KR20150070821A - 정합 매질 온도 제어 장치 및 방법 - Google Patents

정합 매질 온도 제어 장치 및 방법 Download PDF

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이종문
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Abstract

단층 촬영 영상 생성 장치에서 사용되는 정합 매질의 온도를 제어하는 장치 및 방법이 개시된다.
정합 매질 온도 제어 방법은 전자파를 이용하여 정합 매질에 잠긴 물체의 형상을 측정하는 장치에서 물체가 잠긴 정합 매질의 온도를 측정하는 단계; 측정한 정합 매질의 온도를 기초로 정합 매질을 통과하는 전자파의 크기 및 위상을 유지시키는 설정 온도를 세팅하는 단계; 및 정합 매질의 온도를 설정 온도 이상으로 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

정합 매질 온도 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING TEMPERATURE OF MATCHING MATERIAL}
본 발명은 정합 매질 온도 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단층 촬영 영상 생성 장치에서 사용되는 정합 매질의 온도를 제어하여 전파 손실과 관련된 정합 매질의 특성을 유지하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
"본 발명은 미래창조과학부가 지원한 2013년 정보통신·방송(ICT) 연구개발사업의 연구결과로 수행되었음."
최근 유방암을 진단하기 위한 신기술로서 전자파를 이용한 단층촬영 (MT: Microwave Tomography) 기술이 연구되고 있다.
단층 촬영 영생 생성 장치는 전자파가 유방 내부를 잘 투과하도록 하는 소정의 정합 매질 속에 유방을 잠그고, 유방을 통과한 전자파의 산란 데이터로부터 유방의 단층 촬영 영상을 재구성할 수 있다.
즉, 단층 촬영 영생 생성 장치는 유방을 통과한 전자파의 크기와 위상 정보를 유방의 단층 촬영 영상을 재구성하기 위한 핵심 정보로 이용할 수 있다.
하지만, 정합 매질은 정합 매질을 통과하는 전자파의 전파 손실을 발생시키는 특성을 가지고 있으며, 이러한 특성은 정합 매질의 온도에 따라 변경될 수 있다.
정합 매질의 특성이 일정하게 유지되면, 정합 매질의 특성을 고려하여 유방을 통과한 전자파의 크기와 위상 정보를 정확하게 측정할 수 있다. 그러나, 정합 매질의 특성이 변화하는 경우, 유방을 통과한 전자파의 크기와 위상 정보를 정확하게 측정할 수 없으므로, 단층 촬영 영상의 재구성에 시간이 필요하거나 오류가 발생할 수 있다.
더구나, 정합 매질의 온도는 일반적인 상온보다 높으므로, 시간의 경과에 따라 정합 매질의 온도가 낮아져서 정합 매질의 특성이 변할 수 있다.
따라서, 시간의 경과에 따라 정합 매질의 특성이 변화하여 유방을 통과한 전자파의 크기 및 위상 정보가 열화 하는 것을 방지하는 장치 및 방법이 요청되고 있다.
본 발명은 단층 촬영 영상 생성 장치에서 이용하는 정합 매질의 온도를 제어함으로써, 단층 촬영 영상 생성 장치에서 수신하는 전자파의 크기 및 위상 정보가 시간의 경과에 따라 열화 하는 것을 방지하는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 정합 매질 온도 제어 방법은 전자파를 이용하여 정합 매질에 잠긴 물체의 형상을 측정하는 장치에서 물체가 잠긴 정합 매질의 온도를 측정하는 단계; 측정한 정합 매질의 온도를 기초로 정합 매질을 통과하는 전자파의 크기 및 위상을 유지시키는 설정 온도를 세팅하는 단계; 및 정합 매질의 온도를 설정 온도 이상으로 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 정합 매질 온도 제어 방법의 제어하는 단계는 정합 매질의 온도가 설정 온도 미만인 경우, 히터를 이용하여 정합 매질의 온도를 높이는 단계; 및 정합 매질의 온도가 설정 온도 이상인 경우, 펌프로 정합 매질을 순환시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 정합 매질 온도 제어 방법의 정합 매질의 온도를 높이는 단계는 히터에 인접한 정합 매질의 온도가 기 설정된 차단 온도 이상인 경우, 히터의 동작을 종료시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 정합 매질 온도 제어 방법의 정합 매질의 온도를 유지하는 단계는, 정합 매질의 온도가 설정 온도 이상인 경우, 히터의 동작을 종료하고, 히터로 온도가 올라간 정합 매질을 펌프로 순환시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 정합 매질 온도 제어 방법은 정합 매질의 수위에 따라 길이가 가변 되는 온도 센서를 이용하여 정합 매질의 상부의 온도 및 하부의 온도를 측정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 정합 매질 온도 제어 방법의 제어하는 단계는 비례 제어, 적분제어, 및 미분 제어 중 적어도 하나를 이용하여 정합 매질의 온도를 제어할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 단층 촬영 영상 생성 방법은 정합 매질에 잠긴 물체를 향하여 전자파를 출력하는 단계; 전자파가 통과하는 정합 매질의 온도를 제어하는 단계; 온도가 제어된 정합 매질 및 물체를 통과한 전자파를 수신하는 단계; 및 출력한 전자파와 수신한 전자파를 이용하여 물체의 단층 촬영 영상을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 단층 촬영 영상 생성 방법의 제어하는 단계는 상기 정합 매질의 온도를 측정하는 단계; 측정한 정합 매질의 온도를 기초로 정합 매질을 통과하는 전자파의 크기 및 위상을 유지시키는 설정 온도를 세팅하는 단계; 정합 매질의 온도가 설정 온도 미만인 경우, 히터를 이용하여 정합 매질의 온도를 높이는 단계; 및 정합 매질의 온도가 설정 온도 이상인 경우, 