KR101016747B1 - Diagnosis Equipment of Breast Tumor Using Electromagnetic Wave and Diagnosis Method of The Same - Google Patents

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Abstract

송신된 전자파가 유방조직을 통과하면서 얻어지는 산란파의 데이터를 이용하여 유방암 존재여부를 진단하고 이를 영상화할 수 있도록, 복수의 안테나가 등각도로 배열되어 설치된 검사대에 검사하고자 하는 유방을 삽입하고, 복수의 안테나와 연결된 중앙처리부에서 각 안테나를 순차적으로 송신용으로 사용하여 전자파를 송신하면서 나머지 안테나를 통하여 수신되는 산란파 데이터를 수집하고, 중앙처리부에서는 수집되는 데이터를 모멘트법과 심플렉스법을 이용하여 처리하고 그 결과를 영상화하여 나타내는 과정을 포함하는 전자파를 이용한 유방암 진단방법을 제공한다.In order to diagnose the presence of breast cancer using the scattered wave data obtained while the transmitted electromagnetic waves pass through the breast tissue and to image it, a plurality of antennas are inserted into the breast to be examined on an examination table provided with a plurality of antennas arranged at an equal angle, and the plurality of antennas The central processor connected to the antenna collects scattered wave data received through the remaining antennas while transmitting electromagnetic waves using the antennas for transmission sequentially, and the central processor processes the collected data using the moment method and the simplex method. It provides a method for diagnosing breast cancer using an electromagnetic wave comprising a process of imaging the image.

유방암, 전자파, 진단, 모멘트법, 심플렉스법, 산란, 포워드문제, 안테나 Breast cancer, Electromagnetic waves, Diagnosis, Moment method, Simplex method, Scattering, Forward problem, Antenna

Description

전자파를 이용한 유방암 진단장치 및 진단방법 {Diagnosis Equipment of Breast Tumor Using Electromagnetic Wave and Diagnosis Method of The Same}Diagnosis Equipment of Breast Tumor Using Electromagnetic Wave and Diagnosis Method of The Same}

본 발명은 전자파를 이용한 유방암 진단장치 및 진단방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 안테나를 등각도로 배열하여 설치하고 각 안테나를 순차적으로 송신으로 사용하고 나머지 안테나를 수신으로 사용하여 유방조직을 통과하면서 얻어지는 산란파의 데이터를 모멘트법을 사용하여 처리하는 것에 의하여 유방암 여부를 탐지하는 것이 가능한 전자파를 이용한 유방암 진단장치 및 진단방법에 관한 것이다.The present invention relates to a breast cancer diagnosis apparatus and a diagnostic method using electromagnetic waves, and more particularly, to install a plurality of antennas arranged at an isometric angle, using each antenna sequentially as a transmission and using the remaining antennas as reception through the breast tissue The present invention relates to a breast cancer diagnosis apparatus and diagnostic method using electromagnetic waves capable of detecting breast cancer by processing scattered wave data obtained by using a moment method.

최근 유방암이 우리나라 여성에게 발병하는 암 1위를 차지하고 있으며, 이는 서구화된 식습관과 비만, 출산율 및 수유의 감소, 조기 초경과 폐경기 지연, 스트레스의 증가, 각종 공해에 노출 등의 현상으로 인하여 발병율이 점차 증가하고 있는 추세이다.Recently, breast cancer has become the number one cancer among Korean women, which has gradually increased due to westernized eating habits, obesity, decreased birth rate and lactation, early menopause and delayed menopause, increased stress, and exposure to various pollutions. The trend is increasing.

그리고 유방암은 한국 여성의 경우에 40대에 발생 확률이 높고, 정기 검진에 대한 관심 부족으로 발견 당시 3기 이상 진행된 경우도 많다.Breast cancer is more likely to occur in Korean women in their 40s and is often more than three stages at the time of discovery due to lack of interest in regular checkups.

그런데 유방암의 경우에는 조기에 발견하여 적절한 치료를 행하면 완치될 가 능성이 높다는 점에서, 예방과 검진, 치료법에 대하여 많은 연구와 홍보가 이루어지고 있다.However, in the case of breast cancer, since it is highly likely to be cured if it is detected early and appropriately treated, much research and promotion on prevention, examination, and treatment have been conducted.

따라서 유방암을 조기에 발견하기 위한 자가진단법을 홍보하고 보급하고 있으며, 정밀한 진단을 위하여 초음파검사기, CT 또는 MRI 등의 다양한 진단장치를 활용하고 있다.Therefore, the self-diagnosis method for the early detection of breast cancer is promoted and disseminated, and various diagnostic devices such as ultrasound, CT, or MRI are used for precise diagnosis.

상기에서 CT는 검사시간이 짧은 반면에, 암조직과 유방 조직의 대조도가 낮은 단점이 있다. 또 MRI는 암조직과 유방 조직의 대조도는 높은 반면에, 비용이 많이 소요되고, 검사시간이 오래 걸리는 단점이 있다.CT has a short test time, while the contrast between cancer and breast tissue has a disadvantage. In addition, MRI has a high contrast between cancer tissue and breast tissue, but it is expensive and takes a long time to test.

