KR102003262B1 - Ac magnetic field generating device for medical purpose and method for controlling the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 생체 내부에 교류자기장을 가하는 중에 생체 내부의 온도 변화를 측정하고, 측정된 온도에 따라 생체 내부에서의 발열 온도를 조절함으로써 표적 세포 이외에 정상 세포가 사멸되는 위험을 줄일 수 있는 의료용 교류자기장 발생장치 및 그 제어방법을 제공하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 의료용 교류자기장 발생장치는, 생체 내부에 투입된 자성입자에 교류자기장을 가하기 위한 교류자기장 발생부와, 생체 내부의 온도를 검출하기 위한 온도 검출부와, 온도 검출부로부터 검출 신호를 수신하여 생체 내부의 온도가 기 설정된 온도 범위를 유지하도록 교류자기장 발생부를 제어하는 제어부를 포함한다.The present invention relates to a method for measuring a temperature change in a living body while applying an alternating magnetic field to a living body and controlling the temperature of heat generated in the living body according to the measured temperature, And a control method thereof. The medical alternating magnetic field generating apparatus according to the present invention comprises an alternating magnetic field generating unit for applying an alternating magnetic field to magnetic particles charged in a living body, a temperature detecting unit for detecting a temperature inside the living body, And a control unit for controlling the AC magnetic field generating unit so that the temperature inside the AC motor is maintained within a predetermined temperature range.

Description

의료용 교류자기장 발생장치 및 그 제어방법{AC MAGNETIC FIELD GENERATING DEVICE FOR MEDICAL PURPOSE AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an AC magnetic field generating device and a control method thereof,

본 발명은 의료용 교류자기장 발생장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 생체 내부의 치료 또는 진단을 위해 생체 외부에서 교류자기장을 가하여 생체 내에서 열을 발생시킬 수 있는 의료용 교류자기장 발생장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.Field of the Invention [0001] The present invention relates to a medical AC magnetic field generator, and more particularly, to a medical AC magnetic field generator capable of generating heat in a living body by applying an AC magnetic field outside the living body for treatment or diagnosis of a living body, .

자기장 변화에 따라 뜨거운 열을 발생하여 암 세포를 죽일 수 있는 나노 자성입자를 이용하는 온열치료가 개시된 바 있다.A hyperthermia treatment using nanomagnetic particles capable of generating hot heat according to a change in magnetic field to kill cancer cells has been disclosed.

나노 자성입자는 그들이 가진 독특한 자기적 성질로 인해서 교류자기장을 주변에 가하게 되면 열을 발생하게 된다. 자성입자가 교류자기장에 의해 열을 발생하는 원리는 다음과 같다. 첫째, 액체 속에 분산되어 있는 자성입자 자체의 회전현상으로 인한 브라운 이완(Brownian relaxation) 현상, 둘째, 자성입자 내부 스핀의 에너지 장벽으로 인해서 생기는 닐 이완(Neel relaxation) 현상, 셋째, 외부 교류자기장 방향으로 자화되는 과정에서 물질 내부 스핀 도메인들의 이동에 의한 자기이력 현상으로 열을 발생하게 된다.Nano-magnetic particles have their own unique magnetic properties and generate heat when they are applied to the surrounding magnetic field. The principle that magnetic particles generate heat by an alternating magnetic field is as follows. (1) Brownian relaxation phenomenon due to spinning of magnetic particles dispersed in the liquid, (2) Neel relaxation phenomenon due to the energy barrier of spin inside the magnetic particle, and (3) In the process of magnetization, heat is generated by the magnetic hysteresis phenomenon due to the movement of the spin domains inside the material.

이러한 자성입자의 열 발생 현상을 이용하면 암 등의 질병 치료가 가능하다. 온열치료(hyperthermia)는 암을 포함한 질병 치료에 열을 사용하는 것으로 42℃ 이상에서 암세포가 사멸하기 시작하는 현상을 이용한 것이다. 교류자기장은 피부 조직에 의해 영향을 받지 않아 침투 깊이의 제한이 없기 때문에 자성입자가 신체 내 암 조직에 축적되어 있을 때에 선택적으로 열을 가할 수 있다.The heat generation phenomenon of the magnetic particles can be used to treat diseases such as cancer. Hyperthermia is the use of heat to treat diseases, including cancer, when cancer cells begin to die at temperatures above 42 ° C. Since the alternating magnetic field is not affected by the skin tissue and there is no limitation of penetration depth, the magnetic particles can selectively heat when accumulated in the cancer tissue in the body.

온열치료를 위해 외부에서 교류자기장을 가해 생체 내부의 자성입자에 열을 발생시키는 경우, 온도가 너무 높거나 너무 오랫동안 열을 가하면 정상 세포까지도 사멸될 수 있다. 그런데 현재, 온열치료 중에 생체 내부의 온도 변화를 생체 외부에서 확인할 수 있는 적절한 방법이 없어 표적 세포 이외에 다른 생체 세포까지 사멸시켜 생체에 위해를 가할 위험이 높은 실정이다.When heat is generated in the magnetic particles inside the living body by applying an alternating magnetic field from the outside for the heat treatment, if the temperature is too high or too much heat is applied, normal cells may be killed. However, at present, there is no suitable method for confirming the temperature change inside the living body during the hyperthermia treatment from outside the living body, and there is a high risk of damaging the living body by killing other living cells besides the target cells.

등록특허공보 제1230384호 (2013. 02. 07)Patent Registration No. 1230384 (Feb.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 생체 내부에 교류자기장을 가하는 중에 생체 내부의 온도 변화를 측정하고, 측정된 온도에 따라 생체 내부에서의 발열 온도를 조절함으로써 표적 세포 이외에 정상 세포가 사멸되는 위험을 줄일 수 있는 의료용 교류자기장 발생장치 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, and it is an object of the present invention to provide a method for measuring a temperature change in a living body during the application of an alternating magnetic field inside a living body, Another object of the present invention is to provide a medical AC magnetic field generator capable of reducing the risk of normal cell death and a control method thereof.

