142668A
Application number: KR1020210048992A
Authority: KR
Inventors: 박진형; 장서연; 나현경
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2021-04-15
Filing date: 2021-04-15
Publication date: 2022-10-24
Also published as: KR102566369B1

Abstract

본원은 외부로부터 신호를 받아 초음파를 발생시키는 압전 디스크, 상기 압전 디스크의 일면에 형성되고 분할된 구조를 가지는 적어도 하나의 링 전극부를 포함하는 제1전극, 상기 압전 디스크의 타면에 형성되고 분할된 구조를 가지는 적어도 하나의 링 전극부를 포함하는 제2전극, 상기 링 전극부의 분할된 경계 상에 배치되는 복수의 커패시터를 포함하는 초음파 변환자에 관한 것이다.

Description

초음파 변환자, 이의 제조 방법, 및 이를 이용한 초음파 자극 기기 {ULTRASONIC TRANSDUCER, MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME, AND ULTRASONIC STIMULATION DEVICE USING THE SAME}

본원은 초음파 변환자, 이의 제조 방법, 및 이를 이용한 초음파 자극 기기에 관한 것이다.

일반적으로 초음파 변환자는 복수의 배열된 소자로 구성된 반구형 변환자로서, Deep Brain Stimulation (DBS)을 수행하기 위해 개발되었다. 상기 초음파 변환자는 특정 소자만을 선택적으로 동작시키거나 각 배열 소자 별 입력신호 전달시간을 변조함으로써 두개골에 의한 초음파 빔의 왜곡을 조정하고, 원하는 뇌심부의 특정 지역에 초음파를 집속시킴으로써 뇌의 특정 지역을 초음파로서 자극할 수 있다.

그러나, 종래의 초음파 변환자를 사용한 DBS 기술은 초음파의 집속점이 하나이고, 초음파 빔의 침투 깊이를 임의로 조정하기 어렵다는 단점이 있다. 또한, 단일 압전소자라는 특성으로 인해, 두개골 바로 하부 대뇌피질 부위에 초음파 빔을 집속시키기 어려워 대뇌피질 근처의 국소부위에 대한 뉴로모듈레이션을 수행할 수 없다는 단점이 있다. 뿐만 아니라, 집속에 성공하더라도 가해지는 초음파들 사이의 위상간섭에 의해 초음파 집속 과정에서 에너지 손실이 크게 발생하며, 이를 보상하기 위해 파워를 높이는 과정에서 열이 과도하게 발생한다는 문제가 존재한다. 또한, 단순히 환형 패턴으로만 구성된 변환자는 자기공명영상장치 내 RF 펄스 시퀀스 및 고정자기장에 의한 영향을 크게 받아 이미징 왜곡이 발생할 수 있다는 문제가 발생할 수 있다.

본원의 배경이 되는 기술인 미국 등록특허공보 제9289188호는 초음파 변환자에 대한 것이다.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 초음파의 집속 지점 및 세기를 조절할 수 있는 초음파 변환자 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본원은 상기 초음파 변환자를 이용한 초음파 자극 기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은 외부로부터 신호를 받아 초음파를 발생시키는 압전 디스크, 상기 압전 디스크의 일면에 형성되고 분할된 구조를 가지는 적어도 하나의 링 전극부를 포함하는 제1전극, 상기 압전 디스크의 타면에 형성되고 분할된 구조를 가지는 적어도 하나의 링 전극부를 포함하는 제2전극, 상기 링 전극부의 분할된 경계 상에 배치되는 복수의 커패시터를 포함하는 초음파 변환자에 대한 것이다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제1전극 및 상기 제2전극은 각각 분할된 구조를 가지는 센터 디스크를 포함하고, 상기 링 전극부는 상기 센터 디스크의 외곽에 위치할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제1전극 및 상기 제2전극은 각각 2개의 상기 링 전극부를 포함하고, 상기 2개의 링 전극부는 동심원 관계일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 링 전극부 각각 및 상기 센터 디스크는 2 분할 내지 10 분할된 구조를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면 상기 링 전극부 각각 및 상기 센터 디스크는 4등분 되어 분할된 구조를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 복수의 커패시터는 상기 링 전극부 각각 및 상기 센터 디스크의 분할된 경계 상에 위치할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제1전극 및 상기 제2전극은 각각 독립적으로 Au, Cr, Ag, Pt, Fe, Co, Ni, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제1전극 및 상기 제2전극은 상기 압전 디스크 상에 형성된 Cr 층 및 상기 Cr 층 상에 형성된 Au 층을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 압전 디스크는 PZT, PLZT, 에폭시, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 본원의 제 2 측면은 상기 제 1 측면에 따른 초음파 변환자의 제조 방법에 대한 것으로서, 압전 디스크를 준비하는 단계, 상기 압전 디스크의 일면에 분할된 구조를 갖는 적어도 하나의 링 전극부를 포함하는 제1전극을 형성하는 단계, 상기 압전 디스크의 타면에 분할된 구조를 갖는 적어도 하나의 링 전극부를 포함하는 제2전극을 형성하는 단계, 및 상기 링 전극부의 분할된 경계 상에 복수의 커패시터를 형성하는 단계를 포함하는, 초음파 변환자의 제조 방법에 대한 것이다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제1전극 및 상기 제2전극을 형성하는 단계는, 각각 독립적으로 상기 압전 디스크 상에 전극층을 형성하는 단계, 및 상기 전극층의 내부를 분할하는 단계를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 본원의 제 3 측면은 상기 제 1 측면에 따른 초음파 변환자, 및 상기 초음파 변환자를 제어하기 위한 회로부를 포함하는, 초음파 자극 기기에 대한 것이다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 회로부는, 상기 초음파 자극기기에 전원을 공급하는 전원부, 상기 초음파 변환자에 신호를 공급하는 신호 공급부, 및 상기 신호를 제어하는 신호 제어부를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원에 따른 초음파 변환자는, 종래의 DBS(deep brain stimulation)에서만 유효했던 초음파 집속 기술을 두개골 하부 대뇌 피질 국소부위의 뉴로모듈레이션에서도 활용이 가능하다.

또한, 상기 초음파 변환자는 자기공명영상장치 내 고정 자기장의 영향에 의한 이미지 왜곡 정도를 줄일 수 있고, 다양한 이미징 시퀀스와 초음파 변환자 시스템을 결합하여 대뇌 피질 자극 및 혈뇌장벽 개방 등과 같은 뉴로모듈레이션을 수행하는데 활용될 수 있다.

