KR102004040B1 - Terahertz probe waveguide for cancer surgery - Google Patents
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Abstract
암 수술용 테라헤르츠 프로브 도파로가 제시된다. 일 실시예에 따른 테라헤르츠 프로브 도파로는, 내부 공간부가 형성되는 튜브; 상기 튜브의 내부 공간부에 수용되며, 상기 튜브와 소정간격 이격되어 축 방향으로 배치되는 코어부; 및 상기 코어부의 후측에 구성되며, 기판 상에 THz파 송신기(Transmitter; Tx) 및 수신기(Receiver; Rx)가 형성되어 THz파를 전송하고 검출하는 트랜시버 칩을 포함하고, 상기 코어부의 전단은, 상기 튜브의 전단의 외측으로 안내되며 상기 트랜시버 칩으로부터 전송된 THz파가 전달될 수 있다. A terahertz probe waveguide for cancer surgery is presented. In one embodiment, a terahertz probe waveguide includes: a tube in which an inner space is formed; A core part accommodated in the inner space of the tube and spaced apart from the tube by a predetermined distance; And a transceiver chip configured at a rear side of the core part, and having a THz wave transmitter (Tx) and a receiver (Rx) formed on a substrate to transmit and detect the THz wave. THz waves guided out of the front end of the tube and transmitted from the transceiver chip may be delivered.
Description
아래의 실시예들은 테라헤르츠 프로브 도파로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 테라헤르츠(THz)파 송신기(Tx) 및 수신기(Rx)와 도파로(waveguide, WG)를 집적한 고감도 프로브(Probe) 모듈을 제공하는 암 수술용 테라헤르츠 프로브 도파로에 관한 것이다. The following embodiments relate to a terahertz probe waveguide, and more particularly, to provide a high sensitivity probe module integrating a terahertz (THz) wave transmitter (Tx) and a receiver (Rx) and a waveguide (WG). It relates to a terahertz probe waveguide for cancer surgery.
테라헤르츠(Terahertz, THz) 전자기파( ~ 0.3 mm)는 마이크로파(microwave, f < ~ 100 GHz / > ~ 1 mm)와 적외선(infrared, f > ~ 10 THz / < ~ 10 ) 사이에 위치한 미개척 스펙트럼 영역으로, 테라헤르츠 갭(THz Gap)로 불린다. 테라헤르츠(THz)파 대역은 마이크로파와 광파 대역의 중간에 위치하고 있어 빛의 직진성과 전자기파의 투과성을 모두 가지고 있으며, 마이크로파나 광파가 투과할 수 없는 물질을 쉽게 투과하고 수분에 잘 흡수되는 특성을 가지고 있다. 이에 테라헤르츠(THz)파는 의학, 의공학, 생화학, 식품공학, 공해감시 및 보안검색 등 다양한 산업에 적용되고 있으며, 그 중요성도 증대되고 있다. Terahertz (THz) electromagnetic waves ( ~ 0.3 mm) is microwave (f <~ 100 GHz / > To 1 mm) and infrared (f> to 10 THz / <To 10 The unexplored spectral region located between), called the terahertz gap (THz Gap). The terahertz (THz) wave band is located in the middle of the microwave and light wave bands, so it has both the linearity of the light and the permeability of electromagnetic waves. The terahertz (THz) wave band is easily absorbed by water and easily absorbed by moisture. have. The THz wave is being applied to various industries such as medicine, medical engineering, biochemistry, food engineering, pollution monitoring and security screening, and its importance is also increasing.
이에 따라 정보기술, 생명기술, 환경기술, 우주기술 및 군사기술 등 다양한 응용기술에 적용하기 위하여 테라헤르츠(THz)파 도파관, 필터, 공진기 등과 같은 수동소자가 개발될 수 있다. 테라헤르츠(THz)파 소자는 전자공학(electronics)과 광학(optics)이 만나는 새로운 과학기술인 테라헤르츠 포토닉스(THz photonics) 영역으로 최근 그 응용이 본격화되고 있는데, 특히 저에너지(~ 4 meV)-비침습적으로 인체에 무해하여 차세대 바이오-의료(bio-medical) 산업의 핵심 원천기술로서 신개념의 분석 및 진단기기에 그 응용이 급속도로 확산되고 있다.Accordingly, passive devices such as terahertz waveguides, filters, resonators, and the like may be developed to apply to various application technologies such as information technology, biotechnology, environmental technology, space technology, and military technology. Terahertz (THz) wave devices are a field of THz photonics, a new technology where electronics and optics meet. In recent years, their application is in full swing, especially low energy (~ 4 meV)-non-invasive. It is harmless to human body, and its application is rapidly spreading to new concept analysis and diagnostic device as a core source technology of next-generation bio-medical industry.
한국공개특허 10-2016-0008709호는 이러한 테라헤르츠 대역에서 동작하는 무전압 트랜스시버에 관한 것으로, 단일 기판 상에 THz파 송신기(Transmitter, Tx) 및 수신기(Receiver, Rx)를 형성함으로써 단일칩 내에서 THz파를 전송하고 검출할 수 있는 THz 대역에서 동작하는 무전압 트랜스시버에 관한 기술을 기재하고 있다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2016-0008709 relates to a voltage-free transceiver operating in such a terahertz band, by forming a THz wave transmitter (Transmitter, Tx) and receiver (Receiver, Rx) on a single substrate in a single chip. A technique is described for a voltageless transceiver operating in the THz band capable of transmitting and detecting THz waves.
실시예들은 테라헤르츠 프로브 도파로에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 테라헤르츠(THz)파 송신기(Tx) 및 수신기(Rx)와 도파로(waveguide, WG)를 집적한 고감도 프로브(Probe) 모듈에 관한 기술을 제공한다. Embodiments describe a terahertz probe waveguide, and more specifically, a technique related to a terahertz (THz) wave transmitter (Tx) and a receiver (Rx) and a waveguide (WG) integrated high sensitivity probe module. to provide.
실시예들은 테라헤르츠(THz) 프로브(probe)-도파로(WG) 집적화 모듈을 제공함으로써, 테라헤르츠(THz)파를 통한 뇌교종(glioma)을 포함하는 암검출을 위한 테라헤르츠 프로브 도파로를 제공하는데 있다. Embodiments provide a terahertz (THz) probe-waveguide (WG) integration module to provide a terahertz probe waveguide for cancer detection, including glioma via terahertz (THz) waves. have.
일 실시예에 따른 테라헤르츠 프로브 도파로는, 내부 공간부가 형성되는 튜브; 상기 튜브의 내부 공간부에 수용되며, 상기 튜브와 소정간격 이격되어 축 방향으로 배치되는 코어부; 및 상기 코어부의 후측에 구성되며, 기판 상에 THz파 송신기(Transmitter, Tx) 및 수신기(Receiver, Rx)가 형성되어 THz파를 전송하고 검출하는 트랜시버 칩을 포함하고, 상기 코어부의 전단은, 상기 튜브의 전단의 외측으로 안내되며 상기 트랜시버 칩으로부터 전송된 상기 THz파가 전달될 수 있다. In one embodiment, a terahertz probe waveguide includes: a tube in which an inner space is formed; A core part accommodated in the inner space of the tube and spaced apart from the tube by a predetermined distance; And a transceiver chip configured at a rear side of the core part, and having a THz wave transmitter (Transmitter, Tx) and a receiver (Receiver, Rx) formed on a substrate to transmit and detect the THz wave. The THz wave guided out of the front end of the tube and transmitted from the transceiver chip can be delivered.
절연물질의 판 형상으로 이루어지며 내부에 홀(hole)이 형성되어 상기 코어부가 수용되는 절연판을 더 포함하고, 상기 절연판은 상기 튜브의 내측에 적어도 하나 이상 구성되어 상기 튜브의 내부 공간부에 상기 코어부를 고정시킬 수 있다. It further comprises an insulating plate made of a plate shape of an insulating material and a hole is formed therein to accommodate the core portion, wherein the insulating plate is composed of at least one inside the tube to the inner space of the tube We can fix wealth.
상기 절연판은, 테프론(Teflon), 실리콘(silicon), 및 수정(quartz) 소재 중 적어도 어느 하나의 판으로 이루어질 수 있다. The insulating plate may be formed of at least one of Teflon, silicon, and quartz materials.
상기 튜브는, 금속 소재로 이루어지고, 상기 튜브 및 상기 코어부는 금속 소재의 상기 튜브의 내에 상기 코어부가 축 방향으로 배치되는 동축(coaxial) 케이블 형태로 이루어지거나, 상기 튜브는 중심 도체가 없는 원통 형태로 이루어져 상기 코어부의 THz파 전송 손실을 줄일 수 있다. The tube is made of a metallic material, and the tube and the core portion are made of a coaxial cable form in which the core portion is disposed axially in the tube of the metallic material, or the tube is a cylindrical shape having no center conductor. The THz wave transmission loss of the core portion can be reduced.
