KR101404565B1 - 고열치료요법을 위한 어플리케이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고열치료요법을 위한 어플리케이터에 유전체 렌즈를 구비하여 마이크로파나 밀리미터파를 환부 깊숙히 침투시키는 기술에 관한 것이다.
본 발명은 도전체, 전송선을 구비한 어플리케이터; 상기 전송선을 통해 외부로부터 인가되는 마이크로파를 고열치료요법으로 치료받고자 하는 환부 방향으로 방사하는 복수개의 동축 개구면; 및 상기 동축 개구면의 상부에 형성되어 상기 동축 개구면에서 방사되는 마이크로파의 초점거리를 환부의 심부 방향으로 확장시키는 유전체 렌즈;를 포함한다.
따라서, 본 발명을 이용하는 경우 유전체 렌즈의 초점거리를 암 조직의 심부에 설계할 수 있어 치료 범위가 확장되는 효과가 있다.

Description

고열치료요법을 위한 어플리케이터{APPLICATOR FOR EFFECTING HYPERTHERMIC TREATMENT}

본 발명은 환부에 열을 가하여 치료하는 고열치료요법을 위한 어플리케이터(applicator)의 치료 효율을 향상시키는 기술에 관한 것으로, 특히 고열치료요법을 위한 어플리케이터에 유전체 렌즈를 구비하여 마이크로파를 환부 깊숙히 침투시킬 수 있도록 한 고열치료요법을 위한 어플리케이터에 관한 것이다.

고열치료요법이란 마이크로파, 레이저 및 고주파 등을 이용하여 고형의 암 조직을 소작하는 국소 치료법을 의미한다. 마이크로파를 이용한 고열치료요법은 마이크로파의 에너지가 인체 조직 내 포함된 물 분자와 상호작용을 일으켜 열을 발생시킨다는 원리를 바탕으로 한다. 신체 조직의 온도가 45℃일 때는 수 시간, 50~55℃에서는 4~6분 정도가 경과되면 비가역적인 변성이 발생하고, 60~100℃의 범위에서는 미토콘드리아와 세포질 내 효소의 비가역적인 손상으로 인해 즉각적인 응고 괴사가 일어나는 것으로 보고되고 있다. 따라서, 고열치료요법으로 환부를 치료하고자 하는 경우, 해당 부위의 온도를 최소 50℃ 이상으로 5분 이상 지속시켜야 한다.

인체의 치료 부위에 열을 생성하기 위하여 고열치료요법을 위한 어플리케이터에서 사용되는 에너지 원으로 다양한 주파수의 전자기파가 이용되고 있으나, 수 GHz ~ 수 백 GHz의 마이크로파와 밀리미터파 대역에서는 암 조직과 정상 조직 사이에 전자기적 특성의 차이가 커서 선택적인 치료가 가능한 장점이 있다.

그러나, 고열치료요법을 위한 어플리케이터에서 사용되는 에너지 원으로 마이크로파와 밀리미터파는 그 파장이 수 mm에 불과하므로 치료 부위에 침투할 수 있는 깊이가 얕아 치료 가능한 범위가 작은 단점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고열치료요법을 위한 어플리케이터에 유전체 렌즈를 구비하여 마이크로파나 밀리미터파를 환부 깊숙히 침투시켜 치료 범위가 확장되도록 하는데 있다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고열치료요법을 위한 어플리케이터는, 도전체, 상기 도전체의 내부에 채워지는 유전체 및 유전체 기판 위에 도전체로 형성되어 상기 유전체의 내측에 배치된 전송선을 구비한 어플리케이터; 상기 어플리케이터의 일측 종단 부위에 형성되어 상기 전송선을 통해 외부로부터 인가되는 마이크로파를 고열치료요법으로 치료받고자 하는 환부 방향으로 방사하는 복수개의 동축 개구면; 및 상기 동축 개구면의 상부에 형성되어 상기 동축 개구면에서 방사되는 마이크로파의 초점거리를 조절하는 유전체 렌즈;를 포함한다.

본 발명은 고열치료요법을 위한 어플리케이터에 유전체 렌즈를 구비하여 마이크로파나 밀리미터파를 환부 깊숙히 침투시켜 치료 범위가 확장시킴으로써, 별다른 추가비용 없이 고열치료요법의 성능이 향상되는 효가가 있다.

