KR20180097191A

KR20180097191A - 박막형 온도 측정 어레이

Info

Publication number: KR20180097191A
Application number: KR1020170023468A
Authority: KR
Inventors: 도일; 김용태; 심재경
Original assignee: 한국표준과학연구원
Priority date: 2017-02-22
Filing date: 2017-02-22
Publication date: 2018-08-31
Also published as: KR101988097B1

Abstract

본 발명은 박막형 온도 측정 어레이에 관한 것으로, 열을 이용한 비침습적 치료 계획에 이용되는 팬텀에 설치되어 온도를 측정할 수 있는 MEMS 기술로 제작된 Thin film RTD array에 관한 것이다. 본 발명의 일 양상인 외부 에너지가 조사되는 팬텀(phantom)의 내부에 배치되는 온도측정장치에 있어서, 상기 온도측정장치에 전원을 공급하는 전원공급부; 직렬로 연결되는 복수의 측온저항체 어레이; 상기 복수의 측온저항체 각각에서 발생된 전압을 측정하기 위해, 상기 복수의 측온저항체 각각의 단위로 배치된 복수의 전압 감지부를 포함하는 데이터수집장치; 및 상기 데이터수집장치를 통해 감지된 복수의 전압값을 이용하여 상기 팬텀 내부의 온도 변화를 판단하는 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

박막형 온도 측정 어레이 {Thin Film Type Array For Temperature Measurement}

본 발명은 박막형 온도 측정 어레이에 관한 것으로, 열을 이용한 비침습적 치료 계획에 이용되는 팬텀에 설치되어 온도를 측정할 수 있는 MEMS 기술로 제작된 Thin film RTD array에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 하나의 전류공급원(Current source) 및 RTD별로 하나의 전압측정(DAQ Channel) 수단으로 구성된 박막형 온도 측정 어레이를 이용하여, 팬텀 내부의 초음파 및 온도분포에 미치는 영향을 최소화하면서도 다수의 지점에서 실시간 온도분포 변화 측정이 가능하도록 하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근 열을 이용한 비침습적 치료 방법이 널리 사용되고 있다. 열을 이용한 비침습적 치료 방법의 일례로는 집속 초음파 치료(high intensity focused ultrasound, HIFU) 치료, 피부온열치료기를 이용한 지료 등을 들 수 있다.

특히, HIFU 치료는 초음파를 집속(Focusing)하여 국부적으로 생체조직의 온도를 상승시켜 조직의 기능을 상실케하는 비수술적 치료법의 하나로 각광받고 있다.

이러한 열을 이용한 비침습적 치료에서는, 주변조직 damage 등 부작용의 영향을 최소화하기 위해, 정밀한 온도의 제어 및 온도 focusing/localizing 이 요구되고 있다.

이러한 부작용의 영향을 최소화하기 위해, 열을 이용한 비침습적 치료에는 우선적으로 치료 계획을 설립하고, 생체조직과 유사한 인공물질인 팬텀을 이용하여 치료 계획대로 HIFU 치료를 진행하며, HIFU치료에 의한 온도 상승효과를 미리 확인하고 있다.

따라서 이러한 열을 이용한 치료의 신뢰성 및 안전성을 위해, 치료에 영향을 미치지 않으면서도 팬텀 내 작은 영역에서 정확한 온도 측정가능 한 기술이 필요하다.

현재의 Pt Probe 및 Therocouple 등 온도 프로브를 팬텀 내 삽입하여 측정하는 방법은,　bulky sensors 및 프로브의 interconnection에 의한 초음파 및 열전달 왜곡이 발생하는 문제점이 있다.

또한, 현재의 온도 측정 방법은 소형화, 집적화 등이 어려워 팬텀 내 많은 point에서의 온도분포의 측정이 쉽지가 않다는 문제점도 있다.

프로브에 의한 초음파 왜곡이 없기 위해서는 프로브의 물성이 팬텀 매질과 유사하거나, 그 크기 또는 두께가 초음파의 파장보다 작아야 하고, 프로브에 의한 열 왜곡이 없기 위해서도 마찬가지로 열물성이 팬텀과 유사하거나, 그 크기 또는 두께가 가능한 작아야 하는데, 이러한 조건을 현재의 방법으로는 만족하기 어렵다는 문제점이 있다.

