WO2016021783A1 - 유방암 진단시스템 및 유방암 진단방법 - Google Patents

유방암 진단시스템 및 유방암 진단방법 Download PDF

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WO2016021783A1
WO2016021783A1 PCT/KR2014/011860 KR2014011860W WO2016021783A1 WO 2016021783 A1 WO2016021783 A1 WO 2016021783A1 KR 2014011860 W KR2014011860 W KR 2014011860W WO 2016021783 A1 WO2016021783 A1 WO 2016021783A1
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breast cancer
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thermal
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박영훈
김다두
박상용
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박영훈
유니이노 주식회사
김다두
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/01—Measuring temperature of body parts ; Diagnostic temperature sensing, e.g. for malignant or inflamed tissue
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
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    • A61B5/0091—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence adapted for particular medical purposes for mammography
    • G—PHYSICS
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    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/48—Thermography; Techniques using wholly visual means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/60—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using determination of colour temperature

Definitions

  • the present invention relates to a breast cancer diagnosis system and a method for diagnosing breast cancer, and more particularly, theoretical data about the temperature distribution of the breast surface calculated using a thermal analysis program and the actual breast surface measured when the breast is taken with a thermal imaging device.
  • the present invention relates to a breast cancer diagnosis system and a breast cancer diagnosis method capable of quickly and accurately determining the presence, location, and size of breast cancer by comparing and analyzing the temperature difference of the breast surface corrected by clinical data based on the temperature difference.
  • breast cancer has become the number one cancer among Korean women, which has gradually increased due to westernized eating habits, obesity, decreased birth rate and lactation, early menopause and delayed menopause, increased stress, and exposure to various pollutions. The trend is increasing.
  • CT has a short test time
  • MRI has a high contrast between cancer and breast tissue, it is costly, has a long test time, and has a disadvantage of expensive equipment.
  • conventional breast cancer diagnosis methods have a disadvantage in that early breast cancer is not found because it is difficult to discriminate breast cancer of a minute size.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2009-0099687 discloses a breast cancer diagnosis apparatus using microwave waves
  • Japanese Patent Laid-Open Publication No. 10-2006-0111154 discloses an apparatus for detecting breast tumor using ultra-high frequency signals
  • Patent Publication No. 10-1093936 discloses a USB type breast cancer self-diagnostic apparatus using a radiometer and a breast cancer self-diagnosis apparatus and method using the same.
  • One embodiment of the present invention is a breast cancer diagnosis system that can easily and quickly determine the presence or absence of breast cancer with only the temperature difference of the breast surface corrected by clinical data based on the temperature difference of the breast surface measured by the thermal imager and To provide a method for diagnosing breast cancer.
  • the temperature distribution of the breast surface temperature according to the presence and size and location of breast cancer according to the breast radius while changing the assumption of the position and size of breast cancer according to the radius (r) of the breast through a thermal analysis program
  • Temperature distribution data construction system for calculating the theoretical data on the temperature difference of breast surface according to the size and location of breast cancer and the breast surface temperature and the maximum value of breast surface temperature using thermal imaging equipment.
  • a breast cancer diagnosis system can be provided.
  • the thermal analysis program may numerically analyze a thermal partial differential equation to which a boundary condition according to Equation 2 and a governing equation according to Equation 4 is applied.
  • T s is the surface temperature of the breast
  • T f is the ambient air temperature
  • ⁇ is the Stefan-Boltzmann constant
  • ⁇ is the radiation constant of the breast surface.
  • T is the temperature
  • K is the conductivity
  • q 0 is the amount of heat generated inside the arm
  • ⁇ is the coefficient of thermal diffusion
  • ⁇ is the time
  • the temperature distribution data construction system receives the boundary condition, using the thermal analysis program using a thermal analysis program to assume the position and size of the breast cancer according to the radius (r) of the breast while the presence and size and position of the breast cancer according to the radius of the breast
  • the thermal analysis unit for calculating the theoretical data on the temperature difference of the breast surface according to the size and location of the breast cancer by analyzing the temperature distribution of the breast surface temperature according to the;
  • a temperature distribution database for storing theoretical data on the temperature difference of the breast surface according to the size and location of the breast cancer calculated by the thermal analyzer and the boundary condition are received and transferred to the thermal analysis unit, and the theoretical data is transferred from the thermal analysis unit. It may include a temperature distribution control unit for receiving and storing in the temperature distribution database.