또한, 상기 초음파 변환자는 펄스 방출 시간을 정밀하게 조정하여 다중 지점에 한 번에 집속이 가능하다.

더욱이, 본원에 따른 초음파 변환자를 포함하는 초음파 자극 기기는 집속 지점 및 펄스 방출 시간을 정밀하게 조절할 수 있는 회로부를 포함하기 때문에, 집속 지점 및 세기를 조정할 수 있다.

또한, 본원에 따른 초음파 변환자를 복수의 개 (2ⁿ)로 포함하는 반구형의 변환자 어레이로 제작하여 자기공명영상장치와 호환하여 사용할 수 있다. 이 경우 두개골 내 국소부위를 대상으로 다양한 집속 지점에 다양한 뉴로모듈레이션 수행이 가능할 것으로 기대되며, 동시에 자기공명영상장치로부터 집속 부위에 대한 이미지 정보를 얻어 정밀하고 안전한 치료 수행이 가능하다.

다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.

도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 초음파 변환자의 단면도이다.
도 2 는 본원의 일 구현예에 따른 초음파 변환자의 분해도이다.
도 3 은 본원의 일 구현예에 따른 초음파 변환자의 분해도이다.
도 4a 는 본원의 일 구현예에 따른 제1전극의 모식도이다.
도 4b 는 본원의 일 구현예에 따른 제2전극 및 커패시터의 모식도이다.
도 5 는 본원의 일 구현예에 따른 제1전극 및 제2전극 사이의 연결을 나타낸 모식도이다.
도 6 은 본원의 일 구현예에 따른 초음파 자극 기기의 모식도이다.
도 7 은 본원의 일 구현예에 따른 회로부의 역할을 나타낸 것이다.
도 8 은 본원의 일 구현예에 따른 회로부의 역할을 나타낸 회로도이다.
도 9 의 (a) 는 본원의 일 실시예에 따른 초음파 변환자의 모식도이고, (b)는 상기 실시예에 따른 초음파 변환자를 제조하기 위한 마스크이다.
도 10 의 (a) 는 본원의 일 비교예에 따른 초음파 변환자의 모식도이고, (b)는 상기 비교예에 따른 초음파 변환자를 제조하기 위한 마스크이다.
도 11 은 본원의 일 실시예에 따른 회로부의 사진이다.
도 12 는 본원의 일 실시예 및 비교예에 따른 초음파 변환자의 이미지 왜곡도를 나타낸 것이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다.

그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.

본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 의 기재는, "A 또는 B, 또는, A 및 B" 를 의미한다.

이하에서는 본원의 초음파 변환자, 이의 제조 방법, 및 이를 이용한 초음파 자극 기기에 대하여, 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은 외부로부터 신호를 받아 초음파를 발생시키는 압전 디스크(200), 상기 압전 디스크(200)의 일면에 형성되고 분할된 구조를 가지는 적어도 하나의 링 전극부를 포함하는 제1전극(100), 상기 압전 디스크(200)의 타면에 형성되고 분할된 구조를 가지는 적어도 하나의 링 전극부를 포함하는 제2전극(300), 상기 링 전극부의 분할된 경계 상에 배치되는 복수의 커패시터(400)를 포함하는 초음파 변환자(10)에 대한 것이다.

일반적인 초음파 변환자는, 전기적 신호를 수신하면 상기 전기적 신호에 대응하는 초음파를 발생시키는 소자를 의미하고, 압전 디스크와 전극들을 보호하기 위한 하우징을 포함할 수 있다. 일반적인 초음파 변환자는 MRI(magnetic resonance imaging), CT(computed tomography) 등 다양한 의료 이미징 기기와 융합될 수 있다. 이 때, 일반적인 초음파 변환자 하나의 크기는 자극이나 관찰이 필요한 영역에 비해 매우 작을 수 있기 때문에, 상기 의료기기에서는 복수의 초음파 변환자를 포함할 수 있다.

이와 관련하여, 종래의 초음파 변환자는 단일 압전 소자 및 전극을 포함하는 것으로서, 집속점이 하나이고, 초음파 빔의 깊이를 조절하기 어렵고, 특정 부위에 초음파 빔의 집속이 어려우며, 초음파 위상 간섭에 의해 집속 과정에서 에너지 손실이 크게 발생하고, 열이 과도하게 발생될 수 있는 문제가 발생한다.

또한, 환형 패턴으로만 이루어진 초음파 변환자의 경우, MRI 장치 내 RF 펄스 시퀀스 및 고정 자기장에 의해 이미지 왜곡이 발생할 수 있는 문제가 존재한다.

상술한 문제들을 해결하기 위해, 본원에 따른 초음파 변환자(10)는 환형 전극 패턴을 갖도록 복수의 링 전극부를 포함하는 것으로서, 상기 링 전극부마다 펄스 방출 시간을 상이하게 제공함으로써 다중 지역에 집속 가능한 시스템을 제공할 수 있다. 또한, 특정 부위에 대한 초음파 빔의 집속이 가능하여 MRI 장치 내에서 범용적인 활용이 가능하다.

