KR102535405B1 - Method and Apparatus of Microwave Focusing and Thermal Imaging for Biological Tissues - Google Patents

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Abstract

본 발명은 생체조직의 특정 부위에 마이크로파를 정밀하게 포커싱하는 동시에 이에 따라 발생하는 생체조직 내부 온도 분포를 고속으로 이미징할 수 있는 마이크로파 신호 처리 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a microwave signal processing method and apparatus capable of precisely focusing microwaves on a specific part of a biological tissue and at the same time imaging the internal temperature distribution of the biological tissue at high speed.

Description

생체조직에 대한 마이크로파 포커싱 및 열 이미징 방법 및 장치{Method and Apparatus of Microwave Focusing and Thermal Imaging for Biological Tissues}Microwave focusing and thermal imaging method and apparatus for biological tissues {Method and Apparatus of Microwave Focusing and Thermal Imaging for Biological Tissues}

본 발명은 마이크로파 신호 처리 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히, 인체등 생체조직의 특정 부위에 마이크로파를 포커싱하고 이에 따라 발생하는 열의 모니터링 및 제어를 수행하는 마이크로파 신호 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a microwave signal processing method and apparatus, and more particularly, to a microwave signal processing method and apparatus for focusing microwaves on a specific part of a biological tissue, such as a human body, and monitoring and controlling heat generated accordingly.

최근 마이크로파는 무선통신 수단 외에 다양한 응용분야에 활용되고 있다. 예를 들어, 마이크로파를 인체 내부의 특정 부위에 포커싱(집중)하여 암 치료 내지 생체조직의 유의미한 반응을 일으키기 위한 국부 전파 노출 수단으로 활용될 수 있다. 이러한 응용 분야에 활용될 수 있는 현재 기술로는, 직진성을 가지는 방사선(예, X선)을 집중 조사(illumination)하거나, 전기적 신호를 생체조직 외부에서 전도(conduction)되도록 하거나, 전자기적 신호를 광범위한 부위에 방사(radiation)하는 방법 등이 있다.Recently, microwaves are used in various application fields other than wireless communication means. For example, it can be used as a local radio wave exposure means for causing a significant reaction of cancer treatment or living tissue by focusing (concentrating) microwaves on a specific part inside the human body. Current technologies that can be used in these applications include intensive illumination of radiation (eg, X-rays) having linearity, electrical signals being conducted outside living tissues, or electromagnetic signals in a wide range. There are methods such as radiation to the site.

한편, 회절 내지 산란 특성을 가지는 전자기적 신호, 즉 마이크로파를 이용하여 생체조직 내부의 특정 부위에 포커싱하기 위해서, 생체조직 외부에 다수의 안테나를 배치하고, 이 안테나를 통해 소정의 포커싱 방법에 따라 마이크로파를 집중시킬 수 있다.On the other hand, in order to focus on a specific part inside the biological tissue using electromagnetic signals having diffraction or scattering characteristics, that is, microwaves, a plurality of antennas are disposed outside the biological tissue, and microwaves are generated according to a predetermined focusing method through the antennas. can focus.

이때, 생체조직의 원하는 특정 부위에 마이크로파를 정확하게 포커싱하는 방법이 필요하다. 그리고, 소정의 마이크로파가 송신되고 있을 때, 원하는 위치에 제대로 포커싱이 되고 있는지 모니터링할 필요도 있다. 만약 인체 내부의 암 치료에 응용하는 경우에 암 조직 이외의 정상 조직에 마이크로파가 집중되면, 정상 조직에 대한 피해를 가져올 수 있기 때문에 포커싱의 정확도가 상당히 중요하다. 또한 생체조직의 유의미한 반응을 일으키기 위한 국부 전파 노출 수단으로 응용하는 경우에도 관심 조직에만 마이크로파를 집중하고자 하면, 기타 조직에 대한 노출은 피해야 하기 때문에 그 포커싱 정확성 역시 중요하다.
관련 선행기술로, 미국 특허공보 US6061589가 있다.At this time, a method for accurately focusing the microwaves on a desired specific part of the biological tissue is required. In addition, when predetermined microwaves are being transmitted, it is also necessary to monitor whether or not focusing is properly performed at a desired location. If microwaves are applied to cancer treatment inside the human body, if microwaves are focused on normal tissues other than cancer tissues, the normal tissues may be damaged, so focusing accuracy is very important. In addition, even when applied as a means of local radio wave exposure for generating a significant reaction in living tissue, focusing accuracy is also important because exposure to other tissues should be avoided if microwaves are to be focused only on a tissue of interest.
A related prior art is US Patent Publication US6061589.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 생체조직의 특정 부위에 마이크로파를 정밀하게 포커싱하는 동시에 이에 따라 발생하는 생체조직 내부 온도 분포를 고속으로 이미징할 수 있는 마이크로파 신호 처리 방법 및 장치를 제공하는 데 있다. Therefore, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to precisely focus microwaves on a specific part of a living tissue and at the same time image the temperature distribution inside the living tissue at high speed. It is to provide a microwave signal processing method and apparatus.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 마이크로파 장치에서 마이크로파를 포커싱하고 열 이미징 정보를 수집하여 모니터링하기 위한 마이크로파 처리 방법은, 생체조직 대상체의 해부학적 영상에 대하여 유전율 및 도전율 분포에 대한 전자기적 모델 정보를 이용하여, 상기 생체조직 대상체에 대하여 마이크로파를 포커싱하고 열 이미징을 위한 마이크로파 처리 계획을 결정하는 단계; 복수의 마이크로파 송수신기가 상기 마이크로파 처리 계획에 따른 진폭과 위상값을 갖는 마이크로파 신호를 각각의 송수신 안테나를 통해 방사하여 상기 생체조직 대상체의 특정 부위에 포커싱되도록 제어하는 단계; 상기 마이크로파 처리 계획에 따라, 소정의 주기로 상기 복수의 마이크로파 송수신기 중 일부와 나머지 상호간의 마이크로파 신호 방사와 산란 마이크로파의 수신을 제어하는 단계; 및 수신되는 상기 산란 마이크로파로부터 상기 생체조직 대상체의 특정 부위 주변의 온도 변화량을 추정하여 모니터링을 위한 열 이미징 정보를 생성하는 단계를 포함한다.First, to summarize the features of the present invention, a microwave processing method for focusing microwaves and collecting and monitoring thermal imaging information in a microwave device according to an aspect of the present invention for achieving the above object is focusing microwaves on the biological tissue object and determining a microwave processing plan for thermal imaging by using electromagnetic model information on permittivity and conductivity distribution for an image; controlling a plurality of microwave transceivers to emit microwave signals having amplitudes and phases according to the microwave processing plan through respective transmission/reception antennas and to be focused on a specific part of the biological tissue object; controlling radiation of microwave signals and reception of scattered microwaves between some of the plurality of microwave transceivers and the rest of the plurality of microwave transceivers at predetermined cycles according to the microwave processing plan; and generating thermal imaging information for monitoring by estimating a temperature variation around a specific region of the biological tissue target from the received scattered microwaves.

상기 마이크로파 처리 방법은, 피드백되는 상기 열 이미징 정보를 기초로 상기 마이크로파 처리 계획을 업데이트하는 단계를 더 포함한다.The microwave processing method may further include updating the microwave processing plan based on the feedback thermal imaging information.

상기 마이크로파 신호 방사와 산란 마이크로파의 수신을 제어하는 단계는, 상기 마이크로파 처리 계획에 따라, 소정의 주기로 상기 방사를 멈추고, 상기 복수의 마이크로파 송수신기 중 하나 이상이 송수신 안테나를 통해 마이크로파 신호를 방사하는 동안, 상기 복수의 마이크로파 송수신기 중 나머지는 송수신 안테나를 통해 상기 생체조직 대상체에 의해 산란되어 나오는 산란 마이크로파를 수신하도록 제어하는 단계를 포함한다.The step of controlling the radiation of the microwave signal and the reception of the scattered microwaves may include stopping the radiation at a predetermined cycle according to the microwave processing plan, and at least one of the plurality of microwave transceivers emitting a microwave signal through a transmit/receive antenna. While, and controlling the rest of the plurality of microwave transceivers to receive scattered microwaves scattered by the biological tissue target through transceiver antennas.

