KR100577944B1 - 인체 삽입형 안테나 - Google Patents

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KR100577944B1
KR100577944B1 KR1020040062182A KR20040062182A KR100577944B1 KR 100577944 B1 KR100577944 B1 KR 100577944B1 KR 1020040062182 A KR1020040062182 A KR 1020040062182A KR 20040062182 A KR20040062182 A KR 20040062182A KR 100577944 B1 KR100577944 B1 KR 100577944B1
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안희란
이귀로
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한국과학기술원
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Abstract

본 발명은 인체 삽입형 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마이크로 웨이브를 이용하여 체내의 종양 또는 암세포 조직을 발열시켜 치료하기 위한 삽입형 안테나에 관한 것이다.
본 발명의 제1 특징에 따른 인체 삽입형 안테나는, 마이크로 웨이브를 이용하여 인체 내의 종양 또는 암세포 조직을 발열시켜 치료하는 인체 삽입형 안테나에 있어서, 전류를 인가하기 위한 제1컨덕터, 상기 제1 컨덕터를 원통형으로 둘러싸고 있는 제1 유전체 및 전류 인가시 접지로 되는 제2 컨덕터가 원통형으로 둘러싸고 있는 동축 케이블, 제1 컨덕터 연장선상 끝단에 소정의 유전율을 갖는 제2 유전체 및 전류 인가시 반대 전하가 축적되며 원통형의 형상으로, 끝단은 폐쇄되어 있고 일단은 개방되어 있는 제3 컨덕터를 포함하는 제1 캐패시터 및 상기 동축케이블 및 제1 캐패시터가 삽입되며, 소정의 유전율을 갖는 카테터(Catheter) 를 포함하고, 상기 제1 컨덕터가 동축 케이블과 제1 캐패시터의 중심축으로 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하여 이루어진다.
Interstitial antenna, monopole-antenna, coaxial-cable, SAR(Specific Absorption Rate), 카테터(catheter)

Description

인체 삽입형 안테나{Interstitial Antennas}
도 1a 는 인체 삽입 안테나에 쓰이는 동축 케이블(coaxial cable)을 도시한 것이다.
도 1b는 인체삽입 안테나가 어떻게 동작하는가를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 종래의 인체 삽입형 안테나의 종류를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나의 끝단을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나와 종래의 인체 삽입형 안테나의 발열 효율을 비교한 것이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나의 정합의 실험치외 이론치를 비교하여 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나를 개략적으로 나타 낸 것이다.
도 9a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나와 본 발명의 제2 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나를 비교한 것이다.
도 9b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나와 본 발명의 제3 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나를 비교한 것이다.
도 9c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나와 본 발명의 제3 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나를 비교한 것이다.
***** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *****
110, 310, 610, 710: 제1 컨덕터(inner conductor)
120, 320,620, 720 : coaxial cable
330, 630, 730: 제1 캐패시터
114, 340, 650, 760: 카테터 210: 금속
640, 740: 제2 캐패시터
111, 321, 331, 621, 631, 641, 721, 731, 741, 751: 유전체
112, 322,622, 722 : 제 2 컨덕터(outer conductor)
332, 632, 642, 732, 742, 752: 컨덕터 750: 제3 캐패시터
본 발명은 인체 삽입형 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마이크로 웨 이브를 이용하여 체내의 종양 또는 암세포 조직을 발열시켜 치료하기 위한 삽입형 안테나에 관한 것이다.
종래에는 인체에 존재하는 종양이나 암세포를 제거하기 위해서 외과적인 수술을 하였다. 그러나, 수술은 비용이 비쌀 뿐만 아니라 회복하는 시간이 길며, 수술 후 2차 감염에 대한 우려도 적지 않았다. 이런 단점을 극복하기 위해서, 마이크로 웨이브(Microwave)를 이용한 안테나를 인체의 간이라든가 뇌, 심장 등에 삽입하여 종양이나 암세포를 제거하는 인체 삽입형 안테나에 대한 연구가 활발하다. 상기 안테나에 관한 보다 상세한 설명은 다음 도 1에서 살펴보기로 한다.
도 1a 는 인체 삽입 안테나에 쓰이는 동축 케이블(coaxial cable)을 도시한 것이며, 도 1b는 인체삽입 안테나가 어떻게 동작하는가를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 동축 케이블(120)의 단면은 제 1 컨덕터 (inner coductor, 110), 제 1유전체(111)와 제 2 컨덕터(outer conductor, 112)로 이루어져 있다. 제1 컨덕터(110)의 길이가 약 (
Figure 112004035322430-pat00001
:매질에서의 wavelength)일 때 모노폴-안테나(monopole-antenna)를 형성하며, 인체 삽입형 안테나는 일정 길이의 동축 케이블(120)과 모노폴-안테나가 카테터(114)에 삽입되어 사용된다. 카테타(114)는 인체에 무해한 소정의 유전율을 갖는 플라스틱 관으로써, 모노폴-안테나가 인체에 직접 접촉함을 막아준다. 기존의 인체 삽입형 안테나는 모노폴-안테나와 카테터(140) 사이에 seline이 사용되기도 하였으나, 제작의 편이를 위하여 공기로 채워진다. 도 1b는 인체 삽입형 안테나가 간, 심장, 뇌 등에 깊숙이 자리 잡은 종양이 나, 암 조직을 치료하기 위해서 삽입되어 있는 형태를 보여주고 있다. 삽입형 안테나의 주위는 인체조직의 표피(115)를 나타낸다.