도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 초음파 변환자(10)의 단면도이고, 도 2 및 도 3 은 본원의 일 구현예에 따른 초음파 변환자(10)의 분해도이다. 구체적으로, 도 1 은 상기 초음파 변환자(10)가 조립된 형태의 단면도이고, 도 2 및 도 3 은 상기 초음파 변환자(10)의 각 부분을 확인하기 위해 분해한 조립도 및 측면도이다. 후술하겠지만, 도 2 및 도 3 은 상기 제1전극(100) 및 상기 제2전극(300)이 사등분된 센터 디스크, 상기 센터디스크의 외곽에 형성되고, 사등분된 제1 링 전극부, 상기 제1 링 전극부의 외곽에 형성되고 사등분된 제2 링 전극부, 및 상기 제2전극(300)의 제1 링 전극부, 센터 디스크, 및 제2 링 전극부의 분할된 경계면 상에 형성된 커패시터(400)를 표현한 것이다. 도 1 에서는 생략되었으나, 상기 초음파 변환자(10)는 도 2 및 도 3 과 같이 하우징(housing) 내부에 배치될 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제1전극(100) 및/또는 상기 제2전극(300)은 각각 분할된 구조를 가지는 센터 디스크를 포함하고, 상기 링 전극부는 상기 센터 디스크의 외곽에 위치할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제1전극(100) 및/또는 상기 제2전극(300)은 각각 내부가 분할된 센터 디스크, 및 상기 센터 디스크의 외곽에 형성되고 내부가 분할된 구조를 갖는 링 전극부를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제1전극(100)은 내부가 분할된 센터 디스크, 및 상기 센터 디스크의 외곽에 형성되고 내부가 분할된 구조를 갖는 링 전극부를 포함할 수 있고, 상기 제2전극(300)은 내부가 분할된 센터 디스크, 및 상기 센터 디스크의 외곽에 형성되고 내부가 분할된 구조를 갖는 링 전극부를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 제1전극(100) 및 제2전극(300)에서 상기 센터 디스크의 외곽에 위치한 링 전극부를 제1 링 전극부로, 상기 제1 링 전극부의 외곽에 위치한 링 전극부를 제2 링 전극부로 칭한다. 이 때, 링 전극부가 3개 이상일 경우, 제2 링 전극부 외곽에 형성된 링 전극부를 제3 링 전극부, 상기 제3 링 전극부의 외곽에 형성된 링 전극부를 제4 링 전극부 등으로 명명할 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제1전극(100) 및 상기 제2전극(300)은 각각 2개의 상기 링 전극부를 포함하고, 상기 2개의 링 전극부는 동심원 관계일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 제1전극(100) 및 상기 제2전극(300)이 포함할 수 있는 링 전극부의 수는 1개 내지 10개일 수 있으며, 상기 복수의 링 전극부들은 모두 내부가 분할된 구조를 가질 수 있다.

상기 2개의 링 전극부가 동심원 관계를 가짐은, 상기 링 전극부들의 크기가 상이하되, 상기 링 전극부들의 중심이 동일한 것을 의미한다. 이 때, 센터 디스크의 외곽에 형성된 링 전극부를 제1 링 전극부라 하고, 상기 제1 링 전극부의 외곽에 형성된 링 전극부를 제2 링 전극부라고 칭하면, 상기 제1 링 전극부의 지름은 상기 제2 링 전극부의 지름보다 작으나 상기 제1 링 전극부 및 상기 제2 링 전극부의 중심은 동일하다.

이 때, 상기 제1 링 전극부 및 상기 제2 링 전극부의 중심은, 상기 센터 디스크의 중심과 동일할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

도 4a 는 본원의 일 구현예에 따른 제1전극(100)의 모식도이고, 도 4b 는 본원의 일 구현예에 따른 제2전극(300) 및 커패시터(400)의 모식도이다. 이와 관련하여, 상기 제1전극(100) 및 상기 제2전극(300)은 모두 2 개의 링 전극부 및 센터 디스크를 포함할 수 있다.

도 4a 를 참조하면, 상기 제1전극(100)의 센터 디스크(110)는 시계방향으로 센터 디스크(110)의 제1영역(111), 제2영역(112), 제3영역(113), 및 제4영역(114)을 갖도록 분할되었고, 상기 제1 링 전극부(120)는 상기 제1 링 전극부(120)의 제1영역(121), 제2영역(122), 제3영역(123), 및 제4영역(124)를 갖도록 분할되었으며, 상기 제2 링 전극부(130)는 상기 제2 링 전극부(130)의 제1영역(131), 제2영역(132), 제3영역(133), 및 제4영역(134)을 갖도록 분할될 수 있고, 상기 센터 디스크(110)의 제1영역(111), 상기 제1 링 전극부(120)의 제1영역(121), 및 상기 제2 링 전극부(130)의 제1영역(131)은 연결 전극부(101)에 의해 연결될 수 있다. 이 때, 상기 연결 전극부(101)는 상기 제1영역들 외에도 제2영역들, 제3영역들, 및 제4영역들을 연결할 수 있다.

도 4b 를 참조하면, 상기 제2전극(300)의 상기 센터 디스크(310)는 시계방향으로 센터 디스크(310)의 제1영역(311), 제2영역(312), 제3영역(313), 및 제4영역(314)을 갖도록 분할되었고, 상기 제1 링 전극부(320)는 상기 제1 링 전극부(320)의 제1영역(321), 제2영역(322), 제3영역(323), 및 제4영역(324)를 갖도록 분할되었으며, 상기 제2 링 전극부(330)는 상기 제2 링 전극부(330)의 제1영역(331), 제2영역(332), 제3영역(333), 및 제4영역(334)을 갖도록 분할될 수 있다. 후술하겠지만, 상기 센터 디스크(310), 상기 제1 링 전극부(320), 및 상기 제2 링 전극부(330)의 분할된 영역들은 인접한 영역과 커패시터에 의해 연결될 수 있다.

이하에서 특별한 기재가 없는 한, 링 전극부 및 센터 디스크에 대한 기재는 제1전극(100) 및 제2전극(300)에서 공통적으로 적용될 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 링 전극부 각각 및 상기 센터 디스크는 2 등분 내지 10 등분되어 분할된 구조를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 센터 디스크가 4등분되었을 경우, 상기 제1 링 전극부 및/또는 상기 제2 링 전극부는 2등분 또는 4등분될 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 링 전극부 각각 및 상기 센터 디스크의 분할된 영역의 면적은 동일하거나 상이할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

예를 들어, 링 전극부 각각과 상기 센터 디스크는 2 등분 내지 10 등분 되었기 때문에, 상기 링 전극부 각각과 상기 센터 디스크는 동일한 면적을 갖도록 분할되었다. 그러나, 상기 제1 링 전극부의 분할된 영역의 면적과, 상기 센터 디스크의 분할된 영역의 면적 또는 상기 제2 링 전극부의 분할된 영역의 면적은 상기 링 전극부 각각 및 상기 센터 디스크의 반지름이나 두께, 분할된 횟수 등에 따라 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 제2전극(300)의 상기 제1 링 전극부(320)의 제1영역(321)의 면적은, 상기 제2전극(300)의 상기 센터 디스크(310)의 제1영역(311)의 면적 및 상기 제2전극(300)의 상기 제2 링 전극부(330)의 제1영역(331) 의 면적과 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다.