  • the thermal imaging system is a thermal imaging device for obtaining a temperature difference between the maximum value and the minimum value of the breast surface temperature of the breast of the person to diagnose whether there is breast cancer;
  • the clinical database and the thermal imager store a correction value for the temperature difference between the maximum and minimum values of the breast surface temperature measured from the thermal imager according to the breast size, age, childbirth and the number of births of a patient with breast cancer. It receives the difference between the maximum and minimum temperature of the breast surface temperature from the breast, and inputs the size, age, birth status and number of births of the person who wants to diagnose breast cancer and reflects the correction value received from the clinical database. It may include a breast cancer analysis unit for calculating the presence, size, and location of breast cancer of the person to be diagnosed by comparing the temperature difference between the maximum value and the minimum value of the breast surface temperature with the theoretical data.
  • the temperature distribution of the breast surface temperature according to the size and position while changing the position and size of the hypothesized breast cancer virtually according to the radius of the breast Constructing theoretical data for determining the presence, location, and size of breast cancer according to a temperature difference between a maximum value and a minimum value of a breast surface temperature according to a radius of the breast; Obtain the temperature difference between the maximum and minimum of the surface temperature of the breast of the person who wants to diagnose breast cancer by using the thermal imaging equipment, and the temperature of the breast surface reflecting the correction value according to the size, age, birth and frequency of the breast Obtaining a temperature difference between the maximum value and the minimum value and diagnosing the presence, size, and location of breast cancer by comparing the temperature difference between the radius of the breast and the maximum and minimum temperature of the breast surface temperature reflected by the correction value with the theoretical data.
  • a breast cancer diagnosis method may be provided.
  • the thermal analysis program may numerically analyze a thermal partial differential equation to which a boundary condition according to Equation 2 and a governing equation according to Equation 4 is applied.
  • T s is the surface temperature of the breast
  • T f is the ambient air temperature
  • ⁇ is the Stefan-Boltzmann constant
  • ⁇ is the radiation constant of the breast surface.
  • T is the temperature
  • K is the conductivity
  • q 0 is the amount of heat generated inside the arm
  • ⁇ is the coefficient of thermal diffusion
  • ⁇ is the time
  • the breast cancer diagnosis system and the breast cancer diagnosis method according to the present invention it is possible to obtain more precise examination data for the entire breast by numerically analyzing and correlating the correlation of temperature distribution according to breast cancer.
  • the breast cancer diagnosis system and the breast cancer diagnosis method according to the present invention it is possible to accurately diagnose breast cancer quickly and only by a temperature difference, and provide a new method of diagnosis.
  • the present invention measures the temperature difference of the surface of the breast using a thermal imaging equipment used in the hospital, by using the measured temperature difference corrected by clinical data according to the size of the breast, age, the presence of birth, the number of births, etc.
  • the temperature difference of the breast surface By comparing the temperature difference of the breast surface with the theoretical data, it is possible to predict the presence, location, and size of breast cancer, thereby early detection of breast cancer, early detection of breast cancer, and use as data for precise diagnosis.
  • FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram of a breast cancer diagnosis system according to an embodiment of the present invention.
  • Figures 2a to 2c is a diagram showing the temperature difference according to the location of breast cancer modeling the breast in a semi-circular according to the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method for diagnosing breast cancer using a breast cancer diagnosis system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing a temperature difference distribution according to the size of breast cancer according to the present invention.
  • the temperature distribution of the breast surface temperature according to the presence and size and location of breast cancer according to the breast radius while changing the assumption of the position and size of breast cancer according to the radius (r) of the breast through a thermal analysis program
  • Temperature distribution data construction system for calculating the theoretical data on the temperature difference of breast surface according to the size and location of breast cancer and the breast surface temperature and the maximum value of breast surface temperature using thermal imaging equipment.
