KR102415740B1 - 탈부착이 가능한 음향 렌즈를 이용한 초음파 진단-치료 장치 - Google Patents

Abstract

동시 초음파 진단-치료 장치는, 복수의 초음파 출력소자들로 구성된 초음파 출력부, 상기 초음파 출력부의 적어도 일부분에 탈부착이 가능하게 장착되는 음향 렌즈 및 상기 복수의 초음파 출력소자들 각각의 설정값을 제어하도록 구성된 하나 이상의 프로세서를 포함하고, 상기 복수의 초음파 출력소자들은 표적 부위의 영상을 획득하기 위한 초음파를 출력하는 제1 소자 그룹과 상기 표적 부위의 치료를 위한 초음파를 출력하는 제2 소자 그룹으로 구성된다.

Description

탈부착이 가능한 음향 렌즈를 이용한 초음파 진단-치료 장치{APPARATUS FOR ULTRASONIC IMAGING AND THERAPY USING AN ULTRASONIC TRANSDUCER WITH ATTACHABLE ACOUSTIC LENS}

본 발명은 초음파 진단-치료 장치에 관한 것으로서, 탈부착이 가능한 음향 렌즈를 이용하여 초음파 진단 및 치료를 동시에 가능하게 하는 장치에 관한 것이다.

종래의 외과적 처리(surgery) 또는 화학작 요법(chemotherapy)과 비교하여 비침습적(non-invasive)이고 또한 비손상(non-traumatic)인 초음파를 이용한 치료가 점점 널리 이용되고 있다. 특히, 고강도 집속 초음파(high-intensity focused ultrasound, HIFU)와 같은 치료 방식은 일반적으로 암, 종양, 병변과 같은 생체 조직을 치료(처리)하는데 이용되고 있다.

초음파를 이용한 치료 방식은 고강도 초음파를 한 곳에 집중시켜 발행하는 열을 이용하여 해당 생체 조직을 괴사시키는 방식이다. 이 때, 고강도 초음파가 건강한 생체 조직을 해하는 것을 피하도록 조절해야 하며, 이를 위해 치료 과정을 모니터링하는 장치가 필요하다. 인체 내부의 조직은 눈으로 보이지 않기 때문에 초음파 진단 장치를 통해 생체 조직의 상태를 확인하고, 초음파 치료 장치를 통해 해당 부위를 치료하는 방식은 실시간으로 치료 부위 확인이 어려운 문제가 있다.

인체 내부의 생체 조직의 영상 획득을 위해 송부하는 초음파는 생체 조직에 영향을 미치지 않아야 하므로, 종래에는 일반적으로 초음파 진단 장치와 치료 장치는 별도로 사용되어 왔다.

종래의 동시 치료 및 모니터링을 위한 초음파 기술의 경우, 치료용 초음파 트랜스듀서와 영상용 초음파 트랜스듀서가 별도로 마련되어 구동되므로 전체 구동시스템이 커지고, 구조가 복잡하며 가격이 비싼 별도의 장비를 필요로 하는 문제가 있었다.

따라서, 간단한 구조로 진단과 동시에 치료가 가능한 초음파 진단-치료 장치가 요구된다.