상기 열 이미징 정보를 생성하는 단계는, 상기 산란 마이크로파로부터 추정된 상기 온도 변화량의 유효성을 검증하거나 보정하기 위하여, 상기 생체조직 대상체의 주변에 배치된 하나 이상의 온도 센서의 감지 신호에 기초한 실제 온도 변화량과 상기 산란 마이크로파로부터 추정된 상기 온도 변화량을 비교하는 단계를 포함한다.The generating of the thermal imaging information may include an actual temperature change based on detection signals from one or more temperature sensors disposed around the biological tissue object in order to verify or correct the validity of the temperature change estimated from the scattered microwaves; and comparing the amount of temperature change estimated from the scattering microwaves.

상기 마이크로파 처리 계획을 업데이트하기 위하여, 상기 전자기적 모델 정보에 대하여 전자기적 해석을 통해 상기 포커싱을 위한 상기 마이크로파 신호의 진폭과 위상값을 계산하되, 상기 산란 마이크로파에 대한 FFT(Fast Fourier Transform) 변환을 기초로 상기 진폭과 위상값을 계산할 수 있다.In order to update the microwave processing plan, the amplitude and phase values of the microwave signal for the focusing are calculated through electromagnetic analysis with respect to the electromagnetic model information, and FFT (Fast Fourier Transform) conversion for the scattered microwaves is performed. Based on this, the amplitude and phase values can be calculated.

상기 마이크로파 처리 계획을 업데이트하기 위하여, 상기 전자기적 모델 정보에 대하여 전자기적 해석을 통해 상기 포커싱을 위한 상기 마이크로파 신호의 진폭과 위상값을 계산하되, 상기 마이크로파 신호를 방사하는 송수신 안테나의 전기장 분포를 해석하여 상기 진폭과 위상값을 계산할 수 있다.In order to update the microwave processing plan, the amplitude and phase values of the microwave signal for the focusing are calculated through electromagnetic analysis with respect to the electromagnetic model information, and the electric field distribution of the transmitting and receiving antenna radiating the microwave signal is analyzed. Thus, the amplitude and phase values can be calculated.

상기 생체조직 대상체의 특정 부위 주변의 온도 변화량을 포함하는 상기 열 이미징 정보를 획득하기 위하여, 소정의 간격을 갖는 두 시간에 상기 산란 마이크로파의 진폭 또는 위상을 측정하고, 상기 두 시간 사이의 상기 진폭 또는 위상의 차이로부터 상기 생체조직 대상체 내부의 상기 특정 부위 주변의 온도 변화량 분포를 포함하는 온도 변화량 분포 이미지를 획득할 수 있다.In order to obtain the thermal imaging information including the amount of temperature change around a specific part of the biological tissue object, the amplitude or phase of the scattered microwaves is measured at two times having a predetermined interval, and the amplitude or phase between the two times A temperature change amount distribution image including a temperature change amount distribution around the specific region inside the biological tissue object may be obtained from the phase difference.

그리고, 본 발명의 다른 일면에 따른 마이크로파를 포커싱하고 열 이미징 정보를 수집하여 모니터링하기 위한 마이크로파 장치는, 생체조직 대상체 주위에 배치된 복수의 송수신 안테나; 상기 복수의 송수신 안테나를 통해 마이크로파 신호를 송수신하기 위한 복수의 마이크로파 송수신기; 상기 생체조직 대상체의 해부학적 영상에 대하여 유전율 및 도전율 분포에 대한 전자기적 모델 정보를 이용하여, 상기 생체조직 대상체에 대하여 마이크로파를 포커싱하고 열 이미징을 위한 마이크로파 처리 계획을 결정하는 신호처리 및 제어기; 상기 신호처리 및 제어기의 제어에 따라 마이크로파 신호를 공급하는 마이크로파 공급기; 상기 마이크로파 공급기의 출력을 상기 복수의 마이크로파 송수신기로 분배하는 마이크로파 분배기; 및 상기 복수의 마이크로파 송수신기가 상기 복수의 송수신 안테나를 통해 수신하는 마이크로파 신호를 수신하고 처리하여 상기 신호처리 및 제어기로 출력하는 마이크로파 수신기를 포함하고, 상기 신호처리 및 제어기는, 상기 복수의 마이크로파 송수신기가 상기 마이크로파 처리 계획에 따른 진폭과 위상값을 갖는 마이크로파 신호를 각각의 송수신 안테나를 통해 방사하여 상기 생체조직 대상체의 특정 부위에 포커싱되도록 제어하고, 상기 마이크로파 처리 계획에 따라, 소정의 주기로 상기 복수의 마이크로파 송수신기 중 일부와 나머지 상호간의 마이크로파 신호 방사와 산란 마이크로파의 수신을 제어하여, 수신되는 상기 산란 마이크로파로부터 상기 생체조직 대상체의 특정 부위 주변의 온도 변화량을 추정하여 모니터링을 위한 열 이미징 정보를 생성하는 것을 특징으로 한다.Further, a microwave apparatus for focusing microwaves and collecting and monitoring thermal imaging information according to another aspect of the present invention includes a plurality of transmit/receive antennas disposed around a biological tissue target; a plurality of microwave transceivers for transmitting and receiving microwave signals through the plurality of transmitting and receiving antennas; a signal processor and controller for focusing microwaves on the biological tissue object and determining a microwave processing plan for thermal imaging using electromagnetic model information on permittivity and conductivity distribution of the anatomical image of the biological tissue object; a microwave supplier supplying a microwave signal according to the signal processing and control of the controller; a microwave splitter distributing the output of the microwave supplier to the plurality of microwave transceivers; and a microwave receiver for receiving, processing, and outputting microwave signals received by the plurality of microwave transceivers through the plurality of transmit/receive antennas to the signal processing and controller, wherein the signal processing and controller is configured to allow the plurality of microwave transceivers to Microwave signals having amplitude and phase values according to the microwave processing plan are radiated through respective transmit/receive antennas and controlled to be focused on a specific part of the biological tissue target, and the plurality of microwaves are radiated at predetermined intervals according to the microwave processing plan. Characterized by generating thermal imaging information for monitoring by estimating a temperature change around a specific part of the biological tissue object from the received scattered microwaves by controlling microwave signal emission and reception of scattered microwaves between a part of the transceiver and the rest of the transceivers. to be

상기 신호처리 및 제어기는, 피드백되는 상기 열 이미징 정보를 기초로 상기 마이크로파 처리 계획을 업데이트할 수 있다.The signal processor and controller may update the microwave processing plan based on the feedback thermal imaging information.

상기 신호처리 및 제어기는, 상기 마이크로파 신호 방사와 산란 마이크로파의 수신을 위하여, 상기 마이크로파 처리 계획에 따라, 소정의 주기로 상기 방사를 멈추고, 상기 복수의 마이크로파 송수신기 중 하나 이상이 송수신 안테나를 통해 마이크로파 신호를 방사하는 동안, 상기 복수의 마이크로파 송수신기 중 나머지는 송수신 안테나를 통해 상기 생체조직 대상체에 의해 산란되어 나오는 산란 마이크로파를 수신하도록 제어할 수 있다.The signal processing and controller stops the radiation at a predetermined period according to the microwave processing plan, and transmits a microwave signal through at least one of the plurality of microwave transceivers to receive the microwave signal radiation and scattered microwaves. While radiating, the rest of the plurality of microwave transceivers may be controlled to receive scattered microwaves scattered by the biological tissue target through transmission/reception antennas.

상기 마이크로파 장치는, 상기 생체조직 대상체 주위에 배치된 하나 이상의 온도 센서; 상기 하나 이상의 온도 센서로부터의 감지 신호를 수신하고 처리하여 상기 신호처리 및 제어기로 출력하는 온도 신호 수신기를 더 포함하고, 상기 신호처리 및 제어기는, 상기 산란 마이크로파로부터 추정된 상기 온도 변화량의 유효성을 검증하거나 보정하기 위하여, 상기 하나 이상의 온도 센서의 감지 신호에 기초한 실제 온도 변화량과 상기 산란 마이크로파로부터 추정된 상기 온도 변화량을 비교한다.The microwave device may include one or more temperature sensors disposed around the biological tissue object; and a temperature signal receiver configured to receive, process, and output detection signals from the at least one temperature sensor to the signal processor and controller, wherein the signal processor and controller verify validity of the temperature change estimated from the scattered microwaves. The temperature change estimated from the scattered microwaves is compared with the actual temperature change based on the detection signal of the one or more temperature sensors to correct or correct the temperature change.