펌프로 정합 매질을 순환시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 정합 매질 온도 제어 장치는 전자파를 이용하여 정합 매질에 잠긴 물체의 형상을 측정하는 장치에서 물체가 잠긴 정합 매질의 온도를 측정하는 온도 측정부; 측정한 정합 매질의 온도를 기초로 정합 매질을 통과하는 전자파의 크기 및 위상을 유지시키는 설정 온도를 세팅하는 설정 온도 세팅부; 및 정합 매질의 온도를 설정 온도 이상으로 제어하는 온도 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 단층 촬영 영상 생성 장치는 전자파가 통과하는 정합 매질의 온도를 제어하는 정합 매질 온도 제어부; 정합 매질에 잠긴 물체를 향하여 전자파를 출력하는 전자파 송수신기, 및 온도가 제어된 정합 매질 및 물체를 통과한 전자파를 수신하는 복수의 전자파 송수신기들을 포함하는 전자파 송수신부; 및 출력한 전자파와 수신한 전자파를 이용하여 물체의 단층 촬영 영상을 생성하는 단층 촬영 영상 생성부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 단층 촬영 영상 생성 장치에서 이용하는 정합 매질의 온도를 제어함으로써, 단층 촬영 영상 생성 장치에서 수신하는 전자파의 크기 및 위상 정보가 시간의 경과에 따라 열화 하는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일실시예에 의하면, 단층 촬영 영상 생성 장치에서 수신하는 전자파의 크기 및 위상 정보가 시간의 경과에 따라 열화 하는 것을 방지함으로써, 전자파를 이용한 단층 촬영 영상이 용이하고 빠르게 생성되도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 정합 매질 온도 제어 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 단층 촬영 영상 생성 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 단층 촬영 영상 생성 장치의 상면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 단층 촬영 영상 생성 장치의 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 정합 매질의 온도 제어 과정의 일례이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 단층 촬영 영상 생성 장치가 수신한 전파의 크기 및 위상 정보의 일례이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 단층 촬영 영상 생성 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 정합 매질 온도 제어 방법을 도시한 플로우차트이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 일실시예에 따른 정합 매질 온도 제어 방법은 정합 매질 온도 제어 장치에 의해 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 정합 매질 온도 제어 장치를 나타내는 도면이다.
단층 촬영 영상 생성 장치(101)는 전파를 이용하여 정합 매질에 잠긴 물체의 단층 촬영 영상을 생성할 수 있다. 예를 들어, 물체는 단층 촬영 영상을 생성하고자 하는 측정 대상물이며, 정합 매질 속에 넣을 수 있는 물건이거나, 유방과 같은 사용자의 신체의 일부일 수 있다. 또한, 정합 매질은 전파가 유방과 같은 물체의 내부를 잘 투과하도록 하는 액체일 수 있다.
구체적으로, 단층 촬영 영상 생성 장치(101)는 복수의 방향에서 순차적으로 정합 매질에 잠긴 물체에 전파를 출력하고, 물체를 투과한 전파를 수신하며, 수신한 전파와 출력한 전파 간의 차이에 기초하여 물체의 단층 촬영 영상을 생성할 수 있다.
이때, 정합 매질의 특성에 따라 주파수 영역에서 물체를 투과한 전파의 전파 손실이 발생할 수 있다. 예를 들어, 전파 손실과 관련된 정합 매질의 특성은 정합 매질의 유전율, 도전율, 비열, 및 분자량 중 적어도 하나일 수 있다.
그리고, 전파 손실과 관련된 정합 매질의 특성은 정합 매질의 온도에 민감하게 반응할 수 있다.
따라서, 단층 촬영 영상 생성 장치(101)가 물체에 순차적으로 전파를 출력하는 동안 정합 매질의 온도가 변화하는 경우, 정합 매질의 특성이 변화하여 물체를 투과한 전파의 전파 손실이 증가할 수 있다. 그리고, 물체를 투과한 전파의 전파 손실이 증가하는 경우, 전파가 투과한 물체 이외의 요인으로 인하여 수신한 전파와 출력한 전파 간의 차이가 발생하므로, 물체의 단층 촬영 영상에 오류가 발생하거나 물체의 단층 촬영 영상을 생성하기 어려울 수 있다.
이때, 정합 매질 온도 제어 장치(100)는 물체가 잠긴 정합 매질의 온도를 일정하게 유지함으로써, 단층 촬영 영상 생성 장치(101)가 복수의 방향에서 순차적으로 정합 매질에 잠긴 물체에 전파를 출력하여 단층 촬영 영상을 생성하는 동안 정합 매질의 온도 하강에 따른 단층 촬영 영상의 오류를 방지할 수 있다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 정합 매질 온도 제어 장치(100)는 온도 측정부(110), 설정 온도 세팅부(120), 및 온도 제어부(130)를 포함할 수 있다.
온도 측정부(110)는 단층 촬영 영상 생성 장치(101)에서 물체가 잠긴 정합 매질의 온도를 측정할 수 있다.
온도 측정부(110)는 온도 센서를 이용하여 정합 매질의 상부의 온도 및 하부의 온도를 측정할 수 있다. 구체적으로, 온도 측정부(110)는 단층 촬영 영상 생성 장치(101)의 전자파 송수신부에 인접한 정합 매질의 상부의 온도 및 온도 제어부(130)의 히터에 인접한 정합 매질의 하부의 온도를 측정할 수 있다. 또한, 전자파 송수신부는 전자파를 출력하거나, 다른 전자파 송수신부가 출력한 전자파를 수신하는 복수의 송수신기를 포함할 수 있다.
그리고, 온도 측정부(110)가 이용하는 온도 센서는 정합 매질의 수위에 따라 길이가 가변 되는 온도 센서일 수 있다.
