WO2023075143A1 - 고강도 집속 초음파 발생 장치의 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서 홀더를 이용한 전극 구조 및 트랜스듀서 어레이 - Google Patents

고강도 집속 초음파 발생 장치의 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서 홀더를 이용한 전극 구조 및 트랜스듀서 어레이 Download PDF

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WO2023075143A1
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transducer
holder
focused ultrasound
intensity focused
electrode structure
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이원주
공은경
황수민
강동환
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(주)제이시스메디칼
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Definitions

  • the present invention relates to an electrode structure and a transducer array using a transducer holder of a transducer array of a high-intensity focused ultrasound generator, and more particularly, a plurality of transducers are individually mounted on an ultrasonic radiation frame by the transducer holder,
  • An electrode structure and a transducer array using a transducer holder of a transducer array of a high-intensity focused ultrasound generator in which at least a portion of the transducer holder is formed of a conductive material to prevent damage to the transducer by simplifying the electrode structure will be.
  • a high-intensity focused ultrasound (HIFU) generating device generates high-intensity ultrasonic energy by focusing ultrasonic waves generated from a transducer, and irradiates it to a patient's affected area to raise the temperature of the affected area for surgical operation. It is a device that can treat the affected area without it.
  • HIFU high-intensity focused ultrasound
  • transducers When dozens or hundreds of transducers are used in a conventional high-intensity focused ultrasound generator, a plurality of transducers are mounted on the front surface of the ultrasonic radiation frame, and then the entire front surface of the ultrasonic radiation frame is coated with glue to form a waterproof layer, A number of transducers were fixed by the waterproof layer and leakage was prevented.
  • An object of the present invention is to provide an electrode structure and a transducer array using a transducer holder of a transducer array of a high-intensity focused ultrasound generator that can be easily replaced and repaired while preventing leakage.
  • the electrode structure using the transducer holder of the transducer array of the high-intensity focused ultrasound generator according to the present invention includes an ultrasonic radiation frame having a concave front surface and having a plurality of coupling holes; a plurality of transducer holders respectively inserted into the plurality of coupling holes at the front of the ultrasonic radiation frame and detachably coupled through the ultrasonic radiation frame; A plurality of transducers are mounted on the plurality of transducer holders so that their front surfaces are exposed, a surface of the transducer holder is an electrode coated with a conductive material, and at least one surface of the front and side surfaces of the transducer is formed.
  • the rear surface of the transducer is coupled to a current supply unit inserted through a current supply hole formed at the rear of the transducer holder, and the potential difference between the electrode and the current supply unit Current is supplied to the transducer.
  • the transducer holder is seated on the front surface of the ultrasonic radiation frame and has a head portion formed with a seating groove into which the transducer is inserted and seated, and extends rearward from the head portion to pass through the coupling hole to pass through the ultrasonic radiation frame. It includes a body portion formed to be coupled by a fastening member at the rear of.
  • the current supply hole is formed in the body of the transducer holder so that the current supply part can pass through and be drawn out to the rear of the ultrasonic radiation frame, and the current supply part and the current supply hole are sealed with waterproof glue.
  • the head of the transducer holder is formed such that at least a portion of a side surface of the seating groove is open.
  • At least one support protrusion protrudes from the bottom surface of the seating groove to support the lower surface of the transducer and form a separation space between the transducer and the bottom surface.
  • the support jaw is formed of a non-conductive material.
  • a locking jaw protrudes from the bottom surface of the seating groove and has a front end bent inward to prevent separation of the transducer inserted into the seating groove.
  • the body portion of the transducer holder includes a shaft portion extending rearward from the head portion and press-fitting into the coupling hole, and a shaft portion extending rearward from the shaft portion through the coupling hole and then contacting the fastening member at the rear of the ultrasonic radiation frame.
  • a screw portion coupled thereto, and a sealing member seals between the transducer holder and the ultrasonic radiation frame, and the sealing member includes an O-ring extrapolated to the shaft portion, and an O-ring extrapolated to the shaft portion from the rear of the O-ring to form the O-ring. It includes an O-ring pressing member that adheres to the rear surface of the ultrasonic radiation frame.
  • At least one of the rear surface and the side surface of the transducer and the transducer holder are bonded by an adhesive member to seal the transducer so that the transducer can vibrate inside the transducer holder, and the transducer holder and the ultrasonic radiation frame
  • the gap is sealed by a sealing member
  • the adhesive member includes flexible glue
  • the sealing member includes an O-ring inserted into a ring-shaped groove formed on a rear surface of the head unit toward the ultrasonic radiation frame.
  • the current supply unit includes an electrode line inserted through an electrode line hole formed in the body part.
  • the side and rear surfaces of the transducer are coated with at least one of a waterproof material and a non-conductive material.
  • An electrode structure using a transducer holder of a transducer array of a high-intensity focused ultrasound generator includes an ultrasonic radiation frame having a concave front surface and having a plurality of coupling holes; a plurality of transducer holders respectively inserted into the plurality of coupling holes at the front of the ultrasonic radiation frame and detachably coupled through the ultrasonic radiation frame; and a plurality of transducers mounted on the plurality of transducer holders so that their front surfaces are exposed, wherein the transducer holder is an electrode made of a conductive material, and at least one of front and side surfaces of the transducer contacts the electrode.
  • the rear surface of the transducer is coupled to a current supply unit inserted through a current supply hole formed at the rear of the transducer holder, and a current is supplied to the transducer by a potential difference applied to the electrode and the current supply unit. is supplied
  • the transducer holder is seated on the front surface of the ultrasonic radiation frame and has a head portion formed with a seating groove into which the transducer is inserted and seated, and extends rearward from the head portion to pass through the coupling hole to pass through the ultrasonic radiation frame. It includes a body portion formed to be coupled by a fastening member at the rear of.
  • the current supply hole is formed in the body of the transducer holder so that the current supply part can pass through and be drawn out to the rear of the ultrasonic radiation frame, and the current supply part and the current supply hole are sealed with waterproof glue.
  • At least one support protrusion protrudes from the bottom surface of the seating groove to support the lower surface of the transducer and form a separation space between the transducer and the bottom surface.
  • At least a portion of a side surface of the seating groove is formed to be open, and the supporting jaw is formed of a non-conductive material.
  • a locking jaw protrudes from the bottom surface of the seating groove and has a front end bent inward to prevent separation of the transducer inserted into the seating groove.
  • the current supply unit includes an electrode line inserted through an electrode line hole formed in the body part.
  • the side and rear surfaces of the transducer are coated with at least one of a waterproof material and a non-conductive material.
  • the present invention includes a transducer array of a high-intensity focused ultrasound generator to which the electrode structure is applied.
  • a plurality of transducers are individually mounted on an ultrasonic radiation frame by a transducer holder, at least a portion of the transducer holder is composed of an electrode made of a conductive material, and the front surface of the transducer is in contact with the transducer holder. Since the transducer is electrically connected and the rear surface of the transducer is electrically connected through an electrode wire, there is no need to solder an electrode wire to the front surface of the transducer, so leakage due to the solder structure can be prevented and manufacturing is easier. it can be done
  • the transducer since the transducer is configured to be seated on the supporting jaw of the transducer holder, the electrode wire coupled to the lower surface of the transducer is prevented from contacting the transducer holder to prevent a short circuit, and the electrode structure is stabilized to generate vibration waves. effect can be intensified.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a head module of a high-intensity focused ultrasound generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing a coupling structure of an ultrasonic radiation frame and a transducer holder according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view showing a coupling structure of an ultrasonic radiation frame and a transducer holder according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an enlarged view of part A of FIG. 3 .
  • FIG. 5 is a front perspective view of a transducer holder according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a rear perspective view of the transducer holder shown in FIG. 5;
  • FIG. 7 is a view showing an electrode structure using a transducer holder according to another embodiment of the present invention.
  • a device for generating high-intensity focused ultrasound is a device using high-intensity focused ultrasound (HIFU).
  • the high-intensity focused ultrasound generator includes a transducer array in which tens or hundreds of transducers are radially arranged, and stimulates the brain to treat Alzheimer's or depression as well as to treat the affected area of a patient with a tumor. It can also be given, and it can also increase immunity by applying heat to a specific part.
  • 1 is a perspective view showing a head module of a high-intensity focused ultrasound generator according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is an exploded perspective view showing a coupling structure of an ultrasonic radiation frame and a transducer holder according to an embodiment of the present invention.
  • the head module of the high-intensity focused ultrasound generator includes an ultrasound radiation frame 10, a plurality of transducers 20, and a plurality of transducer holders 100. do.