  • a breast cancer diagnosis system can be provided.
  • the thermal analysis program may numerically analyze a thermal partial differential equation to which a boundary condition according to Equation 2 and a governing equation according to Equation 4 is applied.
  • T s is the surface temperature of the breast
  • T f is the ambient air temperature
  • ⁇ is the Stefan-Boltzmann constant
  • ⁇ is the radiation constant of the breast surface.
  • T is the temperature
  • K is the conductivity
  • q 0 is the amount of heat generated inside the arm
  • ⁇ is the coefficient of thermal diffusion
  • ⁇ is the time
  • the temperature distribution data construction system receives the boundary condition, using the thermal analysis program using a thermal analysis program to assume the position and size of the breast cancer according to the radius (r) of the breast while the presence and size and position of the breast cancer according to the radius of the breast
  • the thermal analysis unit for calculating the theoretical data on the temperature difference of the breast surface according to the size and location of the breast cancer by analyzing the temperature distribution of the breast surface temperature according to the;
  • a temperature distribution database for storing theoretical data on the temperature difference of the breast surface according to the size and location of the breast cancer calculated by the thermal analyzer and the boundary condition are received and transferred to the thermal analysis unit, and the theoretical data is transferred from the thermal analysis unit. It may include a temperature distribution control unit for receiving and storing in the temperature distribution database.
  • the thermal imaging system is a thermal imaging device for obtaining a temperature difference between the maximum value and the minimum value of the breast surface temperature of the breast of the person to diagnose whether there is breast cancer;
  • the clinical database and the thermal imager store a correction value for the temperature difference between the maximum and minimum values of the breast surface temperature measured from the thermal imager according to the breast size, age, childbirth and the number of births of a patient with breast cancer. It receives the difference between the maximum and minimum temperature of the breast surface temperature from the breast, and inputs the size, age, birth status and number of births of the person who wants to diagnose breast cancer and reflects the correction value received from the clinical database. It may include a breast cancer analysis unit for calculating the presence, size, and location of breast cancer of the person to be diagnosed by comparing the temperature difference between the maximum value and the minimum value of the breast surface temperature with the theoretical data.
  • the temperature distribution of the breast surface temperature according to the size and position while changing the position and size of the hypothesized breast cancer virtually according to the radius of the breast Constructing theoretical data for determining the presence, location, and size of breast cancer according to a temperature difference between a maximum value and a minimum value of a breast surface temperature according to a radius of the breast; Obtain the temperature difference between the maximum and minimum of the surface temperature of the breast of the person who wants to diagnose breast cancer by using the thermal imaging equipment, and the temperature of the breast surface reflecting the correction value according to the size, age, birth and frequency of the breast Obtaining a temperature difference between the maximum value and the minimum value and diagnosing the presence, size, and location of breast cancer by comparing the temperature difference between the radius of the breast and the maximum and minimum temperature of the breast surface temperature reflected by the correction value with the theoretical data.
  • a breast cancer diagnosis method may be provided.
  • the thermal analysis program may numerically analyze a thermal partial differential equation to which a boundary condition according to Equation 2 and a governing equation according to Equation 4 is applied.
  • T s is the surface temperature of the breast
  • T f is the ambient air temperature
  • ⁇ is the Stefan-Boltzmann constant
  • ⁇ is the radiation constant of the breast surface.
  • T is the temperature
  • K is the conductivity
  • q 0 is the amount of heat generated inside the arm
  • ⁇ is the coefficient of thermal diffusion
  • ⁇ is the time
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are only used to distinguish one component from another.
  • the difference in temperature generated when the breast surface temperature is measured by a thermal imaging apparatus is compared with the theoretical data constructed by the thermal analysis program to find out the presence and location and size of breast cancer. Way.
  • the present invention is to build the temperature distribution data of the breast surface over time when the position and size of the breast cancer changes according to the size of the breast, the rule for heat transfer to calculate the temperature distribution of the breast surface through a thermal analysis program
  • the rule for heat transfer to calculate the temperature distribution of the breast surface through a thermal analysis program
  • the breast is modeled in a semicircle shape in two dimensions to establish governing equations and boundary conditions, and to analyze the temperature inside the human body constantly. Assuming that the temperature distribution on the breast surface is acquired while varying the location and size of breast cancer.