최근에는 CT와 MRI의 단점을 보완하기 위하여 유방 조직과 암조직의 마이크로주파수 대역에서의 상이한 전기적 특성을 이용하여 유방암을 진단할 수 있는 진단장치(전자파를 이용한 유방암 진단장치)의 개발을 추진하고 있다.Recently, in order to make up for the shortcomings of CT and MRI, the development of a diagnosis device (a breast cancer diagnosis device using electromagnetic waves) for diagnosing breast cancer using different electrical characteristics in microfrequency bands of breast tissue and cancer tissue is being promoted.

그러나 아직 전자파의 해석과 정확도 등에 대한 문제 때문에, 전자파를 이용한 유방암 진단장치의 본격적인 생산 및 사용이 이루어지지 않고 있는 실정이다.However, due to problems with the interpretation and accuracy of electromagnetic waves, the actual production and use of electromagnetic cancer diagnosis apparatus using electromagnetic waves has not been made.

본 발명은 상기와 같은 점에 착안하여 이루어진 것으로서, 등각도로 배열하여 복수의 안테나를 설치하고 각 안테나를 순차적으로 송신으로 사용하고 나머지 안테나를 수신으로 사용하면서 중앙에 삽입된 유방조직을 통과하면서 얻어지는 산란파의 데이터를 모멘트법으로 처리하여 유방암 존재여부를 탐지하는 전자파를 이용한 유방암 진단장치를 제공하는데, 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above points, scattered wave obtained by passing through the breast tissue inserted in the center while installing a plurality of antennas arranged in an isometric order and using each antenna as a transmission and using the remaining antennas as reception It is an object of the present invention to provide a breast cancer diagnosis apparatus using electromagnetic waves to detect the presence of breast cancer by processing the data of the moment method.

본 발명의 다른 목적은 등각도로 배열하여 설치된 복수의 안테나를 순차적으로 송신으로 사용하고 나머지 안테나를 통하여 수신되는 중앙에 삽입된 유방조직을 통과하면서 얻어지는 산란파의 데이터를 모멘트법으로 처리하여 유방암 존재여부를 진단하고 이를 영상화하는 전자파를 이용한 유방암 진단방법을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to use a plurality of antennas arranged in an isometric order to transmit sequentially and to process the scattering wave data obtained by passing through the breast tissue inserted in the center received through the remaining antennas by the moment method to determine whether breast cancer exists To provide a method for diagnosing breast cancer using electromagnetic waves for diagnosing and imaging the same.

본 발명이 제안하는 전자파를 이용한 유방암 진단장치는 유방을 삽입할 수 있도록 원형 단면의 공간(예를 들면, 원통형 또는 반구형의 공간)이 내부에 형성되는 검사대와, 상기 검사대에 등각도로 배열되어 설치되는 복수의 안테나와, 상기 안테나와 연결되어 각 안테나를 순차적으로 송신용으로 사용하면서 나머지 안테나를 수신용을 사용하여 얻어진 테이터를 모멘트법으로 처리하여 유방암 존재여부를 진단하는 중앙처리부를 포함하여 이루어진다.The breast cancer diagnosis apparatus using the electromagnetic wave proposed by the present invention is provided with an examination table having a circular cross-sectional space (for example, a cylindrical or hemispherical space) formed therein so that the breast can be inserted therein, It comprises a plurality of antennas and a central processing unit connected to the antennas and sequentially using each antenna for transmission while processing the data obtained by using the remaining antennas for reception by the moment method to diagnose the presence of breast cancer.

상기 안테나는 상기 검사대를 등각도로 16등분하여 16개를 설치하는 것이 정 확도와 데이터 처리속도의 양 측면을 감안할 때 유리하다.It is advantageous to install 16 antennas by equally dividing the inspection table into 16 equal parts, considering both aspects of accuracy and data processing speed.

본 발명의 전자파를 이용한 유방암 진단방법은 복수의 안테나가 등각도로 배열되어 설치된 검사대에 검사하고자 하는 유방을 삽입하고, 복수의 안테나와 연결된 중앙처리부에서 각 안테나를 순차적으로 송신용으로 사용하여 전자파를 송신하면서 나머지 안테나를 통하여 수신되는 산란파 데이터를 수집하고, 상기 중앙처리부에서는 수집되는 데이터를 모멘트법(moment method)과 심플렉스법(simplex method)을 이용하여 처리하고 그 결과를 영상화하여 나타내는 과정을 포함하여 이루어진다.In the method for diagnosing breast cancer using electromagnetic waves of the present invention, a plurality of antennas are inserted at an equiangular position and inserted into a breast to be examined, and a central processing unit connected to the plurality of antennas sequentially transmits electromagnetic waves by using each antenna for transmission. And collecting scattered wave data received through the remaining antennas, and the central processing unit processes the collected data by using a moment method and a simplex method and visualizes the result. Is done.