  • a probe 11 is coupled to the center of the front surface 10a, and a plurality of coupling holes 12 are radially arranged around the probe 11.
  • the ultrasonic radiation frame 10 is formed in a dish shape with a concave front surface so that ultrasonic waves emitted from the plurality of transducers 20 can be focused and radiated to one place.
  • the plurality of coupling holes 12 are through holes spaced apart from each other at a predetermined interval.
  • the number of coupling holes 12 is set according to the number of transducers 20 .
  • the plurality of transducers 20 may include piezoelectric elements.
  • the transducer 20 generates ultrasonic waves when a voltage is applied.
  • the transducer 20 will be described as being formed in a disk shape as an example. Dozens or hundreds of the transducers 20 are radially arranged to form a transducer array. The number of the transducers 20 may be set according to the ultrasonic energy to be radiated.
  • the transducer holder 100 is detachably coupled to each of the plurality of coupling holes 12 .
  • Each of the transducers 20 is coupled to the transducer holder 100 .
  • the transducer holder 100 includes a head portion 110 having a seating groove 110a into which the transducer 20 is inserted and seated, and the head portion 110. It extends to the rear and includes a body portion 120 coupled to the coupling holes 12 .
  • the head part 110 has a larger diameter than the coupling hole 12 so as to be seated on the front surface 10a of the ultrasonic radiation frame 10.
  • the seating groove 110a, the supporting jaw 110b, the locking jaw 110c, and the opening 110d are formed.
  • the seating groove 110a is formed so that the front of the head part 110 is open, and the transducer 20 is seated therein.
  • the support protrusion 110b is formed to protrude forward from the bottom surface of the seating groove 110a to a predetermined height, and is a step formed to support the lower surface of the transducer 20 .
  • the support jaw 110b forms a separation space S between the lower surface of the transducer 20 and the bottom surface of the seating groove 110a, and the electrode wire 180 coupled to the transducer 20 By forming this passing passage, not only can the electrode structure be stably implemented, but also the vibration wave energy of the transducer 20 can be maximized by allowing the transducer 20 to vibrate.
  • the supporting jaws 110b are composed of a plurality of pieces and will be described as being formed to be spaced apart from each other at a predetermined interval as an example.
  • one support jaw 110b is provided at the center of the bottom surface of the seating groove 110a.
  • the supporting jaw 110b may be formed integrally with the head part 110, and it is also possible to form a non-conductive material, for example, by applying glue to the bottom surface of the seating groove 110a. do.
  • the locking jaw 110c protrudes from the bottom surface of the seating groove 110a and has a front end bent inward to prevent the transducer 20 inserted into the seating groove 110a from being separated. there is.
  • the tip of the hooking jaw 110c can be changed if it has a shape such as a hook shape or the like that can prevent the transducer 20 from being separated.
  • a plurality of the locking jaws 110c are formed spaced apart from each other by a predetermined distance. In this embodiment, some of the plurality of locking protrusions 110c will be described as protruding from the support protrusion 110b as an example.
  • the opening 110d is a portion formed to be opened by being cut from a side surface of the seating groove 110a. There is an advantage in that assembly is easy by the opening 110d. In addition, the opening 110d allows the transducer 20 to vibrate inside the seating groove 110a, thereby maximizing the vibration wave energy of the transducer 20.
  • the body part 120 extends backward from the head part 110 and penetrates the coupling hole 12 .
  • the body part 120 is formed smaller than the diameter of the head part 110 .
  • a current supply hole is formed in the center of the body portion 120 so that a current supply unit to be described later passes therethrough.
  • the body part 120 includes a shaft part 121 and a screw part 122.
  • the shaft portion 121 extends backward from the head portion 110 and is formed in a cylindrical shape so as to be press-fitted into the coupling hole 12 .
  • the screw portion 122 extends backward from the shaft portion 121 and has a screw thread formed on an outer circumferential surface thereof to be fastened by the fastening member 150 .
  • the fastening member 150 is preferably a nut, but is not limited thereto.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a coupling structure of an ultrasonic radiation frame and a transducer holder according to an embodiment of the present invention.
  • the adhesive member will be described as an example of flexible glue.
  • a flexible glue layer 200 by the flexible glue is formed between at least one of the rear and side surfaces of the transducer 20 and the head part 110 .
  • the flexible glue silicone or epoxy-based glue may be used, and any flexible material may be used.
  • the flexible glue layer 200 is described as being formed between the rear surface of the transducer 20 and the support jaw 110b as an example. However, it is not limited thereto, and the flexible glue layer 200 may also be formed between the side surface of the transducer 20 and the inner surface of the locking jaw 110c. That is, the flexible glue layer 200 can be applied to any position as long as the front surface of the transducer 20 is not covered.
  • the transducer 20 Since the transducer 20 is adhered and fixed to the transducer holder 100 by the flexible glue, the position of the transducer 20 inside the transducer holder 100 is fixed while the transducer ( 20) can vibrate, so the loss of vibration wave energy of the transducer 20 can be minimized. In addition, since glue is not applied to the front surface of the transducer 20, loss of ultrasonic energy radiated forward from the transducer 20 can be prevented. That is, since the flexible glue layer 200 is formed only on the rear surface or side surface of the transducer 20, it does not cover the front surface of the transducer 20, so there is no restriction in radiating ultrasonic energy through the front surface.
  • a sealing member seals between the transducer holder 100 and the ultrasonic radiation frame 10 .
  • the sealing member includes a first sealing member 210 sealing between the head portion 110 of the transducer holder 100 and the front surface 10a of the ultrasonic radiation frame 10, and the body portion 120. And a second sealing member 220 for sealing between the rear surface (10b) of the ultrasonic radiation frame (10).
  • the first sealing member 210 includes two first and second O-rings 211 and 212 inserted into and coupled to the rear surface of the head part 110 .
  • the number of first sealing members 210 can be variously changed and applied.
  • the first sealing member 210 is made of various materials such as silicone and rubber in addition to the O-ring, and any structure capable of sealing can be applied.
  • first O-ring 211 and the second O-ring 212 have different diameters.
  • the first O-ring 211 and the second O-ring 212 are inserted into the ring-shaped groove 110e formed on the rear surface of the head part 110, and the front surface 10a of the ultrasonic radiation frame 10 It adheres to and seals.
  • the second sealing member 220 includes a third O-ring 221 extrapolated to the shaft portion 121 of the body portion 120, and an extrapolated to the shaft portion 121 from the rear of the third O-ring 221, An O-ring pressing member 222 for bringing the third O-ring 221 into close contact with the rear surface 10b of the ultrasonic radiation frame 10 is included.
  • the O-ring pressing member 222 is formed in a ring shape, and an inclined surface 222a is formed on the front surface so that a part of the third O-ring 221 is seated.
  • the second sealing member 220 may further include a washer 223 provided between the O-ring pressing member 222 and the fastening member 150 .
  • the washer 223 is not an essential component of the second sealing member 220 and may be additionally included.
  • the washer 223 may serve to seal the third O-ring 221 and the O-ring pressing member 222 and hold the transducer holder 100 .
  • the second sealing member 220 is made of various materials such as silicon and rubber in addition to O-rings and washers, and any structure capable of sealing can be applied.
  • a waterproof glue layer 250 using waterproof glue is formed between the electrode wire hole 120a of the transducer holder 100 and the electrode wire 180 to be described later.
  • the waterproof glue may be the same as the flexible glue.
  • the waterproof glue layer 250 may be formed to fill all of the separation space (S) with the waterproof glue.
  • the surface of the transducer holder 100 is coated with a conductive material to form the electrode 170, and the inside of the transducer holder 100 is made of a non-conductive material.
  • the electrode 170 is a coating layer formed by coating the entire surface of the transducer folder 100 with the conductive material and is grounded. However, it is not limited thereto, and the electrode 170 may be formed by coating only a portion of the surface of the transducer folder 100, including a portion in contact with the transducer 20, with the conductive material. do. In addition, the entire surface of the transducer holder 100 may be coated with a conductive material, or only the inside of the head portion 110 or the surface excluding the support jaw 110b may be coated with a conductive material. When the entire surface of the transducer holder 100 is coated with the conductive material, at least a portion of the side surface and rear surface of the transducer 20 is coated with a non-conductive material to prevent a short circuit. In addition, if at least a portion of the side surface and rear surface of the transducer 20 is coated with a waterproof material, corrosion due to water intrusion and fluctuations in the output value can be prevented.
