• 한국음향학회지
• /
• 제39권1호
• /
• pp.16-23
• /
• 2020

고강도 집중 초음파(High-Intensity Focused Ultrasound, HIFU) 치료에서 HIFU 초점의 효과적인 위치 파악은 안전한 치료 계획을 개발하는 데 중요하다. 자기 공명 영상 유도 HIFU(Magnetic Resonance Imaging guided HIFU, MRIgHIFU)는 HIFU 초점을 영상화하여 치료 중에 초음파 경로를 시각화 할 수 있지만 초음파 이미징 유도 HIFU(Ultrasound imaging guided HIFU, USIgHIFU)에서는 어려움이 있다. 본 연구에서는 USIgHIFU에 대해 HIFU 초점을 영상화할 수 있는 실시간 초음파 빔 시각화 기법을 제시 하였다. 제안 된 방법에서, 음향 강도(Ispta < 720 mW/㎠) 아래의 이미징 초음파 변환자의 동일한 중심 주파수를 갖는 짧은 펄스가 HIFU 변환기를 통해 전송되고, HIFU 빔 경로를 시각화하기 위해 수신 신호는 동적 수신 포커싱 및 후속 에코 처리를 거쳤다. 소 혈청 알부민 젤 팬텀을 이용한 생체외 실험으로부터, HIFU 빔 경로는 낮은 음향 강도 (Ispta = 94.8 mW/㎠)에서도 명확히 영상화 할 수 있었고 HIFU 초점은 손상이 생성되기 전에 성공적으로 시각화하였다. 이 결과는 제안 된 초음파 빔 경로 시각화 방법이 USIgHIFU 치료에서 원치 않는 조직 손상을 최소화하면서 실시간으로 HIFU 초점을 영상화하는 데 사용될 수 있음을 나타낸다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
• /
• 제36권5호
• /
• pp.162-168
• /
• 2015

In this study, we suggested the performance and safety testing guideline for low intensity pulsed ultrasound (LIPUS) represented by the ultrasound fracture treatment device and cartilage treatment device and low intensity focused ultrasound (LIFU) represented by ultrasonic face lifting device. For these study, the international standards and management regulations of Korea, Japan and United State were analyzed. And the usefulness and applicability were evaluated by testing with commercial equipment and reflecting the views of the industry and experts. As a result of this study, the safety and performance test guidelines for low intensity therapeutic ultrasound device were proposed by presenting the 10 items for LIPUS and 12 items for LIFU. The suggested guidelines are considered a high utilization in the domestic testing and approval authorities. And they are also thought to be useful to new technology development.

• Journal of the Korean Physical Society
• /
• 제73권9호
• /
• pp.1289-1294
• /
• 2018

The present study aims to investigate experimentally and theoretically thermal ablation in soft tissues by using high intensity focused ultrasound (HIFU) to assess tissue damage during HIFU thermotherapy. The HIFU field was calculated by solving the axisymmetric Khokhlov-Zabolotskaya-Kuznetsov equation from the frequency-domain perspective. The temperature field was calculated by solving Pennes' bioheat transfer equation, and the thermal dose required to create a thermal lesion was calculated by using the thermal dose formula based on the thermal dose of a 240-min exposure at $43^{\circ}C$. In order to validate the simulation results, we performed thermal ablation experiments in a tissue-mimicking phantom and ex-vivo porcine liver for two different HIFU source conditions by using a 1.1-MHz, single-element, spherically focused HIFU transducer. The small difference between the measured and the predicted lesion sizes suggests that the implementation of the numerical model used here should be modified to iteratively allow for temperature-dependent changes in the physical properties of tissues.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
• /
• 제43권6호
• /
• pp.369-374
• /
• 2022