상기 튜브는, 원통 형상으로 이루어지되, 전단부는 THz파 전송 효율을 높이기 위해 직경이 점차 작아질 수 있다. The tube is made of a cylindrical shape, the front end portion may be gradually reduced in diameter to increase the THz wave transmission efficiency.
상기 튜브의 전단에 구성되며 상기 코어부의 전단 측과 암 종양의 접촉을 위해 절연소재로 이루어지는 캡을 더 포함하여 이루어질 수 있다. It may be made of a front end of the tube further comprises a cap made of an insulating material for contacting the front end of the core portion and the cancer tumor.
상기 캡에 삽입되는 니들 팁(needle tip)을 더 포함하여 이루어질 수 있다. It may further comprise a needle tip (needle tip) inserted into the cap.
상기 니들 팁(needle tip)은, 상기 캡을 통해 상기 코어부의 전단과 연결 또는 분리 가능하여 교체될 수 있다. The needle tip may be replaced by being detachable from or connected to the front end of the core through the cap.
상기 트랜시버 칩은, 단일 기판 상에 THz파 송신기(Tx) 및 수신기(Rx)가 형성되고, 단일칩 내에서 THz파를 전송하고 검출할 수 있다. In the transceiver chip, a THz wave transmitter (Tx) and a receiver (Rx) are formed on a single substrate, and the THz wave can be transmitted and detected within a single chip.
다른 실시예에 따른 테라헤르츠 프로브 도파로를 포함하는 암 검출 장치는, 파지 가능한 케이스; 상기 케이스의 적어도 일부에 수용되며, 내부 공간부가 형성되는 튜브; 상기 튜브의 내부 공간부에 수용되며, 상기 튜브와 소정간격 이격되어 축 방향으로 배치되는 코어부; 및 상기 코어부의 후측에 구성되며, 기판 상에 THz파 송신기(Transmitter, Tx) 및 수신기(Receiver, Rx)가 형성되어 THz파를 전송하고 검출하는 트랜시버 칩을 포함하고, 상기 케이스는, 내부가 관통된 형상으로 이루어져, 뇌교종을 포함하는 암 검출을 위해 광섬유로 유도된 레이저 빔을 상기 트랜시버 칩의 후면으로 입사시키며, 상기 코어부의 전단은, 상기 튜브의 전단의 외측으로 안내되며 상기 트랜시버 칩으로부터 전송된 상기 THz파가 전달되어 뇌교종을 포함하는 암 검출이 가능하다. According to another embodiment of the present invention, a cancer detection apparatus including a terahertz probe waveguide includes: a grippable case; A tube accommodated in at least a portion of the case and having an inner space formed therein; A core part accommodated in the inner space of the tube and spaced apart from the tube by a predetermined distance; And a transceiver chip configured at a rear side of the core part and having a THz wave transmitter (Transmitter, Tx) and a receiver (Receiver, Rx) formed on a substrate to transmit and detect the THz wave. And a laser beam guided by an optical fiber to the rear surface of the transceiver chip for cancer detection including glioma, the front end of the core portion is guided out of the front end of the tube and transmitted from the transceiver chip. The THz wave may be delivered to detect a cancer including glioma.
상기 케이스는, 끝단에 LED 모듈이 형성되어 뇌교종을 포함하는 암 검출 유무를 빛을 통해 알릴 수 있다. In the case, an LED module is formed at an end thereof to inform whether cancer is detected, including glioma, through light.
절연물질의 판 형상으로 이루어지며 내부에 홀(hole)이 형성되어 상기 코어부가 수용되는 절연판을 더 포함하고, 상기 절연판은, 상기 튜브의 내측에 적어도 하나 이상 구성되어 상기 튜브의 내부 공간부에 상기 코어부를 고정시킬 수 있다. It further comprises an insulating plate made of a plate shape of an insulating material and a hole is formed therein to accommodate the core portion, wherein the insulating plate is formed at least one inside the tube to the inner space portion of the tube The core portion can be fixed.
상기 튜브는, 금속 소재의 원통 형상으로 이루어지되, 전단부는 THz파 전송 효율을 높이기 위해 직경이 점차 작아지고, 상기 튜브 및 상기 코어부는 금속 소재의 상기 튜브의 내에 상기 코어부가 축 방향으로 배치되는 동축(coaxial) 케이블 형태로 이루어져, THz파 전송 손실을 줄일 수 있다. The tube is made of a cylindrical shape of a metal material, the front end portion is gradually reduced in diameter to increase the THz wave transmission efficiency, the tube and the core portion is coaxially arranged in the axial direction of the core portion of the tube of the metal material In the form of a (coaxial) cable, THz wave transmission loss can be reduced.
상기 튜브의 전단에 구성되며 상기 코어부의 전단 측 THz파 손실을 방지하기 위해 절연소재로 이루어지는 캡; 및 상기 캡을 관통하여 구성되며 상기 코어부의 전단과 연결되는 니들 팁(needle tip)을 더 포함하여 이루어질 수 있다. A cap formed at the front end of the tube and made of an insulating material to prevent THz wave loss at the front end of the core part; And a needle tip configured to penetrate through the cap and connected to the front end of the core part.
상기 니들 팁(needle tip)은, 수술시 신체와 접촉되며, 상기 캡을 통해 상기 코어부의 전단과 연결 또는 분리되어 교체 가능하다. The needle tip is in contact with the body during surgery, and is connected to or separated from the front end of the core through the cap and is replaceable.
또 다른 실시예에 따른 테라헤르츠 프로브 도파로는 내부 공간부가 형성되는 튜브; 및 상기 튜브의 후측에 구성되며, 기판 상에 THz파 송신기(Transmitter; Tx) 및 수신기(Receiver; Rx)가 형성되어 THz파를 전송하고 검출하는 트랜시버 칩을 포함하고, 상기 튜브는, 원통 형상으로 이루어지되, 전단부는 THz파 전송 효율을 높이기 위해 직경이 점차 작아지며, 상기 트랜시버 칩으로부터 전송된 THz파가 상기 튜브의 내부 공간부를 통해 전단부로 전달될 수 있다. According to another embodiment, a terahertz probe waveguide includes: a tube in which an inner space is formed; And a transceiver chip configured at a rear side of the tube and having a THz wave transmitter (Tx) and a receiver (Rx) formed on a substrate to transmit and detect the THz wave, wherein the tube has a cylindrical shape. Although, the front end portion is gradually reduced in diameter to increase the THz wave transmission efficiency, THz wave transmitted from the transceiver chip may be transmitted to the front end portion through the inner space of the tube.
실시예들에 따르면 테라헤르츠(THz) 프로브(probe)-도파로(WG) 집적화 모듈을 제공함으로써, 테라헤르츠(THz)파를 통한 뇌교종(glioma)을 포함하는 암 검출을 위한 소형화, 고감도, 고해상도의 테라헤르츠 프로브 도파로를 제공할 수 있다. According to embodiments, by providing a terahertz (THz) probe-waveguide (WG) integration module, the miniaturization, high sensitivity, and high resolution for cancer detection including glioma via terahertz (THz) waves Can provide a terahertz probe waveguide.
또한, 실시예들에 따르면 테라헤르츠(THz) 프로브(probe)-도파로(WG) 집적화 모듈을 통해 THz 프로브가 접근 가능한 신체의 모든 부위에 대한 암 진단에 이용될 수 있을 뿐만 아니라, 반도체 공정 등에서 박막(thin film)의 두께 및 특성을 분석할 수 있다. In addition, according to the embodiments, the THz probe-waveguide (WG) integration module may not only be used for cancer diagnosis of all parts of the body accessible by the THz probe, but also may be used for thin films in semiconductor processes. (thin film) thickness and characteristics can be analyzed.
도 1은 일 실시예에 따른 테라헤르츠 프로브 도파로를 포함하는 암 검출 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 테라헤르츠 프로브 도파로를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 트랜시버 칩을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 테라헤르츠 프로브 도파로를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 트랜시버 칩에 직결된 도파로를 나타내는 도면이다. 1 is a schematic diagram illustrating a cancer detection apparatus including a terahertz probe waveguide according to an embodiment.
2 is a diagram schematically illustrating a terahertz probe waveguide according to an embodiment.
3 is a diagram illustrating a transceiver chip according to an exemplary embodiment.
4 is a diagram for describing a terahertz probe waveguide according to another embodiment.