  • any material that can be used as an electrode such as a metal such as silver, can be applied.
  • the non-conductive material is described as an example of a plastic material.
  • the front and side surfaces of the transducer 20 are grounded in contact with the electrode 170, and a current supply unit is connected to the rear surface of the transducer 20.
  • the current supply unit will be described as being an electrode line 180 as an example. However, it is not limited thereto, and any one capable of supplying current, such as pins and connectors, is applicable.
  • the electrode wire 180 is a wire for supplying current to the transducer 20 by being coupled to the center of the rear surface of the transducer 20 by soldering.
  • the electrode line 180 is disposed to pass through the current supply hole of the transducer holder 100 .
  • the current supply hole will be described as an example of being an electrode line hole 120a formed to pass the electrode line 180 therethrough.
  • the electrode line 180 is drawn to the rear of the ultrasonic radiation frame 10 through the electrode line hole 120a and connected to a separate circuit board.
  • the electrode 170 is set to one of an anode and a cathode
  • the electrode line 180 is set to the other of the anode and cathode
  • the potential difference applied to the electrode 170 and the electrode line 180 causes the A current may flow through the transducer 20 .
  • the electrode 170 is an anode and the electrode line 170 is a ground electrode
  • the electrode 170 is a ground electrode and the electrode line 180 is a cathode.
  • the transducer 20 is seated on the supporting jaw 110b, and the separation space S is formed between the transducer 20 and the bottom surface of the seating groove 110a of the transducer holder 100. This formation prevents the electrode line 180 from contacting the electrode 170, which is the surface of the transducer holder 100, so that a short circuit does not occur.
  • the electrode structure is simplified and damage to the transducer 20 can be prevented.
  • a plurality of transducers 20 are mounted on the ultrasound radiation frame 10 using the transducer holder 100, and the transducer 20 and By bonding and sealing between the transducer holders 100 with the flexible glue, even if all the glue is not applied to the front surface of the ultrasonic radiation frame 10, leakage occurs from the front surface to the inside of the ultrasonic radiation frame 10 that can be prevented
  • the entire front surface of the ultrasonic radiation frame 10 is not coated with glue, the entire front surface of the transducers 20 is exposed to prevent loss of ultrasonic energy radiated forward from the transducer 20 It can be.
  • the glue layer since the front surfaces of the transducers 20 are covered by the glue layer, there is a problem in that ultrasonic energy is absorbed by the glue layer, but in the present invention, since the entire front surfaces of the transducers 20 are exposed, This can be prevented.
  • the position of the transducer 20 is fixed and play is prevented while the transducer 20 Since vibration is possible, energy loss of the vibration wave of the transducer 20 can be reduced.
  • the transducer 20 can be individually repaired and replaced.
  • the plurality of transducers 20 are individually mounted through the transducer holder 100, there is an advantage in that the capacity of at least some of the plurality of transducers 20 can be configured differently. . For example, it is possible to increase the capacitance of the transducers disposed at the center of the ultrasonic radiation frame 10, and it is also possible to differently control the voltage applied to the plurality of transducers 20. .
  • the transducer holder 100 and the ultrasonic radiation frame 10 are sealed by a sealing member such as an O-ring, leakage from the front to the rear of the ultrasonic radiation frame 10 can be prevented, There is an advantage in that the transducer holder can be easily attached and detached from the ultrasonic radiation frame.
  • the transducer 20 is all coupled to the coupling holes 12 of the ultrasonic radiation frame 10, but it is described as an example, but the capacity of the high-intensity focused ultrasound generator is not limited thereto. Accordingly, it is of course possible to have the transducer 20 only in at least some of the coupling holes 12 .
  • a holder cover (not shown) may be detachably coupled to some of the transducer holders to which the transducer 20 is not coupled to shield the open front surface.
  • the holder cover (not shown) may be made of a material different from that of the transducer 20 but formed in the same shape and coupled with glue. Accordingly, the number of transducers 20 mounted can be adjusted, and thus the energy capacity of the high-intensity focused ultrasound generator can be adjusted.
  • FIG. 7 is a view showing an electrode structure using a transducer holder according to another embodiment of the present invention.
  • the electrode structure using the transducer holder according to another embodiment of the present invention is different from the above embodiment in that the entire transducer holder 300 is an electrode formed of a conductive material, and the other components Since the operation and operation are the same as those of the above embodiment, detailed descriptions of similar components will be omitted, and different points will be mainly described.
  • the transducer holder 300 is formed of the conductive material and is an electrode itself, and the structure or shape of the above embodiment is applied.
  • any material that can be used as an electrode such as a metal such as silver, can be applied.
  • the front and side surfaces of the transducer 20 are grounded by contacting the electrodes, and the electrode wire 180 is connected to the rear surface of the transducer 20 .
  • the electrode wire 180 is a wire for supplying current to the transducer 20 by being coupled to the center of the rear surface of the transducer 20 by soldering.
  • the electrode line 180 is disposed to pass through the electrode line hole 120a of the transducer holder 100 .
  • the electrode line 180 is drawn out to the rear of the ultrasonic radiation frame 10 through the electrode line hole 120a and connected to a separate circuit board.
  • the transducer holder 300 that is, the electrode is set to one of an anode and a cathode, and the electrode line 180 is set to the other of the anode and cathode, and the potential difference applied to the electrode and the electrode line 180 As a result, current may flow through the transducer 20.
  • the electrode is set as a ground electrode and the electrode line 180 is set as an anode.
  • the transducer 20 is seated on the supporting jaw 110b, and the separation space S is formed between the transducer 20 and the bottom surface of the seating groove of the transducer holder 100. , Since the electrode line 180 is prevented from contacting the surface of the transducer holder 300, a short circuit does not occur.
  • the support jaw 110b may be coated with a non-conductive material or formed of a non-conductive material.
  • the electrode structure is simplified and damage to the transducer 20 can be prevented.
  • at least a portion of the side surface and rear surface of the transducer 20 is coated with a non-conductive material to prevent a short circuit.
  • at least a portion of the side surface and rear surface of the transducer 20 is coated with a waterproof material, it is possible to prevent corrosion due to water invasion or a phenomenon in which an output value fluctuates.
  • an electrode structure and a transducer array using a transducer holder of a transducer array of a high-intensity focused ultrasound generator that is more stable, durable, and reliable.

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Abstract

본 발명은, 초음파 방사 프레임에 복수의 트랜스듀서들이 트랜스듀서 홀더에 의해 개별 장착되고, 트랜스듀서 홀더의 적어도 일부분이 도전성 소재로 형성된 전극으로 구성되어, 트랜스듀서의 전면은 상기 트랜스듀서 홀더에 접촉되어 전기적으로 연결되고, 상기 트랜스듀서의 후면은 전극선을 통해 전기적으로 연결됨으로써, 상기 트랜스듀서의 전면에 전극선을 납땜할 필요가 없어지므로, 납떔 구조에 의한 누수 발생을 방지할 수 있으며, 제조가 보다 용이해질 수 있다. 또한, 트랜스듀서는 트랜스듀서 홀더의 지지턱 위에 안착되도록 구성됨으로써, 트랜스듀서의 하면에 결합되는 전극선이 트랜스듀서 홀더에 접촉되는 것이 방지되어 쇼트 현상을 방지할 수 있으며, 전극 구조가 안정화되어 진동파 효과가 강화될 수 있다.

Description

고강도 집속 초음파 발생 장치의 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서 홀더를 이용한 전극 구조 및 트랜스듀서 어레이
본 발명은 고강도 집속 초음파 발생 장치의 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서 홀더를 이용한 전극 구조 및 트랜스듀서 어레이에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 트랜스듀서들이 초음파 방사 프레임에 트랜스듀서 홀더에 의해 개별 장착되고, 트랜스듀서 홀더의 적어도 일부분이 도전성 소재로 형성되어, 전극 구조를 단순화하여 트랜스듀서의 손상을 방지할 수 있는 고강도 집속 초음파 발생 장치의 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서 홀더를 이용한 전극 구조 및 트랜스듀서 어레이에 관한 것이다.
일반적으로 고강도 집속 초음파(HIFU, high-intensity focused ultrasound) 발생 장치는, 트랜스듀서에서 발생되는 초음파를 집속하여 고강도의 초음파 에너지를 발생시키고, 이를 환자의 환부에 조사하여 환부 온도를 상승시킴으로써 외과적 수술 없이 환부를 치료할 수 있는 장치이다.