설정 온도 세팅부(120)는 정합 매질 온도 측정부(110)가 측정한 정합 매질의 온도를 기초로 정합 매질을 통과하는 전자파의 크기 및 위상을 유지시키는 설정 온도를 세팅할 수 있다.
온도 제어부(130)는 정합 매질 온도 상승부(130) 및 정합 매질 온도 유지부(140)를 이용하여 정합 매질의 온도를 설정 온도 이상으로 제어할 수 있다.
이때, 온도 제어부(130)는 비례 제어, 적분제어, 및 미분 제어 중 적어도 하나를 이용하여 정합 매질의 온도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 온도 제어부(130)는 비례(Proportion) 제어, 적분(Integral calculus) 제어, 및 미분(Differentiation) 제어를 모두 합친 PID 제어로 정합 매질의 온도를 제어할 수 있다.
구체적으로, 정합 매질의 온도가 설정 온도 미만인 경우, 온도 제어부(130)는 정합 매질 온도 상승부(131)는 구동할 수 있다.
이때, 정합 매질 온도 상승부(131)는 히터를 이용하여 정합 매질의 온도를 높일 수 있다. 또한, 정합 매질 온도 상승부(131)가 이용하는 히터는 정합 매질의 수위에 따라 크기가 가변 되는 히터일 수 있다.
그리고, 히터에 인접한 정합 매질의 온도가 기 설정된 차단 온도 이상인 경우, 정합 매질 온도 상승부(131)는 히터의 동작을 종료시킴으로써, 과전류, 합선, 쇼트로 인한 문제 발생을 방지할 수 있다. 이때, 정합 매질 온도 상승부(131)는 히터에 대한 전력 공급을 차단 시킴으로써, 히터의 발열 동작을 종료시킬 수 있다.
정합 매질의 온도가 설정 온도 세팅부(120)가 세팅한 설정 온도 이상인 경우, 온도 제어부(130)는 정합 매질 온도 유지부(132)를 구동할 수 있다. 이때, 정합 매질 온도 유지부(131)는 펌프로 정합 매질을 순환시켜 정합 매질의 온도를 유지할 수 있다.
구체적으로, 정합 매질의 온도가 설정 온도 세팅부(120)가 세팅한 설정 온도 이상인 경우, 정합 매질 온도 유지부(131)는 정합 매질 온도 상승부(131)가 동작 시킨 히터의 동작을 종료하고, 히터로 온도가 올라간 정합 매질을 펌프로 순환시킬 수 있다.
이때, 정합 매질의 순환에 따라 히터로 온도가 올라간 정합 매질의 하부와 공기 및 물체의 접촉으로 온도가 내려간 정합 매질의 상부가 섞일 수 있다. 그리고, 정합 매질의 상부는 정합 매질의 하부에 의하여 온도가 올라감으로써, 공기 및 물체의 접촉에 의하여 온도가 내려가는 속도가 느려질 수 있다. 즉, 펌프로 정합매질을 순환할 경우, 정합 매질의 상부의 온도가 펌프로 정합매질을 순환하지 않을 때보다 천천히 내려가므로, 설정 온도 이상으로 올라간 정합 매질의 온도가 오래 유지될 수 있다.
또한, 정합 매질의 하부도 정합 매질의 상부에 의하여 온도가 내려가므로, 발열 동작으로 인하여 과열된 히터를 식힐 수 있다.
즉, 정합 매질 온도 제어 장치(100)는 정합 매질의 온도가 설정 온도 이하로 떨어지면 정합 매질의 온도를 매질의 온도를 설정 온도 이상으로 높이고, 정합 매질의 온도가 설정 온도 이상이면, 정합 매질을 순환 시켜 정합 매질의 온도를 유지함으로써, 정합 매질의 온도가 설정 온도 이상으로 유지되도록 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 단층 촬영 영상 생성 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 정합 매질의 온도를 제어하는 단층 촬영 영상 생성 장치(200)의 일례이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 단층 촬영 영상 생성 장치(200)는 전자파 송수신부(210), 정합 매질 온도 제어부(220) 및 단층 촬영 영상 생성부(230)를 포함할 수 있다.
전자파 송수신부(210)는 정합 매질에 잠긴 물체를 향하여 전자파를 출력할 수 있다. 구체적으로 전자파 송수신부(210)는 복수의 전자파 송수신기를 이용하여 복수의 방향에서 순차적으로 정합 매질에 잠긴 물체에 전파를 출력할 수 있다.
또한, 전자파 송수신부(210)는 정합 매질 온도 제어부(220)가 온도를 제어한 정합 매질 및 물체를 통과한 전자파를 수신할 수 있다. 구체적으로, 전자파 송수신부(210)의 전자파 송수신기들은 전자파를 출력하지 않는 경우, 다른 전자파 송수신기들 중 하나가 출력한 전자파를 수신할 수 있다.
정합 매질 온도 제어부(220)는 전자파 송수신부(210)가 출력한 전자파가 통과하는 정합 매질의 온도를 제어할 수 있다.
이때, 정합 매질 온도 제어부(220)는 정합 매질의 온도를 측정하고, 측정한 정합 매질의 온도를 기초로 정합 매질을 통과하는 전자파의 크기 및 위상을 유지시키는 설정 온도를 세팅할 수 있다. 다음으로, 정합 매질 온도 제어부(220)는 정합 매질의 온도를 설정 온도 이상으로 제어할 수 있다.
예를 들어, 정합 매질의 온도가 기 설정된 설정 온도 미만인 경우, 정합 매질 온도 제어부(220)는 히터를 이용하여 상기 정합 매질의 온도를 높일 수 있다. 또한, 정합 매질의 온도가 상기 설정 온도 이상인 경우, 정합 매질 온도 제어부(220) 펌프로 정합 매질을 순환시켜 정합 매질의 온도를 유지할 수 있다.