5 is a diagram illustrating a waveguide directly connected to a transceiver chip, according to an exemplary embodiment.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
Hereinafter, exemplary embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. However, the described embodiments may be modified in many different forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. In addition, various embodiments are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. Shape and size of the elements in the drawings may be exaggerated for more clear description.
아래의 실시예들은 테라헤르츠(THz)파 송신기(Tx) 및 수신기(Rx)와 도파로(waveguide, WG)를 집적한 고감도 프로브(Probe) 모듈에 관한 기술에 관한 것으로, 테라헤르츠(THz)파를 통한 암 검출을 위한 테라헤르츠 프로브 도파로를 제공할 수 있다. 더욱이, 실시예들은 THz 프로브가 접근 가능한 신체의 모든 부위에 대한 암 진단에 이용될 수 있을 뿐만 아니라, 반도체 공정에서와 같이 박막(thin film)의 두께 및 특성을 분석할 수 있는 산업계에서도 활용 가능하다. The embodiments below relate to a technology of a high sensitivity probe module integrating a terahertz (THz) wave transmitter (Tx) and a receiver (Rx) and a waveguide (WG). A terahertz probe waveguide for cancer detection can be provided. Moreover, the embodiments can be used not only for the diagnosis of cancer in all parts of the body where the THz probe is accessible, but also in the industry for analyzing the thickness and properties of thin films, such as in semiconductor processes. .
특히, 기존 뇌교종 수술에서의 암 진단 시 진단할 수 없었던 결과를 제공할 수 있고, 외과 수술용 유도 프로브로 활용할 수 있다. 예를 들어 렌즈(Lens)형 커플(Couple) 초소형 고효율의 단일칩 트랜스시버([Tx/Rx]) 형식을 이용하여 외과 수술 가이딩 프로브로 활용되거나 외과 수술시 가시적으로 분별이 어려운 종양 등의 변병을 구분하고 경계 값을 제공하는 프로브로 활용될 수 있다. 또한, 실시간 생체검사(biopsy) 프로브로 활용될 수 있다. 예를 들어 도파로(WG)형 커플(Couple)초소형 고효율의 단일칩 트랜스시버([Tx/Rx])은 암 등의 병변의 실시간 생체검사(biopsy) 프로브로 활용되거나 전립선암이나 유방암, 폐암 등의 병변을 실시간으로 생체검사(biopsy)하여 기존 현미경(microscope)를 이용한 생체검사(biopsy)의 사용이 어려운 상황에서 이를 보완하는 실시간 생체검사(biopsy) 프로브로 활용될 수 있다. 더욱이, 유방암, 소화기암 등 형광물질을 이용하여 진단 및 생체검사(biopsy)하는 질환에 대해 무표지 진단하거나 췌장암, 전립선암 등 진단 및 생체검사(biopsy)이 어려운 질환에 대한 in-vivo 실시간 진단 등 다른 암 질환에도 적용 가능하다. In particular, it can provide a result that could not be diagnosed at the time of diagnosis of cancer in the existing glioma surgery, it can be used as a surgical guide probe. For example, the lens-type coupler is a small, highly efficient, single-chip transceiver ([Tx / Rx]) format that can be used as a surgical guiding probe or a disease such as a tumor that is difficult to discern visually during surgery. It can be used as a probe to distinguish and provide a boundary value. It can also be used as a real-time biopsy probe. For example, a waveguide (WG) -type ultra-high efficiency single chip transceiver ([Tx / Rx]) is used as a real-time biopsy probe for lesions such as cancer or lesions such as prostate cancer, breast cancer or lung cancer. Biopsy in real time (biopsy) can be used as a real-time biopsy probe (biopsy) to compensate for this situation is difficult to use biopsy (biopsy) using a conventional microscope (microscope). In addition, in-vivo real-time diagnosis of diseases that are difficult to diagnose and biopsy such as pancreatic cancer, prostate cancer, or no-diagnosis for diseases diagnosed and biopsy using fluorescent materials such as breast cancer and digestive cancer It is also applicable to other cancer diseases.
실시예들에 따르면 신개념 테라헤르츠 포토닉스(THz photonics)를 바이오, 의료산업에 접목한 차세대 THz 의료진단기기를 개발할 수 있다. THz 의료진단기기의 핵심부품은 THz 송신기-수신기(Tx-Rx)로, 송신기/수신기(Tx/Rx) 개별소자를 제작하고 이를 집적하여 초소형 고효율의 단일칩 트랜스시버(Couple-[Tx/Rx]) 핵심소자를 제공할 수 있다. 이를 위하여 MBE 성장기법을 이용하여 극초단 전하수명( < ps)을 가지는 THz 반도체 성장기술을 제공하고, 수신기(Rx)용 sub-ps 전하수명의 기판 제작 및 효율의 극대화를 위하여 낮은 온도에서 성장하는 저온성장(LTG) 기술과 다중양자우물(MQW) 구조를 활용할 수 있다.According to the embodiments, it is possible to develop a next-generation THz medical diagnostic apparatus incorporating a new concept of THz photonics into the bio and medical industries. A key component of the THz medical diagnostic equipment is the THz transmitter-receiver (Tx-Rx), which manufactures and integrates a transmitter / receiver (Tx / Rx) discrete device and integrates it into a compact, highly efficient single-chip transceiver (Couple- [Tx / Rx]). Core devices can be provided. For this purpose, ultra-short charge life (MBE growth technique) It provides THz semiconductor growth technology with <ps), low temperature growth (LTG) technology and multi quantum well (MQW) to grow at low temperature for maximizing efficiency and manufacturing of substrate for sub-ps charge life for receiver (Rx). The structure can be used.
THz 초소형 고효율의 단일칩 트랜스시버([Tx/Rx])와 도파로(WG)를 집적한 고감도 프로브(Probe) 모듈을 개발하여 뇌교종(glioma)을 포함하는 암 수술 의료진단기기의 제공을 위해, 1) 광섬유와 초소형 고효율의 단일칩 트랜스시버([Tx/Rx]) 및 도파로(WG)를 효율적으로 결합하고, 2) 다양한 종류의 초소형 고효율의 단일칩 트랜스시버([Tx/Rx])/THz 프로브-도파로(WG) 모듈 제공하고, 3) THz 암 수술용 의료장비의 성능을 최적화할 수 있다.
To provide THS ultra-high efficiency single chip transceiver ([Tx / Rx]) and high sensitivity probe module integrated with waveguide (WG) to provide medical diagnosis device for cancer surgery including glioma, 1 ) Efficiently combines optical fiber with ultra-high efficiency single chip transceiver ([Tx / Rx]) and waveguide (WG); (WG) modules, and 3) THz cancer surgical medical equipment can be optimized.