다른 방법으로, Egg-white 팬텀을 이용한 방법은 온도에 따라 색이 변하는 고분자물질로　이루어진 팬텀을　이용한 방법인데, 초음파 및 열전달 왜곡은 없으나 불확도가 크고, projection image를 통해 온도를 측정하기 때문에 내부의 온도분포를 확인하는데 한계가 있다.

따라서 열을 이용한 치료의 신뢰성 및 안전성을 위해, 치료에 영향을 미치지 않으면서도 팬텀 내 작은 영역에서 정확한 온도 측정이 가능한 장치 및 방법에 대한 필요성이 대두되고 있다.

대한민국 특허청 출원번호 제 10-2012-7028716 호

본 발명은 박막형 온도 측정 어레이에 관한 것으로, 열을 이용한 비침습적 치료 계획에 이용되는 팬텀에 설치되어 온도를 측정할 수 있는 MEMS 기술로 제작된 Thin film RTD array를 제안하고자 한다.

구체적으로 본 발명은 하나의 전류공급원(Current source) 및 RTD별로 하나의 전압측정(DAQ Channel) 수단으로 구성된 박막형 온도 측정 어레이를 이용하여, 팬텀 내부의 초음파 및 온도분포에 미치는 영향을 최소화하면서도 다수의 지점에서 실시간 온도분포 변화 측정이 가능하도록 하는 장치 및 방법을 제안하고자 한다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상인 열 에너지가 조사되는 팬텀(phantom)의 내부에 배치되는 온도측정장치에 있어서, 상기 온도측정장치에 전원을 공급하는 전원공급부; 고분자 박막 상에 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)을 통해 복수의 RTD(Resistance temperature detectors)가 직렬로 연결되어 배치되는 박막형 RTD 어레이; 상기 복수의 RTD 각각에서 발생된 전압을 측정하기 위해, 상기 복수의 RTD 각각의 단위로 배치된 복수의 전압 센싱부를 포함하는 DAQ(Data Acquisition); 및 상기 DAC를 통해 센싱된 복수의 전압값을 이용하여 상기 팬텀 내부의 온도 변화를 판단하는 제어부;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 열 에너지는 집속 초음파(High Intensity Focused Ultrasound, HIFU) 치료를 위해 조사될 수 있다.

또한, 상기 온도측정장치의 두께는 상기 집속 초음파 치료에 이용되는 초음파의 파장보다 작을 수 있다.

또한, 상기 복수의 RTD 각각은 일정 각도로 복수 회 꼬인 형태로 형성될 수 있다.

또한, 상기 열 에너지가 조사되는 정도에 따라 상기 복수의 RTD 각각의 저항이 변화되고, 상기 변화된 저항에 따라 상기 복수의 RTD 각각에서 발생되는 전압이 변화될 수 있다.

한편, 상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 양상인 내부에 온도측정장치가 배치된 팬텀(phantom)에 있어서, 상기 팬텀은 열 에너지가 조사되고, 상기 온도측정장치는, 전원을 공급하는 전원공급부; 고분자 박막 상에 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)을 통해 복수의 RTD(Resistance temperature detectors)가 직렬로 연결되어 배치되는 박막형 RTD 어레이; 상기 복수의 RTD 각각에서 발생된 전압을 측정하기 위해, 상기 복수의 RTD 각각의 단위로 배치된 복수의 전압 센싱부를 포함하는 DAQ(Data Acquisition); 및 상기 DAC를 통해 센싱된 복수의 전압값을 이용하여 상기 팬텀 내부의 온도 변화를 판단하는 제어부;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 열 에너지는 집속 초음파(High Intensity Focused Ultrasound, HIFU) 치료를 위해 조사되고, 상기 온도측정장치의 두께는 상기 집속 초음파 치료에 이용되는 초음파의 파장보다 작을 수 있다.

