KR20220156025A - 다수의 캐비테이션 체적부를 생성하기 위한 초음파 프로브 - Google Patents

다수의 캐비테이션 체적부를 생성하기 위한 초음파 프로브 Download PDF

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Abstract

초음파 에너지를 전달하기 위한 프로브 및 관련 방법. 프로브는 근위 단부를 원위 단부에 커플링시키는 샤프트를 가지는 자루부를 포함한다. 자루부는 초음파 에너지를 자루부의 중심선을 따라서 배치된 길이방향 축에 평행한 전파 방향으로 근위 단부로부터 원위 단부의 선단부까지 전파시키도록 구성된다. 선단부는, 초음파 에너지가 공진 주파수의 1/4 파장의 홀수의 정수배에 상응할 때, 변위 파복 위치와 실질적으로 일치되도록 배치될 수 있다. 샤프트 내의 다수의 홈은 초음파 에너지에 응답하여 자루부에 근접한 매체에서 다수의 캐비테이션 체적부를 생성하도록 구성된다. 다수의 홈은 제1 홈과 근위 단부 사이에 개재되는 제2 홈을 포함한다. 제1 홈은 공진 주파수의 절반-파장의 정수배의 거리에 배치된다.

Description

다수의 캐비테이션 체적부를 생성하기 위한 초음파 프로브
본원에서 설명된 발명은 일반적으로 미용 시술의 일부로서 초음파 에너지를 전달하기 위한 장치, 그리고 특히 미용 시술 중에 초음파 에너지를 전달하기 위한 프로브, 및 관련 방법에 관한 것이다.
장치는, 다양한 미용 시술, 예를 들어 환자의 연성 조직의 초음파 단편화(ultrasonic fragmentation) 또는 에멀전화(emulsification)를 위해서 환자의 표적 지역을 향해서 초음파 에너지를 전달한다. 그러한 장치가 연성 조직의 초음파 단편화 또는 에멀전화를 위해서 사용될 때, 캐비테이션 체적부가 초음파 에너지와 초음파 에너지를 전달하는 초음파 프로브의 선단부에 근접한 연성 조직의 부분 사이의 상호 작용에 의해서 생성된다. 그러한 초음파 프로브를 이용하여 구현되는 미용 시술은, 주어진 초음파 프로브의 선단부를 재배치하여 선단부를 미용 시술이 표적으로 하는 연성 조직의 각각의 지역의 근접부에 위치시키는 것을 포함할 수 있다. 재배치의 각각의 경우가 미용 시술의 지속 시간을 연장시키고, 이는 조작자의 피로 및 환자의 불편함을 유발한다.
따라서, 그러한 부정적인 결과를 피하기 위해서 그러한 미용 시술의 지속 시간을 단축시킬 수 있는 초음파 프로브를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
본원에서 설명된 본 발명의 실시형태는 미용 시술의 일부로서 초음파 에너지를 전달하도록 구성된 장치에서 사용하기 위한 초음파 프로브("프로브"), 및 그러한 초음파 프로브를 이용하여 미용 시술을 수행하는 방법을 포함한다. 실시형태에서, 프로브는 근위 단부, 원위 단부, 및 근위 단부를 원위 단부에 커플링시키는 샤프트를 포함하는 자루부(shank)를 포함한다. 근위 단부는 초음파 에너지를 생성하도록 구성된 초음파 공급원에 커플링되도록 구성된다. 자루부는 초음파 에너지를 자루부의 중심선을 따라서 배치된 길이방향 축에 평행한 전파 방향으로 근위 단부로부터 원위 단부의 선단부까지 전파시키도록 구성된다. 선단부는, 초음파 에너지가 자루부의 공진 주파수의 1/4 파장의 홀수의 정수배에 상응할 때, 변위 파복 위치(displacement antinode position)와 실질적으로 일치되도록 배치될 수 있다. 샤프트 내의 복수의 홈은 초음파 에너지에 응답하여 자루부에 근접한 매체 내에서 캐비테이션 체적부를 생성하도록 구성된다. 복수의 홈은 선단부에 근접하여 위치된 제1 홈 및 제1 홈과 근위 단부 사이에 개재된 제2 홈을 포함한다. 제1 홈은 제2 홈으로부터 전파 방향으로 공진 주파수의 절반-파장의 정수배의 거리에 배치된다.
실시형태에서, 방법은 근위 단부, 원위 단부, 및 근위 단부를 원위 단부에 커플링시키는 샤프트를 포함하는 자루부를 포함하는 프로브를 접근시키는 단계를 포함한다. 근위 단부는 초음파 에너지를 생성하도록 구성된 초음파 공급원에 커플링되도록 구성된다. 자루부는 초음파 에너지를 자루부의 중심선을 따라서 배치된 길이방향 축에 평행한 전파 방향으로 근위 단부로부터 원위 단부의 선단부까지 전파시키도록 구성된다. 선단부는, 초음파 에너지가 자루부의 공진 주파수의 1/4 파장의 홀수의 정수배에 상응할 때, 변위 파복 위치와 실질적으로 일치되도록 배치된다. 샤프트는 초음파 에너지에 응답하여 자루부에 근접한 매체 내에서 캐비테이션 체적부를 생성하도록 구성된 복수의 홈을 포함한다. 복수의 홈은 선단부에 근접하여 위치된 제1 홈 및 제1 홈과 근위 단부 사이에 개재된 제2 홈을 포함한다. 제1 홈은 제2 홈으로부터 전파 방향으로 공진 주파수의 절반-파장의 정수배의 거리에 배치된다. 방법은, 적어도 복수의 홈의 하위세트를 포함하는 프로브의 부분을 환자의 생물학적 조직 내로 삽입하는 단계를 더 포함한다. 방법은 초음파 공급원이 초음파 에너지를 생성하게 하는 단계를 더 포함한다.
