KR20200109594A - 체내에 위치한 관심 영역의 온도를 조절하는 방법 - Google Patents
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Abstract
일 실시예에 따른 체내에 위치한 관심 영역의 온도를 조절하는 방법은, 상기 관심 영역에 위치하도록 상기 체내에 마이크로로봇을 투여하는 단계, 상기 관심 영역의 온도를 측정하는 단계, 및 상기 측정된 온도를 피드백 받아서 외부 자기장의 세기를 조절하는 단계를 포함하고, 상기 마이크로로봇은 자성 입자를 포함하고, 상기 외부 자기장의 세기에 따라 상기 자성 입자의 온도가 변화한다.
Description
마이크로로봇(micro-robot)을 이용하여 체내에 위치한 관심 영역의 온도를 조절하는 방법에 관한 것이다.
최근 치료(therapeutic), 의료(biomedical), 및 검사(diagnostic)에 마이크로로봇을 이용하기 위한 연구가 진행되고 있다.
도 1은 종래의 온열 치료 방법을 나타낸다.
종래의 온열 치료 방법은 관심 영역(12)에 위치하도록 자성 입자들(11)을 배치시킨 뒤, 자성 입자들(11)의 온도를 증가시켜 관심 영역을 가열하는 방법이다. 관심 영역(12)은 종양이 발생한 부위일 수 있으며, 자성 입자들(11)을 가열하여 종양을 치료할 수 있다.
한편, 종래의 온열 치료 방법에서는 자성 입자들의 온도를 측정하지 않고 가열하기만 하므로, 자성 입자들의 온도가 정확하게 조절되지 않는다. 종래의 온열 치료 방법에서는 자성 입자들이 과도한 온도로 가열되어 건강한 세포들이 손상될 수 있다. 따라서, 관심 영역의 온도를 모니터하고 정확하게 조절할 수 있는 방법이 요구된다.
1. Deatsch, Alison E., and Benjamin A. Evans. "Heating efficiency in magnetic nanoparticle hyperthermia." Journal of Magnetism and Magnetic Materials 354 (2014): 163-172.
2. B. del Rosal, E. Carrasco, F. Ren, A. Benayas, F. Vetrone, F. Sanz-Rodriguez, D. Ma, . Juarranz, Jaque, Adv. Funct. Mater. 2016, doi: 10.1002/adfm201601953.
체내에 위치한 관심 영역이 적정 온도로 가열되도록 제어하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 실시예에 따른 체내에 위치한 관심 영역의 온도를 조절하는 방법은, 상기 관심 영역에 위치하도록 상기 체내에 마이크로로봇을 투여하는 단계; 상기 관심 영역의 온도를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 온도를 피드백 받아서 외부 자기장의 세기를 조절하는 단계를 포함하고, 상기 마이크로로봇은 자성 입자를 포함하고, 상기 외부 자기장의 세기에 따라 상기 자성 입자의 온도가 변화한다.
상술한 방법에서, 상기 관심 영역의 온도는 상기 체내에 삽입된 온도 센서에 의해 측정된다.
상술한 방법에서, 상기 온도 센서는 광섬유 온도 센서(fiber optic temperature sensor)를 포함한다.
상술한 방법에서, 상기 관심 영역의 온도는 체외에 위치한 온도 측정 장치에 의해 측정된다.
상술한 방법에서, 상기 온도 측정 장치는 IR 카메라를 포함한다.
상술한 방법에서, 상기 마이크로로봇은 온도에 따라 세기(intensity)가 다른 광을 방출하는 광원 입자를 더 포함한다.
상술한 방법에서, 상기 광은 근적외선이다.
상술한 방법에서, 상기 관심 영역의 온도는 상기 광원 입자가 방출하는 광의 세기(intensity)에 기초하여 측정된다.
상술한 방법에서, 상기 광의 세기는 체외에 위치한 측정 장치에 의해 측정된다.