한편, 상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 양상인 열 에너지가 조사되는 팬텀(phantom)의 내부에 배치되고, 고분자 박막 상에 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)을 통해 복수의 RTD(Resistance temperature detectors)가 직렬로 연결되어 배치되는 박막형 RTD 어레이; 및 상기 복수의 RTD 각각에서 발생된 전압을 측정하기 위해, 상기 복수의 RTD 각각의 단위로 배치된 복수의 전압 센싱부를 포함하는 DAQ(Data Acquisition);를 포함하는 온도측정장치를 이용하여, 상기 팬텀 내부의 온도 변화를 센싱 하는 방법에 있어서, 상기 팬텀 내부에 적어도 하나의 온도측정장치를 배치하는 제 1 단계; 상기 팬텀에 열 에너지를 조사하는 제 2 단계; 상기 온도측정장치에 전원을 공급하는 제 3 단계; 상기 온도측정장치의 DAQ가 상기 복수의 RTD 각각에서 발생된 전압을 측정하는 제 4 단계; 및 상기 온도측정장치의 제어부가 상기 DAC를 통해 센싱된 복수의 전압값을 이용하여 상기 팬텀 내부의 온도 변화를 판단하는 제 5 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 2 단계는, 상기 열 에너지를 이용한 치료계획에 따라 수행되고, 상기 제 6 단계 이후에는, 상기 판단한 팬텀 내부의 온도 변화와 상기 열 에너지를 이용한 치료계획에 따른 온도 변화를 비교하는 제 7 단계;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 온도측정장치의 두께는 상기 집속 초음파 치료에 이용되는 초음파의 파장보다 작고, 상기 복수의 RTD 각각은 일정 각도로 복수 회 꼬인 형태로 형성될 수 있다.

또한, 상기 제 2 단계에서, 상기 열 에너지가 조사되는 정도에 따라 상기 복수의 RTD 각각의 저항이 변화되고, 상기 제 4 단계에서, 상기 변화된 저항에 따라 상기 복수의 RTD 각각에서 발생되는 전압이 변화될 수 있다.

본 발명은 박막형 온도 측정 어레이에 관한 것으로, 열을 이용한 비침습적 치료 계획에 이용되는 팬텀에 설치되어 온도를 측정할 수 있는 MEMS 기술로 제작된 Thin film RTD array를 사용자에게 제공할 수 있다.

구체적으로 본 발명은 하나의 전류공급원(Current source) 및 RTD별로 하나의 전압측정(DAQ Channel) 수단으로 구성된 박막형 온도 측정 어레이를 이용하여, 팬텀 내부의 초음파 및 온도분포에 미치는 영향을 최소화하면서도 다수의 지점에서 실시간 온도분포 변화 측정이 가능하도록 하는 장치 및 방법을 사용자에게 제공할 수 있다.

본 발명에서는 RTD를 직렬로 연결하고 이들 RTD에 Current Source를 통해 전류를 공급하고 전류에 의해 각 RTD에서 발생한 전압을 DAQ로 측정함으로써, 각 RTD에서의 저항을 측정할 수 있다. 따라서 측정회로의 구성을 간단하게 할 수 있고, 정밀 저항 측정기가 필요하지 않아 저렴하면서도 동시 측정이 가능한 장치를 제공할 수 있다.

다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명이 제안하는 온도측정장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명이 제안하는 박막형 온도측정 어레이를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명이 제안하는 박막형 온도측정 어레이에 적용되는 RTD의 구체적인 일례를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명이 제안하는 박막형 온도측정 어레이의 구체적인 일례를 도시한 것이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명과 관련하여, 팬텀 내에 박막형 온도측정 어레이가 배치된 형태의 일례를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명이 제안하는 온도측정장치를 이용하여, 치료에 영향을 미치지 않으면서 팬텀 내 작은 영역에서 온도 측정하는 방법을 설명하는 순서도이다.

열을 이용한 비침습적 치료에는 우선적으로 치료 계획을 설립하고, 생체조직과 유사한 인공물질인 팬텀을 이용하여 치료 계획대로 HIFU 치료를 진행하며, HIFU치료에 의한 온도 상승효과를 미리 확인하고 있다.

프로브에 의한 초음파 왜곡이 없기 위해서는 프로브의 물성이 팬텀 매질과 유사하거나, 그 크기 또는 두께가 초음파의 파장보다 작아야 하고, 프로브에 의한 열 왜곡이 없기 위해서도 마찬가지로 열 물성이 팬텀과 유사하거나, 그 크기 또는 두께가 가능한 작아야 하는데, 이러한 조건을 현재의 방법으로는 만족하기 어렵다는 문제점이 있다.

