Abstract
In this paper, we investigate the thermal response of skin tissue to high-intensity focused ultrasound (HIFU) by means of infrared (IR) thermal imaging. For skin tightening, a 7-MHz ultrasound transducer is used to induce irreversible tissue coagulation in porcine skin. An IR camera is employed to monitor spatiotemporal changes of the temperature in the tissue. The maximum temperature in the tissue increased linearly with applied energy, up to $90^{\circ}C$. The extent of irreversible tissue coagulation (up to 3.2 mm in width) corresponds well to the spatial distribution of the temperature during HIFU sonication. Histological analysis confirms that the temperature beyond the coagulation threshold (${\sim}65^{\circ}C$) delineates the margin of collagen denaturation in the tissue. IR thermal imaging can be a feasible method for quantifying the degree of thermal coagulation in HIFU-induced skin treatment.
본 논문에서는 적외선 카메라를 이용하여 집속형 초음파 치료장비인 HIFU (High intensity focused ultrasound)가 발생시키는 물리적인 변화를 연구하였다. HIFU는 비 침습적으로 음향 에너지를 피하조직에 전달할 수 있기 때문에 피부과에서 안면 윤곽형성 및 피부탄력 개선을 위해 사용되고 있다. 피부 리프팅을 목적으로 사용하는 7 MHz HIFU의 사용 효과에 대한 정량적인 정보를 제공하기 위해 온도 분포 및 비가역적 조직 변화에 대한 연구를 실시하였다. HIFU에서 발생한 초음파 에너지로 인해 피하조직 수 밀리미터 크기의 부위에서 발생하는 온도의 변화를 적외선 이미징을 통해 측정하였다. 각 초음파 에너지 조건에서 생긴 열 응고점의 길이를 측정하였고 통계 처리를 통해 정량화 하였다. 온도의 증가가 발생한 부위에 대해서는 조직 검사에서 조직의 비가역적인 변화를 확인하였다. 실험을 통해 확인한 결과 집속된 초음파 에너지 (0.4, 1.2, 2 J)에 비례해서 조직에서 발생하는 온도가 증가하였다. 초음파가 치료하는 초점 부위에 대해 $69{\sim}90^{\circ}C$ 이상의 최고 온도가 발생하였고, 고온이 발생한 지점에서 조직적인 변화가 일어남을 확인할 수 있었다. 조직 검사를 통해 조직 내부 콜라겐의 응고를 통한 조직 변화를 확인하였다. 본 논문의 ex-vivo 실험 결과를 근거로 HIFU를 이용한 조직 응고의 강도를 조절하기 위해 적외선 이미징을 이용하여 얻은 정량적 데이터를 이용할 수 있음을 확인하였다.