상술한 방법에서, 상기 측정 장치는 NIR(near infrared radiation) 카메라, 측광기(photometer), IR(infrared radiation) 센서 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
상술한 방법에서, 상기 광원 입자는 퀀텀닷(quantum dot)이다.
상술한 방법에서, 상기 광원 입자는 자성체와 함께 중합체(polymer)에 내장(embed)된다.
상술한 방법에서, 상기 자성체는 산화철(iron oxide)을 포함한다.
상술한 방법에서, 상기 마이크로로봇의 사이즈는 나노 스케일(scale) 또는 마이크로 스케일(scale)이다.
마이크로로봇의 온도를 측정하고, 이를 피드백하여 외부 자기장의 세기를 조절함에 따라, 체내에 위치한 관심 영역을 적정 온도로 가열할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 종래의 온열 치료 방법을 나타낸다.
도 2는 체내에 위치한 관심 영역의 온도를 조절하는 방법의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 3은 체내에 투여된 마이크로로봇의 일 예를 나타낸다.
도 4는 퀀텀닷의 특성의 일 예를 나타낸다.
도 5는 외부 자기장에 의해 자성 입자가 가열되는 방식의 일 예를 나타낸다.
도 6은 측정된 온도를 피드백하여 자기장의 세기를 제어하는 방법의 일 예를 나타낸다.
도 2는 체내에 위치한 관심 영역의 온도를 조절하는 방법의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 3은 체내에 투여된 마이크로로봇의 일 예를 나타낸다.
도 4는 퀀텀닷의 특성의 일 예를 나타낸다.
도 5는 외부 자기장에 의해 자성 입자가 가열되는 방식의 일 예를 나타낸다.
도 6은 측정된 온도를 피드백하여 자기장의 세기를 제어하는 방법의 일 예를 나타낸다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 오로지 예시를 위한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 하기 설명은 실시예들을 구체화하기 위한 것일 뿐 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 상세한 설명 및 실시예로부터 당해 기술분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.
본 명세서에서 사용되는 '구성된다' 또는 '포함한다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
도 2는 체내에 위치한 관심 영역의 온도를 조절하는 방법의 일 예를 나타내는 순서도이다. 도 3은 체내에 투여된 마이크로로봇의 일 예를 나타낸다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 단계 S21에서, 관심 영역(32)에 위치하도록 체내에 마이크로로봇(31)이 투여될 수 있다.
관심 영역(32)은 체내에 위치한 임의의 영역일 수 있다. 관심 영역(32)은 병변이 발생한 환부일 수 있다. 또는, 관심 영역(32)은 환부가 아니더라도 온도 조절이 필요한 영역일 수 있다.
마이크로로봇(31)의 사이즈는 나노 스케일(nano scale) 또는 마이크로 스케일(scale)일 수 있다.
마이크로로봇(31)의 사이즈를 나노 스케일 또는 마이크로 스케일로 구성함에 따라, 체내의 좁은 부위까지 마이크로로봇(31)을 배치시킬 수 있다. 또한, 외부 자기장을 인가하였을 때, 마이크로로봇(31)의 빠른 온도 변화를 획득할 수 있다.
마이크로로봇(31)은 자성 입자들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 자성 입자는 Fe3O4일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
자성 입자들의 모양은 제한되지 않는다. 예를 들어, 자성 입자는 원기둥 형상이거나, 구(sphere) 형상이거나, 나선형(helix)이거나, 스캐폴드(scaffold) 형상이거나, 섬모(cilia) 형상일 수 있다.
또한, 마이크로로봇(31)은 온도에 따라 세기(intensity)가 다른 광을 방출하는 광원 입자를 더 포함할 수 있다. 바람직하게, 광원 입자가 방출하는 광은 근적외선일 수 있다. 바람직하게, 광원 입자는 퀀텀닷(quantum dot)일 수 있다.