따라서 본 발명에서는 상기 문제점을 해소하기 위해, 본 발명은 박막형 온도 측정 어레이 즉, 열을 이용한 비침습적 치료 계획에 이용되는 팬텀에 설치되어 온도를 측정할 수 있는 MEMS 기술로 제작된 Thin film RTD array를 제안하고자 한다.

구체적으로 본 명세서에서는 하나의 전류공급원(Current source) 및 RTD별로 하나의 전압측정(DAQ Channel) 수단으로 구성된 박막형 온도 측정 어레이를 이용하여, 팬텀 내부의 초음파 및 온도분포에 미치는 영향을 최소화하면서도 다수의 지점에서 실시간 온도분포 변화 측정이 가능하도록 하는 장치 및 방법을 제안하고자 한다.

본 발명에서 DAQ는 데이터 수집장치라는 용어로 혼용하여 적용될 수 있다.

본 발명의 구체적인 기술적 특징을 설명하기에 앞서, 열을 이용한 비침습적 치료에서 온도 측정을 위해 이용되는 온도측정장치를 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명이 제안하는 온도측정장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명이 제안하는 온도측정장치(10)는 박막형 온도측정 어레이(100)와 팬텀(200)을 포함할 수 있다.

먼저, 팬텀(phantom, 200)은 인체 내부의 열 분포, 전자파 분포와 인체 조직의 비흡수율(SAR:specific absorption rate) 조사, 분석 등 생체 시스템 연구에 대체물로 사용되는 모형을 말한다.

인체가 받는 열 에너지의 양적 평가는 비흡수율에 의해 행해지는데, 실제로 이를 측정하는 것은 곤란하기 때문에 인체와 똑같은 소위 팬텀을 만들어, 열에너지를 조사했을 때 팬텀(200) 내의 전계나 온도 상승 측정, 동물 실험, 전자계 해석에 의한 추정 등을 수행한다.

팬텀(200)은 인체 조직 구조와 유사한 크기의 외형을 갖고 각 측정 주파수에 있어서 인체 조직의 비유전율ε, 도전율σ, 밀도ρ를 갖는 것이 필요하다.

다음으로, 박막형 온도측정 어레이(100)는 팬텀(200) 내부에 배치되는 장치로서, 실제 팬텀(200) 내에 배치된 영역의 온도 및 온도변화를 측정하는 기능을 제공한다.

본 발명에 따른 박막형 온도측정 어레이(100)는 전원공급부(110), 센싱부(120), 제어부(130) 및 박막형 RTD 어레이(140)을 포함할 수 있다.

먼저, 전원공급부(110)는, 제어부(130)의 제어에 의해 외부의 전원, 내부의 전원을 인가 받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급한다.

다음으로, 센싱부(120)는 박막형 온도측정 어레이(100)의 위치, 사용자 접촉 유무, 박막형 온도측정 어레이(100)의 방위, 박막형 온도측정 어레이(100)의 가속/감속 등과 같이 박막형 온도측정 어레이(100)의 현 상태를 감지하여 박막형 온도측정 어레이(100)의 동작을 제어하기 위한 센싱 신호를 발생시킨다.

센싱부(120)는 전원 공급부(110)의 전원 공급 여부, 외부 기기 결합 여부 등을 센싱할 수도 있다.

특히, 본 발명에 따른 센싱부(120)는 박막형 RTD 어레이(140)를 구성하는 각각의 RTD에서 발생한 전압을 측정하는 DAQ(Data Acquisition)을 포함할 수 있다.

DAQ는 하드웨어를 이용한 아날로그 입력이나 아날로그 출력, 디지털 입출력과 카운터/타이머 측정할 수 있는 센서이다.

본 발명에 따른 DAQ는 박막형 RTD 어레이(140)를 구성하는 각각의 RTD 단에 개별적으로 배치되어, 각각의 RTD에서의 전압 또는 전압 변화를 측정하는 것이 가능하다.

결국, 제어부(130)는 상기 측정된 전압 또는 전압 변화를 통해, 팬턴(200) 내에 각 RTD가 배치된 구역의 온도 변화를 예측하는 것이 가능해진다.

또한, 박막형 RTD 어레이(140)는 복수의 RTD(Resistance temperature detectors)가 직렬로 연결되어 형성하는 어레이로 구현된다.

