KR101173455B1 - 복수의 서로 다른 크기의 슬롯을 구비한 어플리케이터 - Google Patents

복수의 서로 다른 크기의 슬롯을 구비한 어플리케이터 Download PDF

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Abstract

본 발명의 복수의 서로 다른 크기의 슬롯을 구비한 어플리케이터는 접지(Ground) 된 제1 도체면(110a) 및 전송선로로 이용하는 제2 도체면(110b)을 포함하는 도전체(110); 상기 도전체(110) 내부를 채우는 유전체(120); 외부에서 들어오는 고주파 신호를 전송하기 위한 전송선(130); 및 상기 고주파 신호가 통과할 때 각기 다른 공진 주파수(resonant frequency)가 발생하도록 배치된 복수개의 슬롯(140a~140f)으로 구성된 슬롯 그룹(140)을 제공한다.
본 발명의 복수의 서로 다른 크기의 슬롯을 구비한 어플리케이터는 평면형 구조 및 복수의 서로 다른 크기를 갖는 슬롯 개구면의 공진을 이용하여 고효율로 마이크로파의 전력을 전달할 수 있을 뿐 아니라 조직의 손상을 최소화시키고, 크기가 큰 환부에 손쉽게 적용 가능하여 치료효과를 최대화 할 수 있는 장점이 있다.

