KR20180079742A

KR20180079742A - 전자파를 이용한 최소 침습 암 진단 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20180079742A
Application number: KR1020170000310A
Authority: KR
Inventors: 김세윤; 조재형
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2017-01-02
Filing date: 2017-01-02
Publication date: 2018-07-11

Abstract

본 발명은 전자파를 이용한 최소 침습 암 진단 시스템으로서, 환자에게 전자파를 송신하는 송신 전자기총; 상기 송신 전자기총으로부터 송신되어 상기 환자를 통하여 전달된 전자파를 수신하는 수신기를 포함하되, 상기 수신기는 배열 안테나를 포함하는 정합패드 또는 수신 전자기총이고; 및 상기 수신기로부터 수신된 전자파를 수신하는 적어도 하나의 전자파 수신부, 상기 수신된 전자파의 진폭 패턴을 근거로 기준 신호를 계산하는 기준 신호 계산부, 상기 전자파의 진폭과 상기 기준 신호 간의 차이에 대응하는 감쇄 신호를 검출하는 감쇄 신호 검출부, 상기 수신된 전자파의 위상 정보를 검출하는 위상 검출부, 및 상기 감쇄 신호 및 위상 정보에 근거하여 암을 진단하는 제어부를 포함한다.

Description

전자파를 이용한 최소 침습 암 진단 시스템 및 방법{MINIMALLY INVASIVE CANCER DIAGNOSIS SYSTEM AND METHOD USING ELECTROMAGNATIC WAVE}

본 발명은 암 진단 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전자기총을 환자의 특정 신체 부위에 최소 침습으로 삽입하고 전자파를 송신하여 암을 진단하는 전자파를 이용한 최소 침습 암 진단 시스템 및 방법에 관한 것이다.

폐 종양이란 폐에 생기는 돌연변이 세포로 악성과 양성으로 구분되며 악성 종양의 대표적인 것이 폐암이다. 폐암으로 인한 사망률은 지속적으로 증가하여 암으로 인한 사망률 1위 (2009년 사망 원인 통계 결과, 통계청) 를 차지하고 있기 때문에 조기 발견이 매우 중요하며 양성 종양의 경우에도 악성으로 발전할 수 있는 만큼 조기 발견이 중요하다. 종양을 진단하고 그 위치를 확인하기 위한 의료 진단 기법으로 X-ray, CT (Computed Tomography), 그리고 기관지 내시경 등이 사용되고 있다.

X-ray를 이용한 진단 기법은 X-ray 광원과 감광판을 배치하고 그 사이에 환자를 위치시킨 다음 X-ray 투과력의 차이를 이용하여 인체 내부 장기들의 이미지를 획득하는 기법으로 인체 내부의 3 차원적 영상이 2 차원 필름에 중첩되어 표현되며 환자가 방사선에 노출되는 단점이 있다.

CT를 이용한 진단 기법 또한 X-ray 투과력의 차이를 이용하는 기법으로 인체를 키 방향으로 스캔하여 얻어진 수 많은 횡단면 단층 영상을 바탕으로 인체의 3 차원 영상을 재구성 하기 때문에 환자가 일반 X-ray를 사용한 진단 기법보다 더 많은 방사선에 노출된다는 단점이 있다.

기관지 내시경을 이용한 진단 기법은 마취가 필수적이기 때문에 시술 후 회복 시간이 오래 걸리며 고탄산가스혈증 환자나 심한 호홉 곤란 환자의 경우에는 시술하기 곤란하다는 단점이 있다.

한국특허 출원번호 제10-2011-0102724호

본 발명의 목적은 전자기총을 이용하여 각종 암이 존재한다고 판단되는 환자의 특정 신체부위에 최소 침습으로 전자기총을 삽입하고 최소한의 전자파를 송신하여, 암의 종류나 위치에 상관없이 암과 가장 근접한 위치에서 각종 암을 정밀진단하는최소 침습 암 진단 시스템을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면은,전자파를 이용한 최소 침습 암 진단 시스템으로서, 환자에게 전자파를 송신하는 송신 전자기총; 상기 송신 전자기총으로부터 송신되어 상기 환자를 통하여 전달된 전자파를 수신하는 수신기를 포함하되, 상기 수신기는 배열 안테나를 포함하는 정합패드 또는 수신 전자기총이고; 및 상기 수신기로부터 수신된 전자파를 수신하는 적어도 하나의 전자파 수신부, 상기 수신된 전자파의 진폭 패턴을 근거로 기준 신호를 계산하는 기준 신호 계산부, 상기 전자파의 진폭과 상기 기준 신호 간의 차이에 대응하는 감쇄 신호를 검출하는 감쇄 신호 검출부, 상기 수신된 전자파의 위상 정보를 검출하는 위상 검출부, 및 상기 감쇄 신호 및 위상 정보에 근거하여 암을 진단하는 제어부를 포함하는 암 진단 장치를 포함한다.