여기서, RTD(Resistance temperature detectors)는 전류에 대한 저항이 온도에 따라 변화하는 성질을 이용하여 온도를 측정하는 장치를 의미하고, 본 발명에서는 열이 발생되었는지를 판별하기 위해, 전압이 걸리는 로드(load) 또는 저항으로 이용될 수 있다.

본 발명에 따른 박막형 RTD 어레이(140)는 MEMS 기술로 제작된 Thin film RTD array이고, 이를 통해, 팬텀 내부 온도를 측정할 수 있다.

본 발명에서는 음향 임피던스가 인체와 유사한 폴리머 재질의 박막(Thin film)을 기반으로, 초음파 및 열전달에 투명한(transparent) 박막형 RTD를 직렬로 연결한 어레이를 이용하므로, 초음파 및 열 전달에 따른 왜곡을 최소화 할 수 있을 뿐만 아니라 소형화 및 집적화가 가능하여 팬텀 내 많은 지점(point)에서의 온도분포 변화의 측정이 가능하다.

구체적으로 본 발명에서는 하나의 전류공급원(Current source, 110)과 박막형 RTD 어레이(140)를 구성하는 RTD 별로 하나의 전압측정(DAQ Channel, 120)만 포함하면 장치 구현이 가능하므로, Thermocouple과 같이 정밀 전압계가 없이 저렴한 구성으로도 정밀한 온도측정이 가능하다는 장점이 있다.

또한, 제어부(controller, 130)는 통상적으로 박막형 온도측정 어레이(100)의 전반적인 동작을 제어한다.

본 발명에 따른 제어부(130)는 예를 들어, 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록매체 내에서 구현될 수 있다.

하드웨어적인 구현에 의하면, 제어부(130)는 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays, 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.

소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 제어부(130)는 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 메모리(미도시)에 저장되고, 제어부(130)에 의해 실행될 수 있다.

도 2는 본 발명이 제안하는 박막형 온도측정 어레이(100)를 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 전원 공급부(110)를 통해 정전류가 인가된다.

제 1 지점(110a)가 전류가 유입되는 전압이 가장 높은 지점이고, 제 2 지점(110b)이 그라운드로서 전압이 0V 가 된다.

또한, 도 2를 참조하면, 상기 전원 공급부(100)로부터 전원을 공급받는 박막형 RTD 어레이(140)가 도시되고, 박막형 RTD 어레이(140)는 복수의 RTD(140a, 140b, 140c, … , 140x)가 직렬로 연결되어 형성하는 어레이로 구현된다.

복수의 RTD(140a, 140b, 140c, … , 140x)는 직렬로 연결되어 있으므로 각 RTD에 적용되는 전류는 동일하다.

다만, 각 RTD에서 유도되는 저항(로드) 값에 따라 각 RTD에 걸리는 전압을 서로 달라질 수 있고, 여기에서 측정된 전압값을 이용하여 팬텀(200) 내부의 온도, 온도 변화, 온도 배치 등을 판단할 수 있다.

또한, 본 명세서에서는 복수의 RTD(140a, 140b, 140c, … , 140x)가 직렬로 연결된 박막형 RTD 어레이(140)를 대표적인 일례로 기재하나 박막형 RTD 어레이(140) 대신 열전쌍/열전대(Thermocouple/Thermopile)를 이용할 수도 있다.

열전쌍/열전대(Thermocouple/Thermopile)의 경우에는 별도의 전원공급이 필요하지 않고, 기준점과의 온도차이에 의해 전압이 발생하게 된다.

또한, 도 2를 참조하면, RTD 별로 하나의 전압측정(DAQ Channel, 120) 수단이 배치된다.

즉, 제 1 RTD(140a)에는 제 1 채널의 DAQ가 배치되고, 제 2 RTD(140b)에는 제 2 채널의 DAQ가 배치되며, 제 3 RTD(140c)에는 제 3 채널의 DAQ가 배치되고, 제 X RTD(140x)에는 제 X 채널의 DAQ가 배치된다.

결국, 본 발명에서는 하나의 전류공급원(Current source, 110)과 박막형 RTD 어레이(140)를 구성하는 RTD 별로 하나의 전압측정(DAQ Channel, 130)만 포함하면 장치 구현이 가능하므로, Thermocouple과 같이 정밀 전압계가 없이 저렴한 구성으로도 정밀한 온도측정이 가능해진다.

