KR20150046510A - 마이크로파를 이용한 종양수술용 기기 - Google Patents

마이크로파를 이용한 종양수술용 기기 Download PDF

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KR20150046510A
KR20150046510A KR20130125824A KR20130125824A KR20150046510A KR 20150046510 A KR20150046510 A KR 20150046510A KR 20130125824 A KR20130125824 A KR 20130125824A KR 20130125824 A KR20130125824 A KR 20130125824A KR 20150046510 A KR20150046510 A KR 20150046510A
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김영인
손태호
우 남궁
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주식회사 메딕슨
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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Abstract

본 발명은 지속적으로 종양에 높은 온도를 발생시켜 초기종양 및 큰 종양의 세포사멸을 유도하여 종양의 빠른 수술 시간과 개선된 치료효과를 제공할 수 있는 것으로 종래의 마이크로파 치료 방법보다 획기적으로 개선된 마이크로파를 이용한 종양 수술용 기기에 대한 것으로, 상기한 본 발명의 마이크로파를 이용한 종양수술용 기기는 종양세포를 가열하기 위하여 마이크로파를 발생시키는 장치로 마이크로파를 발생시킨 후 그 출력을 동축 안테나로 보내는 마이크로파 발생기, 마이크로파 발생기의 출력을 제어하는 장치인 컴퓨터, 및 마이크로파 발생기로부터 마이크로파를 받아 그 전자파를 종양세포에 조사하는 기구로 구성된 것임으로 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 마이크로파를 이용한 종양 수술용 기기는 동축 안테나를 통하여 마이크로파 발생기에서 발생된 마이크로파를 피부 안의 특정한 종양 위치에 방사하게 하므로, 지속적으로 종양에 높은 온도를 발생시켜 초기종양 및 큰 종양의 세포사멸을 유도하여 종양의 빠른 수술 시간과 개선된 수술 효과를 제공하고, 그리고 또한 마이크로파 치료가 일차 및 이차 간 질환, 폐 악성 종양, 신장 및 부신 종양, 뼈 전이의 치료에 유망한 가능성을 가지고 있어 이들 질환을 종래의 마이크로파 치료 방법보다 획기적으로 개선된 기구에 의해 용이하게 수술할 수 있는 기기를 제공하여 상기한 종래의 문제점을 해결한다.

Description

마이크로파를 이용한 종양수술용 기기{A SYSTEM FOR OPERATING TUMOR USING MICROWAVE}
본 발명은 마이크로파를 이용한 종양수술용 기기에 대한 것으로서, 보다 자세하게는 지속적으로 종양에 높은 온도를 발생시켜 초기종양 및 큰 종양의 세포사멸을 유도하여 종양의 빠른 수술 시간과 개선된 치료효과를 제공할 수 있는 것으로 종래의 마이크로파 치료 방법보다 획기적으로 개선된 마이크로파를 이용한 종양 수술용 기기에 관한 것이다.
통상적으로 종양의 수술에는 종래로부터 물리적인 제거 방법과 약물을 통한 비침습적인 화학적인 치료 방법이 사용되어 왔다. 상기 물리적인 제거 방법으로는, 예를 들어, 방사선을 이용한 수술을 들 수 있는데, 그의 과정을 살펴보면, 환자의 뇌에 정위틀을 설치하고, 종양에 따라 CT, MRI 및 혈관조영술장치를 통해 치료 부위를 정확히 파악하는 과정을 거친 후 치료계획을 세우고 감마나이프(Gamma Knife) 등의 방사선수술장치에 환자를 위치시키고 정위틀을 고정하여 사전 파악된 치료 부위에 방사선을 조사하는 과정을 거쳐 수술을 하게 되는데, 종양부위에만 강하게 방사선을 쪼임으로써 종양을 줄어들게 한다거나 성장을 억제하는 치료법으로, 방사선치료와 비교하여 방사선을 이용한다는 점에서는 같으나, 방사선수술은 일 회에 종양부위에 많은 양의 방사선이 집중적으로 공급되도록 하여 마치 돋보기로 초점에 햇볕을 모아 종이를 태우는 것과 같이 종양부위를 집중 치료하는 것으로, 방사선수술에서는 치료부위에만 정확하게 방사선을 조사하는 것이 성공적인 치료를 위해서 대단히 중요하기 때문에 사전에 뇌 내의 정확한 치료 위치를 확인하는 작업이 절대 중요하다고 알려져 있다.