바람직하게, 상기 송신 전자기총은, 상기 전자파 수신부에 동기화된 전자파를 제공받으면, 상기 전자파를 특정 크기로 증폭시키는 증폭부; 및 환자의 특정 신체부위에 침습되고, 상기 증폭부를 통하여 증폭된 전자파를 동축선을 통해 전달받아, 상기 환자에게 입사시키는 프로브를 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 프로브의 길이는, 상기 환자에게 입사하고자 하는 전자파의 주파수에 따라, 공진주파수가 동일하게 되도록 조절되거나, 또는 주변 매질에 따라 조절될 수 있다.

바람직하게, 상기 수신 전자기총은, 상기 송신 전자기총 모듈에서 발생된 전자파를 수신하는 프로브; 및 상기 프로브로부터 수신되어 동축선을 통해 전달받은 전자파를 최소잡음으로 특정 크기만큼 증폭시키는 저잡음증폭부를 포함하되, 상기 증폭된 전자파는 상기 전자파 수신부에 제공될 수 있다.

바람직하게, 상기 프로브의 길이는, 수신하고자 하는 전자파의 주파수에 따라, 공진주파수가 동일하게 되도록 조절되거나, 또는 주변 매질에 따라 조절될 수 있다.

바람직하게, 상기 기준 신호 계산부는, 상기 수신된 전자파의 진폭 패턴에서 신호 감쇄인 더블 딥(double-dip) 또는 더블 널(double-null) 특성이 제거된 신호를 상기 기준 신호로서 계산할 수 있다.

바람직하게, 상기 전자파는, 연속파(Continuous Wave) 형태일 수 있다.

바람직하게, 상기 암 진단 장치는, 상기 감쇄 신호 및 위상 정보를 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 제어부는, 상기 감쇄 신호, 위상 정보, 및 상기 송신 전자기총의 침습 위치에 근거하여 상기 암을 진단함으로써 상기 암의 여부, 상기 암의 크기, 및 상기 암의 위치를 포함하는 암 진단 결과를 발생할 수 있다.

바람직하게, 상기 제어부는, 상기 암 진단 결과를 출력부에 출력할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 측면은, 송신 전자기총, 수신기, 및 암 진단 장치를 포함하는 전자파를 이용한 최소 침습 암 진단 시스템에서 수행되는 최소 침습 암 진단 방법에 있어서, (a) 상기 송신 전자기총은 환자에게 전자파를 송신하는 단계; (b) 상기 수신기는 상기 송신 전자기총으로부터 송신되어 상기 환자를 통하여 전단될 전자파를 수신하는 단계를 포함하되, 상기 수신기는 배열 안테나를 포함하는 정합패드 또는 수신 전자기총이고; (c) 상기 암 진단 장치는 상기 수신기로부터 수신된 전자파를 수신하고, 상기 수신된 전자파의 진폭 패턴을 근거로 기준 신호를 계산하고, 상기 전자파의 진폭과 상기 기준 신호 간의 차이에 대응하는 감쇄 신호를 검출하고, 상기 수신된 전자파의 위상 정보를 검출하고, 상기 감쇄 신호 및 위상 정보에 근거하여 암을 진단하는 단계를 포함한다.

바람직하게, 상기 (a) 단계는 상기 송신 전자기총은, 동기화된 전자파를 제공받아 특정 크기로 증폭시키고, 환자의 특정 신체부위에 침습되어, 상기 증폭된 전자파를 상기 환자에게 입사시키는 단계를 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 (a) 단계는, 상기 송신 전자기총은, 상기 환자에게 입사하고자 하는 전자파의 주파수에 따라, 공진주파수가 동일하게 되도록 프로브의 길이가 조절되거나, 또는 주변 매질에 따라 상기 프로브의 길이가 조절되는 단계를 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 (b) 단계는, 상기 수신 전자기총은, 상기 송신 전자기총에서 발생된 전자파를 수신하고, 상기 전자파는 동축선을 통해 전달되어 최소잡음으로 특정 크기만큼 증폭시키고, 상기 증폭된 전자파를 상기 암 진단 장치에 제공하는 단계를 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 (b) 단계는, 상기 수신 전자기총은, 수신하고자 하는 전자파의 주파수에 따라, 공진주파수가 동일하게 되도록 프로브의 길이가 조절되거나, 또는 주변 매질에 따라 상기 프로브의 길이가 조절되는 단계를 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 (c) 단계에서, 기준 신호를 계산하는 단계는,상기 수신된 전자파의 진폭 패턴에서 신호 감쇄인 더블 딥(double-dip) 또는 더블 널(double-null) 특성이 제거된 신호를 상기 기준 신호로서 계산하는 단계일 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 전자기총을 이용하여 환자의 특정 신체부위에 직접 침습하고 전자파를 송신하므로, 최대한 진단 영역과 가까운 곳에서의 진단이 가능하므로, 암의 위치를 파악하기 용이하고, 다양한 종류의 암을 진단할 수 있으며, 따라서 정밀 검사가 가능한 효과가 있다.

