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WO2023120812A1 - 초음파 테라피의 하이브리드 빔포밍 장치 및 그 동작방법 - Google Patents

초음파 테라피의 하이브리드 빔포밍 장치 및 그 동작방법 Download PDF

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WO2023120812A1
WO2023120812A1 PCT/KR2022/002715 KR2022002715W WO2023120812A1 WO 2023120812 A1 WO2023120812 A1 WO 2023120812A1 KR 2022002715 W KR2022002715 W KR 2022002715W WO 2023120812 A1 WO2023120812 A1 WO 2023120812A1
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WO
WIPO (PCT)
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chip
tile
hybrid beamforming
ultrasound
beamforming device
Prior art date
Application number
PCT/KR2022/002715
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English (en)
French (fr)
Inventor
조경일
Original Assignee
(주)무티
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Filing date
Publication date
Application filed by (주)무티 filed Critical (주)무티
Priority to US18/721,400 priority Critical patent/US20250058149A1/en
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    • B06B2201/70—Specific application
    • B06B2201/76—Medical, dental

Definitions

  • the present invention relates to a hybrid beamforming device for ultrasound therapy and an operating method thereof, and more particularly, to a hybrid beamforming device capable of modular beam focusing using tile chips in which semiconductor ultrasound chips are circularly arranged.
  • Ultrasound is safe when used in focus and can apply high energy to deep parts of the human body.
  • the existing mechanical PZT (piezoelectric) focused ultrasound is a fixed focusing method of a concave lens by a single channel, so its application is limited. Accordingly, interest in the high-performance PZT 2D array is high, but since more than 10,000 transducer channels and beamforming are required for multi-depth focusing of the PZT 2D array, micro-machining and beamformer production costs are very high. .
  • semiconductor ultrasound is capable of 2D array multi-focusing and can drastically match unit cost by wafer process, so many studies are being conducted mainly by advanced research institutes for multi-depth focusing therapy applications.
  • therapy by an annular array single chip of semiconductor ultrasound is being carried out a lot as a research because it is simple to control focused beamforming with only a few channels, but the generated pressure is weak compared to conventional commercial ultrasound, so the focus stimulation intensity is limited.
  • semiconductor ultrasonic transducer cell arrays modularly integrate several matrix-regular chips in the form of tiles and focus them simultaneously by beamforming to increase output intensity.
  • this requires the use of hybrid beamforming (front-end analog beamforming ⁇ back-end digital beamforming) for electronic beamforming of more than 10,000 transducer channels, which is very difficult and expensive.
  • An object of the present invention is to perform customized focusing of hybrid beamforming by beamforming of several channels without high difficulty hybrid beamforming in using several tile chips to increase output, which is a disadvantage of semiconductor ultrasound. Accordingly, the present invention intends to implement customized focusing using a tile chip in which a semiconductor ultrasonic chip having a plurality of annular array channels is circularly arranged.
  • a tile chip comprising a plurality of annular array channels and circularly arranged semiconductor ultrasound chips and the depth of the annular array by beamforming of the tile chips and a control unit that controls the position of the tile chip in conjunction with directional multi-focusing to focus the ultrasonic beam generated from the tile chip to a target point.
  • the hybrid beamforming apparatus may further include a receiving unit disposed as a receiving chip at the center of the tile chip and receiving a reflected pulse echo of a signal generated from the circularly arranged tile chip. there is.
  • the receiver may perform at least one of a function of calibrating by receiving a pulse echo for the modular transmission of the tile chip and a function of detecting fascia.
  • the tile chip may include at least one semiconductor ultrasound chip disposed in a tile-shaped circular modular structure, and at least one corner of the tile chip may have a truncated shape.
  • the semiconductor ultrasound chip is disposed in an annular shape, and is a micro-machined ultrasound transducer (MUT) formed of a plurality of vibration elements that apply low or high frequencies according to the depth of application inside the skin.
  • the MUT array may include a parallel connection wire between upper electrodes configured for each channel of a vibrating element and a connection wire between lower electrodes arranged in a longitudinal direction.
  • a receiving unit is present at the annular center of each of the semiconductor ultrasonic chip chips, and since the transmitting unit and the receiving unit are separated from each other, transmission and reception may be possible in a single chip.
  • the MUT array is composed of a plurality of channels in which a plurality of vibration elements are arranged in a predetermined number, and each channel may have vibration elements arranged in at least two or more rows.
  • the control unit controls the location of the tile chips associated with the depth-direction multi-focusing of the annular array by beamforming of the tile chips by using the reception signal through the pulse echo received by the receiver, so that the tile chips are generated. It is possible to custom-focus the ultrasonic beam to the target point.
  • the control unit controls electronic depth-direction beamforming of the tile chips and angle control of the tile chips at the same time, and controls at least one tile chip as a single chip to implement depth-specific focusing.
  • the controller may implement position control by adjusting an angle or a radial position of the tile chip.
  • the control unit may implement position control of the tile chip using a micro linkage and an actuator.
  • the control unit may simplify and implement position control of the tile chip by using a micromachined metal etching plate structure.
  • the hybrid beamforming apparatus may include RTV (Room Temperature Vulcanization) on a front surface where the tile chips are located to provide contact optimized for a curved surface.
  • RTV Room Temperature Vulcanization
  • the hybrid beamforming device may provide customized stimulation to the fascia and muscles of the human body through multi-focus using the human body reflected waves of the fascia, muscles, and bones by modular signals.
  • the hybrid beamforming device can penetrate the skull of the head and stimulate the brain by multi-focus.
  • the hybrid beamforming device may transmit through the skull using a frequency range of 500 kHz to 1 MHz in consideration of semiconductor ultrasound characteristics.
  • a semiconductor ultrasonic chip composed of a plurality of annular array channels can be custom-focused using a circularly arranged tile chip.
  • the present invention synchronizes the control of tile chips in which semiconductor ultrasound chips made up of a multi-channel annular array are arranged in a tile structure in a circular modular structure, and then electronic depth direction beamforming and position control (chip angle) of the tile chips.
  • electronic depth direction beamforming and position control chip angle
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a hybrid beamforming apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a diagram to explain hybrid focusing control.
  • FIG 3 illustrates an example of a front portion including a tile chip and a receiving unit of a hybrid beamforming apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 4A to 4C show detailed examples of a semiconductor ultrasonic chip according to an embodiment of the present invention.