한국 등록 특허 공보 제10-0972709호

본 발명은 문제점들을 해결하기 위해 착안된 것으로서, 초음파 트랜스듀서에 다양한 형태의 고정 또는 가변 음향 렌즈가 탈부착가능한 형태로 부착되어 초음파를 변형시켜 진단과 동시에 치료가 가능하도록 하는 초음파 진단-치료 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 동시 초음파 진단-치료 장치는, 복수의 초음파 출력소자들로 구성된 초음파 출력부, 상기 초음파 출력부의 적어도 일부분에 탈부착이 가능하게 장착되는 음향 렌즈 및 상기 복수의 초음파 출력소자들 각각의 설정값을 제어하도록 구성된 하나 이상의 프로세서를 포함하고, 상기 복수의 초음파 출력소자들은 표적 부위의 영상을 획득하기 위한 초음파를 출력하는 제1 소자 그룹과 상기 표적 부위의 치료를 위한 초음파를 출력하는 제2 소자 그룹으로 구성된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복수의 초음파 출력 소자들은 하나의 어레이 트랜스듀서를 구성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 소자 그룹은 상기 하나의 어레이 트랜스듀서의 중앙에 위치한 하나 이상의 초음파 출력소자를 포함하고, 상기 제2 소자 그룹은 상기 하나의 어레이 트랜스듀서의 양 말단의 하나 이상의 초음파 출력소자를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하나 이상의 프로세서는 상기 제1 소자 그룹을 통해 상기 표적 부위의 영상을 처리하고, 상기 표적 부위의 치료를 위한 초음파를 출력하도록 상기 제2 소자 그룹의 설정값을 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 음향 렌즈는 고정 또는 가변 음향 렌즈이고, 상기 표적 부위의 위치, 치료 범위를 고려하여 형태가 결정될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 음향 렌즈는 상기 제2 소자 그룹에 의해 출력되는 초음파를 집속 또는 분산시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 표적 부위의 영상을 표시하는 출력부 및 상기 제1 소자 그룹 및 상기 제2 소자 그룹을 각각 제어하는 명령을 입력받는 입력부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 소자 그룹과 상기 제2 소자 그룹은 상기 입력부를 통한 사용자 스위치 조작 또는 터치 입력에 의해 초음파 출력이 개별적으로 제어될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 탈부착가능한 음향 렌즈를 이용한 초음파 진단-치료 장치는 초음파 진단 및 치료가 동시에 가능하게 할 수 있다. 또한, 동일한 규격의 초음파 트랜스듀서를 이용하여 초음파 진단 및 치료 기능을 동시에 수행할 수 있으므로, 목적과 기능에 따라 별도의 트랜스듀서를 사용해야 했던 종래의 초음파 치료장치에 비해 폭넓은 활용이 가능하다. 뿐만 아니라, 기존의 초음파 진단 또는 치료장치에 탈부착가능한 음향 렌즈를 부착하는 간단한 구조를 통해 초음파 진단 및 치료 기능을 동시에 제공할 수 있고, 이러한 장치는 간편하면서도 비용을 절감할 수 있다.

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

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 진단-치료 장치의 개략적인 블록도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 진단-치료 장치의 개략적인 종단면도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 어레이 트랜스듀서 및 탈부착가능하게 장착된 음향 렌즈의 개략적인 종단면도를 도시한다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 렌즈의 장착 전 및 후의 초음파 음압 분포도를 도시한다.
도 5a 내지 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 렌즈의 다양한 형상에 따른 초음파 음압 분포도를 도시한다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 프로브와 음향 렌즈의 장착 전 후의 실제 구현 예를 도시한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.

소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층"위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 탈부착이 가능한 음향 렌즈를 이용한 초음파 진단-치료 장치에 대해 설명하기로 한다. 특히, 도면들을 참조하여 실시예들에 따른 초음파 진단-치료 장치를 구성하는 구성요소들 각각의 기능과 역할, 결합관계에 대해 상세하게 설명하기로 한다. 장치에 전원을 공급 및 제어하기 위한 회로나 전자소자 등의 부가적인 구성요소들은 본 기술분야의 일반적인 초음파 치료장치에서 이용되는 것들과 구조, 원리가 유사하므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 진단-치료 장치(100)의 개략적인 블록도를 도시한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 진단-치료 장치(100)는, 복수의 초음파 출력소자들을 포함하는 초음파 출력부(110), 초음파 출력부(110)와 연결되어 초음파 출력을 조절하는 제어부(120), 초음파 출력부(110)의 출력소자에 탈부착이 가능하도록 결합되는 렌즈부(130), 제어부(120)에 연결된 사용자 입력부(140), 사용자 출력부(150) 및 저장부(160)를 포함한다.

초음파 출력부(110)는 복수의 초음파 출력소자들을 포함한다. 초음파 출력부(110)는 복수의 초음파 출력소자들이 하나의 1차원 또는 2차원 어레이 형태로 배열된 구조일 수 있다. 각각의 초음파 출력소자들은 초음파를 출력하는 음원(sound source)으로서, 예를 들어 압전 재료를 이용한 초음파 트랜스듀서, CMUT, PMUT, 광음향 효과를 이용하는 초음파 트랜스듀서, 또는 전자기력을 이용하는 초음파 트랜스듀서 등으로 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 초음파 출력부(110)의 복수의 초음파 출력소자들은 요구되는 조건에 따라 부착되는 렌즈부(130)의 렌즈 형상에 따라 치료부 소자와 영상부 소자 그룹으로 구분될 수 있다.