상기 신호처리 및 제어기는, 상기 마이크로파 처리 계획을 업데이트하기 위하여, 상기 전자기적 모델 정보에 대하여 전자기적 해석을 통해 상기 포커싱을 위한 상기 마이크로파 신호의 진폭과 위상값을 계산하되, 상기 산란 마이크로파에 대한 FFT(Fast Fourier Transform) 변환을 기초로 상기 진폭과 위상값을 계산할 수 있다.The signal processor and controller calculates amplitude and phase values of the microwave signal for the focusing through electromagnetic analysis with respect to the electromagnetic model information in order to update the microwave processing plan, and the FFT for the scattered microwaves The amplitude and phase values may be calculated based on (Fast Fourier Transform) transformation.

상기 신호처리 및 제어기는, 상기 마이크로파 처리 계획을 업데이트하기 위하여, 상기 전자기적 모델 정보에 대하여 전자기적 해석을 통해 상기 포커싱을 위한 상기 마이크로파 신호의 진폭과 위상값을 계산하되, 상기 마이크로파 신호를 방사하는 송수신 안테나의 전기장 분포를 해석하여 상기 진폭과 위상값을 계산할 수 있다.The signal processor and controller calculates amplitude and phase values of the microwave signal for the focusing through electromagnetic analysis with respect to the electromagnetic model information in order to update the microwave processing plan, and radiates the microwave signal. The amplitude and phase values can be calculated by analyzing the electric field distribution of the transmit/receive antenna.

상기 신호처리 및 제어기는, 상기 생체조직 대상체의 특정 부위 주변의 온도 변화량을 포함하는 상기 열 이미징 정보를 획득하기 위하여, 소정의 간격을 갖는 두 시간에 상기 산란 마이크로파의 진폭 또는 위상을 측정하고, 상기 두 시간 사이의 상기 진폭 또는 위상의 차이로부터 상기 생체조직 대상체 내부의 상기 특정 부위 주변의 온도 변화량 분포를 포함하는 온도 변화량 분포 이미지를 획득할 수 있다.The signal processing and controller measures the amplitude or phase of the scattered microwaves at two times having a predetermined interval in order to obtain the thermal imaging information including the amount of temperature change around a specific part of the biological tissue object, A temperature change amount distribution image including a temperature change amount distribution around the specific region inside the biological tissue object may be obtained from the difference in amplitude or phase between two times.

상기 복수의 마이크로파 송수신기 각각은, 상기 신호처리 및 제어기의 제어에 따라 상기 마이크로파 분배기를 통해 제공된 해당 마이크로파 신호를 증폭하는 신호 증폭기; 상기 신호처리 및 제어기의 제어에 따라 상기 신호 증폭기로부터 출력되는 마이크로파 신호의 위상을 변환하는 위상 변환기; 및 선택적으로 해당 송수신 안테나로부터 마이크로파 신호를 수신하거나, 상기 위상 변환기에서 출력되는 마이크로파 신호를 상기 해당 송수신 안테나로 전송하는 송수신 스위치를 포함한다.Each of the plurality of microwave transceivers may include a signal amplifier configured to amplify a corresponding microwave signal provided through the microwave distributor under the control of the signal processing and controller; a phase converter for converting a phase of the microwave signal output from the signal amplifier according to the signal processing and control of the controller; and a transmit/receive switch selectively receiving a microwave signal from a corresponding transmit/receive antenna or transmitting a microwave signal output from the phase converter to the corresponding transmit/receive antenna.

본 발명에 따른 마이크로파 신호 처리 방법 및 장치에 따르면, 마이크로파를 이용하여 생체조직 내외부의 특정 부위에 포커싱함과 동시에 이로 인해 발생하는 생체조직의 내부 온도변화를 고속으로 이미징해 모니터링할 수 있으므로 포커싱의 정확도를 향상시킬 수 있다.According to the microwave signal processing method and apparatus according to the present invention, it is possible to focus on a specific part inside and outside the biological tissue using microwaves and at the same time image and monitor the internal temperature change of the biological tissue caused by this at high speed, so the accuracy of the focusing can improve

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로파 포커싱 및 열 이미징을 위한 마이크로파 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 마이크로파 송수신기의 구체적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로파 장치의 마이크로파 포커싱 및 열 이미징 동작에 대한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로파 장치와 외부 제어 시스템의 관계를 나타내는 도면이다.1 is a block diagram of a microwave apparatus for microwave focusing and thermal imaging according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a detailed configuration diagram of the microwave transceiver of FIG. 1 .
3 is a flowchart of microwave focusing and thermal imaging operations of a microwave device according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing a relationship between a microwave device and an external control system according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail through exemplary drawings. In adding reference numerals to components of each drawing, it should be noted that the same components have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, in describing an embodiment of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function hinders understanding of the embodiment of the present invention, the detailed description will be omitted.

본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, order, or order of the corresponding component is not limited by the term. In addition, unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, they should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로파 포커싱 및 열 이미징을 위한 마이크로파 장치(500)의 구성도이다.1 is a block diagram of a microwave apparatus 500 for microwave focusing and thermal imaging according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 생체조직 대상체(100)의 특정 부위(110a)에 포커싱되는 원형 연속 마이크로파(spherical continuous wave)(110b)를 인가하고 열 이미징을 획득하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로파 장치(500)는, 생체조직 대상체(100)의 표피 또는 주위의 온도를 측정하기 위한 한 개 이상의 온도 센서(120), 생체조직 대상체(100)의 주위에 배치된 복수의 송수신 안테나(140), 및 복수의 송수신 안테나(140)를 통해 마이크로파를 송수신하기 위한 복수의 마이크로파 송수신기(150)를 포함한다. 이외에도, 마이크로파 장치(500)는, 온도 신호 수신기(130), 마이크로파 분배기(160), 마이크로파 공급기(170), 마이크로파 수신기(180), 신호처리 및 제어기(190)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , in order to apply spherical continuous microwaves 110b focused on a specific region 110a of a biological tissue object 100 and obtain thermal imaging, according to an embodiment of the present invention, The microwave device 500 includes one or more temperature sensors 120 for measuring the temperature of the epidermis or surroundings of the biological tissue target object 100, and a plurality of transmit/receive antennas 140 disposed around the biological tissue target object 100. , and a plurality of microwave transceivers 150 for transmitting and receiving microwaves through the plurality of transmitting and receiving antennas 140 . In addition, the microwave device 500 includes a temperature signal receiver 130, a microwave distributor 160, a microwave supplier 170, a microwave receiver 180, and a signal processor and controller 190.

신호처리 및 제어기(190)는 마이크로파 공급기(170)가 마이크로파 분배기(160)에 마이크로파 신호를 공급하도록 제어하며, 마이크로파 분배기(160)는 마이크로파 공급기(170)로부터 공급된 마이크로파 신호를 분배하여 분배된 신호들(T1~TN)을 마이크로파 송수신기(150) 각각에 제공한다. The signal processing and controller 190 controls the microwave supplier 170 to supply the microwave signal to the microwave distributor 160, and the microwave distributor 160 distributes the microwave signal supplied from the microwave supplier 170 to the distributed signal. s (T 1 to T N ) are provided to each of the microwave transceivers 150.

마이크로파 수신기(180)는 마이크로파 송수신기들(150)이 안테나들(140)을 통해 수신한 마이크로파 신호들(R1~RN)을 수신하고 처리하여 신호처리 및 제어기(190)로 출력한다. 온도 신호 수신기(130)는 온도 센서(들)(120)로부터의 감지 신호(들)(S1~ SM)을 수신하고 처리하여 신호처리 및 제어기(190)로 출력한다. N, M은 자연수이다. The microwave receiver 180 receives and processes the microwave signals R 1 to R N received by the microwave transceivers 150 through the antennas 140 and outputs them to the signal processor and controller 190 . The temperature signal receiver 130 receives and processes the detection signal(s) (S 1 to S M ) from the temperature sensor(s) 120 and outputs them to the signal processing and controller 190 . N and M are natural numbers.

신호처리 및 제어기(190)는 마이크로파 수신기(180)와 온도 신호 수신기(130)로부터 수신된 신호들을 수집하고, 이를 바탕으로 소정의 알고리즘에 따라, 마이크로파 송수신기(150)를 제어하기 위한 제어신호들(C1~CN)을 생성하며, 마이크로파 공급기(170)가 마이크로파 신호를 발생하도록 제어한다.The signal processing and controller 190 collects the signals received from the microwave receiver 180 and the temperature signal receiver 130, and based on this, according to a predetermined algorithm, control signals for controlling the microwave transceiver 150 ( C 1 ~ C N ) is generated, and the microwave supplier 170 is controlled to generate a microwave signal.