본 발명에 따른 전자파를 이용한 유방암 진단장치 및 진단방법에 의하면, 등각도로 분할 배열된 복수의 안테나를 이용하여 데이터를 수집하므로, 유방 전체에 대한 보다 정밀한 검사 데이터를 얻는 것이 가능하다.According to the breast cancer diagnosis apparatus and diagnostic method using the electromagnetic wave according to the present invention, since data is collected using a plurality of antennas arranged at an isometric angle, it is possible to obtain more accurate examination data of the entire breast.

그리고 본 발명에 따른 전자파를 이용한 유방암 진단장치 및 진단방법에 의하면, 얻어진 산란파에 대한 데이터를 모멘트법을 이용하여 처리하므로 시간영역유한차분(FDTD)법을 사용하는 것에 비하여 후리에 변환 등의 번거로운 작업을 생략하는 것이 가능하다.In addition, according to the breast cancer diagnosis apparatus and diagnostic method using the electromagnetic wave according to the present invention, since the data about the scattered wave is processed by the moment method, it is more troublesome to perform the Fourier transform or the like compared to the time domain limited difference (FDTD) method. It is possible to omit.

따라서 본 발명에 따른 전자파를 이용한 유방암 진단장치 및 진단방법에 의하면, 전자파를 이용하여 효과적으로 유방암을 빠른 시간에 진단하는 것이 가능하고, 새로운 방식의 진단장치를 제공하는 것이 가능하다.Therefore, according to the breast cancer diagnosis apparatus and diagnostic method using the electromagnetic wave according to the present invention, it is possible to effectively diagnose the breast cancer quickly by using the electromagnetic waves, it is possible to provide a new type of diagnostic apparatus.

다음으로 본 발명에 따른 전자파를 이용한 유방암 진단장치 및 진단방법의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Next, a preferred embodiment of an apparatus and method for diagnosing breast cancer using electromagnetic waves according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저 본 발명에 따른 전자파를 이용한 유방암 진단장치의 일실시예를 도 1 내지 도 2에 나타낸 바와 같이, 검사대(40)와, 복수의 안테나(20)와, 중앙처리장치(30)를 포함하여 이루어진다.First, as shown in FIGS. 1 and 2, an embodiment of a breast cancer diagnosis apparatus using electromagnetic waves according to the present invention includes an examination table 40, a plurality of antennas 20, and a central processing unit 30. .

상기 검사대(40)는 유방을 삽입할 수 있도록 원형 단면의 공간(예를 들면, 원통형 또는 반구형의 공간)이 내부에 형성된다.The examination table 40 has a circular cross-sectional space (for example, a cylindrical or hemispherical space) formed therein so as to insert a breast.

상기 검사대(40)에는 360°를 등각도로 분할하여 상기 안테나(20)를 설치하기 위한 구조(도면에 나타내지 않음)를 형성한다.The inspection table 40 is formed by dividing 360 degrees into equal angles to form a structure (not shown) for installing the antenna 20.

상기 안테나(20)는 검사대(40)에 등각도로 분할하여 설치된다.The antenna 20 is installed by dividing the test table 40 into equal angles.

상기 안테나(20)는 다이폴 안테나를 사용하는 것도 가능하고, 마이크로스트립 안테나 또는 인쇄 안테나 등의 다양한 구성으로 구현하는 것이 가능하다.The antenna 20 may use a dipole antenna and may be implemented in various configurations such as a microstrip antenna or a printed antenna.

예를 들면, 상기 안테나(20)는 상기 검사대(40)를 등각도로 16등분하여 16개를 설치한다.For example, the antenna 20 installs 16 pieces by dividing the inspection table 40 into equal parts at equal angles.

상기와 같이 안테나(20)를 16개를 한조로 구성하여 설치하는 것이 정확도와 데이터 처리속도의 양 측면을 감안할 때 유리하다.As described above, it is advantageous to configure and install 16 antennas 20 in one set in consideration of both aspects of accuracy and data processing speed.

상기 안테나(20)는 각각 상기 중앙처리부(30)에 연결되어 서로 신호를 송수신하도록 구성된다.The antennas 20 are each connected to the central processing unit 30 and are configured to transmit and receive signals with each other.

상기 중앙처리부(30)에서는 각 안테나를 순차적으로 송신용으로 사용하면서 나머지 안테나를 수신용을 사용한다.The central processing unit 30 uses each antenna sequentially for transmission while using the remaining antennas for reception.

예를 들면, 도 2에 있어서, 1번 안테나(20)를 송신용으로 사용하면, 나머지 2∼16번 안테나(20)는 수신용으로 사용한다. 이어서 2번 안테나(20)를 송신용으로 사용하고, 나머지 3∼16번 및 1번 안테나(20)를 수신용으로 사용한다. 이러한 과정을 16번 안테나(20)를 송신용으로 사용하고, 1∼15번 안테나(20)를 수신용으로 사용하기까지 순차적으로 수행한다.For example, in Fig. 2, when antenna 1 is used for transmission, the remaining antennas 20 to 16 are used for reception. Next, antenna 2 is used for transmission, and the remaining antennas 3 to 16 and antenna 20 are used for reception. This process is sequentially performed until the antenna 20 for transmission 16 and the antenna 20 for 1-15 for reception.