종래의 고강도 집속 초음파 발생 장치에서 수십 또는 수백개의 트랜스듀서들을 사용할 경우, 다수의 트랜스듀서들을 초음파 방사 프레임의 전면에 장착한 후 상기 초음파 방사 프레임의 전면 전체를 글루로 코팅하여 방수층을 형성함으로써, 상기 방수층에 의해 다수의 트랜스듀서들을 고정시킴과 아울러 누수를 방지하였다.
그러나, 상기 트랜스듀서들로부터 전방으로 발생하는 초음파 에너지가 상기 방수층에 흡수되기 때문에, 이를 보상하기 위하여 입력 전압을 증가시켜야 하는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 상기 다수의 트랜스듀서들 중 어느 하나만 고장이 나더라도 상기 초음파 방사 프레임을 교체해야 하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 누수 차단이 가능하면서도 교체 및 수리가 용이한 고강도 집속 초음파 발생 장치의 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서 홀더를 이용한 전극 구조 및 트랜스듀서 어레이를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 고강도 집속 초음파 발생 장치의 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서 홀더를 이용한 전극 구조는, 전면이 오목하게 형성되고 복수의 결합홀들이 형성된 초음파 방사 프레임과; 상기 초음파 방사 프레임의 전방에서 상기 복수의 결합홀들에 각각 삽입되어 상기 초음파 방사 프레임을 관통하여 착탈가능하도록 결합된 복수의 트랜스듀서 홀더들과; 복수의 상기 트랜스듀서 홀더들에 전면이 노출되게 각각 장착된 복수의 트랜스듀서를 포함하고, 상기 트랜스듀서 홀더의 표면은 도전성 소재로 코팅되어 형성된 전극이고, 상기 트랜스듀서의 전면과 측면 중 적어도 일면은 상기 전극에 접촉되어 전기적으로 연결되고, 상기 트랜스듀서의 후면은 상기 트랜스듀서 홀더의 후방에 형성된 전류 공급홀을 통해 삽입된 전류 공급부에 결합되어, 상기 전극과 상기 전류 공급부에 인가되는 전위차에 의해 상기 트랜스듀서에 전류가 공급된다.
상기 트랜스듀서 홀더는, 상기 초음파 방사 프레임의 전면에 안착되고, 상기 트랜스듀서가 삽입되어 안착되는 안착홈이 형성된 헤드부와, 상기 헤드부에서 후방으로 연장되어 상기 결합홀을 관통하여 상기 초음파 방사 프레임의 후방에서 체결부재에 의해 결합되도록 형성된 바디부를 포함한다.
상기 트랜스듀서 홀더의 바디부에는, 상기 전류 공급부가 통과하여 상기 초음파 방사 프레임의 후방으로 인출가능하도록 상기 전류 공급홀이 형성되고, 상기 전류 공급부와 상기 전류 공급홀 사이는 방수용 글루에 의해 실링된다.
상기 트랜스듀서 홀더의 헤드부는, 상기 안착홈의 측면 중 적어도 일부분은 개구되게 형성된다.
상기 트랜스듀서 홀더의 헤드부에는, 상기 안착홈의 바닥면에서 돌출되어 상기 트랜스듀서의 하면을 지지하고 상기 트랜스듀서와 상기 바닥면 사이에 이격 공간을 형성하기 위한 적어도 하나의 지지턱이 형성된다.
상기 지지턱은, 비도전성 소재로 형성된다.
상기 트랜스듀서 홀더의 헤드부에는, 상기 안착홈의 바닥면에서 돌출되고 선단이 내측으로 절곡되게 형성되어, 상기 안착홈에 삽입된 상기 트랜스듀서의 이탈을 방지하기 위한 걸림턱이 형성된다.
상기 트랜스듀서 홀더의 바디부는, 상기 헤드부에서 후방으로 연장되어 상기 결합홀에 압입되는 축부와, 상기 축부에서 후방으로 연장되어 상기 결합홀을 관통한 후 상기 초음파 방사 프레임의 후방에서 상기 체결부재와 결합되는 나사부를 포함하고, 상기 트랜스듀서 홀더와 상기 초음파 방사 프레임 사이는 실링부재에 의해 실링되고, 상기 실링부재는, 상기 축부에 외삽되는 오링과, 상기 오링의 후방에서 상기 축부에 외삽되어 상기 오링을 상기 초음파 방사 프레임의 후면에 밀착시키는 오링 가압부재를 포함한다.
상기 트랜스듀서의 후면과 측면 중 적어도 일면과 상기 트랜스듀서 홀더 사이는 접착부재에 의해 접착되어, 상기 트랜스듀서 홀더의 내부에서 상기 트랜스듀서가 진동가능하도록 실링되고, 상기 트랜스듀서 홀더와 상기 초음파 방사 프레임 사이는 실링부재에 의해 실링되고, 상기 접착부재는, 플렉서블 글루를 포함하고, 상기 실링 부재는, 상기 헤드부에서 상기 초음파 방사 프레임을 향한 후면에 형성된 링 형상의 홈에 삽입된 오링을 포함한다.
상기 전류 공급부는, 상기 바디부에 형성된 전극선홀을 통해 삽입된 전극선을 포함한다.
상기 트랜스듀서의 측면과 후면은 방수재와 비도전성 소재 중 적어도 하나로 코팅 형성된다.
본 발명의 다른 측면에 따른 고강도 집속 초음파 발생 장치의 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서 홀더를 이용한 전극 구조는, 전면이 오목하게 형성되고 복수의 결합홀들이 형성된 초음파 방사 프레임과; 상기 초음파 방사 프레임의 전방에서 상기 복수의 결합홀들에 각각 삽입되어 상기 초음파 방사 프레임을 관통하여 착탈가능하도록 결합된 복수의 트랜스듀서 홀더들과; 복수의 상기 트랜스듀서 홀더들에 전면이 노출되게 각각 장착된 복수의 트랜스듀서를 포함하고, 상기 트랜스듀서 홀더는 도전성 소재로 형성된 전극이고, 상기 트랜스듀서의 전면과 측면 중 적어도 일면은 상기 전극에 접촉되어 전기적으로 연결되고, 상기 트랜스듀서의 후면은 상기 트랜스듀서 홀더의 후방에 형성된 전류 공급홀을 통해 삽입된 전류 공급부에 결합되어, 상기 전극과 상기 전류 공급부에 인가되는 전위차에 의해 상기 트랜스듀서에 전류가 공급된다.
상기 트랜스듀서 홀더는, 상기 초음파 방사 프레임의 전면에 안착되고, 상기 트랜스듀서가 삽입되어 안착되는 안착홈이 형성된 헤드부와, 상기 헤드부에서 후방으로 연장되어 상기 결합홀을 관통하여 상기 초음파 방사 프레임의 후방에서 체결부재에 의해 결합되도록 형성된 바디부를 포함한다.
상기 트랜스듀서 홀더의 바디부에는, 상기 전류 공급부가 통과하여 상기 초음파 방사 프레임의 후방으로 인출가능하도록 상기 전류 공급홀이 형성되고, 상기 전류 공급부과 상기 전류 공급홀 사이는 방수용 글루에 의해 실링된다.
상기 트랜스듀서 홀더의 헤드부에는, 상기 안착홈의 바닥면에서 돌출되어 상기 트랜스듀서의 하면을 지지하고 상기 트랜스듀서와 상기 바닥면 사이에 이격 공간을 형성하기 위한 적어도 하나의 지지턱이 형성된다.
상기 안착홈의 측면 중 적어도 일부분은 개구되게 형성되고, 상기 지지턱은, 비도전성 소재로 형성된다.
상기 트랜스듀서 홀더의 헤드부에는, 상기 안착홈의 바닥면에서 돌출되고 선단이 내측으로 절곡되게 형성되어, 상기 안착홈에 삽입된 상기 트랜스듀서의 이탈을 방지하기 위한 걸림턱이 형성된다.
상기 전류 공급부는, 상기 바디부에 형성된 전극선홀을 통해 삽입된 전극선을 포함한다.
상기 트랜스듀서의 측면과 후면은 방수재와 비도전성 소재 중 적어도 하나로 코팅 형성된다.
또한, 본 발명은, 상기 전극 구조가 적용된 고강도 집속 초음파 발생 장치의 트랜스듀서 어레이를 포함한다.