상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 의료용 교류자기장 발생장치는, 생체 내부에 투입된 자성입자에 교류자기장을 가하기 위한 교류자기장 발생부; 상기 생체 내부의 온도를 검출하기 위한 온도 검출부; 및 상기 온도 검출부로부터 검출 신호를 수신하여 상기 생체 내부의 온도가 기 설정된 온도 범위를 유지하도록 상기 교류자기장 발생부를 제어하는 제어부;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a medical AC magnetic field generator comprising: an AC magnetic field generator for applying an AC magnetic field to magnetic particles charged into a living body; A temperature detector for detecting a temperature inside the living body; And a controller for receiving the detection signal from the temperature detector and controlling the AC magnetic field generator to maintain the temperature inside the living body within a predetermined temperature range.

상기 온도 검출부는, 음파를 발생시켜 상기 생체 내부로 침투시킬 수 있는 음파 발생부와, 상기 음파 발생부에서 발생하여 상기 생체 내부를 통과하는 음파를 수신하기 위한 음파 수신부와, 상기 음파 발생부에서 발생하여 상기 음파 수신부에 수신되는 음파가 상기 생체 내부를 통과하는 속력을 이용하여 상기 생체 내부의 온도를 계산하는 판독부를 포함할 수 있다.The temperature detecting unit includes a sound wave generating unit capable of generating a sound wave to infiltrate into the living body, a sound wave receiving unit for receiving the sound wave generated in the sound wave generating unit and passing through the living body, And a reading unit for calculating a temperature inside the living body using the speed at which the sound waves received by the sound wave receiving unit pass through the living body.

상기 판독부는 아래의 수학식을 이용하여 상기 생체 내부에 대한 온도를 계산할 수 있다.The reading unit may calculate the temperature inside the living body using the following equation.

Figure 112017089114937-pat00001
Figure 112017089114937-pat00001

(Δt: 생체 내부의 온도 변화, V1: 교류자기장 인가 전 생체 내부를 통과하는 음파의 초기 속력, V2: 교류자기장 인가 중 생체 내부를 통과하는 음파의 속력)(Δt: temperature change in the living body, V1: initial velocity of the sound wave passing through the inside of the living body before application of the AC magnetic field, and V2: speed of the sound wave passing through the living body during AC magnetic field application)

상기 온도 검출부는 상기 음파 수신부의 신호를 증폭하여 상기 판독부로 전송하는 증폭기를 더 포함할 수 있다.The temperature detector may further include an amplifier for amplifying the signal of the sound wave receiver and transmitting the amplified signal to the reader.

상기 제어부는 상기 음파 수신부의 수신 신호 강도에 따라 상기 음파 발생부를 제어하여 상기 음파 발생부에서 발생하는 음파의 진동수를 변화시킬 수 있다.The controller may control the sound wave generator according to the received signal strength of the sound wave receiver to change the frequency of the sound wave generated by the sound wave generator.

한편, 상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 의료용 교류자기장 발생장치의 제어방법은, 생체 내부에 투입된 자성입자에 교류자기장을 가하기 위한 교류자기장 발생부를 포함하는 의료용 교류자기장 발생장치의 제어방법에 있어서, (a) 음파를 발생시키는 음파 발생부와 음파를 수신하기 위한 음파 수신부를 이용하여 상기 생체 내부에서 교류자기장 인가 전 음파의 초기 속력을 측정하는 단계; (b) 상기 교류자기장 발생부를 작동시켜 상기 생체 내부에 교류자기장을 인가하면서 상기 음파 발생부와 상기 음파 수신부를 이용하여 교류자기장이 인가되는 생체 내부에서 음파의 속력을 측정하는 단계; (c) 상기 (a) 단계에서 측정한 음파의 초기 속력과 상기 (b) 단계에서 측정한 음파의 속력을 이용하여 상기 생체 내부의 온도를 계산하는 단계; 및 (d) 상기 생체 내부의 온도를 기 설정된 온도 범위로 유지시키도록 상기 (c) 단계에서 계산한 상기 생체 내부의 온도에 따라 상기 교류자기장 발생부를 제어하여 단계;를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a control method for a medical AC magnetic field generating apparatus, the method including: controlling a medical AC magnetic field generating device including an AC magnetic field generating unit for applying an AC magnetic field to magnetic particles injected into a living body; The method comprising the steps of: (a) measuring an initial velocity of a sound wave before an AC magnetic field application in the living body using a sound wave generator for generating a sound wave and a sound wave receiver for receiving a sound wave; (b) measuring the speed of a sound wave in the living body to which the alternating magnetic field is applied by applying the alternating magnetic field to the living body by operating the alternating magnetic field generating unit and using the sound wave generating unit and the sound wave receiving unit; (c) calculating a temperature inside the living body using the initial speed of the sound wave measured in the step (a) and the speed of the sound wave measured in the step (b); And (d) controlling the AC magnetic field generator according to the temperature inside the living body calculated in the step (c) so as to maintain the temperature inside the living body within a predetermined temperature range.

상기 (c) 단계에서, 아래의 수학식을 이용하여 상기 생체 내부에 대한 온도를 계산할 수 있다.In the step (c), the temperature inside the living body can be calculated using the following equation.

Figure 112017089114937-pat00002
Figure 112017089114937-pat00002

(Δt: 생체 내부의 온도 변화, V1: 교류자기장 인가 전 생체 내부를 통과하는 음파의 초기 속력, V2: 교류자기장 인가 중 생체 내부를 통과하는 음파의 속력)(Δt: temperature change in the living body, V1: initial velocity of the sound wave passing through the inside of the living body before application of the AC magnetic field, and V2: speed of the sound wave passing through the living body during AC magnetic field application)

상기 (a) 단계 및 상기 (b) 단계에서, 상기 음파 수신부의 수신 신호 강도에 따라 상기 음파 발생부를 제어하여 상기 음파 발생부에서 발생하는 음파의 진동수를 변화시킬 수 있다.In the steps (a) and (b), the frequency of the sound wave generated by the sound wave generator may be changed by controlling the sound wave generator according to the intensity of the signal received by the sound wave receiver.