또한, 전자기총을 이용하므로, 수신된 전자파의 크기와 위상 변화 측정시 송신 전자기총과 수신기의 동기를 정밀하게 맞출 수 있고, 송신모듈의 이상 동작, 즉, 송신 전자기총의 이상 동작 시 원인 판단이 용이한 효과가 있다.

또한, MRI 또는 CT에 비하여 상대적으로 인체에 부담이 가지 않는 약한 전자파를 최소한으로 사용하므로 환자의 부담을 줄일 수 있고, 검사에 소요되는 시간을 줄일 수 있고, 송신되는 신호의 위치를 정확하게 알 수 있고, 상황에 따라 외부에서 전자파의 종류, 세기, 또는 시간 등을 변경할 수 있어 진단자의 판단에 따라 진단 방법을 재구성할 수 있는 효과가 있다.

또한, 전자기총을 이용한 최소 침습방법을 이용하므로 복강경 또는 폐강경시술과 동시에 진행이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 암 진단 시스템의 사용 상태도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수신기를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 암 진단 장치를 나타낸 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 암 진단 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 전자기총 및 수신 전자기총을 나타내는 예시도이다.
도7a는 본 발명의 실시예에 따른 전자파의 이상적인(ideal) 진폭 패턴을 나타낸 예시도 이다.
도7b는 본 발명의 실시예에 따른 전자파의 왜곡된 진폭 패턴을 나타낸 예시도 이다.

이하, 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.

또한, 각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함한다(comprises)" 및/또는 “포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

또한, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 암 진단 시스템의 사용 상태도를 나타낸다.

도 1을 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 암 진단 시스템은 송신 전자기총(100), 수신기(200), 및 암 진단 장치(300)를 포함할 수 있다. 송신 전자기총(100) 및 수신기(200)는 암 진단 장치(300)와 무선 또는 유선으로 연결될 수 있다.

암 진단 장치(300)는, 송신 전자기총(100)을 제어하고, 수신기(200)에서 수신된 전자파를 제공받아 암 진단을 할 수 있다. 특히, 암 진단 장치(300)는 송신 전자기총(100)이 발생시키는 주파수 대역의 스윕(sweep)을 조절할 수 있다. 또한, 송신 전자기총(100)은 환자의 신체 측정 부위에 침습되어, 전자파(예를 들면, 연속파(continuous wave))를 발생시켜 수신기(200)로 송신할 수 있다.

수신기(200)는 송신 전자기총(100)에서 발생된 전자파를 수신할 수 있다. 수신기(200)는 수신된 전자파를 암 진단 장치(300)에 제공하여 전자파의 진폭 정보 및 위상 정보가 암 진단 장치(300)에 의하여 측정되도록 할 수 있다. 또한, 전자파의 진폭 정보 및 위상 정보는 암 진단 장치(300)의 모니터 등을 통하여 사용자가 확인할 수 있다. 바람직하게, 수신기(200)는 송신 전자기총(100)에서 발생된 전자파의 수신을 위하여, 인체의 피부와 접촉을 유지하며 위치하거나 인체에 근접하여 위치할 수 있다. 바람직하게, 수신기(200)는 정합 패드 또는 수신 전자기총에 해당할 수 있고, 이에 대하여는 이하 도 2 및 도 3을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

암 진단 장치(300)는 수신기(200)가 획득한 전자파에 대응하는 주파수 영역 신호의 진폭 정보 및위상 정보에 근거하여 암 여부를 진단할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기를 설명하기 위한 도면이다.

도 2의 (a)를 참조하면, 수신기(200)는 배열 안테나(Array antenna)를 포함하는 정합패드(Matching pad)에 해당할 수 있고, 바람직하게, 도 2의 (b)를 참조하면, 정합패드에 해당하는 수신기(200)는 송신 전자기총(100)에 의하여 전자파가 발생되는 방향의 맞은편의 신체 부위에 접촉하거나 근접하여 위치할 수 있다.

바람직하게, 정합패드(200)는 송신 전자기총(100)에 의하여 발생된 전자파를 각 배열 안테나로 수신하고, 수신된 전자파를 암 진단 장치(300)로 전달하여, 암 진단 장치(300)에 의하여 암 여부가 진단되도록 할 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수신기를 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 수신기(200)는 수신 전자기총에 해당할 수 있고, 바람직하게, 수신 전자기총(200)은 송신 전자기총(100)에 의하여 전자파가 발생되는 방향의 맞은편의 신체 부위에 침습될 수 있다.