또한, 정합 매질 온도 제어부(220)는 도 1의 정합 매질 온도 제어 장치와 같이 온도 측정부, 설정 온도 세팅부, 및 온도 제어부를 포함할 수도 있다. 정합 매질 온도 제어부(220)에 포함된 온도 측정부, 설정 온도 세팅부, 및 온도 제어부의 동작은 도 1의 온도 측정부(110), 설정 온도 세팅부(120), 및 온도 제어부(130)와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
단층 촬영 영상 생성부(230)는 전자파 송수신부(210)가 출력한 전자파와 전자파 송수신부(210)가 수신한 전자파를 이용하여 물체의 단층 촬영 영상을 생성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 단층 촬영 영상 생성 장치의 상면도이다.
단층 촬영 영상 생성 장치(200)는 정합 매질(301)을 담고 있는 수조(300)를 포함할 수 있다. 또한, 단층 촬영 영상 생성 장치(200)의 전자파 송수신부(210)는 복수의 전자파 송수신기(311)들과 전자파 송수신기들의 위치를 고정하는 구조물(310)을 포함할 수 있다. 이때, 구조물(310)과 복수의 전자파 송수신기(311)들은 정합 매질(301)의 내부에 잠긴 상태일 수 있다. 또한, 복수의 전자파 송수신기(311)들은 도 3에 도시된 바와 같이 물체(320)를 원형으로 둘러싸는 형태로 구조물(310)에 배치될 수 있다.
그리고, 제1 전자파 송수신기(#1)가 전자파를 출력하면, 제2 전자파 송수신기(#2) 내지 제N 전자파 송수신기(#N)는 제1 전자파 송수신기(#1)가 출력한 전자파를 수신할 수 있다. 이때, 제2 전자파 송수신기(#2)와 제N 전자파 송수신기(#N)가 수신한 전자파는 물체(320)를 통과하지 않았으므로, 정합 매질의 전파 손실을 고려하면 제1 전자파 송수신기(#1)가 출력한 전자파에서 정합 매질의 전파 손실과 동일할 수 있다. 따라서, 단층 촬영 영상 생성부(230)는 제2 전자파 송수신기(#2) 내지 제N 전자파 송수신기(#N)가 수신한 전자파들 중에서 제1 전자파 송수신기(#1)가 출력한 전자파와 동일한 전자파는 단층 촬영 영상을 생성할 때 이용하지 않을 수 있다.
제1 전자파 송수신기(#1)가 전자파의 출력을 종료하면, 제2 전자파 송수신기(#2)가 전자파를 출력하고, 제1 전자파 송수신기(#1), 제3 전자파 송수신기(#3) 내지 제N 전자파 송수신기(#N)는 제2 전자파 송수신기(#2)가 출력한 전자파를 수신할 수 있다.
즉, 전자파 송수신부(210)는 제N 전자파 송수신기(#N)가 전자파를 출력할 때까지 전자파를 출력하는 전자파 송수신기를 변경하면서 상기 과정을 반복할 수 있다.
그리고, 제1 전자파 송수신기(#1) 내지 제N 전자파 송수신기(#N)가 순차적으로 전자파를 출력하므로, 제1 전자파 송수신기(#1)가 전자파를 출력한 시간에서 일정 시간이 경과한 후에 제N 전자파 송수신기(#N)가 전자파를 출력할 수 있다. 그러나, 공기 및 물체(320)와 접촉한 정합 매질은 시간의 경과에 따라 온도가 내려갈 수 있다. 그리고, 정합 매질의 온도가 내려가는 경우, 정합 매질의 유전율, 도전율, 비열, 분자량과 같이 전파 손실과 관련된 특성이 변화할 수 있다. 따라서, 제1 전자파 송수신기(#1)가 출력한 전자파 중에서 물체(320)를 통과하지 않은 전자파와 제N 전자파 송수신기(#N)가 출력한 전자파 중에서 물체(320)를 통과하지 않은 전자파 간에 편차가 발생할 수 있다.
따라서, 정합 매질 온도 제어부(220)는 히터(330)와 제1 온도 센서(341), 제2 온도 센서(342) 및 펌프(350)를 이용하여 정합 매질(301)의 온도를 설정 온도 이상으로 유지할 수 있다.
히터(330)는 도 3에 도시된 바와 같아 구조물(310)의 크기 및 형상에 대응하는 링 타입의 히터일 수 있다. 또한, 히터(330)는 구조물(310)의 하부에 위치하여 전자파 송수신기(311)들에 인접한 정합 매질(301)의 온도를 높일 수 있다.
또한, 전자파 송수신기(311)들은 도 3에 도시된 바와 같이 물체(320)를 둘러싸고 원형으로 배치되어 있으므로, 제3 전자파 송수신기(#3)의 주변에 위치한 정합 매질의 온도는 설정 온도 이상이지만, 제3 전자파 송수신기(#3)에서 멀리 떨어져 있는 제N 전자파 송수신기(#N)의 주변에 위치한 정합 매질의 온도는 설정 온도 미만일 수도 있다. 따라서, 정합 매질 온도 제어부(220)는 도 2에 도시된 바와 같이 구조물(310)를 중심으로 서로 방향에 제1 온도 센서(341)와 제2 온도 센서(342)를 각각 배치함으로써, 제3 전자파 송수신기(#3)의 주변에 위치한 정합 매질의 온도와 제N 전자파 송수신기(#N)의 주변에 위치한 정합 매질의 온도를 모두 측정할 수 있다.