도 2는 도 1의 마이크로파 송수신기(150)의 구체적인 구성도이다.FIG. 2 is a detailed configuration diagram of the microwave transceiver 150 of FIG. 1 .

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로파 송수신기(150)는, 송수신 스위치(210), 위상 변환기(220), 및 신호 증폭기(230)를 포함한다. Referring to FIG. 2 , a microwave transceiver 150 according to an embodiment of the present invention includes a transmit/receive switch 210, a phase converter 220, and a signal amplifier 230.

송수신 안테나(140)에 연결된 송수신 스위치(210)는, 신호처리 및 제어기(190)로부터의 제어신호(예, C1)에 따라, 선택적으로 송수신 안테나(140)로부터 마이크로파 신호를 수신하거나, 위상 변환기(220)에서 출력되는 마이크로파 신호를 송수신 안테나(140)로 전송한다. The transmit/receive switch 210 connected to the transmit/receive antenna 140 selectively receives a microwave signal from the transmit/receive antenna 140 according to signal processing and a control signal (eg, C 1 ) from the controller 190, or a phase converter. The microwave signal output from 220 is transmitted to the transmit/receive antenna 140.

신호 증폭기(230)는 신호처리 및 제어기(190)로부터의 제어신호(예, C1)에 따라, 마이크로파 분배기(160)를 통해 제공된 마이크로파 신호(예, T1)의 진폭을 소정의 크기로 증폭하며, 위상 변환기(220)는 신호처리 및 제어기(190)로부터의 제어신호(예, C1)에 따라, 신호 증폭기(230)에서 출력되는 마이크로파 신호의 위상을 소정의 값으로 변환하여 출력한다. The signal amplifier 230 amplifies the amplitude of the microwave signal (eg, T 1 ) provided through the microwave splitter 160 to a predetermined level according to the control signal (eg, C 1 ) from the signal processing and controller 190. And, the phase converter 220 converts the phase of the microwave signal output from the signal amplifier 230 into a predetermined value according to the control signal (eg, C 1 ) from the signal processing and controller 190 and outputs it.

이하 도 3의 흐름도를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로파 장치(500)의 마이크로파 포커싱 및 열 이미징 동작에 대하여 좀 더 자세히 설명한다. Hereinafter, microwave focusing and thermal imaging operations of the microwave device 500 according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the flowchart of FIG. 3 .

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로파 장치(500)의 마이크로파 포커싱 및 열 이미징 동작에 대한 흐름도이다.3 is a flowchart of microwave focusing and thermal imaging operations of the microwave device 500 according to an embodiment of the present invention.

먼저, 컴퓨터와 같은 외부 제어시스템(도 4의 600 참조)을 본 발명의 마이크로파 장치(500)와 연결하고, 외부 제어시스템(600)을 구동하여 본 발명의 마이크로파 장치(500)의 구동에 필요한 소정의 데이터를 마이크로파 장치(500)로 전송하고 소정의 설정값들을 설정하게 할 수 있다. First, an external control system such as a computer (see 600 in FIG. 4 ) is connected to the microwave device 500 of the present invention, and the external control system 600 is driven to determine a predetermined value required for driving the microwave device 500 of the present invention. It is possible to transmit the data of the microwave device 500 and set predetermined setting values.

도 3을 참조하면, 마이크로파 포커싱 및 열 이미징을 위하여, 먼저, 생체조직 대상체(100)의 해부학적 영상을 획득한다(310). 생체조직 대상체(100)의 해부학적 영상은, MRI(Magnetic Resonance Image), CT(Computed Tomography) 영상, 또는 마이크로파에 의한 MT(Microwave Tomograpy) 영상 등을 획득하기 위한 장치를 이용하여 획득될 수 있다. 경우에 따라, 머리와 같이 표준화가 가능한 생체조직 대상체일 경우 보편적인 표준모델에 대한 영상을 이용할 수도 있다. 이와 같이 조직 검사나 치료를 위해 간, 위, 맹장, 대장, 식도, 소장, 머리 등에 대하여 준비된 해부학적 영상은 외부 제어시스템(600)의 디스플레이 장치에 표시될 수 있다. Referring to FIG. 3 , for microwave focusing and thermal imaging, first, an anatomical image of the biological tissue object 100 is acquired (310). An anatomical image of the biological tissue object 100 may be obtained using a device for obtaining a magnetic resonance image (MRI), a computed tomography (CT) image, or a microwave tomography (MT) image using microwaves. In some cases, in the case of a biological tissue subject that can be standardized, such as a head, an image of a universal standard model may be used. In this way, anatomical images prepared for the liver, stomach, appendix, large intestine, esophagus, small intestine, head, etc. for biopsy or treatment may be displayed on the display device of the external control system 600 .

해부학적 영상이 획득되면, 컴퓨터와 같은 외부 제어시스템(600)은 해부학적 영상에 대하여 유전율(permittivity) 및 도전율(conductivity) 정보를 갖는 전자기적 모델(electromagnetic model) 정보를 생성한다(320). 전자기적 모델 정보는 소정의 생체조직 분석 기법에 따라 추정된 생체조직 대상체(100)에 대한 유전율 및 도전율 분포 정보일 수 있다. 경우에 따라 신호처리 및 제어기(190)가 해부학적 영상에 대한 전자기적 모델 정보를 생성하는 것도 가능하다.When an anatomical image is obtained, an external control system 600 such as a computer generates electromagnetic model information having permittivity and conductivity information with respect to the anatomical image (320). The electromagnetic model information may be permittivity and conductivity distribution information of the biological tissue target object 100 estimated according to a predetermined biological tissue analysis technique. In some cases, the signal processing and controller 190 may generate electromagnetic model information for an anatomical image.

신호처리 및 제어기(190)는 전자기적 모델 정보를 활용하여, 생체조직 대상체(100)에 대해 마이크로파를 포커싱하고 열 이미징을 위한 소정의 알고리즘에 따라 마이크로파 진폭과 위상 값 및 마이크로파 송수신 계획(방사시간, 열 이미징 주기 등) 등 마이크로파 처리 계획을 결정하여, 생체조직 대상체(100)의 특정 부위(110a)에 마이크로파 포커싱이 이루어지게 할 수 있고 열 이미징이 이루어지도록 제어할 수 있다(330). The signal processing and controller 190 uses the electromagnetic model information to focus microwaves on the biological tissue object 100, and according to a predetermined algorithm for thermal imaging, the microwave amplitude and phase values and the microwave transmission/reception plan (radiation time, By determining a microwave treatment plan such as a thermal imaging cycle, etc.), microwave focusing may be performed on a specific region 110a of the biological tissue target object 100, and thermal imaging may be controlled (330).

신호처리 및 제어기(190)는 마이크로파 처리 계획에 따라 마이크로파 공급기(170)가 마이크로파 분배기(160)에 마이크로파 신호를 공급하도록 제어하고, 마이크로파 분배기(160)는 마이크로파 공급기(170)로부터 공급된 마이크로파 신호를 분배하여 분배된 신호들(T1~TN)을 마이크로파 송수신기(150) 각각에 제공한다. 마이크로파 처리 계획에 기초한 각각의 제어신호(C1~CN)에 따라 각각의 마이크로파 송수신기(150)는 해당 진폭과 위상값을 갖는 마이크로파 신호를 각각의 송수신 안테나(140)를 통해 소정의 시간 동안 방사하여 생체조직 대상체(100)의 특정 부위(110a)에 마이크로파 포커싱이 이루어지도록 한다(340).The signal processor and controller 190 controls the microwave supplier 170 to supply microwave signals to the microwave distributor 160 according to the microwave processing plan, and the microwave distributor 160 receives the microwave signals supplied from the microwave supplier 170. The distributed signals T 1 to T N are distributed and provided to each of the microwave transceivers 150 . According to each control signal (C 1 to C N ) based on the microwave processing plan, each microwave transceiver 150 radiates a microwave signal having a corresponding amplitude and phase value through each transmit/receive antenna 140 for a predetermined time. Thus, microwave focusing is performed on a specific region 110a of the biological tissue target object 100 (340).