또한, 도 3은 본 발명이 제안하는 박막형 온도측정 어레이(100)에 적용되는 RTD의 구체적인 일례를 도시한 것이다.

전술한 것과 같이, 본 발명에 적용되는 RTD(Resistance temperature detectors)는 전류에 대한 저항이 온도에 따라 변화하는 성질을 이용하여 온도를 측정하는 장치를 의미하고, 본 발명에서는 열이 발생되었는지를 판별하기 위해, 전압이 걸리는 로드(load) 또는 저항으로 이용될 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 RTD는 열 변화에 민감하게 변화할 수 있도록 복수 회 꼬여있는 형태로 구현될 수 있다.

또한, RTD의 일단(141)은 상측에서 구부려지고, 타단(142)는 하측에서 구부려질 수 있다.

RTD의 일단(141) 및 타단(142)를 이용하여 복수의 RTD는 전기적으로 연결되고, 이를 통해 하나의 전류공급원(Current source, 110)으로부터 전류를 공급받을 수 있다.

또한, RTD의 일단(141) 및 타단(142) 단위로 전압측정센서(DAQ Channel, 130)의 각 채널이 배치될 수도 있다.

또한, 도 4는 본 발명이 제안하는 박막형 온도측정 어레이의 구체적인 일례를 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 전원 공급부(110)를 통해 정전류가 인가되고, 제 1 지점(110a)이 전류가 유입되는 전압이 가장 높은 지점이고, 제 2 지점(110b)이 그라운드로서 전압이 0V 가 된다.

또한, 도 4를 참조하면, RTD의 일단(141) 및 타단(142) 단위로 개별 RTD 당 배치되는 전압측정센서(DAQ Channel, 120)의 연결 라인도 전원 공급부(110)를 통해 정전류가 인가되는 라인과 섞여 표현되어 있다.

또한, 본 발명에 따른 각각의 RTD는 전술한 것과 같이, 열 변화에 민감하게 변화할 수 있도록 복수 회 꼬여있는 형태로 구현될 수 있고, RTD의 일단(141)은 상측에서 구부려지고, 타단(142)는 하측에서 구부려질 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 박막형 온도측정 어레이(100)는 제 1 구역(143)과 제 2 구역(144)으로 나누어 이중의 열 형태로 구현될 수도 있다.

단, 이러한 열 형태의 본 발명에 따른 박막형 온도측정 어레이(100) 배치는 본 발명에 따른 단순한 일례에 불과하고, 한 개의 어레이 형태로 구현되거나 더 많은 열을 갖는 어레이의 형태로 구현될 수도 있다.

도 5 내지 도 8은 본 발명과 관련하여, 팬텀 내에 박막형 온도측정 어레이가 배치된 형태의 일례를 도시한 것이다.

도 5 내지 도 8을 참조하면, 팬텀(200) 내부의 적어도 일부 영역에 본 발명에 따른 박막형 온도측정 어레이(100)가 배치된 구조를 확인할 수 있다.

이하에서는 전술한 박막형 온도측정 어레이(100)와 팬텀(200)을 포함하는 온도측정장치(10)를 통해 열을 이용한 비침습적 치료를 수행하는 방법을 설명한다.

도 9는 본 발명이 제안하는 온도측정장치를 이용하여, 치료에 영향을 미치지 않으면서 팬텀 내 작은 영역에서 온도 측정하는 방법을 설명하는 순서도이다.

도 9를 참조하면, 가장 먼저, HIFU 치료를 위한 치료 계획을 세우는 단계(S100)가 진행된다.

S100 단계에서는 HIFU 치료를 위해, 열이 집중되어야 하는 지점, 열이 분포되어야 하는 형태 등에 대해 구체적인 계획을 설립할 수 있다.

이후, 팬텀(200) 내부에 적어도 하나의 박막형 온도측정 어레이(100)를 배치하는 단계(S200)가 진행된다.

S100 단계에서 열 치료를 통해 열이 집중되어 온도가 올라가야 하는 지점, 열 배치에 따라 일정 범위까지 온도가 올라가야 하는 지점 등에 적어도 하나의 박막형 온도측정 어레이(100)를 배치하게 된다.

