WO2018004026A1 - Hifu를 이용한 초음파 치료 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

Hifu를 이용한 초음파 치료 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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WO2018004026A1
WO2018004026A1 PCT/KR2016/006903 KR2016006903W WO2018004026A1 WO 2018004026 A1 WO2018004026 A1 WO 2018004026A1 KR 2016006903 W KR2016006903 W KR 2016006903W WO 2018004026 A1 WO2018004026 A1 WO 2018004026A1
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WO
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conversion element
hifu
conversion elements
array type
hifu transducer
Prior art date
Application number
PCT/KR2016/006903
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French (fr)
Inventor
송태경
김필수
박지원
배수아
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서강대학교 산학협력단
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Publication date
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61N7/00—Ultrasound therapy
    • A61N7/02—Localised ultrasound hyperthermia
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61N7/00—Ultrasound therapy
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    • A61N7/00—Ultrasound therapy
    • A61N2007/0078—Ultrasound therapy with multiple treatment transducers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N7/00—Ultrasound therapy
    • A61N2007/0086—Beam steering
    • A61N2007/0095—Beam steering by modifying an excitation signal

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic technology for noninvasive treatment, in particular an ultrasonic therapy apparatus for controlling the ultrasonic transducer assembly for performing the treatment using high intensity focused ultrasound (HIFU) and such
  • the present invention relates to a method for controlling a plurality of ultrasound transducers provided in an ultrasound therapy apparatus.
  • HIFU High Intensity Focused Ultrasound
  • Ultrasound tumor treatment devices generally employ spherical focusing. Ultrasonic waves emitted from all points are focused toward the center of the sphere. An emitter on the ultrasound therapy device emits ultrasound from the outside of the body to the inside of the body, which is focused during emission and transmission to form a high energy focus point. Thus, high intensity and continuous ultrasound energy is applied to the lesion area of the patient.
  • transducer that can reduce the size of the grating lobe in implementing high intensity focused ultrasound.
  • the technical problem to be solved by the embodiments of the present invention is to minimize the occurrence of grating lobes due to beam focusing in the area unintentional to the operator when trying to necrotic the lesion through high-intensity focused ultrasound therapy, As long-term treatment is continued, it is intended to solve the problem that the efficiency of ultrasonic treatment is lowered by the ultrasonic injection damage accumulated in normal tissues.
  • an ultrasound therapy apparatus employing an electrical control technique according to an embodiment of the present invention, an array type HIFU transducer having a plurality of HIFU (High intensity focused ultrasound) conversion element; And a control unit which selects and drives a part of the conversion elements of the array type HIFU converter and controls to treat tissue in the focused area by generating heat energy by irradiating an ultrasonic signal to a target through the driven active conversion element. After a predetermined time has elapsed, the conversion element selected such that the combination of conversion elements is different is driven as a new active conversion element replacing the active conversion element.
  • HIFU High intensity focused ultrasound
  • the control unit changes the combination of the conversion element constituting the active conversion element over time, but the beam through the conversion element included in the combination before the change
  • the beam focusing through the conversion element included in the combination of focusing and change is controlled so that the positions of the main lobes are the same and the positions of the grating lobes are different from each other.
  • the apparatus may further include a storage unit which generates and stores a plurality of combinations of conversion elements having the same position of the main lobe and different grating lobes in advance, and the controller sequentially reads out combinations of the conversion elements stored in the storage unit. It is possible to drive as an active conversion element by replacing every predetermined time interval.
  • control unit is a combination of the conversion elements constituting the active conversion element so that the distance between the conversion element from the center of the array type HIFU transducer changes over time Can be changed.
  • the active conversion element is arranged randomly on the array type HIFU transducer, or arranged to form a sparse array, It may be selected from among conversion elements arranged to form a Fermat's spiral, arranged to form a concentric ring, or symmetrically arranged about one reference axis.
  • the ultrasonic treatment method adopting the electrical control technique according to an embodiment of the present invention, (a) the conversion element of the array type HIFU transducer having a plurality of HIFU (High intensity focused ultrasound) conversion element Selecting and driving some of them; (b) treating tissue in the focused region by generating heat energy by irradiating an ultrasonic signal to the object through the driven active conversion element; (c) after a predetermined time has elapsed, selecting a conversion element so that the combination of conversion elements is different and driving it as a new active conversion element replacing the active conversion element; And (d) treating the tissue in the focusing region using the driven new active conversion element.
  • HIFU High intensity focused ultrasound
  • the step (c) comprises the steps of selecting a new active conversion element by changing the combination of the conversion element constituting the active conversion element; And stopping the operation of the existing active conversion element and driving the new active conversion element, the beam focusing through the conversion element included in the combination after the conversion and the beam element through the conversion element included in the combination before the change.
  • the positions of the main lobes are controlled to be the same and the positions of the grating lobes are different from each other.
  • the method may further include generating and storing a plurality of combinations of conversion elements having the same position as the main lobe and having different positions of the grating lobe, and the step (c) may include sequentially combining the combinations of the previously stored conversion elements. It can be read out and replaced at predetermined time intervals to drive as an active conversion element.
  • the step (c) is a conversion that configures the active conversion element so that the distance between the conversion element from the center of the array type HIFU transducer changes over time The combination of elements can be changed.
  • the active conversion element selected through the steps (a) and (c) is randomly on the array type HIFU transducer Arranged to form a sparse array, arranged to form a Fermat's spiral, arranged to form a concentric ring, or arranged symmetrically about one reference axis. It can be selected from the conversion elements.
  • an ultrasound therapy apparatus employing a mechanical control technique according to another embodiment of the present invention, an array type HIFU transducer having a plurality of HIFU (High intensity focused ultrasound) conversion element; A control unit which drives the conversion element of the array type HIFU transducer and irradiates an ultrasonic signal to a target to generate heat energy to treat tissue in the focused area; And a rotating part rotating the arrayed HIFU transducer while maintaining a plane facing the object.
  • HIFU High intensity focused ultrasound
  • the rotating unit by rotating the arrayed HIFU transducer with respect to the center of the arrayed HIFU transducer, by grating lobe over time You can constantly change the position of.
  • the control unit when the focus region according to the beam focusing position is located on the axis of rotation of the rotating unit, the control unit is focused on the beam regardless of the rotation of the array type HIFU transducer
  • the location of the main lobe can be fixed to the subject to change the signal without changing the signal.
  • the control unit when the focus area according to the beam focusing is not located on the axis of rotation of the rotating unit, the control unit, the focusing position according to the rotation of the array type HIFU transducer
  • the beam focusing signal of each of the conversion elements of the arrayed HIFU transducer may be controlled so that the changing main lobe is located at the object to be treated.
  • the conversion element is randomly arranged on the arrayed HIFU transducer, arranged to form a sparse array, or a Fermat It may be arranged to form a Fermat's spiral, or to form a concentric ring, or symmetrically about one reference axis.
  • control unit is configured to drive all or part of the conversion element of the array type HIFU transducer, and formed by the driven conversion element when a portion of the conversion element is driven
  • the focus area according to the beam focusing may be located on the rotation axis of the rotating unit.
  • the ultrasonic treatment method employing a mechanical control technique according to another embodiment of the present invention, (a) the conversion element of the array type HIFU transducer having a plurality of HIFU (High intensity focused ultrasound) conversion element Treating the tissue in the focusing region by driving the laser beam and irradiating an ultrasonic signal to the object to generate thermal energy; And (b) rotating the arrayed HIFU transducer while maintaining a plane opposite the object, thereby continuously changing the position of the grating lobe over time.
  • HIFU High intensity focused ultrasound
  • step (b) when the focus area according to the beam focusing is located on the axis of rotation of the rotating unit, step (b) is independent of the rotation of the array type HIFU transducer In order to treat the position of the main lobe without changing the beam focusing signal, it may be fixed to the object.
  • step (b) is, in accordance with the rotation of the array type HIFU transducer
  • the beam focusing signal of each of the conversion elements of the arrayed HIFU transducer may be controlled so that the main lobe whose focusing position is changed is positioned on the object to be treated.
  • step (b) when a part of the conversion element is driven through the step (a), step (b) is to the beam focusing formed by the driven conversion element
  • the focal region can be controlled to be positioned on the rotation axis of the rotating unit.
  • Embodiments of the present invention continuously change the position of the grating lobe while fixing the position of the main lobe, thereby suppressing side effects of concentrating ultrasound by the grating lobe in unintended areas and damaging normal tissues, while patients are being treated.
  • the pain felt can be alleviated, and not only can reduce the risk of burns on the skin in contact with the transducer, but also reduce the cooling time of the transducer to enable efficient ultrasound therapy.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a HIFU transformer structure implemented by a lean array structure.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a beam pattern generated in an HIFU transformer employing an array structure such as a lean array technique.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating an ultrasound therapy apparatus employing an electrical control technique for changing the position of a grating lobe according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a beam pattern generated by the ultrasound therapy apparatus of FIG. 3 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flow chart illustrating an ultrasound therapy method employing an electrical control technique for varying the position of the grating lobe in accordance with one embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a process of sequentially driving an active conversion device through an electrical control technique according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a graph illustrating a beam pattern generated through an electrical control technique according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating an ultrasound therapy apparatus employing a mechanical control technique for changing the position of the grating lobe according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view illustrating a process of changing the position of the conversion element with the passage of time through a mechanical control technique according to another embodiment of the present invention.
  • FIGS. 10 and 11 are flow charts illustrating an ultrasound therapy method employing a mechanical control technique to change the position of the grating lobe in accordance with another embodiment of the present invention.