실시형태에서, 초음파 프로브는 근위 단부, 원위 단부, 및 근위 단부를 원위 단부에 커플링시키는 샤프트를 포함하는 자루부를 포함한다. 자루부의 근위 단부는 초음파 에너지의 공급원에 커플링되도록 구성된다. 샤프트는 제1의 복수의 홈, 제2의 복수의 홈, 및 제1의 복수의 홈과 제2의 복수의 홈 사이에서 샤프트의 길이방향 축을 따라 배치된 비-홈형 섹션을 포함한다.
실시형태에서, 초음파 프로브는 근위 단부, 원위 단부, 및 근위 단부를 원위 단부에 커플링시키는 샤프트를 포함하는 자루부를 포함한다. 근위 단부는 초음파 에너지의 공급원에 커플링되도록 구성된다. 샤프트는 샤프트의 전체 길이를 따라서 배열된 복수의 홈을 포함한다.
이러한 "발명의 내용"은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용"에서 추가적으로 후술되는 단순화된 형태의 개념의 선택을 도입하기 위해서 제공된 것이다. 이러한 "발명의 내용"은 청구된 청구 대상의 중요 특징 또는 본질적 특징을 식별하도록 의도된 것이 아니고, 청구된 청구 대상의 범위를 결정하는데 도움을 주기 위한 것으로 별도로 이용되도록 의도된 것도 아니다.
본 명세서에 포함되고 그 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 여러 실시형태를 묘사하고, 전술한 본 발명의 일반적인 설명 및 후술되는 실시형태의 상세한 설명과 함께, 본 발명의 실시형태를 설명하는 역할을 한다. 도면에서, 유사한 참조 번호들을 이용하여 여러 도면에서 유사한 부분들을 나타낸다.
도 1은 본원에서 설명된 발명의 양태를 구현하는데 적합한 예시적인 장치의 블록도이다.
도 2는 본원에서 설명된 발명의 양태를 구현하는데 적합한 초음파 프로브를 위한 예시적인 자루부의 측면도이다.
도 3a 내지 도 3e는 본원에서 설명된 발명의 양태를 구현하는데 적합할 수 있는 다양한 유형의 홈들의 상세 측면도이다.
도 4a 내지 도 4h는 자루부의 공진 주파수의 1/4 파장의 상이한 홀수 정수배에 의해서 구동되는 것에 응답하여 초음파 프로브의 자루부 내에서 생성되는 다양한 길이방향 압축 파동의 예를 도시하는 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는 도 2에 도시된 예시적인 자루부를 통해서 초음파 에너지를 환자에게 전달하는 초음파 프로브를 시뮬레이트하는 것에 의해서 얻어진 예시적인 손실 필드(loss field)를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 도 2에 도시된 예시적인 자루부를 통해서 초음파 에너지를 환자에게 전달하는 초음파 프로브를 시뮬레이트하는 것에 의해서 얻어진 캐비테이션 필드를 도시한다.
도 7a 및 도 7b는 도 2에 도시된 예시적인 자루부를 통해서 초음파 에너지를 환자에게 전달하는 초음파 프로브를 시뮬레이트하는 것에 의해서 얻어진 압력 필드를 도시한다.
도 8은 본원에서 설명된 발명의 양태를 구현하는데 적합한 자루부의 전체 길이를 따라서 연장되는 다수의 홈을 가지는 프로브의 측면도이다.
도 9 및 도 10은 본원에서 설명된 발명의 양태를 구현하는데 적합할 수 있는 프로브 선단부의 측면도이다.
도면에 도시된 예시적인 구현예의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 세부사항이 설명된다. 그러나, 도면은 단지 본 개시내용의 일부 예시적인 양태를 도시하고, 그에 따라 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 당업자는 다른 효과적인 양태 또는 변형이 본원에서 설명된 모든 특정 세부사항을 포함하지 않는다는 것을 이해할 것이다. 또한, 잘 알려진 시스템, 방법, 구성요소, 장치 및 회로는, 본원에서 설명된 예시적인 구현예의 보다 적절한 양태를 모호하게 하지 않기 위해서, 포괄적인 상세사항으로 설명되지 않았다.
이제, 본원에서 설명된 발명의 양태를 구현하는데 적합한 예시적인 장치(100)의 블록도인 도 1을 참조한다. 동작 시에, 장치(100)는, 미용 시술(예를 들어 환자의 연성 조직의 초음파 단편화 또는 에멀전화)의 일부로서, 환자의 표적 지역을 향해서 초음파 에너지를 전달하도록 구성된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 장치(100)는 전원(110), 초음파 공급원(120), 초음파 커플러(130), 및 초음파 프로브(140)를 포함한다. 전원(즉, 전기 공급원)(110)은 전력을 외부 전력 공급원(예를 들어, 교류("AC") 콘센트)으로부터 초음파 공급원(120)과 같은 장치(100)의 다양한 구성요소에 전달하도록 구성된다. 실시형태에서, 전원(110)은 외부 전력 공급원으로부터 얻어진 교류 AC 전력을 다양한 구성요소에 전달하기 위한 직류("DC") 전력으로 변환하도록 구성된다. 실시형태에서, 전원(110)은 외부 전력 공급원과 장치(100)의 다른 구성요소 사이에서 전기적 절연을 제공하도록 구성된다.
초음파 공급원(120)은 일반적으로 초음파 프로브(140)를 구동하기 위한 초음파 에너지를 생성하도록 구성된다. 이를 위해서, 초음파 공급원(120)은 전기 발생기(122) 및 변환기(124)를 포함한다. 전기 발생기(122)는 장치(100)의 조작자에 의한 활성화에 응답하여 특정 주파수(예를 들어, 36 kHz)의 전기 에너지를 생성하도록 구성된다. 변환기(124)는 전기 발생기(122)에 의해서 생성된 전기 에너지를 기계적 운동 또는 초음파 진동 에너지("초음파 에너지")로 변환하도록 구성된다. 이를 위해서, 변환기는 초음파 커플러(130)를 통해서 초음파 프로브(140) 내에서 길이방향 압축 파동을 생성하기 위해서 팽창 및 수축되도록 구성된다. 실시형태에서, 변환기(124)는 초음파 모터, 압전 변환기, 또는 이들의 조합을 포함한다. 초음파 커플러(130)는 초음파 공급원(120)을 초음파 프로브(140)에 기계적으로 커플링시키도록, 그에 의해서 초음파 에너지를 초음파 커플러(130)로부터, 초음파 프로브(140)에 탈착 가능하게 커플링된 자루부(예를 들어, 도 2의 자루부(200))로 전달하도록 구성된다. 실시형태에서, 초음파 커플러(130)는 기계적 파동 증폭기를 포함한다.