Description

복수의 서로 다른 크기의 슬롯을 구비한 어플리케이터{APPLICATOR WITH PLURAL SLOTS HAVING EACH DIFFERENT SIZE}
본 발명은 고열치료법(hyperthermia)에 사용되는 어플리케이터(applicator)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수개의 슬롯의 길이를 전부 다르게 하여 마이크로파의 공진 주파수(resonant frequency)를 전부 다르게 할 수 있고, 결국 입력 주파수(input frequency)에 따라 방사(radiation) 되는 마이크로파의 위치 분포가 다양해지는 특성을 이용하여 크기가 큰 환부에 적용 할 수 있는 복수의 서로 다른 크기의 슬롯을 구비한 어플리케이터(applicator)에 관한 것이다.
열 절제 치료법(thermal ablative therapies)은 세포 독성 효과(cytotoxic effect)를 위해 요구되는 온도 또는 특정 치료에 따른 다른 치료 온도까지 의도적으로 신체 조직의 온도를 낮추는 저체온법(hypothermia)과 의도적으로 신체 조직의 온도를 상승시키는 고체온법(hyperthermia)으로 정의될 수 있다.
극초단파 열 절제는 극초단파가 물 분자와 극초단파 방사선 사이의 상호작용으로 인해 열을 야기하는 전자기 스펙트럼의 일부를 형성한다는 사실에 의존한다. 이때 열은 세포 독성 기전(cytotoxic mechanism)으로 사용된다.
치료는 종양과 같은 조직 내부로 어플리케이터(applicator)를 삽입하는 것을 통상적으로 포함한다. 극초단파는 어플리케이터(applicator)의 팁 주위에 장(field)을 형성하는 어플리케이터(applicator)로부터 방출된다. 물 분자의 열은 탐침 그 자체로부터의 전도에 의해서라기 보다 어플리케이터(applicator) 주변에 생성되는 방사된 극초단파장 내에서 발생된다. 따라서 열은 조직을 통한 전도에 의존하지 않고 세포 독성 온도(cytotoxic temperature) 수준이 급격히 도달된다.
하지만, 종래의 어플리케이터(applicator)는 입력 주파수가 하나로 고정되어 공진 주파수(resonant frequency)가 하나로 고정됨으로 인해 마이크로파(microwave)가 방사(radiation) 되는 슬롯 개구면의 위치가 제한적이어서 환부의 치료 영역을 선택적으로 결정할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 슬롯 개구면의 개수만큼 입력 주파수를 다양하게 정의하여 사용할 수 있고, 이로 인해 방사(radiation) 되는 마이크로파의 위치 분포가 다양해지므로 크기가 큰 환부에 적용 가능한 복수의 서로 다른 크기의 슬롯을 구비한 어플리케이터(applicator)를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 복수의 서로 다른 크기의 슬롯을 구비한 어플리케이터는, 접지(Ground) 된 제1 도체면(110a) 및 전송선로로 이용하는 제2 도체면(110b)을 포함하는 도전체(110); 상기 도전체(110) 내부를 채우는 유전체(120); 외부에서 들어오는 고주파 신호를 전송하기 위한 전송선(130); 및상기 고주파 신호가 통과할 때 각기 다른 공진 주파수(resonant frequency)가 발생하도록 배치된 복수개의 슬롯(140a~140f)으로 구성된 슬롯 그룹(140)을 제공한다.
본 발명은 평면형 구조 및 복수의 서로 다른 크기를 갖는 슬롯 개구면의 공진을 이용하여 고효율로 마이크로파의 전력을 전달할 수 있을 뿐 아니라, 조직의 손상을 최소화시키고, 크기가 큰 환부에 손쉽게 적용 가능하여 치료효과를 최대화 할 수 있는 장점이 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 기본적인 어플리케이터의 구조를 설명하는 평면도 및 정면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제1 실시예로서 기본적인 어플리케이터에 유전체 덮개를 접착한 구조를 각각 설명하는 평면도 및 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제2 실시예로서 기본적인 어플리케이터에 양쪽 방향으로 슬롯 및 유전체 덮개를 접착한 구조를 설명하는 정면도이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 기본적인 어플리케이터의 구조를 설명하는 평면도 및 정면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 기본적인 어플리케이터(100)는 도전체(110), 유전체(120), 전송선(130) 및 복수개의 슬롯(140a~140f)을 포함하는 슬롯 그룹(140)을 구비한다.
도전체(110)는 접지(Ground) 된 제1 도체면(110a) 및 전송선로로 이용하는 제2 도체면(110b)을 포함 하며, 도전체(110) 내부에는 유전체(120)가 채워져 있다.
전송선(130)은 외부에서 들어오는 고출력 마이크로파(microwave) 신호와의 연결을 위해 입력 단에 마이크로스트립 라인(microstrip line, 131)을 사용한다.
하지만 마이크로스트립 라인(microstrip line, 131)은 외부로 노출되어 있기 때문에 생체 조직 같은 손실성 물질에 침투할 경우에 전송이 진행되면서 신호에 많은 손실이 발생할 수 있고, 또한 침투 시 깊이에 따라 입력단에서 보이는 임피던스(impedance)의 크기가 크게 변동될 우려가 있다.
따라서 상기 고주파 신호가 전송되는 도전체(110) 내부에 사용되는 전송선(130)은 일관된 전력 전달을 가능케 하는 스트립라인(stripline, 135)을 사용한다.
상기 어플리케이터(100)의 입력단 부근에 표시된 점선원(C)은 마이크로스트립 라인(microstrip line, 131)에서 스트립라인(stripline, 135)으로 모드전환(Transition) 되는 부분을 나타낸 것이다.
스트립 라인(strip line, 135)의 길이에 따라 개구면 위치 및 조직에의 침투 깊이가 결정된다. 즉, 스트립 라인의 길이가 길수록 생체조직에 침투할 수 있는 깊이가 증가한다. 스트립 라인 길이와 개구면 위치의 변화는 어플리케이터의 발산부의 전기적 특성에 영향을 미치지 않기 때문에, 응용 분야에 맞추어 스트립 라인(strip line)의 길이를 설계할 수 있음은 당연하다.
본 발명의 어플리케이터(100)는 서로 크기가 다른 제1 슬롯(140a)~ 제6 슬롯(140f)을 구비한 슬롯 그룹(140)을 포함한다.