  • Ultrasound therapy apparatus an array type HIFU transducer having a plurality of HIFU (High intensity focused ultrasound) conversion element; And a control unit which selects and drives a part of the conversion elements of the array type HIFU converter and controls to treat tissue in the focused area by generating heat energy by irradiating an ultrasonic signal to a target through the driven active conversion element. After a predetermined time has elapsed, the conversion element selected such that the combination of conversion elements is different is driven as a new active conversion element replacing the active conversion element.
  • HIFU High intensity focused ultrasound
  • High intensity focused ultrasound is a non-invasive treatment technique that irradiates human tissue with high-intensity ultrasound and necrosis lesion tissue such as cancer in human tissue, using multiple transducers placed in the probe. After converting the electrical signal into an ultrasonic signal, the ultrasonic signal is irradiated into the human body.
  • HIFU generally focuses on the area to be treated with a higher intensity ultrasound signal than used for ultrasound imaging and irradiates a number of times, thereby necrosing the lesion tissue. The irradiated energy is converted into thermal energy and causes coagulative necrosis by raising the tissue located in the focal region of the ultrasonic wave to a high temperature.
  • the HIFU transducer used in the treatment is made by attaching an ultrasonic transducer of tens or hundreds of disks or polygonal plates to a concave frame having a focal length radius.
  • Such transducers are called array transducers, which can cause the occurrence of unintended ultrasonic energy concentrations in areas other than the focal point, depending on the position and shape of the transducer.
  • a grating lobe Focusing in this unintended area is called a grating lobe, which can cause local heating in unintended areas in HIFU treatment.
  • This heating by the grating lobe is one of the side effects that occur frequently during HIFU treatment, causing serious problems such as pain or necrosis of normal tissues.
  • the steering angle becomes wider during the ultrasonic transmission and reception using the array type transducer, the effect of the grating lobe is greatly generated. Accordingly, in order to avoid the effect of the grating lobe during HIFU treatment, the electric steering range of the ultrasound is limited, and thus the physical movement of the transducer is required, resulting in a problem in that the treatment efficiency decreases while the treatment time becomes long.
  • a cooling process is performed in the middle of treatment, which also increases the treatment time and decreases the treatment efficiency.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a HIFU transducer structure implemented by a lean array structure. Although the size of the grating lobe can be reduced through these methods, the side face of the grating lobe occurs in a wider area.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a beam pattern generated in an HIFU transducer adopting an array structure such as a lean array technique. Referring to FIG. 2, a substantial treatment centering on a focal point beam formed from the HIFU transducer 10 is illustrated. In addition to the main lobe that performs the operation, the location of the grating lobe formed in the unintentional region may be checked.
  • embodiments of the present invention can reduce the size of the grating lobe that accumulates as the treatment continues by fixing the position of the main lobe to the focal region and continuously changing the position of the grating lobe during the treatment.
  • Substantial control methods can be broadly classified into electrical control methods and mechanical control methods.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating an ultrasound therapy apparatus employing an electrical control technique for changing the position of a grating lobe according to one embodiment of the invention.
  • the array type HIFU transducer 10 has a plurality of high intensity focused ultrasound (HIFU) transducers, and the number of transducers in the frame is greater than the number of active ultrasonic transducers operating at one time point. Or irregularly arranged structures. That is, instead of simultaneously driving all the conversion elements of the array type HIFU transducer 10, some of them are driven to utilize the beam focusing.
  • HIFU high intensity focused ultrasound
  • the active conversion element 13 of the first group selects three conversion elements
  • the active conversion element 15 of the second group selects three conversion elements of different combinations. can confirm.
  • the first group and the second group are driven at different time points, and the combination of the conversion elements included in each group is different from each other, and it is not necessary that all of the individual conversion elements overlap.
  • one conversion element (indicated by hatching) among the first group 13 and the second group 15 is commonly included.
  • an active conversion element driven at one time point is arranged to form a random array, to form a sparse array, or to form a Fermat's spiral on the array type HIFU transducer. Or a conversion element arranged to form a concentric ring or symmetrically disposed (ie, semi-randomly arranged) about one reference axis.
  • the controller 30 selects and drives a part of the conversion elements of the array type HIFU transducer 10 and generates heat energy by irradiating an ultrasonic signal to a target through the driven active conversion element to treat tissue in the focused area. To control. In addition, the controller 30 drives the conversion element selected so that the combination of the conversion elements is different as a new active conversion element replacing the active conversion element after a predetermined time elapses.
  • This control scheme is intended to fix the position of the main lobe in the focal region in the beam focusing process for the ultrasound treatment, but to continuously change the position of the grating lobe.
  • control unit 10 changes the combination of the conversion element constituting the active conversion element over time, the conversion element included in the combination of the beam focusing and the change through the conversion element included in the combination before the change
  • the beam focusing through the control unit controls each of the conversion elements such that the positions of the main lobes are the same and the positions of the grating lobes are different from each other. That is, as the treatment continues, the formation position of the grating lobe is changed by changing the combination of active conversion elements to minimize the damage accumulated by the grating lobe rather than the main lobe.
  • the ultrasound treatment apparatus of FIG. 3 may further include a storage unit 40 which generates and stores a plurality of combinations of conversion elements having the same position of the main lobe and different grating lobes as presets as presets. have.
  • the controller 30 may sequentially read the combination of the conversion elements stored in the storage unit 40 and replace them at predetermined time intervals to drive the active conversion elements.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a beam pattern generated by the ultrasound therapy apparatus of FIG. 3 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, it is assumed that a plurality of combinations of active conversion elements are provided to be replaced and driven according to time. The position of the main lobe is fixed by the change of the active conversion element, but the position of the grating lobe is changed. Shows that it is constantly changing. This control prevents the accumulation of damage due to the continuous operation of the grating lobe.
  • Equation 1 the beam pattern of the point where the ultrasound is focused according to azimuth and depth is expressed by Equation 1 below.
  • x represents the position of the azimuth angle
  • ⁇ represents the steering angle
  • D represents the aperture of the entire transducer
  • R 0 represents the distance from the center of the transducer to the focal point
  • ⁇ represents the wavelength of the ultrasonic wave.
  • d n represents the distance between the n-th converter from the center of the converter.
  • d n which determines the position of the grating lobe
  • d n changes hourly by changing the position of the active conversion element with time.
  • the position of the main lobe which is the focal point desired by the operator, is located in the same area even if d n changes, the position of the grating lobe changes according to d n . Therefore, by using the proposed technique, the effect of the cumulative grating lobe can be reduced by changing the position of the grating lobe over time.
  • the control unit is active conversion element so that the distance between the conversion element from the center of the array type HIFU transducer 10 changes over time It is preferable to change the combination of the conversion elements that constitute.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an ultrasonic treatment method employing an electrical control technique for changing a position of a grating lobe according to an exemplary embodiment of the present invention, wherein the operation of each component of the ultrasonic treatment apparatus of FIG. Thermally reconstituted. Therefore, we will outline each implementation step here to avoid duplication of explanation.
  • the tissue in the focusing region is treated by generating heat energy by irradiating an ultrasonic signal to the object through the driven active conversion element.
  • the replacement condition of the active conversion element is satisfied.
  • a time condition is set as an alternative condition. If the replacement condition of the active conversion element is not satisfied, that is, a predetermined time has not elapsed, the treatment is continued in step S520.
  • step S530 the converter is selected so that the combination of the converters is different and is driven as a new active converter to replace the active converter.
  • the tissue in the focusing region is treated using a new active conversion element driven.
  • a new active conversion element is selected by changing the combination of conversion elements constituting the active conversion element, the operation of the existing active conversion element is stopped, and the new active conversion element is driven.
  • the beam focusing through the conversion element included in the combination before the change and the beam focusing through the conversion element included in the combination after the change have the same position of the main lobe and different positions of the grating lobes. To be controlled.
  • step S530 it is preferable to change the combination of the conversion elements constituting the active conversion element so that the distance between the conversion elements is changed from the center of the array type HIFU converter over time.
  • the active conversion elements selected through the steps S510 and S530 are arranged randomly on the array type HIFU transformer, arranged to form a sparse array, or Fermat's. It may be selected from among transducers arranged to form a spiral, arranged to form a concentric ring, or arranged symmetrically (ie, semi-randomly arranged) about one reference axis.
  • the ultrasound treatment method employing the electrical control method according to an embodiment of the present invention at least before step S530, in advance by generating a plurality of combinations of the conversion element of the same position of the main lobe and different positions of the grating lobe
  • the process may further include storing.
  • the combination of the prestored conversion elements may be sequentially read and replaced at predetermined time intervals to be driven as an active conversion element.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a process of sequentially driving an active conversion device through an electrical control technique according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 illustrates a process of driving a conversion device or changing a combination thereof over time. .
  • the combination of the active conversion elements selected from (A) ⁇ (B) ⁇ (C) is changed.
  • the ultrasound is scanned to change the position of the conversion element activated during the ultrasound treatment and focus on the focal region, so that the main lobe is equally positioned on the focal region even when the combination of the conversion elements is changed.
  • the position and spacing of the selected conversion element is changed, the area of the grating lobe is changed accordingly.
  • FIG. 7 is a graph illustrating a beam pattern generated through an electrical control technique according to an embodiment of the present invention.
  • the focal point is as described in Equation 1 described above.
  • the main lobe with the largest signal is formed.
  • a grating lobe is formed in which the signal is smaller in magnitude than the main lobe.
