WO2016108409A1 - 혈관 내 진단 및 치료용 단일소자 초음파 변환자 및 그 제조방법 - Google Patents

혈관 내 진단 및 치료용 단일소자 초음파 변환자 및 그 제조방법 Download PDF

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WO2016108409A1
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ivus
transducer
piezoelectric element
sound absorbing
absorbing layer
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PCT/KR2015/011160
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정종섭
김성민
성진호
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동국대학교 산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing an intravascular ultrasound (IVUS) transducer for inserting into a blood vessel and an ultrasound transducer thereof.
  • IVUS intravascular ultrasound
  • the present invention relates to a manufacturing method and an ultrasonic transducer capable of efficiently connecting electrodes while maintaining the maximum area of a piezoelectric element in which an ultrasonic beam is generated.
  • IVUS intravascular ultrasound transducer
  • IVUS transducer At diagnosis and treatment, the IVUS transducer must pass through a narrowed vessel due to disease, and for this purpose the IVUS transducer should generally be kept below 1 mm in diameter.
  • IVUS transducers using a single piezoelectric element are often used in conjunction with array transducers because they have the advantage of keeping their size small. In general, IVUS transducers are rotated 360 degrees over 2000 rpm to provide intravascular images.
  • the structure of the IVUS transducer can be broadly divided into piezoelectric elements, matching layers, and sound absorbing layers. Generally, matching layers and sound absorbing layers having electrical conductivity may be used.
  • the first method is to connect or ground the conductive matching layer to the cathode and to connect the anode or signal line to the conductive absorption layer. This method requires an additional manufacturing process that allows the mating layer and the housing of the transducer to be interconnected.
  • the matching layer and the transducer housing are connected by applying the commonly used gold / chromium plating method, the manufacturing process becomes complicated and the production cost increases.
  • the second method of connecting the electrodes is a method of connecting an electrically conductive matching layer and a sound absorbing layer to the anode (eg, signal line) and cathode (eg, ground), respectively, unlike the first method.
  • anode eg, signal line
  • cathode eg, ground
  • an additional manufacturing process such as a gold / chromium plating process is unnecessary and a production cost can be reduced. Therefore, although the second method of the aforementioned methods is employed in commercially available products, a manufacturing process in the process of attaching a cable on a matching layer having electrical conductivity to connect the matching layer with an anode or a signal line as shown in FIG.
  • the cable Since the cable is inevitably connected to a part of the piezoelectric element in which the phase ultrasonic beam is generated, the generation area of the ultrasonic beam is reduced, and there is a problem in that distortion of the ultrasonic beam transmitted and received as a whole may occur.
  • the present invention has been proposed to improve the above problems, and can minimize the transmission and reception sensitivity of the ultrasonic beam and the beam distortion because the area of the piezoelectric element in which the ultrasonic beam is generated can be maintained to the maximum through an efficient electrode connection method. Can be.
  • the signal line connection eliminates the need for additional manufacturing processes such as gold / chromium plating, simplifying the IVUS transducer's production process and significantly reducing costs.
  • a stack is formed by stacking a conductive matching layer, a piezoelectric element, and a conductive sound absorbing layer in order, and then mechanical subdicing using a blade having a width of several tens to hundreds of micrometers.
  • Laser subdicing or MEMS (Microelectromechanical Systems) technology is used to form a kerf with only the sound absorbing layer removed, except for the matching layer and the piezoelectric element.
  • the dicing operation is performed to obtain a plurality of sizes having a desired size of 1 mm or less. You can get an IVUS part.
  • the sum of the area of the tooth width filled with the sound absorbing layer and the non-conductive material is the same as the piezoelectric element area.
  • a portion of the piezoelectric element corresponding to the area of the non-conductive material does not operate when an electric signal is applied, thereby securing a kind of dedicated area for connecting signal lines. That is, the operating region of the IVUS transducer is closely related to the shape of the sound absorbing layer. Therefore, the proposed method does not invade the actual piezoelectric element region, that is, does not damage the ultrasonic generation region of rectangular and circular apertures, thereby reducing the sensitivity of IVUS ultrasonic waves and preventing distortion of the beam, and the gold. Production cost savings can be achieved by omitting the chrome plating process.
  • a method for preparing an intravascular ultrasound (IVUS) transducer may be provided.
  • Method according to an embodiment of the present invention stacking the matching layer, the piezoelectric element, the sound absorbing layer to produce an IVUS stack; A subdicing step of removing a portion of the sound absorbing layer of the IVUS stack using a cutting machine; Filling a non-conductive material in the tooth width of the sound absorbing layer generated through the sub dicing; And after curing of the filled nonconductive material, dicing to a predetermined size using the cutting device to generate at least one single device IVUS stack.
  • the region corresponding to the tooth width of the piezoelectric element front surface is plated.
  • the back of the piezoelectric element is not plated or plated only in the region in which the piezoelectric element is driven to generate an ultrasonic beam, and is not plated in the region corresponding to the tooth width of the back of the piezoelectric element. It may be filled with a nonconductive material.
  • the signal line is connected to the conductive matching layer using the electrically conductive material, and is directly connected to the piezoelectric element in the absence of the matching layer.
  • the cathode ray may be connected to the sound absorbing layer, the housing, or the rotating shaft by using the electrically conductive material.
  • the single device IVUS stack and the sound absorbing layer may be the same or different shapes.
  • the method according to an embodiment of the present invention may further comprise pressing focused or combining a concave lens or a convex lens with respect to the generated at least one single-element IVUS stack.
  • the single device IVUS stack may be disposed at a front, side, or inclined position at an angle when combined with the housing.
  • an intravascular ultrasound (IVUS) transducer may be provided.
  • the IVUS transducer according to an embodiment of the present invention may include a matching layer, a piezoelectric element, and a sound absorbing layer, and the signal line connection region of the IVUS transducer may not overlap with the ultrasonic beam generation region by the piezoelectric element.
  • IVUS transducer after filling the non-conductive material in the tooth width of the sound absorbing layer generated by removing a portion of the sound absorbing layer of the IVUS stack generated by stacking the matching layer, piezoelectric element, sound absorbing layer At least one single device IVUS stack generated by dicing to a predetermined size may be included.
  • the front surface of the piezoelectric element may be plated including the signal line connection region, and the rear surface of the piezoelectric element may be plated except for the signal line connection region.
  • the sound absorbing layer has electrical conductivity and may be the same form or different form as the piezoelectric element.
  • an image acquisition system using an IVUS transducer may be provided.
  • a system according to an embodiment of the present invention includes a catheter insertable into a subject; A catheter driver for driving the catheter; An ultrasonic transducer driver for driving an IVUS transducer included in the catheter; A display unit for imaging an image acquired through the IVUS transformer; And a controller for controlling the catheter, the catheter driver, the ultrasonic transducer driver, and the display unit, wherein the IVUS transducer is disposed at the end of the catheter, and the catheter driver includes a motor unit and the catheter for rotating the catheter. It may include a pullback system for reversing at a predetermined speed in the object.
  • the ultrasonic transducer driver may further include: a signal generator configured to generate a signal to be transmitted to the IVUS transducer based on a control signal applied from the controller; A transmission amplifier for amplifying the generated signal; A reception amplifier for amplifying a signal received from the IVUS converter; And a signal processing unit for processing the amplified signal, wherein the IVUS transducer is disposed at an angle of the front side, the side, or a predetermined angle of the distal end of the catheter, and converts the signal applied from the transmission amplifier into ultrasonic waves.
  • the signal to be transmitted to the IVUS transducer includes information on the center frequency and intensity of the ultrasound to be irradiated through the IVUS transducer, the image transmitted from the signal processor An image of the object may be imaged through the display unit based on the signal.
  • the IVUS transducer manufacturing technique can be simplified and production cost can be reduced.