도 2 내지 도 4b 와 같이, 상기 제1 링 전극부, 상기 제2 링 전극부, 및 상기 센터 디스크는 4등분되어 분할된 구조를 가질 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 복수의 커패시터(400)는 상기 링 전극부 각각(320, 330) 및 상기 센터 디스크(310)의 분할된 경계 상에 위치할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 커패시터(400)는 상기 제2전극(300) 상에 형성된 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 센터 디스크(310)가 4등분되어 분할된 구조를 가질 경우, 상기 센터 디스크(310)의 분할된 경계 상에 상기 커패시터(400)가 형성됨으로써 상기 센터 디스크(310)들의 분할된 영역들이 전기적으로 연결될 수 있다. 후술하겠지만, 상기 초음파 변환자(10)는 MRI 장치 내에서도 또는 MRI 촬영중에도 사용되도록 하기 위해, 초음파 펄스 트랜스밋 입력 신호에만 닫힌 회로로 반응할 필요가 있다. 이를 위해, 상기 커패시터(400)는 상기 링 전극부 각각(320, 330) 및 센터 디스크(310)의 분할된 경계 상에 위치할 수 있다.

예를 들어 도 4b 를 참조하면, 상기 커패시터(400)는 상기 제2 링 전극부(330)의 제1영역(331)과 제2영역(332)의 분할된 경계, 및 제1영역(331)과 제4영역(334)의 분할된 경계 상에 형성될 수 있다. 이 때, 상기 제2 링 전극부(330)의 제1영역(331)과 제3영역(333) 사이에는 두 영역을 나누는 경계가 없으나, 제2영역(332)과 제3영역(333)의 분할된 경계 및 제4영역(333)과 제3영역(333)의 분할된 경계 상에 형성된 커패시터(400)에 의해 제1영역(331)과 제3영역(333)은 제2영역(332) 및 제4영역(334)을 통해 간접적으로 연결될 수 있다. 따라서, 상기 제2 링 전극부(330)의 어느 한 영역에만 전기적 신호를 가하더라도 상기 커패시터(400)를 통해 상기 제2 링 전극부(330)의 모든 영역으로 전기적 신호가 전달될 수 있다.

이와 관련하여, 상기 커패시터(400)는 상기 제1전극(100) 및/또는 상기 제2전극(300) 상에만 형성된 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 커패시터(400)는 상기 제1전극(100) 상에 형성되거나, 상기 제2전극(300) 상에 형성되거나, 또는 상기 제1전극(100) 및 상기 제2전극(300) 상에 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 후술하겠지만, 상기 제1전극(100)은 그라운드 전극이고, 상기 제2전극(300)은 신호 전극으로서, 상기 제1전극(100) 및 상기 제2전극(300) 은 내부가 분할된 구조를 가질 수 있고, 상기 제1전극(100)은 연결 전극부(101)에 의해 제1영역들끼리, 제2영역들끼리, 제3영역들끼리, 및 제4영역들끼리 연결될 수 있으며, 상기 제2전극(300)은 상기 커패시터(400)를 통해 상기 센터 디스크(310)의 분할된 영역들끼리, 상기 제1 링 전극부(320)의 분할된 영역들끼리, 및 상기 제2 링 전극부(330)의 분할된 영역들끼리 연결될 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 커패시터(400)는 저주파 MR 시퀀스 및 고정 자기장에는 열린 회로로 반응하여 MRI 장치 내에서 발생할 수 있는 이미지 왜곡 현상을 최소화할 수 있도록, 다층 세라믹 MR 커패시터(400)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

도 5 는 본원의 일 구현예에 따른 제1전극 및 제2전극 사이의 연결을 나타낸 모식도이다. 이와 관련하여, 도5 는 제1전극(100) 및 제2전극(300) 사이에 위치한 압전 디스크(200)의 표현을 생략한 것이다.

상기 초음파 변환자(10)는 외부의 전원(미도시)과 연결됨으로써 전기적 신호를 공급받고 접지될 수 있다. 이 때, 상기 외부 전원은, 상기 초음파 변환자(10)의 제1전극(100), 제2전극(300) 및 상기 압전 디스크(200) 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되는 것일 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 2 전극(300)은 그라운드(500)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제 2 전극(300)의 그라운드(500)는 상기 제 1 전극(100)과 상기 제 2 전극(300)을 연결할 수 있다.

도 2, 도 3 및 도 5 를 참조하면, 상기 제1전극(100) 및 상기 제2전극(300)은 중심이 일직선 상에 배치된 것일 수 있다. 이 때, 상기 제2 전극(300)의 그라운드(500)는 점선을 통해 상기 제1전극(100)의 제2 링 전극부(130)의 제1영역(131), 제2영역(132), 제3영역(133), 및 제4영역(134)과 연결될 수 있다.

구체적으로, 상기 외부 전원은 그라운드 케이블(미도시) 및 시그널 케이블(미도시)를 통해 상기 제 2 전극(300)과 연결될 수 있다. 이 때, 상기 제 2 전극(300)에 가해진 전기적 신호는 상기 센터 디스크(310)의 분할된 영역, 상기 제1 링전극부(320)의 분할된 영역, 및 상기 분할된 제2 링 전극부(330)의 분할된 영역에 접할 수 있다. 이 때, 상기 시그널 케이블이 상기 제2전극(300)의 상기 센터 디스크(310)의 제1영역(311)에만 연결되고 상기 제2영역(312) 내지 상기 제4영역(314)은 상기 시그널 케이블과 연결되지 않아도, 상기 센터 디스크(310)의 분할된 영역들은 커패시터(400)에 의해 연결되어 상기 센터 디스크(310)의 제1영역(311)을 통해 상기 제2영역(312) 내지 상기 제4영역(314) 에도 전기적 신호가 인가될 수 있고, 이는 상기 제1 링 전극부(320)및 상기 제2 링 전극부(330)에도 동일하게 적용될 수 있다.

