KR102536179B1 - 초음파 장치, 초음파 트랜스듀서 모듈의 제어 방법 - Google Patents

초음파 장치, 초음파 트랜스듀서 모듈의 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102536179B1
KR102536179B1 KR1020220067499A KR20220067499A KR102536179B1 KR 102536179 B1 KR102536179 B1 KR 102536179B1 KR 1020220067499 A KR1020220067499 A KR 1020220067499A KR 20220067499 A KR20220067499 A KR 20220067499A KR 102536179 B1 KR102536179 B1 KR 102536179B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ultrasound
ultrasonic transducer
module
ultrasonic
operation mode
Prior art date
Application number
KR1020220067499A
Other languages
English (en)
Inventor
이상구
윤희철
Original Assignee
이상구
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이상구 filed Critical 이상구
Priority to KR1020220067499A priority Critical patent/KR102536179B1/ko
Priority to PCT/KR2023/007162 priority patent/WO2023234638A1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102536179B1 publication Critical patent/KR102536179B1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4483—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/54—Control of the diagnostic device
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N7/00—Ultrasound therapy
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N7/00—Ultrasound therapy
    • A61N2007/0052—Ultrasound therapy using the same transducer for therapy and imaging

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Gynecology & Obstetrics (AREA)

Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 초음파 장치는 복수의 초음파 트랜스듀서 소자를 포함하는 초음파 트랜스듀서 모듈; 상기 초음파 트랜스듀서 모듈을 제어하는 제어 모듈로서, 제1 동작 모드에서, 상기 초음파 트랜스듀서 모듈로부터 대상체로 제1 버스트 신호(burst signal)가 송신되도록 상기 초음파 트랜스듀서 모듈을 제어하고, 상기 제1 버스트 신호에 대한 제1 에코 신호(echo signal)를 이용하여 상기 대상체의 초음파 영상을 생성하며, 제2 동작 모드에서, 상기 복수의 초음파 트랜스듀서 소자 중, 상기 초음파 영상으로부터 결정된 타겟 영역에 대응되는 하나 이상의 활성 초음파 트랜스듀서 소자를 결정하고, 상기 결정된 활성 초음파 트랜스듀서 소자로부터 상기 대상체로 제2 버스트 신호가 송신되도록 상기 초음파 트랜스듀서 모듈을 제어하는, 제어 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

초음파 장치, 초음파 트랜스듀서 모듈의 제어 방법{ULTRASOUND DEVICE, METHOD FOR CONTROLLING ULTRASOUND TRANSDUCER MODULE}
본 발명은 초음파 장치와, 초음파 장치를 구성하는 초음파 트랜스듀서 모듈을 제어하는 방법에 관한 것이다.
초음파 진단 장치는 초음파 트랜스듀서(초음파 프로브)로부터 생성되는 초음파 신호(burst signal)를 대상체로 조사하고, 대상체로부터 반사된 초음파 신호(echo signal)의 정보를 수신하여 대상체 내부의 부위에 대한 영상을 얻도록 동작한다. 특히, 초음파 진단 장치는 대상체 내부의 관찰, 이물질 검출 및 상해 측정 등 의학적 목적으로 사용된다. 이러한 초음파 진단 장치는 X선을 이용하는 진단 장치에 비하여 안정성이 높고, 실시간으로 영상의 디스플레이가 가능하며, 방사능 피폭이 없어 안전하다는 장점이 있어 인체에 대한 치료, 피부 미용 및 자극 등 산업 제분야에 광범위하게 적용되고 있다.
초음파 진단 기술 분야에 있어서 업계의 요구는 고해상도의 초음파 영상을 얻는 것이며, 이와 관련한 다양한 연구들이 지속적으로 진행되고 있으나, 종래의 초음파 진단 장치로부터 획득되는 초음파 영상의 해상도는 업계의 요구를 충족시키지 못하고 있는 실정이다.
또한, 종래의 초음파 진단 장치는 대상체 내부의 초음파 영상을 획득하는 용도로 국한되어 활용되고 있으며, 대상체에 대한 치료는 별도의 치료 장비에 의해 이루어지고 있어, 초음파를 활용한 진단 및 치료를 통합적으로 수행할 수 있는 시스템이 요청되고 있다.