  • the active conversion element to change the distance between the conversion element from the center of the HIFU transducer to change the position ( k ) of the grating lobe, damage to the area other than the main lobe, which is the focusing point, can be reduced.
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating an ultrasound therapy apparatus employing a mechanical control technique for changing the position of the grating lobe according to another embodiment of the present invention.
  • the array type HIFU transducer 10 has a plurality of HIFU (High intensity focused ultrasound) transducer elements. At this time, the array type HIFU transducer 10 utilized in the mechanical control technique of Figure 8, the conversion element is regularly or irregularly located in the frame, the total number of conversion elements and the number of conversion elements are activated at one time The same or more is preferred. Among these, when all the conversion elements are driven at the same time (that is, all conversion elements are active conversion elements), the complexity of the system can be reduced relatively compared to the electrical control technique shown in FIG. Thereby a separate means (rotating structure) for changing the position of the grating lobe must be provided.
  • HIFU High intensity focused ultrasound
  • the conversion element is arranged randomly on the array type HIFU transducer 10, arranged to form a sparse array, or arranged to form a Fermat's spiral, It may be arranged to form a concentric ring, or symmetrically disposed (ie, semi-randomly arranged) about one reference axis.
  • the control unit 30 controls to treat the tissue in the focused area by driving the conversion element of the array type HIFU transducer 10 and irradiating an ultrasonic signal to the object to generate thermal energy.
  • the control unit 30 drives all or a part of the conversion elements of the array type HIFU transducer 10, and when a part of the conversion elements is driven, an electric control technique for changing the combination of the conversion elements constituting the active conversion element.
  • an electric control technique for changing the combination of the conversion elements constituting the active conversion element.
  • the rotating unit 50 is a means for rotating the array type HIFU transducer 10 while maintaining a plane facing the object.
  • the rotating unit 50 rotates the array type HIFU transducer 10 with respect to the center of the array type HIFU transducer 10, thereby continuously positioning the grating lobe over time. Play a role of change.
  • FIG. 9 is a view illustrating a process of changing the position of the conversion element with the passage of time through a mechanical control technique according to another embodiment of the present invention.
  • the rotation unit 50 supporting the array type HIFU transducer rotates with time, it is possible to obtain an effect of changing the combination of the HIFU transducer's conversion elements based on the treatment target. That is, although there is no change in the active conversion element driven on the array type HIFU transducer, the position of the grating lobe is changed by rotating the array type HIFU transducer itself.
  • the correlation between the focus region, the main lobe, and the rotation axis according to the beam focus may be a problem. That is, the description will be made by dividing the case of 'on-axis' where the focus area is located on the rotation axis and the case of 'off-axis' where the focus area is not located on the rotation axis.
  • the controller treats the position of the main lobe without changing the beam focusing signal regardless of the rotation of the array type HIFU transducer. Can be fixed to the target.
  • the control unit is positioned on the main lobe whose focusing position changes according to the rotation of the array type HIFU transducer. It is preferable to control the beam focusing signal of each of the conversion elements of the array type HIFU transformer.
  • FIGS. 10 and 11 are flow charts illustrating an ultrasonic treatment method employing a mechanical control technique for changing the position of the grating lobe according to another embodiment of the present invention, wherein each of the components of the ultrasonic treatment apparatus of FIG. The motion was reconstructed time series. Therefore, we will outline each implementation step here to avoid duplication of explanation.
  • the tissue in the focusing region is treated by driving the transducers of the array type HIFU transducers having a plurality of HIFU (High intensity focused ultrasound) transducers and irradiating the ultrasonic signals to the target to generate thermal energy.
  • HIFU High intensity focused ultrasound
  • step S1020 by rotating the array type HIFU while maintaining the plane facing the object, the position of the grating lobe is continuously changed over time.
  • step S1020 when a part of the conversion element is driven through step S1020, it is possible to more effectively convert the position of the grating lobe by applying an electrical control technique to change the combination of the conversion element constituting the active conversion element together. That is, it is possible to use a mechanical control technique and an electric control technique together.
  • the focus area according to the beam focusing formed by the driven conversion element may be controlled to be positioned on the rotation axis of the rotating unit.
  • step S1021 it is checked whether or not the focus area according to the beam focus is located on the axis of rotation of the rotating unit.
  • step S1022 the position of the main lobe may be fixed to the object without changing the beam focusing signal regardless of the rotation of the array type HIFU transducer.
  • step S1023 it is preferable to control the beam focusing signal of each of the conversion elements of the array type HIFU transducer so that the main lobe whose focusing position changes according to the rotation of the array type HIFU transducer is located on the object to be treated. Do.

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Abstract

본 발명은 HIFU(High intensity focused ultrasound)를 이용한 초음파 치료 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 초음파 치료 장치는, 복수 개의 HIFU 변환소자를 갖는 배열형 HIFU 변환자 및 배열형 HIFU 변환자의 변환소자 중에서 일부를 선택하여 구동시키고 구동된 활성 변환소자를 통해 초음파 신호를 대상에 조사하여 열에너지를 발생시킴으로써 집속 영역 내의 조직을 치료하도록 제어하는 제어부를 포함하되, 제어부는 일정 시간이 경과한 후 변환소자의 조합이 상이하도록 선택된 변환소자를 활성 변환소자를 대체하는 새로운 활성 변환소자로서 구동시킨다.

Description

HIFU를 이용한 초음파 치료 장치 및 그 제어 방법
본 발명은 비침입성 치료(noninvasive treatment)를 위한 초음파 기술에 관한 것으로, 특히 고강도 집속 초음파(high intensity focused ultrasound, HIFU)를 이용하여 치료를 수행하기 위한 초음파 변환자 조립체를 제어하는 초음파 치료 장치 및 이러한 초음파 치료 장치에 구비된 다수의 초음파 변환자를 제어하는 방법에 관한 것이다.
인체 조직은 그 부위의 온도가 섭씨 60~85 도일 때 괴사 된다는 것이 알려져 있다. 이런 현상을 이용하여 고강도 집속 초음파, 즉 HIFU(High Intensity Focused Ultrasound) 치료는 초음파 에너지를 한 지점(초점)에 집속하여 병변 조직을 열(Thermal Coagulation) 및 기계적인 에너지(Cavitation)로 괴사시키는 기술이다. 초음파 치료의 발전과 함께, 특정의 초음파 치료, 특히 HIFU는 많은 종류의 질병, 특히 종양(Tumor)을 효과적으로 치료하기 위하여 데미징 도스(Damaging dose)에 적용된다. 종래의 외과수술 및 화학적인 치료(Chemotherapy)와 비교할 때, HIFU 치료는 환자의 외상을 덜 손상시키고 비침입성 치료(Non-invasive treatment)를 실현시킬 수 있다. 따라서, HIFU의 임상 적용은 빠르게 발전되고 있다. 이러한 징후는 간암(Liver cancer), 뼈 육종(Bone sarcoma), 유방암(Breast cancer), 췌장암(Pancreas cancer), 신장암(Kidney cancer), 연조직의 종양(Soft tissue tumor) 및 골반 종양(Pelvic tumor)을 포함한다.
초음파 종양 치료 장치는 일반적으로 구형 집속(Sphere focusing)을 채택한다. 모든 점으로부터 발산되는 초음파는 구형의 중심으로 향하여 집속된다. 초음파 치료 장치상의 발산기(Emitter)는 몸체의 외부로부터 몸체의 내부로 초음파를 발산하고, 이것은 방출 및 전송 동안에 집속되어서 고에너지 집속점을 형성한다. 따라서, 고강도 및 연속적인 초음파 에너지는 환자의 병변 영역에 적용된다.
집속점에서 발생되는 과도한 고온의 효과(65~100℃), 캐비테이션 효과(Cavitation effect), 기계적인 효과 및 음파-화학적인 효과는 병든 조직의 응고성 괴사(Coagulative necrosis)를 선택적으로 발생시키고, 또한 종양의 증식(Proliferation), 침입(Invasion) 및 전이(Metastasis)를 못하게 하기 위하여 사용된다.
HIFU 치료를 적용하는 동안에 집속점의 정확하고 안전하며 효과적인 국소화(Localization)는 성공적인 치료를 위하여 필수적이며, 대상을 위치시키기 위한 작동의 편리성을 더욱더 향상시킬 필요가 있다. 따라서, 중요한 혈관 및 장기를 손상시키지 않고 HIFU 신호를 통하여 시술을 시행하고자 할 경우, 무엇보다도 HIFU 신호에 의해 영향을 받는 영역을 특정하여 치료 영역과 그 외의 정상 조직에 미치는 영향을 정확하게 파악하는 것이 요구된다.
이하에서 제시되는 선행기술문헌에는 고강도 집속 초음파를 구현함에 있어서 그레이팅 로브의 크기를 감소시킬 수 있는 변환자(트랜스듀서)의 구조에 관해 소개하고 있다.
<선행기술문헌> 한국특허공개공보 10-2013-0055972, 2013년05월29일 공개
본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 고강도 집속 초음파 치료를 통해 병변을 괴사시키려 할 때, 시술자가 의도하지 않은 영역에서 빔 집속에 따른 그레이팅 로브(grating lobe)가 발생하는 것을 최소화하고, 장시간의 치료가 지속됨에 따라 정상 조직에 누적되는 초음파 주사 피해에 의해 초음파 치료의 효율이 저하되는 문제를 해소하고자 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기적인 제어 기법을 채택한 초음파 치료 장치는, 복수 개의 HIFU(High intensity focused ultrasound) 변환소자를 갖는 배열형 HIFU 변환자; 및 상기 배열형 HIFU 변환자의 변환소자 중에서 일부를 선택하여 구동시키고 구동된 활성 변환소자를 통해 초음파 신호를 대상에 조사하여 열에너지를 발생시킴으로써 집속 영역 내의 조직을 치료하도록 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 소정 시간이 경과한 후, 변환소자의 조합이 상이하도록 선택된 변환소자를 상기 활성 변환소자를 대체하는 새로운 활성 변환소자로서 구동시킨다.