실시형태에서, 초음파 공급원(120)은 연속 동작 모드로 동작하도록 구성된다. 이러한 실시형태에서, 연속 동작 모드는 초음파 에너지를 연속적으로 생성하는 초음파 공급원(120)을 포함한다. 실시형태에서, 초음파 공급원(120)은 펄스형 동작 모드로 동작하도록 구성된다. 이러한 실시형태에서, 펄스형 동작 모드는 초음파 에너지를 생성하면서 제1 상태와 제2 상태 사이에서 순환하는 초음파 공급원(120)을 포함한다. 제1 상태 중에, 초음파 공급원(120)은 초음파 프로브(140)를 구동하기 위한 초음파 에너지를 생성한다. 제2 상태 중에, 초음파 공급원(120)은 초음파 프로브(140)를 구동하기 위한 초음파 에너지의 생성을 중단한다.
도 2는 본원에서 설명된 발명의 양태를 구현하는데 적합한 도 1의 초음파 프로브(140)를 위한 예시적인 자루부(200)의 측면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 자루부(200)는 근위 단부(210), 원위 단부(220), 및 근위 단부(210)를 원위 단부(220)에 커플링시키는 샤프트(230)를 포함한다. 근위 단부(210)는, 자루부(200)를 초음파 공급원(예를 들어, 도 1의 초음파 공급원(120))과 커플링시키도록 구성된 커플링 요소(212)(예를 들어, 스터드)를 포함한다. 자루부(200)는, 이하에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, 미용 시술 중에 자루부(200)에 근접한 매체(예를 들어, 환자의 생물학적 조직) 내에서 캐비테이션 체적부를 생성하도록 또는 만들도록 구성된 다수의 홈(예를 들어, 홈(242) 및 홈(243))을 샤프트(230)를 따라서 더 포함한다. 자루부(200)는 자루부(200)의 중심선을 따라서 배치될 수 있는 길이방향 축(205)을 갖는다.
본원에서 사용된 바와 같이, "홈"은, 길이방향 축(205)과 관련하여 반경방향 내측 방향으로 연장되는 (길이방향 축(205)에 직각인 평면과 관련하여) 감소된 횡단면 면적을 가지는 샤프트(230)의 구분된 영역이다. 실시형태에서, 홈에 상응하는 샤프트(230)의 구분된 영역의 감소된 횡단면 면적은 샤프트(230)의 외경보다 작은 직경을 갖는다. 실시형태에서, 홈은 실질적으로 매끄러운 자루부(200)를 가공하는 것에 의해서 샤프트(230) 내에 형성될 수 있다. 실시형태에서, 샤프트(230)는 티타늄 또는 티타늄 합금으로 구성될 수 있다.
도 2에서, 다수의 홈(242, 243)은 샤프트(230)의 길이를 따라서, 홈(242)을 포함하는 그룹핑(grouping)(240) 및 홈(243)을 포함하는 그룹핑(241)을 포함하는, 다수의 구분된 그룹핑으로 배열된다. 자루부(200)의 샤프트(230)는 홈(242)의 그룹핑(240)과 홈(243)의 그룹핑(241) 사이에 배치된 비-홈형 섹션(245)을 갖는다. 자루부(200)의 샤프트(230)는 외부 표면(247)을 가지고, 둥근 실시형태에서, 자루부(200)의 샤프트(230)는 홈(242)의 그룹핑(240) 및 홈(243)의 그룹핑(241)의 로케이션를 제외하고 전체 길이를 따라서 균일하거나 일정한 직경(D)을 가질 수 있다. 특히, 비-홈형 섹션(245)은 직경(D)을 가질 수 있고, 외부 표면(247)은 홈(242)의 그룹핑(240)과 홈(243)의 그룹핑(241) 사이의 비-홈형 섹션(245) 내에서 중단 없이(즉, 홈 형성이 없이) 연장될 수 있다. 실시형태에서, 홈(242, 243)은 샤프트(230)의 전체 원주 주위에서 연장될 수 있다. 실시형태에서, 홈(242, 243)은 외부 표면(247)에 대해서 그리고 샤프트(230)의 전체 원주 주위에서 함몰될 수 있다.
본원에서 설명된 발명의 실시형태에 따라, 샤프트(230)의 다수의 홈을 위한 다양한 구현예 및 배열예(arrangement)가 존재한다. 예를 들어, 도 3a 내지 도 3e는 (길이방향 축(205)에 횡방향으로 연장되는 평면에 대해서) 상이한 횡단면 프로파일을 가지는 홈(242)의 실시형태를 보여 주는 샤프트(230)의 일부의 상세 측면도들을 도시한다.
도 3a에서, 샤프트(230)의 일부는, 상이한 홈들(242)을 형성하는 플랜지들(305)을 포함할 수 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 각각의 플랜지(305)는, 길이방향 축(205)에 대해서 반경방향 외측 방향으로 연장되는 증가된 횡단면 면적을 가지는 샤프트(230)의 구분된 영역을 나타낸다. 실시형태에서, 플랜지(305)에 의해서 형성된 샤프트(230)의 구분된 영역은 샤프트(230)의 외경과 동일한 또는 실질적으로 동일한 직경을 가질 수 있다. 각각의 홈(242)은 인접한 플랜지들(305)의 쌍 사이에 배치된다.
