KR100964728B1 - 안테나 장치 및 그의 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

안테나 장치는, 개구를 가지며 진단을 위한 매질을 포함하고 있는 탱크의 내부에 안테나 프레임이 형성되어 있고, 안테나 프레임에 탑재되어 진단을 위한 대상 부위를 둘러싸도록 복수의 안테나가 수직 방향으로 길게 연장되어 있다. 이때, 복수의 안테나 중 하나는 마이크로파 신호를 방사하는 송신 모듈을 포함하고, 복수의 안테나 중 나머지 안테나는 방사된 마이크로파 신호를 수신하는 수신 모듈을 포함한다.
마이크로웨이브 이미징(microwave imaging), 전자파, 배열 안테나

Description

안테나 장치 및 그의 동작 방법{ANNTENA APPARATUS AND METHOD FOR OPERATING THEREOF}
본 발명은 안테나 장치 및 그의 동작 방법에 관한 것으로, 특히 마이크로파 촬상 기법을 이용한 암 진단을 위한 안테나 장치 및 그의 동작 방법에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부의 IT신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호:2005-F-043-01, 과제명: 전자파 기반 진단 및 방호기술 연구].
현대 사회의 발전에 따라 유방암의 발병이 여성 건강 문제의 큰 이슈로 등장하고 있다. 유방암의 경우, 조기 진단 시 90% 이상의 생존율을 확보할 수 있다. 일반적으로 유방암의 진단 방법으로 유방 뢴트겐선 조영법(매모그라피:mamography)이라고 하는 X-ray가 사용되고 있다. 그런데, X-ray를 이용한 진단 방법은 5mm 이하의 암 조직을 검출하는 것이 불가능할 뿐만 아니라 방사선 문제로 인하여 수시 진단에도 문제점이 발생한다.
이러한 문제점을 해결하고자 마이크로파 촬상 기법(microwave imaging)을 사 용한 유방암 진단 방법이 개발되고 있다.
마이크로파 촬상 기법은 마이크로파 주파수를 이용하여 물체의 내부를 영상화시키는 방법이다. 마이크로파 주파수에서 유방과 유방암의 조직 유전율은 전기적 특성에서 상당한 차이를 보이고 있어 작은 종양이라도 다른 유방 조직에 비하여 감지하기가 쉬운 장점을 가지고 있다. 이러한 마이크로파 촬상 장치가 미국 특허 제6,448,788호에 개시되어 있다. 미국 특허에 개시되어 있는 마이크로파 촬상 장치는 각각 송신 모듈과 수신 모듈을 가지고 있는 복수의 안테나를 가지는 배열 안테나를 포함하고 있다. 이때, 배열 안테나의 동작을 보면, 소정 기간 동안 복수의 안테나 중 하나의 안테나가 마이크로파 신호를 방사하고 나머지 안테나로부터 마이크로파 신호를 수신한다. 이어서, 소정 시간 동안 복수의 안테나 중 다른 안테나가 마이크로파 신호를 방사하고 나머지 안테나가 마이크로파 신호를 수신한다. 이렇게 하여, 모든 안테나가 한 번씩 마이크로파 신호를 방사하고 나면, 마이크로파 촬상 장치는 수신된 모든 마이크로파 신호로부터 종양의 위치나 크기를 알 수 있는 영상을 만들어낸다.