상기 중앙처리부(30)에서는 상기와 같이 안테나(20)를 순차적으로 송신용과 수신용으로 전환하면서 얻어진 데이터를 모멘트법 및 심플렉스법을 이용하여 처리하고, 이를 바탕으로 유방암 존재여부를 진단할 수 있도록 구성된다.The central processing unit 30 processes the data obtained by sequentially switching the antenna 20 for transmission and reception as described above by using the moment method and the simplex method, and can diagnose the presence of breast cancer based on this. It is configured to be.

일반적으로 유방은 크게 지방조직과 유선조직으로 구성되어 있으며, 암환자의 경우에는 암조직이 추가로 구성된다. 그런데 지방조직과 암조직의 전기적 특성인 유전율과 도전율은 통상적으로 10배 정도의 차이(도 3 참조)를 나타낸다. 도 3에는 지방조직, 유선조직, 암조직의 유전율과 도전율을 50MHz∼5GHz의 주파수에서 측정한 값을 그래프로 나타낸다.In general, the breast is largely composed of adipose tissue and mammary tissue, in the case of cancer is composed of additional cancer tissue. By the way, the dielectric constant and conductivity, which are electrical properties of adipose tissue and cancer tissue, generally show a difference of about 10 times (see FIG. 3). 3 is a graph showing the measured values of dielectric constant and conductivity of adipose tissue, mammary tissue, and cancer tissue at a frequency of 50 MHz to 5 GHz.

실제 유방에 있어서 유선은 원추형의 샘조직으로 이루어지며, 독특한 모양을 나타내고, 샘조직 자체가 관세포가 연속된 끈처럼 구성된 15∼20개의 엽으로 구성되므로, 특정 부위에 돌출되어 위치하는 암조직과는 그 형태가 확연하게 구분된다.In the real breast, the mammary gland consists of conical glandular tissue, and has a unique shape. The gland itself consists of 15 to 20 lobes composed of continuous strings of tubular cells. The form is clearly distinguished.

따라서 유선조직과 암조직의 유전율 및 도전율이 크게 차이가 나지 않는 경우에도, 지방조직과의 구별만 가능하다면 암조직을 구별해내는 것이 매우 용이하다.Therefore, even if the dielectric constant and conductivity of the mammary gland and the cancer tissue are not significantly different, it is very easy to distinguish the cancer tissue if it can be distinguished from the adipose tissue.

본 발명에서는 이러한 점에 착안하여 전자파를 인가한 다음 지방조직과 암조 직의 유전율과 도전율의 차이를 바탕으로 암조직을 진단하기 위한 진단장치를 개발한 것이다. 즉 본 발명에 따른 전자파를 이용한 유방암 진단장치의 실시예는 유방에 전자파를 인가한 다음 산란파를 측정하여 내부 암조직의 위치를 탐지하도록 구성한다.The present invention has developed a diagnostic apparatus for diagnosing cancer tissue based on the difference in permittivity and conductivity of adipose tissue and cancer tissue after applying electromagnetic waves. That is, the embodiment of the breast cancer diagnosis apparatus using the electromagnetic wave according to the present invention is configured to detect the position of the internal cancer tissue by applying the electromagnetic wave to the breast and then measuring the scattering wave.

다음으로 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 전자파를 이용한 유방암 진단장치의 일실시예를 이용하여 유방암을 진단하는 과정을 설명한다.Next, a process of diagnosing breast cancer using an embodiment of a breast cancer diagnosis apparatus using electromagnetic waves according to the present invention configured as described above will be described.

본 발명에 따른 전자파를 이용한 유방암 진단방법의 일실시예는 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 복수의 안테나(20)가 등각도로 배열되어 설치된 검사대(40)에 검사하고자 하는 유방을 삽입하고(S10), 복수의 안테나(20)와 연결된 중앙처리부(30)에서 각 안테나(20)를 순차적으로 송신용으로 사용하여 전자파를 송신하면서 나머지 안테나(20)를 통하여 수신되는 산란파 데이터를 수집하고(S20), 상기 중앙처리부(30)에서는 수집되는 데이터를 모멘트법(moment method)과 심플렉스법(simplex method)을 이용하여 처리하고 그 결과를 영상화하여 나타내는 과정(S30)을 포함하여 이루어진다.In one embodiment of the method for diagnosing breast cancer using electromagnetic waves according to the present invention, as shown in FIGS. 4 and 5, a plurality of antennas 20 are inserted into the breast to be examined on an examination table 40 which is arranged at an isometric angle ( In operation S10, the central processing unit 30 connected to the plurality of antennas 20 sequentially collects scattered wave data received through the remaining antennas 20 while transmitting the electromagnetic waves by sequentially using each antenna 20 for transmission (S20). In the central processing unit 30, the collected data is processed by using a moment method and a simplex method, and an image is represented by a result (S30).