이때 생체조직 대상체(100)의 내부 온도를 이미징하기 위해서, 마이크로파 처리 계획에 따라 신호처리 및 제어기(190)는, 340 단계의 마이크로파 방사를 소정의 주기(열 이미징 주기)에 따라 간헐적으로 멈추고, 마이크로파 송수신기들(150) 중 하나 이상은, 신호처리 및 제어기(190)의 각 제어신호에 따라 해당 진폭과 위상값을 갖는 마이크로파 신호를 각각의 송수신 안테나를 통해 방사하는 동안, 마이크로파 송수신기들(150) 중 하나 이상의 나머지들은, 각각의 송수신 안테나를 통해 생체조직 대상체(100)에 의해 산란되어 나오는 산란 마이크로파를 수신하도록 제어할 수 있다. At this time, in order to image the internal temperature of the biological tissue object 100, according to the microwave processing plan, the signal processing and controller 190 intermittently stops the microwave radiation of step 340 according to a predetermined cycle (thermal imaging cycle), While one or more of the transceivers 150 radiates a microwave signal having a corresponding amplitude and phase value through each transmit/receive antenna according to each control signal of the signal processing and controller 190, one or more of the microwave transceivers 150 One or more other elements may be controlled to receive scattered microwaves scattered by the biological tissue target object 100 through respective transmit/receive antennas.

마이크로파 수신기(180)는 해당 마이크로파 송수신기(들)(150)이 수신한 산란 마이크로파 신호(들)를 수신하고 처리하여 신호처리 및 제어기(190)로 출력하며, 온도 신호 수신기(130)는 온도 센서(들)(120)로부터의 감지 신호(들)(S1~ S M)을 수신하고 처리하여 신호처리 및 제어기(190)로 출력한다. 이에 따라 일부 마이크로파 송수신기가 마이크로파 신호를 방사하여 포커싱하는 동안, 신호처리 및 제어기(190)는 산란 마이크로파 신호(들)과 감지 신호(들)을 소정의 이미징 알고리즘에 따라 분석하여 생체조직 대상체(100)의 내부 온도, 즉, 특정 부위(110a)를 중심으로 한 주변 온도 변화량을 추정하여 해당 열 이미징 정보를 생성할 수 있다(350). 이와 같은 마이크로파 열 이미징 단계에 있어서, 열 이미징 정보의 온도 변화량의 유효성을 매순간 검증하기 위해, 신호처리 및 제어기(190)는 생체조직 대상체(100) 둘레에 배치된 온도 센서(120)의 감지 신호(들)에 기초한 실제 온도변화량과 비교하는 과정을 더 수행할 수 있다. 예를 들어, 신호처리 및 제어기(190)는 비교결과가 소정의 범위에서 유사한 경우 열 이미징 정보를 출력할 수 있으며, 그렇지 않으면 에러 메시지를 발생시킬 수도 있으며, 경우에 따라 온도 센서(120)의 감지 신호(들)을 기초로 열 이미징 정보(온도 변화량)을 보정할 수도 있다. 열 이미징 정보는 외부 제어시스템(600)으로 전송되어 디스플레이 장치에서 해부학적 영상과 함께 표시됨으로써 생체조직 대상체(100)의 특정 부위(110a) 주위에서 발생하는 열을 모니터링할 수 있다.The microwave receiver 180 receives and processes the scattered microwave signal(s) received by the corresponding microwave transceiver(s) 150 and outputs the signal processing and controller 190, and the temperature signal receiver 130 is a temperature sensor ( s) 120 receives the detection signal(s) (S 1 to S M ), processes them, and outputs them to the signal processing and controller 190. Accordingly, while some microwave transceivers radiate and focus microwave signals, the signal processor and controller 190 analyzes the scattered microwave signal(s) and the detection signal(s) according to a predetermined imaging algorithm to generate the biological tissue object 100. Corresponding thermal imaging information may be generated by estimating the internal temperature of , that is, the change in ambient temperature centered on the specific region 110a ( 350 ). In this microwave thermal imaging step, in order to verify the validity of the temperature change amount of the thermal imaging information every moment, the signal processing and controller 190 uses the detection signal ( s) may further perform a process of comparing with the actual temperature change based on the For example, the signal processor and controller 190 may output thermal imaging information when the comparison results are similar within a predetermined range, otherwise an error message may be generated, and in some cases, the temperature sensor 120 detects Thermal imaging information (temperature variation) may be corrected based on the signal(s). The thermal imaging information is transmitted to the external control system 600 and displayed together with the anatomical image on the display device, so that heat generated around the specific part 110a of the biological tissue object 100 can be monitored.

이와 같이 마이크로파 열 이미징 결과에 따라 모니터링된 생체조직 대상체(100) 내부의 온도 변화량이 피드백되면, 신호처리 및 제어기(190)는 소정의 알고리즘에 따라 마이크로파 진폭과 위상 값 및 마이크로파 처리 계획 등을 조정한 마이크로파 처리 계획을 업데이트하여 위와 같은 과정이 반복되도록 제어한다(360). In this way, when the amount of temperature change inside the biological tissue target object 100 monitored according to the microwave thermal imaging result is fed back, the signal processor and controller 190 adjusts the microwave amplitude and phase value and the microwave processing plan according to a predetermined algorithm. The microwave treatment plan is updated to control the above process to be repeated (360).

위의 330 단계에서와 같이, 생체조직 대상체(100)의 특정 부위(110a)에 마이크로파를 포커싱하기 위해 마이크로파 송수신기(150)를 통해 방사되는 마이크로파 진폭 및 위상 값 등 마이크로파 처리 계획을 결정하기 위한 방법의 일례를 설명한다. As in step 330 above, the method for determining the microwave processing plan, such as the amplitude and phase values of the microwaves radiated through the microwave transceiver 150, to focus the microwaves on the specific part 110a of the biological tissue object 100. An example is explained.

먼저, 신호처리 및 제어기(190)는 생체조직 대상체(100)의 전자기적 모델 정보에 대하여 전자기적 해석을 통해 특정 부위(110a)를 포커싱 위치가 되도록 가상의 원형 연속 마이크로파 (spherical continuous wave)(110b)를 인가하기 위한 위상과 진폭을 계산할 수 있다. 이때 360 단계에서 피드백된 열 이미징 정보에 따라 신호처리 및 제어기(190)는 생체조직 대상체(100) 내부의 온도 변화량을 반영하여 마이크로파 송수신기(140)가 마이크로파 신호를 방사하는 시간 등을 조정할 수도 있다. First, the signal processing and controller 190 generates virtual spherical continuous wave (110b) to make a specific region (110a) a focusing position through electromagnetic analysis with respect to the electromagnetic model information of the biological tissue object (100). ) can be calculated for the phase and amplitude to apply. At this time, according to the thermal imaging information fed back in step 360, the signal processor and controller 190 may adjust the time during which the microwave transceiver 140 emits the microwave signal by reflecting the amount of temperature change inside the biological tissue target object 100.

예를 들어, 이와 같은 전자기적 모델 정보에 대한 전자기적 해석을 위하여, 마이크로파 신호를 일부 송수신 안테나(140)를 통해 방사할 때(350), 신호처리 및 제어기(190)는 마이크로파 수신기(180)를 통해 임의의 산란 마이크로파 신호를 수집하고, 수집된 산란 마이크로파 신호를 FFT(Fast Fourier Transform) 변환하여 위상과 진폭을 계산한다. 이와 같이 계산된 위상에 대해서는 부호를 바꾸고(예, 반사파 반영), 계산된 진폭에 대해서는 소정의 값으로 정규화 후 그 역수(1/(정규화된 진폭 값))를 취한다. 이와 같이 계산된 진폭과 위상 값은 특정 부위(110a)를 포커싱 위치가 되도록 하기 위해, 해당 마이크로파 송수신기(140)의 신호 증폭기(230)와 위상 변환기(220)의 제어에 사용된다. 이때, 위와 같이 결정된 마이크로파 진폭 값이 가용 범위를 넘는 경우, 생체조직 대상체(100)의 외부조직에 화상을 일으킬 수 있으므로, 이를 방지하기 위해, 신호 증폭기(230) 제어를 위한 진폭 값은 소정의 임계값 이상은 넘지 않도록 제한될 수 있다.For example, for electromagnetic analysis of such electromagnetic model information, when a microwave signal is radiated through a part of the transmission/reception antenna 140 (350), the signal processing and controller 190 uses the microwave receiver 180 Through this, random scattered microwave signals are collected, and phase and amplitude are calculated by FFT (Fast Fourier Transform) transformation of the collected scattered microwave signals. The sign of the phase calculated as described above is changed (e.g., the reflected wave is reflected), and the calculated amplitude is normalized to a predetermined value, and then the reciprocal number (1/(normalized amplitude value)) is taken. The amplitude and phase values calculated in this way are used to control the signal amplifier 230 and the phase converter 220 of the microwave transceiver 140 in order to make the specific region 110a a focusing position. At this time, if the microwave amplitude value determined as above exceeds the available range, it may cause burns in the external tissue of the biological tissue object 100. To prevent this, the amplitude value for controlling the signal amplifier 230 is set to a predetermined threshold It can be limited so that it does not exceed more than the value.