퀀텀닷은 자성체와 함께 중합체(polymer)에 내장(embed)될 수 있다. 예를 들어, 자성체는 산화철(iron oxide)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 퀀텀닷이 자성체와 일체를 이룸에 따라, 외부 자기장을 이용하여 체내에 투여된 퀀텀닷의 위치를 제어할 수 있다.
중합체(polymer)는 생체적합성(biocompatible) 물질일 수 있다. 예를 들어, 중합체는 실리콘(silicone), 고어텍스(gore-tex), 천연고무, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리수산화에틸메타클레이트(polyhydroxyethylmethacrylate, PHEMA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 또는 이들의 조합일 수 있다.
중합체의 모양은 제한되지 않는다. 예를 들어, 중합체는 원기둥 형상이거나, 구(sphere) 형상이거나, 나선형(helix)이거나, 스캐폴드(scaffold) 형상이거나, 섬모(cilia) 형상일 수 있다.
마이크로로봇(31)은 관심 영역에 주사기 등을 이용하여 주입될 수 있다. 또는, 마이크로로봇(31)은 다른 영역에 투여된 뒤, 외부 자기장을 따라 이동하여 관심 영역에 배치될 수 있다.
단계 S22에서, 관심 영역의 온도를 측정할 수 있다.
관심 영역(32)의 온도는 직접적인 방법 또는 간접적인 방법으로 측정될 수 있다. 직접적인 방법은 센서를 이용하여 관심 영역(32)의 온도를 직접 측정하는 방법이다. 간접적인 방법은 센서를 이용하여 관심 영역 부근의 온도를 측정하거나, 마이크로로봇(31)의 온도를 측정하여 관심 영역(32)의 온도를 추정하는 방법이다. 관심 영역(32)의 온도를 측정하기 위하여 다양한 방법들이 사용될 수 있으며, 이하에서는 다양한 온도 측정 방법들에 대하여 살펴본다.
관심 영역(32)의 온도를 측정하기 위한 제1 방법은 체내에 삽입된 온도 센서를 이용하는 방법이다. 제1 방법으로 온도 센서를 체내에 삽입하여 관심 영역의 온도를 직접 측정하거나, 마이크로로봇의 온도를 직접 측정할 수 있다.
제1 방법에서는 온도 센서를 체내에 삽입하므로, 환자의 보호를 위해 생체적합성(biocompatible) 온도 센서를 이용할 수 있다.
제1 방법에서 사용하는 온도 센서는 좁은 혈관까지 삽입이 가능한 크기의 센서일 수 있다.
제1 방법에서 사용되는 온도 센서는 예를 들어, 광섬유 온도 센서(fiber optic temperature sensor), 탄소 나노 와이어에 장착된 온도 센서 등일 수 있다.
제1 방법은 체내에 온도 센서를 삽입하여 온도를 측정하므로, 관심 영역의 온도를 정확하게 측정할 수 있다.
관심 영역(32)의 온도를 측정하기 위한 제2 방법은 체외에 위치한 온도 측정 장치를 이용하는 방법이다. 제2 방법은 관심 영역(32)에 가깝게 온도 측정 장치를 배치하고, 측정된 온도를 분석하여 관심 영역(32)의 온도를 추정하는 방법이다. 예를 들어, 온도 측정 장치는 적외선 카메라(IR camera), 적외선 온도계(IR thermometer) 등일 수 있다.
제2 방법에 따라 온도를 측정하면, 체내 침습 없이 관심 영역(32)의 온도를 측정할 수 있다. 또한, 온도 측정 장치의 측정 영역 범위에 따라 광범위한 영역의 온도를 한번의 측정으로 수집할 수 있다.
제1 방법과 제2 방법에 따른 온도 측정 방법은, 온도 센서, 온도 측정 장치를 이용하여 온도를 측정하므로 마이크로로봇(31)이 반드시 퀀텀닷을 포함할 필요가 없다.