즉, 수신 전자기총(200)은 환자의 신체부위에 침습되어 송신 전자기총(100)에 의하여 발생된 전자파를 수신하고, 수신된 전자파를 암 진단 장치(300)로 전달하여, 암 진단 장치(300)에 의하여 암 여부가 진단되도록 할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 암 진단 장치를 나타낸 구성도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 암 진단 장치(300)는 전자파를 발생시켜 송신 전자기총(100)에 제공하는 송신 모듈(100), 및 수신기(200)로부터 수신된 전자파를 제공받아 암을 진단(검출)하는 수신 모듈을 포함할 수 있다.

바람직하게, 암 진단 장치(300)는, 전자파를 발생시켜 송신 전자기총에 제공하는 송신 모듈, 송신 모듈에서 제공되어 송신 전자기총(100)에 의하여 발생된 전자파가 수신기(200)에 의하여 수신되면, 해당 전자파를 수신기(200)로부터 수신하는 적어도 하나 이상의 전자파 수신부(202), 수신된 전자파의 진폭 패턴을 근거로 기준 신호를 계산하고, 수신된 전자파의 진폭 패턴과 기준 신호(기준 신호 진폭) 간의 차이에 대응하는 감쇄 신호를 검출하는 신호 처리부(203), 수신된 전자파의 위상 정보를 검출하는 위상 검출부(204), 감쇄 신호 및 위상 정보에 근거하여 암을 진단하는 제어부(205)를 포함할 수 있다. 상기 전자파는 연속파(continuouswave) 형태를 의미한다.

신호 처리부(203)는 인체를 통해 전파되는 과정에서 왜곡될 수 있는 전자파에서 신호가 감쇄된 정도를 측정하기 위하여 수신된 전자파 진폭을 근거로 기준 신호를 계산한다.

위상 검출부(204)는 수신된 전자파의 위상 정보를 검출한다.

바람직하게, 본 발명의 실시예에 따른 암 진단 장치(300)는, 감쇄 신호 및 위상 정보 등을 저장하는 저장부(207)를 더 포함할 수 있다.

제어부(205)는 감쇄 신호 및 위상 정보를 근거로 암을 진단함으로써 암 진단 결과를 발생한다. 또한, 제어부(205)는 폐암 진단 결과를 출력부(208)에 출력할 수 있다.

신호 처리부(203)는, 기준 신호를 계산하는 기준 신호 계산부(203-1)와; 전자파의 진폭과 기준신호(기준 신호 진폭) 간의 차이에 대응하는 감쇄 신호를 검출하는 감쇄 신호 검출부(203-2)를 포함할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 암 진단 방법을 나타낸 흐름도이다.

먼저, 암 진단 장치(300)의 송신 모듈의 통신부(101)는 송신 전자기총(100)과 암 진단 방법을 수행하기 위한 정보를 송/수신하고, 수신 모듈의 통신부(206)는 수신기(200)와 암 진단 방법을 수행하기 위한 정보를 송/수신한다. 송신 모듈의 제어부(102)는 송신 전자기총(100)의 전반적인 동작을 제어하고, 수신 모듈의 제어부(250)는 수신기(200)의 전반적인 동작을 제어한다.

송신 모듈의 전자파 생성부(103)는 제어부(102)의 제어 신호를 근거로 전자파를 생성하고, 전자파 제공부(104)를 통하여 송신 전자기총(100)에 생성된 전자파를 제공하고, 송신 전자기총(100)은 그 생성된 전자파를 인체로 송신한다(S11). 바람직하게, 송신 모듈의 전자파 생성부(103)는 제어부(102)의 제어 신호에 따라 수신 모듈의 전자파 수신부(202)와 동기화된 전자파를 생성하고, 전자파 제공부(104)는 전자파 수신부(202)와 동기화된 전자파를 송신 전자기총(100)에 제공할 수 있고, 전자파 제공부(104)는 광대역 송신 안테나로 구성될 수 있다. 즉, 송신 모듈의 전자파 제공부(104)와 수신 모듈의 전자파 수신부(202)는 클럭 동기화 되어 시간적으로 정확하게 동기화될 수 있고, 이와 같은 동기화에 따라, 수신 모듈의 전자파 수신부(202)가 송신 모듈의 전자파 제공부(104)를 통하여 발생하는 전자파의 발생 시점을 공유하게 되어, 수신 모듈은 전자파의 정확한 도착시간, 위상, 및 크기를 측정할 수 있게 된다.