  • 5 to 10 are diagrams to explain hybrid beam focusing by adjusting the position and angle of a tile chip according to an embodiment of the present invention.
  • 11 and 12 illustrate application examples of a hybrid beamforming apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating an operating method of a hybrid beamforming apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a hybrid beamforming apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining hybrid focusing control.
  • 3 shows an example of a front side including a tile chip and a receiver of a hybrid beamforming device according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 4A to 4C show detailed examples of a semiconductor ultrasound chip according to an embodiment of the present invention. is shown.
  • the hybrid beamforming apparatus according to the embodiment of the present invention of FIG. 1 is capable of modular beam focusing using tile chips in which semiconductor ultrasonic chips are circularly arranged.
  • the hybrid beamforming apparatus 100 includes a tile chip 110, a receiver 120, and a control unit 130.
  • the hybrid beamforming apparatus 100 according to an embodiment of the present invention uses several tile chips to increase the output, which is a disadvantage of semiconductor ultrasound, and allows custom focusing of hybrid beamforming by beamforming of several channels without high difficulty hybrid beamforming. want to perform
  • the hybrid beamforming apparatus 100 arranges at least one semiconductor ultrasound chip (magnifying glass in FIG. Custom collections can be provided.
  • the tile chip 110 is composed of a plurality of annular array channels and includes semiconductor ultrasonic chips arranged circularly.
  • the tile chip 110 refers to including at least one semiconductor ultrasound chip 200 arranged in a circular shape, and each tile chip 110 may mean a semiconductor ultrasound chip 200 .
  • the semiconductor ultrasound chip 200 does not necessarily have a rectangular shape, and as shown in FIG. 2 , at least one of several corners may have a truncated shape.
  • the tile chip 110 is described.
  • the tile chip 110 is located on the front side of the hybrid beamforming device 100 and is in contact with a part of the body, and the tile chip 110 It may include at least one semiconductor ultrasound chip 200 disposed in a tile-shaped circular modular structure. However, in FIG. 3, four semiconductor ultrasound chips 200 are shown, but the number and arrangement of the semiconductor ultrasound chips are not limited to those shown.
  • the semiconductor ultrasound chip 200 is arranged in an annular shape, and is a micro-machined ultrasound transducer formed of a plurality of vibration elements that apply low or high frequencies according to the depth of application inside the skin.
  • MUT micro-machined ultrasound transducer formed of a plurality of vibration elements that apply low or high frequencies according to the depth of application inside the skin.
  • MUT array may include a parallel connection wire between upper electrodes configured for each channel of the vibration element and a connection wire between lower electrodes arranged in a longitudinal direction.
  • the MUT array is composed of a plurality of channels in which a plurality of vibration elements are arranged in a predetermined number, and each channel may have vibration elements arranged in at least two or more rows.
  • each channel 210 may have vibration elements arranged in at least two or more rows, but the number of vibration elements forming a channel is not limited.
  • Upper electrodes 211 and 221 and lower electrodes 230 and 231 are connected to each of the plurality of channels 210 formed of the vibrating elements 201 . 4a and 4b, upper electrodes 211 for transmission are connected to the channels 210 disposed at the first position 202 and the second position 203 of the MUT array, and are independent channels in the center of the MUT array.
  • An upper electrode 221 for reception is connected to the receiver 220 located there. At this time, a low-frequency vibration element is disposed at the first position 202, and a high-frequency vibration element is disposed at the second position 203.
  • the receiving unit 220 located in the annular center of each semiconductor ultrasonic chip 220 has a separate transmission unit and ground, enabling transmission and reception in a single chip, and as shown in FIG. 3, the tile chip 110 of the present invention It can also be mounted in the center.
  • the lower electrode includes annular connection wires 230 and 231 on the outer and inner edges of the MUT array 200 and on the outer edges of the center. Accordingly, the present invention separates the multi-channel transmission of the transmission element, which is a low-frequency vibration element formed at the first position 202, and the ground of the reception of the reception unit 220 by separating 232, thereby minimizing the disturbance of the high-amplification reception signal of the transmission ground unit.
  • the reference connection wiring 212 by the upper electrodes 211 and 221 is between the channels 210 and 210.
  • the present invention is based on the reference connection wire 212, the electrode wiring in the form of a horizontal arrangement (or serial arrangement) in the reference connection wire 212 Adds a parallel connection wire 213 between the upper electrodes It is characterized in that the signal voltage drop along the length direction is minimized.
  • connection wiring between the lower electrodes corresponding to the upper electrodes of the vibration elements 201 crosses the reference connection wiring 212 between the upper electrodes disposed in an annular shape between each channel 210.
  • the connection wires 232 between the lower electrodes are disposed, and the present invention includes annular connection wires 230 and 231 on the outer and inner edges of the MUT array 200 and on the outer edges of the center.
  • the first annular connection wire 230 is disposed in an annular shape on the outer and inner circumferences of the channels 210 disposed at the first position 202
  • the second annular connection wire 231 is disposed in the second position ( 203) is characterized in that it is disposed in an annular shape on the periphery of the channels 210. Accordingly, the present invention is characterized by minimizing the voltage drop between the lower electrodes.
  • the receiving unit 120 of the hybrid beamforming apparatus 100 is disposed as a receiving chip at the center of the tile chips 110 and signals generated from the circularly arranged tile chips. It is possible to receive the reflected pulse echo of .
  • the receiver 120 is located at the center of the tile chip 110, and at least one semiconductor ultrasonic chip 200 is circularly arranged at regular intervals based on the receiver 120. do. Accordingly, the receiving unit 120 detects the execution of at least one of a function of calibrating by receiving pulse echo for modular transmission of the semiconductor ultrasound chip and a function of detecting fascia, thereby providing customized stimulation by multifocal transmission. .
  • the receiver 120 is configured to reflect a signal transmitted through a transmission element, which refers to vibration elements connected to an upper electrode for transmission, to a specific location of the subcutaneous layer or fascia inside the skin. The received signal of the pulse echo can be received.
  • the control unit 130 of the hybrid beamforming apparatus 100 controls the position of the tile chip 110 in conjunction with depth-direction multi-focusing of an annular array by beamforming of the semiconductor ultrasound chip 200.
  • the ultrasonic beam generated from the tile chip 110 is focused on a target point.