또 한 예를 들어, 상기 제2전극(300)의 그라운드(500)는 상기 그라운드 케이블과 연결될 수 있다. 상기 그라운드(500)는 상기 압전 디스크(200)의 측면을 거쳐 상기 제1전극(100)의 제2 링전극부(130)와 연결될 수 있다. 이 때, 상기 제1전극(100)은 커패시터(400)를 포함하지 않으나, 상기 제1전극(100)은 상기 제2전극(300)과 달리 센터 디스크, 제1 링 전극부, 및 제2 링 전극부가 연결된 것일 수 있다. 즉, 상기 제1전극(100)의 센터 디스크(110)의 제1영역(111), 상기 제1 링 전극부(120)의 제1영역(121), 및 상기 제2 링 전극부(130)의 제1영역(131)은 연결되었고, 이는 상기 제1전극(100)의 제2영역들(112, 122, 132), 제3영역들(113, 123, 133), 및 제4영역들(114, 124, 134)에도 동일하게 적용될 수 있으며, 상기 제1전극(100)의 제2 링 전극부(130)의 분할된 영역(131, 132, 133, 134)들은 상기 제2전극(300)의 그라운드(500)와 연결되어 있으므로, 상기 제1전극(100)은 접지 전극으로서의 기능을 수행할 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 링 전극부 및 센터 디스크는 전극에 의해 연결될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 커패시터(400)에 의해 상기 링 전극부 각각의 분할된 영역 및 상기 센터 디스크의 분할된 영역은 전기적으로 연결될 수 있고, 상기 센터 디스크 및 상기 링 전극부는 전극에 의해 연결될 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 링 전극부 및 상기 센터 디스크는 원형, 타원형, 다각형, 및 이들의 조합들로부터 이루어진 군에서 선택된 형상을 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제1전극(100) 및 상기 제2전극(300)은 각각 독립적으로 Au, Cr, Ag, Pt, Fe, Co, Ni, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제1전극(100) 및 상기 제2전극(300)은 상기 압전 디스크(200) 상에 형성된 Cr 층 및 상기 Cr 층 상에 형성된 Au 층을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 초음파 변환자(10)는, Au/Cr/압전 디스크(200)/Cr/Au/커패시터(400)의 구조를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제1전극(100) 및 상기 제2전극(300) 중 어느 하나는 접지용 전극(ground electrode) 이고, 접지용 전극이 아닌 다른 하나는 신호 전극(signal electrode)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제1전극(100)이 접지용 전극이고, 상기 제2전극(300)이 신호 전극일 경우, 상기 신호 전극의 분할된 경계 상에는 상기 커패시터(400)가 부착될 수 있다. 상기 제2전극(300)은 후술할 회로부와 연결되어 상기 압전 디스크(200)에 전기적 신호를 가할 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제2전극(300)은 상기 제1전극(100)과 연결된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

구체적으로, 상기 제1전극(100)은 상기 압전 디스크(200)의 측면 엣지 부분을 통해 상기 제2전극(300)의 그라운드(500)와 연결될 수 있다. 이는 상기 초음파 변환자(10)에 연결될 그라운드 케이블 및 시그널 케이블의 구조를 단순화하기 위한 것으로서, 상기 제2전극(300)의 그라운드(500)에 그라운드 케이블을 연결하면, 상기 그라운드(500) 및 상기 제1전극(100) 사이의 연결을 통해 상기 제1전극(100)이 접지 신호의 역할을 수행할 수 있으므로, 단순화된 구조를 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 제2전극(300)은 사분할 된 두 개의 외곽 링 및 센터 디스크와, 상기 두 개의 외곽링 중 최외곽 링과 인접한 네 개의 1.5 mm X 1.98 mm 사이즈의 사각형 그라운드 전극을 포함하고, 상기 제 1 전극(100)은 상기 압전 디스크(200)의 사이드 엣지 라인을 따라 제2전극(300)과 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 제2전극(300)은 신호 전극 및 접지용 전극이 혼재된 구조를 가질 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 압전 디스크(200)는 PZT, PLZT, 에폭시, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 본원의 제 2 측면은 상기 제 1 측면에 따른 초음파 변환자(10)의 제조 방법에 대한 것으로서, 압전 디스크(200)를 준비하는 단계, 상기 압전 디스크(200)의 일면에 분할된 구조를 갖는 적어도 하나의 링 전극부를 포함하는 제1전극(100)을 형성하는 단계, 상기 압전 디스크(200)의 타면에 분할된 구조를 갖는 적어도 하나의 링 전극부를 포함하는 제2전극(300)을 형성하는 단계, 및 상기 링 전극부의 분할된 경계 상에 복수의 커패시터(400)를 형성하는 단계를 포함하는, 초음파 변환자(10)의 제조 방법에 대한 것이다.

본원의 제 2 측면에 따른 초음파 변환자(10)의 제조 방법에 대하여, 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면에 기재된 내용은 본원의 제 2 측면에 동일하게 적용될 수 있다.

먼저, 압전 디스크(200)를 준비하고, 이어서 상기 압전 디스크(200)의 일면에 분할된 구조를 갖는 적어도 하나의 링 전극부를 포함하는 제1전극(100)을 형성하는 단계 및 상기 압전 디스크(200)의 타면에 분할된 구조를 갖는 적어도 하나의 링 전극부를 포함하는 제2전극(300)을 형성하는 단계를 수행하였다. 이와 관련하여, 상기 제1전극(100)을 형성하는 단계 및 상기 제2 전극을 형성하는 단계는, 상기 제1전극(100)을 형성한 후 제2전극(300)을 형성하거나, 상기 제2전극(300)을 형성한 후 상기 제1전극(100)을 형성하거나, 또는 상기 제1전극(100) 및 상기 제2전극(300)을 동시에 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제1전극(100) 및 상기 제2전극(300)을 형성하는 단계는, 각각 독립적으로 상기 압전 디스크(200) 상에 전극층을 형성하는 단계, 및 상기 전극층의 내부를 분할하는 단계를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상술하였듯, 상기 제1전극(100) 및 상기 제2전극(300)은 내부에 센터 디스크 및 적어도 하나의 링 전극부를 포함하도록 분할된 것일 수 있다. 상기 제1전극(100) 및 상기 제2전극(300)의 내부를 분할하기 위해, 본원에서는 상기 압전 디스크(200)의 일면 및 타면에 전극층을 형성하고, 상기 전극층을 식각함으로써 상기 전극층을 분할할 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전극층의 내부를 분할하는 단계는 포토리소그래피(photolithography) 공정에 의해 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제1전극(100)을 분할하기 위한 마스크와, 상기 제2전극(300)을 분할하기 위한 마스크는 상이할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1전극(100)은 센터 디스크(110), 제1 링 전극부(120), 및 제2 링 전극부(130)를 연결하기 위한 연결 전극부(101)을 포함할 수 있고, 상기 제2전극(300)은 상기 센터 디스크(310), 제1 링 전극부(320), 및 제2 링 전극부(330)가 분할된 상태로 존재할 수 있다. 따라서, 상기 제1전극(100)을 분할하기 위한 마스크는 상기 제2전극(300)을 분할하기 위한 마스크와 달리 연결 전극부(101)가 형성될 부분을 식각하지 않을 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 초음파 변환자(10)의 제조 방법은 상기 제1전극(100)의 일부 및 상기 제2전극(300)의 일부를 전기적으로 연결하는 단계를 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

이어서, 상기 압전 디스크(200) 상에 제1전극(100) 및 제2전극(300)을 형성한 후, 상기 제1전극(100) 및 상기 제2전극(300)의 분할된 경계 상에 복수의 커패시터(400)를 형성하였다. 이 때, 상기 커패시터(400)들은 상기 링 전극부들의 분할된 경계뿐만 아니라, 상기 링 전극부의 내곽에 위치한 센터 디스크의 분할된 경계 상에도 위치될 수 있다.

