KR102549701B1

KR102549701B1 - 자기장 힘을 이용한 미세입자 제어장치

Info

Publication number: KR102549701B1
Application number: KR1020200159654A
Authority: KR
Inventors: 윤정원; 투안 안 레
Original assignee: 광주과학기술원
Priority date: 2019-11-27
Filing date: 2020-11-25
Publication date: 2023-06-30
Also published as: KR20210065869A; WO2021107405A1

Abstract

자기장 힘을 이용한 미세입자 제어장치를 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 물체 또는 인체 내 주입된 미세입자를 모니터링하는 동시에 미세입자의 이동을 제어할 수 있는 미세입자 제어장치를 제공한다.

Description

자기장 힘을 이용한 미세입자 제어장치{Apparatus for Controlling Fine Particles Using Magnetic Field Force}

본 발명은 자기장 힘을 이용하여 미세입자를 제어하는 장치에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

의료 분야에서 인체를 해부하지 않고 내부를 촬영할 수 있는 영상 시스템은 질병 진단 및 건강 검진 등에서 각광받고 있다. 이러한 영상 시스템은 일정한 에너지를 인체에 투과하고, 인체 내의 특성에 따라 투과하거나 반사하는 특징을 이용하여 인체 내부의 영상을 획득할 수 있다. 예를 들어, 영상 시스템은 X선 영상 장치, 초음파 영상 장치, 컴퓨터 단층 촬영 장치(Computed Tomography Apparatus, CT 장치), 또는 자기 공명 영상(Magnetic Resonance Imaging, MRI) 장치를 포함할 수 있다.

종래의 영상 시스템은 방사능 노출이나 고 해상도 영상 획득의 어려움 등의 문제점을 갖는다. 최근에는, 초상자성 나노 입자를 추적자로 사용하여 고분해능 생체 영상을 고속으로 획득할 수 있는 MPI(Magnetic particle imaging) 장치가 차세대 영상 시스템으로 대두되고 있다. MPI 장치는 나노 입자로부터 유도되는 전기 신호로부터 복수의 고조파를 포함하는 스펙트럼을 획득할 수 있다. MPI 장치는 방사선 없이 작동 가능하며, 초상자성 나노입자(SPION)의 농도에 비례하게 3차원 분포 영상을 실시간으로 제공할 수 있어, 심혈관 또는 뇌혈관 등의 진단, 세포 라벨링 및 추적과 같은 다양한 의료 응용 분야에서 사용될 수 있다.

다만, 종래의 MPI 장치는 장치의 구조적 특성상 아주 작은 물체 내 초상자성 나노입자에 대해서만 감지하고 영상을 획득할 수 있는 불편이 존재하였다. 이에 따라, 물체를 넘어 인간 스케일에 적용하기에는 무리가 있어 의료기기로서는 역할이 아주 미미한 수준에 불과했다.
또한, 종래의 MPI 장치는 초상자성 나노입자를 감지하는 것만을 수행할 수 있었으며, 하나의 장비에서 나노입자를 실시간으로 감지하는 동시에 나노입자를 이동시키는 등 나노입자를 제어하는 것까지 동시에 수행하지는 못했다.
이러한 배경기술은 미국 특허출원공개공보 제2015-0276902호 등에 개시되어 있다.