상기에서 16개의 안테나(20)를 1번씩 송신용을 사용하여 총 16번에 대한 측정으로 행하면,얻어지는 데이터는 240개가 된다. 측정 데이터는 주파수(예를 들면 900MHz)에서 안테나(20)의 번호, 수신 레벨의 크기, 위상 순으로 수집되어 저장된다.When the 16 antennas 20 are measured in a total of 16 times using transmission for once, there are 240 data obtained. The measurement data is collected and stored in order of the number of the antennas 20, the magnitude of the reception level, and the phase at a frequency (for example, 900 MHz).

상기와 같이 수집된 데이터를 처리하는 과정에서 발생되는 문제는 도 5에 나타낸 바와 같이, 포워드문제(forward problem)와 역산란문제(inverse ploblem)이 다.Problems occurring in the process of processing the data collected as described above are shown in Figure 5, the forward problem (forward problem) and inverse scatter (inverse ploblem) problem.

본 발명의 실시예에서는 포워드문제는 모멘트법(moment method)을 사용하여 해결하고, 역산란문제는 심플렉스법(simplex method)을 사용하여 해결한다.In the embodiment of the present invention, the forward problem is solved using the moment method, and the backscattering problem is solved using the simplex method.

상기에서 모멘트법을 사용하여 포워드문제를 해결하게 되면, 시간영역유한차분(FDTD)법을 사용하는 경우에는 측정 데이터가 주파수에서 크기와 위상 값으로 기록되기 때문에 시간영역 해석시에 후리에 변환을 통하여 주파수영역으로 변경하여야 하는 번거로운 작업이 필요하지만, 모멘트법에서는 이를 생략할 수 있다는 장점이 있다.When the forward problem is solved by using the moment method, since the measured data are recorded in magnitude and phase values in frequency in the case of using the time-domain finite difference (FDTD) method, the Fourier transform is performed in the time-domain analysis. The cumbersome work that needs to be changed to the frequency domain is required, but it has the advantage that it can be omitted in the moment method.

다음으로 본 발명의 실시예에서 모멘트법의 적용을 도 6에 나타낸 역산란의 문제를 예를 들어 설명한다.Next, the application of the moment method in the embodiment of the present invention will be described taking the problem of inverse scattering shown in FIG. 6 as an example.

즉 입사전계(Ei)가 산란체(예를 들면 검사대(40)에 삽입된 유방조직)에 입사하면 산란전계(Es)가 발생하며, 산란전계(Es)는 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.That is, when the incident electric field E i enters the scattering body (for example, breast tissue inserted into the examination table 40), the scattering electric field E s is generated, and the scattering electric field E s is represented by the following Equation 1 Can be represented as:

Figure 112010068826757-pat00032
Figure 112010068826757-pat00032

상기 수학식 1에 있어서, dintΩ는 이중적분을 나타내고, G(ρ,ρ')는 다음의 수학식 2와 같이 나타내어진다.In Equation 1, dint ? Represents a double integral, and G (ρ, ρ ') is expressed as Equation 2 below.

Figure 112008085874464-pat00002
Figure 112008085874464-pat00002

상기 수학식 2에서, H0 (2)는 제2종 헨켈(Hankel) 함수를 나타낸다.In Equation 2, H 0 (2) represents a second type of Hankel function.

도 2 및 도 6에서 입사전계(Ei)와 산란전계(Es)를 고려하면, 전체 전계(Et)는 입사전계(Ei)와 산란전계(Es)의 합으로 나타낼 수 있으며, 전체전계(Et)는 다음의 수학식 3으로 나타낼 수 있다.Considering the incident electric field E i and the scattering electric field E s in FIGS. 2 and 6, the total electric field E t may be represented by the sum of the incident electric field E i and the scattering electric field E s . The total electric field E t may be represented by Equation 3 below.

Figure 112010068826757-pat00033
Figure 112010068826757-pat00033

그리고 도 6에 나타낸 바와 같이, 각각의 입사각(θ=θℓ, ℓ=1, 2, ..... , L)에 대하여 수신점(Φ=Φm, m=1, 2, ..... , M)에서 측정한 산란전계(Es)를 측정(측정 데이터는 L×M 개)하고, 이를 이용하여 산란체(유방조직)의 전기적인 특성을 추정한다.And as shown in Fig. 6, for each incidence angle (θ = θ L , L = 1, 2,..., L), the reception point Φ = Φ m , m = 1, 2, ... Measure the scattering field (E s ) measured in .., M) (L × M data) and estimate the electrical properties of the scatterer (breast tissue).

먼저, 전체 전계(Et) 및 유전체의 전기적인 특성을 나타내는 유전율 함수(c)를 펄스함수로 전개하면 각각 다음의 수학식 4 및 수학식 5와 같이 나타내어진다.First, when the dielectric constant function (c) representing the electrical characteristics of the entire electric field (E t ) and the dielectric is developed by the pulse function, it is represented by Equations 4 and 5, respectively.