도 3의 실시예에서는 정합 매질 온도 제어부(220)가 2개의 온도 센서를 배치하고 있으나, 온도 센서는 더 추가될 수도 있다. 예를 들어, 전자파 송수신기(311) 각각에 인접한 위치에 적어도 하나의 온도 센서를 배치할 수도 있다.
그리고, 정합 매질 온도 제어부(220)는 펌프(350)로 정합 매질을 순환 시켜 히터(330)로 온도가 올라간 정합 매질의 하부와 공기 및 물체의 접촉으로 온도가 내려간 정합 매질의 상부를 섞음으로써, 전자파 송수신기(311)들에 인접한 정합 매질의 온도를 유지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 단층 촬영 영상 생성 장치의 측단면도이다.
전자파 송수신기(311)들이 설치되는 구조물(310)은 도 4에 도시된 바와 같이 정합 매질(301)에 잠기는 물체(320)의 측면 높이에 따라 설치될 수 있다.
그리고, 제1 온도 센서(341)와 제2 온도 센서(342)는 서로 마주보는 위치에서 전자파 송수신기(311)와 비슷한 높이로 설치되어 전자파 송수신기(311)들에 인접한 정합 매질(301)의 상부의 온도를 측정할 수 있다. 이때, 제1 온도 센서(341)와 제2 온도 센서(342)는 정합 매질의 수위에 따라 높이가 변경될 수도 있다.
또한, 제1 온도 센서(341)와 제2 온도 센서(342)는 히터(330)에 인접한 정합 매질(301)의 하부의 온도를 측정할 수도 있다. 이때, 히터(330)에 인접한 제3 온도 센서를 추가하여 정합 매질(301)의 하부의 온도를 측정할 수도 있다.
이때, 제1 온도 센서(341)와 제2 온도 센서(342)가 측정한 정합 매질(301)의 상부의 온도 및 정합 매질(301)의 하부의 온도는 제어 장치(400)로 전달될 수 있다.
제어 장치(400)는 도 1의 정합 매질 온도 제어 장치(100)거나, 정합 매질 온도 제어부(220)를 포함할 수 있다. 제어 장치(400)는 전달 받은 정합 매질(301)의 상부의 온도 및 정합 매질(301)의 하부의 온도에 기초하여 히터(330)의 발열 동작 및 펌프(350)의 정합 매질(301) 순환 동작을 제어할 수 있다.
또한, 제어 장치(400)는 정합 매질(301)의 하부의 온도에서 이상 온도를 감지하면 과전류, 합선, 및 쇼트와 같은 요인에 의하여 히터(330)가 과열되었다고 판단하고, 히터의 발열 동작을 종료시킴으로써, 히터(330)의 손상을 방지할 수 있다.
이때, 히터(330)의 상부에는 외부의 접촉으로부터 히터(330)를 보호하고 화상을 방지하기 위한 보호 캡(410)이 설치될 수 있다.
또한, 제어 장치(400)는 RS232 통신 모듈을 포함하여 외부의 PC(420)와 통신할 수도 있다. 이때, 제어 장치(400)는 외부의 PC(420)에 정합 매질(301)의 상부의 온도 및 정합 매질(301)의 하부의 온도를 전달할 수 있다. 또한, 제어 장치(400)는 외부의 PC(420)로부터 수신한 제어 명령에 따라 히터(330)와 펌프(350)의 동작을 제어하여 정합 매질(301)의 온도를 제어할 수도 있다. 즉, 제어 장치(400)는 외부의 PC(420)와 통신 기능을 구비함으로써, 사용자가 원격으로 정합 매질(301)의 온도를 제어하도록 할 수도 있다
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 정합 매질의 온도 제어 과정의 일례이다.
도 5는 온도 측정부(110)에서 정합 매질의 상부의 온도를 측정하고, 측정 결과에 따라 설정 온도 세팅부(120)가 설정 온도를 세팅한 상태에서 온도 제어부(130)가 정합 매질의 온도를 제어하는 과정의 일례이다.
단계(510)에서 온도 제어부(130)는 히터를 동작시켜 정합 매질의 온도를 높일 수 있다. 이때, 히터에 인접한 정합 매질의 하부(511)의 온도는 바로 설정 온도까지 올라가지만, 전자파 송수신기들과 물체가 위치한 정합 매질의 상부(512)의 온도는 아직 설정 온도까지 올라가지 않을 수 있다.
단계(520)에서 온도 제어부(130)는 단계(510)에서 동작 시킨 히터를 유지시킬 수 있다. 이때, 정합 매질은 도 5에 도시된 바와 같이 중간부까지는 온도가 설정 온도 이상까지 올라갔으나, 상부(522)는 아직 설정 온도 미만일 수 있다. 또한, 상부(522)가 설정 온도 이하인데 히터에 인접한 하부(521)의 온도가 이상 온도가 될 수도 있다. 이때, 온도 제어부(130)는 일정 시간 동안 히터의 발열 동작을 중지 시킴으로써, 히터 및 정합 매질의 과열을 방지할 수 있다. 그리고, 정합 매질의 상부(522)의 온도가 설정 온도 이상이 된 경우, 온도 제어부(130)는 단계(530)을 수행할 수 있다.
단계(530)에서 온도 제어부(130)는 히터의 발열 동작을 중지시킴으로써, 정합 매질의 온도가 너무 높아지지 않도록 할 수 있다. 또한, 온도 제어부(130)는 펌프(350)를 동작시켜 정합 매질이 상하로 순환하도록 할 수 있다.
단계(540)에서 온도 제어부(130)는 정합 매질의 상부의 온도가 설정 온도 이하로 떨어지는지 여부를 확인할 수 있다. 이때, 온도가 높은 정합 매질의 하부(541)과 온도가 낮은 정합 매질의 상부(542)가 섞임에 따라 정합 매질의 온도는 도 5에 도시된 바와 같이 하부(541)의 온도와 상부(542)의 온도의 중간 값이 되어 상부(542)의 온도가 천천히 낮아질 수 있다.