Purpose: Focused ultrasound is an emerging technology for treating the brain locally in a noninvasive manner. In this study, we have investigated the influence of skull properties on simulating transcranial pressure field. Methods: A 3D computational model of transcranial focused ultrasound was constructed using female and male CT data to solve for intracranial pressure. For heterogeneous model, the acoustic properties were calculated from CT Hounsfield units based on a porosity. The homogeneous model assigned constant acoustic properties for the single-layered skull. Results: A computational model was validated against empirical data. The homogeneous models were then compared with the heterogeneous model, resulted in 10.87% and 7.19% differences in peak pressure for female and male models respectively. For the focal volume, homogeneous model demonstrated more than 94% overlap compared with the heterogeneous model. Conclusion: Homogeneous model can be constructed using MR images that are commonly used for the segmentation of the skull. We propose the possibility of the homogeneous model for the simulating transcranial pressure field owing to comparable focal volume between homogeneous model and heterogeneous model.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
• /
• 제27권1호
• /
• pp.22-29
• /
• 2006

This paper proposes an efficient array beamforming method using spatial matched filtering for ultrasound imaging. In the proposed method, ultrasound waves are transmitted from an array subaperture with fixed transmit focus as in conventional array imaging. At receive, radio frequency (RF) echo signals from each receive channel are passed through a spatial matched filter that is constructed based on the system transmit-receive spatial impulse response. The filtered echo signals are then summed. The filter remaps and spatially registers the acoustic energy from each element so that the pulse-echo impulse response of the summed output is focused with acceptably low side lobes. Analytical beam pattern analysis and simulation results using a linear array show that the proposed spatial filtering method can provide more improved spatial resolution and contrast-to-noise ratio (CNR) compared with conventional dynamic receive focusing (DRF) method by implementing two-way dynamically focused beam pattern throughout the field.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
• /
• 제40권2호
• /
• pp.39-47
• /
• 2019

Ultrasound sonication along with microbubble (MB) could enhance drug delivery to promote the absorption of anticancer drugs into cancers in a noninvasive and targeted manners. In this study, we verify the acute drug delivery enhancement (within an hour) of two representative focused ultrasound driven drug delivery enhancement methods (MB and Doxorubicin-coated Nanoparticle complex (MB-NP) based). Experiments were conducted using in vivo mouse model with MDA-MB-231 breast cancer cell line. Ultrasound generated by single-element 1 MHz focused ultrasound transducer was delivered in pulsed sonication consisted of 0.125 msec bursts at a pulse repetition frequency of 2 Hz for 20 seconds without a significant increase in local temperature (less than $0.1^{\circ}C$) or hemorrhage. Doxorubicin concentrations in tumors were improved by 1.97 times in the case of MB-NP, and 1.98 times by using Doxorubicin and MB separately. These results indicate anticancer drug delivery based on MB and MB-NP can significantly improve the effect of anticancer drugs delivered to tumors in a short time period by using low-intensity focused ultrasound.

• 한국음향학회지
• /
• 제33권1호
• /
• pp.21-30
• /
• 2014

음향감쇠매질 내에서 집속 초음파에 의한 온도 분포 변화를 파악하는 것은 다양한 분야에 매우 중요한 정보를 제공할 수 있다. 본 연구는 음향감쇠매질 내에 임계온도 $30^{\circ}C$인 시온안료를 사용한 감온 필름을 삽입하여 비침습적으로 온도 상승 효과를 조사하였다. 음향감쇠매질은 한천과 설탕을 섞어 제작하였으며 매질내 음향특성을 제어하기위해 사용한 설탕 농도는 25 %에서 40 %까지 변화시켰다. 집속 초음파에 의한 온도상승 효과를 감온 필름의 변색영역의 변화로 관찰한 결과 초음파 방사 후 2~5 s 사이에 급격한 변색 영역의 증가를 보이다가 그 이 후 완만한 변화를 보였다. 시뮬레이션에서는 실험 결과와는 달리 초음파 방사후 10 s까지 선형적으로 변색영역이 증가하는 경향을 보였다. 이는 매질의 열전도도 및 열용량은 온도에 따라 변하는 값을 가지는데, 시뮬레이션에는 이를 고려하지 못했기 때문으로 사료된다.

