KR102778813B1

KR102778813B1 - 초음파 트랜스듀서 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR102778813B1
Application number: KR1020210176412A
Authority: KR
Inventors: 웅 박; 정구진
Original assignee: 주식회사 딥슨바이오
Priority date: 2021-12-10
Filing date: 2021-12-10
Publication date: 2025-03-12
Anticipated expiration: 2041-12-10
Also published as: KR20230087828A; US20230181934A1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스듀서는, 복수의 압전 재료(Piezoelectric material)를 포함하고, 상기 복수의 압전 재료를 둘러싼 폴리머(Polymer)를 포함하며, 상기 복수의 압전 재료 및 상기 폴리머 중 적어도 일부를 이용하여 초음파를 조사하는 진동자; 상기 진동자 중 적어도 일부가 삽입되기 위한 제 1 공간을 구비하고, 상기 조사된 초음파를 포커싱 하기 위한 렌즈; 및 상기 진동자와 상기 렌즈 간의 결합을 지원하는 하우징;을 포함하고, 상기 진동자의 높이는 상기 제 1 공간의 높이보다 길고, 상기 진동자의 높이와 상기 제 1 공간의 높이 간의 제 1 높이 차이와 상기 렌즈의 전체 높이는 서로 반비례하며, 상기 진동자의 너비는 상기 제 1 공간의 너비보다 작을 수 있다.

Description

초음파 트랜스듀서 및 그 제어방법 {Ultrasonic transducer and control methods for facilitating waste clearance of the brain lymphatic system}

본 발명은 초음파 트랜스듀서 및 제어방법에 관한 것이다.

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일반적으로, 림프계(Lymphatic system)는 림프관, 림프절 등으로 구성된 다양한 림프 기관들의 총칭이다. 특정 생체조직에 있어서, 세포사이의 삼투압의 균형을 유지하면서 노폐물의 배출과 세포간용질(interstitial solutes)의 보존은 생체조직의 정상적 기능과 항상성(Homeostasis)에 중요한 역할을 한다. 림프계(Lymphatic system)는 혈류로부터 혈장 및 여러 분자합성물이나 단백질을 모아서 말초림프관으로 모아준다. 그러므로 림프계는 세포조각, 박테리아나 고분자물 등 외부침입물질을 포함한 여러가지 노폐물을 배출하는 역할을 한다. 또한, 비장, 흉선, 골수와 연결되는 중요한 면역계의 일부로서, 림프계는 적응면역(adaptive immunity)에 필요한 면역세포 활성화와 이송(trafficking)에 관여한다[참고문헌 1,2].

17세기에 발견된 이후로, 림프계의 기능적 그리고 해부학적 특징에 관하여 연구가 많이 진행이 되었다[참고문헌 3]. 몸에 분포하는 림프계와는 달리, 중추신경계의 림프계는 색다른 특징을 가지고 있는데, 일단 세포의 종류와 모양이 전신림프계의 세포와 다르며, 뇌수막 림프관(meningeal lymphatic vessels) 일부에는 밸브가 존재하지 않음이 예가 된다[참고문헌 4]. 인체 중추신경계는 다른 기관보다 신진대사량이 월등히 높은 반면 세포주변 환경에 극도로 민감하고 취약한 뇌세포로 구성되어 있으므로, 그만큼 효율적이고 빠른 노폐물의 배출을 필요로 한다[참고문헌 5,6].

포유류의 뇌와 척추를 포함한 중추신경기관은 뇌척수액(CSF)에 담겨있다. 뇌혈관에는 뇌혈관장벽(blood-brain-barrier: BBB)이 있어서, 다른 신체조직에 있는 혈관과는 다르게, 주위 뇌혈관으로부터 아무 물질이나 뇌조직을 향하여 통과되지 못하도록 물리적인 장벽 역할을 한다. 이는 외부 이물질로 뇌조직을 보호하는 동시에, 물 분자나 뇌가 필요로 하는 영양물질, 또는 수용성/지용성 물질을 이동하게 한다[참고문헌 7,8]. 뇌혈관장벽을 포함한 주변 뇌조직은 신경혈관 단위(Neurovascular Unit, NVU)이라 불리며, 뇌혈관 내피세포(Cerebral Vascular Endothelial), 혈관주위세포, 뉴런, 아교세포, 근육세포, 그리고 세포외 기질 성분(Extracellular Matrix Components)으로 구성되어 있다[참고문헌 9].

뇌척수액(CSF)은 뇌실(Ventricle)에서 맥락총(Choroid Plexus)이라는 기관에 의해 주로 만들어진다. 최근에는 연수막 혈관(leptomeningeal vasculature)도 뇌척수액 생산에 기여한다고 보고되었다[참고문헌 10]. 뇌척수액(CSF)은 지주막하(Subarachnoid) 공간을 통하여 뇌의 혈관주위공간(Paravascular Space)으로 이동 한 후, 뇌척수액(CSF)과 조직간액(Interstitial Space Fluid, ISF)의 교환(CSF/ISF exchange)을 통하여 뇌와 척수조직 사이로 퍼져 순환한 후, 정맥주위공간 (perivenous space) 및, 후각망울(olfactory bulb)과 뇌신경으로 흡수되어 모여진 후, 인체의 림프계에 연결된다[참고문헌 6,11,12]. 경질막/뇌수막 표면에 분포하는 뇌혈관을 따라서 분포하는 특정 종류들의 뇌림프관이 발견되었다[참고문헌 4,13-15].

뇌조직의 뉴런과 아교세포사이에 존재하는 뇌의 간액공간(interstitial space: ISS)은 조직간액(ISF)으로 차있다. 뇌척수액(CSF)과 조직간액(ISF) 간의 교환은, 주변 신경혈관단위(NVU)에서 연속적으로 발생되는 것으로 추측되고 있는데 [참고문헌 5,6,9,11,16,17], 뇌의 이물질과 노폐물 처리와 림프계로의 배출에 있어 핵심적인 역할을 한다. 수십 년간의 연구에도 불구하고, 극도로 복잡한 삼투압/정수압/동수압과 관련된 물질의 이동경로를 완벽히 알지 못하여[참고문헌 6,12,], 뇌척수액(CSF)과 조직간액(ISF) 교환의 완벽한 메커니즘과 배출경로에 대한 추가 연구가 필요하다.

1970년대에 진행된 Cserr의 선행 동물연구에서 뇌척수액(CSF)과 조직간액(ISF)이 방향성을 가지고 이동을 함을 발견하였다. 이들은 쥐의 뇌에 뇌척수액(CSF)의 움직임을 추적할 수 있는 각종 분자량을 가진 형광물질을 뇌척수액(CSF) 트레이서(tracer)로서 주입한 후, 이의 움직임을 관찰하였는데, 2000 kDa 크기의 블루 덱스트란(blue dextran) 보다 작은 40 kDa 크기의 겨자무과산화효소(HorseRadish Peroxidase, HRP)가 더 많이 이동하는 것을 보아, 이들 물질의 이동이 간액공간(ISS)에서 존재함을 발견하였다[참고문헌 18,19].