이어서, 상기 초음파 변환자(10)의 제조 방법은, 초음파 변환자(10)로부터 발생하는 초음파 빔의 집속 세기 및 정밀도를 향상시키기 위해 프레스 포커싱(press focusing) 및/또는 렌즈 포커싱(lens focusing)이 추가로 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원에 따른 프레스 포커싱 공정은 볼 베어링 지그에 상기 초음파 변환자(10)를 배치하고, 고온 압착하는 공정을 의미한다. 상기 프레스 포커싱 공정에 의해, 상기 초음파 변환자(10)는 프레스에 의한 곡률을 형성하고, 상기 곡률에 의해 기하학적 집속 지점이 확보되어 상기 초음파 변환자(10)로부터 발생한 초음파 빔의 집속 세기를 향상시킬 수 있다.

또한, 본원에 따른 렌즈 포커싱 공정은, 상기 초음파 변환자(10)의 전면부 상에 오목한 곡률을 가진 렌즈를 부착하는 것을 의미한다. 상기 렌즈의 곡률은 상기 프레스에 의한 곡률에 비해 일정하기 때문에 정밀한 집속이 수행될 수 있다.

또한, 본원의 제 3 측면은 상기 제 1 측면에 따른 초음파 변환자(10), 및 상기 초음파 변환자(10)를 제어하기 위한 회로부(미도시)를 포함하는, 초음파 자극 기기(20)에 대한 것이다.

도 6 은 본원의 일 구현예에 따른 초음파 자극 기기(20)의 모식도이다. 도 6 을 참조하면, 상기 초음파 자극 기기(20)는 복수의 상기 초음파 변환자(10)가 지지체(600) 상에 분산 배치된 구조를 가질 수 있다.

일반적으로 초음파 자극 기기는 DBS(deep brain stimulation)을 수행할 수 있는 기기로서, 초음파 변환자를 복수 개 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 일반적인 초음자 자극 기기는 복수의 초음파 변환자의 일부를 작동시켜 초음파 자극 기기 내의 특정 지점에 초음파를 집중시킬 수 있다. 그러나, 종래의 기술에서는 초음파의 집속점이 하나이고, 초음파 빔의 깊이를 조정하기 어려우며, 대개골 바로 하부의 대뇌피질에는 초음파 빔을 집속시키기 어려워 대뇌피질 근방의 국소 부위에 대한 뉴로모듈레이션을 수행하기 어렵고, 집속하더라도 집속 과정에서 에너지 손실이 크게 발생하며, 열 에너지가 과도하게 발생할 수 있는 문제가 발생할 수 있다. 더욱이, 환형 패턴으로만 구성된 변환자는 자기공명영상장치 내 RF 펄스 시퀀스 및 고정자기장에 의한 영향을 크게 받아 이미징 왜곡이 발생할 수 있다는 문제가 존재하며, 아직까지 해당 환형 변환자로 다중 깊이 집속을 수행하는 기기에 대해서는 연구가 이루어지고 있다.

그러나, 본원에 따른 초음파 변환자(10)를 포함하는 초음파 집속 기기는 초음파의 집속 지점 및 세기를 정밀하게 조절할 수 있고, 고정 자기장에 의한 영향을 상대적으로 적게 받아 상술한 문제점을 해결할 수 있다.

도 7 은 본원의 일 구현예에 따른 회로부의 역할을 나타낸 것이고, 도 8 은 본원의 일 구현예에 따른 회로부의 역할을 나타낸 회로도이다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 회로부는, 상기 초음파 자극 기기(20)에 전원을 공급하는 전원부, 상기 초음파 변환자(10)에 신호를 공급하는 신호 공급부, 및 상기 신호를 제어하는 신호 제어부를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

도 7 및 도 8 을 참조하면, 상기 전원부는, 외부로부터 전원을 공급받는 배터리부 및 상기 배터리부에서 인가된 전압을 상기 신호 공급부에 공급하기 위해 변전하는 변전부를 포함할 수 있다. 상기 변전부를 통해 상기 신호 공급부에 공급된 전기는 복합 프로그래머블 논리 소자(complex programmable logic device)에 의해 제어되어 비극성 고전압 펄스(unpolar high-voltage pulse)형태의 신호를 형성할 수 있고, 상기 신호는 상기 초음파 변환제에 한번에 전송되지 않고 상기 신호 제어부에 의해 각 단자별 펄스 트랜스밋 시간을 차등 배정되어 집속지점의 정밀한 전자적 조절이 가능하도록 설계되었다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 회로부는 2층 내지 4층 구조를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상술하였듯, 상기 회로부는 서로 다른 역할을 수행하는 네 부분으로 나뉠 수 있으나, 이를 한 평면에 배치할 경우 물리적 공간의 제약이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 회로부는 상기 배터리부, 변전부, 신호 공급부, 및 신호 제어부가 적층된 구조를 가질 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

[실시예]

환형 패턴으로 인한 초음파 변환자의 펄스 출력 파워의 감소를 최소화하기 위해, 변환자의 압전 소자로서 PZT 라드 및 에폭시로 구성된 1-3 복합체(DL-53HD)를 준비하였다. piezo CAD 시뮬레이션을 통해 상기 1-3 복합체의 두께를 2.05 mm로 (850 kHz 중심 주파수 시)결정하였다.