일반적으로, 초음파 트랜스듀서는 압전효과 또는 자왜(磁歪) 효과를 응용하여, 20 KHz 이상의 교류 에너지를 같은 주파수의 기계적 진동으로 변환한다. 예를 들어, 트랜스듀서는 일측이 개구된 몸체와 압전소자를 포함하는 구조이며, 몸체 내부는 공기로 충진되며, 각 압전소자에는 전압을 인가하기 위한 전선이 연결된 구조일 수 있다. 압전소자는 수정(quartz) 및 전기석(turmaline)과 같은 압전효과를 일으키는 물질을 이용하며, 트랜스듀서는 압전소자의 압전효과를 이용해 초음파를 발생시켜 출력할 수 있다. 이와 같은 트랜스듀서의 구조는 예시적일 뿐이며, 특정 구조나 효과로 한정되지 않는다. 트랜스듀서의 압전소자는 치료하고자 하는 부위와 목적에 따라 출력을 조정함으로써, 적절한 강도의 초음파를 출력할 수 있고, 출력된 초음파는 중첩을 일으켜 초음파 빔을 형성한다.

각각의 초음파 출력소자들은 치료 또는 관찰하고자 하는 표적 부위와 목적에 따라 제어부(120)에 의해 주파수, 출력 등이 조절될 수 있다. 일반적으로 초음파 출력 장치는 저강도 집속초음파(LIFU), 고강도 집속초음파(HIFU), 또는 신체 병변을 스캔하기 위한 이미징용 고주파수 초음파를 선택적으로 출력하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 이러한 종래의 초음파 출력 장치에 음향 렌즈를 부착함으로써 렌즈의 형태에 따라 초음파의 출력 형태를 변형시킬 수 있고, 음향 렌즈를 통해 변형된 초음파 빔을 조사하여 치료가 이루어지는 동시에 인체 조직의 영상을 얻어 진단할 수 있도록 제작될 수 있다.

제어부(120)는 복수의 초음파 출력소자들 각각의 설정값을 제어하도록 구성될 수 있다. 제어부(120)는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(120)는 진단 제어부(120-1)와 치료 제어부(120-2)로 구성될 수 있다. 진단 제어부(120-1)와 치료 제어부(120-2) 각각이 하나 이상의 프로세서를 포함하여 구성될 수 있다. 다른 실시 예에 따라, 진단 제어부(120-1) 및 치료 제어부(120-2)는 하드웨어적으로 하나 이상의 프로세서로 구성되고 소프트웨어적으로 별개의 기능적 블록으로 구분되는 것일 수 있다. 진단 제어부(120-1)는 저잡음증폭기를 통과한 이미징용 초음파를 감지하여 이미지 신호로 처리할 수 있다. 치료 제어부(120-2)는 탈부착가능한 음향 렌즈를 통해 치료 영역에 맞게 음향 빔이 제어되도록 음향 초음파의 발생을 제어할 수 있다.

렌즈부(130)는 탈부착이 가능한 고정 또는 가변 음향 렌즈와 음향 렌즈(131)를 초음파 출력부에 장착하기 위한 고정 수단을 포함할 수 있다. 이하의 설명은 다양한 형태로 제작된 고정 음향 렌즈를 기초로 설명하나, 자체 변형에 의해 초점을 변화시킬 수 있는 가변 음향 렌즈를 적용하여 다양한 활용도 가능하다.

사용자 입력부(140), 사용자 출력부(150) 및 저장부(160)는 제어부(120)와 연결될 수 있다.

사용자 입력부(140)는 초음파 진단-치료 장치(100)의 동작을 제어하는 사용자의 입력을 수신하는 버튼, 스위치, 터치 패널 등의 사용자 인터페이스를 제공한다. 사용자 입력부(140)를 통해 진단 및 치료 위치를 입력 받거나, 장착된 음향 렌즈의 종류 등이 선택될 수 있고, 동작 모드 등이 설정될 수 있다. 사용자 입력부(140)의 입력 정보에 따라 제어부(120)에서 복수의 초음파 출력소자들 각각의 설정값을 제어할 수 있다.