뇌척수액(CSF)과 조직간액(ISF) 사이의 교환과 이들이 어떻게 배출되는지의 여부는, 네더가드(Nedergaard) 박사의 현대적 영상 기술(체외 광자 - in vitro 2 photon 현미경 기술이나 고화질 MRI)을 이용한 연구에서 재조명되었다[참고문헌 11,20]. 같은 연구실의 일리브(Iliff) 박사는 형광을 띈 덱스트란(dextran)과 오브알부민(ovalbumin)을 생쥐 뇌의 시스턴(cistern)에 직접 주입한 후, 이들의 이동을 관찰하였다[참고문헌 11]. 이 연구에 의하여 혈관주위공간(Paravascular Space)의 존재가 발견되었는데, 이는 뇌혈관주변의 아교세포막에 있는 아쿠아포린-4 (aquaporin-4: AQP4) 라는 물펌프채널에 의하여 용질이 이동이 되는 것으로 추정하였다[참고문헌 11,21]. 이들 연구는 지주막하(Subarachnoid) 공간의 뇌척수액(CSF)이 뇌혈관 주변의 비르효-로빈강(Virchow-Robin Space, VRS)으로 흘러들어간 후, 혈관의 움직임/박동(Arterial Pulsation: 뇌동맥도 혈압에 의하여 주기적으로 주위에 기계적인 압력을 가함) 내지 호흡과 관련된 움직임에 촉진되어 아쿠아포린-4(AQP4) 채널을 통하여 뇌간조직으로 이동한다고 추정하였다[참고문헌 20,22,23]. 뇌척수액(CSF)의 이동은 부피유동(Bulk Flow)을 일으키는 이류(Advection) 또는 대류(Convection) (이하 '부피유동')를 유도하여 조직간액(ISF)과 용질들을 혈관주위공간으로 밀어내어, 뇌림프관으로 배출되게 한다고 추정하였다[참고문헌 6].

한편 뇌 간액공간에 존재하는, 알츠하이머의 발병과 밀접한 관계가 있다고 볼 수 있는 베타-아밀로이드(β단백질, 타우(tau) 단백과 젖산(lactates)등 대사부산물의 배출은, 의식의 상태[참고문헌 24-27]나 몸의 자세(바로 누워있거나 옆으로 누운상태)[참고문헌 28]와 관계가 있다. 또한 운동량 또한 동물실험에서 뇌림프계의 순환에 도움이 된다는 것을 밝혔다[참고문헌 29]. 노화와 병행하여, 쥐의 뇌수막림프계를 조성하는 세포의 발현형질/형태가 변질되어 노폐물의 배출이 저하됨이 발견되었다[참고문헌 15,17].

아쿠아포린-4(AQP4) 채널은 뇌척수액(CSF)을 뇌조직 속으로의 이송을 돕고, 베타-아밀로이드의 뇌간조직의 용질을 배출하는 역할은 여러 동물실험을 통하여 입증이 되었다[참고문헌 11,17,24]. 초기연구에 있어서 아쿠아포린-4(AQP4) 채널이 뇌척수액(CSF)의 이동을 통한 용질의 조직간액(ISF)으로의 이동을 유도한다고 믿어지나, 아쿠아포린-4(AQP4) 채널이 뇌척수액(CSF)-조직간액(ISF)의 교환과 배출에 끼치는 역할은 아직 논란의 여지가 있다[참고문헌 5, 30, 31]. 컴퓨터 시뮬레이션과 뇌에서 용질이동을 재현한 동물연구에 따르면, 뇌척수액(CSF)-조직간액(ISF) 간의 교환이 적어도 뇌조직 안에서 확산(작은 분자나 화합물들이 뇌조직간액에서 삼투압에 의하여 용질의 이동을 유발)을 통하여 일어난다는 것을 밝혀내었다. 대신 혈관주위공간에서는 부피유동이 주요 배출경로로 작용하는데, 이는 연수막 혈관 (leptomeningeal vasculature)에 존재하는 조그마한 구멍(stomata)들 사이로 배출이 되는 것으로 알려져 있다[참고문헌 5]. 한편, 뇌의 백질(white matter tract)에서는 확산과 부피유동이 함께 존재하여 작용한다고 관찰되었다[참고문헌 35].

동물실험에 기초한 연구들은 최근에 인체로 연계되어 실행이 되고 있다. 아이드(Eide)와 링스타드(Ringstad) 박사는 특발성 정상압수두증(idiopathic normal pressure hydrocephalus, iNPH) 환자나 뇌척수액(CSF) 유출환자들에게 척수에 직접 MRI조영제를 투여한 후, 뇌척수액(CSF)의 역동성을 MRI로 영상화 하였다. 이 연구에서 조영제는 빠르게 뇌 전체의 피질로 퍼진 후, 뇌의 위치에 따라 차이는 있지만 약 4 ~ 6 시간 후에 가장 많이 뇌에 흡수된 후, 24시간정도에 두개저(Skull Base) 방향을 따라 뇌심부(Centripedal)로 이동하는 것을 보였다. 두개저에는 여러 동맥이 집중적으로 분포되어 있으므로 뇌림프계의 최종 배출단계인 혈관주위공간(Paravascular Space)이 상대적으로 많이 배치되는 곳이다. 이는 인체에서 뇌 노폐물 배출의 방향이 뇌피질에서 뇌심부, 특히 두개저로 이동하는 방향성을 보인다는 것을 뒷받침해 준다[참고문헌 37. 38]. 최근에는 인체에서 뇌혈관장벽(BBB)을 일시적으로 붕괴시킨 후, MRI조영제를 투여하여 이를 영상화한 결과, 인체에서도 뇌수막 림프계가 있음을 확인하였다[참고문헌 39].

뇌림프계의 기능이상은 뇌기능 장애를 초래할 수 있다는 결과가 여러 동물실험을 통하여 도출되었다. 예를 들면 아쿠아포린-4(AQP4)를 없앤 쥐는 (125I)-Aβ의 배출에 이상이 생겼고[참고문헌 11], 뇌경색, 거미막밑출혈에 의한 뇌림프계의 기능 이상도 발견이 되었다[참고문한 40,41]. 특히 뇌외상은 해당 외상지역으로의 림프순환을 저하시켰고, 타우(Tau) 단백질이 뇌에 축적되거나 외부 트레이서의 배출이 1개월 정도 저하됨을 발견하였다[참고문헌 42]. 쥐 AD모델에서는 뇌척수액의 순환에 중요한 역할을 하는 물의 순환펌프인 아쿠아포린-4(AQP4)는 노화가 진행됨에 따라 그 활동성이 감소하고, 뇌의 여러 곳으로 분산되어 결국 뇌림프계 순환의 기능을 저하시킨다. 이는 알츠하이머병과 연계된 뇌림프계의 비정상적인 기능을 뒷받침해준다[참고문헌 11,43].