제1 슬롯(140a) ~ 제6 슬롯(140f)은 어플리케이터(100)의 후방에서 전방(입력단) 방향, 즉 마이크로웨이브가 전송되는 방향과 수직방향으로 배치되며, 제1 슬롯(140a)에서 제6 슬롯(140f)으로 갈수록 이들의 길이(A) 및 폭(width)은 점점 작아진다.
이와 반대로 제1 슬롯(140a) ~ 제6 슬롯(140f)은 어플리케이터(100)의 후방에서 전방(입력단) 방향, 즉 마이크로웨이브가 전송되는 방향과 수직방향으로 배치되며, 제1 슬롯(140a)에서 제6 슬롯(140f)으로 갈수록 이들의 길이(A) 및 폭(width)은 점점 커지도록 배치 할 수 있음은 당연하다.
한편, 공진 주파수(resonant frequency)는 슬롯 사이의 간격보다는 슬롯의 길이, 폭, 너비와 관련되어 실험적으로 결정된다.
본 발명의 어플리케이터(100)는 종래의 입력 주파수가 하나로 고정되어 공진 주파수가 하나로 고정된 어플리케이터와 달리, 두 개 이상의 슬롯을 길이(A)가 모두 다르게 설계하여 슬롯 개구면의 숫자와 같은 개수의 공진 주파수(resonant frequency)를 생성함에 기술적 특징을 갖는다.
이를테면, 6개의 슬롯(140a~140f)이 각기 다른 길이(A)를 갖도록 배치된 경우 이에 상응하여 6개의 각기 다른 공진 주파수(resonant frequency)가 생성된다.
따라서 본 발명의 어플리케이터(100)는 입력 주파수에 따라 공진되는 슬롯 개구면이 정의 되고, 이를 이용하여 마이크로파가 방사(radiation) 되는 슬롯 개구면의 위치를 결정할 수 있으므로, 환부의 치료 영역을 선택적으로 결정할 수 있다.
또한 본 발명의 어플리케이터(100)는 슬롯 개구면의 개수만큼 입력 주파수를 다양하게 정의하여 사용할 수 있고, 이로 인해 방사(radiation) 되는 마이크로파의 위치 분포가 다양해지므로 크기가 큰 환부에 적용할 수 있다.
본 발명은 제1 슬롯(140a) ~ 제6 슬롯(140f)에 대한 실시예를 설명하였지만, 이에 한정되지 아니하고 기술 발전에 맞추어 슬롯(slot)의 개수, 길이, 폭, 간격 등을 다양하게 변형 실시할 수 있음은 당연하다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제1 실시예로서 기본적인 어플리케이터에 유전체 덮개를 접착한 구조를 각각 설명하는 평면도 및 정면도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명에 따른 어플리케이터에 유전체 덮개를 접착한 구조(200)는 앞에서 설명한 도 1a 및 도 1b의 기본적인 어플리케이터(100) 및 슬롯(240)의 개구면을 덮는 유전체 덮개(250)를 구비한다.
이하 앞에서 설명한 도 1a 및 도 1b과 차이점이 있는 유전체 덮개(250)에 대해 상세히 설명한다.
유전체 덮개(250)는 슬롯(240)의 개구면을 보호하여 생체 조직과 맞닿았을 경우 어플리케이터의 특성이 달라지는 것을 방지할 뿐 아니라 방사되는 마이크로파를 측면 방향으로 회절(diffraction)시켜 환부의 치료 범위를 넓히는 역할을 한다.
유전체 덮개(250)의 유전율(permittivity), 면적 및 두께(t)는 다양하게 선택할 수 있고, 추가적인 설계(layout) 시 파라미터(parameter)가 되므로 어플리케이터의 면적(dimension)과 치료 영역은 이들 파라미터(parameter)에 따라 결정된다.
유전체 덮개(250)는 PCB(Printed Circuit Board) 기술을 이용하여 어플리케이터를 만들 경우 테플론(Teflon) 등 손실(loss)이 적은 유전체 물질을 이용할 수 있고, MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술을 사용하여 어플리케이터를 만들 경우에는 BCB(BenzoCycloButene)를 이용할 수 있다.
유전체 덮개(250)의 두께(t)는 수십 마이크론(micron, ㎛)으로 최소화 시킬 수 있으므로 환부 침투시의 손상에 의한 영향은 미미하다.
한편, 유전체 덮개(250)의 길이(L)는 슬롯(240)의 개구면에서 방사되는 마이크로파의 회절(diffraction)을 조절할 수 있고, 이를 통해 어플리케이터의 치료 영역을 조절할 수 있다. 유전체 덮개(250)의 길이(L)는 슬롯(240)이 많아져 길이가 커질 경우에는 모든 슬롯(240)을 충분히 덮도록 설계하는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명에 따른 제2 실시예로서 기본적인 어플리케이터에 양쪽 방향으로 슬롯 및 유전체 덮개를 접착한 구조를 설명하는 정면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 양쪽 방향으로 슬롯 및 유전체 덮개를 접착한 어플리케이터(300)는 도전체(310), 유전체(320), 전송선(330) 및 도전체(310) 내부에 양쪽 방향으로 배치된 복수개의 제1, 제2 슬롯 그룹(340, 340') 및 상기 제1, 제2 슬롯 그룹(340, 340') 각각을 덮는 제1, 제2 유전체 덮개(350, 350')를 구비한다.
제1 슬롯 그룹(340) 및 제2 슬롯 그룹(340')은 어플리케이터의 양쪽 면을 식각하여 형성하며, 이들이 서로 대향하도록 배치함으로 어플리케이터의 양쪽 방향으로 열(heat)을 전달하는 역할을 한다.
제1 슬롯 그룹(340)은 도전체(310)의 제1 면에 형성된 복수개의 슬롯(340a~340f)을 구비하며, 제2 슬롯 그룹(340')은 도전체(310)의 제2 면에 형성된 복수개의 슬롯(340a'~340f')을 구비하며, 이들은 서로 대향하며, 크기가 서로 대칭이 되로록 배치된다.
생체 조직에 어플리케이터를 삽입 시 생체조직의 손상을 최소화 하기 위해, 어플리케이터 양 면에 제1, 제2 유전체 덮개(350, 350')가 있음에도 불구하고 어플리케이터의 전체 두께(d)는 1mm 이하가 되도록 제작함이 바람직하다.
이하 제1 슬롯 그룹(340) 및 제2 슬롯 그룹(340')을 구비하는 각각의 슬롯 들(340a ~340f, 340a'~ 340f') 및 유전체 덮개(350)는 앞에서 설명한 바 있으므로 이의 상세한 설명은 생략한다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
어플리케이터(100), 도전체(110),
유전체(120), 전송선(130),
마이크로스트립 라인(microstrip-line, 131),
스트립라인(stripline, 135)
슬롯 그룹(140), 복수개의 슬롯(140a~140f)