보다 구체적으로, 도 6을 참조하면, 송신 전자기총(100)은 암 진단 장치(300)의 송신 모듈의 전자파 제공부(104)로부터 전자파를 제공받는다. 도 6에서는 유선으로 암 진단 장치(300)로부터 전자파를 제공받는 구성을 도시하였으나, 전자파를 제공받는 방법은 여기에 한정되지 않는다. 바람직하게, 송신 전자기총(100)은 제공받은 전자파를 구동 증폭부를 통하여, 암 진단 장치(300)에 의하여 기설정된 특정 크기로 전자파를 증폭시키고, 증폭된 전자파는 동축선을 통해 프로브로 전달된 후, 환자에게 입사될 수 있다. 여기에서, 프로브는 환자의 특정 신체부위에 침습되고, 프로브의 길이(L)는 환자에게 입사하고자 하는 전자파의 주파수에 따라, 즉, 환자에게 입사하고자 하는 전자파와 공진 주파수가 동일하게 되도록 조절되거나, 또는 주변 매질에 따라 조절될 수 있다.

프로브의 길이를 주변 매질에 따라 조절하는 것과 관련하여, 보다 구체적으로, 프로브의 길이는, 송신 전자기총(100)을 통하여 측정하고자 하는 주파수의 가장 높은 주파수에서의 주변 매질의 상대유전율에 따라 조절될 수 있다. 예를 들어, 주변 매질이 폐에 해당하는 경우, 측정하고자 하는 주파수의 가장 높은 주파수에 해당하는 2GHz에서의 폐의 상대 유전율인 약 20정도에 맞게, 프로브의 공진 주파수가 2GHz가 되도록, 프로브의 길이가 조절될 수 있다. 여기에서, 프로브의 공진주파수를, 측정하고자 하는 가장 높은 주파수로 맞추는 이유는, 가장 높은 주파수에서 감쇄가 가장 심하기 때문에 가장 높은 주파수에 맞춰 놓으면 그 이하 주파수에서는 상대적으로 프로브의 송수신효율이 좋지 않더라도 감쇄가 상대적으로 적기 때문이다. 또한, 주변 매질의 상대유전율이 높아지면 프로브의 길이는 상대적으로 짧게 조절될 수 있다.

이에 더하여, 주변 매질의 상대 유전율을 포함한 전기적인 특성은 기측정된 데이터가 이용되거나 또는 프로브를 통하여 실시간으로 측정될 수 있다. 프로브를 통하여 실시간으로 측정하는 경우, 프로브는 개방형 동축 프로브(open-ended coaxial probe)에 해당할 수 있고, 프로브의 개방면이 주변 매질과 접촉되어 1000MHz ~ 5000MHz의 각 주파수에서 반사 계수(reflection coefficient)를 측정하면, 해당 반사 계수를 이용하여 유전율이 측정되도록 할 수 있다. 즉, 프로브를 통하여 주변 매질의 유전율이 측정되면, 해당 유전율에 맞춰서 프로브의 길이기 조절되어 공진주파수가 맞춰질 수 있다. 수신기(200)는 송신 전자기총(100)에 의하여 발생되어 인체를 통하여 전달(전파)된 전자파를 수신하고(S12), 수신 모듈의 전자파 수신부(202)는 수신기(200)가 수신한 전자파를 수신하고, 그 수신된 전자파는 신호 처리부(203) 및 위상 검출부(204)에 출력된다. 바람직하게, 전자파 수신부(202)는 광대역 수신 안테나(201)를 통하여 수신기(200)로부터 수신된 전자파를 제공받을 수 있고, 수신된 전자파는 장기, 암 등의 전기적 특성 차이에 의하여 그 특성이 변환된 상태일 수 있다.

일 실시예에서, 수신기(200)가 수신 전자기총에 해당하는 경우, 도 6을 참조하면, 수신 전자기총의 프로브는 환자의 특정 신체 부위에 침습되어 송신 전자기총(100)에서 발생되어 전달된 전자파를 수신할 수 있다. 프로브를 통하여 수신된 전자파는 수신 전자기총의 동축선을 통하여 이동되어, 저잡음 증폭기를 통하여 최소 잡음으로 전자파를 특정 크기만큼 증폭되고, 증폭된 전자파는 암 진단 장치(300)의 전자파 수신부(202)에 제공될 수 있다. 도 6에서는, 수신 전자기총이 유선으로 암 진단 장치(300)에 전자파를 제공하는 구성을 도시하였으나, 암 진단 장치(300)가 수신 전자기총으로부터 전자파를 제공받는 방법은 여기에 한정되지 않는다. 바람직하게, 수신 전자기총의프로브의 길이는 수신하고자 하는 전자파의 주파수에 따라, 즉, 수신하고자 하는 전자파와 공진주파수가 동일하게 되도록 조절되거나, 또는 주변 매질에 따라 조절될 수 있다.