이어서, 상기 1-3 복합체의 상면 및 하면에 하위 크롬(Cr)층 및 상위 금(Au)층을 포함하는 전극층을 스핀 코팅을 통해 형성한 후, 포토리소그래피 공정을 통해 상기 전극층이 사분할된 환형 패턴을 갖도록 식각하였다. 구체적으로, 상기 1-3 복합체의 상면에는 전면 전극인 그라운드 단자가 형성되고, 상기 그라운드 단자는 분할된 2 개의 외곽 링 및 센터 디스크를 포함하되 상기 링들과 상기 센터 디스크는 500 μm 너비의 연결 전극부를 통해 전극 라인으로 이어지도록 형성되었다. 또한, 상기 1-3 복합체의 하면에는 후면 전극인 시그널 단자가 형성되고, 상기 시그널 단자는 사분할된 2 개의 외곽 링, 상기 외곽링 중 내곽에 위치한 외곽링의 내곽에 배치된 센터 디스크, 및 상기 외곽링 중 외곽에 위치한 외곽링의 외곽과 인접한 1.5 mm X 1.9 8 mm 크기의 사각형 그라운드 전극을 포함하도록 형성되었다. 이 때, 전면 전극은 후면 전극의 네 개의 사각형 전극과 사이드 엣지 라인을 따라 연결되었다.

이어서, 상기 후면 전극의 사분할 된 여덟 개의 외곽 링 및 네 개의 센터 디스크의 분할된 경계 상에 MR 범용 커패시터 12 개를 배치하여 연결하였다. 이어서, 자체 커스텀 제작된 케이블을 상기 후면 전극과 연결하되, 세 개의 시그널 케이블 및 네 개의 그라운드 케이블과 합쳐 끝 부분에 SMA 커넥터가 부착된 상태로 딜레이 보드와 연결하였다.

이어서, 상기 공정을 통해 완성된 초음파 변환자의 후면부는 아크릴 성분의 원형 하우징에 고정되었다. 상기 초음파 변환자의 후면 전극의 최외곽 링에 위치한 MR 범용 커패시터가 삽입될 공간을 확보하기 위해, 상기 원형 하우징의 변환자 홀더 부분에 3.79 mm 깊이의 6 mm x 0.96 mm 사이즈 직사각형 knob이 삽입되었다. 이어서, 상기 초음파 변환자의 후면 전극의 그라운드 전극과 그라운드 케이블 단자의 연결공간을 확보하기 위해, 상기 원형 하우징의 변환자 홀더 부분에 10.84 mm 깊이의 3 mm x 2.1 mm 사이즈 직사각형 knob이 삽입되었다.

상기 원형 하우징의 측면부에는 외부의 딜레이 보드와 상기 시그널 케이블 및 상기 그라운드 케이블을 연결하기 위한 7 mm 원형 홀을 삽입하였다. 원형 하우징의 후면부는 하우징 덮개와 결합하여 에폭시로 고정되었다.

이와 관련하여, 상기 딜레이 보드는 보드의 크기를 최소화하기 위해 네 개의 작은 크기의 PCB 가 4 층 구조로 적층된 구조를 가지도록 제작되었다. 상기 4 층 구조로 적층된 PCB 보드들은 커넥터에 의해 연결되었으며, 상기 딜레이 보드는 나노 초 단위의 딜레이를 계산하기 위해 complex programmable logic device (CPLD) 칩 및 40 MHz의 발진기를 포함하여 원하는 주파수의 신호를 발생시켰다. 상기 딜레이 보드에서 발생된 낮은 전압의 신호들은 고전압 펄서를 거쳐 증폭되었고, 트랜스포머를 거친 뒤 커넥터를 통해 변환자로 전달되었다.

상기 초음파 변환자의 backing layer 층으로 알루미늄 옥사이드 파우더와 에폭시를 2:1의 비율로 혼합한 스캐터(scatter)을 상기 원형 하우징의 후면부에 5 mm 두께로 구성하였다. 최종 설계된 초음파 변환자 모듈은 페럴린 코팅을 통해 방수성을 확보하였다.

[실시예 2]

상기 실시예 1 의 과정과 동일하되, 페럴린 코팅을 수행하기 전 프레스 포커싱 공정을 수행하였다. 구체적으로, 프레싱 지그에 상기 초음파 변환자를 고정하고 상기 프레싱 지그 아래에 놓인 쇠공에 상기 초음파 변환자의 전면부(즉 전면 전극)을 밀착시키고, 상기 프레싱 지그를 70℃ 오븐에서 1 시간 동안 열처리한 후, 10 분 간격으로 상기 프레싱 지그의 나사를 조여 상기 초음파 변환자가 상기 쇠 공(지름 10 mm)의 곡률에 맞게 프레스 포커싱되도록 하였다.

[실시예 3]

상기 실시예 1 의 과정과 동일하되, 페럴린 코팅을 수행하기 전 렌즈 포커싱 공정을 수행하였다. 구체적으로, 상기 초음파 변환자의 직경과 일치하는 직경을 갖고, 왁스가 도포된 2 개의 실린더 사이에 페럴린 코팅된 60 mm 쇠공을 배치하고, 위쪽 실린더에 degassing된 액체 상태의 Epotek 301 렌즈를 부어 24 시간 동안 굳혔다. 이어서, 50℃ 오븐에 배치하고, 위쪽 실린더를 조금씩 움직이며 쇠공과 분리한 후, 분리된 실린더 속 Epotek 301 렌즈를 상기 실린더에서 빼내어 클리닝한 후, 렌즈를 상기 초음파 변환자의 전면에 배치함으로써 렌즈 포커싱되도록 하였다.

[비교예 1]

상기 실시예의 과정과 동일하되, 후면 전극을 식각하는 과정이 생략되어 사분할된 환형 패턴을 갖지 않는 후면 전극을 포함하는 초음파 변환자를 제조하였다.

도 9 의 (a) 는 본원의 일 실시예에 따른 초음파 변환자의 모식도이고, (b)는 상기 실시예에 따른 초음파 변환자를 제조하기 위한 마스크이고, 도 10 의 (a) 는 본원의 일 비교예에 따른 초음파 변환자의 모식도이고, (b)는 상기 비교예에 따른 초음파 변환자를 제조하기 위한 마스크이며, 도 11 은 본원의 일 실시예에 따른 회로부의 사진이다.

[실험예 1]

상기 실시예 및 비교예에 따른 초음파 변환자 및 ACR 팬텀(직경 19 cm, 그리드 1.44 cm)을 MRI 기기에 투입하고, 고정 자기장에 의한 영향을 분석하였다.