  • FIG. 1 shows the structure of an IVUS stack made by a conventional method.
  • IVUS intravascular ultrasound
  • FIG. 3 to 5 show exemplary structures of IVUS transducers that can be manufactured by the method of manufacturing IVUS transducers according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 illustrates an exemplary structure of an IVUS transducer that can be manufactured by a method of manufacturing an IVUS transducer according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 illustrates a combination of an IVUS stack and a housing in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of an image acquisition system using an IVUS transformer according to an embodiment of the present invention.
  • a method for preparing an intravascular ultrasound (IVUS) transducer may be provided.
  • Method according to an embodiment of the present invention stacking the matching layer, the piezoelectric element, the sound absorbing layer to produce an IVUS stack; A subdicing step of removing a portion of the sound absorbing layer of the IVUS stack using a cutting machine; Filling a non-conductive material in the tooth width of the sound absorbing layer generated through the sub dicing; And after curing of the filled nonconductive material, dicing to a predetermined size using the cutting device to generate at least one single device IVUS stack.
  • the single device IVUS stack when one or more matching layers made of a conductive material are attached to the front surface of the piezoelectric element or there is no matching layer, a region corresponding to the tooth width of the front surface of the piezoelectric element is plated.
  • the back of the piezoelectric element is not plated or plated only in the region in which the piezoelectric element is driven to generate an ultrasonic beam, and is not plated in the region corresponding to the tooth width of the back of the piezoelectric element. It may be filled with a nonconductive material.
  • the signal line may be connected to the front portion of the piezoelectric element when the matching layer or the matching layer is absent using the electrically conductive material, and the cathode line may be connected to the sound absorbing layer, the housing, or the rotating shaft using the electrically conductive material.
  • the single device IVUS stack and the sound absorbing layer may be the same or different shapes.
  • the method according to an embodiment of the present invention may further comprise pressing focused or combining a concave lens or a convex lens with respect to the generated at least one single-element IVUS stack.
  • the single device IVUS stack may be disposed at a front, side, or inclined position at an angle when combined with the housing.
  • an intravascular ultrasound (IVUS) transducer may be provided.
  • the IVUS transducer according to an embodiment of the present invention may include a matching layer, a piezoelectric element, and a sound absorbing layer, and the signal line connection region of the IVUS transducer may not overlap with the ultrasonic beam generation region by the piezoelectric element.
  • IVUS transducer after filling the non-conductive material in the tooth width of the sound absorbing layer generated by removing a portion of the sound absorbing layer of the IVUS stack generated by stacking the matching layer, piezoelectric element, sound absorbing layer At least one single device IVUS stack generated by dicing to a predetermined size may be included.
  • the front surface of the piezoelectric element may be plated including the signal line connection region, and the rear surface of the piezoelectric element may be plated except for the signal line connection region.
  • the sound absorbing layer has electrical conductivity and may be the same form or different form as the piezoelectric element.
  • an image acquisition system using an IVUS transducer may be provided.
  • a system according to an embodiment of the present invention includes a catheter insertable into a subject; A catheter driver for driving the catheter; An ultrasonic transducer driver for driving an IVUS transducer included in the catheter; A display unit for imaging an image acquired through the IVUS transformer; And a controller for controlling the catheter, the catheter driver, the ultrasonic transducer driver, and the display unit, wherein the IVUS transducer is disposed at the end of the catheter, and the catheter driver includes a motor unit and the catheter for rotating the catheter. It may include a pullback system for reversing at a predetermined speed in the object.
  • the ultrasonic transducer driver may further include: a signal generator configured to generate a signal to be transmitted to the IVUS transducer based on a control signal applied from the controller; A transmission amplifier for amplifying the generated signal; A reception amplifier for amplifying a signal received from the IVUS converter; And a signal processing unit for processing the amplified signal, wherein the IVUS transducer is disposed at an angle of the front side, the side, or a predetermined angle of the distal end of the catheter, and converts the signal applied from the transmission amplifier into ultrasonic waves.
  • the signal to be transmitted to the IVUS transducer includes information on the center frequency and intensity of the ultrasound to be irradiated through the IVUS transducer, the image transmitted from the signal processor An image of the object may be imaged through the display unit based on the signal.
  • an "ultrasound image” or an “image” refers to an image of an object obtained using ultrasound.
  • a subject may mean a part of the body.
  • the subject may include organs such as the liver, the heart, the uterus, the brain, the breast, the abdomen, blood vessels, and the fetus.
  • "user” may be a doctor, a nurse, a clinical pathologist, a medical imaging expert, or the like, but is not limited thereto.
  • FIG. 1 shows the structure of an IVUS stack made by a conventional method.
  • a IVUS stack structure manufactured by a conventional method
  • (a) is a side view of the IVUS stack
  • (b) is a plan view.
  • a silver epoxy-like adhesive having electrical conductivity in a portion of the area where an ultrasonic beam is generated
  • the signal line 1 was attached using (). Since the conductive adhesive is attached to about 30% of the area where the ultrasonic beam is generated to connect the signal lines, this reduces the transmission / reception sensitivity of the ultrasonic beam and damages the originally designed square or circular aperture, which causes distortion of the ultrasonic beam. May result.
  • IVUS intravascular ultrasound
  • the present invention maintains the maximum area of the piezoelectric element in which the ultrasonic beam is generated through an efficient electrode connection method, thereby minimizing ultrasonic transmission and reception sensitivity and distortion of the ultrasonic beam, and omitting a manufacturing process such as gold / chromium plating process, thereby converting IVUS.
  • the present invention relates to a manufacturing method suitable for simplification of production process and cost reduction.
  • the original form of the piezoelectric element in which the ultrasonic beam is generated for example, square, rectangular, circular or other various forms
  • the additional signal line attachment area can be secured to preserve the.
  • Method of manufacturing an intravascular ultrasound (IVUS) transducer comprises the steps of laminating a matching layer, a piezoelectric element, a sound absorbing layer to generate an IVUS stack; A subdicing step of removing a portion of the sound absorbing layer of the IVUS stack using a cutting machine; Filling a non-conductive material in the tooth width of the sound absorbing layer generated through the sub dicing; And after curing of the filled nonconductive material, dicing to a predetermined size using the cutting device to generate at least one single device IVUS stack.
  • a bulk IVUS stack including a matching layer 3, a piezoelectric element 4, and a sound absorbing layer 5 having a predetermined thickness may be generated.
  • the thicknesses of the matching layer 3, the piezoelectric element 4, and the sound absorbing layer 5 may be variably set according to the user's intention in the manufacturing step based on the performance of the ultrasonic transducer and the like.
  • the matching layer 3 may have electrical conductivity.
  • the surface of the piezoelectric element that is in contact with the sound absorbing layer is basically not plated, if the plating is to be able to perform a bit deep dicing operation so that the plating of the piezoelectric element can be peeled off when forming the tooth width.
  • the tooth width portion can be filled with non-conductive material 8 to create a composite structure.
  • the resulting composite structure is cut diced using a second blade 9 having a width narrower than the tooth width made by subdicing, thereby dividing the composite structure into a plurality of single-element IVUS stacks 10 of desired size.
  • the cutting dicing operation allows the user to obtain a plurality of single-element IVUS stacks having a size suitable for the purpose of use.
  • Mechanical dicing can be replaced by laser dicing or MEMS technology.
  • the position for dicing using the second blade 9 may be the position biased to one side or the center of the tooth width in order to secure an area for connecting the signal lines.
  • the sum of the area of the sound absorbing layer and the nonconductive material is the same as that of the piezoelectric element, and the part of the piezoelectric element corresponding to the area occupied by the nonconductive material does not operate even when an electrical signal is applied because one side is not connected to the electrode. Will not. Therefore, the piezoelectric element area that is not operating can be utilized as an area for connecting the signal lines, and the IVUS ultrasonic sensitivity is reduced by connecting the signal lines without invading the actual piezoelectric element areas (for example, square, rectangular, circular, or various other forms).