• Korean Journal of Acupuncture
• /
• 제40권3호
• /
• pp.79-89
• /
• 2023

Objectives : The purpose of this study is to investigate various application methods of focused ultrasound and apply them to clinical use in Korean medicine. Methods : Search was performed using the search engines of electronic databases, including PubMed, ScienceDirect, Cumulative Index to Nursing and Allied Health Literature (CINAHL), ScienceON, Oriental Medicine Advanced Searching Integrated System (OASIS), China National Knowledge Infrastructure (CNKI), Wanfang Data, Japan Science Technology Information Aggregator, Electronic (J-STAGE) and Citation Information by NII (CiNii), from inception to July 2023 without language limitation. Inclusion criteria were clinical studies including randomized controlled trials (RCTs), and animal experimental studies related with focused ultrasound treatments for acupoints or meridian sinews. Results : Total 17 papers, 7 for RCT, 6 for in vivo animal studies, and other experimental studies, were finally selected. Indications used in studies were shoulder pain, back pain, chronic back pain, and degenerative knee arthritis. In experimental studies, studies on animal models of hypoxic ischemic brain damage and hyperlipidemia were also conducted. As for the acupoints, LR3, LI4, and ST36 were used in clinical studies and, in animal experimental studies, GV20, KI1, and ST36 were used. As for the dose, 4 studies below 3 W/cm² and 3 studies in the range of 0.625 to 5 W/cm² in clinical studies, and all studies did not exceed 5 W/cm². In animal experimental studies, 0.5 W/cm², 2 W/cm², 7.5 WW/cm², 15 W/cm², 10~20 W/cm² were used. In all three studies describing the penetration depth during irradiation, it was less than 1 cm. Conclusions : We suggest that focused ultrasound is an appropriate treatment tool for stimulating the acupoints to transfer heat energy. Future studies with rigorous and well-designed RCTs for various diseases will be required to ascertain the focused ultrasound stimulate acupoints or meridian sinews.

• 한국광학회지
• /
• 제28권4호
• /
• pp.158-165
• /
• 2017

광 흡수체로부터 측정되는 광음향 신호의 크기가 광 흡수계수 값의 증가에 따라 증가하다가 포화되는 광음향 비선형성에 대한 기존의 분석에서는 초음파 측정기의 물리적 형태를 고려하지 않았다. 이 논문에서는 초음파 측정기의 구면 초점 형태가 광음향 비선형성에 미치는 영향을 분석하였다. 구면 초점 초음파 측정기의 공간 필터링에 의한 광음향 공명 현상을 고려하고 기존의 광음향 비선형성에 대한 연구 방법을 보완하여 구면 초점 초음파 측정기로 측정한 광음향 신호에 대한 해석식을 이론적으로 유도하였다. 이 해석식에 의한 결과는 광음향 신호가 특정한 광 흡수계수 값에서 최대값을 나타내고 최대값 이후로는 광 흡수계수 값의 증가에 따라 오히려 감소함을 보였다. 주파수 영역에서 구면 초점 초음파 측정기에 의해 측정된 광음향 신호의 공명 스펙트럼과 초음파 측정기의 주파수 전달 함수를 비교하여 이 기존의 통념과는 다른 특징을 보이는 광음향 비선형성을 이해하였다. 또한, 이 주파수 영역에서의 물리적 해석으로 인해 광음향을 발생시키는 광 흡수체 내부의 광 조도 형태도 광음향 비선형성에 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다.

• 한국음향학회지
• /
• 제39권6호
• /
• pp.576-584
• /
• 2020

폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol, PVA)젤을 온도가시화용 생체모의매질로 사용하기 위한 기초적인 정보를 얻기 위하여, PVA의 농도를 바꾸어가며 집속초음파에 의한 온도변화 특성을 조사하였다. 기본적인 음향 특성을 조사하기 위하여 PVA농도에 따른 음속, 감쇠계수, 밀도 등이 측정되었고 열역학적 특성인 열전도도, 열용량이 측정되었다. 30 ℃ 이상에서 변색되는 시온필름을 사용하여 집속초음파에 의해 상승되는 초점부근의 온도 변화의 범위를 관찰하였으며 기록된 이미지의 화상처리를 통하여 변색범위의 면적을 도출하였다. PVA의 농도가 2 wt%~16 wt%의 범위에서 증가할수록 젤 내부에서 30 ℃ 이상으로 상승하는 영역은 선형적으로 증가함을 보였고 집속초음파 트랜스 듀서에 인가하는 파워가 증가할수록 변색영역이 증가함을 확인하였다. 이들 결과는 유한요소법을 사용한 시뮬레이션 결과와도 좋은 일치를 보였다.