위의 330 단계에서와 같이, 생체조직 대상체(100)의 특정 부위(110a)에 마이크로파를 포커싱하기 위해 마이크로파 송수신기(150)를 통해 방사되는 마이크로파 진폭 및 위상 값 등 마이크로파 처리 계획을 결정하기 위한 방법의 다른 예를 설명한다. As in step 330 above, the method for determining the microwave processing plan, such as the amplitude and phase values of the microwaves radiated through the microwave transceiver 150, to focus the microwaves on the specific part 110a of the biological tissue object 100. Another example is described.

마이크로파 신호를 일부 송수신 안테나(140)를 통해 방사할 때(350), 신호처리 및 제어기(190)는 전자기적 해석으로부터 마이크로파 신호를 방사하는 각 안테나(140)에서 발생하는 전기장 분포를 각각 계산할 수 있다. 이를 이용하여 신호처리 및 제어기(190)는 생체조직 대상체(100)의 전자기적 모델 정보에 대하여, 이 전기장의 분포가 대상체(100)의 특정부위에 집중되고 그 외 다른 부위에서 소정의 한계를 넘지 않도록 하는 그 마이크로파 진폭과 위상 값을 소정의 최적화 알고리즘을 통하여 결정할 수도 있다.When a microwave signal is radiated through some transmission/reception antennas 140 (350), the signal processing and controller 190 may calculate the electric field distribution generated from each antenna 140 radiating the microwave signal from electromagnetic analysis, respectively. . Using this, the signal processing and controller 190, with respect to the electromagnetic model information of the biological tissue object 100, the distribution of the electric field is concentrated in a specific part of the object 100 and does not exceed a predetermined limit in other parts. It is also possible to determine the microwave amplitude and phase values through a predetermined optimization algorithm.

위의 마이크로파 열 이미징 단계(350)에서와 같이, 생체조직 대상체(100) 내부 온도 변화량를 이미징하기 위한 방법의 일례를 설명한다.As in the microwave thermal imaging step 350 above, an example of a method for imaging the amount of change in temperature inside the biological tissue object 100 will be described.

예를 들어, 마이크로파 신호를 일부 송수신 안테나(140)를 통해 방사할 때(350), 신호처리 및 제어기(190)는 생체조직 대상체(100)의 온도가 변하기 전인 기준 시간(t0)에 안테나들(140) 상호간에 소정의 마이크로파 신호를 송신하고 산란 마이크로파를 수신하여 그 수신된 신호의 진폭/위상 값들을 측정하고, 컴퓨터와 같은 외부 제어시스템(600)의 저장 수단에 저장한다. 이후 소정의 주기에 따라 간헐적으로 이루어지는 마이크로파 열 이미징 단계(350)에서, 신호처리 및 제어기(190)는 어느 시간(t1)에 마찬가지로 안테나들(140) 상호간에 소정의 마이크로파 신호를 송신하고 산란 마이크로파를 수신하여 그 수신된 신호의 진폭/위상 값들을 측정한다. 이에 따라, 소정의 간격을 갖는 t0와 t1 사이에서 진폭 또는 위상 값의 측정 데이터 차이(y)에 대하여 소정의 최적화 알고리즘을 통해 생체조직 대상체(100) 내부의 온도 변화량 분포 이미지(x)를 예측할 수 있다. 열 이미징 정보로서의 온도 변화량 분포 이미지(x)는 특정 부위(110a)를 중심으로 한 주변 온도 변화량의 분포를 나타낼 수 있다.For example, when a microwave signal is radiated through some of the transmission/reception antennas 140 (350), the signal processing and controller 190 transmits the antennas ( 140) Mutually transmit predetermined microwave signals and receive scattered microwaves, measure the amplitude/phase values of the received signals, and store them in a storage unit of the external control system 600 such as a computer. Subsequently, in the microwave thermal imaging step 350 performed intermittently according to a predetermined period, the signal processor and controller 190 similarly transmits a predetermined microwave signal between the antennas 140 at a certain time t1 and scatters microwaves. Receive and measure amplitude/phase values of the received signal. Accordingly, the temperature variation distribution image (x) inside the biological tissue object 100 can be predicted through a predetermined optimization algorithm with respect to the difference (y) of the amplitude or phase value measurement data between t0 and t1 having a predetermined interval. there is. The temperature variance distribution image (x) as thermal imaging information may represent the distribution of the ambient temperature variance around the specific region 110a.

예를 들어, 각 안테나(140)에서 어느 두 시간 t0와 t1에 측정된 데이터 차에 대한 벡터(y)과 각 안테나(140)에서 어느 두 시간 t0와 t1에 측정된 온도 변화량 분포 이미지에 대한 벡터(x) 사이의 관계는 [수학식1]과 같은 선형 관계식으로 표현될 수 있다. A는 각 안테나(140)와 관련된 특성 파라미터의 벡터일 수 있다. For example, a vector (y) for the data difference measured at two times t0 and t1 at each antenna 140 and a vector for a temperature change distribution image measured at two times t0 and t1 at each antenna 140 The relationship between (x) can be expressed as a linear relational expression such as [Equation 1]. A may be a vector of characteristic parameters associated with each antenna 140.

[수학식1][Equation 1]

y=Axy=Ax

이때, 벡터 Ax와 y 간의 차이를 최소화하기 위하여, [수학식2]와 같이 함수 F(x)를 미리 정의한다. 신호처리 및 제어기(190)는 F(x)를 최소화하는 최적의 벡터 x를 구할 수 있다. λ1와 λ2 는 상기 온도 분포 이미지(x)의 질(quality)을 튜닝하기 위한 사용자 입력 파라미터이다. At this time, in order to minimize the difference between the vectors Ax and y, a function F(x) is predefined as in [Equation 2]. The signal processing and controller 190 can find the optimal vector x that minimizes F(x). λ 1 and λ 2 are user input parameters for tuning the quality of the temperature distribution image (x).

[수학식2][Equation 2]

Figure 112016006141890-pat00001
Figure 112016006141890-pat00001

Figure 112016006141890-pat00002
Figure 112016006141890-pat00002

이와 같은 마이크로파 열 이미징 단계에 있어서, 온도 변화량에 대한 열 이미징 정보를 매 순간 검증하기 위해, 신호처리 및 제어기(190)는 생체조직 대상체(100) 둘레에 배치된 온도 센서(120)의 감지 신호(들)에 기초한 실제 온도변화량과 비교하는 과정을 더 수행할 수 있다. 예를 들어, 신호처리 및 제어기(190)는 비교결과가 소정의 범위에서 유사한 경우 열 이미징 정보를 출력할 수 있으며, 그렇지 않으면 에러 메시지를 발생시킬 수도 있으며, 경우에 따라 온도 센서(120)의 감지 신호(들)을 기초로 열 이미징 정보(온도 변화량)을 보정할 수도 있다.In this microwave thermal imaging step, in order to verify thermal imaging information on the amount of temperature change every moment, the signal processing and controller 190 uses a detection signal ( s) may further perform a process of comparing with the actual temperature change based on the For example, the signal processor and controller 190 may output thermal imaging information when the comparison results are similar within a predetermined range, otherwise an error message may be generated, and in some cases, the temperature sensor 120 detects Thermal imaging information (temperature variation) may be corrected based on the signal(s).

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로파 장치(100)에서는, 마이크로파를 이용하여 생체조직 내외부의 특정 부위에 포커싱함과 동시에 이로 인해 발생하는 생체조직의 내부 온도변화를 고속으로 이미징해 모니터링할 수 있으므로 포커싱의 정확도를 향상시킬 수 있다.As described above, in the microwave device 100 according to the present invention, it is possible to focus on a specific part inside and outside the biological tissue using microwaves and at the same time image and monitor the internal temperature change of the biological tissue caused by this at high speed. Accuracy of focusing can be improved.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. The above description is merely an example of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed according to the claims below, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.