  • the thermal conductivity governing equation of breast tissue is interpreted considering the density, specific heat, and thermal conductivity of breast tissue, and the thermal conductivity governing equation occurs because the temperature difference occurs due to heat diffusion from cancer or tumor in breast tissue on the breast surface. Analyze can detect cancer or tumor in breast tissue.
  • the present invention is based on such a known knowledge, to quickly and accurately diagnose breast cancer using a thermal analysis program and thermal imaging equipment.
  • Thermal imaging camera is a device that detects radiant energy from an object, calculates the temperature based on the radiant energy, and reproduces the temperature distribution as an image. It is widely used in industrial fields.
  • the thermal analysis program obtains temperature distribution data of the breast surface according to the size and location of the breast cancer according to the size of the breast. By analyzing the thermal partial differential equation, temperature distribution data according to the location and size of breast cancer are obtained.
  • a thermal analysis program is used to determine the temperature distribution of the breast surface, that is, the difference between the highest and lowest temperature of the breast surface temperature according to the radius of the breast obtained by photographing the breast of the person who is to be diagnosed with breast cancer using a thermal imaging apparatus.
  • the temperature distribution data obtained by the analysis By comparing and analyzing the temperature distribution data obtained by the analysis, the presence or absence of breast cancer at the measured breast radius and its location and size can be diagnosed.
  • FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram of a breast cancer diagnosis system according to an embodiment of the present invention.
  • Breast cancer diagnosis system 10 may include a temperature distribution data building system 100 and a thermal imaging system 200.
  • the temperature distribution data construction system 100 changes assuming the position and size of breast cancer according to the radius of the breast (r) through a thermal analysis program, and the breast according to the presence and size and position of breast cancer according to the breast radius.
  • a thermal analysis program By analyzing the temperature distribution of the surface temperature, theoretical data on the temperature difference of the breast surface according to the size and location of the breast cancer can be constructed.
  • the temperature distribution data building system 100 may include a temperature distribution building control unit 110, a thermal analysis unit 120 and a temperature distribution database 130.
  • the temperature distribution building control unit 110 may receive the boundary condition and transmit the received boundary data to the thermal analysis unit 120, and receive the theoretical data from the thermal analysis unit 120 and store the theoretical data in the temperature distribution database 130.
  • the thermal analysis unit 120 receives the boundary condition from the temperature distribution control unit 110 and changes the breast cancer according to the radius of the breast while changing the position and size of the breast cancer according to the radius r of the breast using a thermal analysis program.
  • a thermal analysis program By analyzing the temperature distribution of breast surface temperature according to the presence, size, and location, theoretical data on the temperature difference of the breast surface according to the size and location of breast cancer can be calculated.
  • the temperature distribution database 130 may store theoretical data about the temperature difference of the breast surface according to the size and position of the breast cancer calculated by the thermal analyzer 120.
  • the thermal analysis program used in the breast cancer diagnosis system represents a two-dimensional planar thermal flow using a differential differential equation, and for this purpose, Flex PDE (Partial Differential Equations) is a recent analysis program.
  • This program is an algorithm for precisely calculating the temperature difference distribution.
  • the heat conduction equation used in the thermal analysis program in the present invention is a partial differential equation, and the governing equation and the boundary condition may be represented by Equations 1 and 2, respectively.
  • ⁇ is the density of the breast tissue
  • T is the temperature of the breast
  • t is the time
  • c is the specific heat of the breast tissue
  • k is the thermal conductivity of the breast tissue
  • T a is the ambient temperature.
  • the blood flow in the blood vessels in the breast is considered, ⁇ b is the blood flow rate in the vessel, ⁇ b is the density in the vessel, c b is the specific heat in the vessel.
  • T s is the surface temperature of the breast
  • T f is the ambient air temperature
  • ⁇ is the Stefan-Boltzmann constant
  • ⁇ is the radiation constant of the breast surface.