그런데, 마이크로파 촬상 장치에서는 복수의 안테나 각각이 송신 기능과 수신 기능을 수행해야 하므로, 송신 신호와 수신 신호간 격리도가 저하될 수 있으며, 이로 인하여 보다 정확한 유방암 진단이 어려워진다. 또한, 송신 모듈과 수신 모듈 사이에 스위치를 추가로 필요로 하고, 이로 인해 하드웨어 복잡도가 증가하며, 스위치를 제어하기 위한 제어 프로그램 또한 복잡해진다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 하드웨어 복잡도를 줄이고, 송수신 안테나간 격리도를 높여 정확한 암 진단을 수행할 수 있는 안테나 장치 및 그의 동작 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시 예에 따르면, 대상 부위의 진단을 위한 안테나 장치가 제공된다. 안테나 장치는, 탱크, 안테나 프레임, 그리고 배열 안테나를 포함한다. 탱크는 개구를 가지고 있으며, 상기 대상 부위의 조직에 대응하는 비유전율을 가지는 매질을 포함하고 있다. 안테나 프레임은 상기 탱크 내부에 형성되어 있다. 그리고 배열 안테나는 상기 안테나 프레임에 탑재되어 있으며, 상기 개구를 통해 삽입된 대상 부위를 둘러싸도록 수직 방향으로 길게 연장되어 있는 복수의 안테나를 포함한다. 이때, 상기 복수의 안테나 중 제1 안테나는 마이크로파 신호를 방사하는 송신 모듈을 포함하고, 상기 복수의 안테나 중 나머지 복수의 제2 안테나는 상기 방사된 마이크로파 신호를 수신하는 수신 모듈을 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 진단을 위한 매질이 채워진 탱크 및 상기 탱크 내부로 삽입되는 상기 대상 부위를 둘러싸는 복수의 안테나를 포함하는 안테나 장치의 동작 방법이 제공된다. 이 동작 방법은, 상기 복수의 안테나 중 제1 안테나가 마이크로파 신호를 방사하는 단계, 상기 복수의 안테나 중 나머지 복수의 제2 안테나가 상기 방사된 마이크로파 신호를 수신하는 단계, 상기 복수의 안테나 를 방위각 방향으로 설정된 회전 각도만큼 회전시키는 단계, 그리고 상기 방사하는 단계, 상기 수신하는 단계 및 상기 회전시키는 단계를 상기 복수의 안테나의 수만큼 반복하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 배열 안테나의 송신 모듈과 수신 모듈을 분리할 수 있으므로, 송수신 모듈 사이의 격리도를 높일 수 있고, 이로 인하여 보다 정확하게 암 진단을 수행할 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 장치 및 그의 동작 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 장치의 정면도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 장치의 평면도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 장치의 일부 절개 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 보면, 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 장치(100)는 탱크(110), 방위각 모터 제어 모듈(120), 앙각 모터 제어 모듈(130) 및 송수신 모듈(140)을 포함한다.
탱크(110)는 본체(111), 안테나 프레임(112), 베이스 프레임(113), 리프트 케이스(114), 로터리 조인트(115), 방위각 모터(116), 앙각 모터(117) 및 배열 안테나(118)를 포함한다.
본체(111)는 암을 진단할 신체의 대상 부위의 조직과 동일한 비유전율을 갖는 매질을 채워 넣을 수 있도록 공간부(111a)를 형성하고 있으며, 상부 표면에 대상 부위를 삽입할 수 있는 개구(111b)를 형성하고 있다. 공간부(111a)에는 안테나 프레임(112)이 리트프 케이스(114)에 의해 지지되면서 장착되어 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 장치(100)는 암 조직의 비유전율과 다른 비유전율을 가지는 신체의 일부에 적용될 수 있으며, 대상 부위가 여성의 가슴일 경우에는 매질로 글리세린과 물이 혼합된 액체가 사용될 수 있다.
안테나 프레임(112)은 개구(111b)로 삽입된 대상 부위를 둘러싸도록 형성되어 있으며, 안테나 프레임(112)에는 수직 방향으로 길게 돌출된 배열 안테나(118) 가 장착되어 있다. 도 1 내지 도 3에서는 대상 부위가 여성의 가슴인 것으로 가정하고, 안테나 프레임(112)이 환형 구조의 원통 형태로 이루어진 것으로 도시하였다. 안테나 프레임(112)의 내측으로는 일자 형태 또는 십자 형태를 취한 베이스 프레임(113)이 결합되어 있으며, 베이스 프레임(113)의 중심 하단에 로터리 조인트(115)를 매개로 방위각 모터(116)가 장착되어 있다. 이러한 안테나 프레임(112)은 방위각 모터(116)에 의해 회전된다.
방위각 모터(116)는 케이블(116a)을 통해 탱크(110)의 외부에 위치한 방위각 모터 제어 모듈(120)과 연결되어 있다. 이때, 케이블(116a)은 리프트 케이스(114)의 둘레면에 형성된 관통홀(도면 미도시)을 통과하여 방위각 모터 제어 모듈(120)과 연결될 수 있다. 이러한 방위각 모터(116)는 방위각 모터 제어 모듈(120)의 제어에 따라 안테나 프레임(112)을 설정된 각도만큼 회전시킨다.