일 실시예에 따른 전기적인 제어 기법을 채택한 초음파 치료 장치에서, 상기 제어부는, 시간의 경과에 따라 활성 변환소자를 구성하는 변환소자의 조합을 변경하되, 변경 전의 조합에 포함된 변환소자를 통한 빔 집속과 변경 후의 조합에 포함된 변환소자를 통한 빔 집속은 메인 로브(main lobe)의 위치는 동일하고 그레이팅 로브(grating lobe)의 위치는 서로 상이하도록 제어한다. 또한, 메인 로브의 위치는 동일하고 그레이팅 로브의 위치가 상이한 변환소자의 조합을 복수 개 생성하여 미리 저장하는 저장부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 저장부에 저장된 변환소자의 조합을 순차적으로 독출하여 소정 시간 간격마다 대체하여 활성 변환소자로서 구동할 수 있다.
일 실시예에 따른 전기적인 제어 기법을 채택한 초음파 치료 장치에서, 상기 제어부는, 시간의 경과에 따라 상기 배열형 HIFU 변환자의 중심으로부터 변환소자 간의 거리가 달라지도록 활성 변환소자를 구성하는 변환소자의 조합을 변경할 수 있다.
일 실시예에 따른 전기적인 제어 기법을 채택한 초음파 치료 장치에서, 상기 활성 변환소자는, 상기 배열형 HIFU 변환자 상에 랜덤(random)하게 배치되거나, 희박 어레이(sparse array)를 형성하도록 배치되거나, 페르마 스파이럴(Fermat's spiral)을 형성하도록 배치되거나, 콘센트릭 링(concentric ring)을 형성하도록 배치되거나, 하나의 기준 축을 중심으로 대칭적으로 배치된 변환소자 중에서 선택될 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기적인 제어 기법을 채택한 초음파 치료 방법은, (a) 복수 개의 HIFU(High intensity focused ultrasound) 변환소자를 갖는 배열형 HIFU 변환자의 변환소자 중에서 일부를 선택하여 구동시키는 단계; (b) 구동된 활성 변환소자를 통해 초음파 신호를 대상에 조사하여 열에너지를 발생시킴으로써 집속 영역 내의 조직을 치료하는 단계; (c) 소정 시간이 경과한 후, 변환소자의 조합이 상이하도록 변환소자를 선택하여 상기 활성 변환소자를 대체하는 새로운 활성 변환소자로서 구동시키는 단계; 및 (d) 구동된 새로운 활성 변환소자를 이용하여 상기 집속 영역 내의 조직을 치료하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따른 전기적인 제어 기법을 채택한 초음파 치료 방법에서, 상기 (c) 단계는, 활성 변환소자를 구성하는 변환소자의 조합을 변경하여 새로운 활성 변환소자를 선택하는 단계; 및 기존의 활성 변환소자의 동작을 중단시키고, 상기 새로운 활성 변환소자를 구동시키는 단계를 포함하되, 변경 전의 조합에 포함된 변환소자를 통한 빔 집속과 변경 후의 조합에 포함된 변환소자를 통한 빔 집속은 메인 로브(main lobe)의 위치는 동일하고 그레이팅 로브(grating lobe)의 위치는 서로 상이하도록 제어된다. 또한, 메인 로브의 위치는 동일하고 그레이팅 로브의 위치가 상이한 변환소자의 조합을 복수 개 생성하여 미리 저장하는 단계를 더 포함하고, 상기 (c) 단계는, 상기 미리 저장된 변환소자의 조합을 순차적으로 독출하여 소정 시간 간격마다 대체하여 활성 변환소자로서 구동할 수 있다.
일 실시예에 따른 전기적인 제어 기법을 채택한 초음파 치료 방법에서, 상기 (c) 단계는, 시간의 경과에 따라 상기 배열형 HIFU 변환자의 중심으로부터 변환소자 간의 거리가 달라지도록 활성 변환소자를 구성하는 변환소자의 조합을 변경할 수 있다.
일 실시예에 따른 전기적인 제어 기법을 채택한 초음파 치료 방법에서, 상기 (a) 단계 및 상기 (c) 단계를 통해 선택되는 상기 활성 변환소자는, 상기 배열형 HIFU 변환자 상에 랜덤(random)하게 배치되거나, 희박 어레이(sparse array)를 형성하도록 배치되거나, 페르마 스파이럴(Fermat's spiral)을 형성하도록 배치되거나, 콘센트릭 링(concentric ring)을 형성하도록 배치되거나, 하나의 기준 축을 중심으로 대칭적으로 배치된 변환소자 중에서 선택될 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 기계적인 제어 기법을 채택한 초음파 치료 장치는, 복수 개의 HIFU(High intensity focused ultrasound) 변환소자를 갖는 배열형 HIFU 변환자; 상기 배열형 HIFU 변환자의 변환소자를 구동시키고 초음파 신호를 대상에 조사하여 열에너지를 발생시킴으로써 집속 영역 내의 조직을 치료하도록 제어하는 제어부; 및 상기 대상에 대향하는 평면을 유지한 채 상기 배열형 HIFU 변환자를 회전시키는 회전부를 포함한다.
다른 실시예에 따른 기계적인 제어 기법을 채택한 초음파 치료 장치에서, 상기 회전부는, 상기 배열형 HIFU 변환자의 중심을 기준으로 상기 배열형 HIFU 변환자를 회전시킴으로써, 시간의 경과에 따라 그레이팅 로브(grating lobe)의 위치를 지속적으로 변화시킬 수 있다.
다른 실시예에 따른 기계적인 제어 기법을 채택한 초음파 치료 장치에서, 상기 회전부의 회전축 상에 빔 집속에 따른 초점영역이 위치하는 경우, 상기 제어부는, 상기 배열형 HIFU 변환자의 회전과는 무관하게 빔 집속 신호의 변화 없이 메인 로브(main lobe)의 위치를 치료하고자 대상에 고정할 수 있다.
다른 실시예에 따른 기계적인 제어 기법을 채택한 초음파 치료 장치에서, 상기 회전부의 회전축 상에 빔 집속에 따른 초점영역이 위치하지 않는 경우, 상기 제어부는, 상기 배열형 HIFU 변환자의 회전에 따라 집속 위치가 변화하는 메인 로브(main lobe)가 치료하고자 하는 대상에 위치하도록 상기 배열형 HIFU 변환자의 변환소자 각각의 빔 집속 신호를 제어할 수 있다.
다른 실시예에 따른 기계적인 제어 기법을 채택한 초음파 치료 장치에서, 상기 변환소자는, 상기 배열형 HIFU 변환자 상에 랜덤(random)하게 배치되거나, 희박 어레이(sparse array)를 형성하도록 배치되거나, 페르마 스파이럴(Fermat's spiral)을 형성하도록 배치되거나, 콘센트릭 링(concentric ring)을 형성하도록 배치되거나, 하나의 기준 축을 중심으로 대칭적으로 배치될 수 있다.
다른 실시예에 따른 기계적인 제어 기법을 채택한 초음파 치료 장치에서, 상기 제어부는, 상기 배열형 HIFU 변환자의 변환소자 전부 또는 일부를 구동시키며, 변환소자 일부가 구동된 경우, 구동된 변환소자에 의해 형성되는 빔 집속에 따른 초점영역이 상기 회전부의 회전축 상에 위치하도록 제어할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 기계적인 제어 기법을 채택한 초음파 치료 방법은, (a) 복수 개의 HIFU(High intensity focused ultrasound) 변환소자를 갖는 배열형 HIFU 변환자의 변환소자를 구동시키고 초음파 신호를 대상에 조사하여 열에너지를 발생시킴으로써 집속 영역 내의 조직을 치료하는 단계; 및 (b) 상기 대상에 대향하는 평면을 유지한 채 상기 배열형 HIFU 변환자를 회전시킴으로써, 시간의 경과에 따라 그레이팅 로브(grating lobe)의 위치를 지속적으로 변화시킨다.
다른 실시예에 따른 기계적인 제어 기법을 채택한 초음파 치료 방법에서, 상기 회전부의 회전축 상에 빔 집속에 따른 초점영역이 위치하는 경우, 상기 (b) 단계는, 상기 배열형 HIFU 변환자의 회전과는 무관하게 빔 집속 신호의 변화 없이 메인 로브(main lobe)의 위치를 치료하고자 대상에 고정할 수 있다.
다른 실시예에 따른 기계적인 제어 기법을 채택한 초음파 치료 방법에서, 상기 회전부의 회전축 상에 빔 집속에 따른 초점영역이 위치하지 않는 경우, 상기 (b) 단계는, 상기 배열형 HIFU 변환자의 회전에 따라 집속 위치가 변화하는 메인 로브(main lobe)가 치료하고자 하는 대상에 위치하도록 상기 배열형 HIFU 변환자의 변환소자 각각의 빔 집속 신호를 제어할 수 있다.