Figure 112008085874464-pat00004
Figure 112008085874464-pat00004

Figure 112008085874464-pat00005
Figure 112008085874464-pat00005

상기 수학식 4 및 수학식 5를 상기 수학식 3에 대입하고, 점정합법(point matching method)을 적용하면, 전체 전계(Et)의 전개계수(en)을 구할 수 있다.Substituting Equations 4 and 5 into Equation 3 and applying a point matching method, the expansion coefficient e n of the entire electric field E t can be obtained.

그리고, 전체 전계(Et)의 전개계수(en)로부터 산란전계(Es)를 모멘트법으로 계산할 수 있고, 이산화된 표현식은 다음의 수학식 6과 같다.The scattering field E s can be calculated by the moment method from the expansion coefficient e n of the entire electric field E t , and the discretized expression is expressed by Equation 6 below.

Figure 112008085874464-pat00006
Figure 112008085874464-pat00006

상기 수학식 6에서, 각각의 입사각(θ=θℓ, ℓ=1, 2, ..... , L)에 대하여 수신점(Φ=Φm, m=1, 2, ..... , M)에서 측정한 산란전계(Es)를 측정값 (

Figure 112010068826757-pat00034
)로 대치하면, 다음의 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.In Equation 6, the reception point Φ = Φ m , m = 1, 2, ..... for each incident angle θ = θ ℓ , ℓ = 1, 2,..., L , The scattering field (E s ) measured in M)
Figure 112010068826757-pat00034
), It can be expressed as Equation 7 below.

Figure 112010068826757-pat00035
Figure 112010068826757-pat00035

상기 수학식 7로부터 cn을 구하면, 산란체(유방조직)의 전기적인 특성을 나타내는 유전율의 분포(c(ρ'))를 추정할 수 있으며, 상기 수학식 7은 다음의 수학식 8과 같은 대수방정식으로 나타낼 수 있다.When c n is obtained from Equation 7, the distribution of permittivity (c (ρ ′)) representing electrical characteristics of the scatterer (breast tissue) can be estimated, and Equation 7 is given by Equation 8 below. It can be represented as an algebraic equation.

Figure 112010068826757-pat00036
Figure 112010068826757-pat00036

그리고, 상기 수학식 8의 대수방정식을 만족하는 {c}를 구하는 것이 가능하다. 여기에서의 문제는 결국 다음의 수학식 9와 같이 나타내어지는 {c}를 구하는 최적화의 문제로 귀착된다.In addition, it is possible to obtain {c} satisfying the algebraic equation of Equation 8. The problem here results in a problem of optimization to find {c}, which is expressed by the following equation (9).

Figure 112010068826757-pat00037
Figure 112010068826757-pat00037

상기 수학식 7을 송신점인 입사각(θ=θℓ, ℓ=1, 2, ..... , L) 및 수신점(Φ=Φm, m=1, 2, ..... , M)의 정보로 나타내면 다음의 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.Equation (7) is the transmission point of the incident angle (θ = θ ℓ , ℓ = 1, 2, ....., L) and the receiving point (Φ = Φ m , m = 1, 2, ....., The information of M) may be expressed as in Equation 10 below.

Figure 112010068826757-pat00038
Figure 112010068826757-pat00038

상기 수학식 10에 있어서, 계수행렬(Anm ℓ)은 다음의 수학식 11과 같이 나타내어지고, 산란전계의 식은 다음의 수학식 12와 같이 나타내어진다.In Equation 10, the coefficient matrix A nm L is expressed by Equation 11 below, and the scattering electric field is expressed by Equation 12 below.

Figure 112008085874464-pat00012
Figure 112008085874464-pat00012

Figure 112010068826757-pat00039
Figure 112010068826757-pat00039

실제 진단시에는

Figure 112010068826757-pat00040
을 측정하여 측정값을 적용하지만, 여기에서는 측정값을 대신하여 상기 수학식 1로부터 계산되는 산란전계의 이론값을 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다.In the actual diagnosis
Figure 112010068826757-pat00040
Although the measurement value is applied to apply the measurement value, it is explained here by using the theoretical value of the scattering field calculated from Equation 1 in place of the measurement value.

그리고 계수행렬의 식인 수학식 11 및 산란전계의 식인 수학식 12를 계산하기 위하여 수학식 3의 전체 전계를 구하여야 하며, 전체 전계에 관한 적분방정식 수학식 3을 모멘트법으로 해석한다.In order to calculate Equation 11, which is the equation of the coefficient matrix, and Equation 12, which is the equation of the scattering electric field, the entire electric field of Equation 3 should be obtained. The integral equation Equation 3 regarding the electric field is interpreted by the moment method.

먼저 전체 전계(Et) 및 유전율 함수(c)를 기지의 함수를 사용하여 상기 수학식 4 및 수학식 5와 같이 전개한다. 여기에서 전개함수는 다음의 수학식 13과 같다.First, the total electric field E t and the dielectric constant function c are developed as shown in Equations 4 and 5 by using a known function. Here, the expansion function is shown in Equation 13 below.