기준 신호 계산부(203-1)는 전자파 수신부(202)를 통하여 수신된 전자파의 기준 신호를 계산하고, 그 계산된 기준 신호를 제어부(205)에 출력한다(S13). 기준 신호는, "local regression smoothing"과 같은 smoothing 기법 또는 로우 패스 필터(lowpass filter)와 같은 filtering 기법을 적용하여 계산한다. 그 결과 수신된 전자파의 진폭 패턴에서 강력한 신호 감쇄인 더블 딥(double-dip) 또는 더블 널(double-null) 특성이 제거된 신호를 기준 신호로서 계산할수 있다. 그리고 기준 신호 계산 과정에서는 위의 두 방법 이외에도 여러 신호 처리 방법들이 사용될 수 있다.

감쇄 신호 검출부(203-2)는 수신된 전자파의 진폭과 기준 신호(기준 신호 진폭) 간의 차이에 대응하는 감쇄 신호를 검출하고, 그 검출한 감쇄 신호를 제어부(205)에 출력한다(S14).

도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 전자파의 이상적인(ideal) 진폭 패턴을 나타낸 예시도 이고, 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 전자파의 왜곡된 진폭 패턴을 나타낸 예시도 이다.

도 7b에 도시한 바와 같이, 기준 신호 계산부(203-1)는 기준 신호(4-1)를 계산하고, 그 계산된 기준신호(4-1)를 제어부(205)에 출력한다.

감쇄 신호 검출부(203-2)는 수신된 전자파의 진폭과 기준 신호(기준 신호 진폭) 간의 차이에 대응하는 감쇄 신호(4-2)를 검출하고, 그 검출한 감쇄 신호(4-2)를 제어부(205)에 출력한다.

위상 검출부(204)는 수신된 전자파의 위상 정보를 검출하고, 그 검출한 위상 정보를 제어부(205)에 출력한다(S15).

제어부(205)는 수신 모듈(200)의 전반적인 동작을 제어하며, 검출된 감쇄 신호 및 위상 정보를 근거로 암 여부를 진단함으로써 암 진단 결과를 발생한다(S16). 예를 들면, 전자파가 폐(배경매질)를 통과하는지, 암(타겟)을 통과하는지 여부에 따라, 전자파의 감쇄 신호가 달라지며, 그 감쇄 신호를 근거로 폐암 여부가 결정될 수 있다.

제어부(205)는 검출된 감쇄 신호와 위상 정보를 근거로 암 여부 및 암의 크기를 결정함으로써 암 진단 결과를 발생할 수도 있고, 송신 전자기총(100)의 위치를 근거로 암의 위치를 판단할 수 있다. 예를 들어, 전자파는 폐(배경매질), 암(타겟)을 통과하여 측정점에 위치하는 수신모듈(200)로 도달할 수 있고, 이때, 전자파의 산란 특성에 의하여, 전자파는 진폭(감쇄 신호) 및 위상이 변할 수 있다. 즉, 전자파가 폐(배경매질)을 통과하는지, 암(타겟)을 통과하는지 여부에 따라, 수신된 전자파의 특성이 결정된다.

한편, 산란체인 암의 모양, 크기 및 인가되는 전자파의 주파수 관계에 따라 수신된 전자파에 대응하는 주파수영역 신호의 진폭(감쇄 신호에 대응하는 진폭) 및 위상에서 독특한 현상을 관찰할 수 있다. 즉, 암이 존재하는 경우, 더블 딥(double dip) 또는 더블 널(double null)을 확인할 수 있다. 또, 암이 존재하는 경우, 위상도약(phase jump)을 확인할 수 있다. 위상 도약(phase jump)은 특정 지점에서 큰 위상 차이가 발생하는 현상이다.

따라서, 암 진단 장치(300)가 전자파를 발생시켜 송신하고,수신기(200)가 송신 전자기총(100)에서 발생된 전자파를 수신했을 때, 제어부(205)는 수신기(200)를 통하여 수신된 전자파를 제공받아, 수신된 전자파의 특성을 확인하여 암을 진단할 수 있다.

출력부(208)는 제어부(205)에서 수행된 암 진단 결과를 표시한다(S17).

수신 모듈의 통신부(206)는 송신 모듈의 통신부(101) 및 수신기(200)와 암 진단 장치(300) 동작에 관한 정보를 송/수신한다.