  • the breast is modeled in a hemispherical shape (3D) or a semicircle (2D) close to the shape of the breast, and the thermal conductivity equation is applied.
  • the temperature distribution according to the location and size of the breast cancer varies according to), and accordingly, the three-dimensional governing equation is represented by Equation 3, and the two-dimensional governing equation is expressed by Equation 4 and same.
  • T is the temperature
  • K is the conductivity
  • q 0 is the amount of heat generated inside the arm
  • ⁇ is the thermal diffusion coefficient
  • ⁇ is the time.
  • T is the temperature
  • K is the conductivity
  • q 0 is the amount of heat generated inside the arm
  • ⁇ is the thermal diffusion coefficient
  • ⁇ is the time.
  • FIGS. 2A, 2B and 2C are two-dimensional modeling of the breast in a semicircle in the thermal analysis program according to the present invention.
  • Figure 2a shows the breast shape is semi-circular, the shape of the cancer tissue is circular and the center of the coordinates to the origin (0,0),
  • Figure 2b shows that the cancer tissue center is biased to the right,
  • Figure 2c shows the cancer tissue center It is biased toward the breast surface.
  • Breast size is a diameter string, and the coordinates of the left and right end points are R1 values (0, -R1) and (0, R1) and vary from 40mm to 80mm.
  • the shape of cancerous tissue is circular, its size (diameter) is R2 value, and its size varies from 1 to 10 in integer units, and the heat flow is that heat generated from cancer tissue is transferred by heat conduction to the breast surface and from outside the atmosphere after the surface Radiated by temperature.
  • the heat generated inside the human body is thermally diffused through the cancerous tissue, resulting in a different temperature at each point on the breast surface. If the same breast cancer is located and sized, the temperature distribution of the breast surface temperature is Will appear the same.
  • FIG. 2B the position of the breast cancer is biased to the right as compared with FIG. 2A.
  • the temperature (T1, T2) of each point of the breast surface is different, and in FIG. 2, the temperature of the breast surface is different.
  • the thermal imaging system 200 obtains the temperature difference between the maximum value and the minimum value of the breast surface temperature of the breast of the person who wants to diagnose whether there is breast cancer by using the thermal imaging equipment and apply the correction value using the clinical data Comparing theoretical data, the presence, size, and location of breast cancer in a person to be diagnosed can be calculated.
  • the thermal imaging system 200 may include a thermal imaging device 210, breast cancer analysis unit 220 and the clinical database 230.
  • the thermal imaging apparatus 210 may obtain a temperature difference between a maximum value and a minimum value of a breast surface temperature of a breast of a person who wants to diagnose whether there is breast cancer.
  • Breast cancer analysis unit 200 receives the difference between the maximum and minimum temperature of the breast surface temperature from the thermal imaging equipment 210, inputs the size, age, birth and the number of births of the breast of the person to diagnose whether there is breast cancer Receive the correction value based on the clinical data stored in the clinical database 230, and compare the correction value with the difference between the maximum and minimum temperature of the breast surface temperature and the theoretical data. The presence, size, and location of breast cancer of the person to be diagnosed can be calculated. The size and location of breast cancer can be diagnosed more accurately by reflecting the correction value of the clinical data.
  • the clinical database 230 may store a correction value for the temperature difference between the maximum and minimum values of the breast surface temperature measured from the thermal imager 210 according to the size, age, the presence of birth and the number of births of the breast.
  • the size and location of breast cancer calculated from theoretical data based on the difference between the maximum and minimum temperature of breast surface temperature measured from the thermal imaging equipment 210 of a patient with breast cancer is the size of breast cancer of a patient with actual breast cancer. And position.
  • the correction can be set to 1. If it is incorrect, the temperature difference measured by the thermal imager 210 can be multiplied to obtain a correction value to match the temperature difference of theoretical data according to the size of the actual patient's breast, the size and location of the breast cancer. The total average of these correction values may be set as a correction value for the temperature difference between the maximum value and the minimum value of the breast surface temperature measured from the thermal imager 210 according to the size of the breast, the age, the presence of birth and the number of births.