본 발명에 따른 의료용 교류자기장 발생장치는 생체 내부에 교류자기장을 가하는 중에 생체 내부의 온도를 실시간으로 측정할 수 있다. 그리고 측정된 생체 내부의 온도에 따라 교류자기장 발생부를 제어하여 생체 내부의 온도를 기 설정된 범위로 제한함으로써 표적 세포 이외에 정상 세포가 사멸되는 위험을 줄일 수 있다.The medical AC magnetic field generator according to the present invention can measure the temperature inside the living body in real time while applying an alternating magnetic field inside the living body. By controlling the alternating magnetic field generating unit according to the measured temperature inside the living body, the temperature inside the living body is limited to a predetermined range, thereby reducing the risk of death of the normal cells in addition to the target cells.

또한 본 발명에 따른 의료용 교류자기장 발생장치는 생체 내부의 온도를 측정하기 위해 대형의 복잡한 장치를 사용할 필요없이 간단한 구조의 음파 발생부와 음파 수신부를 이용하여 생체 내부의 온도를 측정할 수 있어 소형화가 가능하다.Further, the medical AC magnetic field generating apparatus according to the present invention can measure the temperature inside the living body by using the sound wave generating unit and the sound wave receiving unit having a simple structure, without using a large complicated device for measuring the temperature inside the living body, It is possible.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 의료용 교류자기장 발생장치의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 의료용 교류자기장 발생장치를 이용한 치료 과정을 설명하기 위한 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 의료용 교류자기장 발생장치의 제어방법을 단계별로 나타낸 순서도이다.1 schematically shows a configuration of a medical AC magnetic field generator according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a treatment process using a medical AC magnetic field generator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of controlling a medical AC magnetic field generator according to an exemplary embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 따른 의료용 교류자기장 발생장치 및 그 제어방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a medical AC magnetic field generator and a control method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 의료용 교류자기장 발생장치의 구성을 개략적으로 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 의료용 교류자기장 발생장치를 이용한 치료 과정을 설명하기 위한 것이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 의료용 교류자기장 발생장치의 제어방법을 단계별로 나타낸 순서도이다.FIG. 1 is a schematic view of a medical AC magnetic field generator according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 illustrates a medical treatment process using a medical AC magnetic field generator according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of controlling a medical AC magnetic field generator according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 발명의 일실시예에 따른 의료용 교류자기장 발생장치(100)는 자기열량효과(Magnetocaloric effect)를 이용하는 온열치료에 이용될 수 있다. 자기열량효과를 이용하는 온열치료는 인체 내에 자성입자를 주입하고 외부에서 자성입자에 교류자기장을 가하면 열이 발생하는 원리를 이용하는 치료 방법이다. 외부에서 교류자기장을 가하면 인체 내에 투입된 자성입자가 발열함으로써 암세포 등의 비정상적인 세포를 열로 사멸시킬 수 있다. 도면에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 의료용 교류자기장 발생장치(100)는 교류자기장을 발생하는 교류자기장 발생부(110)와, 생체 내부의 온도를 검출하기 위한 온도 검출부(120)와, 온도 검출부(120)로부터 검출 신호를 수신하고 교류자기장 발생부(110)를 제어하는 제어부(130)를 포함한다.The medical AC magnetic field generator 100 according to an embodiment of the present invention can be used in a hyperthermia treatment using a magnetocaloric effect. Heat treatment using magnetic caloric effect is a treatment method using the principle that heat is generated when magnetic particles are injected into a human body and an alternating magnetic field is applied to magnetic particles from the outside. When an alternating magnetic field is applied from the outside, the magnetic particles injected into the body heat up, and abnormal cells such as cancer cells can be killed by heat. As shown in the figure, the medical AC magnetic field generating apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes an AC magnetic field generating unit 110 for generating an AC magnetic field, a temperature detecting unit 120 for detecting a temperature inside the living body, And a controller 130 receiving the detection signal from the temperature detector 120 and controlling the AC magnetic field generator 110.

교류자기장 발생부(110)는 교류자기장을 발생하여 생체(10)의 내부로 투입된 자성입자에 교류자기장을 가할 수 있다. 교류자기장 발생부(110)는 코일 또는 전자석이 연결된 교류발진회로를 포함하는 구조 등 교류자기장을 발생할 수 있는 다양한 구조의 것이 이용될 수 있다. 교류자기장 발생부(110)로 생체(10)의 내부로 투입된 자성입자 주변으로 교류자기장을 가하면 자성입자가 가진 독특한 자기적 성질로 인해서 자성입자가 열을 발생하게 된다.The alternating magnetic field generating unit 110 generates an alternating magnetic field to apply an alternating magnetic field to the magnetic particles injected into the living body 10. The alternating magnetic field generating unit 110 may have various structures that can generate an alternating magnetic field, such as a structure including a coil or an alternating-current oscillation circuit connected to an electromagnet. When an alternating magnetic field is applied to the magnetic particles injected into the living body 10 by the alternating magnetic field generating unit 110, the magnetic particles generate heat due to the unique magnetic properties of the magnetic particles.