신경질환과 뇌림프계의 관련성을 떠나, 수면 중 뇌대사부산물의 배출과 뇌림프계의 밀접한 역할은 중요한 연구 대상이 되고 있다[참고문헌 24, 26]. 수면부족과 수면리듬은 인체와 쥐에서 뇌의 타우(Tau) 단백질이 축적되게 한다[참고문헌 44]. 이들 연구에 기초하여 추측하건데, 뇌림프계 기능을 향상시킨다면, 수면부족과 관련된 젖산 등 뇌 노폐물의 제거를 용이하게 할 수 있다는 예측이 가능하다[참고문헌 26].

뇌에 있어서 또한, 뇌 혈관이 노화의 진행에 따라 굳어지고 뇌림프계의 순환에 도움이 되는 동맥의 박동이 저하되어, 알츠하이머와 같은 질병의 발병 가능성이 높아지게 된다는 것이 일반적인 정설이다. 그러나, 뇌 림프계의 노폐물은 노화, 병변 등의 원인으로 인해 원활하게 배출되지 못하고 잔존하게 되며, 이로 인해 2차적인 질병(예: 알츠하이머, 뇌 기능 저하 등)의 원인이 되고 있다. 또한, 수면은 비수면 상태에서 뇌 활동에 따른 노폐물을 뇌림프계의 활성화를 이용하여 배출하므로, 인위적으로 림프계의 기능을 활성화시킨다면, 수면부족에 대한 여러 가지 문제점을 개선할 수 있을 것으로 기대된다. 따라서, 뇌 림프계의 노폐물을 신속하고 효과적으로 배출하기 위한 연구가 계속되고 있다.

한편, 종래에는 마이크로버블(Micro-Bubble) 기반의 초음파 영상 조영제를 정맥 주사하면서 뇌에 초음파를 병행 적용하는 기법이 있다. 이는 초음파에 의하여 혈관에 주입된 마이크로버블 조영제 입자가 관성공동/안정공동(inertial cavitation/stable cavitation)현상에 의하여 흔들리면서 초음파를 증폭시키게 되어, 주변 뇌혈관 내피세포를 밀어주어, 뇌혈관장벽(BBB)을 교란하여 일시적으로 개방시키는 기술이다. 이 기법은 주로 뇌조직에 큰 분자량을 가지는 약물을 전달하기 위하여 개발이 되었고, 부수적으로 뇌림프계의 기능은 촉진시킬 수는 있지만, 뇌혈관장벽(BBB)이 지나치게 교란 또는 붕괴되면 뇌척수액(CSF)/조직간액(ISF) 또는 혈액이 유출되어 뇌출혈(중대한 위험인자)을 유발할 수 있는 큰 단점이 있었다. 또한, 특정 집단에서 주사하는 마이크로버블에 알레르기가 있으면 사용을 전혀 할 수 없는 단점이 있었다.

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본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 초음파 트랜스듀서 및 제어방법을 사용자에게 제공하고자 한다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

또한, 상기 제 1 높이 차이는 상기 전체 높이를 기준으로 30% 이내의 길이이고, 상기 진동자의 너비는 상기 제 1 공간의 너비를 기준으로 0.6% 이내로 작을 수 있다.

또한, 상기 하우징은, 상기 렌즈와 상기 렌즈로 삽입된 진동자 영역을 감싸는 구조의 제 1 하우징; 상기 렌즈와 상기 렌즈로 삽입되지 않은 진동자 영역을 감싸는 구조의 제 2 하우징; 및 상기 제 2 하우징을 감싸면서, 상기 제 1 하우징과 결합하는 제 3 하우징;을 포함하고, 상기 제 3 하우징의 적어도 일부에는, 외부와 연결되기 위한 커넥터;를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 일례에 따른 초음파장치는, 소정의 주파수를 발생시키는 주파수발생부; 상기 주파수의 파형을 변조하는 파형변조기; 상기 파형을 증폭시키는 선형증폭기; 증폭된 상기 파형의 임피던스를 매칭하는 공명회로부; 및 상기 공명회로부에 연결되고 포유류의 뇌를 향해 초음파를 조사하기 위한 트랜스듀서;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 트랜스듀서는 복수이고, 상기 트랜스듀서의 적어도 일부의 출력을 이용하여 펄스(pulse)를 생성하며, 상기 복수의 트랜스듀서의 동작을 조절함으로써, 상기 펄스의 길이인 PL(Pulse Length), 상기 펄스가 복수로 형성된 버스트(Burst)의 지속기간인 BD(Burst Duration) 및 상기 버스트(Burst) 간의 간격인 BI(Burst Interval) 중 적어도 하나가 변경될 수 있다.

또한, 상기 복수의 트랜스듀서와 연관된 복수의 상기 선형증폭기의 최대 출력을 선택적으로 조정함으로써, 상기 포유류의 뇌를 향해 조사되는 상기 초음파의 최종 출력이 제어 가능할 수 있다.

또한, 상기 복수의 트랜스듀서는 4개이고, 상기 복수의 선형증폭기는, 상기 4개의 트랜스듀서 중 제 1-1 트랜스듀서 및 제 1-2 트랜스듀서에 함께 연결된 제 1-1 선형증폭기 및 상기 4개의 트랜스듀서 중 제 1-3 트랜스듀서 및 제 1-4 트랜스듀서에 함께 연결된 제 1-2 선형증폭기를 포함할 수 있다.

또한, 상기 초음파장치는 다채널 지원이 가능하고, 상기 다채널 중 1채널을 사용하는 경우, 상기 제 1-1 트랜스듀서와 상기 제 1-1 선형증폭기가 연결되어 동작하고, 상기 다채널 중 2채널을 사용하는 경우, 상기 제 1-1 트랜스듀서와 상기 제 1-1 선형증폭기가 연결되고, 상기 제 1-3 트랜스듀서와 상기 제 1-2 선형증폭기가 연결되어 동작하며, 상기 다채널 중 4채널을 사용하는 경우, 상기 제 1-1 트랜스듀서 및 상기 제 1-2 트랜스듀서가 상기 제 1-1 선형증폭기와 연결되고, 상기 제 1-3 트랜스듀서 및 상기 제 1-4 트랜스듀서가 상기 제 1-2 선형증폭기와 연결되어 동작할 수 있다.

또한, 상기 복수의 트랜스듀서와 상기 복수의 선형증폭기 사이에는 복수의 매칭 확인부;가 구비되고, 상기 복수의 매칭 확인부는 상기 복수의 선형증폭기로부터 수신한 신호 정보를 기반으로 상기 복수의 트랜스듀서를 통해 조사되는 초음파의 출력 주파수를 확인할 수 있다.

또한, 상기 복수의 트랜스듀서 중 적어도 일부는 탈부착 가능하고, 상기 탈부착에 의해 변경된 트랜스듀서에 따라 상기 포유류의 뇌를 향해 조사되는 상기 초음파의 주파수 변경이 가능할 수 있다.