다른 실시예에 따른 기계적인 제어 기법을 채택한 초음파 치료 방법에서, 상기 (a) 단계를 통해 변환소자의 일부가 구동된 경우, 상기 (b) 단계는, 구동된 변환소자에 의해 형성되는 빔 집속에 따른 초점영역이 상기 회전부의 회전축 상에 위치하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 메인 로브의 위치를 고정하면서도 그레이팅 로브의 위치를 지속적으로 변화시킴으로써, 의도하지 않은 영역에 그레이팅 로브에 의한 초음파가 집속되는 부작용과 정상 조직의 손상을 억제시키고, 환자들이 치료 중에 느끼던 통증을 완화시킬 수 있으며, 변환자와 맞닿아 있는 피부에 대한 화상의 위험성을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 변환자의 냉각 시간을 감소시켜 효율적인 초음파 치료를 가능하게 한다.
도 1은 희박 어레이 구조로 구현된 HIFU 변환자 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 희박 어레이 기법 등 어레이 구조를 채택한 HIFU 변환자에서 발생하는 빔 패턴을 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 그레이팅 로브(grating lobe)의 위치를 변화시키는 전기적인 제어 기법을 채택한 초음파 치료 장치를 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 초음파 치료 장치를 통해 발생하는 빔 패턴을 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 그레이팅 로브의 위치를 변화시키는 전기적인 제어 기법을 채택한 초음파 치료 방법을 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기적 제어 기법을 통해 활성 변환소자가 순차적으로 구동되는 과정을 예시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기적 제어 기법을 통해 발생하는 빔 패턴을 예시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그레이팅 로브의 위치를 변화시키는 기계적인 제어 기법을 채택한 초음파 치료 장치를 도시한 블록도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기계적 제어 기법을 통해 시간의 추이에 따라 변환소자의 위치가 변화하는 과정을 예시한 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그레이팅 로브의 위치를 변화시키는 기계적인 제어 기법을 채택한 초음파 치료 방법을 도시한 흐름도이다.
<부호의 설명>
10: 배열형 HIFU 변환자
13, 15: 활성 변환소자의 조합
30: 제어부
40: 저장부
50: 회전부
본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 치료 장치는, 복수 개의 HIFU(High intensity focused ultrasound) 변환소자를 갖는 배열형 HIFU 변환자; 및 상기 배열형 HIFU 변환자의 변환소자 중에서 일부를 선택하여 구동시키고 구동된 활성 변환소자를 통해 초음파 신호를 대상에 조사하여 열에너지를 발생시킴으로써 집속 영역 내의 조직을 치료하도록 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 소정 시간이 경과한 후, 변환소자의 조합이 상이하도록 선택된 변환소자를 상기 활성 변환소자를 대체하는 새로운 활성 변환소자로서 구동시킨다.
본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기에 앞서, 고강도 집속 초음파에 기반을 둔 초음파 치료 기술의 물리적 특징을 간략히 소개한 후, 의료 현장에서 지적되는 실질적 문제점과 한계를 극복하기 위해 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 기술적 수단을 순차적으로 제시하도록 한다.
고강도 집속 초음파, 즉 HIFU(High intensity focused ultrasound)는 인체 조직에 높은 강도의 초음파를 조사하여 인체 조직 내 암과 같은 병변 조직을 괴사시키는 비침습적 치료 기술로서, 프로브 내에 배치된 다수의 변환자들을 이용하여 전기 신호를 초음파 신호로 변환시킨 후, 초음파 신호를 인체 내로 조사한다. HIFU는 일반적으로 초음파 영상을 위해 사용하는 것보다 높은 강도의 초음파 신호를 치료하고자 하는 영역에 집속하여 여러 횟수에 걸쳐 조사함으로써, 병변 조직을 괴사시킨다. 조사된 에너지는 열에너지로 변환되어 초음파의 초점 영역에 위치한 조직을 높은 온도로 상승하도록 함으로써 응고 괴사(Coagulative necrosis)시킨다. 이때, 치료에 사용되는 HIFU 변환자(Transducer)는 수십 내지 수백 개의 원판이나 다각형 평판 형태의 초음파 변환소자를 초점거리를 반경으로 하는 오목한 형태의 프레임에 부착하여 만들어진다. 이러한 변환자를 소위 배열(array)형 변환자라 하는데, 이러한 배열형 변환자는 변환소자의 위치 및 형태에 따라 초점 이외의 영역에서 의도하지 않은 초음파 에너지가 집속되는 지점의 발생을 유발할 수 있다.
이러한 의도하지 않은 영역에서의 집속을 그레이팅 로브(Grating lobe)라고 하는데, 이는 HIFU 치료시 의도하지 않은 영역에서 국부 가열을 발생시킬 수 있다. 이와 같은 그레이팅 로브에 의한 가열은 HIFU 치료시 빈번하게 발생하는 부작용 중의 하나로 통증을 유발하거나 정상조직을 괴사시키는 등의 심각한 문제를 일으킨다. 반면, 배열형 변환자를 이용한 초음파 송수신시 조향 각도(steering angle)가 넓어짐에 따라 그레이팅 로브에 의한 영향이 크게 발생한다. 이에 따라, HIFU 치료시 그레이팅 로브의 영향을 피하기 위해 초음파의 전기적 조향 범위를 제한하게 되고, 결국 변환자의 물리적인 이동이 필요하게 되므로 치료 시간이 길어지게 되면서 치료 효율이 저하되는 문제가 존재하게 된다. 또한, 그레이팅 로브의 영향으로 의도하지 않은 영역에서 발생하는 열로 인한 정상조직의 괴사를 방지하기 위해 치료 중간에 냉각(Cooling)과정을 거치게 되고, 이 또한 치료 시간을 길어지게 만들어 치료 효율을 저하시키는 문제를 야기한다.
이러한 그레이팅 로브의 문제점을 최소화하기 위해 종래에는 랜덤 방식이나 희박 어레이 기법에 따라 변환소자가 배열된 초음파 변환자에 대한 연구가 많이 진행되어 왔다. 도 1은 희박 어레이 구조로 구현된 HIFU 변환자 구조를 도시한 도면으로서, 이러한 방식들을 통해서 그레이팅 로브의 크기를 줄일 수는 있지만, 오히려 보다 넓은 영역에서 그레이팅 로브가 발생하는 부작용에 직면하게 되었다. 도 2는 희박 어레이 기법 등 어레이 구조를 채택한 HIFU 변환자에서 발생하는 빔 패턴을 예시한 도면으로서, 도 2를 참조하면 HIFU 변환자(10)로부터 빔 형성된 집속점(focal point)을 중심으로 실질적인 치료를 수행하는 메인 로브(main lobe) 이외에 의도하지 않은 영역에 형성된 그레이팅 로브(grating lobe)의 위치를 확인할 수 있다.
뿐만 아니라, 이러한 배열형 HIFU 변환자를 활용하여 장시간의 치료를 수행할 경우, 그레이팅 로브의 위치가 고정되어 있기 때문에 시간의 흐름에 따라 주사되는 초음파가 누적되게 되고, 결국 그레이팅 로브가 위치하는 영역 또한 손상되는 동일한 결과를 얻게 된다. 즉, 장시간의 치료를 통해 치료 영역 이외의 부위에서 정상 조직의 손상이 발생하는 문제점이 유사하게 발생하게 된다.
따라서, 이하에서 제시되는 본 발명의 실시예들은, 고강도 집속 초음파 치료로 병변을 괴사시키려 할 때, 초점 영역에 초음파가 집속되는 것은 그대로 유지시키되, 의도하지 않은 영역에 빔 집속에서 발생하는 그레이팅 로브가 위치하는 것을 최소화할 수 있는 제어 기법을 채택함으로써, 정상 조직의 피해를 최소화하고 치료의 효율을 높이고자 한다.
이를 위해, 본 발명의 실시예들은 치료를 진행하는 과정에서 메인 로브의 위치는 초점 영역에 고정시키고, 그레이팅 로브의 위치를 계속 변화시킴으로써, 치료가 지속됨에 따라 누적되는 그레이팅 로브의 크기를 감소시킬 수 있도록 초음파의 주사 방식을 제어한다. 실질적인 제어 방식은 크게 전기적 제어 기법과 기계적인 제어 기법으로 분류될 수 있다. 이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하도록 한다. 도면에 표기된 동일한 부재 번호는 동일한 구성을 나타낸다.
(1) 전기적 제어 기법
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 그레이팅 로브(grating lobe)의 위치를 변화시키는 전기적인 제어 기법을 채택한 초음파 치료 장치를 도시한 블록도이다.
배열형 HIFU 변환자(10)는, 복수 개의 HIFU(High intensity focused ultrasound) 변환소자를 갖는데, 하나의 시점에 동작하는 활성 초음파 변환소자(active element)의 수보다 많은 수의 변환소자를 프레임에 규칙적 또는 비규칙적으로 배열한 구조를 갖는다. 즉, 동시에 배열형 HIFU 변환자(10)의 모든 변환소자를 동시에 구동하는 것이 아니라, 그 중 일부를 구동하여 빔 집속에 활용하게 된다.
도 3을 참조하면, 제 1 그룹의 활성 변환소자(13)가 3개의 변환소자를 선택하였음을 예시하고 있으며, 제 2 그룹의 활성 변환소자(15)가 다른 조합의 3개의 변환소자를 선택하였음을 확인할 수 있다. 이때, 제 1 그룹과 제 2 그룹은 서로 다른 시점에 구동되는 것이며, 각각의 그룹 내에 포함되는 변환소자의 조합이 서로 상이할 뿐, 개별 변환소자 각각이 모두 중복되지 않아야 할 필요는 없다. 도 3에는 제 1 그룹(13)과 제 2 그룹(15) 중에서 하나의 변환소자(빗금으로 표시된 것)가 공통으로 포함되어 있다.