온도 검출부(120)는 생체(10) 내부의 온도를 검출하고 검출 신호를 제어부(130)에 전송한다. 온도 검출부(120)는 음파를 발생시키는 음파 발생부(121)와, 음파 발생부(121)에서 발생하는 음파를 수신하기 위한 음파 수신부(122)와, 음파 수신부(122)의 신호를 증폭하는 증폭기(123)와, 증폭기(123)로부터 신호를 수신하여 생체(10) 내부의 온도를 계산하는 판독부(124)를 포함한다.The temperature detection unit 120 detects the temperature inside the living body 10 and transmits a detection signal to the control unit 130. The temperature detection unit 120 includes a sound wave generating unit 121 for generating sound waves, a sound wave receiving unit 122 for receiving sound waves generated by the sound wave generating unit 121, an amplifier 122 for amplifying signals of the sound wave receiving unit 122, And a reading unit 124 receiving the signal from the amplifier 123 and calculating the temperature inside the living body 10. [

음파 발생부(121)는 음파를 발생시켜 생체(10) 내부로 침투시킨다. 음파 발생부(121)는 수정이나 PZT 등의 전왜물질, 또는 니켈이나 페라이트 등의 자왜물질, 또는 그 밖에 음파를 발생할 수 있는 다양한 물질로 구성될 수 있다.The sound wave generating unit 121 generates sound waves and penetrates the inside of the living body 10. The sound wave generating section 121 may be composed of various materials capable of generating an electrostriction substance such as crystal, PZT, or the like, a magnetostrictive substance such as nickel or ferrite, or other sound waves.

음파 수신부(122)는 음파 발생부(121)에서 발생하여 생체(10) 내부를 통과하는 음파를 수신한다. 음파 수신부(122)는 음파를 수신하여 전기적 신호로 변환할 수 있는 다양한 구조의 것이 이용될 수 있다.The sound wave receiving unit 122 receives sound waves generated in the sound wave generating unit 121 and passing through the inside of the living body 10. The sound wave receiver 122 may have various structures that can receive sound waves and convert them into electric signals.

판독부(124)는 증폭기(123)를 통해 증폭된 음파 수신부(122)의 감지 신호를 수신하고, 음파 발생부(121)에서 발생하여 음파 수신부(122)에 수신되는 음파가 생체(10) 내부를 통과하는 속력을 이용하여 생체(10) 내부의 온도를 계산한다.The reading unit 124 receives the detection signal of the sound wave receiving unit 122 amplified by the amplifier 123 and detects the sound wave generated by the sound wave generating unit 121 and received by the sound wave receiving unit 122, The temperature inside the living body 10 is calculated using the speed at which the living body 10 passes.

이러한 온도 검출부(120)는 음파 수신부(122)를 음파 발생부(121)와 동기화시켜 음파 발생부(121)에서 발생하여 음파 수신부(122)에 도달한 음파의 도달 시간을 계산해 음파가 생체(10) 내부를 통과한 속력을 측정할 수 있다. 또한 음파의 속력을 이용하여 생체(10) 내부의 온도를 간접적으로 측정할 수 있다.The temperature detecting unit 120 synchronizes the sound wave receiving unit 122 with the sound wave generating unit 121 to calculate the arrival time of the sound wave that has been generated in the sound wave generating unit 121 and arrived at the sound wave receiving unit 122, ) Can measure the speed through the inside. In addition, the temperature inside the living body 10 can be indirectly measured by using the speed of sound waves.

음파의 속력은 매질의 탄성률과 관성에 의해 결정된다. 고체나 유체에서의 음속(v)은 매질에 상관없이 ρ를 밀도, K를 탄성률(유체에서는 부피 탄 성률)이라 할 때 아래의 수식과 같이 표현될 수 있다.The speed of a sound wave is determined by the elastic modulus and inertia of the medium. The sound velocity (v) in a solid or fluid can be expressed by the following equation, where ρ is density and K is elasticity (volume elasticity in fluid) irrespective of the medium.

Figure 112017089114937-pat00003
Figure 112017089114937-pat00003

또한 유체 매질의 경우, 음속(v)은 아래의 수식과 같이 나타낼 수 있고,In the case of a fluid medium, the sound velocity v can be expressed by the following equation,

Figure 112017089114937-pat00004
(B: 부피 탄성률, ρ: 평균 밀도),
Figure 112017089114937-pat00004
(B: volume modulus, ρ: average density),

고체 매질의 경우, 음속(v)은 아래의 수식과 같이 나타낼 수 있다.In the case of a solid medium, the sound velocity (v) can be expressed as:

Figure 112017089114937-pat00005
(Y: 영률, ρ: 평균 밀도)
Figure 112017089114937-pat00005
(Y: Young's modulus, p: Average density)

따라서 유체 매질에서의 음속은 매질의 밀도와 부피탄성율을 측정하면 계산 가능하다. 그리고 밀도가 온도에 따라 어떻게 변하는지 확인하면 온도에 따른 음속의 변화도 계산할 수 있다.Thus, the sound velocity in the fluid medium can be calculated by measuring the density and volume modulus of the medium. And if you check how the density changes with temperature, you can also calculate the change in sound velocity with temperature.

참고적으로, 아래의 표는 다양한 매질에서의 음파의 속력을 나타낸 것이다.For reference, the table below shows the speed of sound waves in various media.

Figure 112017089114937-pat00006
Figure 112017089114937-pat00006

이와 같이, 음파를 조사하는 생체 부위의 조직구성 분포에 따라 음파의 속력이 현저하게 다르게 나타날 수 있으므로, 생체 부위의 조직구성마다 온도 변화에 의한 밀도 변화를 측정하고, 수신부에 도달하는 초기 속력과 나중 속력의 차이를 이용하면 간접적으로 생체 부위의 온도 변화를 구할 수 있다.Since the speed of a sound wave can be markedly different depending on a tissue configuration distribution of a living body part irradiated with a sound wave, a density change due to a temperature change is measured for each tissue structure of a living body part, and an initial speed reaching the receiving part, Using the difference in speed, the temperature change of the living body region can be indirectly obtained.