인체 삽입형 안테나에 동축 케이블(120)의 제1 컨덕터(110)을 통하여 전류를 인가했을때, 인체 삽입형 안테나 주위에 양전하(positive charge)가 형성되며, 이 양전하와 멀리있는 음전하(negative charge) 사이에 전장을 형성하게 된다. 인체 조직은 전기를 통하는 손실이 있는 매질이기 때문에 전장에 의해 열이 발생하며, 이 열로 인해, 종양이나 암 세포 조직의 온도를 높여주게 되어 종양이나 암 세포가 더 이상 진행되지 못하도록 하여 치료의 효과를 거두게 되는 것이다.
도 2는 종래의 인체 삽입형 안테나에 쓰이는 모노폴-안테나이다. 첫 번째 안테나(200a)는 가장 많이 쓰이는 형태로, 동축 케이블 중에서 제1 컨덕터(110)가 1/4 파장만큼 연장된 형태이며, 두번째 안테나(200b)는 전류를 인가했을 때, 안테나(200b) 끝단에 보다 많은 전류가 모이도록 제2 컨덕터(210)를 부착한 형태이다. 세 번째 안테나(200c)는 안테나 크기를 줄이기 위해서, 안테나(200c)의 끝단에 일정 길이의 소정의 유전체 물질이 제1 컨덕터를 원통으로 둘러 쌓여 있으며, 그 위에 원통형의 도체가 상기 유전체 물질을 둘러싸고 있고, 양쪽 끝이 모두 개방되어 있다.
이와 같은 종래의 모노폴-안테나가 사용되는 인체 삽입 안테나는 마이크로 웨이브를 이용하여 발열 시키는데 있어, 가장 큰 문제는 안테나 정합이다. 안테나 정합이 이루어지지 않으면, 종양이나, 암 세포조직을 치료하는데 목표 세포 조직에 대한 발열 집중도가 떨어질 뿐 아니라, 전류를 인가하는 마이크로웨이브 소오스 를 파괴할 수 도 있기 때문에 안테나 정합은 중요한 과제가 되는 것이다. 정합 외에 고려해야 할 점은 발열 부위의 형태이다. 발열부위가 종양이나 암 세포 조직 형태와 비슷한 럭비볼 형태가 되어야, 마이크로웨이브를 이용한 종양이나 암 세포 조직 치료시, 주위의 정상 세포를 보호할 수 있기 때문이다.
그러나, 종래의 인체 삽입 안테나는 정합이 제대로 이루어지지 않아, 발열 집중도가 떨어져 발열 효율이 낮은 문제점이 있을 뿐 아니라, 발열 부위가 종양이나 암세포 조직과 다른 형태를 이뤄 종양이나 암 제포 조직 주위에 있는 정상세포를 파괴할 위험요소를 지녔다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 인체 삽입형 안테나의 구조를 개선하여, 인체 삽입 안테나와 전류 인가 소오스 사이의 정합을 개선하여, 목표 세포 조직에 대한 발열 효율을 높일 수 있는 인체 삽입형 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 종양 또는 암세포 조직을 치료하기 위한 발열 부위를 최적화할 수 있는 인체 삽입형 안테나 구조를 설계하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 제1 특징에 따른 인체 삽입형 안테나는, 마이크로 웨이브를 이용하여 인체 내의 종양 또는 암세포 조직을 발열시켜 치료하는 인체 삽입형 안테나에 있어서, 전류를 인가하기 위한 제1컨덕터, 상기 제1 컨덕터를 원통형으로 둘러싸고 있는 제1 유전체 및 전류 인가시 접지로 되는 제2 컨덕터가 원통형으로 둘러싸고 있는 동축 케이블, 제1 컨덕터 연장선상 끝단에 소정의 유전율을 갖는 제2 유전체 및 전류 인가시 반대 전하가 축적되며 원통형의 형상으로, 끝단은 폐쇄되어 있고 일단은 개방되어 있는 제3 컨덕터를 포함하는 제1 캐패시터 및 상기 동축케이블 및 제1 캐패시터가 삽입되며, 소정의 유전율을 갖는 카테터(Catheter) 를 포함하고, 상기 제1 컨덕터가 동축 케이블과 제1 캐패시터의 중심축으로 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하여 이루어진다.