(한국공개특허) 제10-2013-0034987호 (공개일자, 2013.04.08)
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 초음파 프로브를 구성하는 초음파 트랜스듀서 소자의 유전율 및 품질 계수(Q-Factor) 설계를 통해 고해상도의 초음파 영상을 획득함과 동시에, 단일의 초음파 트랜스듀서를 통해 초음파 진단 및 치료를 통합적으로 수행함으로써 진단 및 치료 효율성을 향상시킬 수 있는 초음파 장치, 초음파 트랜스듀서 모듈의 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 초음파 장치는 복수의 초음파 트랜스듀서 소자를 포함하는 초음파 트랜스듀서 모듈; 상기 초음파 트랜스듀서 모듈을 제어하는 제어 모듈로서, 제1 동작 모드에서, 상기 초음파 트랜스듀서 모듈로부터 대상체로 제1 버스트 신호(burst signal)가 송신되도록 상기 초음파 트랜스듀서 모듈을 제어하고, 상기 제1 버스트 신호에 대한 제1 에코 신호(echo signal)를 이용하여 상기 대상체의 초음파 영상을 생성하며, 제2 동작 모드에서, 상기 복수의 초음파 트랜스듀서 소자 중, 상기 초음파 영상으로부터 결정된 타겟 영역에 대응되는 하나 이상의 활성 초음파 트랜스듀서 소자를 결정하고, 상기 결정된 활성 초음파 트랜스듀서 소자로부터 상기 대상체로 제2 버스트 신호가 송신되도록 상기 초음파 트랜스듀서 모듈을 제어하는, 제어 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제1 동작 모드는 상기 대상체의 진단 시 동작 모드이고, 상기 제2 동작 모드는 상기 대상체의 치료 시 동작 모드이며, 상기 제2 버스트 신호의 강도(intensity)는 상기 제1 버스트 신호의 강도보다 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제어 모듈은, 상기 초음파 트랜스듀서 모듈 상에 상기 복수의 초음파 트랜스듀서 소자가 배열되는 면적으로 상기 초음파 영상을 스케일링하고, 상기 스케일링된 초음파 영상 상의 상기 타겟 영역에 피팅(fitting)되는 초음파 트랜스듀서 소자를 상기 활성 초음파 트랜스듀서 소자로 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제어 모듈은, 상기 제1 동작 모드에서 상기 초음파 트랜스듀서 모듈이 상기 대상체를 스캐닝함에 따라 상기 대상체의 복수 개 연속적인 지점에 대하여 상기 초음파 영상을 복수 개 연속적으로 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제어 모듈은, 상기 제2 동작 모드에서, 상기 복수 개 연속적으로 생성되는 초음파 영상 각각에 대응되도록 상기 활성 초음파 트랜스듀서 소자를 결정함으로써, 상기 대상체의 복수 개 연속적인 지점에 대하여 상기 활성 초음파 트랜스듀서 소자를 가변적으로 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 복수의 초음파 트랜스듀서 소자는 1차원 어레이(1-Dimensional Array) 또는 2차원 어레이(2-Dimensional Array)로 배열되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 초음파 트랜스듀서 소자는, PMN-PT, PIN-PMN-PT 및 Mn:PIN-PMN-PT 중 어느 하나로 조성되는 단결정 유전체 소재로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 단결정 유전체 소재의 유전율은 3000[F/m] 이상이고 품질 계수(Q Factor)는 300 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 초음파 트랜스듀서 모듈의 제어 방법은 제어 모듈이, 상기 초음파 트랜스듀서 모듈로부터 대상체로 제1 버스트 신호(burst signal)가 송신되도록 상기 초음파 트랜스듀서 모듈을 제어하는 단계; 상기 제어 모듈이, 상기 제1 버스트 신호에 대한 제1 에코 신호(echo signal)를 이용하여 상기 대상체의 초음파 영상을 생성하는 단계; 상기 제어 모듈이, 상기 복수의 초음파 트랜스듀서 소자 중, 상기 초음파 영상으로부터 결정되는 타겟 영역에 대응되는 하나 이상의 활성 초음파 트랜스듀서 소자를 결정하는 단계; 및 상기 제어 모듈이, 상기 결정된 활성 초음파 트랜스듀서 소자로부터 상기 대상체로 제2 버스트 신호가 송신되도록 상기 초음파 트랜스듀서 모듈을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 초음파 트랜스듀서 모듈을 구성하는 각 초음파 트랜스듀서 소자의 유전율 및 품질 계수(Q-Factor) 설계를 통해 고해상도의 초음파 영상을 획득할 수 있고, 초음파 트랜스듀서 모듈로부터 송신되는 버스트 신호의 강도를 차별적으로 제어하는 방식을 채용하여 단일의 초음파 트랜스듀서 모듈을 통해 초음파 진단 및 치료를 통합적으로 수행함으로써 진단 및 치료 효율성을 향상시킬 수 있으며, 치료 대상이 되는 대상체 내부 부위(타겟 영역)의 형상에 정합되도록 치료용 초음파 신호(제2 버스트 신호)를 송신할 활성 초음파 트랜스듀서 소자를 가변적으로 결정하는 방식을 채용함으로써 타겟 영역에 대한 초음파 치료 효과를 극대화할 수 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 초음파 장치를 보인 블록구성도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 초음파 장치에서 초음파 트랜스듀서 모듈의 구조를 보인 예시도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 초음파 장치에서 제1 동작 모드를 보인 예시도이다.
도 4는 본 실시예에 따른 초음파 장치에서 제2 동작 모드를 보인 예시도이다.
도 5 및 도 6은 본 실시예에 따른 초음파 장치에서 활성 초음파 트랜스듀서 소자를 결정하는 과정을 보인 예시도이다.
도 7은 본 실시예에 따른 초음파 장치에서 활성 초음파 트랜스듀서 소자를 가변적으로 결정하는 과정을 보인 예시도이다.