한편, 마이크로파를 이용한 종양 수술은 가장 최근에 인식되고 개발된 것으로서, 종양에 마이크로파를 조사하고 종양세포의 물 분자를 진동시켜 마찰열을 발생시켜서 종양의 응고괴사를 통해 세포 사멸을 유도한다.
그런데, 상기한 마이크로파를 이용한 구체적인 종양 수술 기기에 대해서는 아직까지 구체적으로 제안된 것이 없으며, 다만 대한민국 특허공개공보 제2006-0113930호에서 HIFU 트랜스듀서와 같은 에너지 인가기를 사용하여 지방 조직의 파괴하는 시스템 및 방법에 대해 개시하는 있는데, 상기 시스템은 에너지 인가기를 포함하는 스캔 헤드, 상기 스캔 헤드의 무게를 지지하는 기계적 암 및 상기 스캔 헤드의 동작을 제어하는 컴퓨터와 같은 치료 제어기를 구비하고, 치료 제어기는 범용 컴퓨터의 한 부분일 수 있고, 절차를 자동화하는 로봇 제어기로서 사용될 수 있어, 빠르고, 비-침습적인 방법으로 지방 조직을 파괴하는 방법을 포함한다는 내용을 개시하고 있다.
상기와 같이, 종래의 기술에서는 비록 마이크로파가 종양 수술 분야에 이용될 수 있는 것이 제안되었을 뿐 구체적인 수술 기기에 대해서는 전혀 제안되지 못하고 있었다.
따라서, 본 발명자 등은 상기한 마이크로파 기술의 주요 장점인 지속적으로 종양에 높은 온도를 발생시켜 초기종양 및 큰 종양의 세포사멸을 유도하여 종양의 빠른 수술 시간과 개선된 치료효과를 제공하며, 또한 마이크로파 치료가 일차 및 이차 간 질환, 폐 악성 종양, 신장 및 부신 종양, 뼈 전이의 치료에 유망한 가능성을 가지고 있음을 인식하고, 이로부터 마이크로파 수술을 이용할 수 있는 기기 및 그 방법에 대해 예의 연구하여 본 발명을 완성하게 되었다.
특허문헌 1: 대한민국 특허공개공보 제2006-0113930호
본 발명은 상기한 종래의 기술 수준을 감안하여 위에서 제기된 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 주목적은 종양세포에 열을 가하여 암과 같은 종양을 수술할 수 있는 물리치료 중 하나로서의 마이크로파를 이용한 종양 수술용 기기를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 IT 융합기술을 마이크로파를 이용한 종양 수술 방법에 적용하여 종래의 마이크로파 치료 방법보다 획기적으로 개선된 종양수술용 기기를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 또한 상기한 명확한 목적 이외에 본 명세서의 전반적인 기술로부터 이 분야의 통상인에 의해 용이하게 도출될 수 있는 다른 목적을 달성함을 그 목적으로 할 수 있다.
상기한 본 발명의 목적은 종양 또는 타겟 암세포가 임상시험에서 42 내지 45℃ 사이의 온도에 의해서 세포사멸이 되는 것을 확인하고, 이를 실현할 수 있는 기기를 제공하며, 특히 세포고열요법과 방사선 치료를 결합하였을 때 방사선에 저항력이 있는 종양의 치료에 효과적인 것으로서 방사선 치료에 사용하는 카테터를 이용하거나 동축 안테나를 종양에 직접 접촉하게 하여 실현할 수 있음을 밝혀내고, 상기 카테터를 이용하는 방법은 카테터를 종양의 중앙에 배치한 후 동축 안테나를 카테타에 깊숙이 삽입하여 마이크로파를 방출함으로써 종양에 일정한 온도의 열을 가할 수 있음을 밝혀내어 달성될 수 있었다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로파를 이용한 종양수술용 기기는:
마이크로파를 이용하여 종양을 사멸하는 종양수술용 기기에 있어서, 상기 종양수술용 기기는;
종양세포를 가열하기 위하여 마이크로파를 발생시키는 장치로 마이크로파를 발생시킨 후 그 출력을 동축 안테나로 보내는 마이크로파 발생기,
마이크로파 발생기의 출력을 제어하는 장치인 컴퓨터, 및
마이크로파 발생기로부터 마이크로파를 받아 그 전자파를 종양세포에 조사하는 기구 및 열전대 온도센서로 구성된 것임으로 특징으로 한다.