  • the cost reduction effect can be achieved by preventing distortion of beam and beam and eliminating gold / chromium plating process.
  • a matching layer made of a conductive material is attached to the front portion of the piezoelectric element, or when there is no matching layer, a region corresponding to the tooth width of the piezoelectric element front side is plated.
  • the back side of the piezoelectric element is not plated or plated only in the region where the piezoelectric element is to be driven to generate an ultrasonic beam, and is not plated in the region corresponding to the tooth width of the back side and is non-conductive. It may be filled with material.
  • the method according to an embodiment of the present invention comprises the steps of connecting a signal line using an electrically conductive material to the area corresponding to the width of the front portion of the single-element IVUS stack; And connecting the cathode ray to the sound absorbing layer by using an electrically conductive material.
  • the signal line is connected to the matching layer using the electrically conductive material, and directly connected to the piezoelectric element when there is no matching layer.
  • the cathode ray may be connected to the sound absorbing layer, the housing, or the rotating shaft by using the electrically conductive material.
  • FIGS. 3 to 5 show exemplary structures of IVUS transducers that can be manufactured by the method of manufacturing IVUS transducers according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 3 to 5 show various types of stacks in which signal lines and cathode lines are connected to a single device IVUS stack manufactured by the method of FIG. 2.
  • 3 to 5 show (a) a IVUS stack and (b) a plan view, (c) a plan view excluding the matching layer, and (d) a plan view excluding the matching layer and the piezoelectric element.
  • the single device IVUS stack and sound absorbing layer may be the same or different in shape.
  • the IVUS stack may have a rectangular pillar shape, and a non-conductive material may be positioned on the side of the sound absorbing layer.
  • the IVUS stack may have a cylindrical shape as shown in FIG. 4, and the sound absorbing layer composite may be manufactured in a form in which a circular sound absorbing layer having an electrical conductivity is located at the center and a ring-shaped non-conductive material surrounds the sound absorbing layer.
  • the IVUS stack may have a square pillar shape as shown in FIG. 5.
  • the sound absorbing layer composite may have a shape in which a circular sound absorbing layer is positioned at the center and a rectangular non-conductive material is wrapped around the outside of the sound absorbing layer.
  • the method according to the exemplary embodiment of the present invention may be manufactured to have various types of sound absorbing layer composites and IVUS stack structures according to subdicing and dicing methods. That is, the operating region of the IVUS transducer is closely related to the shape of the sound absorbing layer.
  • FIG. 6 illustrates an exemplary structure of an IVUS transducer that can be manufactured by a method of manufacturing an IVUS transducer according to another embodiment of the present invention.
  • the method of manufacturing an IVUS transducer according to an embodiment of the present invention may further include pressing focused or combining a concave lens or a convex lens with respect to the generated at least one single device IVUS stack.
  • the focusing method using the pressed focusing technique as shown in FIG. can be used.
  • the concave lens 11 and the convex lens 28 may be further provided. In this way, the application of the method according to an embodiment of the present invention can maintain the performance of the IVUS transducer as expected when the function is added for the ultrasound focusing.
  • FIG. 7 illustrates a combination of an IVUS stack and a housing in accordance with an embodiment of the present invention.
  • the IVUS stack may be disposed in the housing 14, as in FIG. 7.
  • Materials 2 such as silver epoxy or the like with electrical conductivity may be used to secure the IVUS stack to the housing.
  • the single device IVUS stack may be disposed at a front, side, or inclined position at an angle when combined with the housing.
  • the IVUS stack is located on the side of the housing of the catheter and can be placed at an angle to see between the forward and lateral directions of the vessel. For example, the IVUS stack may be placed at an angle of 45 degrees, but is not necessarily limited thereto.
  • the electrically conductive sound absorbing layer is attached to the housing using an electrically conductive material (2) and the housing is connected to the rotating shaft 12, so connecting the cathode to only one of the sound absorbing layer, the housing, or the rotating shaft converts You can drive the ruler.
  • the signal line 1 and the cathode line 13 of the coaxial cable are located inside the rotating shaft connected to the housing, and the IVUS transducer can be rotated 360 degrees to obtain a blood vessel inner wall image.
  • the IVUS transducer may include a matching layer, a piezoelectric element, and a sound absorbing layer, and the signal line connection region of the IVUS transducer may be connected to the piezoelectric element. It may be manufactured so as not to overlap with the ultrasonic beam generating region.
  • the IVUS transducer is filled with a non-conductive material in the tooth width of the sound absorbing layer generated by removing a portion of the sound absorbing layer of the IVUS stack generated by stacking the matching layer, the piezoelectric element, the sound absorbing layer and die die to a predetermined size It may include at least one single-element IVUS stack generated by the.
  • the front surface of the piezoelectric element may be plated including the signal line connection region, and the rear surface of the piezoelectric element may be plated except for the signal line connection region.
  • the sound absorbing layer has electrical conductivity and may be the same form or different form as the piezoelectric element.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of an image acquisition system using an IVUS transformer according to an embodiment of the present invention.
  • An image acquisition system using an IVUS transducer includes a catheter insertable into an object; A catheter driver for driving the catheter; An ultrasonic transducer driver for driving an IVUS transducer included in the catheter; A display unit for imaging an image acquired through the IVUS transformer; And a control unit for controlling the catheter, the catheter driver, the ultrasonic transducer driver, and the display unit, wherein the IVUS transducer is disposed at an end of the catheter, and the catheter driver includes a motor unit and the catheter for rotating the catheter. It may include a pullback system for reversing at a predetermined speed in the object.
  • the ultrasonic transducer driver may include: a signal generator configured to generate a signal to be transmitted to the IVUS transducer based on a control signal applied from a controller; A transmission amplifier for amplifying the generated signal; A reception amplifier for amplifying a signal received from the IVUS converter; And a signal processing unit for processing the amplified signal, wherein the IVUS transducer is disposed at an angle of the front side, the side, or a predetermined angle of the distal end of the catheter, and converts the signal applied from the transmission amplifier into ultrasonic waves.
  • the signal to be transmitted to the IVUS transducer includes information on the center frequency and intensity of the ultrasound to be irradiated through the IVUS transducer, the image transmitted from the signal processor An image of the object may be displayed through the display unit based on the signal.
  • the IVUS transducer may include a display unit 16, a controller 17, an ultrasonic transducer driver 18, a catheter driver 19, and a catheter 26.
  • a catheter inserted into an object such as a blood vessel may be positioned inside an object to acquire an image.
  • the controller controls the signal generator 20 to generate an electrical transmission signal corresponding to the center frequency and intensity of the ultrasonic transducer through the ultrasonic transducer 27, and the transmitted signal is amplified by the transmission amplifier 21. May be applied to the ultrasonic transducer 27.
  • the applied signal may be converted into ultrasonic waves and irradiated to the object.
  • the ultrasonic waves reflected from the object may be converted into an electrical reception signal through a transducer, amplified by the reception amplifier, and displayed as an image on the display unit via the signal processor 23.
  • the display unit 16 may be a CRT monitor, an LCD monitor, an LED monitor, or the like.
  • the catheter drive unit is composed of a motor unit 24 and a pullback system 25, it is possible to rotate the catheter 360 degrees through the motor unit, and through the pullback system can back the catheter at a constant speed in the vessel.
  • the above-described method may be applied. Therefore, with respect to the apparatus and the like, descriptions of the same contents as those of the above-described method are omitted.