이후, 치료 계획에 따라 팬텀(200)의 적어도 일부에 초음파를 집속하게 되고(S300), 이후, 박막형 온도측정 어레이(100)에 전원공급부를 통해 전원을 연결한다(S400).

S400 단계에서 DAC(120)를 통해, 박막형 온도측정 어레이(100) 중 각각의 RTD에 걸리는 전압을 측정할 수 있다(S500).

또한, 제어부(130)는 측정한 전압을 이용하여 팬텀(200) 내부의 각 지점에서의 온도 변화를 판단할 수 있다(S600).

이후, 사용자는 판단한 팬텀(200) 내부의 온도 변화와 S100 단계에서 예측한 온도 변화를 서로 비교하고, 환자 맞춤형의 열 치료 계획을 수정할 수 있고, 이러한 수정이 완료된 이후에 직접 환자에 열 치료를 수행할 수 있다.

전술한 본 발명에 따른 박막형 온도 측정 어레이(100)가 적용되는 경우, 열을 이용한 비침습적 치료 계획에 이용되는 팬텀(200)에 설치되어 온도를 측정할 수 있는 MEMS 기술로 제작된 Thin film RTD array(100)를 사용자에게 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 RTD를 직렬로 연결하고 이들 RTD에 Current Source를 통해 전류를 공급하고 전류에 의해 각 RTD에서 발생한 전압을 DAQ로 측정함으로써, 각 RTD에서의 저항을 측정할 수 있다. 따라서 본 발명에서는 측정회로의 구성을 간단하게 할 수 있고, 정밀 저항 측정기가 필요하지 않아 저렴하면서도 동시 측정이 가능하도록 할 수 있다.

상술한 본 발명의 실시예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.

하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.

펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.