본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 종양수술용 기기는 초음파 진단기와 조합되어 사용되어 질 수 있도록 초음파 진단기가 연계되어 구성된 것임을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 열전대 온도센서는 중요기관(예를 들어, 대장 또는 담낭 등)을 보호하고 종양의 온도를 측정하기 위하여 A21 게이지의 열전대 온도센서로 구성되고, 이를 기관 근처에 삽입하여 마이크로파에 의한 열효과를 측정하고 측정한 온도가 설정한 범위를 초과하면 마이크로파의 조사를 자동으로 정지시키는 구성을 함을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 마이크로파 발생기로부터 마이크로파를 받아 그 전자파를 종양세포에 조사하는 기구는 동축 안테나임을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 동축 안테나는 동축 슬롯 안테나, 동축 다이폴 안테나 또는 동축 모노폴 안테나에서 선택된 하나임을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 동축 안테나는 카테터(Catheter)를 통하여 피부 안으로 삽입되어 질 수 있는 구조를 가지는 것임을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 마이크로파를 이용한 종양수술용 기기는 동축 안테나를 통하여 마이크로파 발생기에서 발생된 마이크로파를 피부 안의 특정한 종양 위치에 방사하게 하므로, 지속적으로 종양에 높은 온도를 발생시켜 초기종양 및 큰 종양의 세포사멸을 유도하여 종양의 빠른 수술 시간과 개선된 치료효과를 제공하며, 또한 마이크로파 응고요법은 비교적 조기에 발견하고 간 절제방법의 대상이 되지 않는 간 종양을 치료하는데 효과적이어서, 암 세포가 고온에서 변성, 분해하는 성질을 이용한 것으로 종양이 3개 미만이고 종양지름이 모두 3㎝ 미만인 환자에게 가장 효과가 높다. 동축 안테나를 종양에 직접 삽입하는 마이크로파 응고방법은 종양조직을 60℃로 가열함으로써 종양세포를 완전히 제거할 수 있으며, 인체에 발열 이외에는 물리적 영향을 주지 않아 치료는 국소마취하에서 실시할 수 있어 종양 1개당 치료시간은 5분 정도이고 치료는 통상 1~2 세션으로 충분하다.
그러므로, 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 종양수술용 기기는 획기적으로 개선된 기구에 의해 용이하게 치료할 수 있는 기기를 제공하여 상기한 종래의 문제점을 해결한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 마이크로파를 이용한 종양수술용 기기를 이용하여 종양을 치료하는 것을 모식적으로 도시한 모식도이고,
도 2는 본 발명에 따른 종양수술용 기기를 구성하는 마이크로파 발생기를 제어하기 위한 컴퓨터 LabVIEW 프로그램과 마이크로파 발생기 동작상태 모니터를 나타내는 것이고,
도 3은 본 발명에 따른 동축 슬롯 안테나의 구조를 도시한 단면도와, 이를 다수개를 사용할 경우 배열할 수 있는 배열 예시도이고,
도 4는 안테나 배열의 SAR 분포와 배열 안테나를 둘러싼 생체조직의 온도분포를 보여주는 것이고,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 동축 다이폴 안테나의 구조를 도시한 단면도이고,
도 6은 본 발명에 따라 사용된 동축 안테나의 전류분포도로 나타낸 그래프이고,
도 7a, 도 7b는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 동축 모노폴 안테나의 구조를 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명을 첨부도면을 참고로 바람직한 실시형태에 의하여 보다 자세하게 설명한다. 이에 앞서, 아래의 실시형태는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 당연한 것으로 이해하여야 할 것이다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 마이크로파를 이용한 종양수술용 기기는 암과 같은 종양세포에 열을 가하여 종양을 수술하는 물리치료 기기로서, 본 발명에 따른 기기는 종양 또는 타겟 암세포가 임상시험에서 42 내지 45℃ 사이의 온도에 의해서 세포사멸이 되는 것을 밝혀낸 것과, 또한 고열은 세포고열요법과 방사선 치료를 결합하였을 때 방사선에 저항력이 있는 종양의 치료에 효과적이라는 것으로부터 안출되게 되었다.