사용자 출력부(150)는 초음파 진단-치료 장치(100)로부터 측정된 신체 조직의 영상을 출력하는 디스플레이 등을 포함할 수 있다. 사용자 출력부(150)는 초음파 진단-치료 장치(100)의 동작 상태 정보를 표시할 수 있다.

저장부(160)는 다양한 설정 정보들, 서로 다른 명령들을 저장할 수 있다. 예를 들어, 저장부(160)에는 사용자 입력부(140)를 통해 진단 및 치료 위치와 장착된 음향 렌즈의 종류의 조합에 따라 복수의 초음파 출력소자들 각각의 설정값의 조합이 저장될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 진단-치료 장치(100)의 개략적인 종단면도를 도시한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 초음파 출력부(110)에 결합된 음향 렌즈(131)에 의해 초음파의 출력 빔은 진단 영역(①)과 치료 영역(②)으로 구분될 수 있다.

예를 들어, 음향 렌즈(131)가 부착되기 전에는 이미징용 초음파 또는 치료용 초음파를 출력 하는 초음파 출력부(110)는 하나의 어레이 초음파 트랜스듀서로 구성될 수 있다. 하나의 어레이 초음파 트랜스듀서의 압전 소자는 영상부 소자 및 치료부 소자의 두 그룹으로 구분될 수 있다.

영상부 소자는 진단 영역(①)의 생체 내의 조직으로부터 반사나 산란파를 검지하고, 진단 제어부(120-1)를 통해 신호 처리된 영상을 획득할 수 있다. 이러한 영상이 사용자 출력부(150)를 통해 표시될 수 있다. 치료부 소자는 치료 제어부(120-2)를 통해 제어된 초음파를 발생시키고, 부착된 음향 렌즈(131)를 통해 치료 영역(②)에 맞게 음향 빔이 제어될 수 있다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 한가지 어레이 트랜스듀서에 음향 렌즈(131)를 부착하고 부위별 압전 소자의 구동을 제어함으로써 병변의 치료와 동시에 해당 부위를 모니터링할 수 있다. 이를 위해, 제어부(120)에 의해 영상부 소자 및 치료부 소자의 음향 주파수, 출력 등이 개별적으로 제어될 수 있고, 이러한 제어는 스위치 조작, 터치 입력 등 사용자 입력부(140)의 입력 신호에 의해 제어될 수 있다. 영상부 소자를 통해 초음파를 출력하여 병변을 진단하고, 그 다음 치료부 소자를 통해 초음파를 출력하되 다양한 형태의 음향 렌즈(131)를 통해 음향 빔이 치료 부위에 집중되도록 할 수 있다. 다른 실시 예에 따라, 영상부 소자 및 치료부 소자를 통해 초음파를 동시에 출력하고 빔 형태에 따른 간섭 효과를 고려한 영상 신호 처리를 통해 치료 및 모니터링을 동시에 수행할 수 있다.

이와 같은 진단 영역(①)과 치료 영역(②), 영상부 소자 및 치료부 소자의 구분은 본 발명의 일 실시예에 불과하다. 초음파 출력부(110)에서 치료를 위한 치료부 소자와 진단을 위한 영상부 소자는 복수의 초음파 출력소자에 대한 제어부의 음양 주파수, 출력 등의 제어에 따라 바뀔 수 있다. 치료 제어부와 진단 제어부도 다른 형태로 배치되거나, 상술한 바와 같이 소프트웨어적으로 별개의 기능적 블록으로 구분되지만 동일한 하드웨어 프로세서에서 실행되는 것일 수 있다. 제어부 및 소자의 위치와 그에 따른 진단 영역과 치료 영역이 도 2와 같이 제한되는 것은 아니며, 다양하게 변형이 가능하다.