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본 발명의 일 실시예는, 물체 또는 인체 내 주입된 미세입자를 모니터링하는 동시에 미세입자의 이동을 제어할 수 있는 미세입자 제어장치를 제공하는 데 일 목적이 있다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 물체 또는 인체 내 주입된, 상자성을 갖는 미세입자를 모니터링하고 이동시키는 미세입자 제어장치에 있어서, 자기장을 외부로 방출하되, 자기장이 존재하지 않는 부위를 형성하여 상기 미세입자를 모니터링하고 이동시키는 입자 관리부와 상기 입자 관리부가 자기장을 방출할 수 있도록 전원을 공급하는 전원 공급부와 사용자로부터 자기장이 존재하지 않는 부위의 위치를 입력받는 사용자 입력부와 상기 미세입자의 위치 또는 자기장이 존재하지 않는 부위의 위치를 출력하는 모니터링부 및 상기 상기 전원 공급부 및 상기 모니터링부의 동작을 제어하며, 상기 입자 관리부가 상기 미세입자를 모니터링하거나 상기 미세입자를 이동시키게 동작하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세입자 제어장치를 제공한다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 미세입자는 상기 미세입자는 자기장이 존재하지 않는 부위에서 여기신호를 수신하는 경우, 출력신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 입자 관리부는 상기 출력신호를 수신함으로써, 상기 미세입자를 모니터링하는 것을 특징으로 한다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 제어부는 상기 입자 관리부가 상기 미세입자를 모니터링하고 상기 미세입자를 이동시키는 것을 번갈아 가며 하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 제어부는 상기 입자 관리부가 상기 미세입자를 모니터링하는 동작 및 상기 미세입자를 이동시키는 동작 중 어느 하나를 다른 하나보다 상대적으로 긴 기간동안 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예의 일 측면에 따르면, 물체 또는 인체 내 주입된 미세입자의 이동을 제어하는 동시에 실시간으로 미세입자를 모니터링할 수 있어, 미세입자를 이용한 치료 효과를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 제어장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 관리부의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 관리부에 의해 형성되는 동작 영역을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 제어장치의 동작 순서를 도시한 도면이다.
도 5는 가상 FFP와 실제 FFP의 관계를 도시한 그래프이다.
도 6 및 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 제어장치의 실제 동작모습의 일부를 도시한 도면이다.
도 8은 FFP와 FFP 외부에 위치한 미세입자로부터 출력되는 출력신호를 도시한 그래프이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 제어장치(100)는 입자 관리부(110), 전원 공급부(120), 사용자 입력부(130), 제어부(140) 및 모니터링부(150)를 포함한다.

미세입자 제어장치(100)는 초상자성 미세입자의 비선형특성에 기반하여, 초상자성 미세입자를 모니터링하고 위치를 이동시키는 장치이다. 초상자성 미세입자(이하에서, "미세입자"라 약칭함)란 외부 자기장이 가해지지 않은 상태에서는 열적운동에 의해 자화가 사라지는 반면, 외부 자기장이 가해진 경우 자화되어 자기 포화현상을 나타내는 물질이다. 미세입자, 예를 들어, 나노입자는 상태를 감지하고자 하는 물체나 인체 내에 주입되어, 물체나 인체 내를 유동하게 된다. 미세입자 제어장치(100)는 미세입자가 자화되도록 하는 여기신호(Excitation Signal)를 지속적으로 방출하여 미세입자들을 자화시킨다.

한편, 미세입자 제어장치(100)는 자기장이 존재하지 않는 지점(FFP: Field Free Point, 이하에서는 "FFP"라 약칭함)을 생성한다. FFP의 주변으로는 일정한 형태의 자기장이 형성되기 때문에, FFP는 외부에 존재하는 미세입자들을 밀어낸다. 반면, FFP는 FFP 내에 진입한 미세입자의 자화를 해제시켜, 미세입자가 여기신호에 대한 출력신호를 출력하도록 한다. 이에 따라, 미세입자 제어장치(100)는 FFP의 위치를 제어하여, 미세입자를 모니터링하거나 미세입자의 위치를 조정할 수 있다.