한편, 하나의 시점에 구동되는 활성 변환소자는, 상기 배열형 HIFU 변환자 상에 랜덤(random)하게 배치되거나, 희박 어레이(sparse array)를 형성하도록 배치되거나, 페르마 스파이럴(Fermat's spiral)을 형성하도록 배치되거나, 콘센트릭 링(concentric ring)을 형성하도록 배치되거나, 하나의 기준 축을 중심으로 대칭적으로 배치(즉, 반-랜덤하게 배치된다)된 변환소자 중에서 선택될 수 있다.
제어부(30)는, 상기 배열형 HIFU 변환자(10)의 변환소자 중에서 일부를 선택하여 구동시키고 구동된 활성 변환소자를 통해 초음파 신호를 대상에 조사하여 열에너지를 발생시킴으로써 집속 영역 내의 조직을 치료하도록 제어한다. 또한, 상기 제어부(30)는, 일정 시간이 경과한 후, 변환소자의 조합이 상이하도록 선택된 변환소자를 상기 활성 변환소자를 대체하는 새로운 활성 변환소자로서 구동시킨다. 이러한 제어 방식은, 초음파 치료를 위한 빔 집속 과정에서 메인 로브의 위치는 초점 영역에 고정시키되, 그레이팅 로브의 위치를 지속적으로 변화시키기 위한 목적에서 안출된 것이다.
이를 위해, 상기 제어부(10)는, 시간의 경과에 따라 활성 변환소자를 구성하는 변환소자의 조합을 변경하되, 변경 전의 조합에 포함된 변환소자를 통한 빔 집속과 변경 후의 조합에 포함된 변환소자를 통한 빔 집속은 메인 로브(main lobe)의 위치는 동일하고 그레이팅 로브(grating lobe)의 위치는 서로 상이하도록 변환소자 각각을 제어한다. 즉, 치료가 지속됨에 따라 메인 로브가 아닌 그레이팅 로브로 인해 누적되는 피해를 최소화하기 위해 활성 변환소자의 조합을 변경함으로써 그레이팅 로브의 형성 위치를 변화시킨다.
한편, 도 3의 초음파 치료 장치는, 메인 로브의 위치는 동일하고 그레이팅 로브의 위치가 상이한 변환소자의 조합을 프리셋(preset)으로서 복수 개 생성하여 미리 저장하는 저장부(40)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제어부(30)는, 상기 저장부(40)에 저장된 변환소자의 조합을 순차적으로 독출하여 일정 시간 간격마다 대체하여 활성 변환소자로서 구동할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 초음파 치료 장치를 통해 발생하는 빔 패턴을 예시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 활성 변환소자의 조합이 복수 개 마련되어 시간의 추이에 따라 대체되어 구동되고 있음을 가정하고 있으며, 이러한 활성 변환소자의 변경에 의해 메인 로브의 위치는 고정되었으나, 그레이팅 로브의 위치는 지속적으로 변화하고 있음을 도시하였다. 이러한 제어 방식을 통해 그레이팅 로브의 지속적인 동작에 의한 피해 누적을 방지할 수 있다.
일반적으로 방위각(azimuth)과 깊이(depth)에 따라 초음파가 집속되는 점의 빔패턴을 살펴보면 다음의 수학식 1과 같다.
수학식 1
Figure PCTKR2016006903-appb-M000001
여기서, x는 방위각의 위치를 나타내고, ψ는 조향각(steering angle)을 나타내고, D는 전체 변환자의 구경을 나타내고, R0는 변환자의 중심에서 초점까지의 거리를 나타내고, λ는 초음파의 파장을 나타내며, dn는 변환자의 중심으로부터 n-번째 변환소자 사이의 거리를 나타낸다.
수학식 1을 참조하여,
Figure PCTKR2016006903-appb-I000001
의 경우 메인 로브의 위치가 결정되며,
Figure PCTKR2016006903-appb-I000002
의 경우에는 그레이팅 로브의 위치가 결정될 수 있다.
제안하는 기법에서는 시간에 따라 활성 변환소자의 위치를 달리하여 그레이팅 로브의 위치를 결정하는 dn이 매시간 변화한다. 시술자가 원하는 집속점인 메인 로브의 위치는 dn이 변화하더라도 동일한 영역에 위치하지만, 그레이팅 로브의 위치는 dn에 따라 변화하는 것을 알 수 있다. 따라서, 제안하는 기법을 이용하여 시간에 따른 그레이팅 로브의 위치를 변화시킴으로써 누적 그레이팅 로브의 영향을 감소시킬 수 있다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기적인 제어 기법을 채택한 초음파 치료 장치에서, 제어부는 시간의 경과에 따라 배열형 HIFU 변환자(10)의 중심으로부터 변환소자 간의 거리가 달라지도록 활성 변환소자를 구성하는 변환소자의 조합을 변경하는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 그레이팅 로브의 위치를 변화시키는 전기적인 제어 기법을 채택한 초음파 치료 방법을 도시한 흐름도로서, 앞서 기술한 도 3의 초음파 치료 장치의 각 구성요소의 동작을 시계열적으로 재구성하였다. 따라서 여기서는 설명의 중복을 피하기 위해 각 수행 단계를 약술하도록 한다.
S510 단계에서는, 복수 개의 HIFU(High intensity focused ultrasound) 변환소자를 갖는 배열형 HIFU 변환자의 변환소자 중에서 일부를 선택하여 구동시킨다.
S520 단계에서는, 구동된 활성 변환소자를 통해 초음파 신호를 대상에 조사하여 열에너지를 발생시킴으로써 집속 영역 내의 조직을 치료한다.
이제, 활성 변환소자의 대체 조건이 충족되었는지 여부를 검사한다. 제안된 실시예에서는 대체 조건으로 시간 조건이 설정되었다고 가정한다. 만약, 활성 변환소자의 대체 조건이 충족되지 않았다면, 즉 일정 시간이 경과하지 않았다면, S520 단계에 머물러 치료를 지속하게 된다.
반면, 일정 시간이 경과하였다면, S530 단계로 진행하여 변환소자의 조합이 상이하도록 변환소자를 선택하여 상기 활성 변환소자를 대체하는 새로운 활성 변환소자로서 구동시킨다. 이제, S520 단계로 재진입하여, 구동된 새로운 활성 변환소자를 이용하여 상기 집속 영역 내의 조직을 치료하게 된다.
또한, S530 단계에서는, 활성 변환소자를 구성하는 변환소자의 조합을 변경하여 새로운 활성 변환소자를 선택하고, 기존의 활성 변환소자의 동작을 중단시키며, 상기 새로운 활성 변환소자를 구동시키게 된다. 이때, 변경 전의 조합에 포함된 변환소자를 통한 빔 집속과 변경 후의 조합에 포함된 변환소자를 통한 빔 집속은 메인 로브(main lobe)의 위치는 동일하고 그레이팅 로브(grating lobe)의 위치는 서로 상이하도록 제어되어야만 한다.
또한, S530 단계에서는, 시간의 경과에 따라 상기 배열형 HIFU 변환자의 중심으로부터 변환소자 간의 거리가 달라지도록 활성 변환소자를 구성하는 변환소자의 조합을 변경하는 것이 바람직하다. 나아가, 상기 S510 단계 및 상기 S530 단계를 통해 선택되는 활성 변환소자는, 상기 배열형 HIFU 변환자 상에 랜덤(random)하게 배치되거나, 희박 어레이(sparse array)를 형성하도록 배치되거나, 페르마 스파이럴(Fermat's spiral)을 형성하도록 배치되거나, 콘센트릭 링(concentric ring)을 형성하도록 배치되거나, 하나의 기준 축을 중심으로 대칭적으로 배치(즉, 반-랜덤하게 배치된다)된 변환소자 중에서 선택될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기적 제어 기법을 채택한 초음파 치료 방법은, 늦어도 S530 단계의 이전에, 메인 로브의 위치는 동일하고 그레이팅 로브의 위치가 상이한 변환소자의 조합을 복수 개 생성하여 미리 저장하는 과정을 더 포함할 수 있다. 이 경우, S530 단계는, 상기 미리 저장된 변환소자의 조합을 순차적으로 독출하여 소정 시간 간격마다 대체하여 활성 변환소자로서 구동할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기적 제어 기법을 통해 활성 변환소자가 순차적으로 구동되는 과정을 예시한 도면으로서, 시간의 추이에 따라 변환소자를 구동하거나 그 조합을 변경하는 과정을 도시하였다.
도 6을 참조하면, (A) → (B) → (C)로 선택된 활성 변환소자의 조합이 변경되는 것을 볼 수 있다. 이러한 방식에 따라 초음파 치료 과정에서 활성화되는 변환소자의 위치를 바꾸어 초점 영역에 집속할 수 있도록 초음파를 주사함으로써, 변환소자의 조합을 변경하더라도 메인 로브가 초점 영역 상에 동일하게 위치하도록 제어된다. 반면, 선택된 변환소자의 위치 및 간격이 변화하므로 그에 따른 그레이팅 로브의 영역이 바뀌게 된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기적 제어 기법을 통해 발생하는 빔 패턴을 예시한 그래프이다. 도 7을 참조하면, 앞서 기술된 수학식 1 에서 설명된 바와 같이 집속점인
Figure PCTKR2016006903-appb-I000003
의 위치에서 신호의 크기가 가장 큰 메인 로브가 형성되며, 집속점 외의 영역인
Figure PCTKR2016006903-appb-I000004
에서 메인 로브보다 신호의 크기가 작은 그레이팅 로브가 형성된다. 이때, HIFU 변환자의 중심으로부터 변환소자 간의 거리가 달라지도록 활성 변환소자를 구성하여 그레이팅 로브의 위치(dk)를 변화시킴으로써, 집속 지점인 메인 로브 외의 영역에 피해를 줄일 수 있다.