본 발명은 종래의 상용화된 진단용 또는 치료용 초음파 장치에 탈부착이 가능한 음향 렌즈를 적용하여 진단 및 치료가 동시에 가능한 초음파 진단-치료 장치를 제공하고는 것을 설명하였다. 이하, 도 3 내지 6을 참조하여, 상용화된 환자 모니터링용 초음파 이미징 시스템에 음향 렌즈를 장착하여 하나의 영상용 초음파 트랜스듀서를 통해 진단 및 치료를 동시에 수행하는 예를 더욱 구체적으로 설명하고자 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 어레이 트랜스듀서 및 탈부착가능하게 장착된 음향 렌즈(131)의 개략적인 종단면도를 도시한다. 도 3을 참조하면, 초음파 출력부(110)는 진단용 1차원 64채널 위상 어레이 트랜스듀서로 구성되고, 음향 렌즈(131)는 다양한 형태(예를 들어, 총알 형상(bullet shape))의 탈부착이 가능한 음향 렌즈일 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 초음파 출력부(110)의 어레이 압전 소자에서 중앙 32개의 소자를 영상부 소자(110-1)로 하여 기존의 영상 진단 시스템에 연결하고 실시간으로 진단할 수 있다. 그 외, 양 쪽에 배치된 각 16개의 소자를 치료부 소자(110-2)로 하여 음향 렌즈(131)를 장착하고, 음향 빔 형태를 제어하여 치료용으로 활용할 수 있다.

상술한 실시예에서 초음파 출력부(110)에 장착된 음향 렌즈(131)는 대칭 형태로 제작되어 양쪽 말단에 장착되고 중앙에 위치한 소자들을 영상용 소자로 사용하는 경우를 예로 들고 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며 다양한 변형이 가능하다. 본 발명의 다양한 변형 예들에서, 음향 렌즈(131)는 초음파 출력부(110)의 한쪽 말단에만 장착되거나 비대칭 형태로 제작되어, 초음파 빔이 중앙에서 왼쪽 또는 오른쪽 방향으로 벗어난 부위에 집속되도록 할 수 있다. 또한, 음향 렌즈(131)가 대칭 또는 비대칭 형태로 제작될 때 음향 렌즈(131) 전체가 하나의 동일한 물질로 제작될 수 있고, 음향 렌즈(131)의 부위 별로, 예를 들어 양쪽 말단의 렌즈는 서로 다른 물질을 사용하여 제작될 수 있다. 음향 렌즈(131)가 부위 별로 둘 이상의 서로 다른 물질로 제작될 수도 있다. 이 경우 렌즈를 구성하는 물질에 따라 굴절률 등이 달라지므로, 렌즈의 모야, 두께뿐만 아니라 구성하는 물질에 의해서도 초음파 빔의 집속 부위가 달라지도록 설계될 수 있다. 즉, 치료 부위, 치료 범위 등의 다양한 요구 조건에 따라 음향 렌즈의 형태, 두께, 장착 방식, 렌즈 물질 등이 다양하게 변형될 수 있다.

도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 렌즈(131)의 장착 전 및 다양한 형태의 후의 초음파 음압 분포도를 각각 도시한다. 다시 말해, 도 3에 도시된 바와 같은 64채널 위상 어레이 트랜스듀서에서 양 쪽 말단의 16개 치료부 소자(110-2)에 음향 렌즈(131)가 장착되기 전 및 후의 음향 빔 제어 시뮬레이션 결과로 초음파 음압 분포도가 도시된다.

도 4a를 참조하면, 치료부 소자(110-2)에 음향 렌즈(131)가 장착되기 전의 초음파 음압 분포도가 도시된다. 치료부 소자(110-2)에 음향 렌즈(131)가 장착되기 전에는 양 쪽의 치료부 소자(110-2)에서 출력되는 초음파가 치료하고자 하는 표적 부위(A)에 집속되지 않는 것을 확인할 수 있다.

도 4b를 참조하면, 치료부 소자(110-2)에 총알 형상의 음향 렌즈(131)가 장착된 후의 초음파 음압 분포도가 도시된다. 음향 렌즈(131)가 장착된 후에는 양 쪽의 치료부 소자(110-2)에서 출력되는 초음파 빔이 치료하고자 하는 표적 부위(A)에 집속되어 치료용으로 활용될 수 있음을 보여준다. 이를 통해, 생체 조직의 모니터링용으로 제작된 초음파 이미징 시스템에 탈부착가능한 음향 렌즈(131)를 장착하여 영상과 치료 목적으로 동시에 활용 가능해진다.

도 5a 내지 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 렌즈(131)의 다양한 형상에 따른 초음파 음압 분포도를 도시한다. 다시 말해, 도 3에 도시된 바와 같은 64채널 위상 어레이 트랜스듀서에서 양 쪽 말단의 16개 치료부 소자(110-2)에 다양한 음향 렌즈(131)가 장착되는 경우 음향 빔 제어 시뮬레이션 결과로 초음파 음압 분포도가 비교 도시된다.