  • the control unit 130 controls the position of the tile chip 110 linked to the multi-focusing in the depth direction of the annular array by beamforming of the semiconductor ultrasonic chip using the received signal through the pulse echo received by the receiver 120.
  • the ultrasonic beam generated from the tile chip 110 may be custom-focused to a target point.
  • the control unit 130 simultaneously adjusts the electronic depth-direction beamforming of the tile chip 110 and the angle control of the tile chip 110, and controls at least one semiconductor ultrasound chip as a single chip to focus by depth. can be implemented.
  • the controller 130 may implement position control by adjusting an angle or a radial position of the tile chip 110 .
  • control unit 130 controls the position and angle of the tile chip 110 by the calibration function and myofascial sensing using the received signal through the pulse echo received by the receiver 120 to obtain ultrasonic waves of the tile chip 110.
  • control unit 130 controls the position and angle of the tile chip 110 by the calibration function and myofascial sensing using the received signal through the pulse echo received by the receiver 120 to obtain ultrasonic waves of the tile chip 110.
  • beam transmission it is characterized in that customized stimulation is provided by multi-focus transmission.
  • control unit 130 may implement position control of the tile chip 110 by using a micro linkage and an actuator, and by using a micromachined metal etching plate structure, the tile chip ( 110) can be implemented by simplifying the position control.
  • 5 to 10 are diagrams to explain hybrid beam focusing by adjusting the position and angle of a tile chip according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 shows a diagram for explaining hybrid beamforming according to a focal point of a tile chip of semiconductor ultrasound waves.
  • the hybrid beamforming apparatus may perform modular beam focusing using a tile chip in which four semiconductor ultrasound chips in an annular array are arranged in an annular tile shape.
  • the electronic beam focus is 3.15 cm and the mechanical tile angle is 20 degrees
  • the focal point is 4.0 cm
  • the electronic beam focus is 4.10 cm and the mechanical tile angle is 15 degrees.
  • FIG. 6 shows an operating mechanism for mechanical angle adjustment of the semiconductor ultrasonic chip shown in FIG. 5 .
  • the semiconductor ultrasound chip shows a beam focus of about 3.0 cm
  • the semiconductor ultrasound chip with an angle adjusted to 15 degrees has a beam focus of about 4.0 cm. indicates
  • the actuator at the center of the tile module moves upward, the edge hinge of the tile chip is lifted, and accordingly, the angle of the central hinge of the tile chip is changed. Accordingly, it can be seen that customized focusing of hybrid beamforming is possible due to angle adjustment of the semiconductor ultrasonic chip.
  • a tile chip substrate on which at least one semiconductor ultrasonic chip is arranged includes a first metal etching mask, a second metal etching mask, and a metal etching mask.
  • a micromachined metal etching plate structure including a metal plate between masks is shown. This is implemented as a thin metal plate using metal etching by replacing the two rotating hinge parts in the angle adjusting mechanism of FIG. 6 with a bending beam and a torsion beam, respectively.
  • position control of tile chips can be simplified and implemented by adjusting the angle of a micromachined metal etching plate structure connected to a body part or skin.
  • hybrid beam focusing can be implemented due to the operating mechanism for mechanical angle adjustment by the micromachined metal etching plate structure shown in FIG. 7 , and the hybrid beam for target focus D.
  • the focusing may occur due to electronic annular array beam focusing of each semiconductor ultrasonic chip and mechanical chip arrangement angle adjustment of the semiconductor ultrasonic chip.
  • the hybrid beamforming apparatus may perform modular beam focusing by arranging eight tiles of a semiconductor ultrasound chip in an annular shape in order to increase the ultrasound power of a focus.
  • the semiconductor ultrasound chips formed on the tile chip may be arranged in a symmetrical shape, and when the number increases, an ultrasound beam with increased power may be provided.
  • FIG. 10 shows that hybrid beamforming of a semiconductor ultrasonic tile chip is implemented with radial positioning instead of mechanical chip angle control, and an annular array by radial positioning instead of mechanical angle control shown in FIG. 5
  • Modular beam focusing can be performed using a tile chip in which four semiconductor ultrasound chips of are arranged in an annular tile shape.
  • the chip mounting angle is fixed.
  • 11 and 12 illustrate application examples of a hybrid beamforming apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the hybrid beamforming apparatus is characterized in that it provides contact optimized for a curved surface by including RTV (Room Temperature Vulcanization) on the front side where the tile chips are located.
  • RTV Room Temperature Vulcanization
  • the hybrid beamforming device provides customized stimulation to the fascia, muscles, and bones in the deep thigh position by hybrid beamforming of semiconductor ultrasonic tile chips. can do.
  • the hybrid beamforming device penetrates the skull of the head by hybrid beamforming of the semiconductor ultrasonic wave tile chip and transmits the brain by multifocality. stimulation, and can penetrate the skull using a frequency range of 500 kHz to 1 MHz considering the characteristics of semiconductor ultrasound.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating an operating method of a hybrid beamforming apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the method of FIG. 13 may represent a process in which the hybrid beamforming apparatus according to an embodiment of the present invention operates according to the transmission focus auto calibration function.
  • step S1310 an ultrasonic beam is transmitted using a tile chip including a plurality of annular array channels and circularly arranged semiconductor ultrasonic chips.
  • step S1320 a reflected pulse echo is received through a receiver located in the center of the tile chip.
  • step S1330 the position and angle of the tile chip associated with the multi-focusing in the depth direction of the annular array by beamforming of the semiconductor ultrasonic chip is controlled using the received signal to align the ultrasonic beam generated from the tile chip to a target point.
  • the arrival time is measured using the reception signal received at a specific location of the human body, which is different for each individual, and then the distance is calculated by dividing the speed.
  • the position and angle of the tile chip including the semiconductor ultrasound chip can be adjusted and focused on the target point.
  • the system or apparatus described above may be implemented as hardware components, software components, and/or a combination of hardware components and software components.
  • devices and components described in the embodiments may include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable gate array (FPGA) , a programmable logic unit (PLU), microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions.
  • the processing device may run an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system.
  • a processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of software.
  • the processing device includes a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it can include.
  • a processing device may include a plurality of processors or a processor and a controller. Other processing configurations are also possible, such as parallel processors.
  • Software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, which configures a processing device to operate as desired or processes independently or collectively. You can command the device.
  • Software and/or data may be any tangible machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device, intended to be interpreted by or provide instructions or data to a processing device. , or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave.