또한, 상기 복수의 트랜스듀서는, 상기 뇌의 둘레에서 상호 대면하도록 배치되고, 상기 뇌의 뇌심부를 향하여 상기 초음파를 조사하도록 배향될 수 있다.

또한, 상기 복수의 트랜스듀서가 고정된 헤드기어를 더 포함하고, 상기 복수의 트랜스듀서는 상호 교호적으로 상기 초음파를 조사할 수 있다.

또한, 상기 복수의 트랜스듀서 중 적어도 일부는 상기 포유류의 피부에 음향학적으로 커플링되도록 커플링 젤을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 포유류의 뇌를 향해 조사되는 상기 초음파는, 100 KHz ~ 800 KHz 대역의 펄스 파형이고, 톤지속시간(D)은 1 ms ~ 500 ms이며, 듀티 사이클은 0.3 ~ 70% 일 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 효과적인 초음파 트랜스듀서 및 제어방법을 사용자에게 제공할 수 있다.

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한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명에 따른 초음파장치를 착용한 제 1 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 초음파장치를 착용한 제 2 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 뇌 림프계의 노폐물 배출 촉진을 위한 초음파장치의 개략적인 블록도를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 뇌 림프계의 노폐물 배출 촉진을 위한 초음파장치의 개략적인 블럭도를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 초음파장치에서 사용하는 초음파의 파형 변조를 나타내는 파형도를 도시한 것이다.
도 6은 도 4에 도시된 제 2 실시예에서 제 1, 2 트랜스듀서가 교호적으로 동작할 때의 파형도를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명이 제안하는 장치의 블록구성도의 일례를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명이 제안하는 장치의 신호 연결의 일례를 도시한 것이다.
도 9 및 도 10은 본 발명이 제안하는 트랜스듀서의 일례를 도시한 것이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 1-3 composite의 구조적 특징을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명에 따라 세밀한 타임 파라미터 조정이 가능한 일례를 설명하는 도면이다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명과 관련하여, 다채널 트랜스듀서를 멀티 주파수를 통해 제어하는 구체적 일례를 설명하는 도면이다

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

제 1 실시예의 구성

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 구성을 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 제 1 실시예에서는 한 개의 제 1 트랜스듀서(Ultrasound transducer, 100)를 동작시키기 위한 구성이 개시된다. 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 뇌 림프계의 노폐물 배출 촉진을 위한 초음파장치의 개략적인 블럭도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 주파수발생부(110)는 소정의 저주파수(예 : 100 KHz ~ 800 KHz 대역의 펄스 파형)를 발생시킨다. 800 KHz 초과의 주파수에 의한 초음파는 두개골에 의해 약 70% 이상 흡수되기 때문에 효율이 낮아진다.

또한, 본 발명의 일실시예에서, 초음파(30)의 세기는 0.1 ~ 190 Watt/cm2의 공간-피크 펄스-평균강도(Isppa)이다. 국제적으로 인체에 가할 수 있는 의료용 초음파 영상기기에서 인가된 최고 세기는 190 Watt/cm2 이다.

또한, 초음파(30)의 초점은 100 ~ 1500 mWatt/cm2의 공간-피크 시간-평균강도(Ispta)이다.

본 발명에 따르면, 인체에 가할 수 있는 의료용 초음파 영상기기에서 인가된 최고 한계는 1500mW/cm2 이 될 수 있다.

또한, 초음파(30)의 초음파(30)의 톤지속시간(D)은 1 ms ~ 500 ms이면서 듀티 사이클은 0.3 ~ 70%가 되도록 한다. 1 ms 미만에서는 배출 촉진의 효과가 미미하고, 500 ms 보다 큰 경우, 듀티 사이클이 70% 이상으로 증가하게 되어(즉 1초에 1회 이상 적용), 해당 Isppa에 따라 한계 Ispta를 초과하게 되는 경우가 있어 가능하면 피하는 것이 좋다. 또한, 일반적으로 Ispta가 높은 경우 인체조직의 온도를 높일 수 있어서 역시 피하는 것이 좋다.

파형변조기(130)는 발생된 주파수의 파형을 펄스포락선(60) 또는 하프사인포락선(Half Sine Envelope, 65)으로 변조한다.

선형증폭기(150)는 변조된 펄스 파형을 소정의 크기로 증폭한다.

공명회로부(170)는 증폭된 파형의 임피던스를 매칭한다.

제 1 트랜스듀서(100)는 공명회로부(170)에 연결되며, 초음파를 조사한다. 또한, 제 1 트랜스듀서(100)는 헤드기어(20)에 고정될 수 있고, 헤드기어(20)를 착용함으로써 착용자의 두피에 고정될 수 있다. 이러한 제 1 트랜스듀서(100)는 뇌(10)의 뇌심부(예 : 해마) 방향으로 넓은 촛점 영역의 동적 압력파의 초음파(30)를 조사하도록 배향된다.

제 1 트랜스듀서(100)는 복수의 초음파 프로브 어레이로 구성되며, 저강도로 자극하는 구조를 가지고 있다. 제 1 트랜스듀서(100)의 초음파 프로브 어레이는 (1) 복수의 초음파소자 선(line)들이 동축으로 구성된 원형이나 대칭형으로 배열되거나 (2) 복수의 디스크형식 (원이나 정사각형)의 초음파소자들이 특정방향을 바라보도록 배열된 구조이거나 (3) 피에조 물질의 단일 부재일 수 있다. 제 1 트랜스듀서(100)의 복수의 초음파 프로브는 각각의 위상(phase)를 조절하여, 특정한 위치로 초음파가 모이도록 하는 기능을 가질 수도 있고, 위상을 조절하여 초음파의 방향도 조절(beam steering)할 수 있다. 단일 부재의 트랜스듀서인 경우, 트랜스듀서의 지오메트리와 방향은 초음파의 빔 포커스 위치와 방향을 결정한다. 트랜스듀서는 음향 영역에 따라 초점의 구성 또는 비초점의 구성을 가질 수 있다.

본 발명의 제 1 실시예에서는 한개의 제 1 트랜스듀서(100)가 구성된다. 제 1 트랜스듀서(100)는 특정한 위치를 향하여 독립적으로 작동하나 집속 초음파(Focused Ultrasound)라고 할 만큼 집속력이 필요하지 않다. 이러한 과정에서, 초음파의 동적 압력에 의한 ISF의 대량 유동이 유발되어, 뇌 노폐물을 포함한 용질의 움직임이 강화된다. 여기서, 용질은 혈관주위 공간에서 더 빠르게 흡수되어 뇌의 림프성 노폐물의 원활한 배출을 가능하게 한다. 반면, 동적 압력효과를 극대화하기 위해 저주파 대역의 초음파를 사용한다.

제 1 트랜스듀서(100)에 의해 조사되는 초음파(30)는 뇌의 바깥에서 뇌심부로 흐르거나 전달되는 뇌의 각종 노폐물을 포한한 용질(Solute)들을 뇌심부로 밀어내어 기존 뇌 림프계를 통하여 배출되도록 촉진하는 기능을 한다.