예를 들어, 0℃ 공기 중에서 음파의 속력은 331m/s이므로 섭씨온도 t℃에서의 음파의 속력 V는 대략 V＝331＋0.6t로 나타낼 수 있다. V＝331＋0.6t이므로, 20℃일 때 음파는 약 343m/s의 속력을 가진다. 따라서 도 2에 나타낸 것과 같이, 음파 발생부(121)와 음파 수신부(122)를 이들 사이에 생체(10)가 위치하도록 생체(10)의 양측에 각각 배치하고, 음파 발생부(121)에서 발생한 음파가 음파 수신부(122)에 도달한 시간을 측정하면 음파가 음파 발생부(121)와 음파 수신부(122)사이에 있는 생체(10)를 통과한 속력을 측정하고, 이로부터 생체(10) 내부의 온도를 유추할 수 있다. 즉, 아래의 수식들을 이용하여 생체(10)에 교류자기장이 가해지기 전과 교류자기장이 가해질 때의 온도 변화를 간접적으로 측정할 수 있다.For example, since the speed of a sound wave in air at 0 ° C is 331m / s, the speed V of a sound wave at a temperature of t ° C can be expressed as V = 331 + 0.6t. Since V = 331 + 0.6t, the sound wave at 20 ℃ has a speed of about 343m / s. 2, the sound wave generating unit 121 and the sound wave receiving unit 122 are disposed on both sides of the living body 10 so that the living body 10 is positioned therebetween, The time when the sound waves reach the sound wave receiving unit 122 is measured to measure the speed of the sound wave passing through the living body 10 between the sound wave generating unit 121 and the sound wave receiving unit 122, Can be inferred. That is, the temperature change when the alternating magnetic field is applied to the living body 10 and when the alternating magnetic field is applied can indirectly be measured using the following equations.

Figure 112017089114937-pat00007
,
Figure 112017089114937-pat00007
,

Figure 112017089114937-pat00008
,
Figure 112017089114937-pat00008
,

Figure 112017089114937-pat00009
Figure 112017089114937-pat00009

(V:속력, f:진동수, λ:파장, V1:초기 속력, V2:온도변화 후 속력, t1:초기 온도, t2:나중 온도)(V: speed, f: frequency, λ: wavelength, V1: initial speed, V2: speed after temperature change, t1: initial temperature, t2:

인체의 경우, 교류자기장이 가해지지 않을 때의 초기 온도 t1은 36.5℃, 또는 환자 개개인으로부터 직접 측정한 온도로 설정될 수 있다. 나중 온도 t2는 교류자기장을 가할 때 상승한 생체(10) 내부의 온도이다.In the case of the human body, the initial temperature t1 when the alternating magnetic field is not applied can be set to 36.5 DEG C or the temperature measured directly from the individual patient. The latter temperature t2 is the temperature inside the living body 10 which is raised when the alternating magnetic field is applied.

일반적으로, 피부 표면 근처의 조직을 관찰하기 위해서는 약 7.5MHz, 깊은 조직의 경우에는 3.5MHz에서 5MHz의 음파가 사용된다. 한편, 음파의 흡수율은 진동수에 역비례하므로, 진동수가 커질수록 음파는 인체의 내부로 진행하기 어렵게 된다. 따라서 음파 발생부(121)에서 발생하는 음파가 음파 수신부(122)에 원활하게 도달할 수 있도록 음파 발생부(121)에서 발생하는 음파의 진동수가 적절하게 조절될 필요가 있다. 이러한 음파 발생부(121)의 동작은 제어부(130)에 의해 제어될 수 있다.Generally, a sound wave of 5 MHz is used at about 7.5 MHz to observe the tissue near the skin surface and at 3.5 MHz for deep tissue. On the other hand, since the absorption rate of sound waves is inversely proportional to the number of vibrations, the sound waves are less likely to advance into the human body as the frequency increases. Therefore, the frequency of the sound wave generated by the sound wave generator 121 needs to be appropriately adjusted so that the sound wave generated by the sound wave generator 121 can smoothly reach the sound wave receiver 122. The operation of the sound wave generating unit 121 may be controlled by the controller 130. [

온도 검출부(120)의 음파 발생부(121)는 하나 이상의 음파를 발생할 수 있는 적절한 개수로 구비될 수 있다. 또한 음파 수신부(122) 역시 하나 또는 복수의 음파 발생부(121)에서 발생하는 음파를 원활하게 수신할 수 있도록 적절한 개수로 구비될 수 있다.The sound wave generating unit 121 of the temperature detecting unit 120 may be provided in an appropriate number to generate one or more sound waves. In addition, the sound wave receiving unit 122 may be provided in an appropriate number so as to smoothly receive sound waves generated by one or a plurality of sound wave generating units 121.

제어부(130)는 온도 검출부(120)로부터 검출 신호를 수신하여 생체(10) 내부의 온도가 기 설정된 온도 범위를 유지하도록 교류자기장 발생부(110)를 제어한다. 생체(10) 내부에 자성입자를 투입하고 교류자기장 발생부(110)로 교류자기장을 가하여 온열치료를 수행하는 과정에서 온도가 과하게 상승하게 되면, 사멸 대상이 되는 표적 세포 이외에 정상 세포까지 사멸시킬 수 있다. 제어부(130)는 온도 검출부가 측정하는 생체(10) 내부의 온도를 실시간으로 수신하고, 이에 따라 교류자기장 발생부(110)의 전원이나 교류주파수 등을 조절함으로써 생체(10) 내부에서 발생하는 열을 적절한 온도 범위로 제한할 수 있다. 따라서 정상 세포가 받는 영향을 최소화하면서 암세포 등 표적 세포만 선택적으로 사멸시키는 것이 가능하다.The control unit 130 receives the detection signal from the temperature detection unit 120 and controls the AC magnetic field generation unit 110 to maintain the temperature inside the living body 10 within a predetermined temperature range. When magnetic particles are injected into the living body 10 and an alternating magnetic field is applied to the alternating magnetic field generating unit 110 to perform hyperthermia treatment, if the temperature rises excessively, normal cells other than the target cells to be killed can be killed have. The control unit 130 receives the temperature of the living body 10 measured by the temperature detecting unit in real time and adjusts the power source and AC frequency of the AC magnetic field generating unit 110, To an appropriate temperature range. Therefore, it is possible to selectively kill only target cells such as cancer cells while minimizing the influence of normal cells.