본 발명은, 초음파 방사 프레임에 복수의 트랜스듀서들이 트랜스듀서 홀더에 의해 개별 장착되고, 트랜스듀서 홀더의 적어도 일부분이 도전성 소재로 형성된 전극으로 구성되어, 트랜스듀서의 전면은 상기 트랜스듀서 홀더에 접촉되어 전기적으로 연결되고, 상기 트랜스듀서의 후면은 전극선을 통해 전기적으로 연결됨으로써, 상기 트랜스듀서의 전면에 전극선을 납땜할 필요가 없어지므로, 납땜 구조에 의한 누수 발생을 방지할 수 있으며, 제조가 보다 용이해질 수 있다.
또한, 트랜스듀서는 트랜스듀서 홀더의 지지턱 위에 안착되도록 구성됨으로써, 트랜스듀서의 하면에 결합되는 전극선이 트랜스듀서 홀더에 접촉되는 것이 방지되어 쇼트 현상을 방지할 수 있으며, 전극 구조가 안정화되어 진동파 효과가 강화될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 발생 장치의 헤드 모듈이 도시된 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 방사 프레임과 트랜스듀서 홀더의 결합 구조를 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 방사 프레임과 트랜스듀서 홀더의 결합 구조를 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 3의 A부분의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스듀서 홀더의 전면 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 트랜스듀서 홀더의 배면 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랜스듀서 홀더를 이용한 전극 구조를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하면, 다음과 같다.
본 발명의 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 발생 장치는, 고강도 집속 초음파(HIFU, high-intensity focused ultrasound)를 이용한 장치이다. 상기 고강도 집속 초음파 발생 장치는, 수십 또는 수백개의 트랜스듀서들이 방사형으로 배열된 트랜스듀서 어레이를 포함하여, 종양 등이 있는 환자의 환부를 치료할 뿐만 아니라, 알츠하이머나 우울증 등을 치료하기 위해 뇌에 자극을 줄 수도 있으며, 특정 부위에 열을 가하여 면역력을 높일 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 발생 장치의 헤드 모듈이 도시된 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 방사 프레임과 트랜스듀서 홀더의 결합 구조를 나타낸 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 고강도 집속 초음파 발생 장치의 헤드 모듈은, 초음파 방사 프레임(10), 복수의 트랜스듀서들(transducer)(20) 및 복수의 트랜스듀서 홀더들(100)을 포함한다.
상기 초음파 방사 프레임(10)은, 전면(10a)의 중앙에 프로브(11)가 결합되고, 상기 프로브(11)를 중심으로 복수의 결합홀들(12)이 방사형으로 배열된다. 상기 초음파 방사 프레임(10)은, 상기 복수의 트랜스듀서들(20)에서 방사하는 초음파들을 집속시켜 한 곳으로 방사할 수 있도록 전면이 오목하게 형성된 접시 형상으로 형성된다.
상기 복수의 결합홀들(12)은 서로 소정간격으로 이격되어 형성된 관통홀들이다. 상기 결합홀들(12)의 개수는 상기 트랜스듀서들(20)의 개수에 따라 설정된다.
상기 복수의 트랜스듀서들(20)은 압전소자를 포함할 수 있다. 상기 트랜스듀서(20)는 전압을 인가받으면 초음파를 발생시킨다. 상기 트랜스듀서(20)는 원판 형상으로 형성된 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 트랜스듀서들(20)은 수십 또는 수백개가 방사형으로 배열되어 트랜스듀서 어레이를 형성한다. 상기 트랜스듀서들(20)의 개수는 방사하고자 하는 초음파 에너지에 따라 설정될 수 있다.
상기 트랜스듀서 홀더(100)는, 상기 복수의 결합홀들(12)마다 각각 착탈가능하도록 결합된다. 상기 트랜스듀서 홀더(100)에는 상기 트랜스듀서(20)가 각각 결합된다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 트랜스듀서 홀더(100)는, 상기 트랜스듀서(20)가 삽입되어 안착되는 안착홈(110a)이 형성된 헤드부(110)와, 상기 헤드부(110)의 후방에 연장 형성되어 상기 결합홀들(12)에 결합되는 바디부(120)를 포함한다.
상기 헤드부(110)는, 상기 초음파 방사 프레임(10)의 전면(10a)에 안착되도록 상기 결합홀(12)보다 직경이 크게 형성된다. 상기 헤드부(110)에는, 상기 안착홈(110a), 지지턱(110b), 걸림턱(110c) 및 개구부(110d)가 형성된다.
상기 안착홈(110a)은, 상기 헤드부(110)의 전방에 전면이 개구되게 형성되어, 상기 트랜스듀서(20)가 안착되도록 형성된 홈이다.
상기 지지턱(110b)은, 상기 안착홈(110a)의 바닥면에서 전방으로 소정의 높이로 돌출되게 형성되어, 상기 트랜스듀서(20)의 하면을 지지하도록 형성된 단턱이다. 상기 지지턱(110b)은, 상기 트랜스듀서(20)의 하면과 상기 안착홈(110a)의 바닥면 사이에 이격 공간(S)을 형성하여, 상기 트랜스듀서(20)에 결합되는 전극선(180)이 지나가는 통로를 형성하여 전극 구조를 안정적으로 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 트랜스듀서(20)의 진동을 가능하게 하여 상기 트랜스듀서(20)의 진동파 에너지를 최대화시킬 수 있다. 상기 지지턱(110b)은 복수개로 구성되며, 서로 소정간격으로 이격되도록 형성되는 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고 상기 지지턱(110b)은 상기 안착홈(110a)의 바닥면 중앙에 한 개가 구비되는 것도 가능하다. 또한, 상기 지지턱(110b)은 상기 헤드부(110)에 일체로 형성되는 것도 가능하고, 상기 안착홈(110a)의 바닥면에 비도전성 소재, 예를 들어 글루를 도포하여 형성하는 것도 물론 가능하다.
상기 걸림턱(110c)은, 상기 안착홈(110a)의 바닥면에서 돌출되고 선단이 내측으로 절곡되게 형성되어, 상기 안착홈(110a)에 삽입된 상기 트랜스듀서(20)의 이탈을 방지할 수 있다. 상기 걸림턱(110c)의 선단은 후크 형상 등 상기 트랜스듀서(20)의 이탈을 방지할 수 있는 형상이라면 변경 가능하다. 상기 걸림턱(110c)은, 복수개가 서로 소정간격 이격되게 형성된다. 본 실시예에서는, 상기 복수의 걸림턱들(110c) 중에서 일부는 상기 지지턱(110b)에서 돌출 형성된 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 개구부(110d)는, 상기 안착홈(110a)의 측면 중에서 절개되어 개구되게 형성된 부분이다. 상기 개구부(110d)에 의해 조립이 용이한 이점이 있다. 또한, 상기 개구부(110d)는, 상기 안착홈(110a)의 내부에서 상기 트랜스듀서(20)가 진동 가능하게 하여, 상기 트랜스듀서(20)의 진동파 에너지를 최대화시키도록 한다.
상기 바디부(120)는, 상기 헤드부(110)에서 후방으로 연장되고 상기 결합홀(12)을 관통하도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 바디부(120)는 상기 헤드부(110)의 직경보다 작게 형성된다. 상기 바디부(120)의 중앙에는 후술하는 전류 공급부가 통과하도록 전류 공급홀이 형성된다.
상기 바디부(120)는, 축부(121)와 나사부(122)를 포함한다.
상기 축부(121)는, 상기 헤드부(110)에서 후방으로 연장되고 상기 결합홀(12)에 압입되도록 원통 형상으로 형성된다.
상기 나사부(122)는, 상기 축부(121)에서 후방으로 연장되고, 외주면에 체결부재(150)에 의해 체결되도록 나사산이 형성된다.
상기 체결부재(150)는 너트인 것이 바람직하나, 이에 한정하지 않는다.
한편, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 방사 프레임과 트랜스듀서 홀더의 결합 구조를 나타낸 단면도이다.
상기 접착부재는, 플렉서블 글루인 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 트랜스듀서(20)의 후면과 측면 중 적어도 일면과 상기 헤드부(110)사이에는 상기 플렉서블 글루에 의한 플렉서블 글루층(200)이 형성된다. 상기 플렉서블 글루는, 실리콘이나 에폭시 계열의 글루를 사용할 수 있고, 플렉서블한 소재라면 적용 가능하다.
본 실시예에서는 상기 플렉서블 글루층(200)은, 상기 트랜스듀서(20)의 후면과 상기 지지턱(110b) 사이에 형성된 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 플렉서블 글루층(200)은, 상기 트랜스듀서(20)의 측면과 상기 걸림턱(110c)의 내측면 사이에도 형성될 수 있다. 즉, 상기 플렉서블 글루층(200)은, 상기 트랜스듀서(20)의 전면을 가리지 않는다면 어느 위치에나 적용 가능하다.