도 1은 일 실시예에 따른 테라헤르츠 프로브 도파로를 포함하는 암 검출 장치를 설명하기 위한 개략도이다. 1 is a schematic diagram illustrating a cancer detection apparatus including a terahertz probe waveguide according to an embodiment.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 테라헤르츠 프로브 도파로를 포함하는 암 검출 장치(110)는 케이스(111), 튜브(112), 코어부(113), 및 트랜시버 칩(114)을 포함하여 이루어질 수 있다. 실시예에 따라 테라헤르츠 프로브 도파로를 포함하는 암 검출 장치(110)는 절연판(115)을 더 포함하여 이루어질 수 있다. 더욱이 테라헤르츠 프로브 도파로를 포함하는 암 검출 장치(110)는 캡 및 캡을 관통하여 구성되는 니들 팁(needle tip)을 더 포함하여 이루어질 수 있다. Referring to FIG. 1, an
테라헤르츠 프로브 도파로를 포함하는 암 검출 장치(110)는 신호처리에 필요한 신호 발생기(120) 등의 각종 전자장비를 결합하여 암 수술 가이드용 및 생체검사(biopsy)용 의료기기로 사용될 수 있다. 예컨대, 신호 발생기(120)는 테라헤르츠 프로브 도파로를 포함하는 암 검출 장치(110)에 레이저 빔을 제공할 수 있으며, Lock-in Amplifier(121), All-fiber Ultrafast Laser(122) 및 Current Amplifier(123) 등을 포함할 수 있다. The
케이스(111)는 파지 가능하며, 내부에 튜브(112) 등을 수용하기 위한 공간이 형성될 수 있다. 예컨대 케이스(111)는 내부가 관통된 원통 형상으로 이루어져 튜브(112)의 적어도 일부를 수용할 수 있다. 여기에서 케이스(111)는 원통 형상뿐 아니라 내부에 튜브(112) 등을 수용하고 파지를 용이하게 하는 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 이때, 케이스(111) 후측의 내부 공간에는 광섬유가 구성되어 뇌교종을 포함하는 암 검출을 위해 광섬유로 유도된 레이저 빔을 트랜시버 칩(114)의 후면으로 입사시킬 수 있다. The
또한, 케이스(111)의 끝단에 LED 모듈(116)이 형성되어 뇌교종을 포함하는 암 검출 유무를 빛을 통해 알릴 수 있다. 즉, 암의 유무를 의료진에게 신속히 알리기 위해 케이스(111)의 끝단에 LED 모듈(116)을 부착하여 빛의 색 또는 깜빡임 등으로 암의 유무를 표시할 수 있다. In addition, the
튜브(112)는 케이스(111)의 적어도 일부에 수용될 수 있고, 내부 공간부가 형성되어 코어부(113)가 배치될 수 있다. 예컨대 튜브(112)의 중단부 및 후단부가 케이스(111)에 수용되고, 전단부는 외부로 돌출될 수 있다. The
이러한 튜브(112)는 금속 소재의 원통 형상으로 이루어질 수 있으며, 이때 튜브(112)의 전단부 및/또는 후단부는 THz파 전송 효율을 높이기 위해 중심부에서 전단부 및/또는 후단부로 갈수록 직경이 점차 작아지는 형상일 수 있다. The
코어부(113)는 튜브(112)의 내부 공간부에 수용되며, 튜브(112)와 소정간격 이격되어 축 방향으로 배치될 수 있다. 그리고 코어부(113)는 금속 소재로 이루어질 수 있다. 여기에서 튜브(112) 및 코어부(113)는 하나의 도파로를 형성할 수 있다. The
코어부(113)의 전단은 튜브(112)의 전단의 외측으로 안내되며 트랜시버 칩(114)으로부터 전송된 THz파가 전달되어 뇌교종을 포함하는 암 검출이 가능하다. The front end of the
이와 같이 튜브(112) 및 코어부(113)는 금속 소재의 튜브(112)의 내에 코어부(113)가 축 방향으로 배치되는 동축(coaxial) 케이블 형태로 이루어져, 도파로의 THz파 전송 손실을 줄일 수 있다. 또한, 튜브(112)는 중심 도체가 없는 원통 형태로 이루어질 수도 있다. 여기에서 중심 도체는 코어부(113)를 의미할 수 있으며, 즉, 튜브(112)는 코어부(113)가 없는 원통 형태로 이루어질 수 있다. As described above, the
트랜시버 칩(114)은 코어부(113)의 후측에 구성되며, 기판 상에 THz파 송신기(Transmitter, Tx) 및 수신기(Receiver, Rx)가 형성되어 THz파를 전송하고 검출할 수 있다. 이러한 트랜시버 칩(114)의 후측에는 광섬유가 구성됨으로써, 뇌교종을 포함하는 암 검출을 위해 광섬유로 유도된 레이저 빔을 입사시킬 수 있다.The
이러한 트랜시버 칩(114)은 단일 기판 상에 THz파 송신기(Tx) 및 수신기(Rx)가 형성되고, 단일칩 내에서 THz파를 전송하고 검출할 수 있다. The
한편, 레이저 빔을 입사시키는 광섬유는 별도로 구비되는 의료기기인 신호 발생기(120)로부터 제공될 수 있다. Meanwhile, the optical fiber for injecting the laser beam may be provided from the
절연판(115)은 절연물질의 판 형상으로 이루어지며, 내부에 홀(hole)이 형성되어 코어부(113)가 관통될 수 있다. 예컨대, 절연판(115)은 테프론(Teflon), 실리콘(silicon), 및 수정(quartz) 소재의 판으로 이루어질 수 있다. 그리고 절연판(115)은 튜브(112)의 내측에 적어도 하나 이상 구성되어 튜브(112)의 내부 공간부에 코어부(113)를 고정시킬 수 있다. The insulating
더욱이 테라헤르츠 프로브 도파로를 포함하는 암 검출 장치(110)는 캡 및 캡에 삽입되는 니들 팁(needle tip)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.Furthermore, the
캡은 튜브(112)의 전단에 구성되며 코어부(113)의 전단 측과 암 종양의 접촉을 위해 실리콘(silicon) 등의 절연소재로 이루어질 수 있다. The cap is configured at the front end of the
니들 팁(needle tip)은 캡에 삽입되며 코어부(113)의 전단과 연결될 수 있다. 이러한 니들 팁(needle tip)은 수술시 뇌 등의 신체와 접촉되며, 캡을 통해 코어부(113)의 전단과 연결 또는 분리되어 교체 가능하다. A needle tip may be inserted into the cap and connected to the front end of the
다시 말하면, 테라헤르츠 프로브 도파로의 끝 부분은 THz파 손실이 거의 없는 절연체로 밀봉하고 앞 부분만 교체 가능하도록 일회용 니들 팁(needle tip)을 사용할 수 있다. 이에 따라 뇌 등의 신체와 접촉되는 부분을 일회용으로 처리하여 오염 및 감염으로부터 환자를 보호할 수 있다. In other words, the end of the terahertz probe waveguide can be sealed with an insulator with little THz wave loss and a disposable needle tip can be used to replace only the front part. Accordingly, the part in contact with the body such as the brain can be treated disposable to protect the patient from contamination and infection.
이와 같이 테라헤르츠 프로브 도파로를 포함하는 암 검출 장치(110)를 의료용으로 사용하기 위해 테라헤르츠 프로브 도파로의 전단을 보호할 수 있는 캡을 구성할 수 있다. As such, a cap capable of protecting the front end of the terahertz probe waveguide may be configured to use the
이때 측정된 신호는 최소 1nA 전류, 1THz 대역폭, 그리고 1000:1 S/N를 확보할 수 있다. 한편 펄스레이저와 광섬유 간의 결합효율 연구를 통하여 극초단 펄스의 광섬유 결합효율을 최대화하고, 광섬유를 진행하는 극초단 펄스의 왜곡을 최소화하여 THz 초소형 고효율의 단일칩 트랜스시버([Tx/Rx])에서의 THz파 발생 효율을 최적화 할 수 있다. 예를 들어 THz파 발생에 적합한 전광섬유(all-fiber) 레이저 광원(>20 mW, <500 fs)을 제공할 수 있다.The measured signal can secure a minimum of 1nA current, 1THz bandwidth, and 1000: 1 S / N. On the other hand, through the coupling efficiency study between the pulse laser and the optical fiber, the optical coupling efficiency of the ultra-short pulse is maximized and the distortion of the ultra-short pulse through the optical fiber is minimized, so that the THz ultra-high efficiency single chip transceiver ([Tx / Rx]) THz wave generation efficiency can be optimized. For example, an all-fiber laser light source (> 20 mW, <500 fs) suitable for generating THz waves can be provided.
그리고 테라헤르츠 프로브 도파로를 포함하는 암 검출 장치(110)의 소형화를 위해 길이를 짧게 구성하고 니들 팁(needle tip)의 직경을 약 1mm로 설계할 수 있으나, 그 크기에 제한은 없다. In addition, the length of the
예컨대 테라헤르츠 프로브 도파로를 포함하는 암 검출 장치(110)는 THz파 신호를 발생 및 검출할 수 있도록 하여 암 수술 가이드 역할을 할 수 있다. 그리고 테라헤르츠 프로브 도파로의 크기는 길이가 15 cm 이내이고 직경이 1cm 이내로 설계될 수 있다. 의료기기인 신호 발생기(120)로부터 제공되는 신호 케이블(cable)의 길이는 최대 2m로 설계하여 신호 발생기로(120)부터 수술대의 모든 위치로 접근할 수 있도록 할 수 있다. For example, the
실시예들에 따르면 THz파를 이용하여 생체분석 및 의료진단에 적용될 때 제한되었던 소형화, 고감도, 및 고해상도 기술을 가능하게 함으로써, 초고감도 THz-프로브를 이용한 세포 수준의 고분해능 분석 및 진단기술을 제공할 수 있다. According to embodiments, it is possible to provide a miniaturization, high sensitivity, and high resolution technology that was limited when applied to bioanalysis and medical diagnosis using THz waves, thereby providing a cell-level high resolution analysis and diagnostic technology using ultra-high sensitivity THz-probe. Can be.
이와 같이 집속된 전계가 초고전계를 형성하는 특성을 활용하여 기존에 인가할 수 없었던 THz 초고전계의 생체로의 조사가 가능해지므로 다양한 새로운 생체 현상을 관측할 수 있다.
In this way, the focused electric field makes it possible to investigate the THz ultra-high electric field which could not be applied to the living body by utilizing the property of forming an ultra-high electric field, and thus, various new biological phenomena can be observed.