  • the data on these correction values are obtained through extensive data verification by comparing a plurality of patients with breast cancer with theoretical data established by obtaining the temperature difference between the maximum and minimum values of the breast surface temperature measured using the thermal imager 210. Can be derived.
  • the breast surface is analyzed according to the radius of the breast by changing the position and size of the breast cancer hypothesized according to the radius of the breast.
  • Theoretical data for determining the presence, location, and size of breast cancer according to the temperature difference between the maximum and minimum values of temperature may be constructed (S100).
  • the breast of the person who wants to diagnose breast cancer is obtained by using thermal imaging equipment to obtain the temperature difference of the breast surface, that is, the temperature difference between the maximum and minimum temperature of the breast surface, and the size, age, birth status and number of births of the breast.
  • the temperature difference between the maximum value and the minimum value of the breast surface temperature reflecting the correction value according to the present invention may be obtained (S200).
  • the heat generated in the breast is waited for a predetermined time so that heat generated in the breast is sufficiently released into the surrounding air by conduction, convection, or radiation.
  • the thermal imaging equipment is installed at a short distance of the breast, and obtains temperature distribution data within a few seconds and displays them by color, and obtains a temperature difference between the maximum and minimum values of the breast surface.
  • Figure 4 is a theoretical data showing the change in the temperature difference between the maximum and minimum of the surface temperature of the breast according to the change in the size (x-axis, mm) of the breast cancer at a specific position analyzed by the thermal analysis program.
  • the graph is different depending on the radius of the breast and the location of the breast cancer.
  • the temperature difference is 1.15 ° C.
  • the size of the breast cancer is determined to be 6 mm
  • the temperature difference is 0.4 ° C., it is determined that there is no breast cancer.
  • the thermal difference program constructs the theoretical data of the temperature difference between the maximum and minimum values of the breast surface according to the radius of the breast and the position and size of the breast cancer.
  • Theoretical data obtained by using the thermal analysis program according to the present invention is systematically diagnosed, and the diagnosis of breast cancer and tumors with only the temperature difference of breast epidermal tissue when the breasts with breast cancer and tumors of women in the hospital are taken with thermal imaging equipment Can be determined at the earliest possible time.
  • the present invention can easily diagnose the presence, size, and location of breast cancer by using only the difference value of breast surface temperature, and in particular, can be widely used for early diagnosis of breast cancer.
  • the present invention is to diagnose the temperature difference of the breast surface by using a thermal imaging equipment and a thermal analysis program, it is characterized by a quick diagnosis using harmless and low cost, and high diagnostic efficiency.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 암진단시스템은 가정하여 변화시키면서 유방 반경에 따라 유방암의 유무와 크기 및 위치에 따른 유방표면온도의 온도분포를 해석하여 유방암의 크기 및 위치에 따른 유방표면의 온도차이에 관한 이론 데이터를 산출하는 온도분포데이터 구축 시스템 및 유방암이 있는지 진단하고자 하는 사람의 유방을 열화상 장비를 이용하여 유방 표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이를 획득하고 임상데이터를 이용하여 보정값이 적용된 유방 표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이를 상기 이론 데이터와 비교하여 유방암의 유무와 크기 및 위치를 진단하는 열화상진단시스템을 포함한다.

Description

유방암 진단시스템 및 유방암 진단방법
본 발명은 유방암 진단시스템 및 유방암 진단방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열해석프로그램을 이용하여 산출된 유방 표면의 온도분포에 관한 이론데이터와 유방을 열화상 장비로 촬영했을 때 측정되는 실제 유방 표면의 온도차이를 기초로 임상데이터에 의해서 보정된 유방표면의 온도차이를 이론데이터와 비교 분석함으로써 빠르고 정확하게 유방암의 유무와 위치 및 크기를 판별할 수 있는 유방암 진단시스템 및 유방암 진단방법에 관한 것이다.
최근 유방암이 우리나라 여성에게 발병하는 암 1위를 차지하고 있으며, 이는 서구화된 식습관과 비만, 출산율 및 수유의 감소, 조기 초경과 폐경기 지연, 스트레스의 증가, 각종 공해에 노출 등의 현상으로 인하여 발병율이 점차 증가하고 있는 추세이다.