또한, 유전체 렌즈가 초점 부위에 마이크로파를 모으는 역할을 하므로, 이에 의해 암 조직의 온도가 더 높이 올라가 고열치료요법의 효율이 향상되는 장점이 있다.

도 1의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 어플리케이터의 외관도이다.
도 1의 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 어플리케이터의 단면도이다.
도 1의 (c)는 유전체 렌즈가 형성된 어플리케이터의 외관도이다.
도 1의 (d)는 유전체 렌즈가 형성된 어플리케이터의 종단면이다.
도 2의 (a)는 유전체 렌즈의 중심에서의 단면도이다.
도 2의 (b)는 유전체 렌즈의 평면도이다.
도 3의 (a)는 유전체 렌즈의 중심에서의 단면도이다.
도 3의 (b)는 유전체 렌즈의 평면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 고열치료요법을 위한 어플리케이터의 외관도이고, 도 1의 (b)는 상기 어플리케이터의 단면도이다.

어플리케이터(10)는 도전체(1), 상기 도전체(1)의 내부에 채워지는 유전체(2), 상기 유전체(2)의 내측에 형성된 전송선(3) 및 복수개의 동축 개구면(4)을 구비한다.

상기 어플리케이터(10)의 양측 단면 중에서 일측에 상기 동축 개구면(4)이 형성되는데, 상기 동축 개구면(4)이 위치하는 쪽의 단면의 형상이 특별하게 한정되지 않지만, 인체의 치료부위로 용이하게 침투할 수 있도록 뾰족한 형상을 갖는 것이 바람직하다.

상기 도전체(1)는 어플리케이터(10)의 최외곽에 형성되는 것으로, 도면에 별도로 표시하지 않았지만 접지(Groung)된 제1도체면 및 전송선로로 사용되는 제2도체면을 포함한다. 상기 전송선(3)은 유전체 기판 위에 도전체로 형성되어 상기 유전체(2)에 의해 감싸진다.

상기 도전체(1), 유전체(2) 및 전송선(3)의 형태는 특별하게 한정되지 않으며, 마이크로파나 밀리미터파를 잘 전달할 수 있는 어떠한 형상도 포함할 수 있다.

도 1의 (c)는 유전체 렌즈가 형성된 상기 어플리케이터의 외관도이고, 도 1의 (d)는 상기 유전체 렌즈가 형성된 어플리케이터의 종단면이다.

도 1의 (c) 및 도 1의 (d)를 참조하면, 상기 동축 개구면(4)의 표면에 유전체 렌즈 (5)가 구비된다.

상기 전송선(3)은 외부로부터 인가되는 마이크로파(또는 밀리미터파)를 고열치료요법으로 치료받고자 하는 환부 방향으로 전달하는 역할을 하며, 이를 위해 상기 전송선(3)으로서 마이크로스트립 라인(Microstrip line)을 사용할 수 있다. 상기 마이크로스트립 라인의 한 쪽면은 접지된 도체로 도포되어 있지만, 반대면은 마이크로파 신호를 전송하기 위해 외부에 노출되어 있다. 따라서, 상기 마이크로스트립라인이 신호의 전송손실이 큰 생체 조직과 접촉될 경우 인가된 마이크로파의 손실을 피할 수 없다.

또한, 상기 생체 조직에 침투되는 어플레이터(10)의 깊이가 일정하지 않으므로 입력단에서 보이는 임피던스(Iimpedance)가 크게 달라질 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 생체 조직의 특성이나 어플레이터(10)의 침투 깊이에 관계없이 마이크로파의 일관된 전달을 위해 모든 면이 도체면으로 도포된 스트립 라인(Strip line)을 사용한다. 도 1의 (a),(b)에서 점선원은 마이크로스트립 라인에서 스트립 라인으로 모드가 변환되는 부분을 나타낸 것이다.