도 3b에서, 각각의 홈(242)은 "상자-형상의" 횡단면 프로파일로 샤프트(230)의 부분 내에 구현되어 있다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 각각의 홈(242)의 "상자-형상의" 횡단면 프로파일은 대향 측벽들의 쌍 및 대향 측벽들의 쌍을 커플링시키는 하부 표면에 의해서 형성된다. 도 3b에 도시된 대향 측벽들의 쌍의 각각의 대향 측벽은 길이방향 축(205)에 실질적으로 직각이 되도록 구성되고, 하부 표면은 길이방향 축(205)에 실질적으로 평행하도록 구성된다.
도 3c에서, 각각의 홈(242)은 "V-형상의" 횡단면 프로파일로 샤프트(230)의 부분 내에 구현되어 있다. 도 3d에서, 각각의 홈(242)은 "U형상의" 횡단면 프로파일로 샤프트(230)의 부분 내에 구현되어 있다. 도 3e에서, 샤프트(230)의 부분 내의 각각의 홈(242)은 하나 이상의 융기부(355)에 의해서 중단된다. 따라서, 도 3b 내지 도 3d의 각각의 홈(242)이 샤프트(230)를 실질적으로 둘러싸는 것으로 도시되어 있지만, 도 3e는 샤프트(230)를 실질적으로 둘러싸지 않고 그 대신 샤프트(230)의 일부 주위에서만 연장되는 것으로 각각의 홈(242)을 도시한다.
도 2를 다시 참조하면, 초음파 공급원(예를 들어, 도 1의 초음파 공급원(120))이 근위 단부(210)에 배치된 커플링 요소(212)(예를 들어, 스터드)를 통해서 자루부(200)에 커플링된다. 자루부(200)는 일반적으로 초음파 공급원에 의해서 생성되는 초음파 에너지를 근위 단부(210)와 원위 단부(220)에 위치되는 선단부(222) 사이에서 전파시키도록 구성된다. 초음파 에너지는, 자루부(200)의 중심선을 따라서 배치된 길이방향 축(205)에 평행한 전파 방향(215)으로 발진된다. 특히, 초음파 공급원에 의해서 생성된 초음파 에너지는 자루부(200)의 길이방향 모드를 여기시켜, 자루부(200)가 축방향으로 진동하여 자루부(200) 내에서 길이방향 압축 파동을 생성하게 한다. 길이방향 압축 파동은 자루부(200)를 따라서 근위 단부(210)로부터 원위 단부(220)까지 전파 방향(215)을 따라 전파되고, 전파 방향(215)에 반대되는 방향으로 선단부(222)에서 반사되어 정상파 패턴을 생성한다.
정상파 패턴은 자루부(200)의 특정 위치(노드(node))가 최소 또는 0의 진동 운동(즉, 최소 진동 진폭)을 하게 하고, 그리고 자루부(200)의 다른 위치(파복)가 최대 진동 운동(즉, 최대 진동 진폭)을 하게 한다. 초음파 에너지가 자루부(200)를 따라 전파됨에 따라, 그러한 노드 위치에 근접한 샤프트(230)의 부분은 최소 또는 0의 변위 진폭을 가지는 반면, 그러한 파복 위치에 근접한 샤프트(230)의 부분은 최대 변위 진폭을 갖는다. 실시형태에서, 그러한 노드 위치 및 파복 위치는 본원에서 "변위 노드 위치" 및 "변위 파복 위치"로 각각 지칭된다.
실시형태에서, 그룹핑(240) 내의 홈(242)의 하나가 샤프트(230)의 길이를 따라 자루부(200)의 공진 주파수의 전체 파장과 동일한 거리만큼 그룹핑(241) 내의 홈(243)의 하나로부터 이격될 수 있다. 실시형태에서, 그룹핑(240) 내의 홈(242)의 하나가 샤프트(230)의 길이를 따라 자루부(200)의 공진 주파수의 절반-파장과 동일한 거리만큼 그룹핑(241) 내의 홈(243)의 하나로부터 이격될 수 있다. 실시형태에서, 그룹핑(240) 내의 홈(242)은 자루부(200)의 근위 단부(210) 및 원위 단부(220)로부터 대략적으로 동일한 거리에 위치될 수 있다. 33 kHz의 공진 주파수에서, 그룹핑들(240, 241) 사이의 거리는 약 60 cm 내지 약 90 cm일 수 있다. 일부 실시형태에서, 그룹핑들(240, 241) 사이의 거리는 적어도 약 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 또는 90 cm이다. 일부 실시형태에서, 그룹핑들(240, 241) 사이의 거리는 약 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 또는 90 cm 이하이다. 일부 실시형태에서, 그룹핑들(240, 241) 사이의 거리는 약 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 또는 90 cm이다.
도 4a 내지 도 4h는 자루부(200)의 공진 주파수의 1/4 파장의 상이한 홀수 정수배에 의해서 구동되는 것에 응답하여 초음파 프로브의 자루부(200) 내에서 생성되는 다양한 길이방향 압축 파동의 예를 도시한다. 도 4a 내지 도 4h에 도시된 각각의 플롯(plot) 또는 그래프는, 자루부(200)의 정규화된 길이를 따른 위치의 함수로서 정규화된 변위 진폭을 플롯함으로써, 각각의 예시적인 길이방향 압축 파동을 도시한다. 도 4a 내지 도 4h에 도시된 각각의 그래프에서, 자루부(200)의 정규화된 길이는 근위 단부(210)가 초음파 공급원과 커플링되는 위치를 나타내는 "0.0"으로부터 선단부(222)의 위치를 나타내는 "1.0"까지의 범위를 갖는다. 쇄선 곡선에 상응하는 도 4a 내지 도 4h의 정규화된 변위 진폭 값은 원시 값(raw value)을 나타내는 반면, 실선 곡선에 상응하는 정규화된 변위 진폭은 원시 값의 절대 값을 나타낸다. 도 4a 내지 도 4h에 도시된 그래프 내의 각각의 변곡점은 변위 노드 위치를 나타내고, 그러한 그래프 내의 각각의 오목점은 변위 파복 위치를 나타낸다.