그리고 유방암은 한국여성의 경우에 40대에 발생 확률이 높고, 정기검진에 대한 관심부족으로 발견 당시 3기 이상이 진행된 경우도 많다.
그런데 유방암의 경우에는 조기 발견하여 적절한 치료를 행하면 완치된 가능성이 높다는 점에서, 예방과 검진, 치료법에 대한 많은 연구와 홍보가 이루어지고 있다. 따라서 유방암을 조기에 발견하기 위한 자가 진단법을 홍보하고 보급하고 있으며, 정밀진단을 위하여 초음파 검사기, CT 또는 MRI 등의 다양한 진단장치를 활용하고 있다.
상기에서 CT는 검사시간이 짧은 반면에, 암조직과 유방조직의 대조도가 낮고 피폭의 위험이 있는 단점이 있다. 또 MRI는 암 조직과 유방조직의 대조도는 높은 반면에, 비용이 많이 소모되고, 검사시간이 오래 걸리며 장비가 고가인 단점이 있다.
최근에는 CT 와 MRI 단점을 보완하기 위하여 유방조직과 암조직의 열적파에 특성을 이용하여 유방암 및 종양을 진단할 수 있는 진단장치(열적파를 이용한 유방암 진단장치)의 개발을 추진하고 있다. 그러나 아직 열적파의 해석과 정확도 등에 대한 문제 때문에 열적파를 이용한 유방암 및 종양 진단 장치의 본격 생산 및 사용이 이루어지지 않고 있는 실정이다.
유방암은 열화상으로 촬영했을 때 온도차가 생기는 현상이 발생하고, 이 현상은 쉽게 나타나지만 아직 체계화된 데이터가 없고 세계적으로 이제 시발적 단계인 게 현실이다.
최근 들어 영국 논문의 "Thermal analysis of a three-dimensional breast model with embedded tumour using the transmission line matrix(TLM) method-전달선 매트릭스 방법을 사용한 깊은 내부 종양을 가진 3차원유방모델의 열적해석" 에서는 유한요소 프로그램 방법을 가지고 유방암 모델을 3차원적으로 설계 해석하여 유방암의 위치, 크기를 학회에 발표했으나, 본 발명은 열화상 장비와 열 해석 프로그램을 사용하여 비교 분석한 것이 더욱 신뢰성이 있는 데이터가 된다고 확신한다.
더욱이, 종래의 유방암 진단방법들은 미세한 크기의 유방암을 판별해내기가 어려워 초기 유방암을 발견하지 못한다는 단점이 있다.
공개특허공보 제10-2009-0099687호에는 마이크로 웨이브파를 이용한 유방암 진단장치가 개시되어 있고, 공개특허공보 제10-2006-0111154호에는 초고주파 신호를 이용하여 유방종양을 탐지하는 장치가 개시되어 있으며, 등록특허공보 제10-1093936호에는 라디오미터를 이용한 USB 타입의 유방암 자가 진단기 및 이를 이용한 유방암 자가 진단장치 및 방법이 개시되어 있다.
본 발명의 일 실시예는 열화상장비에 의해서 측정된 유방 표면의 온도차이를 기초로 임상데이터에 의해서 보정된 유방 표면의 온도 차이만을 가지고 유방암의 유무 판단을 쉽고 빠르게 할 수 있도록 하는 유방암 진단시스템 및 유방암 진단방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일측면에 따르면, 열해석프로그램을 통하여 유방의 반경(r)에 따라 유방암의 위치 및 크기를 가정하여 변화시키면서 유방 반경에 따라 유방암의 유무와 크기 및 위치에 따른 유방표면온도의 온도분포를 해석하여 유방암의 크기 및 위치에 따른 유방표면의 온도차이에 관한 이론 데이터를 산출하는 온도분포데이터 구축 시스템 및 유방암이 있는지 진단하고자 하는 사람의 유방을 열화상 장비를 이용하여 유방 표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이를 획득하고 임상데이터를 이용하여 보정값이 적용된 유방 표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이를 상기 이론 데이터와 비교하여 유방암의 유무와 크기 및 위치를 진단하는 열화상진단시스템을 포함하는 유방암 진단시스템을 제공할 수 있다.