또한 제어부(130)는 음파 수신부(122)의 수신 신호 강도에 따라 음파 발생부(121)를 제어할 수 있다. 즉, 제어부(130)는 음파 발생부(121)에서 발생하는 음파가 음파 수신부(122)에 원활하게 도달하지 못하는 경우, 생체(10)를 원활하게 통과할 수 있는 적절한 진동수의 음파가 발생되도록 음파 발생부(121)를 제어할 수 있다.The control unit 130 may control the sound wave generating unit 121 according to the received signal strength of the sound wave receiving unit 122. That is, when the sound wave generated by the sound wave generating unit 121 can not smoothly reach the sound wave receiving unit 122, the control unit 130 controls the sound wave generating unit 121 to generate a sound wave having a proper frequency, The generation unit 121 can be controlled.

도 2에 나타낸 것과 같이, 제어부(130)와 온도 검출부(120)의 증폭기(123) 및 판독부(124)는 하나의 제어모듈(140)에 설치될 수 있다.The control unit 130 and the amplifier 123 and the read unit 124 of the temperature detection unit 120 may be installed in one control module 140 as shown in FIG.

이하에서는, 상술한 것과 같은 본 발명의 일실시예에 따른 의료용 교류자기장 발생장치의 제어방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a method of controlling the medical alternating magnetic-field generating device according to the embodiment of the present invention as described above will be described.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 의료용 교류자기장 발생장치의 제어방법은 온도 검출부(120)를 통해 초기 음파 속력을 측정하는 단계(S10)와, 교류자기장 발생부(110)를 작동시켜 생체(10)에 교류자기장을 가하면서 생체(10)를 통과하는 음파의 속력을 측정하는 단계(S20)와, 생체(10) 내부의 온도를 계산하는 단계(S30)와, 생체(10) 내부의 온도에 따라 교류자기장 발생부(110)를 제어하는 단계(S40)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the method for controlling a medical AC magnetic field generator according to an embodiment of the present invention includes a step S10 of measuring an initial sound wave speed through a temperature detector 120, an AC magnetic field generator 110 (S20) of measuring the speed of a sound wave passing through the living body (10) while applying an alternating magnetic field to the living body (10), calculating a temperature inside the living body (10) (S40) of controlling the alternating magnetic field generating unit 110 according to the temperature inside the magnetic field generating unit 110. [

먼저, 초기 음파 속력을 측정하는 단계(S10)에서, 교류자기장 발생부(110)를 작동시키지 않은 상태에서 온도 검출부(120)의 음파 발생부(121)를 작동시켜 생체(10)에 음파를 침투시키고 음파 수신부(122)를 통해 생체(10)를 통과한 음파를 수신하여 생체(10)를 통과하는 음파의 속력을 측정한다. 이때, 측정된 음파의 속력은 교류자기장을 가하기 전 생체(10) 내부를 통과하는 음파의 초기 속력(V1)이 된다. 이 단계에서, 제어부(130)는 음파 발생부(121)에서 발생하여 생체(10)를 통과하는 음파가 음파 수신부(122)에 원활하게 도달하지 못하면, 음파 발생부(121)를 제어하여 음파 발생부(121)에서 발생하는 음파를 생체(10)를 원활하게 통과할 수 있는 적절한 진동수로 변화시킬 수 있다.First, in the step S10 of measuring the initial sound wave speed, the sound wave generating unit 121 of the temperature detecting unit 120 is operated in a state in which the AC magnetic field generating unit 110 is not operated to infiltrate sound waves into the living body 10 And receives the sound wave passed through the living body 10 through the sound wave receiving unit 122 to measure the speed of the sound wave passing through the living body 10. [ At this time, the measured speed of the sound wave becomes the initial velocity V1 of the sound wave passing through the inside of the living body 10 before applying the alternating magnetic field. The control unit 130 controls the sound wave generating unit 121 to generate a sound wave when the sound wave generated by the sound wave generating unit 121 and passing through the living body 10 does not reach the sound wave receiving unit 122 smoothly, The sound waves generated by the unit 121 can be changed to an appropriate frequency capable of smoothly passing through the living body 10. [

다음으로, 교류자기장 발생부(110)의 작동 중 생체(10)를 통과하는 음파의 속력을 측정하는 단계(S20)에서, 교류자기장 발생부(110)를 작동시켜 생체(10)에 교류자기장을 가하면서 온도 검출부(120)로 생체(10)를 통과하는 음파의 속력을 측정한다. 이때, 측정된 음파의 속력은 교류자기장을 가함에 따라 온도가 상승한 생체(10)를 통과하는 음파의 속력(V2)이 된다.Next, in step S20 of measuring the speed of a sound wave passing through the living body 10 during operation of the AC magnetic field generating unit 110, the AC magnetic field generating unit 110 is operated to apply an alternating magnetic field to the living body 10 The temperature detector 120 measures the speed of the sound waves passing through the living body 10. At this time, the speed of the measured sound wave becomes the speed (V2) of the sound wave passing through the living body 10 whose temperature rises as the alternating magnetic field is applied.

다음으로, 생체(10) 내부의 온도를 계산하는 단계(S30)에서 앞선 단계에서 측정한 교류자기장 인가 전 생체(10) 내부를 통과하는 음파의 초기 속력(V1)과, 교류자기장 인가 중에 생체(10)를 통과하는 음파의 속력(V2)을 이용하여 교류자기장 인가에 따른 생체(10) 내부의 온도 변화를 계산한다. 이때, 온도 검출부(120)의 판독부(124)가 아래의 수학식을 이용하여 생체(10) 내부의 온도를 계산할 수 있다.Next, in step S30 of calculating the temperature inside the living body 10, the initial velocity V1 of the sound wave passing through the inside of the living body 10 before the application of the alternating magnetic field measured in the previous step and the initial velocity V1 of the sound wave passing through the living body 10 10 using the speed V2 of a sound wave passing through the living body 10 in accordance with the application of the alternating magnetic field. At this time, the reading unit 124 of the temperature detecting unit 120 can calculate the temperature inside the living body 10 using the following equation.