입자 관리부(110)는 미세입자가 자화되도록 하는 여기신호를 방출하며, FFP을 형성하여 미세입자를 모니터링할 수 있도록 하거나 이동시킨다. 입자 관리부(110)는 기 설정된 제1 면적을 갖는 작업 공간 전체에 여기신호를 방출하는 코일, 자기장을 방출하되 기 설정된 제2 면적을 갖는 FFP를 형성하는 코일, 형성된 FFP의 위치를 3차원 상에서 이동시키는 코일 및 FFP 내 미세입자가 출력하는 드라이브(Drive) 신호를 수신하는 코일을 포함한다. 입자 관리부(110)는 미세입자 제어장치(100)의 작업공간 전체에 여기신호를 방출하여, 검사 대상 물체 또는 인체 내 주입된 미세입자들이 여기신호에 의해 자화되도록 한다. 또한, 입자 관리부(110)는 FFP를 형성하여, FFP 내 진입한 미세입자들의 자화를 해제시키고, 자화가 해제된 미세입자들은 여기신호를 수신할 경우, 그에 대응되는 출력신호를 출력한다. 입자 감지부(110)는 미세입자가 출력하는 출력신호를 수신함으로써, FFP 내에 존재하는 미세입자를 감지할 수 있다. 이를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 8은 FFP와 FFP 외부에 위치한 미세입자로부터 출력되는 출력신호를 도시한 그래프이다.

도 8(a)는 FFP 내로 유입된 미세입자의 특성과 그에 따라 미세입자로부터 출력되는 출력신호를 도시한 그래프이다.

FFP 내에서는 자기장이 존재하지 않기 때문에, 미세입자는 자화가 해제된다. 이에 따라, 미세입자의 특성(M-H)은 원점(0)에 수렴하게 된다. 미세입자로 여기신호(H_D-t)가 입력될 경우, 미세입자는 일정한 진폭의 출력신호(M-t)를 출력한다. 입자 관리부(110)는 이러한 출력신호를 수신하여 제어부(140)로 전달하며, 제어부(240)는 출력신호를 분석하여 미세입자의 위치를 모니터링한다.

도 8(b)는 FFP 외부에 위치한 미세입자의 특성과 그에 따라 미세입자로부터 출력되는 출력신호를 도시한 그래프이다.

FFP 외부에 위치한 미세입자는 여기신호(H_D-t)에 의해 자화된다. 이에 따라, 미세입자의 특성(M-H)은 +M이든 -M이든 포화된 위치로 수렴하게 된다. 미세입자로 여기신호(H_D-t)가 입력되더라도, 미세입자로부터 출력신호는 거의 나오지 않는다.

이러한 특징에 따라, 입자 관리부(110)는 FFP 내에 위치한 미세입자를 검출할 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 입자 관리부(110)는 FFP의 위치를 사용자의 입력에 따라 이동시키며 미세입자들을 이동시킨다. 사용자 입력부(130)가 이동시키고자 하는 FFP의 위치를 입력받으면, 제어부(140)의 제어에 따라 입자 관리부(110)는 입력받은 위치로 FFP를 이동시킨다. FFP의 이동에 따라, FFP 외부에 위치한 미세입자는 FFP로부터 미는 힘을 받는다. 이에, 미세입자는 양자를 잇는 직선상에서 FFP로부터 멀어지는 방향으로 이동하게 된다. 입자 관리부(110)는 사용자의 입력에 따른 위치에 FFP를 생성하고 사용자의 입력에 따라 FFP를 이동시킴으로써, 입자의 위치를 이동시킨다. 입자 관리부(110)의 상세한 구조는 도 2를 참조하여 후술하기로 한다.

전원 공급부(120)는 입자 관리부(110)로 전원을 공급한다. 전원 공급부(120)는 입자 관리부(110)가 미세입자를 자화시키기 위한 여기신호를 방출하거나, FFP를 생성하고 FFP의 위치를 이동시키기 위한 전원을 입자 관리부(110)로 제공한다.

사용자 입력부(130)는 사용자로부터 FFP의 좌표(위치)를 입력받는다. 사용자는 제어장치(100)를 사용하는 과정에서 미세입자가 존재하는지 보고자 하는 위치나 미세입자를 이동시키고자 하는 방향이 존재할 수 있다. 사용자 입력부(130)는 이러한 사용자로부터 미세입자를 모니터링하거나 미세입자를 원하는 방향으로 이동시키기 위해 위치해야할 FFP의 좌표를 입력받을 수 있다. 사용자 입력부(130)는 마우스 또는 키보드 등의 입력도구로 구현될 수 있다.