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Abstract

본 발명의 일 실시예로서, 혈관 내 초음파 (IVUS) 변환자의 제조 방법 및 그 IVUS 변환자가 제공될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 정합층, 압전소자, 흡음층을 적층하여 IVUS 스택을 생성하는 단계, 절삭기기를 이용하여 IVUS 스택 중 흡음층의 일부를 제거하는 서브다이싱 단계, 서브다이싱을 통하여 생성된 흡음층의 치폭에 비전도성 물질을 충전하는 단계 및 충전된 비전도성 물질의 경화 후, 절삭기기를 이용하여 소정의 크기로 다이싱하여 적어도 하나의 단일소자 IVUS 스택을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

혈관 내 진단 및 치료용 단일소자 초음파 변환자 및 그 제조방법
본 발명은 혈관 내로 삽입 가능한 혈관 내부 진단 및 치료용 초음파 (IVUS; intravascular ultrasound) 변환자 제조 방법 및 그 초음파 변환자에 관한 것으로, 특히 IVUS 변환자 제조에 있어 초음파 빔의 감도 손실 및 빔의 왜곡현상을 방지하기 위해 초음파 빔이 발생하는 압전소자의 면적을 최대로 유지하면서 효율적으로 전극을 연결할 수 있는 제조 방법 및 초음파 변환자에 관한 것이다.
심혈관계 질환 진단에 있어 혈관 내 초음파 변환자 (IVUS)를 이용한 진단은 IVUS 변환자가 혈관 내로 직접 삽입되어, 혈관의 내피 및 내벽 깊은 부분을 실시간으로 영상화함으로써 임상 의사 등에게 유용한 진단 및 치료 정보를 제공한다.
진단 및 치료 시 IVUS 변환자는 질병으로 인해 좁아진 혈관을 통과해야 하며, 이를 위해 IVUS 변환자의 직경은 일반적으로 1 mm 이하로 유지되어야 한다. 단일 압전소자를 이용한 IVUS 변환자는 크기를 작게 유지할 수 있다는 장점이 있기 때문에 배열형 (Array) 변환자와 함께 많이 사용되고 있으며, 일반적으로 2000 rpm 이상으로 360도 회전하여 혈관 내 영상을 제공한다.
IVUS 변환자의 구조는 크게 압전소자, 정합층, 그리고 흡음층으로 나뉠 수 있으며, 일반적으로 전기전도성을 갖는 정합층과 흡음층이 사용될 수 있다. 단일 압전소자를 이용한 IVUS 변환자 제조 시 IVUS 변환자 구동을 위해 전극을 연결하는 방법은 통상적으로 두 가지가 있다. 첫 번째 방법은 전도성 정합층을 음극에 연결 혹은 접지 (Ground) 시키고 전도성 흡음층에 양극 혹은 신호선을 연결하는 방법이다. 이러한 방법에서는 정합층과 변환자의 하우징 (Housing)이 상호 연결되도록 하는 추가적인 제조 과정이 필요하다. 흔히 사용되는 금/크롬 도금 기법 (Gold/Chromium Sputtering)을 적용 시켜 정합층과 변환자 하우징을 연결 시킬 경우 제조 공정이 복잡해지고 생산단가가 높아지는 문제점이 있다.
전극을 연결하는 두 번째 방법은 전기전도성을 갖는 정합층과 흡음층을 첫번째 방법과는 달리 각각 양극 (예컨대, 신호선)과 음극 (예컨대, 접지)에 연결시키는 방법이다. 이러한 방법에 따르면 흡음층에 사용되는 전기전도성 물질을 하우징에 채우는 과정을 통해 자연스럽게 흡음층과 하우징이 상호 연결되므로 금/크롬 도금 과정 같은 추가적인 제조 과정이 불필요하며 생산비 절감의 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 현재 사용되는 상용제품에는 전술한 방법들 중 두 번째 방법이 채용되어 있으나 도 1에서와 같이 정합층을 양극 혹은 신호선과 연결하기 위해 전기전도성을 갖는 정합층 위에 케이블을 부착하는 과정에서 제조 공정상 초음파 빔이 발생하는 압전소자 일부분에 케이블이 연결될 수 밖에 없기 때문에 초음파 빔의 발생 면적이 감소될 뿐만 아니라 전체적으로 송수신되는 초음파 빔의 왜곡현상이 발생될 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 효율적인 전극 연결 방법을 통해 초음파 빔이 발생하는 압전소자의 면적을 최대로 유지할 수 있기 때문에 초음파 빔의 송수신 감도 및 빔의 왜곡 현상을 최소화 할 수 있다. 또한, 신호선 연결 시 금/크롬 도금 과정 같은 추가적인 제조 공정이 필요 없으므로 IVUS 변환자의 생산 공정을 단순화시킬 수 있고, 비용을 대폭 절감할 수 있다.
본 발명은 전도성 정합층, 압전소자, 전도성 흡음층을 순서대로 쌓아서 스택 (Stack)을 만든 뒤, 수십에서 수백 마이크로미터 (Micrometer) 폭을 갖는 블레이드 (Blade)를 사용한 기계적인 서브 다이싱 (Subdicing), 레이저 서브 다이싱, 혹은 MEMS (Microelectromechanical Systems)기술을 사용하여 정합층 및 압전소자를 제외하고 흡음층만 제거된 치폭 (Kerf)을 형성한다. 블레이드가 지나간 빈 공간, 즉 치폭 부분을 에폭시 (Unloaded epoxy)등과 같은 비전도성 물질로 채워 복합체 (Composite) 구조를 만들고 난 후 다이싱 (Dicing) 작업을 통해 사이즈 1 mm 이하의 원하는 크기를 갖는 다수의 IVUS 파트를 얻을 수 있다. 이때 흡음층과 비전도성 물질로 채워진 치폭의 면적의 합은 압전소자 면적과 동일하다. 이러한 과정을 통해 비전도성 물질의 면적에 해당하는 압전소자 일부분은 전기적인 신호 인가 시 동작을 하지 않게 되므로 신호선을 연결할 수 있는 일종의 전용 면적이 확보되게 된다. 즉 IVUS 변환자의 동작 영역은 흡음층의 모양과 밀접한 관계에 있다. 따라서 제안된 방법은 실제 동작하는 압전소자 영역을 침범하지 않으므로, 즉 사각형 및 원형 구경 (Aperture)의 초음파 발생 영역을 훼손 하지 않으므로, IVUS 초음파의 감도 감소 및 빔의 왜곡현상을 방지하는 효과, 그리고 금/크롬 도금 과정을 생략함으로써 생산비 절감을 달성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예로써, 혈관 내 초음파 (IVUS) 변환자의 제조 방법이 제공될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은, 정합층, 압전소자, 흡음층을 적층하여 IVUS 스택을 생성하는 단계; 절삭기기를 이용하여 상기 IVUS 스택 중 상기 흡음층의 일부를 제거하는 서브다이싱 단계; 상기 서브다이싱을 통하여 생성된 상기 흡음층의 치폭에 비전도성 물질을 충전하는 단계; 및 상기 충전된 비전도성 물질의 경화 후, 상기 절삭기기를 이용하여 소정의 크기로 다이싱하여 적어도 하나의 단일소자 IVUS 스택을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 단일소자 IVUS 스택에서 압전소자 전면부에는 전도성 물질로 구성된 정합층이 하나 이상 부착되어 있거나 정합층이 없는 경우 압전소자 전면부의 상기 치폭에 상응하는 영역에는 도금이 되어 있고, 상기 단일소자 IVUS 스택에서 압전소자 후면부에는 도금이 되어 있지 않거나 혹은 초음파 빔의 발생을 위하여 압전소자가 구동될 영역에만 도금이 되어 있고, 상기 후면부의 상기 치폭에 상응하는 영역에는 도금이 되어 있지 않으며 비전도성 물질로 충전되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 단일소자 IVUS 스택의 전면부의 상기 치폭에 상응하는 영역에 전기전도성 물질을 이용하여 신호선을 연결하는 단계; 및 상기 흡음층에 전기전도성 물질을 이용하여 음극선을 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다.