Figure 112017089114937-pat00010
Figure 112017089114937-pat00010

여기에서, Δt는 생체(10) 내부의 온도 변화이고, V1은 교류자기장 인가 전 생체(10) 내부를 통과하는 음파의 초기 속력이고, V2는 교류자기장 인가 중 생체(10) 내부를 통과하는 음파의 속력이다. Δt는 교류자기장 인가 시 상승한 생체(10)의 나중 온도 t2에서 교류자기장 인가 전 생체(10)의 초기 온도 t1을 뺀 값으로, 인체의 경우, 초기 온도 t1은 36.5℃, 또는 환자 개개인으로부터 직접 측정한 온도로 설정될 수 있다. 따라서 Δt를 계산하면 교류자기장 인가 중 생체(10)의 나중 온도 t2를 구할 수 있다.V1 is an initial velocity of a sound wave passing through the inside of the living body 10 before application of the AC magnetic field and V2 is an initial velocity of sound waves passing through the inside of the living body 10 during AC magnetic field application Speed. Δt is a value obtained by subtracting the initial temperature t1 of the living body 10 before the AC magnetic field application from the later temperature t2 of the living body 10 which has risen at the time of application of the AC magnetic field and the initial temperature t1 is 36.5 ° C. in the case of the human body, It can be set to one temperature. Therefore, by calculating DELTA t, the later temperature t2 of the living body 10 during the application of the alternating magnetic field can be obtained.

다음으로, 교류자기장 발생부(110)를 제어하는 단계(S40)에서 앞선 단계에서 계산한 생체(10) 내부의 온도에 따라 교류자기장 발생부(110)를 제어한다. 이 단계에서 제어부(130)가 판독부(124)로부터 신호를 수신하여 교류자기장 발생부(110)의 전원이나 교류주파수 등을 조절함으로써 생체(10) 내부의 온도를 기 설정된 온도 범위로 유지시킬 수 있다.Next, in step S40 of controlling the alternating magnetic field generating unit 110, the alternating magnetic field generating unit 110 is controlled according to the temperature inside the living body 10 calculated in the preceding step. At this stage, the control unit 130 receives a signal from the reading unit 124 and adjusts the power source and AC frequency of the AC magnetic field generator 110 to maintain the temperature inside the living body 10 at a predetermined temperature range have.

종래에는 온열치료 시, 교류자기장을 생체에 가하여 생체 내부로 투입된 자성입자를 발열시키는 중에 생체 내부의 온도를 실시간으로 측정할 수 있는 적절한 수단이 없어서 생체 내부에서의 과도한 온도 상승으로 표적 세포뿐만 아니라 정상 세포까지도 사멸시켜 생체에 위해를 가할 위험이 높았다. 반면, 본 발명은 생체에 교류자기장 인가 시 생체에 음파를 침투시켜 음파가 생체를 통과하는 속력을 측정하고, 음파가 매질의 온도에 따라 속력이 변하는 원리를 이용하여 생체의 온도를 간접적으로 측정할 수 있다. 그리고 측정된 생체 내부의 온도에 따라 교류자기장 발생부(110)를 제어하여 생체(10) 내부의 온도를 기 설정된 범위로 제한함으로써 표적 세포 이외의 정상 세포가 사멸되는 위험을 줄일 수 있다.Conventionally, in the case of hyperthermia treatment, there is no suitable means for measuring the temperature inside the living body during the heating of the magnetic particles put into the living body by applying an alternating magnetic field to the living body, There was a high risk of harming the living body by killing the cells. On the other hand, the present invention measures the speed at which a sound wave passes through a living body by infiltrating a sound wave into a living body when an alternating magnetic field is applied to the living body, and indirectly measures the living body temperature using the principle that the sound wave varies in speed depending on the temperature of the medium . By controlling the alternating magnetic field generating unit 110 according to the temperature inside the living body, the temperature inside the living body 10 is limited to a predetermined range, thereby reducing the risk of the death of normal cells other than the target cells.

이상 본 발명에 대해 바람직한 예를 들어 설명하였으나 본 발명의 범위가 앞에서 설명되고 도시되는 형태로 한정되는 것은 아니다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the scope of the present invention is not limited to those described and illustrated above.

예를 들어, 도면에는 온도 검출부(120)가 음파 발생부(121)와, 음파 수신부(122)와, 증폭기(123) 및 판독부(124)를 포함하는 것으로 나타냈으나, 생체(10) 내부의 온도를 측정하기 위한 온도 검출부의 구체적인 구성은 다양하게 변경될 수 있다.For example, although the figure shows that the temperature detecting unit 120 includes the sound wave generating unit 121, the sound wave receiving unit 122, the amplifier 123 and the reading unit 124, The specific configuration of the temperature detection unit for measuring the temperature of the temperature sensor may be variously changed.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Those skilled in the art will appreciate that numerous modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the appended claims.

100 : 의료용 교류자기장 발생장치 110 : 교류자기장 발생부
120 : 온도 검출부 121 : 음파 발생부
122 : 음파 수신부 123 : 증폭기
124 : 판독부 130 : 제어부
140 : 제어모듈100: medical AC magnetic field generating device 110: AC magnetic field generating part
120: Temperature detecting unit 121: Sound wave generating unit
122: sound wave receiver 123: amplifier
124: Reading section 130:
140: Control module

Claims (8)