도 8은 본 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서 모듈의 제어 방법을 보인 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 초음파 장치, 초음파 트랜스듀서 모듈의 제어 방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 실시예에 따른 초음파 장치를 보인 블록구성도이고, 도 2는 본 실시예에 따른 초음파 장치에서 초음파 트랜스듀서 모듈의 구조를 보인 예시도이며, 도 3은 본 실시예에 따른 초음파 장치에서 제1 동작 모드를 보인 예시도이고, 도 4는 본 실시예에 따른 초음파 장치에서 제2 동작 모드를 보인 예시도이며, 도 5 및 도 6은 본 실시예에 따른 초음파 장치에서 활성 초음파 트랜스듀서 소자를 결정하는 과정을 보인 예시도이고, 도 7은 본 실시예에 따른 초음파 장치에서 활성 초음파 트랜스듀서 소자를 가변적으로 결정하는 과정을 보인 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 초음파 장치는 인터페이스 모듈(100), 초음파 트랜스듀서 모듈(200) 및 제어 모듈(300)을 포함할 수 있다.
인터페이스 모듈(100)은 본 실시예의 초음파 장치 및 사용자 간의 인터페이싱을 수행하는 입출력 장치로 기능할 수 있다. 인터페이스 모듈(100)로 사용자가 입력하는 명령은 초음파 장치의 동작 트리거(trigger) 명령 및 동작 종료 명령과, 후술하는 초음파 트랜스듀서 모듈(200)로부터 송신되는 버스트 신호(burst signal)의 강도(intensity) 설정 명령과, 후술하는 제1 동작 모드 및 제2 동작 모드 간의 전환 명령 등을 포함할 수 있으며, 위와 같은 명령을 입력받기 위한 통상의 입력 장치(예: 조작 버튼 또는 터치스크린)가 인터페이스 모듈(100)에 포함될 수 있다. 또한, 후술하는 대상체의 초음파 영상을 사용자에게 제공하기 위한 디스플레이가 출력 장치로서 인터페이스 모듈(100)에 포함될 수 있다.
초음파 트랜스듀서 모듈(module)(200)은 복수의 초음파 트랜스듀서 소자(element)(210)를 포함하여 초음파 프로브(probe)의 기능을 수행하는 구성으로 정의된다. 각각의 초음파 트랜스듀서 소자(210)는 압전 특성을 갖는 단결정 유전체 소재로 구성될 수 있으며, 그 조성으로서 PMN-PT, PIN-PMN-PT 및 Mn:PIN-PMN-PT 중 어느 하나를 가질 수 있다. 다만, 하기 표 1의 초음파 트랜스듀서 소자(210)의 출력 밀도에 대한 실험데이터에 따를 때, 단결정 유전체 소재는 망간(Mn)을 포함하는 Mn:PIN-PMN-PT로 조성됨이 바람직할 수 있다.
Material Power Density(W/cm 3 )
기존 소재(압전 세라믹) 7.7
Mn:PIN-PMN-PT 38.1
표 1의 실험데이터에 따를 때, 초음파 트랜스듀서 소자(210)가 Mn:PIN-PMN-PT로 조성될 경우 그 출력 밀도(Power Density)가 기존의 압전 세라믹 소재 대비 약 5배 향상됨을 확인할 수 있다.한편, 초음파 트랜스듀서 소자(210)의 에너지 효율과 관련하여, 본 실시예에서는 작은 전기에너지에 의해 고출력의 초음파 에너지가 확보될 수 있도록 기계적 품질 계수(Q-Factor)를 고려한다. 기계적 품질 계수는 공진주파수에서 압전체가 얼마나 효율적으로 진동하는지에 대한 지표일 수 있으며, 즉 전기에너지 투입이 기계적 진동으로 얼마나 효과적으로 전달되는지 확인할 수 있는 파라미터에 해당하기 때문에 그 값이 클수록 작은 전기에너지로 고출력의 초음파 에너지를 확보할 수 있음을 의미할 수 있다. 기계적 품질 계수(Qm)은 하기 수학식 1에 의해 측정될 수 있다.
Figure 112022057994978-pat00001
수학식 1에서 fr은 공진주파수, Zm은 공진주파수에서 임피던스, fa는 반공진 주파수, Co는 상수이다.
하기 표 2의 초음파 트랜스듀서 소자(210)의 감도에 대한 실험데이터에 따를 때, 초음파 트랜스듀서 소자(210)를 구성하는 단결정 유전체 소재의 기계적 품질 계수(Q-Factor)는 300 이상으로 구현될 수 있으며, 또한 단결정 유전체 소재의 유전율은 3000[F/m] 이상으로 구현될 수 있다.
구분 unit 압전 단결정
유전체 소재 		기존 소재
(압전 세라믹) 		장점
압전상수 10-12m/V > 1200 700 고감도, 고출력
유전율 K3 T > 3000 1400 고감도
전기기계결합계수 - ≥ 0.89 0.70 광대역, 효율
기계적 품질 계수 - ≥ 300 30 ~ 80 열효율, 고출력(Power Density)
표 2의 실험데이터에 따를 때, 단결정 유전체 소재의 유전율이 3000[F/m] 이상으로, 기계적 품질 계수(Q-Factor)가 300 이상으로 구현될 경우 기존의 압전 세라믹 소재(유전율: 1400, 기계적 품질 계수: 30 내지 80) 대비 고감도, 고효율 및 고출력의 초음파 트랜스듀서 소자(210)가 구현됨을 확인할 수 있다. 위와 같이 구현된 초음파 트랜스듀서 소자(210)의 신호 출력범위는 50mW/cm2 ~ 5W/cm2에 해당할 수 있다.본 실시예에서 복수의 초음파 트랜스듀서 소자(210)는 1차원 어레이(1-Dimensional Array) 또는 2차원 어레이(2-Dimensional Array)로 배열될 수 있다. 이하에서는 도 2에 도시된 것과 같이 복수의 초음파 트랜스듀서 소자(210)가 2차원 어레이(M rows X N columns, M 및 N은 2 이상의 자연수)로 배열된 구조로서 본 실시예를 설명한다.