도 5a를 참조하면, 치료부 소자(110-2)에 음향 렌즈(131)가 장착되기 전의 초음파 음압 분포도가 도시된다.

도 5a와 같은 음향 렌즈(131) 장착 전의 초음파 음압 분포도는 각각 여우 형상(fox shape), 총알 형상 및 뿔 형상(devil-horn shape)의 음향 렌즈(131)가 장착된 경우의 초음파 음압 분포도가 도 5b 내지 5d와 같이 변형된다.

도 5b를 참조하면, 치료부 소자(110-2)에 여우 형상의 음향 렌즈(131)가 장착된 후의 초음파 음압 분포도가 도시된다. 여우 형상의 음향 렌즈(131)를 장착하는 경우 초음파 빔은 도 5b에 도시된 바와 같이 분산되는 것을 확인할 수 있다.

도 5c를 참조하면, 치료부 소자(110-2)에 총알 형상의 음향 렌즈(131)가 장착된 후의 초음파 음압 분포도가 도시된다. 총알 형상의 음향 렌즈(131)를 장착하는 경우 초음파 빔은 도 5c에 도시된 바와 같이 중앙으로 집속되는 것을 확인할 수 있다.

도 5d를 참조하면, 치료부 소자(110-2)에 뿔 형상의 음향 렌즈(131)가 장착된 후의 초음파 음압 분포도가 도시된다. 뿔 형상의 음향 렌즈(131)를 장착하는 경우 초음파 빔은 도 5d에 도시된 바와 같이 중앙으로 집속되면서도 일부 분산되는 것을 확인할 수 있다.

도 5a 내지 5d와 같이 다양한 형상의 음향 렌즈에 의해 초음파 빔의 형태 및 집속 위치가 달라지는 것을 확인할 수 있다. 치료하고자 하는 부위 등 요구되는 조건에 따른 특정한 형상의 음향 렌즈를 하나의 트랜스듀서의 일부 영역, 예를 들어 치료부 소자 영역에 부착하여 치료용 초음파 빔을 출력하고, 나머지 영상부 소자 영역을 통해 동시에 모니터링을 수행할 수 있다.

상술한 바와 같이, 초음파 진단-치료 장치(100)는 하나의 어레이 트랜스듀서에 적용 범위에 따라 적합한 형상의 음향 렌즈를 단순히 탈착 또는 부착함으로써, 하나의 어레이 트랜스듀서로 음향을 집속, 분산, 또는 집속 및 분산시킬 수 있다. 치료하고자 하는 부위의 크기, 위치 등에 따라 렌즈 형상에 따른 집속, 분산을 조절하여 치료 범위에 알맞게 설정되도록 음향 렌즈가 선택될 수 있다. 이를 통해, 생체 조직의 모니터링용으로 제작된 초음파 이미지 시스템에 다양한 형상의 음향 렌즈를 장착하여, 형상에 따라 치료 범위 조절이 가능한 치료 및 모니터링 목적이 동시에 달성될 수 있다.

도 6a 및 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 프로브(610)와 음향 렌즈(630)의 장착 전 후의 실제 구현 예를 도시한다. 예를 들어, 기존의 상용화된 진단용 초음파 프로브(610)에 고정 수단(620)에 부착된 음향 렌즈(630)가 장착되는 구현 예가 도시된다.

음향 렌즈(630)는 음향 렌즈 몰드를 3D 프린팅 등의 기법으로 제작하고, 이것으로부터 도 6a에 도시된 바와 같은 형상(예를 들어, 본 예에서는 여우 형상)의 음향 렌즈(630)를 제조할 수 있다.

이와 같이 제조된 음향 렌즈(630)는 기존 초음파 프로브(610)에 고정하기 위한 고정 수단(620)에 부착되는데, 이러한 고정 수단(620)은 도 6a에 도시된 바와 같이 초음파 프로브(610) 말단에 꼭 맞게 끼울 수 있는 렌즈 형태로, 예를 들어, PDMS(Polydimethyl siloxane)와 같은 물질로 제작될 수 있다.