온도 제어부(130)는 정합 매질의 상부의 온도가 설정 온도 이하로 떨어진 경우, 히터를 동작 시키고 단계(520)를 수행함으로써, 정합 매질의 온도를 설정 온도 이상으로 유지시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 단층 촬영 영상 생성 장치가 수신한 전파의 크기 및 위상 정보의 일례이다.
그래프(610)는 정합 매질의 온도를 제어하지 않은 상태에서 시간의 경과에 따라 전자파 송수신기들이 수신한 전자파의 크기이고, 그래프(630)는 정합 매질의 온도를 제어하지 않은 상태에서 시간의 경과에 따라 전자파 송수신기들이 수신한 전자파의 위상일 수 있다.
또한, 그래프(620)는 본 발명의 일실시예에 따른 정합 매질 온도 제어 장치(100), 또는 정합 매질 온도 제어부(220)가 정합 매질의 온도를 제어한 상태에서 시간의 경과에 따라 전자파 송수신기들이 수신한 전자파의 크기이고, 그래프(640)는 정합 매질의 온도를 제어한 상태에서 시간의 경과에 따라 전자파 송수신기들이 수신한 전자파의 위상일 수 있다.
정합 매질의 온도를 제어하지 않는 경우, 시간의 경과에 따라 정합 매질의 온도가 낮아질 수 있다. 그리고, 시간의 경과에 따라 정합 매질의 온도가 낮아지면, 그래프(610)에 도시된 바와 같이 전자파 송수신기들이 수신한 전자파의 크기도 감소할 수 있다. 또한, 그래프(630)에 도시된 바와 같이 전자파 송수신기들이 수신한 전자파의 위상도 낮아질 수 있다.
반면, 본 발명의 일실시예에 따른 정합 매질 온도 제어 장치(100), 또는 정합 매질 온도 제어부(220)가 정합 매질의 온도를 제어하는 경우, 시간이 경과하더라도 정합 매질의 온도는 유지될 수 있다. 그리고, 정합 매질의 온도가 유지되면, 전파 손실과 관련된 정합 매질의 특성도 변화하지 않을 수 있다.
따라서, 전자파 송수신기들이 수신한 전자파의 크기는 그래프(620)에 도시된 바와 같이 시간의 경과에 상관 없이 일정하게 유지될 수 있다. 또한, 전자파 송수신기들이 수신한 전자파의 위상도 그래프(640)에 도시된 바와 같이 시간의 경과에 상관 없이 일정한 폭으로 변화하며 유지될 수 있다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 정합 매질 온도 제어 장치(100), 또는 정합 매질 온도 제어부(220)는 정합 매질의 온도를 제어함으로써, 시간의 경과에 따른 전자파의 손실 변화 및 오차를 방지할 수 있다. 그리고, 전자파의 손실 변화 및 오차가 방지되면, 단층 촬영 영상 생성 장치가 단층 촬영 영상을 더 빠르거나, 더 정확하게 생성할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 단층 촬영 영상 생성 방법을 도시한 플로우차트이다.
단계(710)에서 단층 촬영 영상 생성 장치(200)의 정합 매질 온도 제어부(220)는 전자파가 통과할 정합 매질의 온도를 제어할 수 있다.
이때, 정합 매질 온도 제어부(220)는 정합 매질의 온도를 측정하고, 측정한 정합 매질의 온도를 기초로 정합 매질을 통과하는 전자파의 크기 및 위상을 유지시키는 설정 온도를 세팅할 수 있다. 다음으로, 정합 매질 온도 제어부(220)는 정합 매질의 온도를 설정 온도 이상으로 제어할 수 있다.
정합 매질의 온도 제어 과정은 이하 도 8을 참조하여 상세히 설명한다.
단계(720)에서 전자파 송수신부(210)는 단계(710)에서 온도를 제어한 정합 매질에 잠긴 물체를 향하여 전자파를 출력할 수 있다. 구체적으로 전자파 송수신부(210)는 복수의 전자파 송수신기를 이용하여 복수의 방향에서 순차적으로 정합 매질에 잠긴 물체에 전파를 출력할 수 있다.
단계(730)에서 전자파 송수신부(210)는 단계(720)에서 출력한 전자파를 수신할 수 있다. 이때, 전자파 송수신부(210)에 포함된 복수의 전자파 송수신기들 중에서 단계(720)에서 전자파를 출력한 전자파 송수신기를 제외한 나머지 전자파 송수신기들이 단계(720)에서 출력한 전자파를 수신할 수 있다.
또한, 나머지 전자파 송수신기들이 수신하는 전자파는 단계(710)에서 온도가 제어된 정합 매질 및 물체를 통과한 전자파일 수 있다.
단계(740)에서 단층 촬영 영상 생성부(230)는 단계(720)에서 출력한 전자파와 단계(730)에서 수신한 전자파를 이용하여 물체의 단층 촬영 영상을 생성할 수 있다.
구체적으로, 단층 촬영 영상 생성부(230)는 단계(720)에서 출력한 전자파와 단계(730)에서 수신한 전자파를 비교하여 단계(720)에서 출력한 전자파와 단계(730)에서 수신한 전자파 간의 차이를 식별하고, 식별한 차이를 이용하여 물체의 단층 촬영 영상을 생성할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 정합 매질 온도 제어 방법을 도시한 플로우차트이다. 도 8의 단계(810) 내지 단계(860)는 도 7의 단계(710)에 포함될 수 있다.