제어 모듈(300)은 전술한 인터페이스 모듈(100)에 대한 사용자 입력에 따라 초음파 트랜스듀서 모듈(200)을 제어하는 주체로서, 프로세서(Processor), 중앙 처리 장치(CPU: Central Processing Unit) 또는 SoC(System on Chip)로 구현될 수 있으며, 운영 체제 또는 어플리케이션을 구동하여 제어 모듈(300)에 연결된 복수의 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소들을 제어할 수 있고, 각종 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있으며, 메모리에 저장된 적어도 하나의 명령을 실행시키고, 그 실행 결과 데이터를 메모리에 저장하도록 구성될 수 있다.
본 실시예에서 제어 모듈(300)은 대상체(예: 인체 내부)의 진단 시 동작 모드로 정의되는 제1 동작 모드(즉, 진단 모드)와 대상체의 치료 시 동작 모드로 정의되는 제2 동작 모드(즉, 치료 모드)에서 초음파 트랜스듀서 모듈(200)을 제어할 수 있다. 제1 동작 모드에서 제어 모듈(300)은 초음파 트랜스듀서 모듈(200)에 대한 제어를 토대로 대상체의 초음파 영상을 생성하도록 동작할 수 있으며, 제2 동작 모드에서 제어 모듈(300)은 위 생성된 초음파 영상을 토대로 대상체가 치료되도록 초음파 트랜스듀서 모듈(200)을 제어할 수 있다.
이하에서는 제어 모듈(300)의 동작을 제1 동작 모드와 제2 동작 모드로 구분하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 도 3을 참조하면 제1 동작 모드에서 제어 모듈(300)은 초음파 트랜스듀서 모듈(200)로부터 대상체로 제1 버스트 신호(burst signal)(IUT)가 송신되도록 초음파 트랜스듀서 모듈(200)을 제어하고, 제1 버스트 신호(IUT)에 대한 제1 에코 신호(echo signal)(IUR)를 이용하여 대상체의 초음파 영상(image)을 생성할 수 있다. 제1 버스트 신호(IUT)는 통상적인 진단용 초음파 송신신호의 강도(intensity)를 가질 수 있다. 제어 모듈(300)은 수신된 제1 에코 신호(IUR)에 대한 디지털 변환 신호 처리, 프레이밍(framing) 및 빔포밍(beamforming) 방식을 기반으로 초음파 영상을 생성할 수 있으며, 초음파 영상 생성 방식은 본 기술분야에서 주지된 것이므로 구체적인 설명은 생략한다.
초음파 영상이 생성되면, 제어 모듈(300)은 생성된 초음파 영상으로부터 타겟 영역을 결정할 수 있으며, 타겟 영역은, 예를 들어 치료 대상이 되는 환부(예: 인체 내부의 뼈 부위)에 해당할 수 있다. 이 경우, 제어 모듈(300)은 초음파 영상과 미리 저장되어 있는 해당 환부 영상에 대한 영상 비교(matching) 방식을 통해 초음파 영상 상의 타겟 영역을 결정할 수 있다.
한편, 제1 동작 모드에서 제어 모듈(300)은 사용자 또는 소정의 기계 구동 장치에 의해 초음파 트랜스듀서 모듈(200)이 대상체를 스캐닝함에 따라 대상체의 복수 개 연속적인 지점에 대하여 초음파 영상(그리고 해당 초음파 영상 상의 타겟 영역)을 복수 개 연속적으로 생성할 수도 있다. 위 제어 모듈(300)의 동작은 후술하는 활성 초음파 트랜스듀서 소자를 가변적으로 결정하는 전제가 되는 구성으로서 기능하며, 구체적인 설명은 후술한다.
다음으로, 도 4를 참조하면 제2 동작 모드에서 제어 모듈(300)은 복수의 초음파 트랜스듀서 소자(210) 중, 제1 동작 모드를 통해 결정된 초음파 영상 상의 타겟 영역에 대응되는 하나 이상의 활성 초음파 트랜스듀서 소자를 결정하고, 결정된 활성 초음파 트랜스듀서 소자로부터 대상체로 제2 버스트 신호(TUT)가 송신되도록 초음파 트랜스듀서 모듈(200)을 제어할 수 있다. 제2 버스트 신호(TUT)는 치료용 초음파 송신신호로서, 고강도의 초음파를 환부의 한 점에 집중시켜 발열 혹은 기계적 효과(cavitation)를 유발해 종양의 괴사를 일으키기 위해 적용되는 하이푸(HIFU: High Intensity Focused Ultrasound) 신호일 수 있으며, 따라서 제2 버스트 신호(TUT)는 제1 버스트 신호(IUT)보다 큰 강도값을 가질 수 있다.