관심 영역(32)의 온도를 측정하기 위한 제3 방법은 측정 장치를 이용하여 퀀텀닷이 방출하는 광의 세기를 측정하고, 측정된 광의 세기에 기초하여 온도를 산출하는 방법이다.
퀀텀닷은 도 4에 도시된 것처럼, 온도가 증가함에 따라 선형적으로 세기가 감소하는 광을 방출할 수 있다. 따라서, 측정 장치를 이용하여 방출되는 광의 세기를 측정하면 퀀텀닷의 온도를 산출할 수 있고, 관심 영역(32)에 위치한 퀀텀닷의 온도가 산출됨에 따라 관심 영역의 온도를 추정할 수 있다.
퀀텀닷은 도 4에 도시된 것처럼, 약 800nm ~ 약 1600nm의 파장의 광을 방출할 수 있다. 즉, 퀀텀닷은 근적외선 영역의 광을 방출할 수 있으며, 퀀텀닷이 방출하는 광은 피부를 통과하여 체외로 방출될 수 있다. 따라서, 제3 방법에서 사용하는 측정 장치는 체내에 삽입될 필요 없이, 체외에 위치할 수 있다.
제3 방법에 따라 온도를 측정하면, 체내에 측정 장치를 삽입할 필요가 없으므로 체내에 위치한 관심 영역의 온도를 안전하게 측정할 수 있다. 또한, 퀀텀닷의 특성을 이용하여 온도를 추정하므로, 비교적 정확하게 관심 영역의 온도를 측정할 수 있다.
제3 방법에서 사용하는 측정 장치는 예를 들어, NIR 카메라(near infrared radiation camera), 측광기(photometer), 또는 IR 센서(infrared radiation sensor)일 수 있으며, 그 외에도 광의 세기를 측정하는 장치일 수 있다.
단계 S23에서, 온도를 피드백 받아서 외부 자기장의 세기를 조절 수 있다.
마이크로로봇(31)의 자성 입자들은 외부에서 인가되는 자기장에 의해 가열될 수 있다. 이때, 외부 자기장은 교류 자기장(alternating magnetic field)일 수 있다. 교류 자기장이 인가됨에 따라 자성 입자들은 도 5에 도시된 것처럼, 포인트 열원(point heat source)으로 작용할 수 있으며, 가열되는 자성 입자들에 의해 관심 영역(32)의 온도가 조절되게 된다. 자성 입자들이 가열되는 원리에는 Brownian relaxation 또는 Neel relaxation이 이용될 수 있다.
측정된 온도를 피드백 받아서 외부 자기장의 세기를 조절하기 위하여 도 6에 도시된 것과 같이 PID 제어가 이용될 수 있다. 그 외에도 P제어, PI제어, 비선형 제어 등 다양한 제어 방법이 사용될 수 있다. 제어기 설계에서, 제어 이득은 외부 자기장의 세기에 따라 마이크로로봇(31)이 급격하게 가열되어 관심 영역(32)의 온도가 급변하지 않도록 설계될 수 있다.