배열 안테나(118)는 복수의 안테나(Tx, Rx)를 포함하며, 복수의 안테나(Tx, Rx) 중 하나의 안테나(Tx)는 마이크로파 신호를 방사하는 송신 모듈(도면 미도시)을 포함하며, 복수의 안테나(Tx, Rx) 중 나머지 안테나(Rx)들은 방사된 마이크로파 신호를 수신하는 수신 모듈(도면 미도시)을 포함한다. 이때, 케이블(118a)의 일측이 안테나 프레임(112)을 관통하여 복수의 안테나(Tx, Rx)에 각각 연결되어 있으며, 케이블(118a)의 타측이 리프트 케이스(114)의 둘레면에 형성된 관통홀(도면 미도시)을 통과하여 탱크(110)의 외부에 위치한 송수신 모듈(140)에 연결되어 있다. 아래에서는 송신 모듈을 포함하고 있는 하나의 안테나를 송신 안테나(Tx)로, 수신 모듈을 포함하고 있는 안테나를 수신 안테나(Rx)로 설명한다.
리프트 케이스(114)는 방위각 모터(116) 및 케이블(116a, 118a)을 내장할 수 있도록 공간부(114a)를 형성하고 있으며, 앙각 모터(117)에 의해 상하 방향으로 회동된다. 이때, 리프트 케이스(114)가 아래 방향으로 움직일 경우, 리프트 케이스(114)의 크기와 일치하도록 본체(111)의 하단 중심부에 형성되어 있는 관통홀을 통해 리프트 케이스(114)의 하단 일부가 본체(111)의 외부로 빠져 나올 수 있다.
앙각 모터(117)는 리프트 케이스(114)의 하단에 결합되어 있으며, 케이블(117a)을 통해 탱크(110)의 외부에 위치한 앙각 모터 제어 모듈(130)과 연결되어 있다. 이러한 앙각 모터(117)는 앙각 모터 제어 모듈(130)의 제어에 따라 리프트 케이스(114)를 상하 방향으로 회동시킨다.
방위각 모터 제어 모듈(120)은 안테나 프레임(112)을 방위각 방향으로 정해진 각도만큼 회전시키기 위한 제어 신호를 발생시키고 이 제어 신호를 케이블(116a)을 통해 방위각 모터(116)로 전달한다.
앙각 모터 제어 모듈(130)은 리프트 케이스(114)를 상하 방향으로 정해진 간격만큼 회동시키기 위한 제어 신호를 발생시키고 이 제어 신호를 케이블(117a)을 통해 앙각 모터(117)로 전달한다.
송수신 모듈(140)은 송신 안테나(Tx)로 마이크로파 신호를 송신 안테나(Tx)와 연결된 케이블(118a)을 통해 전달하고, 수신 안테나(Rx)들에 의해 수신된 마이크로파 신호를 수신 안테나(Rx)들과 연결된 케이블(118a)을 통해 수신한다. 이렇게 수신된 마이크로파 신호를 이용하여 대상 부위 내의 암 진단이 수행될 수 있다.
다음, 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 장치의 동작 방법에 대해 도 4 내지 도 6을 참고로 하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 장치의 동작을 나타낸 흐름도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 장치의 회전 동작을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 장치의 회동 동작을 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 앙각 모터(130)는 앙각 모터 제어 모듈(130)의 제어에 따라 배열 안테나(118)가 탱크(110)의 내부로 삽입된 대상 부위의 최상단에 위치하도록 리프트 케이스(114)를 상승시킨다(S402). 그리고 나서, 앙각 모터 제어 모듈(130)은 Q를 M으로 설정한다(S404). 이어서, 방위각 모터 제어 모듈(120)은 P를 0˚로 설정한다(S406). 여기서, P는 방위각 방향으로 기준 안테나의 회전각을 의미하며, 기준 안테나는 송신 안테나(Tx)로 설정될 수 있다. 그리고 Q는 리프트 케이스(114)의 회동 거리를 의미하며, M은 리프트 케이스(114)의 총 회동 거리를 의미한다.