수신 모듈의 저장부(207)는 수신된 전자파, 시간 지연 정보, 주파수 영역 신호의 진폭 및 위상정보, 제어부(205)의 암 진단 결과 등을 저장한다. 저장부(207)는 플래시 메모리 타입(flashmemory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card microtype), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(random access memory; RAM), SRAM(staticrandom access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-onlymemory), PROM(programmable read-only memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 암 진단 장치(300)는 인터넷 (internet)상에서 저장부(207)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage)와 관련되어 동작할 수도 있다.

출력부(208)는 디스플레이부일 수 있으며, 디스플레이부는 암 진단 결과를 표시할 수 있다. 예를들어, 디스플레이부는 검출된 시간 지연 정보 및 주파수 영역 신호의 크기와 위상 정보, 폐암 진단 결과등을 표시할 수 있다.

디스플레이부는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thinfilm transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode,OLED), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 플라즈마 표시 패널(plasmadisplay panel, PDP), MDT(Multi Display Tube) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 명세서의 실시예에 따른 암 진단 장치 및 방법은, 송신 전자기총(100)을 이용하여 환자의 특정 신체부위에 침습되어 전자파가 발생되면, 전기적 특성이 비균일하고 구조가 복잡한 인체를 통해 전파되는 왜곡된 전자파의 진폭 패턴(amplitude pattern)에서 신호감쇄 정도를 정량적으로 측정할 수 있다.

본 명세서의 실시예에 따른 암 진단 장치 및 방법은, 인체를 통해 수신된 전자파의 진폭 패턴에서 강력한 신호 감쇄인 더블 딥(double-dip) 또는 더블 널(double-null) 특성이 제거된 신호를 기준신호로서 계산함으로써, 기준 신호 계산이 간단하며, 이에 따라 암 진단 결과 계산에 소요되는 시간이길지 않으며, 폐암 진단을 실시간 수행할 수 있다.

본 명세서의 실시예에 따른 암 진단 장치 및 방법은, 인체를 통해 수신된 전자파의 진폭 패턴이 왜곡되더라도, 그 왜곡된 전자파의 진폭과 기준 신호와(기준 신호 크기)의 차이를 근거로 암 진단을 수행함으로써, 암 진단 결과의 정확도 및 신뢰도를 유지할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 암 진단 방법은 또한 컴퓨터로 읽을 수있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.

예컨대, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 롬(ROM), 램(RAM), 시디-롬(CD-ROM), 자기 테이프, 하드디스크, 플로피디스크, 이동식 저장장치, 비휘발성메모리(Flash Memory), 광 데이터 저장장치 등이 있다.

또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.

전술한 본 발명에 따른 전자파를 이용한 최소 침습 암 진단 시스템 및 방법에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.

100: 송신 전자기총 200: 수신기
300: 암 진단 장치
101: 통신부 102: 제어부
103: 전자파 생성부 104: 전자파 제공부
201: 광대역 수신 안테나 202: 전자파 수신부
203: 신호 처리부 204: 위상 검출부
205: 제어부 206: 통신부
207: 저장부 208: 출력부