도 2는 일 실시예에 따른 테라헤르츠 프로브 도파로를 개략적으로 나타내는 도면이다. 2 is a diagram schematically illustrating a terahertz probe waveguide according to an embodiment.
도 2는 일 실시예에 따른 테라헤르츠 프로브 도파로(200)를 개략적으로 나타내는 것으로, 내부를 설명하기 위해 일부 절개된 도면이다. 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 테라헤르츠 프로브 도파로(200)는 튜브(210), 코어부(220), 및 트랜시버 칩(230)을 포함하여 이루어질 수 있다. 실시예에 따라 테라헤르츠 프로브 도파로(200)는 절연판(250)을 더 포함하여 이루어질 수 있으며, 캡(240) 및 캡(240)에 삽입되는 니들 팁(needle tip)(미도시)을 더 포함하여 이루어질 수 있다. FIG. 2 is a schematic view of the
여기에서 일 실시예에 따른 테라헤르츠 프로브 도파로(200)의 구성요소는 도 1에서 설명한 일 실시예에 따른 테라헤르츠 프로브 도파로(200)를 포함하는 암 검출 장치의 구성요소와 동일하거나 유사한 기능을 하는 구성요소를 포함할 수 있다. 예컨대, 일 실시예에 따른 테라헤르츠 프로브 도파로(200)의 튜브(210), 코어부(220), 트랜시버 칩(230), 절연판(250), 캡(240), 니들 팁(needle tip)은 일 실시예에 따른 테라헤르츠 프로브 도파로(200)를 포함하는 암 검출 장치의 구성요소와 동일하거나 유사한 기능을 하는 구성요소일 수 있다. 반대로, 일 실시예에 따른 테라헤르츠 프로브 도파로(200)를 포함하는 암 검출 장치의 구성요소는 일 실시예에 따른 테라헤르츠 프로브 도파로(200)의 구성요소와 동일하거나 유사한 기능을 하는 구성요소를 포함할 수 있다. 아래에서 각 구성요소에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다. Herein, the components of the
튜브(210)는 내부 공간부가 형성되어 코어부(220)가 배치될 수 있다. 이러한 튜브(210)는 금속 소재의 원통 형상으로 이루어질 수 있으며, 이때 튜브(210)의 전단부는 THz파 전송 효율을 높이기 위해 직경이 점차 작아지는 형상일 수 있다. 이 때 튜브(210)는 금속 소재 또는 다른 소재로 사용 가능하나, 내부는 금속 표면으로 처리될 수 있다. The
코어부(220)는 튜브(210)의 내부 공간부에 수용되며, 튜브(210)와 소정간격 이격되어 축 방향으로 배치될 수 있다. The
코어부(220)의 전단(221)은 튜브(210)의 전단의 외측으로 안내되며 트랜시버 칩(230)으로부터 전송된 THz파가 전달되어 뇌교종 등의 암 검출이나 반도체 공정 등에서 박막(thin film)의 두께 및 특성을 분석할 수 있다. The
이와 같이 도파로를 형성하는 튜브(210) 및 코어부(220)는 금속 소재의 튜브(210)의 내에 코어부(220)가 축 방향으로 배치되는 동축(coaxial) 케이블 형태로 이루어져, 도파로의 THz파 전송 손실을 줄일 수 있다.The
트랜시버 칩(230)은 코어부(220)의 후측 또는 후단(222)에 구성되며, 기판 상에 THz파 송신기(Tx) 및 수신기(Rx)가 형성되어 THz파를 전송하고 검출할 수 있다. 이러한 트랜시버 칩(230)의 후측에는 광섬유(260)가 구성됨으로써, 광섬유(260)로 유도된 레이저 빔을 입사시킬 수 있다.The
이러한 트랜시버 칩(230)은 단일 기판 상에 THz파 송신기(Tx) 및 수신기(Rx)가 형성되고, 단일칩 내에서 THz파를 전송하고 검출할 수 있다. The
절연판(250)은 절연물질의 판 형상으로 이루어지며, 내부에 홀(hole)이 형성되어 코어부(220)가 수용될 수 있다. 절연판(250)은 튜브(210)의 내측에 적어도 하나 이상 구성되어 튜브(210)의 내부 공간부에 코어부(220)를 고정시킬 수 있다. 예컨대, 절연판(250)은 테프론(Teflon) 판으로 이루어질 수 있으며, 테프론(Teflon) 판의 두께는 대략 3mm로 이루어질 수 있으나, 그 재질 및 그 두께에 제한은 없다. 다른 예로, 절연판(250)은 실리콘(silicon), 및 수정(quartz) 소재의 판으로 이루어질 수도 있다. The insulating
더욱이, 테라헤르츠 프로브 도파로(200)는 캡(240) 및 캡(240)에 삽입되는 니들 팁(needle tip)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.Furthermore, the
캡(240)은 튜브(210)의 전단에 구성되며 코어부(220)의 전단 측과 암 종양의 접촉을 위해 절연소재로 이루어질 수 있다. The
니들 팁(needle tip)은 캡(240)에 삽입되며 코어부(220)의 전단과 연결될 수 있다. 이러한 니들 팁(needle tip)은 캡(240)을 통해 코어부(220)의 전단과 연결 또는 분리되어 교체 가능하다. A needle tip may be inserted into the
실시예들에 따르면 테라헤르츠(THz)파를 통한 뇌교종(glioma)을 포함하는 암 검출을 위한 소형화, 고감도, 고해상도의 테라헤르츠 프로브 도파로를 제공할 수 있다. 또한, 테라헤르츠(THz) 프로브(probe)-도파로(WG) 집적화 모듈을 통해 THz 프로브가 접근 가능한 신체의 모든 부위에 대한 암 진단에 이용될 수 있을 뿐만 아니라, 반도체 공정 등에서 박막(thin film)의 두께 및 특성을 분석할 수 있다. According to embodiments, a miniaturized, high-sensitivity, high-resolution terahertz probe waveguide can be provided for cancer detection, including glioma through terahertz (THz) waves. In addition, the THz probe-waveguide (WG) integration module enables THz probes to be used for cancer diagnosis of all accessible parts of the body, as well as thin film applications in semiconductor processes. Thickness and properties can be analyzed.
이러한 테라헤르츠 프로브 도파로는 초소형 고효율의 단일칩 트랜스시버([Tx/Rx])의 THz 근접장 신호의 S/N비를 최대 5,000:1 이상으로 향상시킬 수 있고, 초소형 고효율의 단일칩 트랜스시버([Tx/Rx])에 도파로 직결 THz 프로브 모듈을 설계함으로써 각각의 단계에서 THz파 손실을 -6dB 이하로 유지할 수 있다. These terahertz probe waveguides can improve the S / N ratio of the THz near field signal of ultra-small, highly efficient single-chip transceivers ([Tx / Rx]) up to 5,000: 1 or more, and the ultra-high efficiency, single-chip transceivers ([Tx / By designing a waveguide direct THz probe module at Rx]), the THz wave losses can be kept below -6dB at each stage.
또한, 테라헤르츠 프로브 도파로는 안정적인 편광유지(Polarization maintaining) 전광섬유(all-fiber) 극초단 레이저 광원을 이용하여 THz파 발생 및 검출 효율을 극대화 할 수 있다.
In addition, the terahertz probe waveguide can maximize the generation and detection efficiency of THz waves by using a stable polarization maintaining all-fiber ultra-short laser light source.
도 3은 일 실시예에 따른 트랜시버 칩을 설명하기 위한 도면이다. 3 is a diagram illustrating a transceiver chip according to an exemplary embodiment.
도 3을 참조하면, 트랜시버 칩(230)은 도파로의 후측에 구성되며, 기판 상에 THz파 송신기(Tx) 및 수신기(Rx)가 형성되어 THz파를 전송하고 검출할 수 있다. 이러한 트랜시버 칩(230)의 후측에는 광섬유(260)가 구성됨으로써, 광섬유(260)로 유도된 레이저 빔(261)을 입사시킬 수 있다.Referring to FIG. 3, the
이러한 트랜시버 칩(230)은 단일 기판 상에 THz파 송신기(Tx) 및 수신기(Rx)가 형성되고, 단일칩 내에서 THz파를 전송하고 검출할 수 있다. The
더욱이, 트랜시버 칩(230)은 THz파 대역에서 동작하는 무전압 송신기/수신기(Tx/Rx)는 절연성 또는 반절열성(semi-insulating, SI) 기판 상에 위치하고, 바이어스 전압이 없이 동작하는 THz파 발생기 또는 송신기(Tx)와 일정 간격 이격되게 위치하고 THz파를 검출하는 검출기 또는 수신기(Rx)를 포함할 수 있다(특허문헌 1). 여기에서 송신기(Tx)는 일정한 두께 및 선폭을 가지는 금속 선로로 구성되고, 수신기(Rx)는 기판 상에 위치하는 제2 활성층 및 제2 활성층 상에 위치하는 광전도 안테나를 포함할 수 있다. 이러한 THz파 대역에서 동작하는 무전압 송신기/수신기(Tx/Rx)는 바이어스 전압을 사용하지 않아 신호대잡음(signal-to-noise)비가 현저히 개선되고, 피크전력이 낮은 펄스 레이저 광원을 사용할 수 있으며, 인체를 대상으로 해야 하는 의료진단용 장비에 적용되는 경우에도 안전하게 사용될 수 있다.