제어부(140)는 제어장치(100) 내 각 구성의 동작을 제어하며, 사용자 입력부(130)로부터 입력받은 좌표를 토대로 적절한 위치에 FFP를 만들도록 입자 관리부(110)를 제어한다.

제어부(140)는 전원 공급부(120)를 제어하여, 전원 공급부(120)가 입자 관리부(110)로 전원을 공급할 수 있도록 한다. 또한, 제어부(140)는 모니터링부(150)를 제어하여 사용자 입력부(130)로부터 입력받은 위치의 FFP나 미세입자의 위치를 출력하도록 한다.

제어부(140)는 미세입자의 위치를 분석한다. 입자 관리부(110)가 FFP 내에 위치한 미세입자로부터 출력신호를 수신하면, 제어부(140)는 구현된 FFP의 위치를 인식하여 해당 위치를 미세입자의 위치로 인지한다.

제어부(140)는 사용자 입력부(130)로부터 입력받은 좌표를 토대로 적절한 위치에 FFP를 만들도록 입자 관리부(110)를 제어한다. 제어부(140)는 사용자에 의해 사용자 입력부(130)가 입력받은 FFP(이하에서, "가상 FFP"라 칭함)의 좌표를 전달받는다. 다만, 입자 관리부(110)가 가상 FFP 좌표로 FFP를 형성하고자 하더라도, 바로 해당 좌표에 형성하는 것은 어려움이 존재한다. 이에, 가상 FFP 좌표를 목표로 입자 관리부(110)가 FFP를 실제 생성하였을 경우, 실제 생성된 FFP(이하에서, "실제 FFP"라 약칭함)의 좌표는 가상 FFP 좌표와 차이가 발생하게 된다. 제어부(140)는 이러한 차이를 보정함으로써, 입자 관리부(110)가 가상 FFP 좌표와 일치하는 실제 FFP를 만들 수 있도록 제어한다. 이처럼 제어함으로써, 제어부(140)는 사용자의 입력에 따라 FFP를 생성하여 미세입자를 모니터링하거나 미세입자를 이동시킨다.

제어부(140)는 전술한 대로 입자 관리부(110)를 제어함에 있어, 입자 관리부(110)가 미세입자를 모니터링하는 동작과 미세입자를 이동시키는 동작을 번갈아 수행하도록 제어한다. 이는 도 4에 도시되어 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 제어장치의 동작 순서를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 제어부(140)의 제어에 따라, 입자 관리부(110)는 미세입자를 모니터링하는 동작(410)과 미세입자를 이동시키는 동작(420)을 번갈아 수행한다. 이때, 제어부(140)는 미세입자를 모니터링하는 동작(410)과 동작(410) 사이에, 미세입자로부터의 출력신호를 수신하여 미세입자의 위치를 분석하는 구간(415)을 더 포함할 수 있다. 제어부(140)는 미세입자의 위치를 분석하며, 모니터링부(150)가 출력할 수 있도록 미세입자의 위치를 이미징화할 수도 있다. 일정 기간 동안 미세입자를 모니터링하는 동작(410)을 수행하도록 제어하였으면, 제어부(140)는 미세입자를 사용자의 입력에 따라 이동시키는 동작(420)을 수행시킨다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제어부(140)는 미세입자를 모니터링하는 동작(410)을 상대적으로 미세입자를 이동시키는 동작(420)에 비해 길게 수행하도록 제어할 수도 있고, 그 역으로 제어할 수도 있다.

또한, 각 동작(410, 420) 간을 원활히 변환할 수 있도록, 제어부(140)는 양 동작(410, 420)의 사이에 일정한 텀(Term, 430)을 둘 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 모니터링부(150)는 미세입자의 위치 및 가상 FFP를 출력한다. 모니터링부(150)는 제어부(140)가 분석한 미세입자의 위치나 FFP에 의해 이동한 미세입자의 위치를 출력한다. 또한, 모니터링부(150)는 사용자 입력부(130)로부터 입력받은 가상 FFP를 출력한다. 모니터링부(150)는 가상 FFP를 출력하여, 사용자가 자신이 어느 (FFP) 좌표를 입력하였는지, 추후 어느 (FFP) 좌표를 추가로 입력할 것인지 등을 인지할 수 있도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 관리부의 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 관리부에 의해 형성되는 동작 영역을 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 관리부(110)는 제1 코일(210a, 210b, 220a, 220b), 제2 코일(230a, 230b), 제3 코일(240) 및 제4 코일(250)을 포함한다.