상기 트랜스듀서(20)가 상기 플렉서블 글루에 의해 상기 트랜스듀서 홀더(100)에 접착되어 고정됨으로써, 상기 트랜스듀서 홀더(100)의 내부에서 상기 트랜스듀서(20)의 위치는 고정되면서도 상기 트랜스듀서(20)는 진동 가능하므로, 상기 트랜스듀서(20)의 진동파 에너지 손실을 최소화시킬 수 있다. 또한, 상기 트랜스듀서(20)의 전면에는 글루가 도포되지 않으므로, 상기 트랜스듀서(20)에서 전방으로 방사되는 초음파 에너지의 손실이 방지될 수 있다. 즉, 상기 플렉서블 글루층(200)은, 상기 트랜스듀서(20)의 후면 또는 측면에만 형성되기 때문에, 상기 트랜스듀서(20)의 전면을 덮지 않으므로 상기 전면을 통한 초음파 에너지 방사에 제약이 따르지 않는다.
또한, 상기 트랜스듀서 홀더(100)와 상기 초음파 방사 프레임(10) 사이는 실링부재에 의해 실링된다.
상기 실링부재는, 상기 트랜스듀서 홀더(100)의 헤드부(110)와 상기 초음파 방사 프레임(10)의 전면(10a)사이를 실링하는 제1실링부재(210)와, 상기 바디부(120)와 상기 초음파 방사 프레임(10)의 후면(10b)사이를 실링하는 제2실링부재(220)를 포함한다.
상기 제1실링부재(210)는, 상기 헤드부(110)의 후면에 삽입되어 결합된 2개의 제1,2오링(O-ring)(211)(212)을 포함한 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 제1실링부재(210)의 개수는 다양하게 변경하여 적용 가능하다. 또한, 상기 제1실링부재(210)는, 오링 이외에 실리콘, 고무 등 다양한 소재로 이루어지고 실링할 수 있는 구조라면 어느 것이나 적용 가능하다.
상기 제1오링(211)과 상기 제2오링(212)은 서로 직경이 다르게 형성되는 것이 바람직하다. 상기 제1오링(211)과 상기 제2오링(212)은, 상기 헤드부(110)의 후면에서 형성된 링 형상의 홈(110e)에 삽입되어, 상기 초음파 방사 프레임(10)의 전면(10a)에 밀착되어 실링한다.
상기 제2실링부재(220)는, 상기 바디부(120)의 축부(121)에 외삽되는 제3오링(221)과, 상기 제3오링(221)의 후방에서 상기 축부(121)에 외삽되어 상기 제3오링(221)을 상기 초음파 방사 프레임(10)의 후면(10b)으로 밀착시키는 오링 가압부재(222)를 포함한다.
상기 오링 가압부재(222)는 링 형상으로 형성되고, 전면에 상기 제3오링(221)의 일부가 안착되도록 경사면(222a)이 형성된다.
상기 제2실링부재(220)는, 상기 오링 가압부재(222)와 상기 체결부재(150) 사이에 구비되는 와셔(223)를 더 포함할 수 있다. 상기 와셔(223)는 상기 제2실링부재(220)의 필수 구성은 아니며, 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 와셔(223)는 상기 제3오링(221)과 상기 오링 가압부재(222)를 실링하고, 상기 트랜스듀서 홀더(100)를 잡아주는 역할을 수행할 수 있다.
상기 제2실링부재(220)는, 오링이나 와셔 이외에 실리콘, 고무 등 다양한 소재로 이루어지고 실링할 수 있는 구조라면 어느 것이나 적용 가능하다.
또한, 상기 트랜스듀서 홀더(100)의 전극선홀(120a)와 후술하는 전극선(180)사이에는 방수용 글루에 의한 방수용 글루층(250)이 형성된다. 상기 방수용 글루는, 상기 플렉서블 글루와 동일한 것이 사용될 수 있다. 또한, 상기 방수용 글루층(250)은, 상기 방수용 글루로 상기 이격공간(S)을 모두 채우도록 형성되는 것도 물론 가능하다.
한편, 도 4를 참조하여 상기 트랜스듀서 홀더(100)를 이용한 전극 구조에 대해 설명하면, 다음과 같다.
상기 트랜스듀서 홀더(100)의 표면은 도전성 소재로 코팅되어 전극(170)을 형성하고, 상기 트랜스듀서 홀더(100)의 내부는 비도전성 소재로 형성된다.
상기 전극(170)은, 상기 트랜스듀서 폴더(100)의 전체 표면에 상기 도전성 소재로 코팅되어 형성된 코팅층이고, 접지된다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 전극(170)은, 상기 트랜스듀서 폴더(100)의 표면 중에서 상기 트랜스듀서(20)와 접촉하는 부분을 포함한 일부 표면만 상기 도전성 소재로 코팅되어 형성되는 것도 물론 가능하다. 또한, 상기 트랜스듀서 홀더(100)는 표면 전체가 도전성 소재로 코팅되는 것도 가능하고, 상기 헤드부(110)의 내측 또는 상기 지지턱(110b)을 제외한 표면만이 도전성 소재로 코팅될 수 있다. 상기 트랜스듀서 홀더(100)의 표면 전체가 상기 도전성 소재로 코팅되는 경우, 상기 트랜스듀서(20)의 측면과 후면 중 적어도 일부분을 비도전성 소재로 코팅하여, 쇼트를 방지한다. 또한, 상기 트랜스듀서(20)의 측면과 후면 중 적어도 일부분이 방수성 소재로 코팅되면, 물의 침습으로 인한 부식과 출력값의 변동을 방지할 수 있다.
상기 도전성 소재는 은과 같은 금속 등 전극으로 사용할 수 있는 소재라면 어느 것이나 적용 가능하다. 상기 비도전성 소재는 플라스틱 소재인 것으로 예를 들어 설명한다.
따라서, 상기 트랜스듀서(20)의 전면과 측면은 상기 전극(170)에 접촉되어 접지되고, 상기 트랜스듀서(20)의 후면에는 전류 공급부가 연결된다.
상기 전류 공급부는 전극선(180)인 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 핀, 커넥터 등과 같이 전류를 공급할 수 있는 것이라면 어느 것이나 적용 가능하다.
상기 전극선(180)은, 상기 트랜스듀서(20)의 후면 중앙에 납땜에 의해 결합되어 상기 트랜스듀서(20)에 전류를 공급하기 위한 전선이다.
상기 전극선(180)은, 상기 트랜스듀서 홀더(100)의 전류 공급홀을 통과하도록 배치된다. 상기 전류 공급홀은 상기 전극선(180)이 통과하도록 형성된 전극선홀(120a)인 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 전극선(180)은, 상기 전극선홀(120a)을 통해 상기 초음파 방사 프레임(10)의 후방으로 인출되어 별도의 회로 기판에 연결된다.
여기서, 상기 전극(170)은 양극과 음극 중 어느 하나로 설정되고, 상기 전극선(180)은 양극과 음극 중 나머지 하나로 설정되어, 상기 전극(170)과 상기 전극선(180)에 인가되는 전위차에 의해 상기 트랜스듀서(20)에 전류가 흐르도록 할 수 있다. 예를 들어, 상기 전극(170)은 양극이고, 상기 전극선(170)은 접지극으로 설정되는 것도 가능하고, 상기 전극(170)은 접지극이고, 상기 전극선(180)은 양극으로 설정되는 것도 물론 가능하다.
상기 트랜스듀서(20)는 상기 지지턱(110b)위에 안착되어, 상기 트랜스듀서(20)와 상기 트랜스듀서 홀더(100)의 안착홈(110a)의 바닥면과의 사이에 상기 이격 공간(S)이 형성됨으로써, 상기 전극선(180)이 상기 트랜스듀서 홀더(100)의 표면인 상기 전극(170)에 접촉되는 것이 방지되므로, 쇼트가 발생되지 않는다.