신호선은 상기 전기전도성 물질을 이용하여 상기 전도성을 갖는 정합층에 연결되고, 정합층이 없을 경우 압전소자에 직접 연결된다. 상기 음극선은 상기 전기전도성 물질을 이용하여 상기 흡음층, 하우징 또는 회전 샤프트에 연결될 수 있다.
단일소자 IVUS 스택과 상기 흡음층은 동일한 형태이거나 상이한 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 생성된 적어도 하나의 단일소자 IVUS 스택에 대하여 프레스트 포커싱 (Pressed focusing)하거나 오목렌즈 또는 볼록렌즈를 결합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
단일소자 IVUS 스택은 상기 하우징과 결합 시 전면, 측면 또는 소정의 각도로 기울어진 위치에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예로써, 혈관 내 초음파 (IVUS) 변환자가 제공될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 IVUS 변환자는 정합층, 압전소자 및 흡음층을 포함하고, 상기 IVUS 변환자의 신호선 연결 영역은 상기 압전소자에 의한 초음파 빔 발생 영역과 중첩되지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 IVUS 변환자는 정합층, 압전소자, 흡음층을 적층하여 생성된 IVUS 스택 중 상기 흡음층의 일부를 제거함으로써 생성된 상기 흡음층의 치폭에 비전도성 물질을 충전한 후 소정의 크기로 다이싱하여 생성된 적어도 하나의 단일소자 IVUS 스택을 포함할 수 있다.
압전소자의 전면에는 상기 신호선 연결 영역을 포함하여 도금이 되어 있고, 상기 압전소자의 후면에는 상기 신호선 연결 영역을 제외하고 도금이 되어 있을 수 있다.
또한, 흡음층은 전기전도성을 가지며, 상기 압전소자와 동일한 형태이거나 상이한 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시예로써, IVUS 변환자를 이용한 영상 획득 시스템이 제공될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템은 대상체 내로 삽입 가능한 카테터; 상기 카테터를 구동하기 위한 카테터 구동부; 상기 카테터에 포함된 IVUS 변환자를 구동하기 위한 초음파 변환자 구동부; 상기 IVUS 변환자를 통하여 획득된 이미지를 영상화하기 위한 디스플레이부; 및 상기 카테터, 카테터 구동부, 초음파 변환자 구동부 및 디스플레이부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 IVUS 변환자는 상기 카테터의 말단에 배치 가능하고, 상기 카테터 구동부는 상기 카테터를 회전이동 시키기 위한 모터부 와 상기 카테터를 상기 대상체 내에서 소정의 속도로 후진시키기 위한 풀백시스템을 포함할 수 있다.
또한, 초음파 변환자 구동부는, 상기 제어부로부터 인가된 제어신호에 기초하여 상기 IVUS 변환자로 전송될 신호를 발생시키는 신호 발생부; 상기 발생된 신호를 증폭시키는 송신증폭부; 상기 IVUS 변환자로부터 수신된 신호를 증폭하기 위한 수신증폭부; 및 상기 증폭된 신호를 처리하기 위한 신호처리부를 포함하고, 상기 IVUS 변환자는 상기 카테터의 말단의 전면, 측면 또는 소정의 각도로 기울어져서 배치 가능하며, 상기 송신증폭부로부터 인가된 신호를 초음파로 변환하여 대상체로 조사하고 상기 대상체에서 반사된 초음파를 수신하며, 상기 IVUS 변환자로 전송될 신호는 상기 IVUS 변환자를 통하여 조사될 초음파의 중심 주파수 및 세기에 대한 정보를 포함하고, 상기 신호처리부로부터 전송된 이미지 신호에 기초하여 상기 디스플레이부를 통하여 상기 대상체의 이미지가 영상화될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, IVUS 변환자 제조에 있어 초음파 빔의 감도 손실 및 빔의 왜곡현상을 방지하기 위해 초음파 빔이 발생하는 압전소자의 면적을 최대로 유지하면서 효율적으로 전극을 연결할 수 있다. 따라서 IVUS 변환자 제조 기법의 단순화 및 생산비 절감 효과를 달성할 수 있다.
도 1은 종래의 방법으로 제조된 IVUS 스택의 구조를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혈관 내 초음파 (IVUS) 변환자의 제조 방법의 개략도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 IVUS 변환자의 제조 방법에 의하여 제조 가능한 IVUS 변환자의 예시적인 구조를 도시한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 IVUS 변환자의 제조 방법에 의하여 제조 가능한 IVUS 변환자의 예시적인 구조를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 IVUS 스택과 하우징의 결합을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 IVUS 변환자를 이용한 영상 획득 시스템의 개략도이다.
본 발명의 일 실시예로써, 혈관 내 초음파 (IVUS) 변환자의 제조 방법이 제공될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은, 정합층, 압전소자, 흡음층을 적층하여 IVUS 스택을 생성하는 단계; 절삭기기를 이용하여 상기 IVUS 스택 중 상기 흡음층의 일부를 제거하는 서브다이싱 단계; 상기 서브다이싱을 통하여 생성된 상기 흡음층의 치폭에 비전도성 물질을 충전하는 단계; 및 상기 충전된 비전도성 물질의 경화 후, 상기 절삭기기를 이용하여 소정의 크기로 다이싱하여 적어도 하나의 단일소자 IVUS 스택을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 단일소자 IVUS 스택에서 압전소자 전면부에는 전도성 물질로 구성된 정합층이 하나 이상 부착되어 있거나 정합층이 없는 경우 압전소자 전면부의 상기 치폭에 상응하는 영역에는 도금이 되어 있고, 상기 단일소자 IVUS 스택에서 압전소자 후면부에는 도금이 되어 있지 않거나 혹은 초음파 빔의 발생을 위하여 압전소자가 구동될 영역에만 도금이 되어 있고, 상기 후면부의 상기 치폭에 상응하는 영역에는 도금이 되어 있지 않으며 비전도성 물질로 충전되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 단일소자 IVUS 스택의 전면부의 상기 치폭에 상응하는 영역에 전기전도성 물질을 이용하여 신호선을 연결하는 단계; 및 상기 흡음층에 전기전도성 물질을 이용하여 음극선을 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다.
신호선은 상기 전기전도성 물질을 이용하여 상기 정합층 혹은 정합층이 없는 경우 상기 압전소자 전면부에 연결되고, 상기 음극선은 상기 전기전도성 물질을 이용하여 상기 흡음층, 하우징 또는 회전 샤프트에 연결될 수 있다.
단일소자 IVUS 스택과 상기 흡음층은 동일한 형태이거나 상이한 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 생성된 적어도 하나의 단일소자 IVUS 스택에 대하여 프레스트 포커싱 (Pressed focusing)하거나 오목렌즈 또는 볼록렌즈를 결합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
단일소자 IVUS 스택은 상기 하우징과 결합 시 전면, 측면 또는 소정의 각도로 기울어진 위치에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예로써, 혈관 내 초음파 (IVUS) 변환자가 제공될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 IVUS 변환자는 정합층, 압전소자 및 흡음층을 포함하고, 상기 IVUS 변환자의 신호선 연결 영역은 상기 압전소자에 의한 초음파 빔 발생 영역과 중첩되지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 IVUS 변환자는 정합층, 압전소자, 흡음층을 적층하여 생성된 IVUS 스택 중 상기 흡음층의 일부를 제거함으로써 생성된 상기 흡음층의 치폭에 비전도성 물질을 충전한 후 소정의 크기로 다이싱하여 생성된 적어도 하나의 단일소자 IVUS 스택을 포함할 수 있다.
압전소자의 전면에는 상기 신호선 연결 영역을 포함하여 도금이 되어 있고, 상기 압전소자의 후면에는 상기 신호선 연결 영역을 제외하고 도금이 되어 있을 수 있다.