  • Software may be distributed on networked computer systems and stored or executed in a distributed manner.
  • Software and data may be stored on one or more computer readable media.
  • the method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer readable medium.
  • the computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.
  • Program commands recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment or may be known and usable to those skilled in computer software.
  • Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks.
  • - includes hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like.
  • program instructions include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, as well as machine language codes such as those produced by a compiler.
  • the hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

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Abstract

본 발명은 원형 배치된 반도체초음파 칩을 포함한 타일칩을 이용하여 모듈라 빔집속이 가능한 초음파 테라피의 하이브리드 빔포밍 장치 및 그 동작방법에 관한 것으로서, 다수의 환형 어레이 채널로 이루어지며, 원형 배치된 반도체초음파 칩을 포함한 타일칩 및 상기 타일칩의 빔포밍에 의한 환형 어레이의 깊이방향 다중집속과 연동하여 상기 타일칩의 위치를 제어하여, 상기 타일칩에서 발생되는 초음파 빔을 목표지점에 집속하는 제어부를 포함한다.

Description

초음파 테라피의 하이브리드 빔포밍 장치 및 그 동작방법
본 발명은 초음파 테라피의 하이브리드 빔포밍 장치 및 그 동작방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체초음파 칩을 원형 배치한 타일칩을 이용하여 모듈라 빔집속이 가능한 하이브리드 빔포밍 장치에 관한 것이다.
초음파는 집속하여 사용할 경우 안전하면서도 인체의 깊은 부위까지 높은 에너지를 인가할 수 있다.
기존의 기계식 PZT(압전) 집속초음파는 단채널에 의한 오목렌즈의 고정집속 방식이어서 응용이 제한적이다. 이에, 고성능인 PZT 2D 어레이에 관한 관심이 높으나, PZT 2D 어레이의 다중 깊이 집속을 위해서는 1만개 이상의 트랜스듀서 채널 및 빔포밍이 필요하므로, 마이크로 가공 및 빔포머의 제작비가 매우 고가라는 한계가 존재한다.
한편, 반도체초음파는 2D 어레이 다중집속이 가능하면서도 웨이퍼 공정에 의해 단가를 획기적으로 맞출 수 있어 다중 깊이 집속의 테라피 응용에 선진연구소 위주로 많은 연구가 진행중이다. 특히 반도체초음파의 환형 어레이 단일 칩에 의한 테라피는 단지 수채널에 의해 집속 빔포밍 제어가 간단하여 연구로 많이 수행 중이나, 기존 상용초음파에 비해 발생 압력이 약하여 초점 자극세기가 제한적인 단점이 존재한다. 이를 해소하기 위해, 선진연구소에서는 반도체초음파 트랜스듀서 셀 어레이가 매트릭스 규칙적인 칩 여러 개를 타일 형태로 모듈라 집적화하여 빔포밍에 의해 동시에 집속하여 출력 세기를 증가시킨다. 그러나 이는 주로 1만개 이상 트랜스듀서 채널의 전자식 빔포밍을 위한 하이브리드 빔포밍(프론트앤드 아날로그 빔포밍 × 백앤드 디지털 빔포밍)을 사용해야 하는데 매우 난해하고 고가인 한계가 존재한다.
본 발명의 목적은 반도체초음파의 단점인 출력을 높이기 위해 여러 개의 타일칩을 사용하는데 있어서 고난이도 하이브리드 빔포밍 없이 수채널의 빔포밍으로 하이브리드 빔포밍의 맞춤집속을 수행하고자 한다. 이에, 본 발명은 다수의 환형 어레이 채널로 이루어진 반도체초음파 칩을 원형 배치한 타일칩을 이용하여 맞춤집속을 구현하고자 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 상기 과제로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않은 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 초음파 테라피의 하이브리드 빔포밍 장치에 있어서, 다수의 환형 어레이 채널로 이루어지며, 원형 배치된 반도체초음파 칩을 포함하는 타일칩 및 상기 타일칩의 빔포밍에 의한 환형 어레이의 깊이방향 다중집속과 연동하여 상기 타일칩의 위치를 제어하여, 상기 타일칩에서 발생되는 초음파 빔을 목표지점에 집속하는 제어부를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 장치는 상기 타일칩의 중심에 수신용 칩으로 배치되어 원형 배치된 상기 타일칩에서 발생된 신호의 반사되는 펄스에코를 수신하는 수신부를 더 포함할 수 있다.
상기 수신부는 상기 타일칩의 모듈라 송신에 대한 펄스에코 수신에 의한 캘리브레이션 기능과 근막을 감지하는 기능 중 적어도 하나를 수행할 수 있다.
상기 타일칩은 타일 형태의 원형 모듈라 구조로 배치되는 적어도 하나 이상의 반도체초음파 칩을 포함하고, 상기 타일칩의 모서리들 중 적어도 하나는 트렁케이트된(truncated) 형태를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 반도체초음파 칩은 환형(Annular) 형태로 배치되며, 피부 내부의 적용 깊이에 따라 저주파 또는 고주파를 인가하는 복수 개의 진동소자들로 형성되는 마이크로머시닝된 초음파 트랜스듀서(Micro-machined Ultrasonic Transducer, MUT) 어레이를 포함하며, 상기 MUT 어레이는 진동소자의 채널별로 구성된 상부전극간 병렬 연결배선과 길이 방향으로 배치된 하부전극간 연결배선을 포함할 수 있다.
상기 반도체초음파 칩 각각의 환형 중심부에는 수신부가 존재하며, 송신부와 상기 수신부의 접지가 분리되어 있어서 단일칩에서 송수신이 가능할 수 있다.
상기 MUT 어레이는 복수 개의 진동소자들이 기 설정된 개수로 배열된 복수의 채널들로 구성되며, 각 채널은 적어도 두 개 이상의 행으로 진동소자들이 배열될 수 있다.
상기 제어부는 상기 수신부에 의해 수신되는 펄스에코를 통한 수신신호를 이용하여 상기 타일칩의 빔포밍에 의한 환형 어레이의 깊이방향 다중집속과 연동된 상기 타일칩의 위치를 제어하여, 상기 타일칩에서 발생되는 초음파 빔을 목표지점에 맞춤집속할 수 있다.