따라서, 상기 트랜스듀서(20)의 전면에는 전극선을 납땜할 필요가 없으므로, 상기 트랜스듀서(20)의 전면에서 납땜 구조에 의한 누수 발생이 방지될 수 있다. 즉, 상기 초음파 방사 프레임(10)의 전면에 노출되어 액체와 접촉되는 상기 트랜스듀서(20)의 전면에서 내부로 누수가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 트랜스듀서(20)의 전면에는 전극선을 납땜할 필요가 없으므로, 전극 구조가 단순화되고, 상기 트랜스듀서(20)의 손상이 방지될 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기와 같이 구성된 고강도 집속 초음파 발생 장치는, 상기 초음파 방사 프레임(10)에 복수의 트랜스듀서들(20)을 상기 트랜스듀서 홀더(100)를 이용하여 장착하여, 상기 트랜스듀서(20)와 상기 트랜스듀서 홀더(100)사이를 상기 플렉서블 글루로 접착하여 실링함으로써, 상기 초음파 방사 프레임(10)의 전면에 글루를 모두 도포하지 않더라도 상기 초음파 방사 프레임(10)의 전면으로부터 내부로 누수가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 초음파 방사 프레임(10)의 전면에 글루를 모두 도포하지 않기 때문에, 상기 트랜스듀서들(20)의 전면 전체가 노출되어 상기 트랜스듀서(20)에서 전방으로 방사되는 초음파 에너지의 손실이 방지될 수 있다. 종래와 같이 상기 트랜스듀서들(20)의 전면이 글루층에 의해 가려질 경우, 글루층에 의해 초음파 에너지가 흡수되는 문제점이 있으나, 본 발명에서는 상기 트랜스듀서들(20)의 전면 전체가 노출되므로 이를 방지할 수 있다.
또한, 상기 트랜스듀서 홀더(100)의 내부에서 상기 트랜스듀서(20)와의 사이에는 상기 플렉서블 글루로 접착됨으로써, 상기 트랜스듀서(20)의 위치는 고정되어 유격은 방지되면서도 상기 트랜스듀서(20)의 진동은 가능하기 때문에, 상기 트랜스듀서(20)의 진동파 에너지 손실이 감소될 수 있다.
또한, 상기 복수의 트랜스듀서들(20)이 상기 트랜스듀서 홀더(100)를 통해 개별적으로 장착되고, 상기 트랜스듀서 홀더(100)는 상기 초음파 방사 프레임(10)에 착탈가능하도록 결합되기 때문에, 상기 트랜스듀서(20)를 개별적으로 수리 및 교체가 가능한 이점이 있다.
또한, 상기 복수의 트랜스듀서들(20)이 상기 트랜스듀서 홀더(100)를 통해 개별적으로 장착되기 때문에, 상기 복수의 트랜스듀서들(20) 중 적어도 일부의 용량을 다르게 구성할 수 있는 이점이 있다. 예를 들어, 상기 초음파 방사 프레임(10)의 중앙측에 배치된 트랜스듀서들의 용량을 증가시키는 것도 가능하고, 상기 복수의 트랜스듀서들(20)에 인가되는 전압을 서로 다르게 제어하는 것도 물론 가능하다.
또한, 상기 트랜스듀서 홀더(100)와 상기 초음파 방사 프레임(10)사이는 오링 등과 같은 실링부재에 의해 실링됨으로써, 상기 초음파 방사 프레임(10)의 전면에서 후방으로 누수가 방지될 수 있을 뿐만 아니라, 초음파 방사 프레임으로부터 트랜스듀서 홀더의 착탈이 용이한 이점이 있다.
한편, 상기 실시예에서는 상기 초음파 방사 프레임(10)의 결합홀들(12)에 상기 트랜스듀서(20)가 모두 결합된 것으로 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 상기 고강도 집속 초음파 발생 장치의 용량에 따라 상기 결합홀들(12) 중에서 적어도 일부에만 상기 트랜스듀서(20)를 구비하는 것도 물론 가능하다. 상기 결합홀들(12) 중에서 적어도 일부에만 상기 트랜스듀서들(20)을 구비할 경우, 상기 결합홀들(12) 전체에는 상기 트랜스듀서 홀더들(100)은 결합되고 상기 트랜스듀서 홀더들(100) 중에서 상기 트랜스듀서(20)가 결합되지 않는 일부의 트랜스듀서 홀더에는 개구된 전면을 차폐시키기 위한 홀더 커버(미도시)가 착탈가능하도록 결합될 수도 있다. 상기 홀더 커버(미도시)는 상기 트랜스듀서(20)와 다른 소재이되 동일한 형상으로 형성되고 글루에 의해 결합될 수 있다. 따라서, 상기 트랜스듀서들(20)의 장착 개수를 조절 가능하여, 상기 고강도 집속 초음파 발생 장치의 에너지 용량을 조절 가능하다.
한편, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랜스듀서 홀더를 이용한 전극 구조를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랜스듀서 홀더를 이용한 전극 구조는, 트랜스듀서 홀더(300) 전체가 도전성 소재로 형성된 전극인 것이 상기 일 실시예와 상이하고, 그 외 나머지 구성 및 작용은 상기 일 실시예와 동일하므로 유사 구성에 대한 상세한 설명은 생략하고, 상이한 점을 중심으로 설명한다.
상기 트랜스듀서 홀더(300)는 상기 도전성 소재로 형성되어 전극 자체이고, 구조나 형상은 상기 일 실시예가 적용된다.
상기 도전성 소재는 은과 같은 금속 등 전극으로 사용할 수 있는 소재라면 어느 것이나 적용 가능하다.
상기 트랜스듀서(20)의 전면과 측면은 상기 전극에 접촉되어 접지되고, 상기 트랜스듀서(20)의 후면에는 전극선(180)이 연결된다.
상기 전극선(180)은, 상기 트랜스듀서(20)의 후면 중앙에 납땜에 의해 결합되어 상기 트랜스듀서(20)에 전류를 공급하기 위한 전선이다. 상기 전극선(180)은, 상기 트랜스듀서 홀더(100)의 전극선홀(120a)을 통과하도록 배치된다. 상기 전극선(180)은, 상기 전극선홀(120a)을 통해 상기 초음파 방사 프레임(10)의 후방으로 인출되어 별도의 회로 기판에 연결된다.
여기서, 상기 트랜스듀서 홀더(300), 즉 상기 전극은 양극과 음극 중 어느 하나로 설정되고, 상기 전극선(180)은 양극과 음극 중 나머지 하나로 설정되어, 상기 전극과 상기 전극선(180)에 인가되는 전위차에 의해 상기 트랜스듀서(20)에 전류가 흐르도록 할 수 있다. 또한, 상기 전극은 접지극으로 설정되고, 상기 전극선(180)은 양극으로 설정되는 것도 물론 가능하다.
상기 트랜스듀서(20)는 상기 지지턱(110b)위에 안착되어, 상기 트랜스듀서(20)와 상기 트랜스듀서 홀더(100)의 안착홈의 바닥면과의 사이에 상기 이격 공간(S)이 형성됨으로써, 상기 전극선(180)이 상기 트랜스듀서 홀더(300)의 표면에 접촉되는 것이 방지되므로, 쇼트가 발생되지 않는다. 또한, 상기 지지턱(110b)은 비도전성 소재로 코팅되거나 비도전성 소재로 형성될 수 있다.
따라서, 상기 트랜스듀서(20)의 전면에는 전극선을 납땜할 필요가 없으므로, 상기 트랜스듀서(20)의 전면에서 납땜 구조에 의한 누수 발생이 방지될 수 있다. 즉, 상기 초음파 방사 프레임(10)의 전면에 노출되어 액체와 접촉되는 상기 트랜스듀서(20)의 전면에서 내부로 누수가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 트랜스듀서(20)의 전면에는 전극선을 납땜할 필요가 없으므로, 전극 구조가 단순화되고, 상기 트랜스듀서(20)의 손상이 방지될 수 있는 이점이 있다. 또한, 상기 트랜스듀서(20)의 측면과 후면 중 적어도 일부분은 비도전성 소재로 코팅되어 쇼트가 방지될 수 있다. 또한, 상기 트랜스듀서(20)의 측면과 후면 중 적어도 일부분은 방수성 소재로 코팅 형성되어, 물의 침습으로 인해 부식되거나 출력값이 변동되는 현상을 방지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
본 발명에 따르면 보다 안정적이고 내구성 및 신뢰성이 우수한 고강도 집속 초음파 발생 장치의 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서 홀더를 이용한 전극 구조 및 트랜스듀서 어레이를 제조할 수 있다.