또한, 도 8의 단계(810) 내지 단계(860)는 정합 매질 온도 제어 장치(100)에서 단층 촬영 영상 생성 장치(101)와 독립적으로 수행될 수도 있다.
단계(710)에서 온도 측정부(110)는 단층 촬영 영상 생성 장치(101)에서 물체가 잠긴 정합 매질의 온도를 측정할 수 있다.
온도 측정부(110)는 온도 센서를 이용하여 정합 매질의 상부의 온도 및 하부의 온도를 측정할 수 있다. 구체적으로, 온도 측정부(110)는 단층 촬영 영상 생성 장치(101)의 전자파 송수신부에 인접한 정합 매질의 상부의 온도 및 온도 제어부(130)의 히터에 인접한 정합 매질의 하부의 온도를 측정할 수 있다.
또한, 온도 측정부(110)는 측정한 온도를 제어 장치나 외부 PC에 실시간으로 표시할 수 있다. 이때, 온도 측정부(110)는 측정한 온도를 0.1도 단위로 표시할 수 있다.
단계(820)에서 설정 온도 세팅부(120)는 단계(810)에서 측정한 정합 매질의 온도를 기초로 정합 매질을 통과하는 전자파의 크기 및 위상을 유지시키는 설정 온도를 세팅할 수 있다.
이때, 설정 온도 세팅부(120)는 단계(810)에서 정합 매질의 하부에 과도한 온도가 특정되는 경우, 히터의 동작을 차단하도록 설정할 수 있다. 또한, 설정 온도 세팅부(120)는 정합 매질의 하부의 온도를 정합 매질의 상부의 온도와 비교하여 정합 매질의 상하부 온도 편차를 측정할 수도 있다.
그리고, 설정 온도 세팅부(120)는 온도 제어부(130)의 제어 방식을 설정할 수 있다. 예를 들어, 설정 온도 세팅부(120)는 PID 제어 방식을 온도 제어부(130)의 제어 방식으로 설정함으로써, 온도 제어부(130)가 오버슈트, 헌팅, 및 응답의 지연이 없는 온도 제어가 가능하도록 할 수 있다.
단계(830)에서 온도 제어부(130)는 히터를 이용하여 정합 매질의 온도를 높일 수 있다. 이때, 온도 제어부(130)는 펌프의 동작을 정지시킬 수 있다.
단계(840)에서 온도 제어부(130)는 단계(830)에서 상승한 온도가 단계(820)에서 세팅한 설정 온도 이상인지 여부를 확인할 수 있다.
단계(830)에서 상승한 온도가 단계(820)에서 세팅한 설정 온도 미만인 경우, 온도 제어부(130)는 단계(830)를 반복 수행함으로써, 정합 매질의 온도가 단계(820)에서 세팅한 설정 온도 이상이 되도록 할 수 있다.
또한, 단계(830)에서 상승한 온도가 단계(820)에서 세팅한 설정 온도 이상인 경우, 온도 제어부(130)는 단계(850)를 수행할 수 있다.
단계(850)에서 온도 제어부(130)는 펌프로 정합 매질을 순환시켜 정합 매질의 온도를 유지할 수 있다. 이때, 온도 제어부(130)는 단계(830)에서 동작 시킨 히터의 동작을 종료한 다음, 히터로 온도가 올라간 정합 매질을 펌프로 순환시킬 수 있다.
단계(860)에서 온도 제어부(130)는 단계(850)에서 순환 시킨 정합 매질의 온도가 단계(820)에서 세팅한 설정 온도 이상인지 여부를 확인할 수 있다.
단계(850)에서 순환 시킨 정합 매질의 온도가 단계(820)에서 세팅한 설정 온도 미만인 경우, 온도 제어부(130)는 단계(830)를 수행함으로써, 정합 매질의 온도가 단계(820)에서 세팅한 설정 온도 이상이 되도록 할 수 있다.
또한, 단계(850)에서 순환 시킨 정합 매질의 온도가 단계(820)에서 세팅한 설정 온도 이상인 경우, 온도 제어부(130)는 단계(850)를 반복 수행하거나, 전자파 송수신부(210)가 단계(720)를 수행하도록 할 수 있다.
즉, 온도 제어부(130)는 단층 촬영 영상 생성 장치가 단층 촬영 영상을 생성하는 동안 단계(830) 내지 단계(850)를 반복 수행함으로써, 정합 매질의 온도를 설정 온도 이상으로 유지시킬 수 있다.