이와 같은 초기 설정이 완료되고 나면, 송신 안테나(Tx)는 일정 시간 동안 마이크로파 신호를 방사하고, 수신 안테나(Rx)들은 일정 시간 동안 방사된 마이크로파 신호를 수신한다(S408). 이때, 수신된 마이크로파 신호에는 대상 부위를 통과하지 않은 마이크로파 신호, 대상 부위를 통과한 마이크로파 신호 및 산란된 마이크로파 신호가 포함될 수 있다.
송수신 모듈(140)은 수신 안테나(Rx)들에 의해 수신된 마이크로파 신호들을 케이블을 통해 전달받아 저장한다(S410).
이어서, 방위각 모터 제어 모듈(120)는 P가 360˚인지를 판단하고(S412), P 가 360˚보다 작은 경우, 방위각 모터(116)를 구동시키기 위한 제어 신호를 방위각 모터(116)로 전달한다. 방위각 모터(116)는 방위각 모터 제어 모듈(120)의 제어 신호에 따라 안테나 프레임(112)을 P'만큼 회전시킨다(S414). 여기서, P'는 설정된 회전 각도이다. 그러면, 도 5에 도시된 바와 같이, 송신 안테나(Tx)는 수신 안테나(Rx)의 위치(2)로 이동하고, 수신 안테나(Tx)는 송신 안테나(Rx)의 위치(1)로 이동한다. 도 5에서는 안테나 프레임을 시계 방향으로 회전시키는 것으로 도시하였다. 그런 후에, P에 P'을 더하고(S418), 단계(S408-S410)들을 수행한다. 이어서, P가 360˚인지 판단하고(S412), P가 360˚로 될 때까지 단계(S414, S416, S406-S412)를 반복한다.
P가 360˚가 되면, 앙각 모터 제어 모듈(130)은 Q가 0인지를 판단하고(S418), Q가 0보다 큰 경우, 앙각 모터(117)를 구동시키기 위한 제어 신호를 앙각 모터(117)로 전달한다. 도 6에 도시한 바와 같이, 앙각 모터(117)는 앙각 모터 제어 모듈(130)의 제어 신호에 따라 리프트 케이스(114)를 Q'만큼 하강시킨다(S420). 여기서, Q'는 설정된 회동 간격이다.
리프트 케이스(114)가 Q'만큼 하강되고 나면, Q에 Q'을 뺀다(S422). 그런 후에, P가 360˚가 될 때까지 단계(S406-S416)를 반복하여 수행한다. 이어서, 앙각 모터 제어 모듈(130)은 Q가 0인지를 판단하고(S418), Q가 0이 될 때까지 단계(S420, S422, S406-S418)를 반복한다.
이와 같이 하면, 송신 안테나(Tx)가 대상 부위 전체에 대해 마이크로파를 방사할 수 있으며, 수신 안테나(Rx)들은 대상 부위 전체에 대해 방사된 마이크로파 신호를 수신할 수 있다. 이렇게 수신된 마이크로파 신호를 이용하여 암 진단이 수행된다. 구체적으로, 대상 부위가 유방인 경우, 유방 조직의 비유전율과 유방암 조직의 비유전율이 상이하다. 유방암은 정상적인 유방 조직보다 비유전율이 상당히 크기 때문에 마이크로파 신호를 산란시킨다. 그러면, 방사된 마이크로파 신호와 크기 및 위상이 틀려지게 된다. 수신 안테나(Rx)들은 이렇게 산란된 마이크로파 신호, 유방을 통과한 마이크로파 신호, 유방을 통과하지 않은 마이크로파 신호를 수신하며, 송수신 모듈(140)은 수신 안테나(Rx)로부터 수신된 신호를 저장한다. 그리고 송수신 모듈(140)에 저장된 신호를 이용하여 유방암의 위치나 크기를 알 수 있는 3차원 영상이 만들어질 수 있으며, 이로부터 유방암을 진단할 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 장치의 정면도이고,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 장치의 평면도이고,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 장치의 일부 절개 사시도이고,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 장치의 동작을 나타낸 흐름도이고,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 장치의 회전 동작을 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 장치의 회동 동작을 나타낸 도면이다.