(2) 기계적 제어 기법
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그레이팅 로브의 위치를 변화시키는 기계적인 제어 기법을 채택한 초음파 치료 장치를 도시한 블록도이다.
배열형 HIFU 변환자(10)는, 복수 개의 HIFU(High intensity focused ultrasound) 변환소자를 갖는다. 이때, 도 8의 기계적 제어 기법에서 활용되는 배열형 HIFU 변환자(10)는, 변환소자가 규칙적 또는 비규칙적으로 프레임에 위치하고 있으며, 전체 변환소자의 수가 하나의 시점에 활성화되는 변환소자의 수와 같거나 많은 것이 바람직하다. 이 중, 동시에 모든 변환소자가 구동되는 경우(즉, 모든 변환소자가 활성 변환소자인 경우를 말한다), 앞서 도 3을 통해 제시한 전기적 제어 기법에 비해 상대적으로 시스템의 복잡도를 감소시킬 수 있으나, 그로 인해 그레이팅 로브의 위치를 변화시키기 위한 별도의 수단(회전 구조물)이 구비되어야만 한다.
한편, 상기 변환소자는, 상기 배열형 HIFU 변환자(10) 상에 랜덤(random)하게 배치되거나, 희박 어레이(sparse array)를 형성하도록 배치되거나, 페르마 스파이럴(Fermat's spiral)을 형성하도록 배치되거나, 콘센트릭 링(concentric ring)을 형성하도록 배치되거나, 하나의 기준 축을 중심으로 대칭적으로 배치(즉, 반-랜덤하게 배치된다)될 수 있다.
제어부(30)는, 상기 배열형 HIFU 변환자(10)의 변환소자를 구동시키고 초음파 신호를 대상에 조사하여 열에너지를 발생시킴으로써 집속 영역 내의 조직을 치료하도록 제어한다. 이러한 제어부(30)는, 상기 배열형 HIFU 변환자(10)의 변환소자 전부 또는 일부를 구동시키며, 변환소자 일부가 구동된 경우, 활성 변환소자를 구성하는 변환소자의 조합을 변경하는 전기적 제어 기법을 함께 적용함으로써 그레이팅 로브의 위치를 더욱 효과적으로 변환시키는 것이 가능하다. 즉, 기계적 제어 기법과 전기적 제어 기법을 병용하는 것이 가능하다. 이 경우, 구동된 변환소자에 의해 형성되는 빔 집속에 따른 초점영역이 상기 회전부의 회전축 상에 위치하도록 제어할 수 있다.
회전부(50)는, 상기 대상에 대향하는 평면을 유지한 채 상기 배열형 HIFU 변환자(10)를 회전시키는 수단이다. 이러한 회전부(50)는, 상기 배열형 HIFU 변환자(10)의 중심을 기준으로 상기 배열형 HIFU 변환자(10)를 회전시킴으로써, 시간의 경과에 따라 그레이팅 로브(grating lobe)의 위치를 지속적으로 변화시키는 역할을 수행한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기계적 제어 기법을 통해 시간의 추이에 따라 변환소자의 위치가 변화하는 과정을 예시한 도면이다. 도 9를 참조하면, 시간의 추이에 따라 배열형 HIFU 변환자를 지지하는 회전부(50)가 회전함으로써, 치료 대상을 기준으로 마치 HIFU 변환자의 변환소자의 조합이 변경되는 효과를 얻을 수 있다. 즉, 배열형 HIFU 변환자 상에서 구동된 활성 변환소자에는 변화가 없음에도 불구하고, 배열형 HIFU 변환자 자체를 회전시킴으로써 그레이팅 로브의 위치를 변화시키게 된다.
한편, 이러한 회전 수단을 이용한 기계적 제어 기법에 따라 초음파 치료를 수행할 때, 빔 집속에 따른 초점 영역이나 메인 로브, 그리고 회전 축과의 상관 관계가 문제될 수 있다. 즉, 초점 영역이 회전 축 상에 위치하는 'on-axis'의 경우와 초점 영역이 회전 축 상에 위치하지 않는 'off-axis'의 경우를 나누어서 각각을 설명하도록 한다.
두 경우 모두 치료 시간의 지속에 따라 배열형 HIFU 변환자를 지지하는 회전부(50)를 회전시키면서 초음파를 조사하는 것은 동일하지만, 초점 영역이 'on-axis'인 경우에는 별다른 초음파 주사의 제어가 필요 없이 동일한 주사를 진행하면 된다. 이는, 배열형 HIFU 변환자를 회전한다고 하더라도 메인 로브의 위치는 'on-axis'에 동일하게 위치하며, 다만 그레이팅 로브의 위치가 변화하기 때문이다.
이와는 달리, 초점 영역이 'off-axis'인 경우, 별다른 초음파 주사의 제어 없이 배열형 HIFU 변환자를 회전시키게 되면 초점 영역이 아닌 다른 곳에 메인 로브가 위치하게 된다. 따라서 회전한 배열형 HIFU 변환자에서 초점 영역에 초음파가 집속될 수 있도록 초음파의 주사를 지속적으로 다르게 제어하여 집속시킬 필요가 있다. 이때, 배열형 HIFU 변환자에 위치한 변환소자가 규칙적이지 않을 경우, 회전부를 구동하게 되면 마치 다른 변환소자의 배열로 변경하는 효과가 나타나게 되어, 똑같은 초점 영역에 집속한다고 하더라도 이전과는 다른 곳에 그레이팅 로브가 형성되기 때문에 활성 변환소자의 조합을 변경할 필요가 없이 초음파 치료를 지속할 수 있다.
요약하건대, 회전부(50)의 회전축 상에 빔 집속에 따른 초점영역이 위치하는 경우, 제어부는 배열형 HIFU 변환자의 회전과는 무관하게 빔 집속 신호의 변화 없이 메인 로브(main lobe)의 위치를 치료하고자 대상에 고정할 수 있다. 반면, 회전부(50)의 회전축 상에 빔 집속에 따른 초점영역이 위치하지 않는 경우, 제어부는 배열형 HIFU 변환자의 회전에 따라 집속 위치가 변화하는 메인 로브(main lobe)가 치료하고자 하는 대상에 위치하도록 상기 배열형 HIFU 변환자의 변환소자 각각의 빔 집속 신호를 제어하는 것이 바람직하다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그레이팅 로브의 위치를 변화시키는 기계적인 제어 기법을 채택한 초음파 치료 방법을 도시한 흐름도로서, 앞서 기술한 도 8의 초음파 치료 장치의 각 구성요소의 동작을 시계열적으로 재구성하였다. 따라서 여기서는 설명의 중복을 피하기 위해 각 수행 단계를 약술하도록 한다.
S1010 단계에서는, 복수 개의 HIFU(High intensity focused ultrasound) 변환소자를 갖는 배열형 HIFU 변환자의 변환소자를 구동시키고 초음파 신호를 대상에 조사하여 열에너지를 발생시킴으로써 집속 영역 내의 조직을 치료한다.
S1020 단계에서는, 상기 대상에 대향하는 평면을 유지한 채 상기 배열형 HIFU 변환자를 회전시킴으로써, 시간의 경과에 따라 그레이팅 로브(grating lobe)의 위치를 지속적으로 변화시킨다.
한편, S1020 단계를 통해 변환소자의 일부가 구동된 경우, 활성 변환소자를 구성하는 변환소자의 조합을 변경하는 전기적 제어 기법을 함께 적용함으로써 그레이팅 로브의 위치를 더욱 효과적으로 변환시키는 것이 가능하다. 즉, 기계적 제어 기법과 전기적 제어 기법을 병용하는 것이 가능하다. 이 경우, 구동된 변환소자에 의해 형성되는 빔 집속에 따른 초점영역이 상기 회전부의 회전축 상에 위치하도록 제어할 수 있다.
초점 영역이 회전 축 상에 위치하는지 여부에 따른 세부 동작을 도 11을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, S1021 단계에서는, 상기 회전부의 회전축 상에 빔 집속에 따른 초점영역이 위치하는지 여부를 검사한다.
검사 결과, 만약 상기 회전부의 회전축 상에 빔 집속에 따른 초점영역이 위치하는 경우 S1022 단계로 진행한다. S1022 단계에서는, 상기 배열형 HIFU 변환자의 회전과는 무관하게 빔 집속 신호의 변화 없이 메인 로브(main lobe)의 위치를 치료하고자 대상에 고정할 수 있다.