그리고, 커플링 젤(40)은 제 1 트랜스듀서(100)와 착용자의 두피 사이에 도포되어 음향학적으로 커플링을 구성한다. 커플링 젤(40)은 착용자의 두피의 굴곡에 밀착하도록 탄성압축이 가능한 합성수지 재질로 제작되고, 가스가 제거된 PVA(Poly-vinyl Alcohol) 같은 수화젤이나 실리콘을 포함할 수 있다.

상기 커플링젤(40)은 수화젤, 실리콘, water bag 포함하는 개념이다.

즉, 중간에 워터백을 배치시키거나 실리콘을 배치하는 방법으로 본 기기에 따른 효율을 높일 수도 있다.

도 5는 본 발명에 따른 초음파장치에서 사용하는 초음파(30)의 파형 변조를 나타내는 파형도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 주파수발생부(110)에서 생성되는 주파수(50)는 펄스포락선(60)이나 하프사인 포락선(65)을 이용하여 변조된다. 이때 D는 듀티 사이클로써, 1 ms ~ 500 ms 이다. 그리고, I는 펄스 간격(Inter-Pulse-Interval, IPI)을 의미한다. 펄스간격(I)의 역수는 펄스 반복 주파수(Pulse Repetition Frequency, PRF)로, TBD × PRF가 차지하는 기간(즉 초음파가 조사되는 시간)이 1초에 대한 비율을 듀티 사이클(%)로 표현한다. 펄스의 수(N)를 조정하여 총 초음파 조사시간을 결정하고, 초음파의 세기/파워는 파형의 피크-투-피크의 크기(A)로 결정한다.

제 2 실시예의 구성

이하, 첨부된 도면을 참조하여 제 2 실시예의 구성을 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 제 2 실시예에서는 제 1 트랜스듀서(100)와 제 2 트랜스듀서(200)를 동작시키기 위한 구성이 개시된다.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 뇌 림프계의 노폐물 배출 촉진을 위한 초음파장치의 개략적인 블럭도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 트랜스듀서(100)를 동작시키기 위하여, 제 1 주파수발생부(210), 제 1 파형변조기(230), 제 1 선형증폭기(250)가 구비된다. 그리고, 제 2 트랜스듀서(200)를 동작시키기 위하여, 제 2 주파수발생부(310), 제 2 파형변조기(330), 제 2 선형증폭기(350)가 구비된다. 제 1 주파수발생부(210)와 제 2 주파수발생부(310)는 제 1 실시예의 주파수 발생부(110)와 동일한 구성 및 기능을 수행한다. 제 1 파형변조기(230)와 제 2 파형변조기(330)는 제 1 실시예의 파형변조기(130)와 동일한 구성 및 기능을 수행한다. 제 1 선형증폭기(250)와 제 2 선형증폭기(350)는 제 1 실시예의 선형증폭기(150)와 동일한 구성 및 기능을 수행한다. 공명회로부(170a)와 제 2 공명회로부(170b)는 제 1 실시예의 공명회로부(170)와 동일한 구성 및 기능을 수행한다. 제 1 트랜스듀서(100)와 제 2 트랜스듀서(200)는 상호 동일한 구성과 기능을 수행하나, 필요에 따라 설치 위치 및 조사되는 주파수가 상이할 수 있다.

또한, 제 2 실시예의 구성중 복수의 채널을 구비한 구성요소는 병합할 수 있다. 예를 들어, 제 1, 2 선형증폭기(250, 350)는 2채널의 출력을 구비한 하나의 선형증폭기로 대체될 수 있다. 또한, 제 1, 2 주파수 발생부(210, 310)는 하나의 주파부 발생부로부터 출력되는 주파수를 분주하여 대체할 수도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 초음파장치를 착용한 제 1 예이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 헤드기어(20)내에 제 1, 2 트랜스듀서(100, 200)가 설치되며, 헤드기어(20)의 착용으로 제 1, 2 트랜스듀서(100, 200)가 두피에 밀착된다. 특히, 제 1 예에서는 착용자의 양측 관자놀이 주변에 제 1, 2 트랜스듀서(100, 200)가 각각 위치하여 뇌(10)의 뇌심부를 향해 초음파(30)가 조사되도록 배향된다.

도 2는 본 발명에 따른 초음파장치를 착용한 제 2 예이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 트랜스듀서(100)는 착용자의 이마 영역에 밀착되고, 제 2트랜스듀서(200)는 착용자의 뒤통수 영역에 밀착되도록 배향된다. 초음파(30)가 뇌(10)의 뇌심부를 향하여 조사되도록 배향되는 것은 동일하다.

도 6은 도 4에 도시된 제 2 실시예에서 제 1, 2 트랜스듀서(100, 200)가 교호적으로 동작할 때의 파형도이다. 제 1, 2 트랜스듀서(100, 200)는 동시에 동작될 수도 있고, 도 6에 도시된 바와 같이 상호 교호적으로 동작할 수도 있다. 즉, 제 1 트랜스듀서(100)가 초음파(30)를 조사하는 사이마다 제 2 트랜스듀서(200)가 초음파(30)를 조사한다. 이때, 제 1 트랜스듀서(100)의 파형과 주파수 및 제 2 트랜스듀서(200)의 파형과 주파수는 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.

실시예의 동작

이하, 첨부된 도면을 참조하여 제 1 실시예의 동작을 상세히 설명하기로 한다. 먼저, 제 1 트랜스듀서(100)와 착용자의 두피에 각각 커플링 젤(40)을 도포한다. 그 다음, 착용자의 머리에 헤드기어(20)를 착용시킴으로써 제 1 트랜스듀서(100)가 두피에 밀착되도록 한다.

주파수 발생부(110)에 인가된 전원에 의해 일정한 주파수(50)가 생성되고, 파형변조기(130)에 의해 펄스파 또는 하프사인파(하프 정현파) 형태로 변조된다. 그 다음, 선형증폭기(150)에 의해 소정의 출력으로 증폭된 후, 공명회로부(170)에 의해 임피던스가 매칭된다. 그 다음, 제 1 트랜스듀서(100)에서 초음파(30)가 조사된다.

조사된 초음파(30)는 두피와 두개골을 통과하여 뇌를 지나면서 뇌심부를 향하게 된다. 이 과정에서, 동적 압력에 의한 조직간액(ISF)의 부피유동을 유도함으로써, 뇌 노폐물을 포함한 용질의 이동이 증진된다. 이로써, 용질이 혈관주위공간에서 더 신속하게 흡수됨으로써 뇌 림프계의 노폐물 배출을 촉진할 수 있다.

초음파(30)의 총 조사시간은 30 ~ 40분 정도가 될 수 있다. 조사시간이 길어지면 상온에서 커플링 젤(40)이 건조되면서 착용자가 불편한 느낌을 받을 수 있기 때문이다.