Claims (10)

  1. 고열치료법에 사용되는 어플리케이터에 있어서,
    접지(Ground) 된 제1 도체면 및 전송선로로 이용하는 제2 도체면을 포함하는 도전체;
    상기 도전체 내부를 채우는 유전체;
    외부에서 들어오는 고주파 신호를 전송하기 위한 전송선; 및
    상기 고주파 신호가 통과할 때 각기 다른 공진 주파수(resonant frequency)가 발생하도록 배치된 복수개의 슬롯으로 구성된 슬롯 그룹을 구비한 것을 특징으로 하는 복수의 서로 다른 크기의 슬롯을 구비한 어플리케이터.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 고주파 신호는,
    마이크로파(microwave) 또는 밀리미터파(millimeter wave) 인 것을 특징으로 하는 복수의 서로 다른 크기의 슬롯을 구비한 어플리케이터.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 전송선은,
    상기 어플리케이터의 입력단은 마이크로스트립 라인(microstrip-line)을 사용하고, 상기 고주파 신호가 전송되는 도전체 내부는 스트립라인(stripline)을 사용하는 것을 특징으로 하는 복수의 서로 다른 크기의 슬롯을 구비한 어플리케이터.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 슬롯 그룹은,
    상기 어플리케이터의 입력단에서 상기 고주파 신호가 전송되는 상기 도전체 내부 방향을 향해 길이 및 폭이 점점 커지거나 또는 점점 작아지도록 적어도 2개 이상의 슬롯이 배치된 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 복수의 서로 다른 크기의 슬롯을 구비한 어플리케이터.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 슬롯 그룹은,
    상기 도전체의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 형성하는 것을 특징으로 하는 복수의 서로 다른 크기의 슬롯을 구비한 어플리케이터.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 슬롯 그룹이 상기 도전체의 양쪽 면에 형성되는 경우,
    상기 슬롯 그룹은,
    상기 도전체의 제1 면에 형성된 복수개의 슬롯을 구비하는 제1 슬롯 그룹; 및
    상기 도전체의 제2 면에 형성된 복수개의 슬롯을 구비하는 제2 슬롯 그룹을 구비하며,
    상기 제1 슬롯 그룹 및 상기 제2 슬롯 그룹은 서로 대향하며, 크기가 서로 대칭이 되도록 배치하는 것을 특징으로 하는 복수의 서로 다른 크기의 슬롯을 구비한 어플리케이터.
  7. 제 1항 또는 제 5항에 있어서, 상기 슬롯 그룹의 개구면을 덮는 유전체 덮개를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 복수의 서로 다른 크기의 슬롯을 구비한 어플리케이터.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 유전체 덮개는,
    테플론(Teflon) 또는 BCB(BenzoCycloButene)의 유전 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 복수의 서로 다른 크기의 슬롯을 구비한 어플리케이터.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 유전체 덮개는,
    상기 슬롯 그룹의 개구면에서 방사되는 마이크로파의 회절(diffraction)을 조절하도록 유전체 덮개의 길이(L)를 가변적으로 조절하는 것을 특징으로 하는 복수의 서로 다른 크기의 슬롯을 구비한 어플리케이터.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 유전체 덮개는,
    유전율(permittivity), 면적 및 두께(t)를 가변적으로 선택하여 상기 어플리케이터의 면적(dimension) 및 환부의 치료 영역을 결정하는 것을 특징으로 하는 복수의 서로 다른 크기의 슬롯을 구비한 어플리케이터.
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