In this study, an axillary hyperhidrosis HIFU treatment device using high-intensity focused ultrasound (HIFU) energy that can be used for axillary hyperhidrosis treatment was developed. We designed the main boards (AMP board, UI board, handpiece board, cartridge board) required for the development of the axillary hyperhidrosis HIFU device and produced a prototype. In the case of a ceramic vibrator that converts the electrical energy of the HIFU device into ultrasonic energy, the resonance frequency is different according to individual materials, so it is important to keep the energy intensity and RF output constant according to precise frequency control. For each performance test item, 3 types (HIFU energy intensity, HIFU focal temperature, HIFU focal length error), RF output experiments were conducted. As a result of repeatedly measuring the ultrasonic energy intensity 100 times using the ultrasonic radiation beam measuring instrument, the HIFU energy intensity was measured to be 2.65, with minimum intensity of 2.4, and the average of 2.53, which is much less than the 20% tolerance range and was expressed as 6%. The allowable error range for the focal length error degree, which is one of the main performances of HIFU, is ±1mm from the 3mm standard, and as a result of the experiment, it was confirmed that accurate control was possible by obtaining a minimum of 2.47mm and a maximum of 3.39mm within the allowable range. The sweat gland tissue, which is the main cause of indications in axillary hyperhidrosis, is distributed at a depth of 2-4 mm from the skin surface of the armpit (or tissue around the groin). For the treatment of sweat glands in axillary hyperhidrosis, it is important to see whether a constant output of a frequency is in the range of 4.0 to 4.7 MHz, which is the resonance frequency of the ultrasonic vibrator at the corresponding depth. This is an experiment to measure the RF output power according to the frequency change (4.0MHz~4.7MHz) of the AMP board including the high-intensity focused ultrasound generator circuit, which is an important function for the development of the axillary hyperhidrosis system, and as a result of experimenting with frequency, the maximum value of 49.969W and minimum 48.018W of output voltage and output power for each frequency was obtained. The average output value was 48.986W. It was confirmed that the RF output value according to the frequency change was maintained within the range of 1.951W within the resonance frequency range of the ultrasonic vibrator (4MHz∼4.7MHz), and the maximum value (49.969W) compared to the target output power of 48W was within 4.1%. In the main performance test of the HIFU device for axillary hyperhidrosis treatment, the energy intensity was 6% compared to within the maximum allowable range of 20%, the average value of the focal length was 2.93mm compared to within 3 to 4mm, the RF output was 4.1% more than 48W with the frequency range of 4.0 to 4.7MHz, which has a permissible error rate, possible for accurate control, and the performance of the HIFU device was confirmed to be excellent. In this paper, we developed a device that can accurately control the performance of major components of the axillary hyperhidrosis treatment HIFU device with a much better error value than the performance target of the device through the performance test and prototype performance test results.
본 연구에서는 액와다한증 치료에 사용할 수 있는 고강도집속형초음파(HIFU) 에너지를 이용한 액와다한증 HIFU 치료 장치를 개발하였다. 액와다한증 HIFU 장치 개발에 있어서 필요한 주요 보드(AMP보드, UI보드, 핸드피스보드, 카트리지 보드)에 대한 설계를 하였고, 시제품을 제작하였다. HIFU 장치의 전기에너지를 초음파에너지로 변환시켜주는 세라믹 진동자의 경우 개별 소재에 따라 공진 주파수가 다르므로 정밀한 주파수 제어에 따른 에너지 세기와 RF 출력의 출력 값이 일정하게 유지해주는 것이 중요하다. 각 성능 실험 항목으로 3가지(HIFU 에너지 세기, HIFU 초점온도, HIFU 초점거리 오차), RF출력 실험을 진행하였다. HIFU 에너지의 세기 초음파 방사 빔 측정기를 이용하여 초음파 에너지 세기를 100회 반복 측정한 결과, 초음파의 최대 세기는 2.65, 최소 세기는 2.4, 평균 2.53으로 측정되어 허용오차 범위 20%보다 훨씬 적은 오차 범위인 6%로 나타내었다. HIFU의 주요 성능 중에 하나인 초점거리의 오차정도에 대한 허용오차범위는 3mm 기준에서 ±1mm이며, 실험결과 허용범위 이내의 최소 2.47mm, 최대 3.39mm 값을 얻어 정확한 제어가 가능함을 확인하였다. 액와다한증에서 적응증의 주된 원인이 되는 땀샘 조직은 겨드랑이(또는 사타구니 주변 조직) 피부 표면으로부터 2~4mm 깊이에 분포되어 있다. 액와다한증의 땀샘 조직치료를 위해서는 해당 깊이의 초음파진동자 공진주파수인 4.0∼4.7MHz 범위 주파수의 일정한 출력이 나오는지가 중요하다. 액와다한증 시스템 개발에 중요한 기능인 고강도집속초음파 발생 회로가 포함된 AMP 보드의 주파수 변경(4.0MHz∼4.7MHz)에 따른 RF 출력전력을 측정하는 실험으로 해당 깊이의 초음파진동자 공진주파수인 4.0∼4.7MHz 범위 주파수로 설정하고 실험한 결과, 주파수별 출력전압과 출력전력이 최대 49.969W, 최소 48.018W 값을 얻었다. 평균 출력값은 48.986W로 나타났다. 초음파 진동자의 공진주파수 범위(4MHz∼4.7MHz)내에서 주파수 변경에 따른 RF 출력값이 1.951W 범위 내에서 유지되며 목표 출력전력 48W 대비 최대값( 49.969W)이 4.1%내에서 출력되는 것을 확인하였다. 액와다한증 치료 HIFU 장치의 주요 성능 실험에서 에너지 세기는 최대 허용범위 20%이내 대비 6%이며, 초점거리 3~4mm 이내 대비평균값이 2.93mm, 주파수범위 4.0∼4.7MHz에서 RF 출력 48W 이상으로 4.1% 허용 오차율을 가지고 있으며 정확한 제어가 가능하고 HIFU 장치의 성능이 우수함을 확인하였다. 본 논문에서는 액와다한증 치료 HIFU 장치의 주요 부품 성능 실험과 시제품 성능 실험 결과를 통해 장치의 성능 목표보다 훨씬 나은 오차로 정확하게 제어할 수 있는 장치를 개발하였다.