상기 제어부는 상기 타일칩의 전자식 깊이방향 빔포밍과 상기 타일칩의 각도 제어를 동시에 조절하는 것으로, 적어도 하나 이상의 상기 타일칩을 하나의 칩과 같이 조절하여 깊이별 집속을 구현할 수 있다.
상기 제어부는 상기 타일칩의 각도 또는 레이디얼(Radial) 위치를 조절하여 위치 제어를 구현할 수 있다.
상기 제어부는 마이크로 링키지와 액츄에이터에 의해 상기 타일칩의 위치 제어를 구현할 수 있다.
상기 제어부는 마이크로머신 메탈 에칭 플레이트(Micromachined Metal Etching plate) 구조에 의해 상기 타일칩의 위치 제어를 단순화 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 장치는 상기 타일칩이 위치한 전면부에 RTV(Room Temperature Vulcanization)을 포함하여 곡면에 최적화된 접촉을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 장치는 모듈라 신호의 의한 근막, 근육, 뼈의 인체 반사파를 이용하여 다중초점을 통해 인체의 근막 및 근육에 맞춤자극을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 장치는 머리의 두개골(Skull)을 투과하여 다중초점에 의해 뇌(Brain)를 자극할 수 있다. 이때, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 장치는 반도체초음파 특성을 고려한 500kHz 내지 1MHz의 주파수 범위를 사용하여 두개골을 투과할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 초음파 테라피의 하이브리드 빔포밍 장치의 동작방법에 있어서, 다수의 환형 어레이 채널로 이루어지며, 원형 배치된 반도체초음파 칩을 포함한 타일칩을 이용하여 초음파 빔을 송신하는 단계, 상기 타일칩의 중심부에 위치하는 수신부를 통해 반사되는 펄스에코를 수신하는 단계 및 수신신호를 이용하여 상기 타일칩의 빔포밍에 의한 환형 어레이의 깊이방향 다중집속과 연동된 상기 타일칩의 위치 및 각도를 제어하여, 상기 타일칩에서 발생되는 초음파 빔을 목표지점에 맞춤집속하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 반도체초음파의 단점인 출력을 높이기 위해 여러 개의 타일칩을 사용하는데 있어서 고난이도 하이브리드 빔포밍 없이 수채널의 빔포밍으로 하이브리드 빔포밍의 맞춤집속을 수행할 수 있다. 이에, 본 발명은 다수의 환형 어레이 채널로 이루어진 반도체초음파 칩을 원형 배치한 타일칩을 이용하여 맞춤집속할 수 있다.
보다 상세하게, 본 발명은 수채널 환형 어레이로 이루어진 반도체초음파 칩을 타일구조로 원형 모듈라 구조로 배치한 타일칩의 제어를 동기화시킨 후, 타일칩의 전자식 깊이방향 빔포밍 및 위치 제어(칩 각도)를 연동함으로써, 타일칩의 빔포밍 및 위치 제어를 동시에 조절하여 마치 한 개의 칩을 조절하는 것처럼 깊이별 집속을 쉽게 구현할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 장치의 세부 구성을 블록도로 도시한 것이다.
도 2는 하이브리드 집속 조절을 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 장치의 타일칩 및 수신부를 포함한 정면부의 예를 도시한 것이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 반도체초음파 칩의 상세 예를 도시한 것이다.
도 5 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 타일칩의 위치 및 각도 조절에 의한 하이브리드 빔집속을 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 장치의 적용 예를 도시한 것이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 장치의 동작방법을 흐름도로 도시한 것이다.
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 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 장치의 세부 구성을 블록도로 도시한 것이다. 또한, 도 2는 하이브리드 집속 조절을 설명하기 위해 도시한 것이다. 또한, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 장치의 타일칩 및 수신부를 포함한 정면부의 예를 도시한 것이며, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 반도체초음파 칩의 상세 예를 도시한 것이다.
도 1의 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 장치는 반도체초음파 칩을 원형 배치한 타일칩을 이용하여 모듈라 빔집속이 가능하다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 장치(100)는 타일칩(110), 수신부(120) 및 제어부(130)를 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 장치(100)는 반도체초음파의 단점인 출력을 높이기 위해 여러 개의 타일칩을 사용하는데 있어서 고난이도 하이브리드 빔포밍 없이 수채널의 빔포밍으로 하이브리드 빔포밍의 맞춤집속을 수행하고자 한다.
도 2를 참조하면, 여러 개의 돋보기를 이용하여 빔의 초점을 맞추기 위해서는 돋보기의 거리조절에 따른 여러 초점을 확보하고, 돋보기의 추가 각도 조절에 따른 단일초점을 확보해야 한다. 이를 통해 하이브리드 초점 조절이 가능하다. 이러한 원리를 이용하여, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 장치(100)는 적어도 하나 이상의 반도체초음파 칩(도 2에서 돋보기)을 배치하여 구성한 타일칩의 위치 및 각도 제어를 통해 하이브리드 빔포밍의 맞춤집속을 제공할 수 있다.
타일칩(110)은 다수의 환형 어레이 채널로 이루어지며, 원형 배치된 반도체초음파 칩을 포함한다. 본 발명에서 타일칩(110)은 원형으로 배치된 적어도 하나 이상의 반도체초음파 칩(200)을 포함하여 지칭하는 것으로, 타일칩(110) 각각은 반도체초음파 칩(200)을 의미할 수 있다. 반도체 초음파 칩(200)은 반드시 사각형의 형태를 가질 필요는 없으며, 도 2에 도시된 바와 같이 여러 모서리들 중 적어도 하나는 트렁케이트된 형태를 가질 수 있다.
도 3을 참조하여 타일칩(110)에 대해 설명하자면, 하이브리드 빔포밍 장치(100)의 정면에 위치하여 신체 일부에 접촉하는 면인 정면부에는 타일칩(110)이 위치하며, 타일칩(110)은 타일 형태의 원형 모듈라 구조로 배치된 적어도 하나 이상의 반도체초음파 칩(200)을 포함할 수 있다. 다만, 도 3에서는 반도체초음파 칩(200)을 네 개로 도시하였으나, 반도체초음파 칩의 개수 및 배치는 도시된 바에 한정하지 않는다.