자루부(200) 내에 생성된 길이방향 압축 파동의 그래프는 이하의 수학식을 이용하여 결정되고:
Figure pct00001
Figure pct00002
여기에서, fn은 공진 주파수이고, wn은 공진 주파수로부터 결정된 각도 주파수이고, c는 프로브의 음속이고, L은 프로브의 길이이고, n은 양의 정수이고, x는 프로브의 길이를 따른 위치이다.
도 4a 내지 도 4h에 도시된 발명의 일 양태는, 자루부(200)의 공진 주파수의 1/4 파장의 홀수 정수배를 포함하는 초음파 에너지에 의해서 자루부(200)가 구동될 때 변위 파복 위치와 실질적으로 일치되도록, 선단부(222)가 자루부(200)의 길이를 따라서 배치되는 것이다. 도 4a 내지 도 4h에 도시된 본 발명의 다른 양태는, 그러한 경우에 변위 파복 위치와 실질적으로 일치되도록 선단부(222)를 배치하는 것이, 변위 노드 위치와 실질적으로 일치되는 지점에서 초음파 공급원에 커플링되도록 근위 단부(210)를 구성하는 것을 포함할 수 있다.
도 4a 내지 도 4h에 도시된 본 발명의 다른 양태는, 자루부(200)를 구동하는 초음파 에너지의 주파수가 증가됨에 따라, 자루부(200) 내의 변위 파복 위치의 수가 증가되는 것이다. 예를 들어, 도 4a에서, 하나의 변위 파복 위치는, 자루부(200)를 구동하는 초음파 에너지가 자루부(200)의 공진 주파수의 하나의 1/4 파장에 상응할 때 선단부(222)에 상응하는 "1.0" 정규화 길이 위치에 존재한다. 도 4b에서, 자루부(200)를 구동하는 초음파 에너지가 공진 주파수의 3개의 1/4 파장에 상응할 때, 2개의 변위 파복 위치가 존재하고: 하나의 변위 파복 위치는 선단부(222)에 상응하는 "1.0" 정규화 길이 위치에 있고 다른 변위 파복 위치는 대략적으로 "0.35" 정규화 길이 위치에 있다. 실시형태에서, 홈이 각각의 변위 파복 위치에 배치될 수 있다.
도 4c 내지 도 4h는, 자루부(200)를 구동하는 초음파 에너지의 주파수가 증가됨에 따라, 변위 파복 위치의 수가 계속 증가되는 것을 도시한다. 도 4c에서, 자루부(200)를 구동하는 초음파 에너지가 공진 주파수의 5개의 1/4 파장(즉, 1.25 파장 공진)에 상응할 때, 3개의 변위 파복 위치가 존재한다. 도 4d에서, 자루부(200)를 구동하는 초음파 에너지가 공진 주파수의 7개의 1/4 파장(즉, 1.75 파장 공진)에 상응할 때, 4개의 변위 파복 위치가 존재한다. 도 4e에서, 자루부(200)를 구동하는 초음파 에너지가 공진 주파수의 9개의 1/4 파장(즉, 2.25 파장 공진)에 상응할 때, 5개의 변위 파복 위치가 존재한다. 도 4f에서, 자루부(200)를 구동하는 초음파 에너지가 공진 주파수의 11개의 1/4 파장(즉, 2.75 파장 공진)에 상응할 때, 6개의 변위 파복 위치가 존재한다. 도 4g에서, 자루부(200)를 구동하는 초음파 에너지가 공진 주파수의 13개의 1/4 파장(즉, 3.25 파장 공진)에 상응할 때, 7개의 변위 파복 위치가 존재한다. 도 4h에서, 자루부(200)를 구동하는 초음파 에너지가 공진 주파수의 15개의 1/4 파장(즉, 3.75 파장 공진)에 상응할 때, 8개의 변위 파복 위치가 존재한다.
도 4a 내지 도 4h에 도시된 본 발명의 다른 양태는, 다수의 변위 파복 위치 및/또는 변위 파복 위치가 자루부(200)를 따라서 존재할 때, 그러한 변위 노드/파복 위치가 절반-파장 간격으로 주기적으로 반복되는 것이다. 예를 들어, 도 4c에서, 3개의 변위 파복 위치가 샤프트(230)를 따라서 존재한다. 이러한 예에서, 예시적인 길이방향 압축 파동의 하나의 파장 사이클은 "0.00" 정규화 길이 위치와 약 "0.80" 정규화 길이 위치 사이에서 나타난다. 그러한 하나의 파장 사이클에서, 제1 변위 파복 위치는 약 "0.20" 정규화 파장 위치에 존재하고, 제2 변위 파복 위치는 약 "0.60" 정규화 파장 위치에 존재한다. 도 4c는 그러한 하나의 파장 사이클 내에서 발생되는 제1 및 제2 변위 파복 위치들이, 자루부(200)를 구동하는 공진 주파수의 하나의 절반-파장에 상응하는 거리만큼 분리되는 것으로 도시한다. 유사하게, 도 4b 및 도 4d 내지 도 4h는 하나의-절반-파장의 간격에서 샤프트(230)를 따라 교번적인 변위 노드 위치 및/또는 변위 파복 위치를 도시한다.