Claims

환자에게 전자파를 송신하는 송신 전자기총;
상기 송신 전자기총으로부터 송신되어 상기 환자를 통하여 전달된 전자파를 수신하는 수신기를 포함하되, 상기 수신기는 배열 안테나를 포함하는 정합패드 또는 수신 전자기총; 및
상기 수신기로부터 수신된 전자파를 수신하는 적어도 하나의 전자파 수신부, 상기 수신된 전자파의 진폭 패턴을 근거로 기준 신호를 계산하는 기준 신호 계산부, 상기 전자파의 진폭과 상기 기준 신호 간의 차이에 대응하는 감쇄 신호를 검출하는 감쇄 신호 검출부, 상기 수신된 전자파의 위상 정보를 검출하는 위상 검출부, 및상기 감쇄 신호 및 위상 정보에 근거하여 암을 진단하는 제어부를 포함하는 암 진단 장치를 포함하는 전자파를 이용한 최소 침습 암 진단 시스템.
제1항에 있어서, 상기 송신 전자기총은,
상기 전자파 수신부에 동기화된 전자파를 제공받으면, 상기 전자파를 특정 크기로 증폭시키는 증폭부; 및
환자의 특정 신체부위에 침습되고, 상기 증폭부를 통하여 증폭된 전자파를 동축선을 통해 전달받아, 상기 환자에게 입사시키는 프로브를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파를 이용한 최소 침습 암 진단 시스템.
제2항에 있어서, 상기 프로브의 길이는,
상기 환자에게 입사하고자 하는 전자파의 주파수에 따라, 또는 주변 매질에 따라 공진주파수가 동일하게 되도록 조절되는 것을 특징으로 하는 전자파를 이용한 최소 침습 암 진단 시스템.
제1항에 있어서, 상기 수신 전자기총은,
상기 송신 전자기총 모듈에서 발생된 전자파를 수신하는 프로브; 및
상기 프로브로부터 수신되어 동축선을 통해 전달받은 전자파를 최소잡음으로 특정 크기만큼 증폭시키는 저잡음증폭부를 포함하되,
상기 증폭된 전자파는 상기 전자파 수신부에 제공되는 것을 특징으로 하는 전자파를 이용한 최소 침습 암 진단 시스템.
제4항에 있어서, 상기 프로브의 길이는,
수신하고자 하는 전자파의 주파수에 따라, 또는 주변 매질에 따라 공진주파수가 동일하게 되도록 조절되는 것을 특징으로 하는 전자파를 이용한 최소 침습 암 진단 시스템.
제1항에 있어서, 상기 기준 신호 계산부는,
상기 수신된 전자파의 진폭 패턴에서 신호 감쇄인 더블 딥(double-dip) 또는 더블 널(double-null) 특성이 제거된 신호를 상기 기준 신호로서 계산하는 것을 특징으로 하는 전자파를 이용한 최소 침습 암 진단 시스템.
제1항에 있어서, 상기 전자파는,
연속파(Continuous Wave) 형태인 것을 특징으로 하는 전자파를 이용한 최소 침습 암 진단 시스템.
제1항에 있어서, 상기 암 진단 장치는,
상기 감쇄 신호 및 위상 정보를 저장하는 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파를 이용한 최소 침습 암 진단 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 감쇄 신호, 위상 정보, 및 상기 송신 전자기총의 침습 위치에 근거하여 상기 암을 진단함으로써 상기 암의 여부, 상기 암의 크기, 및 상기 암의 위치를 포함하는 암 진단 결과를 발생하는것을 특징으로 하는 전자파를 이용한 최소 침습 암 진단 시스템.
제6항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 암 진단 결과를 출력부에 출력하는 것을 특징으로 하는 전자파를 이용한 최소 침습 암 진단 시스템.
송신 전자기총, 수신기, 및 암 진단 장치를 포함하는 전자파를 이용한 최소 침습 암 진단 시스템에서 수행되는 최소 침습 암 진단 방법에 있어서,
(a) 상기 송신 전자기총은 환자에게 전자파를 송신하는 단계;
(b) 상기 수신기는 상기 송신 전자기총으로부터 송신되어 상기 환자를 통하여 전단될 전자파를 수신하는 단계를 포함하되, 상기 수신기는 배열 안테나를 포함하는 정합패드 또는 수신 전자기총이고;
(c) 상기 암 진단 장치는 상기 수신기로부터 수신된 전자파를 수신하고, 상기 수신된 전자파의 진폭 패턴을 근거로 기준 신호를 계산하고, 상기 전자파의 진폭과 상기 기준 신호 간의 차이에 대응하는 감쇄 신호를 검출하고, 상기 수신된 전자파의 위상 정보를 검출하고, 상기 감쇄 신호 및 위상 정보에 근거하여 암을 진단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파를 이용한 최소 침습 암 진단 방법.
제11항에 있어서, 상기 (a) 단계는
상기 송신 전자기총은, 동기화된 전자파를 제공받아 특정 크기로 증폭시키고, 환자의 특정 신체부위에 침습되어, 상기 증폭된 전자파를 상기 환자에게 입사시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파를 이용한 최소 침습 암 진단 방법.
제12항에 있어서, 상기 (a) 단계는,
상기 송신 전자기총은, 상기 환자에게 입사하고자 하는 전자파의 주파수에 따라, 또는 주변 매질에 따라 공진주파수가 동일하게 되도록 프로브의 길이가 조절되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파를 이용한 최소 침습 암 진단 방법.
제11항에 있어서, 상기 (b) 단계는,
상기 수신 전자기총은, 상기 송신 전자기총에서 발생된 전자파를 수신하고, 상기 전자파는 동축선을 통해 전달되어 최소잡음으로 특정 크기만큼 증폭시키고, 상기 증폭된 전자파를 상기 암 진단 장치에 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파를 이용한 최소 침습 암 진단 방법.
제14항에 있어서, 상기 (b) 단계는,
상기 수신 전자기총은, 수신하고자 하는 전자파의 주파수에 따라, 또는 주변 매질에 따라 공진주파수가 동일하게 되도록 프로브의 길이가 조절되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파를 이용한 최소 침습 암 진단 방법.
제11항에 있어서, 상기 (c) 단계에서,
기준 신호를 계산하는 단계는, 상기 수신된 전자파의 진폭 패턴에서 신호 감쇄인 더블 딥(double-dip) 또는 더블 널(double-null) 특성이 제거된 신호를 상기 기준 신호로서 계산하는 단계인 것을 특징으로 하는 전자파를 이용한 최소 침습 암 진단 방법.