스트립 라인의 길이에 따라 상기 동축 개구면(4)의 위치 및 생체 조직 내부로 침투되는 깊이가 결정된다. 예를 들어, 상기 스트립 라인의 길이가 길면 생체 조직에 침투할 수 있는 깊이가 그만큼 증가되고, 심부의 생체 조직까지 도달할 수 있다. 상기 스트립 라인의 길이와 동축 개구면(4)의 위치는 어플리케이터 발산부의 전기적인 특성에 영향을 미치지 않으므로 치료 대상 생체 조직의 위치와 응용 분야에 따라 스트립 라인의 길이를 다양하게 변경하여 설계할 수 있다.

여기서, 상기 어플리케이터 발산부란 상기 전송선(3)을 통해 외부로부터 인가되는 마이크로파가 고열치료요법으로 치료받고자 하는 환부 방향으로 방사되는 부분을 말하며, 상기 동축 개구면(4)을 포함한다. 상기 어플리케이터의 발산부는 적용되는 마이크로파의 주파수와 치료 대상인 생체 조직의 전기적인 특성에 따라 크기는 다양하게 설계될 수 있다.

도 2의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 상기 유전체 렌즈(5)의 중심에서의 단면도를 나타낸 것이고, 도 2의 (b)는 상기 유전체 렌즈(5)의 평면도를 나타낸 것이다.

유전체 렌즈(5)는 도 1의 (b),(c)에서와 같이 상기 동축 개구면(4)의 상부에 형성되어 상기 어플리케이터 발산부에서 방사되는 마이크로파의 초점거리를 조절하는 역할을 수행한다. 상기 유전체 렌즈(5)의 초점 위치는 유전체 렌즈(5)의 각 지점에 입사되는 마이크로파가 유전체 렌즈(5)를 지나면서 일정한 위상으로 모이게 되는 지점으로 결정된다. 일반적으로, 공기 중에서는 초점을 모으기 위해 볼록렌즈를 이용하지만 본 발명의 실시예에서는 유전체 렌즈(5)를 감싸는 물질의 유전율이 높은 것을 감안하여 오목렌즈로 설계하였다.

도 2의 (a)에서와 같이 상기 유전체 렌즈(5)의 중심부(6)는 비어있는 상태이며, 치료를 위해 상기 유전체 렌즈(5)가 생체 조직(예: 암 조직)에 삽입될 때 상기 유전체 렌즈(5)의 중심부(6)는 암 조직으로 채워지게 된다. 상기 유전체 렌즈(5)의 형태는 다음의 [수학식 1]에 따라 설계될 수 있다.

상기 [수학식 1]에서 n₁,n₂는 각각 상기 유전체 렌즈(5)의 유전체와 치료 대상인 생체 조직의 굴절율을 나타내며, x₀는 오목렌즈의 두께, x,y는 유전체 렌즈(5)의 중심을 원점으로 한 상대 좌표이다. 상기 유전체 렌즈(5)의 유전체와 생체 조직의 유전율이 주어지면, 상기 [수학식 1]을 이용하여 초점거리에 따라 유전체 렌즈(5)의 형태를 설계할 수 있다.

도 3의 (a)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 유전체 렌즈(5)의 중심에서의 단면도를 나타낸 것이고, 도 3의 (b)는 상기 유전체 렌즈(5)의 평면도를 나타낸 것이다.

본 발명의 다른 실시예에서는 유전율이 서로 다른 물질을 원통 형태로 제작하여 렌즈의 역할을 수행하도록 하였다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 유전체 렌즈(5)는 렌즈의 중심에 원기둥 형태의 유전율이 가장 높은 제1유전체(7A)가 형성되고, 상기 제1유전체(7A)로부터 원주 방향으로 진행할수록 반경이 좀 더 크고 보다 낮은 유전율을 갖는 제2유전체(7B), 제3유전체(7C)가 둘러싸는 구조로 되어 있으며, 최외곽에는 외측이 사각형 형상으로 형성되고 내측이 상기 제3유전체(7C)를 둘러싸는 구조를 갖는 제4유전체(7D)가 위치하는 구조로 되어 있다.