제1 특징에 따르면, 인체 삽입형 안테나는 전류 인가시 제3 컨덕터 표면에 반대 전하가 축적되도록 유도하는 제 2 유전체를 구비하도록 한다. 또한, 상기 제1 캐패시터는 원통형의 제 3 컨덕터와 소정의 유전율을 갖는 유전체로 구성되어 있으며, 상기 원통형의 제 3 컨덕터 끝단에는 제 1 컨덕터와 연결되어 있고, 반대쪽 일단은 개방되도록 한다. 이로써, 인체 삽입형 안테나는 상기 끝단에서 폐쇄됨과 동시에 상기 제1 컨덕터 및 제1 캐패시터가 직접적으로 연결된 구조를 갖게 된다. 제1 케패시터 길이에 따라, 모노폴-안테나의 입력 임피던스를 자유자재로 바꿔줄 수 있기 때문에 인체 삽입 안테나를 정합시키는데 중요한 역할을 한다.
본 발명의 제2 특징에 따른 인체 삽입형 안테나는, 마이크로 웨이브를 이용하여 인체 내의 종양 또는 암세포 조직을 발열시켜 치료하는 인체 삽입형 안테나에 있어서, 전류를 인가하기 위한 제1컨덕터, 상기 제1 컨덕터를 원통형으로 둘러싸고 있는 제1 유전체 및 전류 인가시 접지로 되는 제2 컨덕터가 원통형으로 둘러싸고 있는 동축 케이블, 제1 컨덕터 연장선상 끝단에 소정의 유전율을 갖는 제2 유전체 및 전류 인가시 반대 전하가 축적되며 원통형의 형상으로, 끝단은 폐쇄되어 있고 일단은 개방되어 있는 제3 컨덕터를 포함하는 제1 캐패시터, 소정의 유전율을 갖는 제3 유전체 및 원통형의 형상으로 양쪽이 개방된 제4 컨덕터를 포함하며, 상기 안테나의 일단에 형성된 제2 캐패시터 및 상기 동축케이블, 제1 캐패시터 및 제2 캐패시터가 삽입되며, 소정의 유전율을 갖는 카테터(Catheter) 를 포함하고, 상기 제1 컨덕터, 제1 캐패시터 및 제 2 캐패시터는 전기적으로 연결된 것을 특징으로 이루어진다.
제2 특징에 따르면, 상기 제1캐패시터는 인체 삽입 안테나 정합에 기여하나, 상기 제2 캐패시터는 소정의 유전율을 갖는 제3 유전체 및 양쪽이 모두 개방된 원통형의 형상을 갖는 제4 컨덕터로 구성되며, 인체 삽입 안테나를 이용하여 발열 시키는데 있어서, 발열 부위를 결정하는데 기여한다. 상기 제1, 2 캐패시터는 제1 컨덕터를 중심축으로 하여 직접적인 연결구조를 가지며, 카테터와 전기적으로 연결된 구조를 갖는다.
본 발명의 제3 특징에 따른 인체 삽입형 안테나는, 마이크로 웨이브를 이용하여 인체 내의 종양 또는 암세포 조직을 발열시켜 치료하는 인체 삽입형 안테나에 있어서, 전류를 인가하기 위한 제1컨덕터, 상기 제1 컨덕터를 원통형으로 둘러싸고 있는 제1 유전체 및 전류 인가시 접지로 되는 제2 컨덕터가 원통형으로 둘러싸고 있는 동축 케이블, 제1 컨덕터 연장선상 끝단에 소정의 유전율을 갖는 제2 유전체 및 전류 인가시 반대 전하가 축적되며 원통형의 형상으로, 끝단은 폐쇄되어 있고 일단은 개방되어 있는 제3 컨덕터를 포함하는 제1 캐패시터, 소정의 유전율을 갖는 제3 유전체 및 원통형의 형상으로 양쪽이 개방된 제4 컨덕터를 포함하며, 상기 안 테나의 일단에 형성된 제2 캐패시터, 소정의 유전율을 갖는 제4 유전체 및 원통형의 형상으로 양쪽이 개방된 제5 컨덕터를 포함하며, 상기 안테나의 일단에 형성된 제3 캐패시터 및 상기 동축케이블, 제1 캐패시터, 제2 캐패시터 및 제3 캐패시터가 삽입되며, 소정의 유전율을 갖는 카테터(Catheter) 를 포함하고, 상기 제1 컨덕터, 제1 캐패시터, 제 2 캐패시터 및 제 3 캐패시터는 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하여 이루어진다.
제3 특징에 따르면, 상기 제1 캐패시터와 모노폴-안테나 입구 사이에 상기 제2 캐패시터 및 제3 캐패시터를 형성하도록 한다. 상기 제2 캐패시터 및 제3 캐패시터는 각각의 소정의 유전율을 갖는 제 3, 4 유전체를 포함하고, 원통의 양쪽이 개방된 원통형의 제 4, 5 컨덕터를 포함한다. 이때, 상기 제2 캐패시터 및 제3 캐패시터는 소정의 간격을 두고 형성되어 있으며, 상기 제 1, 2 및 3 캐패시터가 제1 컨덕터를 중심 축으로 하여 직접적으로 연결되어 있으며, 카테터와는 전기적으로 연결되어 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 구체적인 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
<제1 실시예>
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 인체 삽입형 안테나는 제1 컨덕터(310), 동축 케이블(coaxial cable, 320), 제1 캐패시터(330) 및 카테터(340)를 포함하고 있다.