제2 동작 모드에서 결정되는 활성 초음파 트랜스듀서 소자는, 복수의 초음파 트랜스듀서 소자(210) 중, 제2 동작 모드에서 대상체의 치료를 위해 제2 버스트 신호를 송신하는 대상이 되는 초음파 트랜스듀서 소자(210)로 정의된다. 즉, 타겟 영역에 형상에 따라서는 초음파 트랜스듀서 모듈(200)에 포함되는 모든 초음파 트랜스듀서 소자(210)를 구동함이 아닌 일부의 초음파 트랜스듀서 소자(210)만을 구동함이 에너지 효율적인 점을 고려하여, 제어 모듈(300)은 타겟 영역에 형상에 대응되는 초음파 트랜스듀서 소자(210)만을 활성 초음파 트랜스듀서 소자로 결정할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하여 활성 초음파 트랜스듀서 소자를 결정하는 과정을 구체적으로 설명하면, 먼저 제어 모듈(300)은 초음파 트랜스듀서 모듈(200) 상에 복수의 초음파 트랜스듀서 소자(210)가 배열되는 면적으로 초음파 영상을 스케일링할 수 있으며, 초음파 영상이 스케일링됨에 따라 타겟 영역(TA)도 함께 스케일링될 수 있다. 그리고, 제어 모듈(300)은 스케일링된 초음파 영상 상의 타겟 영역에 피팅(fitting) 또는 중첩(overlap)되는 초음파 트랜스듀서 소자(210)를 활성 초음파 트랜스듀서 소자로 결정할 수 있다. 이에 따라, 타겟 영역(TA)의 치료에 요구되는 초음파 트랜스듀서 소자(210)만이 결정될 수 있다.
활성 초음파 트랜스듀서 소자가 결정되면, 제어 모듈(300)은 활성 초음파 트랜스듀서 소자로부터 전술한 제2 버스트 신호가 송신되도록 초음파 트랜스듀서 모듈(200)을 제어할 수 있다. 타겟 영역에 피팅된 초음파 트랜스듀서 소자(즉, 활성 초음파 트랜스듀서 소자)만으로부터 제2 버스트 신호가 송신되므로, 치료가 요구되는 타겟 영역 이외의 영역으로 제2 버스트 신호가 조사됨으로 인해 야기되는 인체 부작용이 최소화됨과 동시에 타겟 영역으로 제2 버스트 신호의 송신 집속이 이루어져 보다 효과적인 타겟 영역에 대한 치료가 이루어질 수 있다. 또한, 본 실시예는 제1 동작 모드 및 제2 동작 모드에서 단일의 초음파 트랜스듀서 모듈(200)이 활용되는 구성을 채용하므로, 초음파 진단 및 치료를 통합적으로 수행할 수 있게 되어 진단 및 치료 효율성이 향상될 수 있다. 나아가, 제2 동작 모드에 따른 대상체의 치료 시 초음파 트랜스듀서 모듈(200)의 에너지 전달 효율이 증가될 수 있도록 제어 모듈(300)은 각각의 활성 초음파 트랜스듀서 소자로 인가하는 위상을 차별적으로 조절할 수 있으며, 이를 위한 위상 조절 알고리즘은 실험적 결과에 기초하여 제어 모듈(300)에 미리 정의되어 있을 수 있다.
한편, 앞서 언급한 것과 같이 제1 동작 모드에서 제어 모듈(300)은 사용자 또는 소정의 기계 구동 장치에 의해 초음파 트랜스듀서 모듈(200)이 대상체를 스캐닝함에 따라 대상체의 복수 개 연속적인 지점에 대하여 초음파 영상을 복수 개 연속적으로 생성할 수도 있다. 이에 후속하는 제2 동작 모드에서, 제어 모듈(300)은 제1 동작 모드를 통해 복수 개 연속적으로 생성된 초음파 영상 각각에 대응되도록(즉, 각 초음파 영상 상의 각 타겟 영역 각각에 대응되도록) 활성 초음파 트랜스듀서 소자를 결정할 수 있다.
즉, 대상체의 복수 개 지점에 대한 초음파 진단 시, 치료 대상이 되는 타겟 영역의 형상은 상기 복수 개 지점 각각에 대하여 상이할 수 있는 점을 고려하여, 제어 모듈(300)은 각 지점의 타겟 영역의 형상 각각에 피팅되도록 활성 초음파 트랜스듀서 소자를 가변적으로 결정하여, 복수 개 지점에서의 타겟 영역의 형상 변화에 활성 초음파 트랜스듀서 소자가 능동적으로 변경되도록 함으로써 그 치료 효율성이 향상되도록 할 수 있다.
도 7은 대상체의 제1 내지 제3 지점에 대하여 제1 내지 제3 초음파 영상이 생성된 예시를 보이고 있다(위 수치 '3'은 예시로서 대상체의 지점의 수 및 그에 따라 생성되는 초음파 영상의 수는 진단 및 치료 대상이 되는 대상체의 면적 등 현실적인 측면을 고려하여 결정될 수 있다). 도 7을 참조하여 구체적으로 설명하면, 제어 모듈(300)은 제1 초음파 영상 상의 제1 타겟 영역(TA1)에 피팅되는 초음파 트랜스듀서 소자(210)를 제1 활성 초음파 트랜스듀서 소자로 결정하고, 제2 초음파 영상 상의 제2 타겟 영역(TA2)에 피팅되는 초음파 트랜스듀서 소자(210)를 제2 활성 초음파 트랜스듀서 소자로 결정하며, 제3 초음파 영상 상의 제3 타겟 영역(TA3)에 피팅되는 초음파 트랜스듀서 소자(210)를 제3 활성 초음파 트랜스듀서 소자로 결정할 수 있다.