Claims (14)

  1. 대상 부위의 진단을 위한 안테나 장치에 있어서,
    개구를 가지며, 상기 대상 부위의 조직에 대응하는 비유전율을 가지는 매질을 포함하고 있는 탱크,
    상기 탱크 내부에 형성되어 있는 안테나 프레임,
    상기 안테나 프레임에 탑재되어 있으며, 상기 개구를 통해 삽입된 대상 부위를 둘러싸도록 수직 방향으로 길게 연장되어 있는 복수의 안테나를 포함하는 배열 안테나,
    상기 안테나 프레임을 방위각 방향으로 정해진 회전 각도만큼 회전시키기 위한 제어 신호를 발생시키는 방위각 모터 제어 모듈, 그리고
    상기 방위각 모터 제어 모듈의 제어에 따라 상기 안테나 프레임을 상기 회전 각도만큼 회전시키는 방위각 모터
    를 포함하고,
    상기 복수의 안테나 중 제1 안테나는 마이크로파 신호를 방사하는 송신 모듈을 포함하고, 상기 복수의 안테나 중 나머지 복수의 제2 안테나는 상기 방사된 마이크로파 신호를 수신하는 수신 모듈을 포함하며,
    상기 송신 모듈이 상기 마이크로파 신호를 방사해서 상기 수신 모듈이 상기 방사된 마이크로파 신호를 수신한 후에 상기 방위각 모터 제어 모듈이 상기 안테나 프레임을 회전시키는 동작을 수행하며,
    상기 회전시키는 동작이 상기 안테나 프레임의 회전각이 360도가 될 때까지 반복되는 안테나 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전 각도는 상기 복수의 안테나의 수에 의해 결정되는 안테나 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 프레임을 상하 방향으로 정해진 회동 간격만큼 회동시키기 위한 제어 신호를 발생시키는 앙각 모터 제어 모듈, 그리고
    상기 앙각 모터 제어 모듈의 제어에 따라 상기 복수의 안테나를 상기 회동 간격만큼 회동시키는 앙각 모터
    를 더 포함하며,
    상기 앙각 모터 제어 모듈은 상기 회전각이 360도가 되면 상기 제어 신호를 발생시키는 안테나 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 앙각 모터 제어 모듈이 상기 안테나 프레임을 회동시키는 동작을 수행하며, 상기 회동시키는 동작이 정해진 횟수만큼 반복되는 안테나 장치.
  7. 제1항, 제3항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 안테나로 상기 마이크로파 신호를 전달하고, 상기 복수의 제2 안테나로부터 수신된 마이크로파 신호를 저장하는 송수신 모듈
    을 더 포함하며,
    상기 저장된 마이크로파 신호를 이용하여 상기 진단이 수행되는 안테나 장치.
  8. 제1항, 제3항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 매질은 글리세린과 물이 혼합된 액체인 안테나 장치.
  9. 제1항, 제3항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진단의 대상은 유방암인 안테나 장치.
  10. 진단을 위한 매질이 채워진 탱크 및 상기 탱크 내부로 삽입되는 상기 대상 부위를 둘러싸는 복수의 안테나를 포함하는 안테나 장치의 동작 방법에 있어서,
    상기 복수의 안테나 중 하나의 제1 안테나가 마이크로파 신호를 방사하는 단계,
    상기 복수의 안테나 중 나머지 복수의 제2 안테나가 상기 방사된 마이크로파 신호를 수신하는 단계,
    상기 복수의 안테나를 방위각 방향으로 설정된 회전 각도만큼 회전시키는 단계, 그리고
    상기 방사하는 단계, 상기 수신하는 단계 및 상기 회전시키는 단계를 상기 복수의 안테나의 수만큼 반복하는 단계
    를 포함하는 안테나 장치의 동작 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 반복하는 단계 이후에 상기 복수의 안테나의 위치를 설정된 회동 간격만큼 이동시키는 단계, 그리고
    상기 반복하는 단계와 상기 이동시키는 단계를 설정된 횟수만큼 반복하는 단계
    를 더 포함하는 안테나 장치의 동작 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 회전 각도는 상기 복수의 안테나의 수에 의해 결정되는 안테나 장치의 동작 방법.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수신된 마이크로파 신호의 크기 및 위상으로부터 상기 진단이 수행되는 안테나 장치의 동작 방법.
  14. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진단의 대상은 유방암인 안테나 장치의 동작 방법.
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