고강도 집속 초음파 치료(HIFU)를 위한 치료 초음파 트랜스듀서 드라이빙 시스템

Abstract

본 연구에서는 치료초음파용 고출력 위상 어레이 트랜스듀서 구동 시스템을 제작하였다. 기존의 고강도 집속 초음파 치료는 미리 정해진 곡률 반경 및 트랜스듀서 사이즈를 통해 생성된 초점의 크기에 따라서 치료부위의 크기가 결정되었다. 이러한 단일 트랜스듀서에 의해 형성된 작은 초점은 전체 치료부위를 포함하지 못한다. 따라서 본 연구에서는 초점의 위치를 변경하여 전체 치료부위를 포함할 수 있도록 64채널과 513채널의 위상 배열 트랜스듀서를 사용하였다. 각 소자에 계산된 위상지연을 주면 체내의 임의의 위치에 초점을 형성 시키고 초음파 빔을 제어할 수 있다. 위상배열 트랜스듀서를 사용하여 초음파를 발생시키는 방법은 정상 조직의 손상을 막고, 짧은 시간에 큰 부피의 조직을 치료하며, 정확도를 향상시킬 것으로 예상된다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 위상배열 트랜스듀서 드라이빙 시스템을 설계하였다. 전기적인 펄스를 생성하기 위하여 digital pulser가 설계되었다. digital pulse를 고전압으로 증폭하기 위하여 high power amplifier가 설계되었다. 시스템 출력을 효과적으로 전달하기 위하여 impedance matching부가 사용되었다. USB interface를 통해 PC와 시스템을 연결하였고, PC의 GUI를 통해 위상배열 트랜스듀서를 제어할 수 있도록 하였다. 디지털 및 아날로그 PCB를 전기적으로 분리하여 시스템이 노이즈의 영향을 받지 않도록 고려하였다.

위상배열 트랜스듀서 구동 시스템을 이용하여 초점을 제어하기 위해서는 시스템 출력이 duty cycle, PRF, PWM, 트랜스듀서 공명주파수와 같은 초음파 발생 파라미터에 기초하여 생성되어야 한다. 따라서 시스템을 검증하기 위하여 본 연구에서는 파라미터의 변화에 따른 출력의 변화를 관찰하였다. 연구의 마지막 단계에서는 본 시스템을 이용하여 1.1 MHz 트랜스듀서를 이용하여 구동 됨을 확인하였다.