전술한 바와 같이, 미용 시술 중에 자루부(200)에 의해서 전파되는 초음파 에너지는 자루부(200) 내에서 길이방향 진동 운동을 유도한다. 그러한 초음파 에너지는, 변위 파복 위치에 상응하는 자루부(200)의 영역과 매체 사이의 마찰 접촉을 통해서, 자루부(200)에 근접한 매체(예를 들어, 환자의 생물학적 조직) 내에서 국소적인 열을 생성한다. 본원에서 설명된 본 발명의 여러 실시형태에서, 다수의 홈이 변위 파복 위치와 실질적으로 일치되도록 자루부(예를 들어, 자루부(200))의 샤프트를 따라서 배치될 수 있다. 샤프트의 선단부에 근접하여 위치되지 않는 그러한 홈은, 전파되는 초음파 에너지가 근접 매체와 상호 작용하여 미용 시술 중에 국소적인 열을 생성하는 부가적인 영역을 자루부에 제공한다. 변위 파복 위치의 수 및 그러한 위치의 로케이션이 자루부를 구동하는 초음파 에너지의 주파수의 변경에 의해서 변화되기만 한다면, 도 8과 관련하여 이하에서 설명되는 바와 같이, 근접 매체 내에서 홈에 의해서 생성되거나 발생되는 캐비테이션 체적부의 공간적 위치가 또한 변화될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 도 2의 자루부(200)를 통해서 시뮬레이트된 미용 시술 중에 초음파 에너지를 환자에게 전달하는 초음파 프로브에 의해서 얻어진 예시적인 손실 필드를 도시한다. 특히, 도 5a는 자루부(200)의 길이를 따른 예시적인 손실 필드를 도시하고, 도 5b는 홈을 포함하는 자루부(200)의 영역에 근접한 도 5a의 예시적인 손실 필드의 근접도를 제공한다. 도 5a 및 도 5b는, 전파되는 초음파 에너지와 주변 매체(즉 큰 세기의 지역) 사이의 가장 큰 상호 작용이 발생되는 영역이, 전파되는 초음파 에너지와 주변 매체 사이의 더 작은 상호 작용을 특징으로 하는 다른 영역과 함께, 점-쇄선으로 개략적으로 도시되어 있다. 큰 세기의 지역은, 캐비테이션에 비례하는, 상대적으로 큰 공간적 가열을 나타낸다. 손실 필드는 유한 요소 분석 기술에 의해서 결정되었다.
도 5a 및 도 5b는 2개의 최대 손실 영역, 즉 약 320 밀리미터("mm")에 센터링된 영역; 및 약 250 mm에 센터링된 제2 영역을 도시한다. 실시형태에서 그리고 도 2를 참조하면, 약 320 mm에 센터링된 영역은 구분된 홈 그룹핑(241)에 근접한 매체의 부분에 상응하고, 약 250 mm에 센터링된 영역은 구분된 홈 그룹핑(240)에 근접한 매체의 부분에 상응한다. 이러한 실시형태에서, 구분된 홈 그룹핑(241) 내에 포함된 홈(243)은 약 320 mm에서 센터링되고, 구분된 홈 그룹핑(240) 내에 포함된 홈(242)은 약 250 mm에서 센터링된다. 이러한 실시형태에서, 구분된 홈 그룹핑(240)의 중앙 홈(242) 및 구분된 홈 그룹핑(241)의 중앙 홈(243)은, 샤프트(230)의 공진 주파수의 절반-파장의 정수배와 실질적으로 일치되는 거리(250)만큼 분리될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 거리(250)는 구분된 홈 그룹핑(240)의 비-중앙 홈(242)과 구분된 홈 그룹핑(241)의 비-중앙 홈(243) 사이에서 측정될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 도 2의 자루부(200)를 통해서 초음파 에너지를 환자에게 전달하는 초음파 프로브를 시뮬레이트하는 것에 의해서 얻어진 초음파 에너지-관련 압력 필드를 도시한다. 특히, 도 6a는 자루부(200)의 길이를 따른 시뮬레이트된 압력 필드를 도시하고, 도 6b는 홈(242) 및 홈(243)을 포함하는 자루부(200)의 부분에 근접한 도 6a의 시뮬레이트된 압력 필드의 근접도를 제공한다. 압력 필드는 유한 요소 분석 기술에 의해서 결정되었다. 최대 압력 필드는 샤프트 내에서 그 전체 길이를 따라서 발생되고, 압력 필드의 국소적인 최대치는 점-쇄선에 의해서 표시된 바와 같이 매체 내에서 발생된다.
도 7a 및 도 7b는 도 2의 자루부(200)를 통해서 초음파 에너지를 환자에게 전달하는 초음파 프로브를 시뮬레이트하는 것에 의해서 얻어진 시뮬레이트된 캐비테이션 필드를 도시한다. 특히, 도 7a는 자루부(200)의 길이를 따른 캐비테이션 필드를 도시하고, 도 7b는 홈(242) 및 홈(243)을 포함하는 자루부(200)의 부분에 근접한 도 7a의 캐비테이션 필드의 근접도를 제공한다. 도 7a 및 도 7b에서, 자루부(200)를 둘러싸는 매체 내의 큰 캐비테이션 가능성의 영역이 점-쇄선에 의해서 표시되어 있고, 홈(242) 및 홈(243)의 근접부에서 각각 발생된다.
캐비테이션 필드는 이하의 수학식을 이용하여 결정되고:
Figure pct00003
여기에서, GA는 무차원의 캐비테이션 수(전형적으로 2 미만)이고, p는 조직 내의 계산된 압력이고, ρ는 조직 밀도이고, c는 조직의 음속이고, Δυ는 조직의 계산된 입자 속도이다.
실시형태에서, 자루부(예를 들어, 자루부(200))의 홈에 의해서 생성된 캐비테이션 체적부의 공간적 로케이션은, 자루부를 구동하는 초음파 에너지의 주파수를 변경함으로써, 변화될 수 있다. 예로서, 도 4a 내지 도 4h와 관련하여 전술한 바와 같이, 변위 파복 위치의 수 및 그러한 위치의 로케이션은 자루부를 구동하는 초음파 에너지의 주파수를 변경함으로써 변화될 수 있다. 홈은 횡단면 면적의 구분된 편차를 나타내고, 홈은, 도 5a 및 도 5b와 관련하여 전술한 바와 같이, 전파되는 초음파 에너지와 근접 매체 사이의 최대 상호 작용이 발생되는 영역에 상응하는 변위 파복 위치와 실질적으로 일치되도록 자루부를 따라서 배치될 수 있다. 따라서, 자루부를 구동하는 초음파 에너지의 주파수를 변경함으로써, 구분된 홈의 세트에 의해서 생성되는 캐비테이션 체적부의 공간적 로케이션이 변화될 수 있다.