Figure 112010068826757-pat00041
Figure 112010068826757-pat00041

웨이팅(Weighting) 함수로 δ함수를 적용하면, 전체 전계에 대한 적분방정식 상기 수학식 3은 다음의 수학식 14와 같은 대수방정식으로 귀착된다.When the δ function is applied as the weighting function, the integral equation for the entire electric field results in an algebraic equation as shown in Equation 14 below.

Figure 112008085874464-pat00016
Figure 112008085874464-pat00016

상기 수학식 14를 다시 쓰면, 다음의 수학식 15와 같이 나타내어진다.When the equation (14) is rewritten, it is expressed as the following equation (15).

Figure 112008085874464-pat00017
Figure 112008085874464-pat00017

상기 수학식 15에 있어서, Znn 및 Ein ℓ는 각각 다음의 수학식 16 및 수학식 17과 같이 나타내어진다.In Equation 15, Z nn and E in L are represented by Equations 16 and 17, respectively.

Figure 112008085874464-pat00018
Figure 112008085874464-pat00018

Figure 112008085874464-pat00019
Figure 112008085874464-pat00019

상기 수학식 16에 있어서, G(ρn,ρ')는 다음의 수학식 18과 같이 나타내어진다.In Equation 16, G (ρ n , ρ ') is expressed as in Equation 18 below.

Figure 112008085874464-pat00020
Figure 112008085874464-pat00020

상기 수학식 18에 있어서,

Figure 112008085874464-pat00021
는 다음의 수학식 19와 같이 나타내어진다.In Equation 18,
Figure 112008085874464-pat00021
Is represented by the following equation (19).

Figure 112008085874464-pat00022
Figure 112008085874464-pat00022

상기 수학식 15에 상기 수학식 16 내지 수학식 19를 각각 대입하여 계산하면, 산란전계 및 계수행렬로부터 다음의 수학식 20과 같은 최적화 방정식이 얻어진다.When the equations (16) to (19) are substituted into the equation (15) and calculated, respectively, an optimization equation is obtained from the scattering electric field and the coefficient matrix as shown in the following equation (20).

Figure 112010068826757-pat00042
Figure 112010068826757-pat00042

상기 수학식 20을 만족하는 유전율(cn)을 구하는 것이 가능하다.It is possible to obtain a dielectric constant c n that satisfies Equation 20 above.

상기와 같은 과정을 거쳐 얻어진 각 지점에 대한 유전율(cn)을 3차원 좌표에 나타내면 도 8과 같은 이미지가 얻어진다.When the permittivity c n for each point obtained through the above process is represented in three-dimensional coordinates, an image as shown in FIG. 8 is obtained.

도 8에 나타낸 이미지는 도 7에 나타낸 이미지와 같은 형태로 유방암 위치가 검출될 수 있도록 유방 팬텀을 제작하여 측정한 다음, 이를 상기와 같은 과정을 거쳐 영상화한 것이며, 도 8에 있어서 중앙에 높이 돌출되어 있는 부분이 다른 부위보다 유전율이 매우 큰 것으로 보아 암조직으로 추정하는 것이 가능하다. 즉 도 7은 실험적으로 설정한 유방암 위치 검출을 위한 모형의 이미지이며, 도 8은 실제 유방 팬텀을 제작하여 얻어진 이미지이다.The image shown in FIG. 8 is the same as the image shown in FIG. 7 to produce and measure the breast phantom to detect the location of the breast cancer, and then image it through the same process as described above, in the height in the center in Figure 8 It is possible to presume that cancer tissue is because the part has a very high dielectric constant than other parts. That is, FIG. 7 is an image of a model for breast cancer position detection experimentally set, and FIG. 8 is an image obtained by manufacturing an actual breast phantom.

상기와 같은 과정을 거치면, 본 발명에 따른 전자파를 이용한 유방암 진단장치 및 진단방법으로 암조직의 상대 유전율과 위치를 정확하게 탐지하는 것이 가능하다.Through the above process, it is possible to accurately detect the relative permittivity and position of the cancer tissue by the apparatus and method for diagnosing breast cancer using electromagnetic waves according to the present invention.

또한 본 발명의 실시예에 있어서는 후리에 변환을 행하지 않으므로, 빠른 계산으로 유방조직에서 암조직의 존재유무를 확인하는 것이 가능하다.In addition, since the Fourier transformation is not performed in the embodiment of the present invention, it is possible to confirm the presence or absence of cancer tissue in the breast tissue by rapid calculation.