또한, 선택적으로 뇌의 전체 영역(예 : 좌뇌와 우뇌)에 순차적으로 초음파를 주사하여 뇌 림프계의 순환을 증진할 수도 있다.

변형예

본 발명의 변형 실시예로서 트랜스듀서는 3개 이상 구비할 수 있고, 포유류의 머리 둘레에 분산 배치할 수 있다.

또한, 뇌의 특정 영역에서의 순환을 선택적으로 증진시키기 위하여 집속형 초음파 트랜스듀서를 하나 이상 사용할 수도 있다.

고출력이 가능하고, 멀티주파수 지원이 가능한 다채널 트랜스듀서를 구비한 기기

이하에서는, 본 발명에 따른 고출력 가능한 하드웨어 구성을 설명한다.

나아가 본 발명이 제안하는 기기는 정밀한 타임 파라미터 조정이 가능하고, 다채널 트랜스듀서를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명이 제안하는 기기는 멀티 주파수 지원이 가능할 수 있다.

도 7은 본 발명이 제안하는 장치의 블록구성도의 일례를 도시한 것이다.

도 7을 참조하면, 본 발명이 제안하는 장치는 전원부(500), 제어부(600), 표시부(700), 입력부(800) 및 트랜스듀서(100, 200)로 구성된 출력부 등을 포함할 수 있다.

구체적으로, 전원부(500)는 전원입력부(510), Main SMPS(520) 및 B01 Filter Board(530)을 포함할 수 있다.

먼저, 전원입력부(510)는, 220VAC/60Hz 전원을 입력하는 기능을 제공한다.

다음으로, Main SMPS(520)는 220VAC/60Hz 전원을 공급받아 DC 48V전원을 공급할 수 있다.

또한, B01 Filter Board(530)는 SMPS(520)로부터 DC 48V전원을 공급받아 전원 잡음을 줄인 후 B01 Control Board(610), RF AMP #1(620), B01 RF AMP #2(630)에 DC 48V전원을 공급한다.

또한, 제어부(600)는 B01 Control Board(610), RF AMP #1(620) 및 B01 RF AMP #2(630)를 포함한다.

먼저, B01 Control Board(610)는 제품을 제어하는 메인보드이다.

B01 RF AMP #1,#2(620, 630) / 트랜스듀서 모듈(100, 200)/ LCD Monitor(700)와 관련된 제어 및 정보를 입력하고, 확인을 위한 통신을 수행할 수 있다.

다음으로, B01 RF AMP #1(620)는 초음파 주기를 생성 및 초음파 신호를 증폭하는 장치로서, B01 Control Board(610)와 통신한다.

또한, B01 RF AMP #2(630)는 초음파 주기를 생성 및 초음파 신호를 증폭하는 장치로서, B01 Control Board(610)와 통신한다.

또한, 표시부(700)는 LCD Monitor가 될 수 있고, 출력과 관련된 항목 표시 및 장비 동작 상태 및 파라미터를 표시할 수 있다.

또한, 입력부는 Touch Touch Panel(810)과 스위치(820)을 포함한다.

Touch Touch Panel(810)은 정전식 입력 장치로서 파라미터 입력이 가능하다.

스위치(820)는, 비상 스위치와 전원 스위치를 포함하고, 비상 스위치는 비상 상황 발생 시 전원을 차단하고, 전원 스위치는 본체의 전원 공급을 제어하게 된다.

마지막으로 출력부(100, 200)는 복수의 Transducer Module로서, 환자에게 접촉하여 초음파를 발생하게 된다.

출력부(100, 200)는 Transducer 식별 정보를 저장 및 B01 Control Board(610)와 통신을 수행할 수 있다.

또한, 도 8은 본 발명이 제안하는 장치의 신호 연결의 일례를 도시한 것이다.

도 8을 참조하면, 전원부(500), 제어부(600), 표시부(700), 입력부(800) 및 트랜스듀서(100, 200)로 구성된 출력부 간에 제어 신호가 통신되는 과정과 초음파 신호가 발생되어 출력되는 과정이 도시된다.

트랜스듀서

도 9 및 도 10은 본 발명이 제안하는 트랜스듀서의 일례를 도시한 것이다.

도 9는 본 발명에 따른 트랜스듀서를 분해한 일례를 도시한 것이고, 도 10은 각각의 구성이 결합된 최종 트랜스듀서의 모습을 도시한 것이다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 트랜스듀서(100, 200)는 Housing(910, 940, 950), Lens(920), 소체(930), O Ring(960) 및 BNC(970)를 포함할 수 있다.

먼저, Housing(910, 940, 950)은 PEEK 재질로 구성되어, 높은 경도, 높은 강도, 높은 온도에서의 열변형, 경량성, 난연, 인체 사용 적합하도록 할 수 있다.

구체적으로, Housing 1(910)은 PEI 렌즈(920)와 소체(930)를 감싸는 구조물로서, 뛰어난 결합성으로 인한 방수가 가능하다.

또한, Housing 2(920)는 충격을 흡수하고, 소체(930)를 보호하며, 방수 기능을 제공한다.

또한, Housing 3(930)은, Housing 1(910)과의 우수한 조립성을 가지며, 방수/ 방진 (IPX7 등급) 기능을 제공할 수 있다.

다음으로, Lens(920)는 PEI 재질로서, 높은경도, 높은강도, 높은 온도에서의 열변형, 난연, 인체 사용 적합할 수 있다.

또한, 근거리 natural focusing을 위한 가공 형태를 갖고, 높은 밀착을 위한 가공 형태를 가질 수 있다.

또한, 소체는 1-3 composite(930)으로 구성되고, 초음파 출력의 효율성을 확보하며, 경량, 고출력 초음파 발생이 가능하다.

소체 또는 진동자라고 호칭되는 1-3 composite(930)를 하기의 표 1을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

표 1

상기 표 1에 도시된 것과 같이, 하나의 원형으로 제조된 소체(진동자)는 Piezoelectric material로 구현되고, 본 발명에 적용되는 1-3 composite(930)는 복수의 Piezoelectric material이 세워진 형태로 구성되고, 주변은 Polymer로 둘러싸도록 형성할 수 있다.

(1) 1-3 composite(930)는 대구경 지름에 따라 유효방사면적 확보가 유리하고, 고출력 초음파 음압 발생이 가능하다.

(2) 1-3 composite(930)는 주파수 250kHz를 사용함으로써, 경두개(transcranial) 통과에 용이한 결과물을 낼 수 있다.

(3) 1-3 composite(930)는 @ natural focus zone에서의 초음파 방사 지름 ø(±20%) 이 구현되도록 할 수 있다.

(4) 또한, 1-3 composite(930)는 멀티 주파수 지원이 가능하다.

또한, BNC(970)는 용이한 조립성을 제공하고, 방수/방진(IPX7 등급)이 가능할 수 있다.

도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 1-3 composite의 구조적 특징을 설명하기 위한 도면이다.