이상에서 설명한 것과 같이, 마이크로로봇의 온도를 측정하고, 이를 피드백하여 외부 자기장의 세기를 조절함에 따라, 체내에 위치한 관심 영역을 적정 온도로 가열할 수 있으며, 관심 영역이 과열되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 종양 등의 병변이 발생한 경우, 치료에 적합한 온도로 병변 부위를 가열할 수 있으며, 정상 세포가 과열되어 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
11: 자성 입자들
12: 관심 영역
31: 마이크로로봇
32: 관심 영역
12: 관심 영역
31: 마이크로로봇
32: 관심 영역
Claims (14)
- 체내에 위치한 관심 영역의 온도를 조절하는 방법에 있어서,
상기 관심 영역에 위치하도록 상기 체내에 마이크로로봇을 투여하는 단계;
상기 관심 영역의 온도를 측정하는 단계; 및
상기 측정된 온도를 피드백 받아서 외부 자기장의 세기를 조절하는 단계를 포함하고,
상기 마이크로로봇은 자성 입자를 포함하고, 상기 외부 자기장의 세기에 따라 상기 자성 입자의 온도가 변화하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 관심 영역의 온도는 상기 체내에 삽입된 온도 센서에 의해 측정되는, 방법. - 제2항에 있어서,
상기 온도 센서는 광섬유 온도 센서(fiber optic temperature sensor)를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 관심 영역의 온도는 체외에 위치한 온도 측정 장치에 의해 측정되는, 방법. - 제4항에 있어서,
상기 온도 측정 장치는 적외선 카메라 및 적외선 온도계 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 마이크로로봇은 온도에 따라 세기(intensity)가 다른 광을 방출하는 광원 입자를 더 포함하는, 방법. - 제6항에 있어서,
상기 광은 근적외선인, 방법. - 제6항에 있어서,
상기 관심 영역의 온도는 상기 광원 입자가 방출하는 광의 세기(intensity)에 기초하여 측정되는, 방법. - 제8항에 있어서,
상기 광의 세기는 체외에 위치한 측정 장치에 의해 측정되는, 방법. - 제9항에 있어서,
상기 측정 장치는 근적외선 카메라(NIR camera), 측광기(photometer), 및 IR(infrared radiation) 센서 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 방법. - 제6항에 있어서,
상기 광원 입자는 퀀텀닷(quantum dot)인, 방법. - 제6항에 있어서,
상기 광원 입자는 자성체와 함께 중합체(polymer)에 내장(embed)되는, 방법. - 제12항에 있어서,
상기 자성체는 산화철(iron oxide)을 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 마이크로로봇의 사이즈는 나노 스케일(scale) 또는 마이크로 스케일(scale)인, 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190028853A KR102256971B1 (ko) | 2019-03-13 | 2019-03-13 | 체내에 위치한 관심 영역의 온도를 조절하는 마이크로로봇 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190028853A KR102256971B1 (ko) | 2019-03-13 | 2019-03-13 | 체내에 위치한 관심 영역의 온도를 조절하는 마이크로로봇 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20200109594A true KR20200109594A (ko) | 2020-09-23 |
| KR102256971B1 KR102256971B1 (ko) | 2021-05-26 |
Family
ID=72708714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020190028853A KR102256971B1 (ko) | 2019-03-13 | 2019-03-13 | 체내에 위치한 관심 영역의 온도를 조절하는 마이크로로봇 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102256971B1 (ko) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000034772A (ko) * | 1996-05-10 | 2000-06-26 | 부르스 나타니엘 그레이 | 질병 조직을 치료하는 부위 지정 히스테리시스 온열요법 |
| JP2009539538A (ja) * | 2006-06-14 | 2009-11-19 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 光線療法装置 |
| US20110237862A1 (en) * | 2010-03-26 | 2011-09-29 | Board Of Trustees Of The University Of Arkansas | MULTIFUNCTIONAL Fe3O4 CORED MAGNETIC-QUANTUM DOT FLUORESCENT NANOCOMPOSITES FOR RF NANO-HYPERTHERMIA OF CANCER CELLS |
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| KR20170115951A (ko) * | 2016-04-08 | 2017-10-18 | 서영득 | 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치 |
-
2019
- 2019-03-13 KR KR1020190028853A patent/KR102256971B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 1. Deatsch, Alison E., and Benjamin A. Evans. "Heating efficiency in magnetic nanoparticle hyperthermia." Journal of Magnetism and Magnetic Materials 354 (2014): 163-172. |
| 2. B. del Rosal, E. Carrasco, F. Ren, A. Benayas, F. Vetrone, F. Sanz-Rodriguez, D. Ma, . Juarranz, Jaque, Adv. Funct. Mater. 2016, doi: 10.1002/adfm201601953. |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102256971B1 (ko) | 2021-05-26 |
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Legal Events
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
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| E601 | Decision to refuse application | ||
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
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