상기에서는 본 발명에 따른 전자파를 이용한 유방암 진단장치 및 진단방법의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.In the above, a preferred embodiment of a breast cancer diagnosis apparatus and diagnostic method using electromagnetic waves according to the present invention has been described, but the present invention is not limited thereto, and various modifications are made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. It is possible to implement, and this also belongs to the scope of the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 전자파를 이용한 유방암 진단장치의 일실시예를 개념적으로 나타내는 블럭도이다.1 is a block diagram conceptually illustrating an embodiment of an apparatus for diagnosing breast cancer using electromagnetic waves according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 전자파를 이용한 유방암 진단장치의 일실시예에 있어서 안테나 16개를 등각도로 검사대에 설치한 상태를 개념적으로 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view conceptually illustrating a state in which 16 antennas are installed on an examination table at an isometric angle in an embodiment of a breast cancer diagnosis apparatus using electromagnetic waves according to the present invention.

도 3은 유방조직에 대하여 50MHz∼5GHz의 주파수에 유전율 및 도전율을 측정하여 나타낸 그래프이다.Figure 3 is a graph showing the measured dielectric constant and conductivity at a frequency of 50MHz to 5GHz for the breast tissue.

도 4는 본 발명에 따른 전자파를 이용한 유방암 진단방법의 일실시예를 나타내는 순서도이다.4 is a flowchart illustrating an embodiment of a method for diagnosing breast cancer using electromagnetic waves according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 전자파를 이용한 유방암 진단방법의 일실시예의 프로세스를 나타내는 블럭도이다.5 is a block diagram illustrating a process of an embodiment of a method for diagnosing breast cancer using electromagnetic waves according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 전자파를 이용한 유방암 진단장치의 일실시예에 있어서 측정점의 입사각과 수신점의 산란전계를 개념적으로 나타내는 그래프이다.6 is a graph conceptually illustrating an incident angle of a measuring point and a scattering field of a receiving point in an embodiment of a breast cancer diagnosis apparatus using electromagnetic waves according to the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 전자파를 이용한 유방암 진단방법의 일실시예를 이용하여 유전율의 분포를 실험하기 위하여 실험적으로 설정한 3차원 이미지이다.7 is an experimentally set three-dimensional image for testing the distribution of permittivity using an embodiment of the method for diagnosing breast cancer using electromagnetic waves according to the present invention.

도 8은 도 7에 나타낸 이미지와 같은 상태로 설정하여 제작한 유방 팬텀을 가지고 본 발명에 따른 전자파를 이용한 유방암 진단방법의 일실시예를 이용하여 계산한 유전율의 분포를 상태를 나타내는 3차원 이미지이다.FIG. 8 is a three-dimensional image showing a distribution of permittivity calculated using an embodiment of a breast cancer diagnosis method using electromagnetic waves according to the present invention having a breast phantom prepared by setting the same state as the image shown in FIG. 7. .

Claims (4)

유방을 삽입할 수 있도록 원형 단면의 공간(원통형 또는 반구형의 공간)이 내부에 형성되는 검사대와,An examination table in which a circular cross section space (cylindrical or hemispherical space) is formed so that a breast can be inserted; 상기 검사대에 등각도로 배열되어 설치되는 복수의 안테나와,A plurality of antennas arranged at an equal angle on the test table; 상기 안테나와 연결되어 각 안테나를 순차적으로 송신용으로 사용하면서 나머지 안테나를 수신용을 사용하여 얻어진 테이터를 모멘트법으로 처리하여 유방암 존재여부를 진단하는 중앙처리부를 포함하는 전자파를 이용한 유방암 진단장치.And a central processing unit connected to the antennas and using a central processor for sequentially transmitting each antenna and transmitting data obtained by using the remaining antennas for reception using a moment method to diagnose the presence of breast cancer. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 안테나는 상기 검사대를 등각도로 16등분하여 16개를 설치하는 전자파를 이용한 유방암 진단장치.The antenna is a breast cancer diagnostic apparatus using electromagnetic waves to install 16 pieces by dividing the test table into 16 equal parts. 복수의 안테나가 등각도로 배열되어 설치된 검사대에 검사하고자 하는 유방을 삽입하고,Insert the breast to be examined on the examination table installed with a plurality of antennas arranged at an isometric angle, 복수의 안테나와 연결된 중앙처리부에서 각 안테나를 순차적으로 송신용으로 사용하여 전자파를 송신하면서 나머지 안테나를 통하여 수신되는 산란파 데이터를 수집하고,The central processing unit connected to the plurality of antennas collects scattered wave data received through the remaining antennas while transmitting electromagnetic waves by sequentially using each antenna for transmission. 상기 중앙처리부에서는 수집되는 데이터를 모멘트법(moment method)을 사용하여 포워드문제를 해결하고 심플렉스법(simplex method)을 이용하여 역산란문제를 해결하여 처리하고 얻어진 각 지점에 대한 데이터의 유전율(cn) 결과를 3차원 좌표에 나타내어 영상화하여 나타내는 과정을 포함하는 전자파를 이용한 유방암 진단방법.The central processing unit processes the collected data by solving the forward problem using the moment method and solving the backscattering problem by using the simplex method, and the dielectric constant of the obtained data for each point (c n ) A method for diagnosing breast cancer using electromagnetic waves, which includes a process of displaying the results in three-dimensional coordinates and imaging them. 삭제delete
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