반면, 상기 회전부의 회전축 상에 빔 집속에 따른 초점영역이 위치하지 않는 경우 S1023 단계로 진행한다. S1023 단계에서는, 상기 배열형 HIFU 변환자의 회전에 따라 집속 위치가 변화하는 메인 로브(main lobe)가 치료하고자 하는 대상에 위치하도록 상기 배열형 HIFU 변환자의 변환소자 각각의 빔 집속 신호를 제어하는 것이 바람직하다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 다양한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
상기된 본 발명의 실시예들에 따르면, 전기적 제어 기법 또는 기계적 제어 기법을 채택하여 메인 로브의 위치를 고정하면서도 그레이팅 로브의 위치를 지속적으로 변화시킴으로써, 기존의 HIFU 치료과정의 부작용 중 하나인 의도하지 않은 영역에 그레이팅 로브에 의한 초음파가 집속되는 효과를 억제시킴으로써, 정상 조직에 대한 국부적 발열을 줄일 수 있어 환자들이 치료 중에 느끼던 통증을 완화시킬 수 있으며 정상 조직의 손상 위험을 감소시킬 수 있다. 또한 치료를 진행함에 따라 변환자와 맞닿아 있는 피부에 대한 화상의 위험성이 존재하였으나, 치료의 진행 과정 중 온도가 높아지는 변환자의 위치가 계속 변화하기 때문에 이러한 화상의 위험성 또한 낮출 수 있다. 이와 더불어 치료 과정 중 가열된 열을 식히기 위한 냉각 과정에 소모되는 시간이 감소하게 되고 이에 따라 전체적인 치료 시간 또한 줄일 수 있어 보다 안정적이고 효율적인 초음파 치료를 가능하도록 한다.

Claims (20)

  1. 복수 개의 HIFU(High intensity focused ultrasound) 변환소자를 갖는 배열형 HIFU 변환자; 및
    상기 배열형 HIFU 변환자의 변환소자 중에서 일부를 선택하여 구동시키고 구동된 활성 변환소자를 통해 초음파 신호를 대상에 조사하여 열에너지를 발생시킴으로써 집속 영역 내의 조직을 치료하도록 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    소정 시간이 경과한 후, 변환소자의 조합이 상이하도록 선택된 변환소자를 상기 활성 변환소자를 대체하는 새로운 활성 변환소자로서 구동시키는 것을 특징으로 하는 초음파 치료 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    시간의 경과에 따라 활성 변환소자를 구성하는 변환소자의 조합을 변경하되, 변경 전의 조합에 포함된 변환소자를 통한 빔 집속과 변경 후의 조합에 포함된 변환소자를 통한 빔 집속은 메인 로브(main lobe)의 위치는 동일하고 그레이팅 로브(grating lobe)의 위치는 서로 상이한 것을 특징으로 하는 초음파 치료 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    메인 로브의 위치는 동일하고 그레이팅 로브의 위치가 상이한 변환소자의 조합을 복수 개 생성하여 미리 저장하는 저장부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 저장부에 저장된 변환소자의 조합을 순차적으로 독출하여 소정 시간 간격마다 대체하여 활성 변환소자로서 구동하는 것을 특징으로 하는 초음파 치료 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    시간의 경과에 따라 상기 배열형 HIFU 변환자의 중심으로부터 변환소자 간의 거리가 달라지도록 활성 변환소자를 구성하는 변환소자의 조합을 변경하는 것을 특징으로 하는 초음파 치료 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성 변환소자는,
    상기 배열형 HIFU 변환자 상에 랜덤(random)하게 배치되거나, 희박 어레이(sparse array)를 형성하도록 배치되거나, 페르마 스파이럴(Fermat's spiral)을 형성하도록 배치되거나, 콘센트릭 링(concentric ring)을 형성하도록 배치되거나, 하나의 기준 축을 중심으로 대칭적으로 배치된 변환소자 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 초음파 치료 장치.
  6. (a) 복수 개의 HIFU(High intensity focused ultrasound) 변환소자를 갖는 배열형 HIFU 변환자의 변환소자 중에서 일부를 선택하여 구동시키는 단계;
    (b) 구동된 활성 변환소자를 통해 초음파 신호를 대상에 조사하여 열에너지를 발생시킴으로써 집속 영역 내의 조직을 치료하는 단계;
    (c) 소정 시간이 경과한 후, 변환소자의 조합이 상이하도록 변환소자를 선택하여 상기 활성 변환소자를 대체하는 새로운 활성 변환소자로서 구동시키는 단계; 및
    (d) 구동된 새로운 활성 변환소자를 이용하여 상기 집속 영역 내의 조직을 치료하는 단계를 포함하는 초음파 치료 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    활성 변환소자를 구성하는 변환소자의 조합을 변경하여 새로운 활성 변환소자를 선택하는 단계; 및
    기존의 활성 변환소자의 동작을 중단시키고, 상기 새로운 활성 변환소자를 구동시키는 단계를 포함하되,
    변경 전의 조합에 포함된 변환소자를 통한 빔 집속과 변경 후의 조합에 포함된 변환소자를 통한 빔 집속은 메인 로브(main lobe)의 위치는 동일하고 그레이팅 로브(grating lobe)의 위치는 서로 상이한 것을 특징으로 하는 초음파 치료 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    메인 로브의 위치는 동일하고 그레이팅 로브의 위치가 상이한 변환소자의 조합을 복수 개 생성하여 미리 저장하는 단계를 더 포함하고,
    상기 (c) 단계는,
    상기 미리 저장된 변환소자의 조합을 순차적으로 독출하여 소정 시간 간격마다 대체하여 활성 변환소자로서 구동하는 것을 특징으로 하는 초음파 치료 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    시간의 경과에 따라 상기 배열형 HIFU 변환자의 중심으로부터 변환소자 간의 거리가 달라지도록 활성 변환소자를 구성하는 변환소자의 조합을 변경하는 것을 특징으로 하는 초음파 치료 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 (a) 단계 및 상기 (c) 단계를 통해 선택되는 상기 활성 변환소자는,
    상기 배열형 HIFU 변환자 상에 랜덤(random)하게 배치되거나, 희박 어레이(sparse array)를 형성하도록 배치되거나, 페르마 스파이럴(Fermat's spiral)을 형성하도록 배치되거나, 콘센트릭 링(concentric ring)을 형성하도록 배치되거나, 하나의 기준 축을 중심으로 대칭적으로 배치된 변환소자 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 초음파 치료 방법.
  11. 복수 개의 HIFU(High intensity focused ultrasound) 변환소자를 갖는 배열형 HIFU 변환자;
    상기 배열형 HIFU 변환자의 변환소자를 구동시키고 초음파 신호를 대상에 조사하여 열에너지를 발생시킴으로써 집속 영역 내의 조직을 치료하도록 제어하는 제어부; 및
    상기 대상에 대향하는 평면을 유지한 채 상기 배열형 HIFU 변환자를 회전시키는 회전부를 포함하는 초음파 치료 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 회전부는,
    상기 배열형 HIFU 변환자의 중심을 기준으로 상기 배열형 HIFU 변환자를 회전시킴으로써, 시간의 경과에 따라 그레이팅 로브(grating lobe)의 위치를 지속적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 초음파 치료 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 회전부의 회전축 상에 빔 집속에 따른 초점영역이 위치하는 경우,
    상기 제어부는,
    상기 배열형 HIFU 변환자의 회전과는 무관하게 빔 집속 신호의 변화 없이 메인 로브(main lobe)의 위치를 치료하고자 대상에 고정하는 것을 특징으로 하는 초음파 치료 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 회전부의 회전축 상에 빔 집속에 따른 초점영역이 위치하지 않는 경우,
    상기 제어부는,
    상기 배열형 HIFU 변환자의 회전에 따라 집속 위치가 변화하는 메인 로브(main lobe)가 치료하고자 하는 대상에 위치하도록 상기 배열형 HIFU 변환자의 변환소자 각각의 빔 집속 신호를 제어하는 것을 특징으로 하는 초음파 치료 장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 변환소자는,
    상기 배열형 HIFU 변환자 상에 랜덤(random)하게 배치되거나, 희박 어레이(sparse array)를 형성하도록 배치되거나, 페르마 스파이럴(Fermat's spiral)을 형성하도록 배치되거나, 콘센트릭 링(concentric ring)을 형성하도록 배치되거나, 하나의 기준 축을 중심으로 대칭적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 초음파 치료 장치.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배열형 HIFU 변환자의 변환소자 전부 또는 일부를 구동시키며,
    변환소자 일부가 구동된 경우, 구동된 변환소자에 의해 형성되는 빔 집속에 따른 초점영역이 상기 회전부의 회전축 상에 위치하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 초음파 치료 장치.
  17. (a) 복수 개의 HIFU(High intensity focused ultrasound) 변환소자를 갖는 배열형 HIFU 변환자의 변환소자를 구동시키고 초음파 신호를 대상에 조사하여 열에너지를 발생시킴으로써 집속 영역 내의 조직을 치료하는 단계; 및
    (b) 상기 대상에 대향하는 평면을 유지한 채 상기 배열형 HIFU 변환자를 회전시킴으로써, 시간의 경과에 따라 그레이팅 로브(grating lobe)의 위치를 지속적으로 변화시키는 단계를 포함하는 초음파 치료 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 회전부의 회전축 상에 빔 집속에 따른 초점영역이 위치하는 경우,
    상기 (b) 단계는,
    상기 배열형 HIFU 변환자의 회전과는 무관하게 빔 집속 신호의 변화 없이 메인 로브(main lobe)의 위치를 치료하고자 대상에 고정하는 것을 특징으로 하는 초음파 치료 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 회전부의 회전축 상에 빔 집속에 따른 초점영역이 위치하지 않는 경우,
    상기 (b) 단계는,
    상기 배열형 HIFU 변환자의 회전에 따라 집속 위치가 변화하는 메인 로브(main lobe)가 치료하고자 하는 대상에 위치하도록 상기 배열형 HIFU 변환자의 변환소자 각각의 빔 집속 신호를 제어하는 것을 특징으로 하는 초음파 치료 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 (a) 단계를 통해 변환소자의 일부가 구동된 경우,
    상기 (b) 단계는,
    구동된 변환소자에 의해 형성되는 빔 집속에 따른 초점영역이 상기 회전부의 회전축 상에 위치하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 초음파 치료 방법.
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