제1 코일(210a, 210b, 220a, 220b)은 전원 공급부(120)로부터 DC 전원을 공급받아 자기장을 방출하되, 기 설정된 제2 면적의 FFP를 형성한다. 이때, 각 제1 코일(210a/220a 및 210b/220b)로 서로 방향이 반대인 전원이 공급된다. 서로 방향이 반대인 전원이 각 제1 코일(210a/220a 및 210b/220b)로 인가될 경우, 제1 코일(210a, 210b, 220a, 220b)은 멕스웰(Maxwell)코일과 같이 동작을 한다. 즉, 각 제1 코일(210a/220a 및 210b/220b)은 경사를 갖는 자기장을 x축 및 y축으로 방출하며, 각각에 인가되는 전원의 방향이 상반되기 때문에 기 설정된 제2 면적만큼에서 자기장이 서로 상쇄되어 FFP를 형성한다. 이때, 각 제1 코일(210a/220a 및 210b/220b)이 방출하는 자기장의 기울기가 증가할수록, 형성되는 FFP 또는 FFR의 면적이 작아진다.

제2 코일(230a, 230b)은 FFP의 위치를 이동시키는 자기장(드라이브 신호)을 3차원 상으로 방출한다. 제2 코일(230a, 230b)은 각각 x축, y축 및 z축 3차원 상으로 드라이브 신호를 방출한다. 제2 코일(230a, 230b)은 드라이브 신호를 방출함으로써, 제1 코일에 의해 형성된 FFP의 위치를 3차원 상에서 이동시킨다.

제3 코일(240)는 작업 공간 전체에 미세입자들을 자화시키는 자기장(여기신호)을 기 설정된 제1 면적에 방출한다. 제3 코일(240)은 전원 공급부(120)로부터 신호를 인가받아, 미세입자들을 자화시키는 여기신호를 방출한다. 제3 코일(240)로부터 방출되는 여기신호를 수신한 미세입자들은 자화된다.

이때, 제3 코일(240)이 방출하는 자기장(여기신호)은 제2 코일(230)이 방출하는 자기장(드라이브 신호)과는 상이한 특성을 갖는다. 제2 코일(230)은 작업 공간 전 면적에서 FFP를 이동시켜야 하며, FFP를 이동시킬 수 있는 작업 공간의 면적을 증가시키기 위해 저 주파수와 고 진폭을 갖는 자기장을 방출해야 한다. 반면, 제3 코일(240)은 방향성이 강하고 구분이 용이한 고 주파수와 저 진폭을 갖는 자기장을 방출해야 한다. 이처럼 제2 코일(230)과 제3 코일(240)은 출력해야 하는 자기장의 성질이 상이하기 때문에, 전술한 특징을 갖는 각 신호가 각 코일로 입력되어야 한다. 이에 따라, 입자 관리부(110) 내 제2 코일(230)과 제3 코일(240)은 분리되어 서로 다른 위치에 배치된다. 이처럼 제2 코일(230)과 제3 코일(240)이 구분되어 있음으로써, 각 코일이 동작하는데 있어 가장 적합한 주파수와 진폭을 갖는 신호가 구분되어 각각 코일에 인가될 수 있다.

제4 코일(250)은 발생하는 자기장을 수신하되 미세입자가 출력하는 출력신호만을 구분하여, 출력신호를 제어부(140) 및 모니터링부(150)로 전달한다. 제4 코일(250)로는 미세입자로부터 출력되는 출력신호 말고도, 제3 코일(240)로부터 방출되는 자기장(여기신호)과 제2 코일(230)로부터 출력되는 자기장(드라이브 신호)도 수신될 수 있다. 이에, 제4 코일(250)은 여기신호나 드라이브 신호는 상쇄하며 출력신호만을 선별하여 수신함으로써, 제어부(140)가 미세입자의 위치를 분석할 수 있도록 한다.