반도체초음파 칩(200)은 환형(Annular) 형태로 배치되며, 피부 내부의 적용 깊이에 따라 저주파 또는 고주파를 인가하는 복수 개의 진동소자들로 형성되는 마이크로머시닝된 초음파 트랜스듀서(Micro-machined Ultrasonic Transducer, MUT) 어레이(또는 200)를 포함할 수 있다. 이때, MUT 어레이는 진동소자의 채널별로 구성된 상부전극간 병렬 연결배선과 길이 방향으로 배치된 하부전극간 연결배선을 포함할 수 있다. 또한, MUT 어레이는 복수 개의 진동소자들이 기 설정된 개수로 배열된 복수의 채널들로 구성되며, 각 채널은 적어도 두 개 이상의 행으로 진동소자들이 배열된 것일 수 있다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하여 반도체초음파 칩(200)에 대해 상세히 설명하자면, 도 4a에서 복수 개의 진동소자(또는 송신부, 201)들이 일정 간격으로 배열되어 채널(210)을 형성하며, MUT 어레이(200)는 복수의 채널(210)이 환형 형태로 배치된 형태인 것을 특징으로 한다. 실시예에 따라서, 각 채널(210)은 적어도 두 개 이상의 행으로 진동소자들이 배열될 수 있으나, 채널을 형성하는 진동소자의 개수는 한정하지 않는다.
진동소자(201)들로 형성된 복수 개의 채널(210) 각각에는 상부전극(211, 221) 및 하부전극(230, 231)이 연결된다. 도 4a 및 도 4b에서 MUT 어레이의 제1 위치(202) 및 제2 위치(203)에 배치된 채널(210)에는 송신을 위한 상부전극(211)이 연결되며, MUT 어레이의 중심부에 독립채널로 위치한 수신부(220)는 수신을 위한 상부전극(221)이 연결된다. 이때, 제1 위치(202)에는 저주파 진동소자가 배치되며, 제2 위치(203)에는 고주파 진동소자가 배치되는 것을 특징으로 한다. 반도체초음파 칩(220) 각각의 환형 중심부에 위치하는 수신부(220)는 송신부와 접지가 분리되어 있어서, 단일칩에서 송수신이 가능하며, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 타일칩(110) 중심부에도 탑재가 가능하다.
또한, 하부전극은 MUT 어레이(200)의 외곽 및 내곽과 중심부의 외곽에 환형 연결배선(230, 231)을 포함한다. 이에 따라서, 본 발명은 제1 위치(202)에 형성된 저주파 진동소자인 송신소자의 다채널 송신과 수신부(220)의 수신의 접지를 분리(232)시킴으로써, 송신 접지부의 고증폭 수신신호 교란을 최소화할 수 있다.
도 4b 및 도 4c를 참조하면, 진동소자(201)들의 상부전극간 연결배선에 있어서, 상부전극(211, 221)에 의한 기준 연결배선(212)이 채널(210)과 채널(210) 사이에서 환형 형태로 배치되며, 본 발명은 기준 연결배선(212)을 기준으로, 기준 연결배선(212)에서 횡대 배열(또는 직렬 배열)된 형태의 전극배선인 상부전극간 병렬 연결배선(213)을 추가하여 길이 방향에 따른 신호전압 강하를 최소화하는 것을 특징으로 한다.
진동소자(201)들의 상부전극과 대응되는 하부전극간 연결배선에 있어서, 각 채널(210) 사이에 환형 형태로 배치된 상부전극간 기준 연결배선(212)과 교차되게 반지름 방향(또는 길이 방향)으로 하부전극간 연결배선(232)이 배치되며, 본 발명은 MUT 어레이(200)의 외곽 및 내곽과 중심부의 외곽에 환형 연결배선(230, 231)을 포함한다. 예를 들면, 제1 환형 연결배선(230)은 제1 위치(202)에 배치된 채널(210)들의 외곽과 내곽에 환형 형태로 배치되며, 제2 환형 연결배선(231)은 제2 위치(203)에 배치된 채널(210)들의 외곽에 환형 형태로 배치되는 것을 특징으로 한다. 이에 따라서, 본 발명은 하부전극간 전압강하를 최소화하는 것을 특징으로 한다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 장치(100)의 수신부(120)는 타일칩(110)의 중심에 수신용 칩으로 배치되어 원형 배치된 타일칩에서 발생된 신호의 반사되는 펄스에코를 수신할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 수신부(120)는 타일칩(110)의 중심에 위치하며, 수신부(120)를 기준으로 적어도 하나 이상의 반도체초음파 칩(200)이 일정 간격으로 원형 배열된 것을 특징으로 한다. 이에, 수신부(120)는 반도체초음파 칩의 모듈라 송신에 대한 펄스에코 수신에 의한 캘리브레이션 기능과 근막을 감지하는 기능 중 적어도 하나를 수행을 감지함으로써, 다중초점 송신에 의한 맞춤자극을 제공할 수 있도록 한다. 예를 들면, 수신부(120)는 송신을 위한 상부전극에 연결되는 진동소자들을 일컫는 송신소자를 통해 송신된 신호가 피부 내부의 피하층(subcutaneous) 또는 근막층(fascia)의 특정위치에 반사되는 경우, 반사된 펄스에코의 수신신호를 수신할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 장치(100)의 제어부(130)는 반도체초음파 칩(200)의 빔포밍에 의한 환형 어레이의 깊이방향 다중집속과 연동하여 타일칩(110)의 위치를 제어하여, 타일칩(110)에서 발생되는 초음파 빔을 목표지점에 집속한다.
제어부(130)는 수신부(120)에 의해 수신되는 펄스에코를 통한 수신신호를 이용하여 반도체초음파 칩의 빔포밍에 의한 환형 어레이의 깊이방향 다중집속과 연동된 타일칩(110)의 위치를 제어하여, 타일칩(110)에서 발생되는 초음파 빔을 목표지점에 맞춤집속할 수 있다. 나아가, 제어부(130)는 타일칩(110)의 전자식 깊이방향 빔포밍과 타일칩(110)의 각도 제어를 동시에 조절하는 것으로, 적어도 하나 이상의 반도체초음파 칩을 하나의 칩과 같이 조절하여 깊이별 집속을 구현할 수 있다. 이때, 제어부(130)는 타일칩(110)의 각도 또는 레이디얼(Radial) 위치를 조절하여 위치 제어를 구현할 수 있다. 즉, 제어부(130)는 수신부(120)에 의해 수신되는 펄스에코를 통한 수신신호를 이용하여 캘리브레이션 기능 및 근막 감지에 의한 타일칩(110)의 위치 및 각도를 제어하여 타일칩(110)의 초음파 빔 송신을 제어함으로써, 다중초점 송신에 의한 맞춤자극을 제공하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 제어부(130)는 마이크로 링키지와 액츄에이터에 의해 타일칩(110)의 위치 제어를 구현할 수 있으며, 마이크로머신 메탈 에칭 플레이트(Micromachined Metal Etching plate) 구조에 의해 타일칩(110)의 위치 제어를 단순화하여 구현할 수 있다.