또한, 본 발명에 따른 종양수술용 기기는 통상적으로 방사선 치료에 사용하는 카테터를 이용하거나 동축 안테나를 종양에 직접접촉하게 하여 실현할 수 있으며, 상기 카테터를 이용하는 방법은 카테터를 종양의 중앙에 배치한 후 동축 안테나를 카테터에 깊숙이 삽입하여 마이크로파를 방출하여 종양에 열을 가하는 구성으로 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 마이크로파를 이용한 종양수술용 기기를 이용하여 종양을 수술하는 것을 모식적으로 도시한 모식도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 마이크로파를 이용한 종양수술용 기기는 종양세포를 가열하기 위하여 마이크로파를 발생시키는 장치로 마이크로파를 발생시킨 후 그 출력을 동축 안테나로 보내는 마이크로파 발생기(1), 마이크로파 발생기의 출력을 제어하는 장치인 컴퓨터(2), 및 마이크로파 발생기로부터 마이크로파 M을 받아 그 전자파를 종양세포에 조사하는 기구인 동축 안테나(3)로 구성되어 질 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 종양수술용 기기는 초음파 진단기(5) 및 열전대 온도센서(H)와 조합되어 사용되어 질 수 있도록 초음파 진단기(5)와 열전대 온도센서가 연계되어 구성되어 질 수 있다. 이때, 열전대 온도센서(H)는 통상의 온도센서를 사용할 수 있으므로, 그 구체적인 도시 및 설명은 생략한다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 상기 마이크로파 발생기로부터 마이크로파를 받아 그 전자파를 종양세포에 조사하는 기구로는 동축 안테나(3)를 사용하는 것이 바람직하고, 상기 동축 안테나(3)는 동축 슬롯 안테나, 동축 다이폴 안테나 또는 동축 모노폴 안테나에서 선택되어 질 수 있다. 또한, 상기 동축 안테나(3)는 바람직하기로는 카테터(4)를 통하여 피부 안으로 삽입되어 질 수 있는 구조를 가진다.
본 발명에 따른 기기의 사용은, 먼저 초음파 진단기(5)를 사용하여 종양의 위치를 파악한후 카테터(4)를 신체조직 깊숙이 종양의 중앙에 삽입하고, 그런 다음 카테터의 끝 부분까지 동축 안테나(3)를 삽입한 후 마이크로파 발생기(1)를 조작하여 종양의 상태에 따라 마이크로파의 출력 및 방출 시간을 컴퓨터(2)를 통하여 설정하여 종양에 마이크로파 M을 방사하여 종양을 가열한다. 동축 안테나(3)는 연결 케이블을 통해 마이크로파 발생기에 연결되어 있으며 마이크로파 발생기(1)에서 만들어진 마이크로파는 연결 케이블을 통해서 동축 안테나(3)로 마이크로파 M이 전달된다.
본 발명에 따른 마이크로파 발생기는, 여기에 한정되는 것은 아니지만, 마이크로파 오실레이터, 제어기, 마이크로파 전력증폭기로 및 마이크로 콘터롤러로 구성되어 질 수 있다. 마이크로파 오실레이터에서 발생된 마이크로파는 제어기를 거쳐 마이크로 전력증폭기에서 전력 증폭된 후 마이크로파 출력이 동축 안테나에 전달된다.
상기 제어기는 마이크로 컨터롤러에 의해서 마이크로파 출력의 세기 및 방출시간을 제어하고 마이크로 콘트롤러는 마이크로파 발생기의 외부에 있는 컴퓨터로부터 신호를 받아서 동작한다.
도 2는 본 발명에 따른 종양수술용 기기를 구성하는 마이크로파 발생기를 제어하기 위한 컴퓨터 LabVIEW 프로그램과 마이크로파 발생기 동작상태 모니터를 나타내는 것이다.