또한, 흡음층은 전기전도성을 가지며, 상기 압전소자와 동일한 형태이거나 상이한 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시예로써, IVUS 변환자를 이용한 영상 획득 시스템이 제공될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템은 대상체 내로 삽입 가능한 카테터; 상기 카테터를 구동하기 위한 카테터 구동부; 상기 카테터에 포함된 IVUS 변환자를 구동하기 위한 초음파 변환자 구동부; 상기 IVUS 변환자를 통하여 획득된 이미지를 영상화하기 위한 디스플레이부; 및 상기 카테터, 카테터 구동부, 초음파 변환자 구동부 및 디스플레이부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 IVUS 변환자는 상기 카테터의 말단에 배치 가능하고, 상기 카테터 구동부는 상기 카테터를 회전이동 시키기 위한 모터부 와 상기 카테터를 상기 대상체 내에서 소정의 속도로 후진시키기 위한 풀백시스템을 포함할 수 있다.
또한, 초음파 변환자 구동부는, 상기 제어부로부터 인가된 제어신호에 기초하여 상기 IVUS 변환자로 전송될 신호를 발생시키는 신호 발생부; 상기 발생된 신호를 증폭시키는 송신증폭부; 상기 IVUS 변환자로부터 수신된 신호를 증폭하기 위한 수신증폭부; 및 상기 증폭된 신호를 처리하기 위한 신호처리부를 포함하고, 상기 IVUS 변환자는 상기 카테터의 말단의 전면, 측면 또는 소정의 각도로 기울어져서 배치 가능하며, 상기 송신증폭부로부터 인가된 신호를 초음파로 변환하여 대상체로 조사하고 상기 대상체에서 반사된 초음파를 수신하며, 상기 IVUS 변환자로 전송될 신호는 상기 IVUS 변환자를 통하여 조사될 초음파의 중심 주파수 및 세기에 대한 정보를 포함하고, 상기 신호처리부로부터 전송된 이미지 신호에 기초하여 상기 디스플레이부를 통하여 상기 대상체의 이미지가 영상화될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
명세서 전체에서 "초음파 영상" 또는 "이미지"이란 초음파를 이용하여 획득된 대상체에 대한 영상을 의미한다. 대상체는 신체의 일부를 의미할 수 있다. 예를 들어, 대상체에는 간이나, 심장, 자궁, 뇌, 유방, 복부 등의 장기나 혈관, 태아 등이 포함될 수 있다.
명세서 전체에서 "사용자"는 의료전문가로서 의사, 간호사, 임상병리사, 의료영상 전문가 등이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 방법으로 제조된 IVUS 스택의 구조를 나타낸다.
도 1은 기존의 방법으로 제조한 IVUS 스택 구조로 (a)는 IVUS 스택의 측면도, (b)는 평면도를 나타낸다. 정합층(3)과 흡음층(5)을 각각 양극과 음극에 연결하는 방법을 사용하였으며, 정합층을 양극과 연결하기 위해 초음파 빔이 발생하는 면적 일부분에 전기전도성을 갖는 실버에폭시 같은 접착제(2)를 사용하여 신호선(1)을 부착하였다. 신호선을 연결하기 위해 초음파 빔이 발생하는 면적의 약 30 %에 전도성 접착제가 부착되어 있기 때문에 이로 인해 초음파 빔의 송수신 감도가 감소하고, 당초 설계된 사각형 혹은 원형의 구경이 훼손되므로 초음파 빔의 왜곡 현상이 초래될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혈관 내 초음파 (IVUS) 변환자의 제조 방법의 개략도이다.
본 발명은 효율적인 전극 연결 방법을 통해 초음파 빔이 발생하는 압전소자의 면적을 최대로 유지하여, 초음파 송수신 감도 및 초음파 빔의 왜곡 현상을 최소화하고 금/크롬 도금 과정과 같은 제조 공정을 생략함으로써 IVUS 변환자의 생산 공정 단순화 및 비용 절감에 적합한 제조 방법에 관한 것이다. 다시 말해서, 본 발명의 일 실시예에 따르면 초음파 빔의 감도 손실 및 빔의 왜곡현상을 방지하기 위해 초음파 빔이 발생하는 압전소자의 본래의 형태 (예컨대, 정사각형, 직사각형, 원형 또는 그 외의 다양한 형태)을 보전할 수 있도록 추가적인 신호선 부착 영역을 확보할 수 있다는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 혈관 내 초음파 (IVUS) 변환자의 제조 방법은 정합층, 압전소자, 흡음층을 적층하여 IVUS 스택을 생성하는 단계; 절삭기기를 이용하여 상기 IVUS 스택 중 상기 흡음층의 일부를 제거하는 서브다이싱 단계; 상기 서브다이싱을 통하여 생성된 상기 흡음층의 치폭에 비전도성 물질을 충전하는 단계; 및 상기 충전된 비전도성 물질의 경화 후, 상기 절삭기기를 이용하여 소정의 크기로 다이싱하여 적어도 하나의 단일소자 IVUS 스택을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
도 2에서와 같이 소정의 두께를 가진 정합층(3), 압전소자(4), 흡음층(5)으로 구성된 벌크 (Bulk) 형태의 IVUS 스택을 생성할 수 있다. 정합층(3), 압전소자(4), 흡음층(5)의 두께는 초음파 변환자의 성능 등에 기초하여 제조 단계에서 사용자의 의도에 따라 가변적으로 설정될 수 있다. 또한, 정합층(3)은 전기전도성을 가질 수 있다. 절삭기기를 사용하여 기계적인 서브다이싱 과정을 통해 정합층과 압전소자를 제외하고 흡음층만 제거된 치폭(7)을 형성할 수 있다. 이러한 절삭기기는 제 1 블레이드(6)를 포함할 수 있다. 기계적인 서브다이싱 과정은 레이저 서브다이싱이나 MEMS 기술로 대체될 수 있다. 특히 흡음층과 맞닿는 압전소자의 표면은 도금이 되어 있지 않는 것이 기본이며, 도금이 되어 있을 경우 치폭 형성 시 압전소자의 도금이 벗겨질 수 있도록 약간 깊이 다이싱 작업을 수행할 수 있어야 한다.