도 5 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 타일칩의 위치 및 각도 조절에 의한 하이브리드 빔집속을 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 5는 반도체초음파의 타일칩의 집속점에 따른 하이브리드 빔포밍을 설명하기 위한 도면을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 장치는 환형 어레이의 반도체초음파 칩 4개를 타일 환형 형태로 배치한 타일칩을 이용하여 모듈라 빔집속할 수 있다. 이때, 집속점이 3.0cm인 경우 전자식 빔초점이 3.15cm 및 기계식 타일각도는 20도를 나타내며, 집속점이 4.0cm인 경우 전자식 빔초점이 4.10cm 및 기계식 타일각도는 15도를 나타낸다. 이에 따라서, 하이브리드 빔집속은 반도체초음파 칩 각각의 전자식 환형 어레이 빔집속과 반도체초음파 칩의 기계식 칩 배치각도 조절로 인해 발생할 수 있다(하이브리드 빔집속 = 전자식 환형 어레이 빔집속 × 기계식 칩 배치각도 조절).
도 6은 도 5에 도시된 반도체초음파 칩의 기계식 각도 조절에 대한 작동 메커니즘을 나타낸다. 도 6(a)에서 반도체초음파 칩은 약 3.0 cm의 빔 집속(Beam Focus)을 나타내나, 도 6(b)에서 15도의 각도가 조절된 반도체초음파 칩은 약 4.0 cm의 빔 집속(Beam Focus)를 나타낸다. 타일모듈의 중앙부 액츄에이터가 상부로 이동하면 타일칩(Tile Chip) 가장자리 힌지부가 들리고, 따라서 타일칩의 중심 힌지부의 각도가 변한다. 이에 따라서, 반도체초음파 칩의 각도 조절로 인해 하이브리드 빔포밍의 맞춤집속이 가능한 것을 알 수 있다.
도 7은 마이크로머신 메탈 에칭 플레이트(Micromachined Metal Etching plate) 구조에 의한 기계식 각도조절에 대한 작동 메커니즘을 나타낸다. 도 7을 참조하면, 적어도 하나 이상의 반도체초음파 칩이 배열된 타일칩의 기판(plate)은 제1 메탈 에칭 마스크(1st Metal Etching Mask)와 제2 메탈 에칭 마스크(2nd Metal Etching Mask), 그리고 메탈 에칭 마스크 사이에 메탈 플레이트(Metal Plate)를 포함하여 구성된 메탈 에칭 플레이트(Micromachined Metal Etching plate) 구조를 나타낸다. 이는 도 6의 각도조절 메커니즘에서 두 개의 회전 힌지부를 각각 벤딩 빔 및 토션 빔으로 치환하여 메탈 에칭을 이용한 박막의 메탈 플레이트로 구현한 것이다. 본 발명은 신체 일부 또는 피부에 접속하는 메탈 에칭 플레이트(Micromachined Metal Etching plate) 구조에 의한 각도를 조절하여 타일칩의 위치 제어를 단순화하게 구현할 수 있다.
도 8은 반도체초음파 타일칩에서 하이브리드 빔포밍의 전자식 빔거리 및 기계식 각도의 산출수식을 나타낸 것이다. 도 8을 참조하면, 도 7에 도시된 마이크로머신 메탈 에칭 플레이트(Micromachined Metal Etching plate) 구조에 의한 기계식 각도조절에 대한 작동 메커니즘으로 인해 하이브리드 빔집속이 구현될 수 있으며, 목표초점 D를 위한 하이브리드 빔집속은 반도체초음파 칩 각각의 전자식 환형 어레이 빔집속과 반도체초음파 칩의 기계식 칩 배치각도 조절로 인해 발생할 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 장치는 초점의 초음파 파워증가를 위해 반도체초음파 칩의 8개 타일을 환형 배치하여 모듈라 빔집속할 수 있다. 타일칩에 형성되는 반도체초음파 칩은 대칭의 형태로 배치될 수 있으며, 개수가 늘어나면 파워가 증가된 초음파 빔을 제공할 수 있다.
도 10은 반도체초음파 타일칩의 하이브리드 빔포밍에서 기계식 칩의 각도조절 대신 반경방향 위치조절로 구현한 것을 나타낸 것으로, 도 5에 도시된 기계식 각도조절 대신 레이디얼(Radial) 방향 위치 조절에 의해 환형 어레이의 반도체초음파 칩 4개를 타일 환형 형태로 배치한 타일칩을 이용하여 모듈라 빔집속할 수 있다. 여기서, 칩 장착 각도를 고정된다.
이에 따라서, 하이브리드 빔집속은 반도체초음파 칩 각각의 전자식 환형 어레이 빔집속과 반도체초음파 칩의 기계식 레이디얼(Radial) 방향 칩 위치 조절로 인해 발생할 수 있다(하이브리드 빔집속 = 전자식 환형 어레이 빔집속 × 기계식 Radial 방향 칩 위치 조절).
도 11 및 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 장치의 적용 예를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 장치는 타일칩이 위치한 전면부에 RTV(Room Temperature Vulcanization)을 포함하여 곡면에 최적화된 접촉을 제공하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 장치는 도 11에 도시된 바와 같이, 반도체초음파 타일칩의 하이브리드 빔포밍에 의한 허벅지 깊은 위치의 근막(Fascia), 근육 및 뼈에 맞춤자극을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 장치는 도 12에 도시된 바와 같이, 반도체초음파 타일칩의 하이브리드 빔포밍에 의한 머리의 두개골(Skull)을 투과하여 다중초점에 의해 뇌(Brain)를 자극하며, 반도체초음파 특성을 고려한 500kHz 내지 1MHz의 주파수 범위를 사용하여 두개골을 투과할 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 장치의 동작방법을 흐름도로 도시한 것이다.
도 13의 방법은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 장치가 송신집속 오토 캘리브레이션 기능에 따라 동작하는 과정을 나타낸 것일 수 있다.