본 발명에 따른 마이크로파 발생기는 마이크로파 발생기 제어용 소프트웨어를 사용하는데, 이는 컴퓨터를 이용하여 마이크로파 발생기를 최적상태로 제어하고 계측하며 측정 데이터를 저장하여 엑셀 등을 이용하여 리포트(report)할 수 있다. 그래픽 프로그램밍 LabVIEW를 이용하여 생체신호를 계측하고 분석하여 시스템 제어에 활용한다. LabVIEW 신호처리는 오랫동안 검증된 알고리즘을 바탕으로 적용분야의 측정신호에서 노이즈 제거 및 디지털 필터링과 푸리에(Fourier) 변환을 이용한 주파수 분석을 실시하여 시스템동작에 활용한다. LabVIEW를 이용한 시스템 운용은 웹을 이용하여 측정한 값을 확인하고 장치를 제어할 수도 있다. 웹을 이용한 자동제어와 계측 시스템을 만들면 시스템의 운용의 폭이 넓어지고 원격 진료가 가능하여 진다. 도 2a는 마이크로파 발생기를 제어하기 위한 컴퓨터 LabVIEW 프로그램을 나타내는 것으로, LabVIEW 프로그램은 측정된 생체신호를 소프트웨어가 분석하고 처리하여 마이크로파 발생기가 환자의 신체부위별 종양의 상황에 맞게 적합한 시스템 동작상황 를 결정하게 도와 준다. 마이크로파 발생기는 소프트웨어를 기반으로 마이크로파의 출력레벨 및 방사시간을 결정하면 실시간으로 동작상태가 프로그램 상에 모니터 되고 자동으로 처리하여 준다. 도 2b는 마이크로파 발생기의 신뢰성을 유지하기 위하여 고안된 프로그램으로써 본 발명에 따른 기기 하드웨어의 각부분별 동작상태를 모니터하고 제어 값을 설정하게 하여 준다.
다음 표 1에서는 각 하드웨어가 규정된 범위를 초과하면 본 발명에 따른 기기가 자동으로 정지되는 것을 보여 준다.
구분 시스템 동작 비고
사용자 조정 모니터 보호설정
마이크로파 출력의 세기 ○ ○ 사용자가 설정한 값에 따라 동작
마이크로파 방사시간 ○ ○ 사용자가 설정한 값에 따라 동작
반사전력의 크기 및 반사량 ○ ○ 규정값을 초과 하면 시스템 정지
전력증폭기의 온도 ○ ○ 규정값을 초과 하면 시스템 정지
시료의 온도 ○ ○ 사용자가 설정한 값에 따라 동작
전원공급기의 전압 및 전류 ○ ○ 규정값을 초과 하면 시스템 정지
소모전력 ○ ○ 규정값을 초과 하면 시스템 정지
환풍기 동작 ○ 증폭기 온도에 따라 동작
다음으로, 본 발명의 종양수술용 기기를 구성하는 동축 안테나에 대해 설명한다. 본 발명에 따른 동축 안테나는 동축 슬롯 안테나, 동축 다이폴 안테나 또는 동축 모노폴 안테나에서 선택된 하나를 사용할 수 있는데, 예를 들어 도 3a는 주파수 2.45GHz를 사용한 동축 슬롯 안테나의 구조를 도시한 단면도이다.
본 발명에 따라 사용되어 질 수 있는 동축 슬롯 안테나는 바람직하기로는 직경이 1.19mm인 세미 리지드 동축케이블(Semi Riged Coxial Cable)로 구성되어 질 수 있다. 링 슬롯은 동축케이블의 끝 부분에서 외부도체와 내부 도선을 절단하여 만든다.
도 3b에서는 큰 종양일 경우에는 마이크로파의 열 효과를 상승시키기 위하여 몇몇 동축 안테나를 배열하는 기술을 적용한 예를 도시한 것으로, 인체에 삽입되는 4개로 구성된 동축 안테나의 배열을 가질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 동축 안테나의 마이크로파 열 효과를 확인하기 위하여 안테나 주위의 전자파 인체흡수율(SAR: specific absorption rate) 분포를 다음과 같이 계산하였다(수학적 시뮬레이션):
SAR= 1/2×σ/ρ×E 2[W/kg]
여기서, σ는 조직의 전도도[S/m]이고, ρ는 조직의 밀도[kg/m3]이고, E는 전계강도임.
상기 계산에서 Lts와 배열 공간 As는 5mm와 15mm로 각각 설정한다.