제1 컨덕터(310)는 인체 삽입형 안테나의 중심축이 되는 도체이다.
제1 캐패시터(330)는 제1 컨덕터(310)의 끝단에 형성된다. 소정의 유전율을 갖는 제1 유전체(331)를 포함하며, 원통형의 형상을 가지며 상기 제1 컨덕터(310)의 끝단과 접촉되어 폐쇄되어져 있고, 폐쇄된 부분과 대향하는 일단은 개방되어 있는 제3 컨덕터(캡형상, 332)를 포함한다. 따라서, 상기 제1 캐패시터는 상기 제1 컨덕터를 공유한다. 이에 관한 더욱 상세한 내용은 다음 도 4에서 설명하기로 한다.
동축 케이블(320)은 전류 인가시 필요하며, 제1 컨덕터(310), 제1 유전체 및 제2 컨덕터로 구성되고, 제1 컨덕터(310)의 연장선상에 제1 캐패시터(330)가 모노폴-안테나 입구와 일정한 간격(L)을 두고 형성된다.
여기서, 상기 동축 케이블(320)을 이루고 있는 제1 유전체(321)와 제1 캐패시터(330)를 이루는 제2 유전체(331)는 서로 다르게 구성될 수 있으며, 제작의 편이를 위해 같은 유전체로 구성될 수도 있다.
소정의 유전율을 갖는 관 형태로 이루어져 있는 카테터(340)에 상기 제1 컨덕터(310), 동축 케이블(320) 및 제1 캐패시터(330)가 삽입되어 인체 삽입형 안테나를 이루고 있다. 상기 카테타(340) 내부에는 공기가 채워진다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나의 끝단을 개략적으로 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 캐패시터(330)는 원통형의 형상을 가지며 상기 제1 컨덕터(310)의 끝단과 접촉되어 폐쇄되어져 있고, 폐쇄된 부분과 대향하는 일단은 개방되어 있는 제3 컨덕터(332)를 포함하여 이루짐으로써, 상 기 제1 컨덕터(310)와 연결된다.
또한, 상기 제1 캐패시터(330)의 끝단이 폐쇄된 부분의 형상은 평평하거나 또는 볼록한 구조를 가질 수 있다. 이 때, 상기 폐쇄된 부분의 단면적은 상기 제1 컨덕터(310)의 단면적 보다 넓게 형성된다.
이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나의 동작을 상세하게 살펴보기로 한다.
동축 케이블(320)을 통해 전류 인가시, 제1 컨덕터(310)를 통한 전류가 제1 캐패시터내에 위치하는 제1 컨덕터(310)의 끝단까지 전달되며, 이 때 전류 인가시 제2 유전체(331)에 의하여, 상기 유도된 반대 전하는 제1 캐패시터(330)의 측면, 즉 제3 컨덕터(332) 측면에 축적된다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나는 양극성 전류(positive current)가 삽입형 안테나에 흐르는 동안 제1 컨덕터(310)의 주위에 양전하(positive charge)가 도 4와 같이 생겨나며, 제2 유전체(331)에 의하여 제1 캐패시터(330)의 제3 컨덕터(332)표면에는 음전하(negative charge)가 동시에 여기 된다.
또한, 상기 폐쇄된 부분의 단면적은 상기 제1 컨덕터(310)의 단면적 보다 넓게 형성되기 때문에, 제1 컨덕터(310)에 의한 전류 인가시 폐쇄된 끝단의 표면에서 전류가 보다 빠른 속도로 제1 캐패시터(320)의 제 3 컨덕터(332)로 확산된다. 제3 컨덕터(332) 측면에 여기된 음전하는 제3 컨덕터(332) 끝단에 확산된 전류를 제3 컨덕터(332) 측면에 흐르도록 유도한다. 이로써, 종래의 인체 삽입형 안테나에 쓰이는 모노폴-안테나는 끝단이 모두 개방형태로 되어있어 전류가 끝단에만 존재하는 것과 달리, 본 발명의 제1 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나는 제1 컨덕터의 끝단의 전류가 측면으로 흐르게 함으로 인해, 인체 삽입형 안테나와 인접한 곳에 위치하는 정상 세포의 손상을 막을 수 있다.
또한, 제3 컨덕터(332) 표면이 기존의 안테나에 비하여 상당히 넓기 때문에 보다 많은 전류가 머물수 있어, 발열 효과와 집중도를 기대할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나와 종래의 인체 삽입형 안테나의 발열 효율을 비교한 것이다. 도 5에 쓰인 모든 인체 삽입 안테나는 카테터가 사용되었고, 무한대의 공기에 삽입된 전력 밀도(electric power density)를 나타낸 것이다. 전력 밀도는 SAR(specific absorbtion rate)에 비례하는 값으로, 인체 삽입 안테나 가까운 곳으로부터 멀어짐에 따라 온도가 내려감을 나타낸다. 인체 삽입 안테나에 쓰이는 동축 케이블에 대한 정보는 표1에 표시되어있다. Microwave Studio, CST version 4.2 에 의하여 시뮬레이션된 결과를 도 5에서 비교하였다.