Claims

외부 에너지가 조사되는 팬텀(phantom)의 내부에 배치되는 온도측정장치에 있어서,
직렬로 연결되는 복수의 측온체 어레이;
상기 복수의 측온체 각각에서 발생된 전압을 측정하기 위해, 상기 복수의 측온저항체 각각의 단위로 배치된 복수의 전압 감지부를 포함하는 데이터수집장치; 및
상기 데이터수집장치를 통해 감지된 복수의 전압값을 이용하여 상기 팬텀 내부의 온도 변화를 판단하는 제어부;를 포함하는 온도측정장치.
제 1항에 있어서,
상기 복수의 측온체 어레이는 복수의 저항체가 직렬로 연결된 측온저항체 어레이이고,
상기 온도측정장치에 전원을 공급하는 전원공급부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도측정장치.
제 2항에 있어서,
상기 복수의 측온저항체 어레이는 박막 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 온도측정장치.
제 2항에 있어서,
상기 외부 에너지는 집속 초음파(High Intensity Focused Ultrasound, HIFU) 치료를 위해 조사되는 것을 특징으로 하는 온도측정장치.
제 4항에 있어서,
상기 온도측정장치의 두께는 상기 집속 초음파 치료에 이용되는 초음파의 파장보다 같거나 작은 것을 특징으로 하는 온도측정장치.
제 2항에 있어서,
상기 복수의 측온저항체 각각은, 상기 복수의 측온저항체 사이를 직렬로 연결선과 크기 및 형상 중 적어도 하나가 상이한 것을 특징으로 하는 온도측정장치.
제 2항에 있어서,
상기 열 에너지가 조사되는 정도에 따라 상기 복수의 측온저항체 각각의 저항이 변화되고,
상기 변화된 저항에 따라 상기 복수의 측온저항체 각각에서 발생되는 전압이 변화되는 것을 특징으로 하는 온도측정장치.
제 2항에 있어서,
상기 박막의 물성은, 상기 외부에너지에 영향을 미치지 않도록 상기 팬텀과 동일한 것을 특징으로 하는 온도측정장치.
내부에 온도측정장치가 배치된 팬텀(phantom)에 있어서,
상기 팬텀은 외부 에너지가 조사되고,
상기 온도측정장치는,
직렬로 연결되는 복수의 측온체 어레이;
상기 복수의 측온체 각각에서 발생된 전압을 측정하기 위해, 상기 복수의 측온체 각각의 단위로 배치된 복수의 전압 감지부를 포함하는 데이터수집장치; 및
상기 데이터수집장치를 통해 감지된 복수의 전압값을 이용하여 상기 팬텀 내부의 온도 변화를 판단하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 팬텀.
제 9항에 있어서,
상기 복수의 측온체 어레이는 복수의 저항체가 직렬로 연결된 측온저항체 어레이이고,
전원을 공급하는 전원공급부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 팬텀.
제 9항에 있어서,
상기 복수의 측온저항체 어레이는 박막 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 팬텀.
제 9항에 있어서,
상기 외부 에너지는 집속 초음파(High Intensity Focused Ultrasound, HIFU) 치료를 위해 조사되고,
상기 온도측정장치의 두께는 상기 집속 초음파 치료에 이용되는 초음파의 파장보다 같거나 작은 것을 특징으로 하는 팬텀.
제 9항에 있어서,
상기 복수의 측온저항체 각각은, 상기 복수의 측온저항체 사이를 직렬로 연결선과 크기 및 형상 중 적어도 하나가 상이한 것을 특징으로 하는 팬텀.
제 9항에 있어서,
상기 열 에너지가 조사되는 정도에 따라 상기 복수의 측온저항체 각각의 저항이 변화되고,
상기 변화된 저항에 따라 상기 복수의 측온저항체 각각에서 발생되는 전압이 변화되는 것을 특징으로 하는 팬텀.
제 9항에 있어서,
상기 박막의 물성은, 상기 외부에너지에 영향을 미치지 않도록 상기 팬텀과 동일한 것을 특징으로 하는 팬텀.
외부 에너지가 조사되는 팬텀(phantom)의 내부에 배치되고, 직렬로 연결되는 복수의 측온저항체 어레이; 및 상기 복수의 측온저항체 각각에서 발생된 전압을 측정하기 위해, 상기 복수의 측온저항체 각각의 단위로 배치된 복수의 전압 감지부를 포함하는 데이터수집장치를 포함하는 온도측정장치를 이용하여, 상기 팬텀 내부의 온도 변화를 센싱 하는 방법에 있어서,
상기 팬텀에 상기 외부 에너지를 조사하는 제 1 단계;
상기 온도측정장치의 데이터수집장치가 상기 복수의 측온저항체 각각에서 발생된 전압을 측정하는 제 2 단계; 및
상기 온도측정장치의 제어부가 상기 데이터수집장치를 통해 감지된 복수의 전압값을 이용하여 상기 팬텀 내부의 온도 변화를 판단하는 제 3 단계;를 포함하는 팬텀 내부의 온도 변화를 센싱 하는 방법.
제 16항에 있어서,
상기 제 1 단계는, 상기 외부 에너지를 이용한 치료계획에 따라 수행되고,
상기 제 3 단계 이후에는,
상기 판단한 팬텀 내부의 온도 변화와 상기 열 에너지를 이용한 치료계획에 따라 예상되는 온도 변화를 비교하는 제 4 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 팬텀 내부의 온도 변화를 센싱 하는 방법.
제 17항에 있어서,
상기 제 4 단계 이후에는,
상기 판단한 팬텀 내부의 온도 변화와 상기 열 에너지를 이용한 치료계획에 따라 예상되는 온도 변화 비교를 통해, 상기 외부 에너지의 강도 및 방향을 조절하는 제 5 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 팬텀 내부의 온도 변화를 센싱 하는 방법.
제 16항에 있어서,
상기 외부 에너지는 집속 초음파(High Intensity Focused Ultrasound, HIFU) 치료를 위해 조사되는 것을 특징으로 하는 팬텀 내부의 온도 변화를 센싱 하는 방법.
제 16항에 있어서,
상기 온도측정장치의 두께는 상기 집속 초음파 치료에 이용되는 초음파의 파장보다 같거나 작고,
상기 복수의 측온저항체 각각은, 상기 복수의 측온저항체 사이를 직렬로 연결선과 크기 및 형상 중 적어도 하나가 상이한 것을 특징으로 하는 팬텀 내부의 온도 변화를 센싱 하는 방법.
제1항의 온도측정장치를 생체 내부삽입 또는 표면에 부착하여 외부에너지에 의한 온도변화를 감지하는 방법.