도 12 는 상기 실시예 및 비교예에 따른 초음파 변환자의 이미지 왜곡도를 나타낸 것이다. 구체적으로, 도 12 의 (a) 는 스핀 플립 앵글(spin flip angle)을 적용한 MRI 이미지이고, (b) 는 스핀 에코(spin-echo) 기법으로 촬영한 MRI 이미지 강도(spin-echo image intensity)이며, 및 (c) 는 고정 자기장(B₀)일 때의 오프셋 이미지에 대한 것이다. 또한, 도 12 의 Quadrisect 는 상기 실시예에 따른 초음파 변환자이고, Ring 은 상기 비교예에 따른 초음파 변환자이며, Difference 는 Quadrisect의 측정 결과에서 Ring 의 측정 결과를 뺀 값에 해당한다.

도 12 를 참조하면, 상기 실시예에 따른 초음파 변환자를 사용한 MRI 이미지의 품질이 더 우수한 것을 확인할 수 있다.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 초음파 변환자
100 : 제1전극
110 : 제1전극의 센터 디스크
111 : 제1전극의 센터 디스크의 제1영역
112 : 제1전극의 센터 디스크의 제2영역
113 : 제1전극의 센터 디스크의 제3영역
114 : 제1전극의 센터 디스크의 제4영역
120 : 제1전극의 제1 링 전극부
121 : 제1전극의 제1 링 전극부의 제1영역
122 : 제1전극의 제1 링 전극부의 제2영역
123 : 제1전극의 제1 링 전극부의 제3영역
124 : 제1전극의 제1 링 전극부의 제4영역
130 : 제1전극의 제2 링 전극부
131 : 제1전극의 제2 링 전극부의 제1영역
132 : 제1전극의 제2 링 전극부의 제2영역
133 : 제1전극의 제2 링 전극부의 제3영역
134 : 제1전극의 제2 링 전극부의 제4영역
200 : 압전 디스크
300 : 제2전극
310 : 제2전극의 센터 디스크
311 : 제2전극의 센터 디스크의 제1영역
312 : 제2전극의 센터 디스크의 제2영역
313 : 제2전극의 센터 디스크의 제3영역
314 : 제2전극의 센터 디스크의 제4영역
320 : 제2전극의 제1 링 전극부
321 : 제2전극의 제1 링 전극부의 제1영역
322 : 제2전극의 제1 링 전극부의 제2영역
323 : 제2전극의 제1 링 전극부의 제3영역
324 : 제2전극의 제1 링 전극부의 제4영역
330 : 제2전극의 제2 링 전극부
331 : 제2전극의 제2 링 전극부의 제1영역
332 : 제2전극의 제2 링 전극부의 제2영역
333 : 제2전극의 제2 링 전극부의 제3영역
334 : 제2전극의 제2 링 전극부의 제4영역
400 : 커패시터
500 : 그라운드
600 : 지지체
20 : 초음파 자극 기기

Claims

초음파 변환자에 있어서,
외부로부터 신호를 받아 초음파를 발생시키는 압전 디스크;
상기 압전 디스크의 일면에 형성되고 분할된 구조를 가지는 적어도 하나의 링 전극부를 포함하는 제1전극;
상기 압전 디스크의 타면에 형성되고 분할된 구조를 가지는 적어도 하나의 링 전극부를 포함하는 제2전극;
상기 링 전극부의 분할된 경계 상에 배치되는 복수의 커패시터,
를 포함하는 초음파 변환자.
제1항에 있어서,
상기 제1전극 및 상기 제2전극은 각각 분할된 구조를 가지는 센터 디스크를 포함하고, 상기 링 전극부는 상기 센터 디스크의 외곽에 위치하는 것인, 초음파 변환자.
제2항에 있어서,
상기 제1전극 및 상기 제2전극은 각각 2개의 상기 링 전극부를 포함하고, 상기 2개의 링 전극부는 동심원 관계인 것인, 초음파 변환자.
제3항에 있어서,
상기 링 전극부 각각 및 상기 센터 디스크는 2 분할 내지 10 분할된 구조를 갖는 것인, 초음파 변환자.
제4항에 있어서,
상기 링 전극부 각각 및 상기 센터 디스크는 4등분되어 분할된 구조를 가지는 것인, 초음파 변환자.
제4항에 있어서,
상기 복수의 커패시터는 상기 링 전극부 각각 및 상기 센터 디스크의 분할된 경계 상에 위치하는 것인, 초음파 변환자.
제1항에 있어서,
상기 제1전극 및 상기 제2전극은 각각 독립적으로 Au, Cr, Ag, Pt, Fe, Co, Ni, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것인, 초음파 변환자.
제7항에 있어서,
상기 제1전극 및 상기 제2전극은 상기 압전 디스크 상에 형성된 Cr 층 및 상기 Cr 층 상에 형성된 Au 층을 포함하는 것인, 초음파 변환자.
제1항에 있어서,
상기 커패시터는 상기 전극의 중심부 및 적어도 하나 이상의 외곽부 내부의 분할된 면을 전기적으로 연결하는 것인, 초음파 변환자.
제1항에 있어서,
상기 압전 디스크는 PZT, PLZT, 에폭시, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것인, 초음파 변환자.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 초음파 변환자의 제조 방법에 있어서,
압전 디스크를 준비하는 단계;
상기 압전 디스크의 일면에 분할된 구조를 갖는 적어도 하나의 링 전극부를 포함하는 제1전극을 형성하는 단계;
상기 압전 디스크의 타면에 분할된 구조를 갖는 적어도 하나의 링 전극부를 포함하는 제2전극을 형성하는 단계; 및
상기 링 전극부의 분할된 경계 상에 복수의 커패시터를 형성하는 단계;
를 포함하는,
초음파 변환자의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 제1전극 및 상기 제2전극을 형성하는 단계는, 각각 독립적으로 상기 압전 디스크 상에 전극층을 형성하는 단계, 및 상기 전극층의 내부를 분할하는 단계를 포함하는 것인, 초음파 변환자의 제조 방법.
초음파 자극기기에 있어서,
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 초음파 변환자; 및
상기 초음파 변환자를 제어하기 위한 회로부;
를 포함하는,
초음파 자극기기.
제13항에 있어서,
상기 회로부는, 상기 초음파 자극기기에 전원을 공급하는 전원부, 상기 초음파 변환자에 신호를 공급하는 신호 공급부, 및 상기 신호를 제어하는 신호 제어부를 포함하는 것인, 초음파 자극기기.