Moreover, the
도 4는 다른 실시예에 따른 테라헤르츠 프로브 도파로를 설명하기 위한 도면이다. 4 is a diagram for describing a terahertz probe waveguide according to another embodiment.
도 4를 참조하면, 다른 실시예에 따른 테라헤르츠 프로브 도파로를 개략적으로 나타내며, 내부를 설명하기 위해 일부 절개되어 있다. 이 때, 다른 실시예에 따른 테라헤르츠 프로브 도파로는 내부에 중심 도체가 없는 원통 형태의 도파로(410)로 이루어질 수 있다. Referring to FIG. 4, a terahertz probe waveguide according to another embodiment is schematically illustrated, and partially cut away to explain the interior thereof. In this case, the terahertz probe waveguide according to another embodiment may be formed of a
즉, 다른 실시예에 따른 테라헤르츠 프로브 도파로는 튜브 및 트랜시버 칩을 포함하여 이루어질 수 있다. 실시예에 따라 테라헤르츠 프로브 도파로는 캡 및 캡에 삽입되는 니들 팁(needle tip)을 더 포함하여 이루어질 수 있다. That is, the terahertz probe waveguide according to another embodiment may include a tube and a transceiver chip. According to an embodiment, the terahertz probe waveguide may further include a cap and a needle tip inserted into the cap.
더 구체적으로, 다른 실시예에 따른 테라헤르츠 프로브 도파로는 내부 공간부가 형성되는 튜브, 및 튜브의 후측에 구성되며, 기판 상에 THz파 송신기(Transmitter; Tx) 및 수신기(Receiver; Rx)가 형성되어 THz파를 전송하고 검출하는 트랜시버 칩을 포함하여 이루어질 수 있다. 여기에서, 튜브는 원통 형상으로 이루어지되, 전단부는 THz파 전송 효율을 높이기 위해 직경이 점차 작아지며, 트랜시버 칩으로부터 전송된 THz파가 튜브의 내부 공간부를 통해 전단부로 전달될 수 있다. More specifically, the terahertz probe waveguide according to another embodiment is configured on a tube in which the inner space is formed, and on the rear side of the tube, and a THz wave transmitter (Tx) and a receiver (Rx) are formed on the substrate. And a transceiver chip for transmitting and detecting THz waves. Here, the tube is made of a cylindrical shape, the front end portion is gradually reduced in diameter in order to increase the THz wave transmission efficiency, THz wave transmitted from the transceiver chip can be transmitted to the front end portion through the inner space of the tube.
여기에서 다른 실시예에 따른 테라헤르츠 프로브 도파로는 도 2에서 설명한 일 실시예에 따른 테라헤르츠 프로브 도파로(200)의 구성요소와 동일하거나 유사한 기능을 하는 구성요소를 포함할 수 있다. 예컨대, 다른 실시예에 따른 테라헤르츠 프로브 도파로는 일 실시예에 따른 테라헤르츠 프로브 도파로(200)의 튜브(210), 트랜시버 칩(230), 캡(240), 및 니들 팁(needle tip)과 동일하거나 유사한 기능을 하는 구성요소를 포함할 수 있다. Here, the terahertz probe waveguide according to another embodiment may include a component having the same function as or similar to that of the
다른 실시예에 따른 테라헤르츠 프로브 도파로는 중심 도체가 없는 원통 형태의 도파로(410)의 형태로 이루어지고, 이 경우 전송손실이 비교적 적으며 가이딩(guiding) 특성이 우수하다. 이 때, 중심 도체가 없는 원통 형태의 도파로(410)는 중심부에서 전단부 및/또는 후단부 측으로 갈수록 직경이 점차 작아지도록 구성될 수 있다. 이에 따라 도파로의 THz파 전송 효율을 높일 수 있다. 한편, 기존의 금속 와이어(Metal wire) 형상의 도파로는 THz파 전송손실이 매우 적으며 차단 주파수가 존재하지 않고 TEM 모드(mode)의 전송이 가능하나 가이딩(guiding) 특성이 매우 좋지 않다. The terahertz probe waveguide according to another embodiment is formed in the form of a
여기에서, 다른 실시예에 따른 테라헤르츠 프로브 도파로의 튜브는 원통의 내경이 도 2의 일 실시예에 따른 테라헤르츠 프로브 도파로보다 아주 작게 형성되어 도파로의 THz파 전송 손실을 줄일 수 있다. 예컨대, 다른 실시예에 따른 테라헤르츠 프로브 도파로의 튜브의 원통의 내경은 대략 2~3mm 정도로 이루어질 수 있다. 반면, 일 실시예에 따른 테라헤르츠 프로브 도파로의 튜브의 원통의 내경은 대략 10mm 정도로 이루어질 수 있다.Here, the tube of the terahertz probe waveguide according to another embodiment may be formed so that the inner diameter of the cylinder is smaller than the terahertz probe waveguide according to the embodiment of Figure 2 to reduce the THz wave transmission loss of the waveguide. For example, the inner diameter of the cylinder of the tube of the terahertz probe waveguide according to another embodiment may be approximately 2 to 3 mm. On the other hand, the inner diameter of the cylinder of the tube of the terahertz probe waveguide according to an embodiment may be approximately 10mm.
다른 예로, 도 2에서 설명한 바와 같이 도파로는 튜브 및 코어부를 포함하며, 튜브 및 코어부는 동축(coaxial) 케이블 형상으로 구성될 수 있다. 즉, 금속 소재의 튜브의 내에 코어부가 축 방향으로 배치되는 동축(coaxial) 케이블 형태로 이루어져 도파로의 THz파 전송 손실을 줄일 수 있다.As another example, the waveguide may include a tube and a core portion as described in FIG. 2, and the tube and core portion may be configured in a coaxial cable shape. That is, it is possible to reduce the THz wave transmission loss of the waveguide by forming a coaxial cable in which the core part is disposed axially in the metal tube.
일반적인 동축(coaxial) 케이블 형상의 경우, 가이딩(guiding) 특성이 매우 좋으나, 절연물질에 의한 THz파 전송 손실이 존재한다. 따라서 본 실시예에서는 절연판을 추가 구성하여 중심 금속인 코어부를 지탱하는 구조를 제공함으로써, 절연물질을 공기(빈 공간)로 대처하여 전송 손실을 줄이는 THz 의료 시스템의 프로브 부분을 설계할 수 있다. 구조에 따른 TE11 모드(mode)의 차단 주파수를 극복하기 위해 튜브의 원통의 지름을 충분히 크게 설계할 수 있다. In the case of a general coaxial cable shape, the guiding characteristic is very good, but there is a THz wave transmission loss due to an insulating material. Therefore, in the present embodiment, the insulating plate may be additionally configured to support the core, which is the central metal, to design the probe portion of the THz medical system, which reduces the transmission loss by coping with the insulating material with air (empty space). The diameter of the cylinder of the tube can be designed large enough to overcome the cutoff frequency of the TE11 mode depending on the structure.
이와 같이 도파로의 구조에 따른 THz파 전송 및 효율 특성을 평가하고 분석하여 THz 프로브-도파로(WG) 모듈에 대한 데이터베이스(database)를 구축할 수 있다.
In this way, the THz wave transmission and efficiency characteristics according to the waveguide structure may be evaluated and analyzed to construct a database for the THz probe-waveguide (WG) module.
도 5는 일 실시예에 따른 트랜시버 칩에 직결된 도파로를 나타내는 도면이다. 5 is a diagram illustrating a waveguide directly connected to a transceiver chip, according to an exemplary embodiment.