치폭 부분은 비전도성 물질(8)로 채워 복합체 구조를 만들 수 있다. 만들어진 복합체 구조는 서브다이싱으로 만든 치폭보다 좁은 폭을 갖는 제 2 블레이드(9)를 이용하여 컷팅 다이싱되며, 이를 통해 복합체 구조를 원하는 크기를 갖는 다수의 단일소자 IVUS 스택(10)으로 분할할 수 있다. 다시 말해서, 비전도성 물질이 충전된 치폭 영역에 대하여 충전재가 굳은 후에 컷팅 다이싱 작업을 통하여 사용자는 사용 목적에 적합한 크기를 갖는 복수의 단일소자 IVUS 스택들을 획득할 수 있다. 기계적인 다이싱은 레이저 다이싱, 혹은 MEMS 기술로 대체될 수 있다. 제 2 블레이드(9)를 이용하여 다이싱하는 위치는 신호선을 연결하기 위한 면적을 확보하기 위해 한 쪽으로 치우쳐진 위치 또는 치폭의 중앙이 되어도 무방하다. 흡음층과 비전도성 물질의 면적의 합은 압전소자 면적과 동일하고 비전도성 물질이 차지하고 있는 면적에 해당하는 압전소자 일부분은 한 쪽 면이 전극에 연결되어 있지 않기 때문에 전기적 신호가 인가되더라도 동작을 하지 않게 된다. 따라서 동작하지 않는 압전소자 면적은 신호선을 연결하는 면적으로 활용할 수 있으며, 실제 동작하는 압전소자 영역 (예컨대, 정사각형, 직사각형, 원형 또는 그 외의 다양한 형태)을 침범하지 않고 신호선을 연결함으로써 IVUS 초음파 감도 감소와 빔의 왜곡현상을 방지하고 금/크롬 도금 과정 생략을 통해 생산비 절감 효과를 달성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 단일소자 IVUS 스택에서 압전소자의 전면부에는 전도성 물질로 구성된 정합층이 부착되어 있거나 정합층이 없는 경우 압전소자 전면부의 상기 치폭에 상응하는 영역에는 도금이 되어 있고, 단일소자 IVUS 스택에서 압전소자의 후면부에는 도금이 되어있지 않거나 초음파 빔의 발생을 위하여 압전소자가 구동될 영역에만 도금이 되어 있고, 상기 후면부의 상기 치폭에 상응하는 영역에는 도금이 되어 있지 않으며 비전도성 물질로 충전되어 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 단일소자 IVUS 스택의 전면부의 상기 치폭에 상응하는 영역에 전기전도성 물질을 이용하여 신호선을 연결하는 단계; 및 흡음층에 전기전도성 물질을 이용하여 음극선을 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 신호선은 상기 전기전도성 물질을 이용하여 상기 정합층에 연결되고, 정합층이 없는 경우 압전소자에 직접 연결된다. 상기 음극선은 상기 전기전도성 물질을 이용하여 상기 흡음층, 하우징 또는 회전 샤프트에 연결될 수 있다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 IVUS 변환자의 제조 방법에 의하여 제조 가능한 IVUS 변환자의 예시적인 구조를 도시한다. 다시 말해서, 도 3 내지 도 5는 도 2와 같은 방법으로써 제조된 단일소자 IVUS 스택에 신호선 및 음극선을 연결한 다양한 형태의 스택들을 나타낸다. 도 3 내지 도 5는 (a) IVUS 스택 및 (b) 평면도, (c) 정합층을 제외한 평면도, (d) 정합층 및 압전소자를 제외한 평면도를 나타낸다.
단일소자 IVUS 스택과 흡음층은 동일한 형태이거나 상이한 형태일 수 있다. 도 3에서와 같이 IVUS 스택은 사각기둥 형태를 가질 수 있으며, 흡음층 측면에 비전도성 물질이 위치할 수 있다. 또한, 도 4에서와 같이 IVUS 스택은 원기둥 형태를 가질 수 있고, 흡음층 복합체는 중앙에 전기전도성을 갖는 원형 흡음층이 위치하고 링 형태의 비전도성 물질이 흡음층을 감싸고 있는 형태로 제조될 수 있다. 또한, IVUS 스택은 도 5에서와 같이 사각기둥 형태를 가질 수 있다. 흡음층 복합체는 원형의 흡음층이 중앙에 위치하고 흡음층 외부를 사각형태의 비전도성 물질이 싸고 있는 형태를 가질 수 있다. 또한, 도 3 내지 도 5 외에도 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 이용하여 서브다이싱 및 다이싱 방법에 따라 다양한 형태의 흡음층 복합체 및 IVUS 스택 구조를 가지도록 제조할 수 있다. 즉 IVUS 변환자의 동작 영역은 흡음층의 모양과 밀접한 관계에 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 IVUS 변환자의 제조 방법에 의하여 제조 가능한 IVUS 변환자의 예시적인 구조를 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 IVUS 변환자의 제조 방법은 생성된 적어도 하나의 단일소자 IVUS 스택에 대하여 프레스트 포커싱 (Pressed focusing)하거나 오목렌즈 또는 볼록렌즈를 결합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 6의 (a)처럼 표면이 평면의 형태를 가질 경우 초음파 빔의 감도 및 영상의 해상도가 저하될 수도 있으므로, 도 6의 (b)와 같이 프레스트 포커싱 (Pressed focusing) 기법을 사용한 집속화 방법이 사용될 수 있다. 또한, 도 6의 (c)와 (d) 처럼 오목렌즈(11) 및 볼록렌즈(28)가 더 설치될 수 있다. 이렇게 초음파 집속을 위한 기능 추가 시에도 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 적용시키면 설계 시 기대했던 IVUS 변환자의 성능을 그대로 유지 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 IVUS 스택과 하우징의 결합을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 IVUS 스택은 도 7에서와 같이, 하우징(14)에 배치될 수 있다. IVUS 스택을 하우징에 고정하기 위해 전기전도성을 갖는 실버 에폭시 등과 같은 물질(2)이 사용될 수 있다. 단일소자 IVUS 스택은 상기 하우징과 결합 시 전면, 측면 또는 소정의 각도로 기울어진 위치에 배치될 수 있다. IVUS 스택은 카테터의 하우징 측면에 위치하며, 혈관의 전 방향과 측 방향 사이를 보기 위해 소정의 각도로 배치될 수 있다. 예를 들어, IVUS 스택은 45도 기울어져 배치될 수 있지만 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 전기전도성을 갖는 흡음층은 전기전도성을 갖는 물질(2)을 사용해서 하우징과 부착되며 하우징은 회전 샤프트(12)와 연결되어 있으므로 음극선을 흡음층, 하우징, 또는 회전 샤프트 중 어느 하나에만 연결시키면 변환자를 구동시킬 수 있다. 동축 케이블의 신호선(1)과 음극선(13)은 하우징과 연결된 회전 샤프트 내부에 위치하며, 혈관 내벽 영상을 얻기 위해 IVUS 변환자는 360도로 회전 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 혈관 내 초음파 (IVUS) 변환자는, 전술한 바와 같이, 상기 IVUS 변환자는 정합층, 압전소자 및 흡음층을 포함하고, 상기 IVUS 변환자의 신호선 연결 영역은 상기 압전소자에 의한 초음파 빔 발생 영역과 중첩되지 않도록 제조될 수 있다.
또한, 상기 IVUS 변환자는 정합층, 압전소자, 흡음층을 적층하여 생성된 IVUS 스택 중 상기 흡음층의 일부를 제거함으로써 생성된 상기 흡음층의 치폭에 비전도성 물질을 충전한 후 소정의 크기로 다이싱하여 생성된 적어도 하나의 단일소자 IVUS 스택을 포함할 수 있다.
압전소자의 전면에는 상기 신호선 연결 영역을 포함하여 도금이 되어 있고, 상기 압전소자의 후면에는 상기 신호선 연결 영역을 제외하고 도금이 되어 있을 수 있다. 흡음층은 전기전도성을 가지며, 상기 압전소자와 동일한 형태이거나 상이한 형태일 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 IVUS 변환자를 이용한 영상 획득 시스템의 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 IVUS 변환자를 이용한 영상 획득 시스템은 대상체 내로 삽입 가능한 카테터; 상기 카테터를 구동하기 위한 카테터 구동부; 상기 카테터에 포함된 IVUS 변환자를 구동하기 위한 초음파 변환자 구동부; 상기 IVUS 변환자를 통하여 획득된 이미지를 영상화하기 위한 디스플레이부; 및 상기 카테터, 카테터 구동부, 초음파 변환자 구동부 및 디스플레이부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 IVUS 변환자는 상기 카테터의 말단에 배치 가능하고, 상기 카테터 구동부는 상기 카테터를 회전이동 시키기 위한 모터부와 상기 카테터를 상기 대상체 내에서 소정의 속도로 후진시키기 위한 풀백시스템을 포함할 수 있다.