도 6b를 참조하면, 초음파 프로브(610)에 음향 렌즈(630)가 장착된 고정 수단(620)을 결합한 형태가 도시된다. 이와 같이 간단하게 음향 렌즈(630)를 사용 중인 초음파 프로브(610)에 장착할 수 있어, 사용이 매우 편리하면서 효과적인 초음파 진단-치료 장치를 구현할 수 있다.

본 발명에 의하면, 초음파 진단-치료 장치(100)는 초음파 트랜스듀서와 같은 기존의 장비에 간단한 구조의 탈부착가능한 음향 렌즈를 적용하여 용이하게 구현할 수 있으며, 사용성이 우수하며, 다양하게 변형된 형상의 음향 렌즈를 통해 치료의 범위 등 요구되는 조건에 따라 간단히 변형시킬 수 있는 장점을 가진다. 이러한 장점을 통해 탈부착이 가능한 음향 렌즈를 이용한 초음파 진단-치료 장치(100)는 광범위한 활용 가능성을 가지며, 예를 들어 환자 모니터링을 위해 제작된 초음파 이미징 시스템에 장착되어 진단과 동시에 치료 목적으로 기존의 초음파 트랜스듀서를 활용할 수 있는 장점도 가진다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 초음파 진단-치료 장치
110 : 초음파 출력부
120 : 제어부
130 : 렌즈부
131 : 음향 렌즈
140 : 사용자 입력부
150 : 사용자 출력부
160 : 저장부

Claims (8)

1. 동시 초음파 진단-치료 장치로서,
   동일한 규격을 갖는 복수의 초음파 출력소자들로 구성된 초음파 출력부;
   상기 초음파 출력부의 적어도 일부분에 탈부착이 가능하게 장착되는 음향 렌즈; 및
   상기 복수의 초음파 출력소자들 각각의 설정값을 제어하도록 구성된 하나 이상의 프로세서를 포함하고,
   상기 복수의 초음파 출력소자들은 상기 음향 렌즈의 형상에 따라 표적 부위의 영상을 획득하기 위한 초음파를 출력하는 제1 소자 그룹과 상기 표적 부위의 치료를 위한 초음파를 상기 음향 렌즈를 통해 출력하는 제2 소자 그룹으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 초음파 진단-치료 장치.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 복수의 초음파 출력 소자들은 하나의 어레이 트랜스듀서를 구성하는 것을 특징으로 하는, 초음파 진단-치료 장치.
   
3. 제2 항에 있어서,
   상기 제1 소자 그룹은 상기 하나의 어레이 트랜스듀서의 중앙에 위치한 하나 이상의 초음파 출력소자를 포함하고,
   상기 제2 소자 그룹은 상기 하나의 어레이 트랜스듀서의 양 말단의 하나 이상의 초음파 출력소자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 초음파 진단-치료 장치.
   
4. 제1 항에 있어서,
   상기 하나 이상의 프로세서는 상기 제1 소자 그룹을 통해 상기 표적 부위의 영상을 처리하고, 상기 표적 부위의 치료를 위한 초음파를 출력하도록 상기 제2 소자 그룹의 설정값을 제어하는 것을 특징으로 하는, 초음파 진단-치료 장치.
   
5. 제1 항에 있어서,
   상기 음향 렌즈는 고정 또는 가변 음향 렌즈이고, 상기 표적 부위의 위치, 치료 범위를 고려하여 형태가 결정되는 것을 특징으로 하는, 초음파 진단-치료 장치.
   
6. 제1 항에 있어서,
   상기 음향 렌즈는 상기 제2 소자 그룹에 의해 출력되는 초음파를 집속 또는 분산시키는 것을 특징으로 하는, 초음파 진단-치료 장치.
   
7. 제1 항에 있어서,
   상기 표적 부위의 영상을 표시하는 출력부; 및
   상기 제1 소자 그룹 및 상기 제2 소자 그룹을 각각 제어하는 명령을 입력받는 입력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 초음파 진단-치료 장치.
   
8. 제7 항에 있어서,
   상기 제1 소자 그룹과 상기 제2 소자 그룹은 상기 입력부를 통한 사용자 스위치 조작 또는 터치 입력에 의해 초음파 출력이 개별적으로 제어되는 것을 특징으로 하는, 초음파 진단-치료 장치.

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