제2 동작 모드에서 초음파 트랜스듀서 모듈(200)이 대상체의 제1 내지 제3 지점(즉, 제1 동작 모드에서 스캐닝된 대상체 부위와 동일한 부위)을 스캐닝하는 과정에서 제어 모듈(300)은 순차적으로 제1 내지 제3 활성 초음파 트랜스듀서 소자를 제어하여 제2 버스트 신호가 송신되도록 할 수 있으며, 따라서 제1 지점에서는 제1 타겟 영역으로, 제2 지점에서는 제2 타겟 영역으로, 제3 지점에서는 제3 타겟 영역으로 제2 버스트 신호가 송신됨으로써 해당 타겟 영역에 대한 송신 집속 및 치료 효과가 확보될 수 있다. 또한, 사용자의 입장에서 대상체의 지점 별로 상이한 타겟 영역을 육안으로 확인해야 하는 번거로움이 제거되고, 제1 동작 모드 및 제2 동작 모드에서의 2회의 스캐닝만을 통해 상이한 타겟 영역에 대한 검출 및 그에 따른 능동적인 치료가 가능하므로 초음파 진단 및 치료 과정에서의 사용자 편의성이 개선될 수 있다.
도 8은 본 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서 모듈의 제어 방법을 보인 흐름도로서, 도 8을 참조하여 본 실시예의 초음파 트랜스듀서 모듈의 제어 방법을 설명하며, 전술한 내용과 중복되는 부분에 대한 구체적인 설명은 생략하고 그 시계열적인 구성을 중심으로 설명한다.
먼저, 제어 모듈(300)은 초음파 트랜스듀서 모듈(200)로부터 대상체로 제1 버스트 신호가 송신되도록 초음파 트랜스듀서 모듈(200)을 제어한다(S100).
이어서, 제어 모듈(300)은 제1 버스트 신호에 대한 제1 에코 신호를 이용하여 대상체의 초음파 영상을 생성하고, 생성된 초음파 영상으로부터 타겟 영역을 결정한다(S200). 앞서 언급한 것과 같이 타겟 영역은 치료 대상이 되는 환부(예: 인체 내부의 뼈 부위)에 해당할 수 있다.
이어서, 제어 모듈(300)은 복수의 초음파 트랜스듀서 소자(210) 중, 초음파 영상 상의 타겟 영역에 대응되는 하나 이상의 활성 초음파 트랜스듀서 소자를 결정한다(S300). S300 단계에서, 제어 모듈(300)은 초음파 트랜스듀서 모듈(200) 상에 복수의 초음파 트랜스듀서 소자(210)가 배열되는 면적으로 초음파 영상을 스케일링하고, 스케일링된 초음파 영상 상의 타겟 영역에 피팅되는 초음파 트랜스듀서 소자(210)를 활성 초음파 트랜스듀서 소자로 결정한다.
이어서, 제어 모듈(300)은 S300 단계에서 결정된 활성 초음파 트랜스듀서 소자로부터 대상체로 제2 버스트 신호가 송신되도록 초음파 트랜스듀서 모듈(200)을 제어한다(S400). 제2 버스트 신호는 하이푸(HIFU: High Intensity Focused Ultrasound)일 수 있으며, 따라서 제2 버스트 신호는 S100 단계에서의 제1 버스트 신호보다 큰 강도값을 갖는다.
한편, S200 단계에서 제어 모듈(300)은 초음파 트랜스듀서 모듈(200)이 대상체를 스캔함에 따라 대상체의 복수 개 연속적인 지점에 대하여 초음파 영상을 복수 개 연속적으로 생성할 수도 있다. 이에 따라 제어 모듈(300)은 S300 단계에서 상기 복수 개 연속적으로 생성되는 초음파 영상 각각에 대응되도록 활성 초음파 트랜스듀서 소자를 결정함으로써, 대상체의 복수 개 연속적인 지점에 대하여 활성 초음파 트랜스듀서 소자를 가변적으로 결정할 수 있고, S400 단계에서는 상기 가변적으로 결정된 활성 초음파 트랜스듀서 소자 각각으로부터 제2 버스트 신호가 대상체로 송신되도록 초음파 트랜스듀서 모듈(200)을 제어할 수 있다.