도 11a를 참조하면, 1-3 composite 소체(930)의 원판과 Lens(920)의 최적화된 공차(931)를 통한 출력 효율성을 확보할 수 있다.

초음파는 진동에 의한 진동파가 출력되는데, 렌즈와 1-3 composite 소체(930)가 공간 없이 밀착하여 결합되면, 음압이 진동을 제대로 할 수 없어서 원하는 방향의 진동파를 만들 수 없다.

반대로 결합 이후, 공간이 너무 남으면 생성된 초음파의 전달이 잘 되지 않는다는 문제점이 있다.

따라서 본 발명에서는 초음파의 전달이 유지되면서, 진동이 발생되기 위한 공간인 공차(931)를 양측에 형성함으로써, 상기 문제를 해결하였다.

구체적으로, 렌즈 상의 삽입되는 공간과 1-3 composite 소체(930)의 너비는 동일하고, 지름을 기준으로, 양 측 각각에 공차를 두었으며, 각 공차는 지름 기준 0.3%이하의 길이를 가질 때, 초음파의 전달이 유지되면서, 진동이 발생되기 위한 공간이 제공될 수 있었다.

또한, 도 11b를 참조하면, 1-3 composite 소체(930)의 원판과 Lens(920)의 최적화된 높이 차이(932)를 통한 출력 효율성을 확보할 수 있다.

도 11b에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 1-3 composite 소체(930)는 샌드위치 형태로 적용되고, 샌드위치 형태 소체(930)가 위아래로 완전히 렌즈(920) 하단으로 삽입되는 경우, 진동이 일정하게는 발생되지 않는 낑김 현상이 발생되었다.

따라서 본 발명에서는 1-3 composite 소체(930)의 길이를 렌즈(920) 삽입 영역의 길이보다 높게 형성하고, 렌즈(920)의 높이를 일반적인 적용렌즈 높이보다 낮게 형성하는 방법을 채용하였다.

즉, 한쪽 부위가 잡히지 않아도 진동하는데 이상이 없는 높이를 적용함으로써, 초음파 방사시 원하는 주파수와 임피던스를 발생시키기 위해, 해당 구조를 사용하였다.

본 발명에서는 1-3 composite 소체(930)의 길이를 기준으로, 렌즈(920) 삽입 영역의 길이가 30% 이하로 작도록 구성하였다.

세밀한 타임 파라미터 조정 기능

도 12는 본 발명에 따라 세밀한 타임 파라미터 조정이 가능한 일례를 설명하는 도면이다.

도 12를 참조하면, PL(Pulse Length), DUTY, BD(Burst Duration) 및 BI(Burst Interval) 등을 조절을 통해 치료 효과를 극대화시킬 수 있다.

구체적으로 Total Time(TT)에 대해서는 BD(Burst Duration)을 BI(Burst Interval)에 맞춰 적용하고, Middle(burst)가 중간에 적용될 수 있다.

구체적으로 BD(Burst Duration)은 Inner pulse를 기초로 조정되는데, PL(Pulse Length)를 통해 제어 가능하고, 이를 통해 1/Pulse repetition frequency(1/PRF)가 도출될 수 있다.

고출력 가능한 하드웨어 구성

본 발명에 따르면, 본체 내의 앰프보드(620, 630)의 최대 출력이 150W이며, 출력 조정이 가능해 원하는 초음파 출력을 얻을 수 있다.

또한, 종래의 기기 대비하여 출력 레벨을 1 ~ 99까지 조정 가능한 장점이 있다.

다채널 트랜스듀서 구성

본 발명에 따르면, 1채널 / 2채널 / 4채널의 트랜스듀서(100, 200) 조립체 연결이 가능한 구조를 갖는다.

도 8을 참조하면, 1채널 사용 시에는 앰프출력부#1(621)에 연결되고, 2채널 사용 시에는 앰프출력부#1(621)과 #3(631)에 연결된다.

또한, 4채널 사용 시에는 앰프출력부#1/#2/#3/#4(621, 622, 631, 632)에 연결된다.

한편, 기기 전원을 켤 때 트랜스듀서 조립체 연결 상태 및 트랜스듀서 기본정보를 확인(출력 주파수, 사용시간(횟수))하는 것도 가능하다.

즉, 치료 시작 전 동작명령에 따라 신호를 출력할 채널 연결 상태를 확인하고, 동작할 채널이 연결되어 있지 않을 경우 경고창을 표시할 수 있다.

멀티 주파수 지원 기능

본 발명에 따르면, 트랜스듀서 조립체 변경으로 사용주파수 변경이 가능하다.

도 8을 참조하면, 트랜스듀서 조립체 구성중 매칭박스 내 정보를 확인해 트랜스듀서의 출력 주파수를 확인한다.

이후, 확인한 주파수의 신호전력을 트랜스듀서로 전달할 수 있다.

구체적으로, 기기 전원을 켤 때 트랜스듀서 조립체 연결 상태 및 트랜스듀서 기본정보를 확인(출력 주파수, 사용시간(횟수))할 수 있다.

또한, 트랜스듀서 조립체에 기록된 출력 주파수를 앰프보드에서 출력하여 트랜스듀서에 신호전력을 전달할 수 있다.

제어 및 표시 방법

도 13a 및 도 13b는 본 발명과 관련하여, 다채널 트랜스듀서를 멀티 주파수를 통해 제어하는 구체적 일례를 설명하는 도면이다.

도 13a 및 도 13b를 참조하면, 13개의 정보 및 조절 가능한 팩터가 표시된다.

먼저, 1은 Frequency UI 항목으로서, 기기 초음파의 주파수를 나타내고, 사용자의 변경이 불가능한 항목이 될 수 있다.

다음으로, 2는 PL UI 항목으로서, 초음파 발생신호의 내부 펄스 On-Time을 나타낸다.

여기서 Min은 0.1~1ms 0.1씩 변화하고, Max는 1~1000ms 1씩 변화시킬 수 있으며, 오차범위는 ±5%가 될 수 있다.

또한, 3은 Duty Cycle UI 항목으로, 초음파 발생신호의 내부 펄스 On-Time 따른 비율 주기를 나타낸다.

여기서, Min은 0.1%~1% 0.1씩 변화하고, Max는 1~ 100% 1씩 변화하며, 오차범위는 ±5%가 될 수 있다.

또한, 4는 BD UI 항목으로, 초음파 발생신호의 외부 펄스 On-Time를 나타내고, Min은 10ms, Max는 3000ms 1씩 변화될 수 있으며, 오차범위는 ±5%가 될 수 있다.

또한, 5는 BI UI 항목으로, 초음파 발생신호의 외부 펄스 주기를 나타내고, Min은 10ms, Max는 7000ms 1씩 변화 가능하고, 오차범위는 ±5%가 될 수 있다.

또한, 6은 Total Time UI 항목으로, 전체 시술시간 조절이 가능하며, +, - 버튼으로 사용 시간 조절(1min ~ 30min, 1씩 변화)이 가능하다. 오차범위는 ±10%이다.