Claims (20)

  1. 전면이 오목하게 형성되고 복수의 결합홀들이 형성된 초음파 방사 프레임과;
    상기 초음파 방사 프레임의 전방에서 상기 복수의 결합홀들에 각각 삽입되어 상기 초음파 방사 프레임을 관통하여 착탈가능하도록 결합된 복수의 트랜스듀서 홀더들과;
    복수의 상기 트랜스듀서 홀더들에 전면이 노출되게 각각 장착된 복수의 트랜스듀서를 포함하고,
    상기 트랜스듀서 홀더의 표면은 도전성 소재로 코팅되어 형성된 전극이고,
    상기 트랜스듀서의 전면과 측면 중 적어도 일면은 상기 전극에 접촉되어 전기적으로 연결되고,
    상기 트랜스듀서의 후면은 상기 트랜스듀서 홀더의 후방에 형성된 전류 공급홀을 통해 삽입된 전류 공급부에 결합되어,
    상기 전극과 상기 전류 공급부에 인가되는 전위차에 의해 상기 트랜스듀서에 전류가 공급되는 고강도 집속 초음파 발생 장치의 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서 홀더를 이용한 전극 구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 트랜스듀서 홀더는,
    상기 초음파 방사 프레임의 전면에 안착되고, 상기 트랜스듀서가 삽입되어 안착되는 안착홈이 형성된 헤드부와,
    상기 헤드부에서 후방으로 연장되어 상기 결합홀을 관통하여 상기 초음파 방사 프레임의 후방에서 체결부재에 의해 결합되도록 형성된 바디부를 포함하는 고강도 집속 초음파 발생 장치의 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서 홀더를 이용한 전극 구조.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 트랜스듀서 홀더의 바디부에는,
    상기 전류 공급부가 통과하여 상기 초음파 방사 프레임의 후방으로 인출가능하도록 상기 전류 공급홀이 형성되고,
    상기 전류 공급부와 상기 전류 공급홀 사이는 방수용 글루에 의해 실링되는 고강도 집속 초음파 발생 장치의 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서 홀더를 이용한 전극 구조.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 트랜스듀서 홀더의 헤드부는,
    상기 안착홈의 측면 중 적어도 일부분은 개구되게 형성된 고강도 집속 초음파 발생 장치의 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서 홀더를 이용한 전극 구조.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 트랜스듀서 홀더의 헤드부에는,
    상기 안착홈의 바닥면에서 돌출되어 상기 트랜스듀서의 하면을 지지하고 상기 트랜스듀서와 상기 바닥면 사이에 이격 공간을 형성하기 위한 적어도 하나의 지지턱이 형성된 고강도 집속 초음파 발생 장치의 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서 홀더를 이용한 전극 구조.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 지지턱은, 비도전성 소재로 형성된 고강도 집속 초음파 발생 장치의 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서 홀더를 이용한 전극 구조.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 트랜스듀서 홀더의 헤드부에는,
    상기 안착홈의 바닥면에서 돌출되고 선단이 내측으로 절곡되게 형성되어, 상기 안착홈에 삽입된 상기 트랜스듀서의 이탈을 방지하기 위한 걸림턱이 형성된 고강도 집속 초음파 발생 장치의 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서 홀더를 이용한 전극 구조.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 트랜스듀서 홀더의 바디부는,
    상기 헤드부에서 후방으로 연장되어 상기 결합홀에 압입되는 축부와,
    상기 축부에서 후방으로 연장되어 상기 결합홀을 관통한 후 상기 초음파 방사 프레임의 후방에서 상기 체결부재와 결합되는 나사부를 포함하고,
    상기 트랜스듀서 홀더와 상기 초음파 방사 프레임 사이는 실링부재에 의해 실링되고,
    상기 실링부재는,
    상기 축부에 외삽되는 오링과, 상기 오링의 후방에서 상기 축부에 외삽되어 상기 오링을 상기 초음파 방사 프레임의 후면에 밀착시키는 오링 가압부재를 포함하는 고강도 집속 초음파 발생 장치의 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서 홀더를 이용한 전극 구조.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 트랜스듀서의 후면과 측면 중 적어도 일면과 상기 트랜스듀서 홀더 사이는 접착부재에 의해 접착되어, 상기 트랜스듀서 홀더의 내부에서 상기 트랜스듀서가 진동가능하도록 실링되고,
    상기 트랜스듀서 홀더와 상기 초음파 방사 프레임 사이는 실링부재에 의해 실링되고,
    상기 접착부재는, 플렉서블 글루를 포함하고,
    상기 실링 부재는, 상기 헤드부에서 상기 초음파 방사 프레임을 향한 후면에 형성된 링 형상의 홈에 삽입된 오링을 포함하는 고강도 집속 초음파 발생 장치의 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서 홀더를 이용한 전극 구조.
  10. 청구항 2에 있어서,
    상기 전류 공급부는,
    상기 바디부에 형성된 전극선홀을 통해 삽입된 전극선을 포함하는 고강도 집속 초음파 발생 장치의 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서 홀더를 이용한 전극 구조.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 트랜스듀서의 측면과 후면은 방수재와 비도전성 소재 중 적어도 하나로 코팅 형성된 고강도 집속 초음파 발생 장치의 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서 홀더를 이용한 전극 구조.
  12. 전면이 오목하게 형성되고 복수의 결합홀들이 형성된 초음파 방사 프레임과;
    상기 초음파 방사 프레임의 전방에서 상기 복수의 결합홀들에 각각 삽입되어 상기 초음파 방사 프레임을 관통하여 착탈가능하도록 결합된 복수의 트랜스듀서 홀더들과;
    복수의 상기 트랜스듀서 홀더들에 전면이 노출되게 각각 장착된 복수의 트랜스듀서를 포함하고,
    상기 트랜스듀서 홀더는 도전성 소재로 형성된 전극이고,
    상기 트랜스듀서의 전면과 측면 중 적어도 일면은 상기 전극에 접촉되어 전기적으로 연결되고,
    상기 트랜스듀서의 후면은 상기 트랜스듀서 홀더의 후방에 형성된 전류 공급홀을 통해 삽입된 전류 공급부에 결합되어,
    상기 전극과 상기 전류 공급부에 인가되는 전위차에 의해 상기 트랜스듀서에 전류가 공급되는 고강도 집속 초음파 발생 장치의 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서 홀더를 이용한 전극 구조.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 트랜스듀서 홀더는,
    상기 초음파 방사 프레임의 전면에 안착되고, 상기 트랜스듀서가 삽입되어 안착되는 안착홈이 형성된 헤드부와,
    상기 헤드부에서 후방으로 연장되어 상기 결합홀을 관통하여 상기 초음파 방사 프레임의 후방에서 체결부재에 의해 결합되도록 형성된 바디부를 포함하는 고강도 집속 초음파 발생 장치의 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서 홀더를 이용한 전극 구조.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 트랜스듀서 홀더의 바디부에는,
    상기 전류 공급부가 통과하여 상기 초음파 방사 프레임의 후방으로 인출가능하도록 상기 전류 공급홀이 형성되고,
    상기 전류 공급부과 상기 전류 공급홀 사이는 방수용 글루에 의해 실링되는 고강도 집속 초음파 발생 장치의 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서 홀더를 이용한 전극 구조.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 트랜스듀서 홀더의 헤드부에는,
    상기 안착홈의 바닥면에서 돌출되어 상기 트랜스듀서의 하면을 지지하고 상기 트랜스듀서와 상기 바닥면 사이에 이격 공간을 형성하기 위한 적어도 하나의 지지턱이 형성된 고강도 집속 초음파 발생 장치의 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서 홀더를 이용한 전극 구조.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 안착홈의 측면 중 적어도 일부분은 개구되게 형성되고,
    상기 지지턱은, 비도전성 소재로 형성된 고강도 집속 초음파 발생 장치의 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서 홀더를 이용한 전극 구조.
  17. 청구항 13에 있어서,
    상기 트랜스듀서 홀더의 헤드부에는,
    상기 안착홈의 바닥면에서 돌출되고 선단이 내측으로 절곡되게 형성되어, 상기 안착홈에 삽입된 상기 트랜스듀서의 이탈을 방지하기 위한 걸림턱이 형성된 고강도 집속 초음파 발생 장치의 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서 홀더를 이용한 전극 구조.
  18. 청구항 13에 있어서,
    상기 전류 공급부는,
    상기 바디부에 형성된 전극선홀을 통해 삽입된 전극선을 포함하는 고강도 집속 초음파 발생 장치의 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서 홀더를 이용한 전극 구조.
  19. 청구항 12에 있어서,
    상기 트랜스듀서의 측면과 후면은 방수재와 비도전성 소재 중 적어도 하나로 코팅 형성된 고강도 집속 초음파 발생 장치의 트랜스듀서 어레이의 트랜스듀서 홀더를 이용한 전극 구조.
  20. 청구항 1의 전극 구조가 적용된 고강도 집속 초음파 발생 장치의 트랜스듀서 어레이.
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