이처럼, 입자 관리부(110) 내 각 코일에 의해 도 3에서와 같은 자기장이 형성된다.

도 3을 참조하면, 여기신호는 기 설정된 제1 면적(310)만큼 방출된다. 상대적으로 넓은 면적에 방출되어 미세입자를 여기시킨다.

FFP에 의해 미세입자를 검출할 수 있는 영역(320)이 형성되며, 사용자 입력부(130)에 의해 입력된 가상 FFP(340)가 위치한다. 가상 FFP는 자신의 외부에 위치한 미세입자(330)에 힘을 가하게 된다.

한편, 가상 FFP(340) 좌표로부터 보정없이 형성되는 실제 FFP(350)는 가상 FFP(340)와 일정 거리만큼 떨어져 형성되기 때문에, 제어부(140)는 이러한 좌표를 보정하여 실제 FFP(350)가 가상 FFP(340)와 같이 미세입자에 힘을 가할 수 있도록 한다.

도 5는 가상 FFP와 실제 FFP의 관계를 도시한 그래프이다.

미세입자 제어장치(100)에 의해 형성되는 자기장은 다음과 같은 수식을 만족한다.

여기서, H는 자기장을 r_MNP는 미세입자(330)의 포지션 벡터(x_MNP, y_MNP)를, r_rFFP는 실제 FFP(350)의 포지션 벡터(x_rFFP, y_rFFP)를 의미한다.

이에,

전술한 수식이 만족한다. 여기서, g_EMA는 미세입자(330)를 이동시키는 동작(420)에서의 자기장의 기울기(Magnetic Gradient)를 의미한다.

이때, 자화 세기(Magnetizations Intensity, M), 자기 세기(Magnetic Intensity, H) 및 가상 FFP(340)와 미세입자(340)가 형성하는 벡터의 각도(θ)의 관계는

를 만족하기 때문에,

가상 FFP(340)와 미세입자(340)가 형성하는 벡터의 각도(θ)와 실제 FFP(350)와 미세입자(330)가 형성하는 벡터의 각도(φ)는 다음과 같은 등식을 만족한다.

또한, 실제 FFP(350)와 미세입자(330)가 형성하는 벡터(자기력)의 세기는 다음과 같은 수식을 만족한다.

여기서, μ는 외부 자기장 H와 M의 비율을 의미한다. 전술한 수식을 참조하면, 벡터(자기력)의 세기는 나노입자와 가싱 FFP간 거리(의 제곱)에 비례한다. 이에 따라, 사용자는 가상 FFP의 좌표를 입력함에 따라, 나노입자를 이동시키는 방향과 함께 나노입자에 가해지는 힘의 세기까지 모두 조정할 수 있다.

전술한 수식을 타원 곡선 방정식으로 변환하면,

를 만족하며, 여기서, R은

를 만족한다.

제어부(140)는 전술한 수식을 참조하여, 가상 FFP(340)로부터 별도의 보정없이 최초로 도출되는 실제 FFP(350) 좌표를 연산할 수 있다. 입자 관리부(110)가 가상 FFP(340)의 좌표로 FFP를 형성한다면, 가상 FFP(340)와 떨어진 실제 FFP(350)로 FFP가 형성된다. 제어부(140)는 연산된 차이점을 보완하여 실제 FFP의 좌표가 가상 FFP의 좌표와 동일하도록 보정할 수 있다. 제어부(140)는 보정된 실제 FFP의 좌표로 FFP를 형성하도록 입자 관리부(110)를 제어한다.

도 6 및 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 제어장치의 실제 동작모습의 일부를 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 가상 FFP(340)(보정된 실제 FFP 포함)의 위치가 미세입자(340) 외부에서 미세입자(340)를 기준으로 북서쪽에 위치할 경우, 미세입자(340)는 FFP(340)로부터 남동쪽으로 힘을 받게 된다.