도 13을 참조하면, 단계 S1310에서, 다수의 환형 어레이 채널로 이루어지며, 원형 배치된 반도체초음파 칩을 포함한 타일칩을 이용하여 초음파 빔을 송신한다.
단계 S1320에서, 타일칩의 중심부에 위치하는 수신부를 통해 반사되는 펄스에코를 수신한다.
단계 S1330에서, 수신신호를 이용하여 반도체초음파 칩의 빔포밍에 의한 환형 어레이의 깊이방향 다중집속과 연동된 타일칩의 위치 및 각도를 제어하여, 타일칩에서 발생되는 초음파 빔을 목표지점에 맞춤집속한다. 단계 S1330은 개인마다 다른 인체의 특정위치에서 수신된 수신신호를 이용하여 도달시간을 측정한 후, 속도를 나눠 거리를 산출하며, 산출된 거리값을 기반으로 특정위치인 인체의 근막 및 근육, 또는 뇌를 자극하기 위해 반도체초음파 칩을 포함하는 타일칩의 위치 및 각도를 조절하여 목표지점에 맞춤집속할 수 있다.
이상에서 설명된 시스템 또는 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(Field Programmable Gate Array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (17)

  1. 초음파 테라피의 하이브리드 빔포밍 장치에 있어서,
    다수의 환형 어레이 채널로 이루어지며, 원형 배치된 반도체초음파 칩을 포함하는 타일칩; 및
    상기 타일칩의 빔포밍에 의한 환형 어레이의 깊이방향 다중집속과 연동하여 상기 타일칩의 위치를 제어하여, 상기 타일칩에서 발생되는 초음파 빔을 목표지점에 집속하는 제어부
    를 포함하는 하이브리드 빔포밍 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 타일칩의 중심에 수신용 칩으로 배치되어 원형 배치된 상기 타일칩에서 발생된 신호의 반사되는 펄스에코를 수신하는 수신부
    를 더 포함하는 하이브리드 빔포밍 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수신부는
    상기 타일칩의 모듈라 송신에 대한 펄스에코 수신에 의한 캘리브레이션 기능과 근막을 감지하는 기능 중 적어도 하나를 수행하는, 하이브리드 빔포밍 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 타일칩은
    타일 형태의 원형 모듈라 구조로 배치되는 적어도 하나 이상의 반도체초음파 칩을 포함하고, 상기 타일칩의 모서리들 중 적어도 하나는 트렁케이트된(truncated) 형태를 갖는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 빔포밍 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반도체초음파 칩은
    환형(Annular) 형태로 배치되며, 피부 내부의 적용 깊이에 따라 저주파 또는 고주파를 인가하는 복수 개의 진동소자들로 형성되는 마이크로머시닝된 초음파 트랜스듀서(Micro-machined Ultrasonic Transducer, MUT) 어레이를 포함하며,
    상기 MUT 어레이는
    진동소자의 채널별로 구성된 상부전극간 병렬 연결배선과 길이 방향으로 배치된 하부전극간 연결배선을 포함하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 빔포밍 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 반도체초음파 칩 각각의 환형 중심부에는 수신부가 존재하며, 송신부 상기 수신부의 접지가 분리되어 있어서 단일칩에서 송수신이 가능한 것을 특징으로 하는, 하이브리드 빔포밍 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 MUT 어레이는
    복수 개의 진동소자들이 기 설정된 개수로 배열된 복수의 채널들로 구성되며, 각 채널은 적어도 두 개 이상의 행으로 진동소자들이 배열된 것을 특징으로 하는, 하이브리드 빔포밍 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 수신부에 의해 수신되는 펄스에코를 통한 수신신호를 이용하여 상기 타일칩의 빔포밍에 의한 환형 어레이의 깊이방향 다중집속과 연동된 상기 타일칩의 위치를 제어하여, 상기 타일칩에서 발생되는 초음파 빔을 목표지점에 맞춤집속하는, 하이브리드 빔포밍 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 타일칩의 전자식 깊이방향 빔포밍과 상기 타일칩의 각도 제어를 동시에 조절하는 것으로, 적어도 하나 이상의 상기 반도체초음파 칩을 하나의 칩과 같이 조절하여 깊이별 집속을 구현하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 빔포밍 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 타일칩의 각도 또는 레이디얼(Radial) 위치를 조절하여 위치 제어를 구현하는, 하이브리드 빔포밍 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는
    마이크로 링키지와 액츄에이터에 의해 상기 타일칩의 위치 제어를 구현하는, 하이브리드 빔포밍 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는
    마이크로머신 메탈 에칭 플레이트(Micromachined Metal Etching plate) 구조에 의해 상기 타일칩의 위치 제어를 단순화 구현하는, 하이브리드 빔포밍 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 하이브리드 빔포밍 장치는
    상기 타일칩이 위치한 전면부에 RTV(Room Temperature Vulcanization)을 포함하여 곡면에 최적화된 접촉을 제공하는, 하이브리드 빔포밍 장치.
  14. 제2항에 있어서,
    상기 하이브리드 빔포밍 장치는
    모듈라 신호의 의한 근막, 근육, 뼈의 인체 반사파를 이용하여 다중초점을 통해 인체의 근막 및 근육에 맞춤자극을 제공하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 빔포밍 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 하이브리드 빔포밍 장치는
    머리의 두개골(Skull)을 투과하여 다중초점에 의해 뇌(Brain)를 자극하는, 하이브리드 빔포밍 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 하이브리드 빔포밍 장치는
    반도체초음파 특성을 고려한 500kHz 내지 1MHz의 주파수 범위를 사용하여 두개골을 투과하는, 하이브리드 빔포밍 장치.
  17. 초음파 테라피의 하이브리드 빔포밍 장치의 동작방법에 있어서,
    다수의 환형 어레이 채널로 이루어지며, 원형 배치된 반도체초음파 칩을 포함한 타일칩을 이용하여 초음파 빔을 송신하는 단계;
    상기 타일칩의 중심부에 위치하는 수신부를 통해 반사되는 펄스에코를 수신하는 단계; 및
    수신신호를 이용하여 상기 타일칩의 빔포밍에 의한 환형 어레이의 깊이방향 다중집속과 연동된 상기 타일칩의 위치 및 각도를 제어하여, 상기 타일칩에서 발생되는 초음파 빔을 목표지점에 맞춤집속하는 단계
    를 포함하는 하이브리드 빔포밍 장치의 동작방법.
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