원기둥 형태의 도파로(WG) 끝단 주위에 집속된 THz 전계(field)를 싱글 다이폴 안테나(single dipole antenna)를 이용하여 검출하면 한 지점에서의 전계(field)를 검출하는 한계를 가진다. 이러한 한계를 극복하기 위해, 도 5에 도시된 바와 같이, 코어부(520) 주위에 [3x3] 배열(array) 2D의 멀티 다이폴 안테나(multi dipole antenna)들을 배치시켜 전체 THz 전계(field)를 측정할 수 있다. 여기에서 [3x3] 배열(array) 2D의 멀티 다이폴 안테나(multi dipole antenna)들은 트랜시브 칩(510)의 후면에 배치될 수 있다. When the THz field focused around the end of the cylindrical waveguide (WG) is detected using a single dipole antenna, there is a limit of detecting an electric field at a point. To overcome this limitation, as shown in FIG. 5, a [3x3]
이와 같은 3x3 2D array Rx 칩(chip)으로부터 얻어진 데이터(data)를 처리할 수 있는 알고리즘을 통해 단일 안테나에 의한 데이터 처리보다 최대 3배의 전계(field) 세기를 향상시킬 수 있다. By using an algorithm capable of processing data obtained from the
실시예들에 따르면 신개념의 THz 커플(Couple)-초소형 고효율의 단일칩 트랜스시버([Tx/Rx]) 핵심소자는 의료진단을 위한 차세대 THz파 응용기기 전 분야의 성능 고도화에 기여할 것으로 예측된다. According to the embodiments, the new concept of THz Couple-Ultra-High Efficiency Single Chip Transceiver ([Tx / Rx]) is expected to contribute to the enhancement of the performance of the next generation of THz wave applications for medical diagnosis.
특히, 뇌교종은 국내에서 발생되는 뇌종양 중 가장 발병률이 높은 질환이며 특히 교모세포종은 모든 암종을 아울러 가장 예후가 나쁜 질병(수술 후 2년 생존율 12.6%)이다. 뇌교종 치료를 위한 종래의 많은 표적 항암제들이 전임상에서 효과를 확신하였지만 임상시험 도중에 실패하였고, 이에 따라 새로운 방향의 표적 선택 및 접근법이 뇌교종의 진단 및 치료에 필요하다. 뇌교종 치료의 좋은 예후(prognosis)를 나타내는 인자로 성별, 돌연변이(mutation) 형태, 뇌교종 병변의 완전 적출 등이 있으나 인위적으로 예후를 좋게 할 수 있는 방법은 외과적 수술을 통한 뇌교종의 완전 적출이 최선의 치료법이다. In particular, glioma is the most incidence of brain tumors in Korea, and glioblastoma is the most prognostic disease with all carcinomas (12.6% survival after surgery). Many conventional target anticancer agents for the treatment of glioma have been convinced of their effectiveness in preclinical trials but have failed during clinical trials, and thus new directions of target selection and approach are needed for the diagnosis and treatment of glioma. Factors indicative of good prognosis of glioma treatment include sex, mutation type, and complete extraction of glioma lesions.However, artificial prognosis can be improved by surgical operation. This is the best cure.
뇌교종 완적 적출을 위해 현재 수술 중 사용되는 기술로 조영제를 활용하는 뇌항법(neuro-navigation), intraoperative MRI, 형광영상 기술 등이 있으며, 이중 고가의 조영제인 글리오란을 복용하는 protoporphyrin IX(ppIX) 형광 영상 기술이 가장 유효하게 사용되고 있다. 그러나 최신 기술임에도 불구하고 형광 발현 확률이 3등급 뇌교종에서 66%, 2등급 뇌교종에서 0%에 가까워 저등급 뇌교종의 완전 적출에 어려움이 있다. 또한 조영제를 사용함으로써 광퇴색, 광과민성등의 부작용이 동반된다. 따라서 조영제를 사용하지 않으며 수술 중 저등급 뇌교종 진단 및 경계를 묘사 가능한 기술의 개발이 시급히 필요하다. The techniques currently used during surgery for glioma completeness include neo-navigation, intraoperative MRI, and fluorescence imaging techniques using contrast media. Fluorescence imaging technology is most effectively used. However, despite the state-of-the-art technology, the probability of fluorescence expression is close to 66% in class 3 glioma and 0% in class 2 glioma, making it difficult to fully extract low grade glioma. In addition, the use of contrast agents is accompanied by side effects such as photobleaching, photosensitivity. Therefore, there is an urgent need to develop a technique that does not use contrast agents and can detect low-grade glioma and describe boundaries during surgery.
실시예들에 따르면 물과 지방의 성분 차이에 민감한 THz 전자기파를 이용한 영상기술은 종래의 기술로는 불가능한 수술 중 저등급의 뇌교종 등의 암을 비표지로 진단 및 경계 묘사가 가능하며, 조영제를 사용하지 않으므로 조영제의 부작용이 전무하고 FDA 승인 가능성이 매우 높으므로 실제 임상 현장에서 사용될 수 있는 실용적인 기술이다. According to embodiments, imaging technology using THz electromagnetic waves, which is sensitive to the difference between water and fat components, can diagnose and delineate cancers, such as low grade glioma, by non-marking during surgery, which is impossible with conventional techniques. Since there is no side effect of contrast agent and the possibility of FDA approval is very high, it is a practical technology that can be used in actual clinical field.
이와 같이 실시예들에 따르면 조영제 무사용 및 저등급 뇌교종 경계 묘사를 실현함으로써 뇌교종 등의 암 수술에 있어 종양조직의 경계 묘사 및 치료의 새로운 패러다임을 제시할 수 있을 뿐 아니라, 기존의 고가의 조영제 사용을 배제함으로써 의료비용 경감 효과가 매우 높다.
As described above, according to the embodiments, a new paradigm of delineation and treatment of tumor tissues in cancer surgery such as glioma can be presented by realizing the use of contrast-free and low-grade glioma border. The elimination of contrast agents is very effective in reducing medical costs.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described by the limited embodiments and the drawings as described above, various modifications and variations are possible to those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and / or components of the described systems, structures, devices, circuits, etc. may be combined or combined in a different form than the described method, or other components. Or even if replaced or substituted by equivalents, an appropriate result can be achieved.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are within the scope of the claims that follow.
Claims (16)
상기 튜브의 내부 공간부에 수용되며, 상기 튜브와 소정간격 이격되어 축 방향으로 배치되는 코어부;
상기 코어부의 후측에 구성되며, 기판 상에 THz파 송신기(Transmitter; Tx) 및 수신기(Receiver; Rx)가 형성되어 THz파를 전송하고 검출하는 트랜시버 칩; 및
절연물질의 판 형상으로 이루어지며 내부에 홀(hole)이 형성되어 상기 코어부가 관통되는 절연판
을 포함하고,
상기 튜브는,
원통 형상으로 이루어지되, 전단부는 THz파 전송 효율을 높이기 위해 직경이 점차 작아지며,
상기 코어부의 전단은,
상기 튜브의 전단의 외측으로 안내되며 상기 트랜시버 칩으로부터 전송된 THz파가 전달되어 암 종양에 접촉되어 뇌교종을 포함하는 암 검출을 수행하고,
상기 트랜시버 칩은,
단일 기판 상에 상기 THz파 송신기(Tx) 및 수신기(Rx)가 형성되고, 단일칩 내에서 THz파를 전송하고 검출하며,
상기 절연판은,
상기 튜브의 내측에 적어도 하나 이상 구성되어 상기 튜브의 내부 공간부에 상기 코어부를 고정시키고, 절연물질을 공기로 대처하여 전송 손실을 줄이는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 프로브 도파로.A tube in which an inner space is formed;
A core part accommodated in the inner space of the tube and spaced apart from the tube by a predetermined distance;
A transceiver chip configured at a rear side of the core part and having a THz wave transmitter (Tx) and a receiver (Rx) formed on a substrate to transmit and detect the THz wave; And
Insulation plate made of a plate shape of an insulating material and a hole is formed therein to penetrate the core part.
Including,
The tube,
It is made of a cylindrical shape, the front end portion is gradually reduced in diameter to increase the THz wave transmission efficiency,
The front end of the core portion,
A THz wave guided out of the front end of the tube and transmitted from the transceiver chip is delivered to contact a cancer tumor to perform cancer detection including glioma,
The transceiver chip,
The THz wave transmitter (Tx) and the receiver (Rx) are formed on a single substrate, transmit and detect the THz wave in a single chip,
The insulating plate,
At least one inside of the tube is fixed to the core portion of the inner space of the tube, the terahertz probe waveguide, characterized in that to reduce the transmission loss by handling the insulating material with air.
상기 절연판은,
테프론(Teflon), 실리콘(silicon), 및 수정(quartz) 소재 중 적어도 어느 하나의 판으로 이루어지는 것
을 특징으로 하는 테라헤르츠 프로브 도파로.The method of claim 1,
The insulating plate,
Consisting of at least one of Teflon, silicon, and quartz materials
Terahertz probe waveguide, characterized in that.