한편, 도 7을 참조하면, 사용자의 입력에 따라 가상 FFP(340)의 위치가 미세입자(340)를 기준으로 남서쪽에 위치할 경우, 미세입자(340)는 FFP로부터 북동쪽으로 힘을 받게 된다.

FFP(340)가 사용자의 입력을 받아 일시에 이동할 수 있으며, FFP의 위치에 따라 미세입자도 FFP와의 관계에서 일 방향으로 일시에 힘을 받는다. 이에, 미세입자의 위치를 이동시킴에 있어, 미세입자 제어장치(100)는 FFP의 원하는 위치로의 형성만으로 간편하게 미세입자의 위치를 제어할 수 있다.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 미세입자 제어장치
110: 입자 관리부
120: 전원 공급부
130: 사용자 입력부
140: 제어부
150: 모니터링부
210, 220, 230, 240, 250: 코일
330: 미세입자
340: 가상 FFP
350: 실제 FFP

Claims

물체 또는 인체 내 주입된, 상자성을 갖는 미세입자를 모니터링하고 이동시키는 미세입자 제어장치에 있어서,
자기장을 외부로 방출하되, 자기장이 존재하지 않는 부위를 형성하여 상기 미세입자를 모니터링하고 이동시키는 입자 관리부;
상기 입자 관리부가 자기장을 방출할 수 있도록 전원을 공급하는 전원 공급부;
사용자로부터 자기장이 존재하지 않는 부위의 위치를 입력받는 사용자 입력부;
상기 미세입자의 위치 또는 자기장이 존재하지 않는 부위의 위치를 출력하는 모니터링부; 및
상기 전원 공급부 및 상기 모니터링부의 동작을 제어하며, 상기 입자 관리부가 상기 미세입자를 모니터링하거나 상기 미세입자를 이동시키게 동작하도록 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는 상기 사용자 입력부가 입력 받은, 자기장이 존재하지 않는 부위와 상기 입자 관리부에 의해 실제 형성되는, 자기장이 존재하지 않는 부위의 차이를 다음의 수식에 따라 연산함으로써,
상기 입자 관리부에 의해 실제 형성되는, 자기장이 존재하지 않는 부위가 상기 사용자 입력부가 입력 받은, 자기장이 존재하지 않는 부위와 같이 미세입자에 힘을 가할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 미세입자 제어장치.

여기서, xMNP 및 yMNP는 미세입자의 포지션 벡터의 x 및 y 좌표를, xrFFP 및 yrFFP는 상기 입자 관리부에 의해 실제 형성되는, 자기장이 존재하지 않는 부위의 포지션 벡터의 x 및 y 좌표를 의미하며, R은 상기 입자 관리부에 의해 실제 형성되는, 자기장이 존재하지 않는 부위와 미세입자가 형성하는 자기력의 세기에 비례하고, 외부 자기장에 의한 자화 세기(Magnetizations Intensity)를 자기 세기(Magnetic Intensity)로 나눈 비율에 반비례하며, 미세입자를 이동시키는 자기장의 기울기(Magnetic Gradient)의 제곱에 반비례하는 수치를 의미함.
제1항에 있어서,
상기 미세입자는,
상기 미세입자는 자기장이 존재하지 않는 부위에서 여기신호를 수신하는 경우, 출력신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 미세입자 제어장치.
제2항에 있어서,
상기 입자 관리부는,
상기 출력신호를 수신함으로써, 상기 미세입자를 모니터링하는 것을 특징으로 하는 미세입자 제어장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 입자 관리부가 상기 미세입자를 모니터링하고 상기 미세입자를 이동시키는 것을 번갈아 가며 하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 미세입자 제어장치.
제4항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 입자 관리부가 상기 미세입자를 모니터링하는 동작 및 상기 미세입자를 이동시키는 동작 중 어느 하나를 다른 하나보다 상대적으로 긴 기간동안 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 미세입자 제어장치.