도시된 바와 같이, 상기 안테나를 체내에 삽입한 후 마이크로 웨이브를 이용하여 발열시킬 때, 안테나 주변의 온도를 측정하여 발열 효율을 구할 수 있다. 여기서, (a)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나이며, (b), (c) 및 (d)는 도 2에서 상술한 종래의 인체 삽입형 안테나이다.
일반적으로 체내의 암세포 또는 종양의 모양은 원형에 가깝기 때문에, 인체 삽입형 안테나를 이용한 발열은 (a)와 같이 국부적으로 타원형으로 나타나는게 더 효율적이다. 이 때 (b), (c) 및 (d)의 종래 인체 삽입형 안테나 보다 (a)의 본 발 명의 제1 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나의 발열 범위가 더 넓기 때문에 발열 효율이 더 높은 것을 알 수 있으며, 상대적인 안테나 길이가 본발명의 제1 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나가 훨씬 짧은 것을 알 수 있다.
동축 케이블 제1 컨덕터(Inner conductor) 반지름 0.29 mm
제2 컨덕터(Outer conductor) 반지름 1.4 mm
유전율 2.1
카테터 내경 2.3 mm
외경 4.2 mm
유전율 5.1
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 정합 특성을 나타낸 것이다. 실험에 사용된 인체 삽입 안테나에 대한 정보는 표 2에 나타내었으며, 10 cm x 10 cm x 10 cm 인 근육 phantom에 삽입되어 vector analyser 로 2.45 GHz에서 측정된 값을 이론치와 비교한 것을 나타낸다. 실선은 측정치이며, 점선은 이론치를 나타낸다. 2.45 GHz 에서의 측정치는 -28.377 dB 로 문헌에 보고된 이런 종류의 인체 삽입 안테나의 정합 특성중 가장 좋은 값을 보여주고 있다.
동축케이블 제1 컨덕터(Inner conductor) 반지름 0.145 mm
제2 컨덕터(Outer conductor) 반지름 0.7 mm
유전율 2.1
카테터 내경 1.15 mm
외경 2.1 mm
유전율 5.1
인체 조직(근육) 크기 10 cm x 10 cm x 10 cm
Dielectric constant 52.7 +j 13.3
<제2 실시예>
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 인체 삽입형 안테나는 제1 컨덕터 (610), 동축 케이블(620), 제1 캐패시터(630), 제2 캐패시터(640)및 카테터(650)를 포함하고 있다.
제1 컨덕터(610)는 인체 삽입형 안테나의 중심축이 되는 도체이다.
동축 케이블(620)은 상기 제1 컨덕터(610), 제1 컨덕터를 원통형으로 둘러싸고 있는 제1 유전체(621) 및 제2 컨덕터(622)로 구성되어 있으며, 전류인가시 전류의 통로 역할을 한다. 제1 컨덕터가 연장된 형태를 모노폴-안테나(monopole-antenna)라 한다.
제1 캐패시터(630)는 상기 제1 컨덕터(610)의 끝단에 형성된다. 소정의 유전율을 갖는 제2 유전체(631)를 포함하며, 원통형의 형상을 가지며 상기 제1 컨덕터(610)의 끝단과 접촉되어 폐쇄되어져 있고, 폐쇄된 부분과 대향하는 일단은 개방되어 있는 제3 컨덕터(632)를 포함한다. 따라서, 상기 제1 캐패시터는 상기 제1 컨덕터와 직접적으로 연결된다.
제2 캐패시터(640)는 상기 제1 캐패시터(620)와 모노폴-안테나 입구와 중간에 위치하며, 소정의 유전율을 갖는 제3 유전체(641) 및 제3 유전체(641)을 둘러싸며 제1 컨덕터(610)의 연장길이 방향으로 개방된 원통형의 형상을 갖는 제4 컨덕터(642)로 구성되어 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 상기 제1 캐패시터(630)와 상기 제2 캐패시터(640)의 사이 간격, 제 2 캐패시터(640)와 모노폴-안테나 입구 사이 간격은 서로 동일한 L/3을 유지하며, 제2 캐패시터(640) 길이도 L/3을 유지시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 유전체(621), 제2 유전체(631) 및 제3 유전체(641)는 서로 다르게 구성될 수 있으며, 제작의 편이를 위해 같은 유전체로 구성될 수도 있다.
여기서, 상기 제2 캐패시터(640)는 인체 삽입형 안테나 동작시 마이크로 웨이브에 의한 발열 곡선이 종양이나 암 세포 조직의 형태에 보다 가깝도록 SAR(Specific Absorption Rate) 분포를 최적화시키기 위한 것이다. 상기 제2 캐패시터(640)에 대한 보다 구체적인 내용은 다음 도 9에서 설명하기로 한다.