생체 내부에 투입된 자성입자에 교류자기장을 가하기 위한 교류자기장 발생부; 상기 생체 내부의 온도를 검출하기 위한 온도 검출부; 및 상기 온도 검출부로부터 검출 신호를 수신하여 상기 생체 내부의 온도가 기 설정된 온도 범위를 유지하도록 상기 교류자기장 발생부를 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 온도 검출부는, 음파를 발생시켜 상기 생체 내부로 침투시킬 수 있는 음파 발생부와, 상기 음파 발생부에서 발생하여 상기 생체 내부를 통과하는 음파를 수신하기 위한 음파 수신부와, 상기 음파 발생부에서 발생하여 상기 음파 수신부에 수신되는 음파가 상기 생체 내부를 통과하는 속력을 이용하여 상기 생체 내부의 온도를 계산하는 판독부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 음파 수신부의 수신 신호 강도에 따라 상기 음파 발생부를 제어하여 상기 음파 발생부에서 발생하는 음파의 진동수를 변화시키는 것을 특징으로 하는 의료용 교류자기장 발생장치.
An alternating magnetic field generating unit for applying an alternating magnetic field to the magnetic particles injected into the living body; A temperature detector for detecting a temperature inside the living body; And a controller for receiving the detection signal from the temperature detector and controlling the AC magnetic field generator to maintain the temperature inside the living body within a predetermined temperature range,
The temperature detecting unit includes a sound wave generating unit capable of generating a sound wave to infiltrate into the living body, a sound wave receiving unit for receiving the sound wave generated in the sound wave generating unit and passing through the living body, And a reading unit for calculating a temperature inside the living body by using the speed at which the sound wave received by the sound wave receiving unit passes through the living body,
Wherein the control unit controls the sound wave generating unit according to a received signal strength of the sound wave receiving unit to change a frequency of a sound wave generated in the sound wave generating unit.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 판독부는 아래의 수학식을 이용하여 상기 생체 내부에 대한 온도를 계산하는 것을 특징으로 하는 의료용 교류자기장 발생장치.
Figure 112019054429288-pat00011

(Δt: 생체 내부의 온도 변화, V1: 교류자기장 인가 전 생체 내부를 통과하는 음파의 초기 속력, V2: 교류자기장 인가 중 생체 내부를 통과하는 음파의 속력)
The method according to claim 1,
Wherein the reading unit calculates the temperature inside the living body using the following equation: < EMI ID = 1.0 >
Figure 112019054429288-pat00011

(Δt: temperature change in the living body, V1: initial velocity of the sound wave passing through the inside of the living body before application of the AC magnetic field, and V2: speed of the sound wave passing through the living body during AC magnetic field application)
제 1 항에 있어서,
상기 온도 검출부는 상기 음파 수신부의 신호를 증폭하여 상기 판독부로 전송하는 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 교류자기장 발생장치.
The method according to claim 1,
Wherein the temperature detector further comprises an amplifier for amplifying the signal of the sound wave receiver and transmitting the amplified signal to the reader.
삭제delete 생체 내부에 투입된 자성입자에 교류자기장을 가하기 위한 교류자기장 발생부를 포함하는 의료용 교류자기장 발생장치의 제어방법에 있어서,
(a) 음파를 발생시키는 음파 발생부와 음파를 수신하기 위한 음파 수신부를 이용하여 상기 생체 내부에서 교류자기장 인가 전 음파의 초기 속력을 측정하는 단계;
(b) 상기 교류자기장 발생부를 작동시켜 상기 생체 내부에 교류자기장을 인가하면서 상기 음파 발생부와 상기 음파 수신부를 이용하여 교류자기장이 인가되는 생체 내부에서 음파의 속력을 측정하는 단계;
(c) 상기 (a) 단계에서 측정한 음파의 초기 속력과 상기 (b) 단계에서 측정한 음파의 속력을 이용하여 상기 생체 내부의 온도를 계산하는 단계; 및
(d) 상기 생체 내부의 온도를 기 설정된 온도 범위로 유지시키도록 상기 (c) 단계에서 계산한 상기 생체 내부의 온도에 따라 상기 교류자기장 발생부를 제어하여 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 교류자기장 발생장치의 제어방법.
A method for controlling a medical alternating magnetic field generating apparatus including an alternating magnetic field generating unit for applying an alternating magnetic field to magnetic particles charged into a living body,
(a) measuring an initial velocity of a sound wave before applying an alternating magnetic field in the living body using a sound wave generating unit for generating a sound wave and a sound wave receiving unit for receiving a sound wave;
(b) measuring the speed of a sound wave in the living body to which the alternating magnetic field is applied by applying the alternating magnetic field to the living body by operating the alternating magnetic field generating unit and using the sound wave generating unit and the sound wave receiving unit;
(c) calculating a temperature inside the living body using the initial speed of the sound wave measured in the step (a) and the speed of the sound wave measured in the step (b); And
(d) controlling the AC magnetic field generating unit in accordance with the temperature inside the living body calculated in the step (c) so as to maintain the temperature inside the living body within a predetermined temperature range. A method of controlling a magnetic field generator.
제 6 항에 있어서,
상기 (c) 단계에서, 아래의 수학식을 이용하여 상기 생체 내부에 대한 온도를 계산하는 것을 특징으로 하는 의료용 교류자기장 발생장치의 제어방법.
Figure 112017089114937-pat00012

(Δt: 생체 내부의 온도 변화, V1: 교류자기장 인가 전 생체 내부를 통과하는 음파의 초기 속력, V2: 교류자기장 인가 중 생체 내부를 통과하는 음파의 속력)
The method according to claim 6,
Wherein, in the step (c), the temperature for the inside of the living body is calculated using the following equation.
Figure 112017089114937-pat00012

(Δt: temperature change in the living body, V1: initial velocity of the sound wave passing through the inside of the living body before application of the AC magnetic field, and V2: speed of the sound wave passing through the living body during AC magnetic field application)
제 6 항에 있어서,
상기 (a) 단계 및 상기 (b) 단계에서, 상기 음파 수신부의 수신 신호 강도에 따라 상기 음파 발생부를 제어하여 상기 음파 발생부에서 발생하는 음파의 진동수를 변화시키는 것을 특징으로 하는 의료용 교류자기장 발생장치의 제어방법.The method according to claim 6,
The medical AC magnetic field generator according to claim 1, wherein in the steps (a) and (b), the frequency of the sound wave generated by the sound wave generator is changed by controlling the sound wave generator according to a received signal strength of the sound wave receiver / RTI >
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