상기 튜브는,
금속 소재로 이루어지고,
상기 튜브 및 상기 코어부는 금속 소재의 상기 튜브의 내에 상기 코어부가 축 방향으로 배치되는 동축(coaxial) 케이블 형태로 이루어지거나, 상기 튜브는 중심 도체가 없는 원통 형태로 이루어져 THz파 전송 손실을 줄이는 것
을 특징으로 하는 테라헤르츠 프로브 도파로.The method of claim 1,
The tube,
Made of metal,
Wherein the tube and the core portion are in the form of a coaxial cable in which the core portion is axially disposed within the tube of metal material, or the tube is in the form of a cylinder without a center conductor to reduce THz wave transmission loss.
Terahertz probe waveguide, characterized in that.
상기 튜브의 전단에 구성되며 상기 코어부의 전단 측과 암 종양의 접촉을 위해 절연소재로 이루어지는 캡
을 더 포함하는 테라헤르츠 프로브 도파로.The method of claim 1,
Cap formed at the front end of the tube and made of an insulating material for contact between the front end of the core portion and the cancer tumor
The terahertz probe waveguide further comprising.
상기 캡에 삽입되는 니들 팁(needle tip)
을 더 포함하는 테라헤르츠 프로브 도파로.The method of claim 6,
Needle tip inserted into the cap
The terahertz probe waveguide further comprising.
상기 니들 팁(needle tip)은,
상기 캡을 통해 상기 코어부의 전단과 연결 또는 분리되어 교체 가능한 것
을 특징으로 하는 테라헤르츠 프로브 도파로.The method of claim 7, wherein
The needle tip is
Replaceable by being connected to or separated from the front end of the core part through the cap
Terahertz probe waveguide, characterized in that.
상기 케이스의 적어도 일부에 수용되며, 내부 공간부가 형성되는 튜브;
상기 튜브의 내부 공간부에 수용되며, 상기 튜브와 소정간격 이격되어 축 방향으로 배치되는 코어부;
상기 코어부의 후측에 구성되며, 기판 상에 THz파 송신기(Transmitter; Tx) 및 수신기(Receiver; Rx)가 형성되어 THz파를 전송하고 검출하는 트랜시버 칩; 및
절연물질의 판 형상으로 이루어지며 내부에 홀(hole)이 형성되어 상기 코어부가 관통되는 절연판
을 포함하고,
상기 케이스는,
내부가 관통된 형상으로 이루어져, 뇌교종을 포함하는 암 검출을 위해 광섬유로 유도된 레이저 빔을 상기 트랜시버 칩의 후면으로 입사시키며,
상기 튜브는,
금속 소재의 원통 형상으로 이루어지되, 전단부는 THz파 전송 효율을 높이기 위해 직경이 점차 작아지고,
상기 코어부의 전단은,
상기 튜브의 전단의 외측으로 안내되며 상기 트랜시버 칩으로부터 전송된 THz파가 전달되어 암 종양에 접촉됨에 따라 뇌교종을 포함하는 암 검출이 가능하며,
상기 트랜시버 칩은,
단일 기판 상에 상기 THz파 송신기(Tx) 및 수신기(Rx)가 형성되고, 단일칩 내에서 THz파를 전송하고 검출하고,
상기 절연판은,
상기 튜브의 내측에 적어도 하나 이상 구성되어 상기 튜브의 내부 공간부에 상기 코어부를 고정시키고, 절연물질을 공기로 대처하여 전송 손실을 줄이는 것
을 특징으로 하는 테라헤르츠 프로브 도파로를 포함하는 암 검출 장치.Gripping case;
A tube accommodated in at least a portion of the case and having an inner space formed therein;
A core part accommodated in the inner space of the tube and spaced apart from the tube by a predetermined distance;
A transceiver chip configured at a rear side of the core part and having a THz wave transmitter (Tx) and a receiver (Rx) formed on a substrate to transmit and detect the THz wave; And
Insulation plate made of a plate shape of an insulating material and a hole is formed therein to penetrate the core part.
Including,
The case,
It has a penetrating shape inside, and enters a laser beam guided into the optical fiber to the back of the transceiver chip for cancer detection including glioma,
The tube,
It is made of a cylindrical shape of a metal material, the front end portion is gradually reduced in diameter to increase the THz wave transmission efficiency,
The front end of the core portion,
As the THz wave is transmitted to the outside of the front end of the tube and transmitted from the transceiver chip and contacts the cancer tumor, cancer detection including glioma is possible.
The transceiver chip,
The THz wave transmitter (Tx) and receiver (Rx) are formed on a single substrate, transmit and detect the THz wave in a single chip,
The insulating plate,
At least one inner part of the tube to fix the core to an inner space of the tube and to reduce transmission loss by coping with an insulating material with air;
Cancer detection device comprising a terahertz probe waveguide, characterized in that.
상기 케이스는,
끝단에 LED 모듈이 형성되어 뇌교종을 포함하는 암 검출 유무를 빛을 통해 알리는 것
을 특징으로 하는 테라헤르츠 프로브 도파로를 포함하는 암 검출 장치.The method of claim 10,
The case,
LED module is formed at the end to inform the presence or absence of cancer detection including glioma by light
Cancer detection device comprising a terahertz probe waveguide, characterized in that.
상기 튜브 및 상기 코어부는 금속 소재의 상기 튜브의 내에 상기 코어부가 축 방향으로 배치되는 동축(coaxial) 케이블 형태로 이루어지거나, 상기 튜브는 원통 형태로 이루어져 THz파 전송 손실을 줄이는 것
을 특징으로 하는 테라헤르츠 프로브 도파로를 포함하는 암 검출 장치.The method of claim 10,
The tube and the core portion is made of a coaxial cable form the core portion in the axial direction in the tube of the metallic material, or the tube is made of a cylindrical form to reduce the THz wave transmission loss
Cancer detection device comprising a terahertz probe waveguide, characterized in that.
상기 튜브의 전단에 구성되며 상기 코어부의 전단 측 THz파 손실을 방지하기 위해 절연소재로 이루어지는 캡; 및
상기 캡에 삽입되며 상기 코어부의 전단과 연결되는 니들 팁(needle tip)
을 더 포함하는 테라헤르츠 프로브 도파로를 포함하는 암 검출 장치.The method of claim 10,
A cap formed at the front end of the tube and made of an insulating material to prevent THz wave loss at the front end of the core part; And
A needle tip inserted into the cap and connected to the front end of the core part.
Cancer detection device comprising a terahertz probe waveguide further comprising.
상기 니들 팁(needle tip)은,
수술시 뇌 또는 신체와 접촉되며, 상기 캡을 통해 상기 코어부의 전단과 연결 또는 분리되어 교체 가능한 것
을 특징으로 하는 테라헤르츠 프로브 도파로를 포함하는 암 검출 장치.The method of claim 14,
The needle tip is
Being in contact with the brain or body during surgery, connectable or separated with the front end of the core through the cap and replaceable
Cancer detection device comprising a terahertz probe waveguide, characterized in that.
상기 튜브의 후측에 구성되며, 기판 상에 THz파 송신기(Transmitter; Tx) 및 수신기(Receiver; Rx)가 형성되어 THz파를 전송하고 검출하는 트랜시버 칩
을 포함하고,
상기 트랜시버 칩은,
단일 기판 상에 상기 THz파 송신기(Tx) 및 수신기(Rx)가 형성되고, 단일칩 내에서 THz파를 전송하고 검출하며,
상기 튜브는,
원통 형상으로 이루어지되, 전단부는 THz파 전송 효율을 높이기 위해 직경이 점차 작아지며, 상기 트랜시버 칩으로부터 전송된 THz파가 상기 튜브의 내부 공간부를 통해 전단부로 전달되어 암 종양에 접촉되어 뇌교종을 포함하는 암 검출을 수행하고, THz파 가이딩(guiding) 특성을 위해 상기 원통 형상의 내경은 2 내지 3mm로 이루어지는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 프로브 도파로.A tube in which an inner space is formed; And
Transceiver chip configured at the rear side of the tube and having a THz wave transmitter (Tx) and a receiver (Rx) formed on a substrate to transmit and detect the THz wave.
Including,
The transceiver chip,
The THz wave transmitter (Tx) and the receiver (Rx) are formed on a single substrate, transmit and detect the THz wave in a single chip,
The tube,
It is made of a cylindrical shape, the front end portion is gradually reduced in diameter to increase the THz wave transmission efficiency, THz wave transmitted from the transceiver chip is transmitted to the front end portion through the inner space of the tube to contact the cancer tumor, including glioma To detect the cancer, and for the THz wave guiding (tertiary guiding) characteristics, the terahertz probe waveguide, characterized in that the inner diameter is made of 2 to 3mm.
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