상기 제 1 컨덕터(610), 동축 케이블(620), 제1 캐패시터(630) 및 제2 캐패시터(640)가 소정의 유전율을 갖는 카테터(650)에 삽입되며, 상기 카테터(650) 내부에는 공기로 채워진다.
본 발명에 따른 제2 실시예도 제1 실시예와 마찬가지로, 제1 캐패시터(630)는 끝단이 폐쇄된 원통의 구조를 가짐으로써, 상기 제1 컨덕터(610)와 연결된다.
또한, 상기 제1 캐패시터(630)의 끝단이 폐쇄된 부분의 형상은 평평하거나 또는 볼록한 구조를 가질 수 있다. 이 때, 상기 폐쇄된 부분의 단면적은 상기 제1 컨덕터(610)의 단면적 보다 넓게 형성되게 함으로써, 안테나에 전류 인가 시 폐쇄된 끝단의 표면에서 전류가 보다 빨리 확산된다.
이러한 구조를 갖는 본 발명의 제2 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나는 제1 컨덕터(610)에 의한 전류 인가시 제 3 및 제 4 컨덕터(632, 642) 표면에 반대 전하를 유도하는 제2 및 제3 유전체 (631,641)를 포함하며, 상기 유도된 반대 전하는 제3 컨덕터(632) 및 제 4 컨덕터 (642)의 측면에 축적된다.
<제3 실시예>
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 인체 삽입형 안테나는 제1 컨덕터(710), 동축 케이블(720), 제1 캐패시터(730), 제2 캐패시터(740), 제 4 캐패시터(750) 및 카테터(760)를 포함하고 있다.
제1 컨덕터(710)는 인체 삽입형 안테나의 중심축이 되는 도체이다.
제1 캐패시터(730)는 상기 제1 컨덕터(710)의 끝단에 형성된다. 소정의 유전율을 갖는 제2 유전체(731)를 포함하며, 원통형의 형상으로 끝단은 폐쇄되어 있고 일단은 개방되어 있는 제3 컨덕터(732)를 포함한다.
동축 케이블(720)은 상기 제1 케패시터(710)의 일단에 형성되며, 소정의 유전율을 갖는 제1 유전체(721) 및 한쪽이 개방된 원통형의 형상을 갖는 제2 컨덕터(722)로 구성되어 있으며, 제2 컨덕터가 끝나는 단이 모노폴-안테나 입구가 된다.
제2 캐패시터(740)는 상기 제1 캐패시터(720)와 모노폴-안테나 입구사이에 형성되며, 소정의 유전율을 갖는 제3 유전체(741) 및 양쪽이 모두 개방된 원통형의 형상을 갖는 제4 컨덕터(742)로 구성되어 있다.
제3 캐패시터(750)는 상기 제2 캐패시터(740)와 모노폴-안테나 입구 사이에 형성되며, 소정의 유전율을 갖는 제4 유전체(751) 및 양쪽이 모두 개방된 원통형의 형상을 갖는 제5 컨덕터(752)로 구성되어 있다.
이때, 상기 제1 캐패시터(730)와 상기 제2 캐패시터(740)의 사이 간격, 상기 제2 캐패시터(740)의 길이, 상기 제2 캐패시터(740)와 제3 캐패시터(750)의 사이 간격, 상기 제3 캐패시터(750)의 길이 및 상기 제3 캐패시터(750)와 상기 모노폴- 안테나 입구 사이 간격은 서로 동일하도록 형성한다. 즉, 상기 각각의 간격, 제2 캐패시터(740) 및 제3 캐패시터(750)의 길이는 상기 제1 캐패시터(730)와 상기 모노폴-안테나 입구(720) 사이 간격 의 1/5 로서 서로 동일하다.
또한, 상기 제1 유전체(721), 제2 유전체(731), 제3 유전체(741) 및 제4 유전체(751)는 서로 다르게 구성될 수 있으며, 제작의 편이를 위해 같은 유전체로 구성될 수도 있다.
카테터(760)에 제1 컨덕터, 동축 케이블(720), 제1 캐패시터(730), 제2 캐패시터(740) 및 제3 캐패시터(750)로 이루어진 모노폴-안테나가 삽입되어 사용되며, 카테터(760)와 상기 모노폴-안테나 사이는 공기로 채워진다.
본 발명의 제3 실시예에서도 제1 캐패시터(730)의 끝단이 폐쇄된 원통의 구조를 가짐으로써, 상기 제1 컨덕터(710)와 연결된다.
또한, 상기 제1 캐패시터(730)의 끝단이 폐쇄된 부분의 형상은 평평하거나 또는 볼록한 구조를 가질 수 있다. 이 때, 상기 폐쇄된 부분의 단면적은 상기 제1 컨덕터(710)의 단면적 보다 넓게 형성하게 함으로써, 삽입형 안테나에 전류 인가시 폐쇄된 끝단의 표면에서 전류가 보다 빨리 확산된다.