이와 같이 본 실시예는 초음파 트랜스듀서 모듈을 구성하는 각 초음파 트랜스듀서 소자의 유전율 및 품질 계수(Q-Factor) 설계를 통해 고해상도의 초음파 영상을 획득할 수 있고, 초음파 트랜스듀서 모듈로부터 송신되는 버스트 신호의 강도를 차별적으로 제어하는 방식을 채용하여 단일의 초음파 트랜스듀서 모듈을 통해 초음파 진단 및 치료를 통합적으로 수행함으로써 진단 및 치료 효율성을 향상시킬 수 있으며, 치료 대상이 되는 대상체 내부 부위(타겟 영역)의 형상에 정합되도록 치료용 초음파 신호(제2 버스트 신호)를 송신할 활성 초음파 트랜스듀서 소자를 가변적으로 결정하는 방식을 채용함으로써 타겟 영역에 대한 초음파 치료 효과를 극대화할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로 등의 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에 따르면, 모듈은 ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)의 형태로 구현될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
100: 인터페이스 모듈
200: 초음파 트랜스듀서 모듈
210: 초음파 트랜스듀서 소자
300: 제어 모듈

Claims (9)

  1. 복수의 초음파 트랜스듀서 소자를 포함하는 초음파 트랜스듀서 모듈;
    상기 초음파 트랜스듀서 모듈을 제어하는 제어 모듈로서,
    제1 동작 모드에서, 상기 초음파 트랜스듀서 모듈로부터 대상체로 제1 버스트 신호(burst signal)가 송신되도록 상기 초음파 트랜스듀서 모듈을 제어하고, 상기 제1 버스트 신호에 대한 제1 에코 신호(echo signal)를 이용하여 상기 대상체의 초음파 영상을 생성하며,
    제2 동작 모드에서, 상기 복수의 초음파 트랜스듀서 소자 중, 상기 초음파 영상으로부터 결정된 타겟 영역에 대응되는 하나 이상의 활성 초음파 트랜스듀서 소자를 결정하고, 상기 결정된 활성 초음파 트랜스듀서 소자로부터 상기 대상체로 제2 버스트 신호가 송신되도록 상기 초음파 트랜스듀서 모듈을 제어하는, 제어 모듈; 을 포함하고,
    상기 제어 모듈은, 상기 초음파 트랜스듀서 모듈 상에 상기 복수의 초음파 트랜스듀서 소자가 배열되는 면적과 동일하게 상기 초음파 영상의 크기를 스케일링하고, 상기 스케일링된 초음파 영상에 포함되는 상기 타겟 영역과 겹치는 상기 초음파 트랜스듀서 모듈에 포함되는 상기 복수의 초음파 트랜스듀서 소자를 상기 활성 초음파 트랜스듀서 소자로 결정하는 것을 특징으로 하는 초음파 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 동작 모드는 상기 대상체의 진단 시 동작 모드이고, 상기 제2 동작 모드는 상기 대상체의 치료 시 동작 모드이며,
    상기 제2 버스트 신호의 강도(intensity)는 상기 제1 버스트 신호의 강도보다 큰 것을 특징으로 하는 초음파 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어 모듈은, 상기 제1 동작 모드에서 상기 초음파 트랜스듀서 모듈이 상기 대상체를 스캐닝함에 따라 상기 대상체의 복수 개 연속적인 지점에 대하여 상기 초음파 영상을 복수 개 연속적으로 생성하는 것을 특징으로 하는 초음파 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어 모듈은, 상기 제2 동작 모드에서, 상기 복수 개 연속적으로 생성되는 초음파 영상 각각에 대응되도록 상기 활성 초음파 트랜스듀서 소자를 결정함으로써, 상기 대상체의 복수 개 연속적인 지점에 대하여 상기 활성 초음파 트랜스듀서 소자를 가변적으로 결정하는 것을 특징으로 하는 초음파 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 초음파 트랜스듀서 소자는 1차원 어레이(1-Dimensional Array) 또는 2차원 어레이(2-Dimensional Array)로 배열되는 것을 특징으로 하는 초음파 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 트랜스듀서 소자는, PMN-PT, PIN-PMN-PT 및 Mn:PIN-PMN-PT 중 어느 하나로 조성되는 단결정 유전체 소재로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 단결정 유전체 소재의 유전율은 3000[F/m] 이상이고 품질 계수(Q Factor)는 300 이상인 것을 특징으로 하는 초음파 장치.