마이크로파 장치(500)
생체조직 대상체(100)
온도 센서(120)
온도 신호 수신기(130)
송수신 안테나(140)
마이크로파 송수신기(150)
마이크로파 분배기(160)
마이크로파 공급기(170)
마이크로파 수신기(180)
신호처리 및 제어기(190)
송수신 스위치(210)
위상 변환기(220)
신호 증폭기(230)microwave device 500
Biological tissue object (100)
Temperature sensor(120)
Temperature signal receiver (130)
transmit/receive antenna(140)
Microwave Transceiver(150)
Microwave Splitter(160)
Microwave Feeder(170)
microwave receiver(180)
Signal processing and controller (190)
Transmit/receive switch(210)
Phase Shifter(220)
signal amplifier(230)

Claims (15)

마이크로파를 포커싱하고 열 이미징 정보를 수집하여 모니터링하기 위한 마이크로파 장치의 마이크로파 처리 방법에 있어서,
생체조직 대상체의 해부학적 영상에 대하여 유전율 및 도전율 분포에 대한 전자기적 모델 정보를 이용하여, 상기 생체조직 대상체에 대하여 마이크로파를 포커싱하고 열 이미징을 위한 마이크로파 처리 계획을 결정하는 단계;
복수의 마이크로파 송수신기가 상기 마이크로파 처리 계획에 따른 진폭과 위상값을 갖는 마이크로파 신호를 각각의 송수신 안테나를 통해 방사하여 상기 생체조직 대상체의 특정 부위에 포커싱되도록 제어하는 단계;
상기 마이크로파 처리 계획에 따라, 소정의 주기로 상기 복수의 마이크로파 송수신기 중 일부와 나머지 상호간의 마이크로파 신호 방사와 산란 마이크로파의 수신을 제어하는 단계; 및
수신되는 상기 산란 마이크로파로부터 상기 생체조직 대상체의 특정 부위 주변의 온도 변화량을 추정하여 모니터링을 위한 열 이미징 정보를 생성하는 단계
를 포함하고,
상기 마이크로파 신호 방사와 산란 마이크로파의 수신을 제어하는 단계는,
상기 마이크로파 처리 계획에 따라, 소정의 주기로 상기 방사를 멈추고, 상기 복수의 마이크로파 송수신기 중 하나 이상이 송수신 안테나를 통해 마이크로파 신호를 방사하는 동안, 상기 복수의 마이크로파 송수신기 중 나머지는 송수신 안테나를 통해 상기 생체조직 대상체에 의해 산란되어 나오는 산란 마이크로파를 수신하도록 제어하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 처리 방법.A microwave processing method of a microwave device for focusing microwaves and collecting and monitoring thermal imaging information,
focusing microwaves on the biological tissue object and determining a microwave processing plan for thermal imaging using electromagnetic model information on permittivity and conductivity distribution of the anatomical image of the biological tissue object;
controlling a plurality of microwave transceivers to emit microwave signals having amplitudes and phases according to the microwave processing plan through respective transmission/reception antennas and to be focused on a specific part of the biological tissue object;
controlling radiation of microwave signals and reception of scattered microwaves between some of the plurality of microwave transceivers and the rest of the plurality of microwave transceivers at predetermined cycles according to the microwave processing plan; and
generating thermal imaging information for monitoring by estimating a temperature variation around a specific part of the biological tissue target from the received scattered microwaves;
including,
The step of controlling the microwave signal emission and reception of the scattered microwaves,
According to the microwave processing plan, the radiation is stopped at a predetermined period, and while at least one of the plurality of microwave transceivers radiates a microwave signal through a transmit/receive antenna, the rest of the plurality of microwave transceivers transmit/receive the biological tissue through the transmit/receive antenna. Controlling to receive scattered microwaves scattered by an object
Microwave treatment method comprising a. 제1항에 있어서,
피드백되는 상기 열 이미징 정보를 기초로 상기 마이크로파 처리 계획을 업데이트하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 처리 방법.According to claim 1,
Updating the microwave treatment plan based on the feedback thermal imaging information
Microwave treatment method characterized in that it further comprises. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 열 이미징 정보를 생성하는 단계는,
상기 산란 마이크로파로부터 추정된 상기 온도 변화량의 유효성을 검증하거나 보정하기 위하여, 상기 생체조직 대상체의 주변에 배치된 하나 이상의 온도 센서의 감지 신호에 기초한 실제 온도 변화량과 상기 산란 마이크로파로부터 추정된 상기 온도 변화량을 비교하는 단계
를 포함하는 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 처리 방법.According to claim 1,
Generating the thermal imaging information,
In order to verify or correct the validity of the temperature change estimated from the scattered microwaves, an actual temperature change based on detection signals of one or more temperature sensors disposed around the biological tissue object and the temperature change estimated from the scattered microwaves step to compare
Microwave treatment method comprising a. 제2항에 있어서,
상기 마이크로파 처리 계획을 업데이트하기 위하여, 상기 전자기적 모델 정보에 대하여 전자기적 해석을 통해 상기 포커싱을 위한 상기 마이크로파 신호의 진폭과 위상값을 계산하되, 상기 산란 마이크로파에 대한 FFT(Fast Fourier Transform) 변환을 기초로 상기 진폭과 위상값을 계산하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 처리 방법.According to claim 2,
In order to update the microwave processing plan, the amplitude and phase values of the microwave signal for the focusing are calculated through electromagnetic analysis with respect to the electromagnetic model information, and FFT (Fast Fourier Transform) conversion for the scattered microwaves is performed. Microwave processing method characterized in that for calculating the amplitude and phase values based on. 제2항에 있어서,
상기 마이크로파 처리 계획을 업데이트하기 위하여, 상기 전자기적 모델 정보에 대하여 전자기적 해석을 통해 상기 포커싱을 위한 상기 마이크로파 신호의 진폭과 위상값을 계산하되, 상기 마이크로파 신호를 방사하는 송수신 안테나의 전기장 분포를 해석하여 상기 진폭과 위상값을 계산하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 처리 방법.According to claim 2,
In order to update the microwave processing plan, the amplitude and phase values of the microwave signal for the focusing are calculated through electromagnetic analysis with respect to the electromagnetic model information, and the electric field distribution of the transmitting and receiving antenna radiating the microwave signal is analyzed. Microwave processing method, characterized in that for calculating the amplitude and phase values. 제1항에 있어서,
상기 생체조직 대상체의 특정 부위 주변의 온도 변화량을 포함하는 상기 열 이미징 정보를 획득하기 위하여, 소정의 간격을 갖는 두 시간에 상기 산란 마이크로파의 진폭 또는 위상을 측정하고, 상기 두 시간 사이의 상기 진폭 또는 위상의 차이로부터 상기 생체조직 대상체 내부의 상기 특정 부위 주변의 온도 변화량 분포를 포함하는 온도 변화량 분포 이미지를 획득하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 처리 방법.According to claim 1,
In order to obtain the thermal imaging information including the amount of temperature change around a specific part of the biological tissue object, the amplitude or phase of the scattered microwaves is measured at two times having a predetermined interval, and the amplitude or phase between the two times The microwave treatment method characterized in that obtaining a temperature change amount distribution image including a temperature change amount distribution around the specific part inside the biological tissue object from the phase difference. 마이크로파를 포커싱하고 열 이미징 정보를 수집하여 모니터링하기 위한 마이크로파 장치에 있어서,
생체조직 대상체 주위에 배치된 복수의 송수신 안테나; 상기 복수의 송수신 안테나를 통해 마이크로파 신호를 송수신하기 위한 복수의 마이크로파 송수신기; 상기 생체조직 대상체의 해부학적 영상에 대하여 유전율 및 도전율 분포에 대한 전자기적 모델 정보를 이용하여, 상기 생체조직 대상체에 대하여 마이크로파를 포커싱하고 열 이미징을 위한 마이크로파 처리 계획을 결정하는 신호처리 및 제어기; 상기 신호처리 및 제어기의 제어에 따라 마이크로파 신호를 공급하는 마이크로파 공급기; 상기 마이크로파 공급기의 출력을 상기 복수의 마이크로파 송수신기로 분배하는 마이크로파 분배기; 및 상기 복수의 마이크로파 송수신기가 상기 복수의 송수신 안테나를 통해 수신하는 마이크로파 신호를 수신하고 처리하여 상기 신호처리 및 제어기로 출력하는 마이크로파 수신기를 포함하고,
상기 신호처리 및 제어기는,
상기 복수의 마이크로파 송수신기가 상기 마이크로파 처리 계획에 따른 진폭과 위상값을 갖는 마이크로파 신호를 각각의 송수신 안테나를 통해 방사하여 상기 생체조직 대상체의 특정 부위에 포커싱되도록 제어하고,
상기 마이크로파 처리 계획에 따라, 소정의 주기로 상기 복수의 마이크로파 송수신기 중 일부와 나머지 상호간의 마이크로파 신호 방사와 산란 마이크로파의 수신을 제어하여, 수신되는 상기 산란 마이크로파로부터 상기 생체조직 대상체의 특정 부위 주변의 온도 변화량을 추정하여 모니터링을 위한 열 이미징 정보를 생성하고,