이러한 구조를 갖는 본 발명의 제3 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나는 전류 인가시 제 2 유전체(731), 제 3 유전체(741) 및 제4 유전체 (751)에 의하여 제 3 컨덕터(722), 제4 컨덕터(742) 및 제 5 컨덕터(752) 의 표면에 반대 전하를 유도하며, 유도된 반대전하는 인체 삽입형 안테나가 마이크로 웨이브를 이용한 종양이나 암세포 조직을 치료하기 위해 바람직한 SAR를 유도하는데 기여한다.
한편, 본 발명의 안테나를 설계하는데 있어, 치료의 효과를 높이기 위한 SAR분포가 중요한 요소로 작용한다. 이에 따라, 상술한 제2 실시예에서 제2 캐패시터(640)를 구비하고, 제3 실시예에서 제2 캐패시터(740) 및 제3 캐패시터(750)를 구비함으로써, 상기 SAR 분포가 최적화되도록 한다. 이와 같은 구조의 본 발명의 각각의 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나를 비교하면 다음 도 9과 같다.
도 9은 본 발명의 제1 실시예 내지 제3 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나의 발열 효율을 비교하기 위한 것이다. 인체 삽입 안테나에 쓰인 동축 케이블에 대한 정보와 실험 조건은 표 2에 나타난 바와 같으며, IRCON (Inspect IR 500 PS) digital camera 로 찍은 그림을 서로 비교한 것이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 안테나를 체내에 삽입한 후 마이크로 웨이브를 이용하여 발열시킬 때, 안테나 주변의 온도를 측정하여 발열 효율을 구할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 체내의 암세포 조직 또는 종양의 모양 럭비공 형태의 타원형에 가깝기 때문에, 인체 삽입형 안테나를 이용한 발열은 국부적으로 둥근 형상으로 나타나는게 더 효율적이다.
도 9a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나와 본 발명의 제2 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나를 비교한 것이다. 여기서, Z방향은 삽입형 안테나의 길이의 연장방향이고, 방향은 발열시 삽입형 안테나의 주변에 형성되는 발열 폭의 방향을 나타낸 것이다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 제2 실시예의 인체 삽입형 안테나의 발열 형상이 제1 실시예의 인체 삽입형 안테나 보다 Z방형으로 짧고, 방향으로 긴 것을 알 수 있다.
도 9b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나와 본 발명의 제3 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나를 비교한 것이다. 도 9b에 도시된 바와 같이, 제3 실시예의 인체 삽입형 안테나의 발열 형상이 제1 실시예의 인체 삽입형 안테나 보다 Z방형으로 짧고, 방향으로 긴 것을 알 수 있다.
도 9c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나와 본 발명의 제3 실시예에 따른 인체 삽입형 안테나를 비교한 것이다. 도9c에 도시된 바와 같이, 제3 실시예의 인체 삽입형 안테나의 발열 형상이 제2 실시예의 인체 삽입형 안테나 보다 Z방형으로 짧고, 방향으로 긴 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 인체 삽입형 안테나는 제2 실시예에서 제2 캐패시터(640)를 구비하고 제3 실시예에서 제2 캐패시터(740) 및 제3 캐패시터(750)를 형성함으로써, SAR 분포를 만족하며 발열 형상이 종양 또는 암세포의 모양과 같이 둥글게 된다. 바람직하기로는, 제1 실시예의 인체 삽입형 안테나 하나만을 사용하더라도 충분히 종양 또는 암세포를 치료할 수 있다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되 는 것으로 해석되어야 한다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 인체 삽입형 안테나의 구조를 개선하여, 안테나 정합을 거의 완벽하게 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 인체 삽입형 안테나의 구조를 개선하여, 목표 세포 조직에 대한 발열 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 인체 삽입형 안테나는 종양 또는 암세포의 치료를 최적화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 인체 삽입형 안테나는 구조를 개선하여, 안테나 작동 시 마이크로 웨이브에 의한 인체의 손상을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (17)

  1. 마이크로 웨이브를 이용하여 인체 내의 종양 또는 암세포 조직을 발열시켜 치료하는 인체 삽입형 안테나에 있어서,
    전류를 인가하기 위한 제1컨덕터, 상기 제1 컨덕터를 원통형으로 둘러싸고 있는 제1 유전체 및 전류 인가시 접지로 되는 제2 컨덕터가 원통형으로 둘러싸고 있는 동축 케이블,
    제1 컨덕터 연장선상 끝단에 소정의 유전율을 갖는 제2 유전체 및 전류 인가시 반대 전하가 축적되며 원통형의 형상으로, 끝단은 폐쇄되어 있고 일단은 개방되어 있는 제3 컨덕터를 포함하는 제1 캐패시터 및
    상기 동축케이블 및 제1 캐패시터가 삽입되며, 소정의 유전율을 갖는 카테터(Catheter) 를 포함하고,
    상기 제1 컨덕터가 동축 케이블과 제1 캐패시터의 중심축으로 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 인체 삽입형 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유전체 및 제2 유전체는 유전율이 동일한 것을 특징으로 하는 인체 삽입형 안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 카테터의 유전율은 임의의 것이며 인체한 무한한 플라스틱 재질을 특징으로 하는 인체 삽입형 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 캐패시터의 끝단이 폐쇄된 부분의 형상은 평평하거나 또는 볼록한 것을 특징으로 하는 인체 삽입형 안테나.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 폐쇄된 부분의 단면적은 상기 제1 컨덕터의 단면적 보다 넓게 형성된 것을 특징으로 하는 인체 삽입형 안테나.