  9. 삭제
KR1020220067499A 2022-06-02 2022-06-02 초음파 장치, 초음파 트랜스듀서 모듈의 제어 방법 KR102536179B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220067499A KR102536179B1 (ko) 2022-06-02 2022-06-02 초음파 장치, 초음파 트랜스듀서 모듈의 제어 방법
PCT/KR2023/007162 WO2023234638A1 (ko) 2022-06-02 2023-05-25 초음파 장치, 초음파 트랜스듀서 모듈의 제어 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220067499A KR102536179B1 (ko) 2022-06-02 2022-06-02 초음파 장치, 초음파 트랜스듀서 모듈의 제어 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102536179B1 true KR102536179B1 (ko) 2023-05-26

Family

ID=86536530

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220067499A KR102536179B1 (ko) 2022-06-02 2022-06-02 초음파 장치, 초음파 트랜스듀서 모듈의 제어 방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102536179B1 (ko)
WO (1) WO2023234638A1 (ko)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07136164A (ja) * 1993-11-12 1995-05-30 Olympus Optical Co Ltd 超音波探触子
US20030028111A1 (en) * 1998-09-18 2003-02-06 The University Of Washington Noise-free real time ultrasonic imaging of a treatment site undergoing high intensity focused ultrasound therapy
WO2007023878A1 (ja) * 2005-08-24 2007-03-01 Hitachi Medical Corporation 治療システム
KR20070060676A (ko) * 2005-12-09 2007-06-13 주식회사 메디슨 고강도 초점 초음파 시스템
KR20120010011A (ko) * 2010-07-23 2012-02-02 서강대학교산학협력단 치료 신호의 초점 위치 확인 및 치료 진척도 평가가 가능한 하이푸 치료 장치 및 방법
JP2012514417A (ja) * 2008-12-29 2012-06-21 ボストン サイエンティフィック サイムド，インコーポレイテッド 高周波数変換器及び変換器を製造する方法
KR20130034987A (ko) 2011-09-29 2013-04-08 서강대학교산학협력단 하이푸 초점 영상을 얻기 위한 초음파 영상 시스템 및 이를 이용한 초음파 영상 생성 방법
KR101533402B1 (ko) * 2014-01-28 2015-07-03 알피니언메디칼시스템 주식회사 고강도 집속 초음파 치료기 및 그 제어방법
KR20180080357A (ko) * 2010-06-09 2018-07-11 리전츠 오브 더 유니버스티 오브 미네소타 초음파 치료의 전달을 제어하기 위한 이중 모드 초음파 트랜스듀서(ｄｍｕｔ) 시스템 및 방법
JP2022029165A (ja) * 2020-08-04 2022-02-17 国立研究開発法人産業技術総合研究所 超音波評価装置及び超音波評価方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07136164A (ja) * 1993-11-12 1995-05-30 Olympus Optical Co Ltd 超音波探触子
US20030028111A1 (en) * 1998-09-18 2003-02-06 The University Of Washington Noise-free real time ultrasonic imaging of a treatment site undergoing high intensity focused ultrasound therapy
WO2007023878A1 (ja) * 2005-08-24 2007-03-01 Hitachi Medical Corporation 治療システム
KR20070060676A (ko) * 2005-12-09 2007-06-13 주식회사 메디슨 고강도 초점 초음파 시스템
JP2012514417A (ja) * 2008-12-29 2012-06-21 ボストン サイエンティフィック サイムド，インコーポレイテッド 高周波数変換器及び変換器を製造する方法
KR20180080357A (ko) * 2010-06-09 2018-07-11 리전츠 오브 더 유니버스티 오브 미네소타 초음파 치료의 전달을 제어하기 위한 이중 모드 초음파 트랜스듀서(ｄｍｕｔ) 시스템 및 방법
KR20120010011A (ko) * 2010-07-23 2012-02-02 서강대학교산학협력단 치료 신호의 초점 위치 확인 및 치료 진척도 평가가 가능한 하이푸 치료 장치 및 방법
KR20130034987A (ko) 2011-09-29 2013-04-08 서강대학교산학협력단 하이푸 초점 영상을 얻기 위한 초음파 영상 시스템 및 이를 이용한 초음파 영상 생성 방법
KR101533402B1 (ko) * 2014-01-28 2015-07-03 알피니언메디칼시스템 주식회사 고강도 집속 초음파 치료기 및 그 제어방법
JP2022029165A (ja) * 2020-08-04 2022-02-17 国立研究開発法人産業技術総合研究所 超音波評価装置及び超音波評価方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023234638A1 (ko) 2023-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9134419B2 (en) Ultrasonic diagnosis apparatus
US11998396B2 (en) Ultrasound diagnostic apparatus and operation method of ultrasound diagnostic apparatus
US8905931B2 (en) Subject information processing apparatus
CN111757769B (zh) 多频超声换能器
US20070232924A1 (en) Ultrasonic probe and ultrasonic diagnosing apparatus
WO2011146138A2 (en) Dual-mode piezocomposite ultrasonic transducer
KR20130078972A (ko) 초음파 트랜스듀서, 초음파 프로브, 및 초음파 진단장치
Liu et al. CMUT/CMOS-based butterfly iQ-A portable personal sonoscope
US10441974B2 (en) Ultrasonic transducer and ultrasonic probe including the same
JP2016509925A (ja) 超音波画像診断装置および超音波診断画像を生成する方法
US7727152B2 (en) Method and apparatus for scanning confocal acoustic diagnostic for bone quality
JP6114663B2 (ja) 超音波診断装置および超音波画像生成方法
KR102536179B1 (ko) 초음파 장치, 초음파 트랜스듀서 모듈의 제어 방법
US20230240655A1 (en) Ultrasound diagnostic apparatus and display method of ultrasound diagnostic apparatus
KR102457219B1 (ko) 초음파 영상 장치 및 그 제어 방법
KR20130123347A (ko) 초음파 트랜스듀서, 초음파 프로브, 및 초음파 진단장치
JP2020175049A (ja) 超音波探触子及び超音波診断装置
Payne et al. Integrated ultrasound transducers
WO2022044654A1 (ja) 超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法
JP2003339700A (ja) 超音波プローブ及び超音波診断装置
JP3808868B2 (ja) 超音波診断装置およびその駆動方法
Chatar et al. Analysis of existing designs for fpga-based ultrasound imaging systems
JP2021183036A (ja) 超音波の音速測定方法および装置
JP2021087493A (ja) 超音波探触子及び超音波診断装置
Liu et al. Fabrication and Spatial Focusing of a Stretchable Two-dimensional Ultrasonic Array Based on Row and Column Electrodes

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant