KR20160118919A - Method and Apparatus of Microwave Focusing and Thermal Imaging for Biological Tissues - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method and an apparatus for processing microwave signals, which can accurately focus microwaves to a particular region of a biological tissue, and rapidly imaging the temperature profile accordingly generated inside the biological tissue. The method for processing microwave signals comprises the following steps of: determining a plan to focus microwaves to a subject of a biological tissue and to process microwaves for thermal imaging; controlling a plurality of microwave transmitting/receiving devices to emit microwave signals according to the plan to process microwaves, and to focus the microwave signals to be focused to a particular region of the subject of the biological tissue; controlling emission of microwave signals and transmittance of scattered microwaves with a fixed cycle; and generating thermal imaging information for monitoring by estimating the amount of temperature variation around the particular region of the subject of the biological tissue from the transmitted scattered microwaves.

Description

생체조직에 대한 마이크로파 포커싱 및 열 이미징 방법 및 장치{Method and Apparatus of Microwave Focusing and Thermal Imaging for Biological Tissues}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a microwave focusing and thermal imaging method and apparatus for living tissue,

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.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention 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 microwave on a specific region of a living tissue, such as a human body, and monitoring and controlling heat generated thereby.

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, microwave has been utilized in various applications besides wireless communication means. For example, the microwave can be used as a means of local radio wave exposure for focusing cancer (focusing on a specific region inside the human body) or causing a significant reaction of the living tissue. Current technologies that can be used in such applications include illumination of direct-acting radiation (e.g., X-rays), conduction of electrical signals outside the biotissue, And the like.

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 region inside the living tissue using an electromagnetic signal having diffraction or scattering characteristics, that is, a microwave, a plurality of antennas are arranged outside the living tissue, and microwaves .

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.At this time, there is a need for a method of accurately focusing a microwave on a desired specific region of a living tissue. When a predetermined microwave is being transmitted, it is also necessary to monitor whether or not the focusing is properly performed at a desired position. The accuracy of the focusing is very important if the microwave is concentrated on the normal tissues other than the cancer tissue in case of application to the cancer treatment in the human body, because it may cause damage to the normal tissue. In addition, even in the case of application as a means of local propagation to cause a significant response of biological tissues, focusing on microwaves only in the tissue of interest, exposure to other tissues should be avoided, and the accuracy of focusing is also important.

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. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for accurately focusing a microwave on a specific region of a living tissue, And 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 above-mentioned technical problems, and other technical problems which are not mentioned can be understood by those skilled in the art from the following description.

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.According to an aspect of the present invention, there is provided a microwave processing method for focusing microwave and collecting and monitoring thermal imaging information in a microwave apparatus according to an aspect of the present invention, Focusing a microwave on the living tissue target and determining a microwave treatment plan for thermal imaging using electromagnetic model information on dielectric constant and conductivity distribution with respect to the image; Controlling a plurality of microwave transceivers to emit microwave signals having amplitudes and phase values according to the microwave processing plan through respective transmitting and receiving antennas to be focused on specific portions of the living tissue target body; Controlling the microwave signal emission and the reception of the scattering microwave to a part of the plurality of microwave transceivers and the rest of the microwave transceivers in a predetermined cycle according to the microwave processing plan; And generating thermal imaging information for monitoring by estimating a temperature change amount around a specific portion of the living body tissue from the scattering microwave received.

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

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.Wherein the controlling of the microwave signal emission and the reception of the scattering microwave comprises stopping the emission in a predetermined cycle in accordance with the microwave treatment plan and controlling at least one of the plurality of microwave transmitter- And controlling the other of the plurality of microwave transceivers to receive scattered microwaves scattered by the body tissue via the transmitting and receiving 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.Wherein the step of generating the thermal imaging information includes the step of calculating an actual temperature change amount based on a detection signal of at least one temperature sensor disposed in the periphery of the living tissue target object, And comparing the estimated temperature variation from the scattered microwave.

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.And calculating an amplitude and a phase value of the microwave signal for focusing through an electromagnetic analysis on the electromagnetic model information to update the microwave processing plan, wherein the FFT (Fast Fourier Transform) The amplitude and the phase value can be calculated on the basis of this.

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.And calculating an amplitude and a phase value of the microwave signal for focusing through an electromagnetic analysis on the electromagnetic model information to update the microwave processing plan, wherein the electric field distribution of the transmitting and receiving antenna radiating the microwave signal is analyzed To calculate the amplitude and phase value.

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.Measuring the amplitude or phase of the scattering microwave at two time intervals having a predetermined interval in order to obtain the thermal imaging information including a temperature variation amount around a specific portion of the living body tissue, It is possible to obtain a temperature variation distribution image including a temperature variation distribution around the specific region inside the living body tissue from the difference in phase.

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.According to another aspect of the present invention, there is provided a microwave apparatus for focusing a microwave and collecting and monitoring thermal imaging information, the microwave apparatus comprising: a plurality of transceiving antennas disposed around the body tissue; A plurality of microwave transceivers for transmitting and receiving microwave signals through the plurality of transmitting and receiving antennas; A signal processing and controller for focusing the microwave on the body tissue object and determining a microwave processing plan for thermal imaging using electromagnetic model information on the permittivity and the electric conductivity distribution with respect to the anatomical image of the body tissue body; A microwave supplier for supplying a microwave signal under the control of the signal processing and controller; A microwave distributor for distributing the output of the microwave feeder to the plurality of microwave transceivers; And a microwave receiver for receiving and processing the microwave signals received by the plurality of microwave transceivers through the plurality of transmitting and receiving antennas and outputting the microwave signals to the signal processing and controller, wherein the signal processing and controller includes: a plurality of microwave transceivers A microwave signal having an amplitude and a phase value according to the microwave treatment plan is radiated through each of the transmission and reception antennas and is controlled to be focused on a specific region of the living tissue target body, and in accordance with the microwave treatment plan, The microwave signal emission and the reception of the scattering microwaves are controlled by a part of the transceiver and the rest of the transceiver to estimate the temperature change amount around the specific part of the living tissue target from the received scattering microwave, And generating a beam.

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

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.Wherein the signal processing and controller stops the radiation in a predetermined cycle in accordance with the microwave processing plan for receiving the microwave signal and the scattering microwave, and at least one of the plurality of microwave transceivers transmits a microwave signal through the transmitting / During radiation, the remainder of the plurality of microwave transceivers can be controlled to receive scattered microwaves that are scattered by the body tissue via the transceiving antenna.

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 apparatus may further include: at least one temperature sensor disposed around the body tissue; Further comprising a temperature signal receiver for receiving and processing a sensing signal from the at least one temperature sensor and outputting the sensed signal to the signal processing and controller, wherein the signal processing and controller verifies the validity of the temperature variation estimated from the scattering microwave The actual temperature change amount based on the detection signal of the at least one temperature sensor is compared with the temperature change amount estimated from the scattering microwave.

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.Wherein the signal processing and controller is further configured to calculate an amplitude and a phase value of the microwave signal for focusing through an electromagnetic analysis on the electromagnetic model information to update the microwave processing plan, (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.Wherein the signal processing and controller is further configured to calculate an amplitude and a phase value of the microwave signal for focusing through electromagnetic analysis on the electromagnetic model information to update the microwave processing plan, The amplitude and the phase value can be calculated by analyzing the electric field distribution of the transmitting / receiving 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.Wherein the signal processing and controller measures amplitude or phase of the scattering microwave at two time intervals having a predetermined interval to obtain the thermal imaging information including a temperature variation amount around a specific part of the living tissue target body, A temperature change distribution image including a temperature change amount distribution around the specific region inside the living body tissue body can be obtained from the difference in amplitude or phase between two hours.

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.Wherein each of the plurality of microwave transceivers comprises: a signal amplifier for amplifying 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 a microwave signal output from the signal amplifier according to the signal processing and control of the controller; And a transmission / reception switch for selectively receiving the microwave signal from the transmission / reception antenna or transmitting the microwave signal output from the phase converter to the corresponding transmission / reception 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 method and apparatus for processing a microwave signal according to the present invention, a microwave can be used to focus on a specific portion of a living body tissue, and at the same time, the internal temperature change of the living body tissue can be imaged and monitored at high speed. Can be improved.

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 configuration diagram of a microwave apparatus for microwave focusing and thermal imaging according to an embodiment of the present invention.
2 is a specific configuration diagram of the microwave transceiver of FIG.
3 is a flowchart illustrating microwave focusing and thermal imaging operations of the microwave apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing the relationship between a microwave apparatus 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 with reference to exemplary drawings. It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference symbols as possible even if they are shown in different drawings. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the difference that the embodiments of the present invention are not conclusive.

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 intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. Also, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this 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 relevant art and are to be interpreted in an ideal or overly formal sense unless explicitly defined in the present application Do not.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로파 포커싱 및 열 이미징을 위한 마이크로파 장치(500)의 구성도이다.1 is a configuration 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 a spherical continuous wave 110b focused on a specific region 110a of a living tissue target body 100 and to obtain thermal imaging, according to an embodiment of the present invention The microwave apparatus 500 includes at least one temperature sensor 120 for measuring the temperature of the skin or the periphery of the living tissue body 100, a plurality of transmitting and receiving antennas 140 disposed around the living body tissue body 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 apparatus 500 includes a temperature signal receiver 130, a microwave distributor 160, a microwave feeder 170, a microwave receiver 180, a signal processor and a 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. The microwave distributor 160 distributes the microwave signal supplied from the microwave supplier 170, (T 1 to T N ) to microwave transceiver 150, respectively.

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 the processed signals to the signal processing and controller 190. The temperature signal receiver 130 receives and processes the sensing signal (s) (S 1 ~S M ) from the temperature sensor (s) 120 and outputs it 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 generates control signals for controlling the microwave transceiver 150 according to a predetermined algorithm C 1 to C N ), and controls the microwave supplier 170 to generate a microwave signal.

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

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, the microwave transceiver 150 includes a transmission / reception switch 210, a phase shifter 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 transmission / reception switch 210 connected to the transmission / reception antenna 140 selectively receives a microwave signal from the transmission / reception antenna 140 in accordance with a signal processing and a control signal (e.g., C 1 ) from the controller 190, And transmits the microwave signal output from the antenna 220 to the transmission / reception 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 (e.g., T 1 ) provided through the microwave divider 160 to a predetermined magnitude in accordance with the control signal (e.g., C 1 ) from the signal processing and controller 190 The phase converter 220 converts the phase of the microwave signal output from the signal amplifier 230 into a predetermined value and outputs the microwave signal according to a control signal (e.g., C 1 ) from the signal processing and controller 190.

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

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 apparatus 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 apparatus 500 of the present invention, and the external control system 600 is driven to supply a predetermined To the microwave apparatus 500 and to set predetermined set 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 living body target object 100 is acquired (310). The anatomical image of the biological tissue target body 100 can be acquired using an apparatus for acquiring an MRI (Magnetic Resonance Image), a CT (Computed Tomography) image, or an MT (Microwave Tomograpy) image by microwave. In some cases, images of the standard model may be used for biometrics objects that can be standardized, such as the head. An anatomical image prepared for the liver, stomach, cecum, large intestine, esophagus, small intestine, head, etc. for the tissue examination or treatment can 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.Once the anatomical image is acquired, an external control system 600, such as a computer, generates 320 electromagnetic model information having permittivity and conductivity information for the anatomical image. The electromagnetic model information may be the permittivity and conductivity distribution information of the living body target body 100 estimated according to a predetermined biochemical analysis technique. It is also possible for the signal processing and controller 190 to generate electromagnetic model information for the anatomical image as the case may be.

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 the microwave on the living body target object 100 and calculate the microwave amplitude and phase value and the microwave transmission and reception plan (radiation time, A thermal imaging cycle, and the like) may be determined, microwave focusing may be performed on a specific region 110a of the living tissue target body 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 processing and controller 190 controls the microwave supplier 170 to supply the microwave signal to the microwave distributor 160 according to the microwave processing plan and the microwave distributor 160 converts the microwave signal supplied from the microwave supplier 170 into And distributes the distributed signals T 1 to T N 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 transmits a microwave signal having the amplitude and phase value to each of the transmitting and receiving antennas 140 for a predetermined time So that microwave focusing is performed on the specific region 110a of the living tissue target body 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 living tissue target body 100, the signal processing and controller 190 according to the microwave treatment plan intermittently stops the microwave radiation in step 340 according to a predetermined period (thermal imaging cycle) One or more of the transceivers 150 may be coupled to the microwave transceivers 150 during the emission of microwave signals having respective amplitudes and phase values through respective transmission and reception antennas in accordance with the respective control signals of the signal processing and controller 190. [ One or more of the remainders can be controlled to receive scattered microwaves that are scattered by the biological tissue object 100 via the respective transmission and reception 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 microwave transceiver (s) 150 and outputs the processed signals to the signal processor and controller 190. The temperature signal receiver 130 is connected to a temperature sensor (S) (S 1 to S M ) from the signal processor (s) 120 to the signal processing and controller 190. Accordingly, the signal processing and controller 190 analyzes the scattered microwave signal (s) and the sensing signal (s) according to a predetermined imaging algorithm to focus the microwave signal on the living tissue target 100 while the microwave transceiver radiates and focuses the microwave signal. The thermal imaging information can be generated 350 by estimating the internal temperature of the specific region 110a, that is, the ambient temperature change amount around the specific region 110a. In order to verify the validity of the temperature variation of the thermal imaging information momentarily in the microwave thermal imaging step, the signal processing and controller 190 detects the temperature of the living body tissue 100, To the actual temperature change amount based on the actual temperature change amount. For example, the signal processing and controller 190 may output thermal imaging information if the comparison result is similar within a predetermined range, otherwise it may generate an error message, The thermal imaging information (temperature variation amount) may be corrected based on the signal (s). The thermal imaging information is transmitted to the external control system 600 and is displayed together with the anatomical image on the display device, thereby monitoring the heat generated around the specific region 110a of the living tissue target body 100.

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). If the monitored temperature variation in the body tissue 100 is fed back as a result of the microwave thermal imaging, the signal processing and controller 190 adjusts the microwave amplitude, phase value, and microwave processing plan according to a predetermined algorithm The microwave processing 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. A method for determining a microwave processing plan such as a microwave amplitude and a phase value radiated through the microwave transceiver 150 to focus a microwave on a specific region 110a of the living tissue target body 100 Explain an example.

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 performs electromagnetic analysis on the electromagnetic model information of the biological tissue object 100 to generate a virtual spherical continuous wave 110b ) Can be calculated. At this time, the signal processing and controller 190 may adjust the time for the microwave transceiver 140 to radiate the microwave signal by reflecting the temperature change amount in the living tissue 100 according to the thermal imaging information fed back in step 360.

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 radiating a microwave signal through a portion of the transceiving antenna 140 (350), the signal processing and controller 190 may transmit the microwave signal to the microwave receiver 180 And the collected scattered microwave signals are FFT (Fast Fourier Transform) -transformed to calculate phase and amplitude. The sign of the phase thus calculated is changed (for example, reflected wave is reflected), and the calculated amplitude is normalized to a predetermined value and then its reciprocal (1 / (normalized amplitude value)) is taken. The calculated amplitude and phase values are used to control the signal amplifier 230 and the phase shifter 220 of the microwave transceiver 140 in order to make the specific region 110a a focusing position. At this time, if the determined microwave amplitude value exceeds the usable range, an image may be generated in the external tissue of the biological tissue target body 100. To prevent this, the amplitude value for the control of the signal amplifier 230 is set to a predetermined threshold value Value can not be exceeded.

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. A method for determining a microwave processing plan such as a microwave amplitude and a phase value radiated through the microwave transceiver 150 to focus a microwave on a specific region 110a of the living tissue target body 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 radiating a microwave signal through a portion of the transceiver antenna 140 (350), the signal processor and controller 190 may calculate the electric field distribution generated by each antenna 140 radiating the microwave signal from the electromagnetic analysis, respectively . Using this, the signal processing and controller 190 determines whether the distribution of the electric field is concentrated on a specific region of the target object 100 and exceeds a predetermined limit at other regions with respect to the electromagnetic model information of the target object 100 It is also possible to determine the microwave amplitude and phase value 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 an example of the microwave thermal imaging step 350, an example of a method for imaging the amount of change in the internal temperature of the target tissue 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 radiating a microwave signal through a portion of the transceiving antenna 140, the signal processing and controller 190 may determine whether the temperature of the living tissue 100 is within a predetermined range, 140, receive scattering microwaves, measure the amplitude / phase values of the received signals, and store them in the storage means of an external control system 600 such as a computer. In the microwave thermal imaging step 350, which is performed intermittently according to a predetermined period, the signal processing and controller 190 similarly transmits a predetermined microwave signal between the antennas 140 at a certain time t1, And measures the amplitude / phase values of the received signal. Thereby, it is possible to predict the temperature variation distribution image (x) inside the living tissue target body 100 through a predetermined optimization algorithm with respect to the measurement data difference (y) of amplitude or phase value between t0 and t1 having a predetermined interval have. The temperature variation distribution image x as the thermal imaging information can represent the distribution of the ambient temperature variation 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 a data difference measured at two times t0 and t1 in each antenna 140 and a vector (y) for a temperature variation distribution image measured at two times t0 and t1 in each antenna 140 (x) can be expressed by a linear relationship 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 defined in advance as in Equation (2). The signal processing and controller 190 may obtain an 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]&Quot; (2) "

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure 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 the microwave thermal imaging step, the signal processing and controller 190 controls the signal processing and controller 190 to detect the thermal imaging information of the temperature sensor 120 To the actual temperature change amount based on the actual temperature change amount. For example, the signal processing and controller 190 may output thermal imaging information if the comparison result is similar within a predetermined range, otherwise it may generate an error message, The thermal imaging information (temperature variation amount) 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 apparatus 100 according to the present invention, a microwave is used to focus on a specific region of the inside and outside of the living tissue, and at the same time, the internal temperature change of the living tissue caused thereby can be imaged and monitored at high speed The 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 foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by 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 intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within 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)In the microwave apparatus 500,
The biological tissue target (100)
The temperature sensor (120)
Temperature signal receiver 130,
The transmission /
The microwave transceiver 150,
The microwave distributor (160)
The microwave supplier 170
In the microwave receiver 180,
The signal processing and controller 190,
The transmission /
Phase shifter 220,
The signal amplifier 230,

Claims (15)

마이크로파 장치에서 마이크로파를 포커싱하고 열 이미징 정보를 수집하여 모니터링하기 위한 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 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 처리 방법.A microwave processing method for focusing microwave in a microwave apparatus and collecting and monitoring thermal imaging information,
Focusing microwave on the living tissue target and determining a microwave treatment plan for thermal imaging using electromagnetic model information on dielectric constant and conductivity distribution with respect to the anatomical image of the living tissue target;
Controlling a plurality of microwave transceivers to emit microwave signals having amplitudes and phase values according to the microwave processing plan through respective transmitting and receiving antennas to be focused on specific portions of the living tissue target body;
Controlling the microwave signal emission and the reception of the scattering microwave to a part of the plurality of microwave transceivers and the rest of the microwave transceivers in a predetermined cycle according to the microwave processing plan; And
Generating thermal imaging information for monitoring by estimating a temperature change amount around a specific part of the living body tissue from the received scattering microwave;
The microwave processing method comprising the steps of: 제1항에 있어서,
피드백되는 상기 열 이미징 정보를 기초로 상기 마이크로파 처리 계획을 업데이트하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 처리 방법.The method according to claim 1,
Updating the microwave processing plan based on the thermal imaging information being fed back
Further comprising the steps of: 제1항에 있어서,
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.The method according to claim 1,
Wherein the step of controlling the microwave signal emission and the reception of the scattering microwave comprises:
Wherein the radiation of the microwave signal is stopped at predetermined intervals in accordance with the microwave treatment plan and while at least one of the plurality of microwave transceivers radiates the microwave signal through the transmitting and receiving antenna, the remainder of the plurality of microwave transceivers, Controlling to receive scattered microwaves scattered by the object
The microwave processing method comprising the steps of: 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.The method according to claim 1,
Wherein the generating the thermal imaging information comprises:
An actual temperature change amount based on a detection signal of at least one temperature sensor disposed in the periphery of the living tissue target body and a temperature change amount estimated from the scattering microwave are calculated in order to verify or correct the validity of the temperature variation estimated from the scattering microwave, Step of comparing
The microwave processing method comprising the steps of: 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.3. The method of claim 2,
And calculating an amplitude and a phase value of the microwave signal for focusing through an electromagnetic analysis on the electromagnetic model information to update the microwave processing plan, wherein the FFT (Fast Fourier Transform) And calculating the amplitude and the phase value based on the amplitude and the phase value. 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.3. The method of claim 2,
And calculating an amplitude and a phase value of the microwave signal for focusing through an electromagnetic analysis on the electromagnetic model information to update the microwave processing plan, wherein the electric field distribution of the transmitting and receiving antenna radiating the microwave signal is analyzed And calculating the amplitude and the phase value. 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.The method according to claim 1,
Measuring the amplitude or phase of the scattering microwave at two time intervals having a predetermined interval in order to obtain the thermal imaging information including a temperature variation amount around a specific portion of the living body tissue, Obtaining a temperature variation distribution image including a temperature variation distribution around the specific region inside the living body tissue from a difference in phase. 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 생성하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 장치.A microwave apparatus for focusing a microwave and collecting and monitoring thermal imaging information,
A plurality of transceiving antennas disposed around the body tissue; A plurality of microwave transceivers for transmitting and receiving microwave signals through the plurality of transmitting and receiving antennas; A signal processing and controller for focusing the microwave on the body tissue object and determining a microwave processing plan for thermal imaging using electromagnetic model information on the permittivity and the electric conductivity distribution with respect to the anatomical image of the body tissue body; A microwave supplier for supplying a microwave signal under the control of the signal processing and controller; A microwave distributor for distributing the output of the microwave feeder to the plurality of microwave transceivers; And a microwave receiver for receiving and processing the microwave signals received by the plurality of microwave transceivers through the plurality of transmitting and receiving antennas and outputting the processed signals to the signal processing and controller,
Wherein the signal processing and controller comprises:
Wherein the plurality of microwave transceivers radiate microwave signals having amplitudes and phase values according to the microwave processing plan through respective transmission and reception antennas to be focused on specific portions of the living tissue body,
And a controller for controlling the microwave signal emission and the reception of the scattering microwave in a part of the plurality of microwave transceivers and the other of the plurality of microwave transceivers in accordance with the microwave processing plan, And generates thermal imaging information for monitoring. 제8항에 있어서,
상기 신호처리 및 제어기는, 피드백되는 상기 열 이미징 정보를 기초로 상기 마이크로파 처리 계획을 업데이트하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 장치.9. The method of claim 8,
And the signal processing and controller updates the microwave processing plan based on the thermal imaging information fed back. 제8항에 있어서,
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 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 장치.9. The method of claim 8,
Wherein the signal processing and controller comprises:
Wherein the radiation is stopped at predetermined intervals in accordance with the microwave treatment plan for the microwave signal emission and the reception of the scattering microwave, and while at least one of the plurality of microwave transceivers emits the microwave signal through the transmission / reception antenna, And the rest of the microwave transceivers are controlled to receive the scattered microwaves scattered by the living tissue object through the transmitting and receiving antennas. 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.9. The method of claim 8,
At least one temperature sensor disposed around the body tissue object;
A temperature signal receiver for receiving and processing a sensing signal from said one or more temperature sensors and outputting to said signal processing and controller;
Further comprising:
Wherein the signal processing and controller comprises:
And comparing the actual temperature change amount based on the detection signal of the at least one temperature sensor with the temperature change amount estimated from the scattering microwave in order to verify or correct the validity of the temperature variation estimated from the scattering microwave. . 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.10. The method of claim 9,
Wherein the signal processing and controller comprises:
And calculating an amplitude and a phase value of the microwave signal for focusing through an electromagnetic analysis on the electromagnetic model information to update the microwave processing plan, wherein the FFT (Fast Fourier Transform) And said amplitude and phase value are calculated based on said amplitude and phase value. 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.10. The method of claim 9,
Wherein the signal processing and controller comprises:
And calculating an amplitude and a phase value of the microwave signal for focusing through an electromagnetic analysis on the electromagnetic model information to update the microwave processing plan, wherein the electric field distribution of the transmitting and receiving antenna radiating the microwave signal is analyzed And calculates the amplitude and the phase value. 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.9. The method of claim 8,
Wherein the signal processing and controller comprises:
Measuring the amplitude or phase of the scattering microwave at two time intervals having a predetermined interval in order to obtain the thermal imaging information including a temperature variation amount around a specific portion of the living body tissue, And obtains a temperature variation distribution image including a temperature variation distribution around the specific region inside the living body tissue from the difference in phase. 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.9. The method of claim 8,
Wherein each of the plurality of microwave transceivers comprises:
A signal amplifier for amplifying a corresponding microwave signal provided through the microwave divider according to the control of the signal processing and controller;
A phase converter for converting a phase of a microwave signal output from the signal amplifier according to the signal processing and control of the controller; And
Receiving switch for selectively receiving a microwave signal from the corresponding transmitting / receiving antenna or transmitting the microwave signal output from the phase converter to the corresponding transmitting / receiving antenna,
And the microwave device.
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