초음파 변환자 구동부는, 제어부로부터 인가된 제어신호에 기초하여 상기 IVUS 변환자로 전송될 신호를 발생시키는 신호 발생부; 상기 발생된 신호를 증폭시키는 송신증폭부; 상기 IVUS 변환자로부터 수신된 신호를 증폭하기 위한 수신증폭부; 및 상기 증폭된 신호를 처리하기 위한 신호처리부를 포함하고, 상기 IVUS 변환자는 상기 카테터의 말단의 전면, 측면 또는 소정의 각도로 기울어져서 배치 가능하며, 상기 송신증폭부로부터 인가된 신호를 초음파로 변환하여 대상체로 조사하고 상기 대상체에서 반사된 초음파를 수신하며, 상기 IVUS 변환자로 전송될 신호는 상기 IVUS 변환자를 통하여 조사될 초음파의 중심 주파수 및 세기에 대한 정보를 포함하고, 상기 신호처리부로부터 전송된 이미지 신호에 기초하여 상기 디스플레이부를 통하여 상기 대상체의 이미지가 디스플레이될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 IVUS 변환자는 디스플레이부(16), 제어부(17), 초음파 변환자 구동부(18), 카테터 구동부(19), 카테터(26)를 포함할 수 있다. 먼저, 혈관 등의 대상체 내로 삽입된 카테터는 영상을 획득하고자 하는 대상체의 내부에 위치될 수 있다. 제어부는 신호발생부 (20)를 제어하여, 초음파 변환자(27)를 통해 초음파 변환자의 중심주파수 및 세기에 대응하는 전기적 송신신호를 발생시키고, 송신된 신호는 송신증폭부 (21)에서 증폭되어 초음파 변환자(27)에 인가될 수 있다. 인가된 신호는 초음파로 변환되어 대상체에 조사될 수 있다. 대상체로부터 반사된 초음파는 변환자를 통해 전기적 수신신호로 변환되며, 수신증폭부를 통해 증폭되고, 신호처리부(23)를 거처 디스플레이부에서 이미지로써 나타날 수 있다. 디스플레이부(16)는 예를 들어 CRT 모니터, LCD 모니터, LED 모니터 등이 사용될 수 있다. 카테터 구동부는 모터부(24)와 풀백시스템(25)으로 구성되며, 모터부를 통해 카테터를 360도 회전이동 시킬 수 있고, 풀백시스템을 통해 카테터를 혈관 내에서 일정한 속도로 후진 시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 장치 등과 관련하여서는 전술한 방법에 대한 내용이 적용될 수 있다. 따라서, 장치 등과 관련하여, 전술한 방법에 대한 내용과 동일한 내용에 대하여는 설명을 생략하였다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 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.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (13)

  1. 혈관 내 초음파(IVUS) 변환자의 제조 방법에 있어서,
    정합층, 압전소자, 흡음층을 적층하여 IVUS 스택을 생성하는 단계;
    절삭기기를 이용하여 상기 IVUS 스택 중 상기 흡음층의 일부를 제거하는 서브다이싱 단계;
    상기 서브다이싱을 통하여 생성된 상기 흡음층의 치폭에 비전도성 물질을 충전하는 단계; 및
    상기 충전된 비전도성 물질의 경화 후, 상기 절삭기기를 이용하여 소정의 크기로 다이싱하여 적어도 하나의 단일소자 IVUS 스택을 생성하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단일소자 IVUS 스택의 전면부에는 전도성 물질로 구성된 정합층이 부착되어 있거나, 상기 정합층이 없을 경우 상기 압전소자의 전면부의 상기 치폭에 상응하는 영역에는 도금이 되어 있고,
    상기 단일소자 IVUS 스택에서 상기 압전소자의 후면부는 도금이 안되어 있거나 초음파 빔의 발생을 위하여 상기 압전소자가 구동될 영역에만 도금이 되어 있고, 상기 후면부의 상기 치폭에 상응하는 영역에는 도금이 되어 있지 않으며 비전도성 물질로 충전되어 있는 것인 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 단일소자 IVUS 스택의 전면부의 상기 치폭에 상응하는 영역에 전기전도성 물질을 이용하여 신호선을 연결하는 단계; 및
    상기 흡음층에 전기전도성 물질을 이용하여 음극선을 연결하는 단계를 더 포함하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 신호선은 상기 전기전도성 물질을 이용하여 상기 정합층에 연결되거나 정합층이 없을 경우 상기 압전소자의 전면부에 직접 연결되고, 상기 음극선은 상기 전기전도성 물질을 이용하여 상기 흡음층, 하우징 또는 회전 샤프트에 연결 가능한 것인 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 단일소자 IVUS 스택과 상기 흡음층은 동일한 형태이거나 상이한 형태인 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 생성된 적어도 하나의 단일소자 IVUS 스택에 대하여 프레스트 포커싱 (Pressed focusing)하거나 오목렌즈 또는 볼록렌즈를 결합하는 단계를 더 포함하는 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 단일소자 IVUS 스택은 상기 하우징과 결합 시 전면, 측면 또는 소정의 각도로 기울어진 위치에 배치 가능한 것인 방법.
  8. 혈관 내 초음파(IVUS) 변환자에 있어서,
    상기 IVUS 변환자는 정합층, 압전소자 및 흡음층을 포함하고,
    상기 IVUS 변환자의 신호선 연결 영역은 상기 압전소자에 의한 초음파 빔 발생 영역과 중첩되지 않는 것인 IVUS 변환자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 IVUS 변환자는 정합층, 압전소자, 흡음층을 적층하여 생성된 IVUS 스택 중 상기 흡음층의 일부를 제거함으로써 생성된 상기 흡음층의 치폭에 비전도성 물질을 충전한 후 소정의 크기로 다이싱하여 생성된 적어도 하나의 단일소자 IVUS 스택을 포함하는 IVUS 변환자.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 압전소자의 전면에는 상기 신호선 연결 영역을 포함하여 도금이 되어 있고, 상기 압전소자의 후면에는 도금이 되어있지 않거나 상기 신호선 연결 영역을 제외하고 도금이 되어 있는 것인 IVUS 변환자.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 흡음층은 전기전도성을 가지며, 상기 압전소자와 동일한 형태이거나 상이한 형태인 IVUS 변환자.
  12. IVUS 변환자를 이용한 영상 획득 시스템에 있어서,
    대상체 내로 삽입 가능한 카테터;
    상기 카테터를 구동하기 위한 카테터 구동부;
    상기 카테터에 포함된 IVUS 변환자를 구동하기 위한 초음파 변환자 구동부;
    상기 IVUS 변환자를 통하여 획득된 이미지를 영상화하기 위한 디스플레이부; 및
    상기 카테터, 카테터 구동부, 초음파 변환자 구동부 및 디스플레이부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 IVUS 변환자는 상기 카테터의 말단에 배치 가능하고,
    상기 카테터 구동부는 상기 카테터를 회전이동 시키기 위한 모터부 와 상기 카테터를 상기 대상체 내에서 소정의 속도로 후진시키기 위한 풀백시스템을 포함하는 IVUS 변환자를 이용한 영상 획득 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 초음파 변환자 구동부는,
    상기 제어부로부터 인가된 제어신호에 기초하여 상기 IVUS 변환자로 전송될 신호를 발생시키는 신호 발생부;
    상기 발생된 신호를 증폭시키는 송신증폭부;
    상기 IVUS 변환자로부터 수신된 신호를 증폭하기 위한 수신증폭부; 및
    상기 증폭된 신호를 처리하기 위한 신호처리부를 포함하고,
    상기 IVUS 변환자는 상기 카테터의 말단의 전면, 측면 또는 소정의 각도로 기울어져서 배치 가능하며, 상기 송신증폭부로부터 인가된 신호를 초음파로 변환하여 상기 대상체로 조사하고 상기 대상체에서 반사된 초음파를 수신하며,
    상기 IVUS 변환자로 전송될 신호는 상기 IVUS 변환자를 통하여 조사될 초음파의 중심 주파수 및 세기에 대한 정보를 포함하고,
    상기 신호처리부로부터 전송된 이미지 신호에 기초하여 상기 디스플레이부를 통하여 상기 대상체의 이미지가 영상화되는 IVUS 변환자를 이용한 영상 획득 시스템.
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