SAR은 안테나 주변에 전계강도의 제곱에 비례하는 값을 가지고 세포조직에서 전계강도에 의해 생성된 마이크로파의 가열원에 해당한다. SAR분포는 마이크로파 가열을 위한 안테나의 중요한 특성 중 하나이다. 도 4는 안테나 배열의 SAR 분포와 배열 안테나를 둘러싼 생체조직의 온도분포를 보여주는 것으로, 배열 안테나의 중앙에 높은 SAR 영역은 각 안테나의 상호결합에 의해 상승된 열효과에 의해 도출된 결과이다. 생체조직에서의 온도분포를 얻기 위해서 수학적으로 FEM(finite element method)를 사용함으로써 얻은 SAR 값을 포함한 생체조직의 열 전달 방정식으로 분석하였다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 동축 안테나로 동축 다이폴 안테나를 사용할 수 있는데, 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 동축 다이폴 안테나는 바람직하기로는 직경이 0.86mm의 세미-리지드-동축케이블을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 사용되어 질 수 있는 동축 다이폴 안테나와 동축 슬롯 안테나의 마그네틱 필드 특성을 비교하기 위하여 FDTD(Finite-difference time-domain) 방식으로 안테나의 전류분포를 시뮬레이션하여 설계하였다(동축 안테나의 는 10mm이다). FDTD산출에서 전류분포는 안테나 축의 수직방향에서 마그네틱 필드의 강도로써 정의되고, 그 결과는 도 6에 동축 안테나의 전류분포도로 나타냈다. 도 6의 (a)와 (c)에서 나타난 전류특성과 같이 동축 다이폴 안테나가 동축 슬롯 안테나보다 집중된 SAR특성을 관찰할 수 있었다. 즉, 동축 다이폴 안테나의 슬리브 주위에 집중된 SAR분포를 형성한다. 따라서, 동축 다이폴 안테나가 동축 슬롯 안테나보다 팁 부분이 넓게 형성되고 SAR 윤곽이 확실하게 된다.
다음으로, 본 발명의 다른 실시형태에 따라 사용될 수 있는 동축 모노폴 안테나에 대해 설명한다. 도 7a는 동축 모노폴 안테나의 구조를 나타내는 단면도이다. 본 발명에 따른 동축 모노폴 안테나의 설계 주파수는 5.8GHz로 할 수 있고, 1.19mm인 세미 리지드 동축케이블을 사용할 수 있다. 계산된 전류분포와 방사특성은 슬리브 안테나의 설계 주파수에서 동작 효율성을 나타낸다. 방사 엘레멘트의 길이를 조정하여 반사 손실 특성을 개선할 수 있을 것이다. (λ=파장)
슬리브 안테나의 모노폴 공진은 약 1≒ λ/4의 길이에서 발생한다. 다른 설계변수는 실험적으로 모노폴(m) 대 슬리브(n)의 비율 η=(ㅣ-h)/h 설정한 η=2.25로서 최적의 방사패턴을 얻을 수 있었다.
모노폴 안테나의 설계의 변수는 하기 표 2에서 제시된 마이크로파(5.8GHz)에 의한 인체부위별 전자파특성에 관한 자료(부분적인 자료)를 적용하여 시뮬레이션하여 설계하였다.
특히, 도 7b에서는 모노폴 안테나를 설계하기 위한 변수설정의 기준을 예시 하였다.
조직 전도도[S/m] 파장[m] 침투짚이[m]
자궁경부 4.8030 0.0077399 0.0073813
신장 5.8963 0.0074239 0.0062686
간 4.6417 0.0082302 0.0071829
근육 4.9615 0.0073337 0.0075413
취장 5.7211 0.0070653 0.0067885
전립선 5.9478 0.0070474 0.0065463
위 6.3142 0.0067799 0.0064098
갑상선 5.7211 0.0070653 0.0067885
또한, 인체조직의 종류에 따라 마이크로파의 특성이 다르게 작용하므로 인체조직과 유사한 팬텀을 만들어 안테나를 시험하였다.
팬텀용액은 하기 표 3과 같은 인체 조직별 유전율 특성이 되게 증류수에 설탕 및 소금등을 첨가하여 만들었다. 팬텀용액의 유전율 분석은 유전율 측정프로브 및 네트웍분석기로 장치를 구성하여 팬텀용액의 유전율 특성을 분석하였다.
만들어진 팬텀용액에 동축 안테나를 삽입하여 네트웍분석기로 안테나의 특성을 시험하였다.
종양수술용 마이크로파 장치는 인체조직의 종류에 따른 마이크로파 특성변동을 분석하여 마이크로파 장치가 자동으로 최적의 마이크로파 출력을 인체조직에 방사하게 조정한다.