상기 제1-4 유전체(7A-7D)의 형상은 상기와 같은 형상으로 한정되지 않고 다양한 형상으로 제작될 수 있으며, 상기 유전체의 수도 특별하게 한정되는 것이 아니라 다양하게 구현할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 유전체 렌즈(5)는 렌즈의 중심 부분에 위치한 물질의 유전율이 가장 높고, 중심 부분에서 바깥 쪽에 위치한 물질일수록 유전율이 낮게 함으로써, 볼록렌즈와 같은 역할을 할 수 있도록 하였다.

즉, 상기 전송선(3)을 통해 외부로부터 인가되는 마이크로파가 상기 도 3에서와 같은 구조의 유전체 렌즈(5)를 통과할 때 유전율이 높은 물질에서는 위상이 빨리 변하고, 상대적으로 유전율이 낮은 물질에서는 천천히 변하므로 유전체 렌즈(5)와 접촉하고 있는 생체 조직의 내부에 상기 마이크로파의 위상에 따른 초점이 만들어진다. 상기와 같이 만들어지는 초점의 위치는 일반 볼록렌즈를 사용하여 만들어지는 초점의 위치와 일치한다.

따라서, 어플리케이터(10)를 이용하여 고열치료요법으로 환부(예: 암 조직)를 치료할 때 상기 도 2 또는 도 3과 같은 형태의 유전체 렌즈(5)를 이용하여 환부 깊숙한 위치로 마이크로파나 밀리미터파를 집중시켜 치료할 수 있다.

상기 유전체 렌즈(5)의 유전율과 형태는 응용 범위에 따라 다양하게 선택할 수 있다. 그리고, 상기 유전체 렌즈(5)는 통상의 테플론(Teflon), BCB(Benzo CycloButene)과 같이 손실이 작은 유전체를 이용할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니라 다음의 청구범위에서 정의하는 본 발명의 기본 개념을 바탕으로 보다 다양한 실시예로 구현될 수 있으며, 이러한 실시예들 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1 : 도전체 2 : 유전체
3 : 전송선 4 : 동축 개구면
5 : 유전체 렌즈 6 : 중심부
7A-7D : 제1-4 유전체 10 : 어플리케이터

Claims (9)

1. 도전체, 상기 도전체의 내부에 채워지는 유전체 및 유전체 기판 위에 도전체로 형성되어 상기 유전체의 내측에 배치된 전송선을 구비한 어플리케이터;
   상기 어플리케이터의 일측 종단 부위에 형성되어 상기 전송선을 통해 외부로부터 인가되는 마이크로파를 고열치료요법으로 치료받고자 하는 환부 방향으로 방사하는 복수개의 동축 개구면; 및
   상기 동축 개구면의 상부에 형성되어 상기 동축 개구면에서 방사되는 마이크로파의 초점거리를 조절하는 유전체 렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고열치료요법을 위한 어플리케이터.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 전송선은 마이크로스트립 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 고열치료요법을 위한 어플리케이터.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 마이크로스트립 라인은 모든 면이 도체면으로 도포된 것을 특징으로 하는 고열치료요법을 위한 어플리케이터.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 유전체 렌즈는 상기 마이크로파의 초점 거리를 조절하여 환부의 깊이 중에서 원하는 깊이에 집중시키는 것을 특징으로 하는 고열치료요법을 위한 어플리케이터.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 유전체 렌즈는 비어진 중심부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고열치료요법을 위한 어플리케이터.
   
6. 제5항에 있어서, 상기 중심부는 치료를 위해 상기 유전체 렌즈가 생체 조직에 삽입될 때 생체 조직이나 암 조직으로 채워지는 것을 특징으로 하는 고열치료요법을 위한 어플리케이터.
   
7. 제1항에 있어서, 상기 유전체 렌즈는 중심부로부터 원주 방향으로 진행할수록 보다 낮은 유전율을 갖는 복수 개의 유전체로 둘러싸인 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 고열치료요법을 위한 어플리케이터.
   
8. 제7항에 있어서, 상기 복수 개의 유전체로 둘러싸인 구조는 볼록 렌즈 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 고열치료요법을 위한 어플리케이터.
   
9. 제7항에 있어서, 상기 복수 개의 유전체로 둘러싸인 구조의 재질은 테플론(Teflon), BCB(BenzoCycloButene) 중에서 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고열치료요법을 위한 어플리케이터.

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