예를 들어, 초음파 공급원이, 다수의 홈들이 샤프트(230)의 자루부(200)의 전체 길이를 따라서 연장될 수 있는 도 8에 도시된 자루부의 실시형태에 커플링될 수 있다. 초기 시간에, 도 8에 도시된 자루부에 커플링된 초음파 공급원은 공진 주파수의 1/4파장의 홀수 정수배(예를 들어, 도 4b의 0.75 파장 공진)에 상응하는 초음파 에너지를 생성할 수 있다. 초기 시간에, 변위 파복 위치와 일치되는, 자루부의 약 "0.35" 정규화 길이 위치에 배치된 홈(844)은 초기 시간에 초음파 에너지에 응답하여 "0.35" 정규화 길이 위치에 근접한 매체 내에서 캐비테이션 체적부를 생성할 수 있다.
후속 시간에, 초음파 공급원은 공진 주파수의 1/4파장의 다른 홀수 정수배(예를 들어, 도 4c의 1.25 파장 공진)에 상응하는 초음파 에너지를 생성할 수 있다. "0.35" 정규화 길이 위치가 제2 초음파 에너지에 응답하여 변위 파복 위치에 더 이상 일치되지 않는 범위에서, 홈(844)은 근접 매체 내에서 캐비테이션 체적부를 생성하는 것을 중단할 수 있다. 그러나, 변위 파복 위치와 일치되는, 약 "0.20" 정규화 길이 위치에 배치된 홈(845)이 후속 시간에 초음파 에너지에 응답하여 "0.20" 정규화 길이 위치에 근접한 매체 내에서 캐비테이션 체적부를 생성할 수 있다. 또한, 다른 변위 파복 위치와 일치되는, 약 "0.60" 정규화 길이 위치에 배치된 홈(846)이 후속 시간에 초음파 에너지에 응답하여 "0.60" 정규화 길이 위치에 근접한 매체 내에서 캐비테이션 체적부를 생성할 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 자루부(200)의 선단부(222)는, 자루부(200) 내에 배치된 루멘(lumen)(345)을 위한 출구를 제공하도록 구성된 포트(347)를 포함할 수 있다. 포트(347)는, 예를 들어, 선단부(222)의 둥근 측면 표면 상에 위치될 수 있거나(도 9), 선단부(222)의 단부에 위치될 수 있다(도 10). 실시형태에서, 루멘(345)은 외부 흡입 공급원에 커플링되도록 구성된다. 실시형태에서, 외부 흡입 공급원은, 포트(347)를 통해서 매체(예를 들어, 미용 시술 중의 환자의 생물학적 조직)에 흡입을 인가하도록 동작될 수 있다.
본원에서 사용된 용어는 단지 특별한 실시형태를 설명하기 위한 것을 목적으로 하는 것이고 본 발명의 실시형태 제한을 위해서 의도된 것이 아니다. 본원에서 사용된 바와 같이, 문맥상 달리 명백하게 표시된 바가 없는 한, 단수 형태("a", "an" 및 "the")는 복수의 형태를 또한 포함하도록 의도된 것이다. "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 본원 명세서에서 사용될 때, 기술된 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 및/또는 구성요소의 존재를 구체화하나, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 구성요소, 및/또는 그 그룹의 존재나 부가를 배제하는 것이 아님을 더 이해할 수 있을 것이다. 또한, "포함한다", "가지는", "갖는다", "갖춘", "~로 구성된"이라는 용어 또는 그 변형이 상세한 설명 또는 청구범위에서 사용되는 범위에서, 그러한 용어는 "포함하는"이라는 용어와 유사하게 포괄적인 것으로 의도된다.
본원에서, "약", "대략적으로" 및 "실질적으로"와 같은, 근사 언어에 의해서 수정된 용어는 특정된 정확한 값으로 제한되지 않는다. 근사 언어는 값을 측정하는 데 사용되는 도구의 정밀도에 상응할 수 있으며, 도구의 정밀도에 달리 의존하지 않는 한, 기술된 값의 +/- 10%를 나타낼 수 있다.
본 발명의 모두를 여러 실시형태에 관한 설명으로 묘사하였지만, 그리고 이러한 실시형태를 구체적으로 설명하였지만, 첨부된 청구항의 범위를 그러한 구체적인 내용으로 한정하거나 어떠한 방식으로도 제한하고자 하는 출원인의 의도는 없다. 부가적인 장점 및 수정이 당업자에 의해서 용이하게 도출될 수 있을 것이다. 보다 넓은 양태의 발명이, 그에 따라, 본원에서 도시되고 설명된 구체적인 상세 내용, 대표적인 장치 및 방법, 그리고 예시적인 예로 제한되지 않는다. 따라서, 출원인의 전반적인 발명의 개념의 사상 또는 범위로부터 벗어나지 않고도, 그러한 구체적인 내용으로부터 벗어날 수 있다.