조직 2.45GHz 5.8GHz
전도도
[S/m]		 유전율 로스
탄젠트		 파장
[m]		 전도도
[S/m]		 유전율 로스
탄젠트		 파장
[m]
공기 0 1 0 0.12236 0 1 0 0.051688
자궁경부 1.7259 47.613 0.26595 0.0017581 4.8030 43.356 0.34334 0.0077399
대장 2.0383 53.879 0.27757 0.016515 5.5701 48.456 0.35626 0.0073137
신장 2.4295 52.742 0.33797 0.01662 5.8963 46.753 0.39086 0.0074239
간 1.6864 43.035 0.28751 0.018467 4.6417 38.13 0.37727 0.0082302
근육 1.7388 52.729 0.24194 0.016731 4.9615 48.485 0.31715 0.0073337
취장 1.9679 57.201 0.25241 0.016054 5.7211 52.053 0.34064 0.0070653
전립선 2.1676 57.551 0.27633 0.015981 5.9478 52.213 0.35304 0.0070474
위 2.2105 62.158 0.26092 0.015392 6.3142 56.475 0.34651 0.0067799
갑상선 1.9679 57.201 0.25241 0.016054 5.7211 52.053 0.34064 0.0070653
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 종양치료용 기기의 기술적 특징은 IT 융합기술을 마이크로파를 이용한 종양 치료방법에 적용하는 것으로 종래의 마이크로파 치료방법보다 획기적으로 개선된 종양 수술 장치의 기술을 구현하는 것이다.
특히, 본 발명에 따른 종양 수술용 기기는 아주 얇고 직경이 0.86 내지 1.19mm(주사바늘 굵기)인 마이크로파 방출용 동축 안테나를 사용하는 것으로, 이 장치는 아주 적은 피부절제로 마이크로파 동축 안테나를 신체 깊숙이 종양에 직접 접촉시켜 종양을 수술할 수 있게 한다. 또한 외과 수술이 곤란한 신체부위의 종양으로서 직경이 10mm 이하의 초기암 치료에 유효할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 기기는 종양의 발생부위, 형태 및 크기에 따라 각기 특성이 다른 3종류의 동축 안테나를 선별하여 사용할 수 있으며, 또한 큰 종양일 경우 마이크로파 동축 안테나를 다수 개 배열하여 사용할 수 있는 방법을 제공한다. 따라서, 본 발명에 따른 기기는 환자별 특성에 맞는 치료방법을 선택하여 운용할 수 있게 하고 종양 수술의 융통성과 확장성을 도모할 수 있을 것이다.
더욱이, 본 발명에 따른 기기는 마이크로파 발생장치에 최신의 IT 기술을 적용하였고, 컴퓨터로 마이크로파 발생장치를 제어하게 하였다. 따라서, 종양의 발생부위, 형태 및 크기에 따라 최적의 마이크로파 출력의 방사량 및 방출시간을 컴퓨터로 계산하여 장치를 제어하고 종양 수술에 적용하며 종양별 ?춤형 치료를 실시할 수 있게 하여 종양수술의 효과를 극대화할 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 제조와 분석실험 가운데 몇 개를 예만을 들어 설명하는 것이나 본 발명의 기술적 사항은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
1 --- 마이크로파 발생기
2 --- 컴퓨터
3 --- 동축 안테나
4 --- 카테터
5 --- 초음파 진단기

Claims (5)

  1. 마이크로파를 이용하여 종양을 사멸하는 종양 수술용 기기에 있어서, 상기 종양 수술용 기기는;
    종양세포를 가열하기 위하여 마이크로파를 발생시키는 장치로 마이크로파를 발생시킨 후 그 출력을 동축 안테나로 보내는 마이크로파 발생기,
    마이크로파 발생기의 출력을 제어하는 장치인 컴퓨터, 및
    마이크로파 발생기로부터 마이크로파를 받아 그 전자파를 종양세포에 조사하는 기구로 구성된 것임을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 종양 수술용 기기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 종양수술용 기기는 초음파 진단기 및 열전대 온도센서와 조합되어 사용되어 질 수 있도록 초음파 진단기 및 열전대 온도센서가 연계되어 구성된 것임을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 종양 수술용 기기.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 마이크로파 발생기로부터 마이크로파를 받아 그 전자파를 종양세포에 조사하는 기구는 동축 안테나임을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 종양 수술용 기기.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 동축 안테나는 동축 슬롯 안테나, 동축 다이폴 안테나 또는 동축 모노폴 안테나에서 선택된 하나임을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 종양 수술용 기기.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 동축 안테나는 카테터(Catheter)를 통하여 피부 안으로 삽입되어 질 수 있는 구조를 가지는 것임을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 종양 수술용 기기.
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