  6. 마이크로 웨이브를 이용하여 인체 내의 종양 또는 암세포 조직을 발열시켜 치료하는 인체 삽입형 안테나에 있어서,
    전류를 인가하기 위한 제1컨덕터, 상기 제1 컨덕터를 원통형으로 둘러싸고 있는 제1 유전체 및 전류 인가시 접지로 되는 제2 컨덕터가 원통형으로 둘러싸고 있는 동축 케이블,
    제1 컨덕터 연장선상 끝단에 소정의 유전율을 갖는 제2 유전체 및 전류 인가시 반대 전하가 축적되며 원통형의 형상으로, 끝단은 폐쇄되어 있고 일단은 개방되어 있는 제3 컨덕터를 포함하는 제1 캐패시터,
    소정의 유전율을 갖는 제3 유전체 및 원통형의 형상으로 양쪽이 개방된 제4 컨덕터를 포함하며, 상기 안테나의 일단에 형성된 제2 캐패시터 및
    상기 동축케이블, 제1 캐패시터 및 제2 캐패시터가 삽입되며, 소정의 유전율을 갖는 카테터(Catheter) 를 포함하고,
    상기 제1 컨덕터, 제1 캐패시터 및 제 2 캐패시터는 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 인체 삽입형 안테나.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 캐패시터와 제2 캐패시터 간의 간격, 제2 캐패시터의 길이 및 상기 동축 케이블 끝단과 상기 제2 캐패시터 간의 간격은 서로 동일한 것을 특징으로 하는 인체 삽입형 안테나.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 유전체, 제2 유전체 및 제3 유전체는 유전율이 동일한 것을 특징으로 하는 인체 삽입형 안테나.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 카테터는 소정의 유전율를 갖는 인체에 무해한 것을 특징으로하는 인체 삽입형 안테나.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제1 캐패시터의 끝단이 폐쇄된 부분의 형상은 평평하거나 또는 볼록한 것을 특징으로 하는 인체 삽입형 안테나.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 폐쇄된 부분의 단면적은 상기 제1 컨덕터의 단면적 보다 넓게 형성된 것을 특징으로 하는 인체 삽입형 안테나.
  12. 마이크로 웨이브를 이용하여 인체 내의 종양 또는 암세포 조직을 발열시켜 치료하는 인체 삽입형 안테나에 있어서,
    전류를 인가하기 위한 제1컨덕터, 상기 제1 컨덕터를 원통형으로 둘러싸고 있는 제1 유전체 및 전류 인가시 접지로 되는 제2 컨덕터가 원통형으로 둘러싸고 있는 동축 케이블,
    제1 컨덕터 연장선상 끝단에 소정의 유전율을 갖는 제2 유전체 및 전류 인가시 반대 전하가 축적되며 원통형의 형상으로, 끝단은 폐쇄되어 있고 일단은 개방되어 있는 제3 컨덕터를 포함하는 제1 캐패시터,
    소정의 유전율을 갖는 제3 유전체 및 원통형의 형상으로 양쪽이 개방된 제4 컨덕터를 포함하며, 상기 안테나의 일단에 형성된 제2 캐패시터,
    소정의 유전율을 갖는 제4 유전체 및 원통형의 형상으로 양쪽이 개방된 제5 컨덕터를 포함하며, 상기 안테나의 일단에 형성된 제3 캐패시터 및
    상기 동축케이블, 제1 캐패시터, 제2 캐패시터 및 제3 캐패시터가 삽입되며, 소정의 유전율을 갖는 카테터(Catheter) 를 포함하고,
    상기 제1 컨덕터, 제1 캐패시터, 제 2 캐패시터 및 제 3 캐패시터는는 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 인체 삽입형 안테나.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 캐패시터와 상기 제2 캐패시터간의 간격, 상기 제2 캐패시터의 길이, 상기 제2 캐패시터와 제3 캐패시터 간의 간격, 상기 제3 캐패시터의 길이 및 상기 동축 케이블의 끝단과 제3 캐패시터 간의 간격은 서로 동일한 것을 특징으로 하는 인체 삽입형 안테나.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 유전체, 제2 유전체, 제3 유전체 및 제4 유전체는 유전율이 동일한 것을 특징으로 하는 인체 삽입형 안테나.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 카테터는 소정의 유전율을 가질수 있음을 특징으로 하는 인체 삽입형 안테나.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 제1 캐패시터의 끝단이 폐쇄된 부분의 형상은 평평하거나 또는 볼록한 것을 특징으로 하는 인체 삽입형 안테나.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 폐쇄된 부분의 단면적은 상기 제1 컨덕터의 단면적 보다 넓게 형성된 것을 특징으로 하는 인체 삽입형 안테나.
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