본 발명은 단층 촬영 영상 생성 장치에서 이용하는 정합 매질의 온도를 제어함으로써, 단층 촬영 영상 생성 장치에서 수신하는 전자파의 크기 및 위상 정보가 시간의 경과에 따라 열화 하는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 본 발명은 단층 촬영 영상 생성 장치에서 수신하는 전자파의 크기 및 위상 정보가 시간의 경과에 따라 열화 하는 것을 방지함으로써, 전자파를 이용한 단층 촬영 영상이 용이하고 빠르게 생성되도록 할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 정합 매질 온도 제어 장치
101: 단층 촬영 영상 생성 장치
110: 온도 측정부
120: 설정 온도 세팅부
130: 온도 제어부

Claims (20)

  1. 전자파를 이용하여 정합 매질에 잠긴 물체의 형상을 측정하는 장치에서 물체가 잠긴 정합 매질의 온도를 측정하는 단계;
    측정한 정합 매질의 온도를 기초로 정합 매질을 통과하는 전자파의 크기 및 위상을 유지시키는 설정 온도를 세팅하는 단계; 및
    정합 매질의 온도를 설정 온도 이상으로 제어하는 단계
    를 포함하는 정합 매질 온도 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는,
    정합 매질의 온도가 설정 온도 미만인 경우, 히터를 이용하여 정합 매질의 온도를 높이는 단계; 및
    정합 매질의 온도가 설정 온도 이상인 경우, 펌프로 정합 매질을 순환시키는 단계
    를 포함하는 정합 매질 온도 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 히터는,
    정합 매질의 수위에 따라 크기가 가변 되는 정합 매질 온도 제어 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 정합 매질의 온도를 높이는 단계는,
    히터에 인접한 정합 매질의 온도가 기 설정된 차단 온도 이상인 경우, 히터의 동작을 종료시키는 정합 매질 온도 제어 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 정합 매질의 온도를 유지하는 단계는,
    정합 매질의 온도가 설정 온도 이상인 경우, 히터의 동작을 종료하고, 히터로 온도가 올라간 정합 매질을 펌프로 순환시키는 정합 매질 온도 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 측정하는 단계는,
    전자파를 출력하거나, 전자파를 수신하는 전자파 송수신기에 인접한 정합 매질의 온도 및 히터에 인접한 정합 매질의 온도를 측정하는 정합 매질 온도 제어 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 측정하는 단계는,
    정합 매질의 수위에 따라 길이가 가변 되는 온도 센서를 이용하여 정합 매질의 상부의 온도 및 하부의 온도를 측정하는 정합 매질 온도 제어 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는,
    비례 제어, 적분제어, 및 미분 제어 중 적어도 하나를 이용하여 정합 매질의 온도를 제어하는 정합 매질 온도 제어 방법.
  9. 정합 매질에 잠긴 물체를 향하여 전자파를 출력하는 단계;
    전자파가 통과하는 정합 매질의 온도를 제어하는 단계;
    온도가 제어된 정합 매질 및 물체를 통과한 전자파를 수신하는 단계; 및
    출력한 전자파와 수신한 전자파를 이용하여 물체의 단층 촬영 영상을 생성하는 단계
    를 포함하는 단층 촬영 영상 생성 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는,
    상기 정합 매질의 온도를 측정하는 단계;
    측정한 정합 매질의 온도를 기초로 정합 매질을 통과하는 전자파의 크기 및 위상을 유지시키는 설정 온도를 세팅하는 단계;
    정합 매질의 온도가 설정 온도 미만인 경우, 히터를 이용하여 정합 매질의 온도를 높이는 단계; 및
    정합 매질의 온도가 설정 온도 이상인 경우, 펌프로 정합 매질을 순환시키는 단계
    를 포함하는 단층 촬영 영상 생성 방법.
  11. 전자파를 이용하여 정합 매질에 잠긴 물체의 형상을 측정하는 장치에서 물체가 잠긴 정합 매질의 온도를 측정하는 온도 측정부;
    측정한 정합 매질의 온도를 기초로 정합 매질을 통과하는 전자파의 크기 및 위상을 유지시키는 설정 온도를 세팅하는 설정 온도 세팅부; 및
    정합 매질의 온도를 설정 온도 이상으로 제어하는 온도 제어부
    를 포함하는 정합 매질 온도 제어 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 온도 제어부는,
    정합 매질의 온도가 설정 온도 미만인 경우, 히터를 이용하여 정합 매질의 온도를 높이는 정합 매질 온도 상승부; 및
    정합 매질의 온도가 설정 온도 이상인 경우, 펌프로 정합 매질을 순환시키는 정합 매질 온도 유지부
    를 포함하는 정합 매질 온도 제어 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 히터는,
    정합 매질의 수위에 따라 크기가 가변 되는 정합 매질 온도 제어 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 정합 매질 온도 상승부는,
    히터에 인접한 정합 매질의 온도가 기 설정된 차단 온도 이상인 경우, 히터의 동작을 종료시키는 정합 매질 온도 제어 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 정합 매질 온도 유지부는,
    정합 매질의 온도가 설정 온도 이상인 경우, 히터의 동작을 종료하고, 히터로 온도가 올라간 정합 매질을 펌프로 순환시키는 정합 매질 온도 제어 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 온도 측정부는,
    전자파를 출력하거나, 전자파를 수신하는 전자파 송수신기에 인접한 정합 매질의 온도 및 히터에 인접한 정합 매질의 온도를 측정하는 정합 매질 온도 제어 장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 온도 측정부는,
    정합 매질의 수위에 따라 길이가 가변 되는 온도 센서를 이용하여 정합 매질의 상부의 온도 및 하부의 온도를 측정하는 정합 매질 온도 제어 장치.
  18. 전자파가 통과하는 정합 매질의 온도를 제어하는 정합 매질 온도 제어부;
    정합 매질에 잠긴 물체를 향하여 전자파를 출력하는 전자파 송수신기, 및 온도가 제어된 정합 매질 및 물체를 통과한 전자파를 수신하는 복수의 전자파 송수신기들을 포함하는 전자파 송수신부; 및
    출력한 전자파와 수신한 전자파를 이용하여 물체의 단층 촬영 영상을 생성하는 단층 촬영 영상 생성부
    를 포함하는 단층 촬영 영상 생성 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 정합 매질 온도 제어부는,
    상기 정합 매질의 온도를 측정하는 온도 측정부;
    측정한 정합 매질의 온도를 기초로 정합 매질을 통과하는 전자파의 크기 및 위상을 유지시키는 설정 온도를 세팅하는 설정 온도 세팅부; 및
    정합 매질의 온도를 설정 온도 이상으로 제어하는 온도 제어부
    를 포함하는 단층 촬영 영상 생성 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 온도 제어부는,
    전자파를 출력하는 전자파 송수신기, 및 전자파를 수신하는 복수의 전자파 송수신기들에 인접한 정합 매질의 온도 및 히터에 인접한 정합 매질의 온도를 측정하는 단층 촬영 영상 생성 장치.
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