상기 마이크로파 신호 방사와 산란 마이크로파의 수신을 위하여, 상기 마이크로파 처리 계획에 따라, 소정의 주기로 상기 방사를 멈추고, 상기 복수의 마이크로파 송수신기 중 하나 이상이 송수신 안테나를 통해 마이크로파 신호를 방사하는 동안, 상기 복수의 마이크로파 송수신기 중 나머지는 송수신 안테나를 통해 상기 생체조직 대상체에 의해 산란되어 나오는 산란 마이크로파를 수신하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 장치.A microwave device for focusing microwaves and collecting and monitoring thermal imaging information,
a plurality of transmit/receive antennas disposed around the biological tissue object; a plurality of microwave transceivers for transmitting and receiving microwave signals through the plurality of transmitting and receiving antennas; a signal processor and controller for focusing microwaves on the biological tissue object and determining a microwave processing plan for thermal imaging using electromagnetic model information on permittivity and conductivity distribution of the anatomical image of the biological tissue object; a microwave supplier supplying a microwave signal according to the signal processing and control of the controller; a microwave splitter distributing the output of the microwave supplier to the plurality of microwave transceivers; and a microwave receiver for receiving and processing microwave signals received by the plurality of microwave transceivers through the plurality of transmit/receive antennas and outputting the signals to the signal processor and controller;
The signal processing and controller,
controlling the plurality of microwave transceivers to radiate microwave signals having amplitudes and phases according to the microwave processing plan through respective transmit/receive antennas to be focused on a specific part of the biological tissue target;
According to the microwave processing plan, radiation of microwave signals and reception of scattered microwaves are controlled between some of the plurality of microwave transceivers and the rest of the plurality of microwave transceivers at a predetermined cycle, so that a temperature change amount around a specific part of the biological tissue object is received from the received scattered microwaves. By estimating to generate thermal imaging information for monitoring,
For the microwave signal radiation and the reception of the scattered microwaves, the radiation is stopped at a predetermined period according to the microwave processing plan, and while at least one of the plurality of microwave transceivers emits a microwave signal through a transmit/receive antenna, the plurality of The microwave apparatus characterized in that the rest of the microwave transceivers are controlled to receive scattered microwaves scattered by the biological tissue target through a transceiver antenna. 제8항에 있어서,
상기 신호처리 및 제어기는, 피드백되는 상기 열 이미징 정보를 기초로 상기 마이크로파 처리 계획을 업데이트하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 장치.According to claim 8,
The microwave apparatus according to claim 1 , wherein the signal processing and controller updates the microwave processing plan based on the feedback thermal imaging information. 삭제delete 제8항에 있어서,
상기 생체조직 대상체 주위에 배치된 하나 이상의 온도 센서;
상기 하나 이상의 온도 센서로부터의 감지 신호를 수신하고 처리하여 상기 신호처리 및 제어기로 출력하는 온도 신호 수신기
를 더 포함하고,
상기 신호처리 및 제어기는,
상기 산란 마이크로파로부터 추정된 상기 온도 변화량의 유효성을 검증하거나 보정하기 위하여, 상기 하나 이상의 온도 센서의 감지 신호에 기초한 실제 온도 변화량과 상기 산란 마이크로파로부터 추정된 상기 온도 변화량을 비교하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 장치.According to claim 8,
one or more temperature sensors disposed around the biological tissue object;
A temperature signal receiver for receiving and processing detection signals from the one or more temperature sensors and outputting them to the signal processor and controller
Including more,
The signal processing and controller,
and comparing the temperature change estimated from the scattering microwave with an actual temperature change based on a detection signal of the one or more temperature sensors to verify or correct the temperature change estimated from the scattering microwaves. . 제9항에 있어서,
상기 신호처리 및 제어기는,
상기 마이크로파 처리 계획을 업데이트하기 위하여, 상기 전자기적 모델 정보에 대하여 전자기적 해석을 통해 상기 포커싱을 위한 상기 마이크로파 신호의 진폭과 위상값을 계산하되, 상기 산란 마이크로파에 대한 FFT(Fast Fourier Transform) 변환을 기초로 상기 진폭과 위상값을 계산하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 장치.According to claim 9,
The signal processing and controller,
In order to update the microwave processing plan, the amplitude and phase values of the microwave signal for the focusing are calculated through electromagnetic analysis with respect to the electromagnetic model information, and FFT (Fast Fourier Transform) conversion for the scattered microwaves is performed. Microwave apparatus, characterized in that for calculating the amplitude and phase values based on. 제9항에 있어서,
상기 신호처리 및 제어기는,
상기 마이크로파 처리 계획을 업데이트하기 위하여, 상기 전자기적 모델 정보에 대하여 전자기적 해석을 통해 상기 포커싱을 위한 상기 마이크로파 신호의 진폭과 위상값을 계산하되, 상기 마이크로파 신호를 방사하는 송수신 안테나의 전기장 분포를 해석하여 상기 진폭과 위상값을 계산하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 장치.According to claim 9,
The signal processing and controller,
In order to update the microwave processing plan, the amplitude and phase values of the microwave signal for the focusing are calculated through electromagnetic analysis with respect to the electromagnetic model information, and the electric field distribution of the transmitting and receiving antenna radiating the microwave signal is analyzed. The microwave device, characterized in that for calculating the amplitude and phase values by doing. 제8항에 있어서,
상기 신호처리 및 제어기는,
상기 생체조직 대상체의 특정 부위 주변의 온도 변화량을 포함하는 상기 열 이미징 정보를 획득하기 위하여, 소정의 간격을 갖는 두 시간에 상기 산란 마이크로파의 진폭 또는 위상을 측정하고, 상기 두 시간 사이의 상기 진폭 또는 위상의 차이로부터 상기 생체조직 대상체 내부의 상기 특정 부위 주변의 온도 변화량 분포를 포함하는 온도 변화량 분포 이미지를 획득하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 장치.According to claim 8,
The signal processing and controller,
In order to obtain the thermal imaging information including the amount of temperature change around a specific part of the biological tissue object, the amplitude or phase of the scattered microwaves is measured at two times having a predetermined interval, and the amplitude or phase between the two times The microwave apparatus characterized in that obtaining a temperature change amount distribution image including a temperature change amount distribution around the specific part inside the biological tissue object from the phase difference. 제8항에 있어서,
상기 복수의 마이크로파 송수신기 각각은,
상기 신호처리 및 제어기의 제어에 따라 상기 마이크로파 분배기를 통해 제공된 해당 마이크로파 신호를 증폭하는 신호 증폭기;
상기 신호처리 및 제어기의 제어에 따라 상기 신호 증폭기로부터 출력되는 마이크로파 신호의 위상을 변환하는 위상 변환기; 및
선택적으로 해당 송수신 안테나로부터 마이크로파 신호를 수신하거나, 상기 위상 변환기에서 출력되는 마이크로파 신호를 상기 해당 송수신 안테나로 전송하는 송수신 스위치
를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 장치.According to claim 8,
Each of the plurality of microwave transceivers,
a signal amplifier amplifying a corresponding microwave signal provided through the microwave splitter according to the control of the signal processing and controller;
a phase converter for converting a phase of the microwave signal output from the signal amplifier according to the signal processing and control of the controller; and
A transmit/receive switch selectively receiving a microwave signal from a corresponding transmit/receive antenna or transmitting a microwave signal output from the phase converter to the corresponding transmit/receive antenna.
Microwave apparatus comprising a.
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