Claims (18)

  1. 프로브이며:
    근위 단부, 원위 단부, 및 상기 근위 단부로부터 상기 원위 단부까지 연장되는 샤프트를 포함하는 자루부로서, 상기 자루부의 근위 단부는 초음파 에너지의 공급원에 커플링되도록 구성되고, 상기 자루부는 초음파 에너지를 상기 자루부의 길이방향 축에 평행한 전파 방향으로 상기 근위 단부로부터 상기 원위 단부에 위치되는 선단부까지 전파시키도록 구성된, 자루부;
    상기 샤프트 내의 제1 홈으로서, 상기 선단부에 근접하여 배치되는, 제1 홈; 및
    상기 샤프트 내의 제2 홈으로서, 상기 제1 홈과 상기 근위 단부 사이에서 상기 자루부를 따라서 배치되는, 제2 홈을 포함하고,
    상기 제1 홈은 상기 전파 방향으로 상기 자루부의 공진 주파수의 절반-파장의 제1의 정수배와 대략적으로 동일한 제1 거리만큼 상기 제2 홈으로부터 이격되는, 프로브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 선단부는, 상기 초음파 에너지가 상기 자루부의 공진 주파수의 1/4 파장의 홀수의 정수배에 상응할 때 제1 변위 파복 위치와 실질적으로 일치되도록 상기 근위 단부에 대해서 배치되는, 프로브.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 근위 단부는, 상기 초음파 에너지가 상기 1/4 파장의 홀수의 정수배에 상응할 때 제2 변위 노드 위치와 실질적으로 일치되는 지점에서 상기 초음파 에너지의 공급원에 커플링되도록 구성되는, 프로브.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 홈은 상기 샤프트의 비-홈형 섹션에 의해서 상기 제2 홈으로부터 이격되는, 프로브.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 홈은, 상기 초음파 에너지가 상기 공진 주파수의 1/4 파장의 제1의 홀수 정수배에 상응하는 제1 로케이션에 근접하여 위치되고, 상기 제2 홈은, 상기 초음파 에너지가 상기 공진 주파수의 1/4 파장의 제2의 홀수 정수배에 상응하는 제2 로케이션에 근접하여 위치되는, 프로브.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 홈이 복수의 제1 홈에 포함되고, 상기 제2 홈이 복수의 제2 홈에 포함되는, 프로브.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 제1 홈 및 복수의 제2 홈이 상기 샤프트의 근위 단부로부터 상기 샤프트의 원위 단부까지 연장되는 연속적인 시퀀스로 배열되는, 프로브.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 샤프트가 상기 제2 홈과 상기 근위 단부 사이에 개재되는 제3 홈을 더 포함하고, 상기 제1 홈은 상기 전파 방향으로 상기 자루부의 공진 주파수의 절반-파장의 제2의 정수배와 대략적으로 동일한 제2 거리만큼 상기 제3 홈으로부터 이격되는, 프로브.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 자루부는 상기 원위 단부로부터 상기 근위 단부까지 연장되는 루멘을 포함하고, 상기 선단부는 상기 루멘에 커플링된 포트를 포함하는, 프로브.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 루멘은 외부 흡입 공급원에 커플링되도록 구성되는, 프로브.
  11. 방법이며:
    프로브의 자루부를 환자의 생물학적 조직 내로 삽입하는 단계;
    초음파 공급원이 초음파 에너지를 생성하게 하는 단계;
    상기 자루부의 길이방향 축에 평행한 전파 방향으로 상기 자루부의 근위 단부로부터 상기 자루부의 원위 단부에 위치되는 선단부까지 상기 자루부의 샤프트를 따라 초음파 에너지를 전파시키는 단계;
    제1 캐비테이션 체적부를 상기 샤프트 내의 하나 이상의 제1 홈에 근접한 매체 내에서 생성하는 단계; 및
    제2 캐비테이션 체적부를 상기 샤프트 내의 하나 이상의 제2 홈에 근접한 매체 내에서 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 선단부는, 상기 초음파 에너지가 상기 자루부의 공진 주파수의 1/4 파장의 홀수 정수배에 상응할 때 변위 파복 위치와 실질적으로 일치되게 배치되며, 상기 하나 이상의 제1 홈은 상기 하나 이상의 제2 홈으로부터 전파 방향으로 대략적으로 상기 공진 주파수의 절반-파장의 정수배의 거리에 배치되는, 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 초음파 공급원이 초음파 에너지를 생성하게 하는 단계는:
    상기 초음파 공급원이:
    제1 시간에 상기 공진 주파수의 1/4 파장의 제1의 홀수 정수배에 상응하는 제1 초음파 에너지를 생성하게 함으로써; 그리고
    상기 제1 시간으로부터 구분되는 제2 시간에 상기 공진 주파수의 1/4 파장의 제2의 홀수 정수배에 상응하는 제2 초음파 에너지를 생성하게 함으로써;
    상기 제1 캐비테이션 체적부 및 상기 제2 캐비테이션 체적부의 공간적 로케이션을 변화시키는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    외부 흡입 공급원이 상기 프로브의 선단부 내의 포트를 통해서 환자의 생물학적 조직에 흡입을 인가하게 하는 단계를 더 포함하고,
    상기 포트는 상기 자루부 내에 배치된 루멘을 위한 출구를 제공하도록 구성되는, 방법.
  14. 초음파 프로브이며:
    근위 단부, 원위 단부, 및 상기 근위 단부로부터 상기 원위 단부까지 연장되는 샤프트를 포함하는 자루부를 포함하며, 상기 근위 단부는 초음파 에너지의 공급원에 커플링되도록 구성되고, 상기 샤프트는 제1의 복수의 홈, 제2의 복수의 홈, 및 상기 제1의 복수의 홈과 상기 제2의 복수의 홈 사이에서 상기 샤프트의 길이방향 축을 따라서 배치된 비-홈형 섹션을 포함하는, 초음파 프로브.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1의 복수의 홈의 적어도 하나는 상기 제2의 복수의 홈으로부터 상기 초음파 에너지의 공진 주파수의 절반-파장의 정수배와 대략적으로 동일한 거리에 배치되는, 초음파 프로브.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 비-홈형 섹션 내의 자루부는 제1 직경의 외부 표면을 가지고, 상기 제1의 복수의 홈의 각각의 제1 로케이션에서 상기 샤프트는 상기 제1 직경보다 작은 제2 직경을 가지는, 초음파 프로브.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제2의 복수의 홈의 각각의 제2 로케이션에서 상기 샤프트는 상기 제1 직경보다 작은 제3 직경을 가지고, 상기 제2 직경은 상기 제3 직경과 동일한, 초음파 프로브.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 샤프트는 제1 직경의 외부 표면을 가지고, 상기 샤프트는 상기 외부 표면으로부터 돌출되는 복수의 플랜지를 포함하고, 상기 제1의 복수의 홈의 각각은 인접한 복수의 플랜지들의 쌍 사이에 배치되고, 상기 제1의 복수의 홈의 각각의 로케이션에서 상기 샤프트는 상기 제1 직경과 동일한 제2 직경을 가지는, 초음파 프로브.
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