또한, 7은 Power UI 항목으로, 기기의 (RF보드) 출력 레벨 조절이 가능하다. △, ▽ 버튼으로 레벨 조절 (1~85)이 가능하고, 오차범위는 ±5%이 될 수 있다.

또한, 8은 Memory UI 항목으로, 각 파라메터를 설정된 상태로 저장(M1, M2, M3, M4)한다.

또한, 9는 Start/Stop UI 항목으로, 기기의 초음파를 조사 시작/정지 버튼 (일시정지 기능 없음) 기능을 제공한다.

또한, 10은 Intensity UI 항목으로, 초음파의 출력(W), 유효강도(W/cm2) 조절이 가능하고, 오차범위는 ±20%(출력), ±30%(유효강도)이다.

또한, 11은 Information UI 항목으로, 기기의 세부 정보를 나타낸다.

또한, 12는 Handpiece UI 항목으로, Connection과 트랜스듀서 모듈 간의 연결여부가 표시될 수 있다.

또한, 13은 CH-Status UI 항목으로, 초음파 출력 형태를 결정할 수 있다.

한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.

하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.

펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고받을 수 있다.

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.

Claims

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소정의 주파수를 발생시키는 주파수발생부;
상기 주파수의 파형을 변조하는 파형변조기;
상기 파형을 증폭시키는 선형증폭기;
증폭된 상기 파형의 임피던스를 매칭하는 공명회로부; 및
상기 공명회로부에 연결되고 미리 지정된 지점을 향해 초음파를 조사하기 위한 트랜스듀서;를 포함하고,

상기 트랜스듀서는
복수의 압전 재료(Piezoelectric material)를 포함하고, 상기 복수의 압전 재료를 둘러싼 폴리머(Polymer)를 포함하며, 상기 복수의 압전 재료 및 상기 폴리머 중 적어도 일부를 이용하여 초음파를 조사하는 진동자;
상기 진동자 중 적어도 일부가 삽입되기 위한 제 1 공간을 구비하고, 상기 조사된 초음파를 포커싱 하기 위한 렌즈; 및
상기 진동자와 상기 렌즈 간의 결합을 지원하는 하우징;를 포함하고,

상기 진동자의 높이는 상기 제 1 공간의 높이보다 길고,
상기 진동자의 높이와 상기 제 1 공간의 높이 간의 제 1 높이 차이와 상기 렌즈의 전체 높이는 서로 반비례하며,
상기 진동자의 너비는 상기 제 1 공간의 너비보다 작고,

상기 제 1 높이 차이는 상기 전체 높이를 기준으로 30% 이내의 길이이고,
상기 진동자의 너비는 상기 제 1 공간의 너비를 기준으로 0.6% 이내로 작으며,

상기 하우징은,
상기 렌즈와 상기 렌즈로 삽입된 진동자 영역을 감싸는 구조의 제 1 하우징;
상기 렌즈와 상기 렌즈로 삽입되지 않은 진동자 영역을 감싸는 구조의 제 2 하우징; 및
상기 제 2 하우징을 감싸면서, 상기 제 1 하우징과 결합하는 제 3 하우징;을 포함하고,
상기 제 3 하우징의 적어도 일부에는, 외부와 연결되기 위한 커넥터;를 더 포함하고,

상기 트랜스듀서는 복수이고,
상기 트랜스듀서의 적어도 일부의 출력을 이용하여 펄스(pulse)를 생성하며,
상기 복수의 트랜스듀서의 동작을 조절함으로써, 상기 펄스의 길이인 PL(Pulse Length), 상기 펄스가 복수로 형성된 버스트(Burst)의 지속기간인 BD(Burst Duration) 및 상기 버스트(Burst) 간의 간격인 BI(Burst Interval) 중 적어도 하나가 변경되며,

상기 복수의 트랜스듀서와 연관된 복수의 상기 선형증폭기의 최대 출력을 선택적으로 조정함으로써, 상기 조사되는 상기 초음파의 최종 출력이 제어 가능하고,

상기 복수의 트랜스듀서는 4개이고,
상기 복수의 선형증폭기는,
상기 4개의 트랜스듀서 중 제 1-1 트랜스듀서 및 제 1-2 트랜스듀서에 함께 연결된 제 1-1 선형증폭기 및 상기 4개의 트랜스듀서 중 제 1-3 트랜스듀서 및 제 1-4 트랜스듀서에 함께 연결된 제 1-2 선형증폭기를 포함하며,

초음파장치는 다채널 지원이 가능하고,

상기 다채널 중 1채널을 사용하는 경우,
상기 제 1-1 트랜스듀서와 상기 제 1-1 선형증폭기가 연결되어 동작하고,

상기 다채널 중 2채널을 사용하는 경우,
상기 제 1-1 트랜스듀서와 상기 제 1-1 선형증폭기가 연결되고, 상기 제 1-3 트랜스듀서와 상기 제 1-2 선형증폭기가 연결되어 동작하며,

상기 다채널 중 4채널을 사용하는 경우,
상기 제 1-1 트랜스듀서 및 상기 제 1-2 트랜스듀서가 상기 제 1-1 선형증폭기와 연결되고, 상기 제 1-3 트랜스듀서 및 상기 제 1-4 트랜스듀서가 상기 제 1-2 선형증폭기와 연결되어 동작하고,

상기 복수의 트랜스듀서와 상기 복수의 선형증폭기 사이에는 복수의 매칭 확인부;가 구비되고,
상기 복수의 매칭 확인부는 상기 복수의 선형증폭기로부터 수신한 신호 정보를 기반으로 상기 복수의 트랜스듀서를 통해 조사되는 초음파의 출력 주파수를 확인하는 초음파장치.
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삭제
삭제
삭제
삭제
제 4항에 있어서,
상기 복수의 트랜스듀서 중 적어도 일부는 탈부착 가능하고,
상기 탈부착에 의해 변경된 트랜스듀서에 따라 상기 미리 지정된 지점으로 조사되는 상기 초음파의 주파수 변경이 가능한 초음파장치.
제 10항에 있어서,
상기 복수의 트랜스듀서는,
상호 대면하도록 배치되고,
상기 미리 지정된 지점을 향해 상기 초음파를 조사하도록 배향된 초음파장치.
제 11항에 있어서,
상기 복수의 트랜스듀서가 고정된 헤드기어를 더 포함하고,
상기 복수의 트랜스듀서는 상호 교호적으로 상기 초음파를 조사하는 초음파장치.
제 12항에 있어서,
상기 복수의 트랜스듀서 중 적어도 일부는 피부에 음향학적으로 커플링되도록 커플링 젤을 더 포함하는 초음파장치.
제 13항에 있어서,
상기 조사되는 초음파는,
100 KHz ~ 800 KHz 대역의 펄스 파형이고,
톤지속시간(D)은 1 ms ~ 500 ms이며,
듀티 사이클은 0.3 ~ 70%인 초음파장치.