또한, 상기 열해석프로그램은 하기 수학식2에 따른 경계조건 및 하기 수학식4에 따른 지배방정식이 적용된 열적편미분방정식을 수치해석할 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2014011860-appb-I000001
(여기에서, hf는 주위 열대류 계수이고, Ts는 유방의 표면온도이며, Tf는 주위 공기온도이고, σ는 스테판-볼쯔만 상수이며, ε은 유방 표면의 복사상수이다.)
[수학식 4]
Figure PCTKR2014011860-appb-I000002
(여기에서, r은 유방의 반경, T는 온도, K는 전도도, q0는 암 내부 열 생성량이고, α는 열확산계수이며, τ는 시간이다.)
또한, 상기 온도분포데이터 구축 시스템은, 경계조건을 전달 받아 열해석프로그램을 이용하여 유방의 반경(r)에 따라 유방암의 위치 및 크기를 가정하여 변화시키면서 유방 반경에 따라 유방암의 유무와 크기 및 위치에 따른 유방표면온도의 온도분포를 해석하여 유방암의 크기 및 위치에 따른 유방표면의 온도차이에 관한 이론 데이터를 산출하는 상기 열해석부; 상기 열해석부가 산출한 유방암의 크기 및 위치에 따른 유방표면의 온도차이에 관한 이론 데이터를 저장하는 온도분포 데이터베이스 및 상기 경계조건을 입력받아 열해석부에 전달하고, 상기 열해석부로부터 이론데이터를 전달받아 상기 온도분포 데이터베이스에 저장하는 온도분포구축 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 열화상진단시스템은 유방암이 있는지 진단하고자 하는 사람의 유방을 유방 표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이를 획득하는 열화상장비; 실제로 유방암이 있는 환자의 유방의 사이즈, 나이, 출산유무 및 출산횟수 에 따른 상기 열화상장비로부터 측정된 유방표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이에 대한 보정 값을 저장하는 임상데이터베이스 및 상기 열화상장비로부터 유방 표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이를 전달 받아, 유방암이 있는지 진단하고자 하는 사람의 유방의 사이즈, 나이, 출산유무 및 출산횟수를 입력받고 이를 기초로 상기 임상데이터베이스로부터 전달받은 보정 값이 반영된 유방 표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이를 상기 이론 데이터와 비교하여 진단하고자 하는 사람의 유방암의 유무와 크기 및 위치를 산출하는 유방암해석부를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 유방의 반경에 따라 가상으로 가정한 유방암의 위치 및 크기를 변화시키면서 열해석프로그램을 통하여 유방암의 유무와, 크기 및 위치에 따른 유방 표면온도의 온도분포를 해석하여 유방의 반경에 따라 유방 표면온도의 최고치와 최소치 간의 온도차이에 따른 유방암의 유무, 위치 및 크기를 결정하는 이론데이터를 구축하는 단계; 유방암이 있는지 진단하고자 하는 사람의 유방을 열화상 장비를 이용하여 유방 표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이를 획득하고 유방의 사이즈, 나이, 출산유무 및 출산횟수에 따른 보정 값이 반영된 유방 표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이를 획득하는 단계 및 보정 값이 반영된 유방의 반경과 유방 표면온도의 최고치와 최저치의 온도차이를 상기 이론데이터와 비교하여 유방암의 유무와, 크기 및 위치를 진단하는 단계를 포함하는 유방암 진단방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 열해석프로그램은 하기 수학식2에 따른 경계조건 및 하기 수학식4에 따른 지배방정식이 적용된 열적편미분방정식을 수치해석할 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2014011860-appb-I000003
(여기에서, hf는 주위 열대류 계수이고, Ts는 유방의 표면온도이며, Tf는 주위 공기온도이고, σ는 스테판-볼쯔만 상수이며, ε은 유방 표면의 복사상수이다.)
[수학식 4]
Figure PCTKR2014011860-appb-I000004
(여기에서, r은 유방의 반경, T는 온도, K는 전도도, q0는 암 내부 열 생성량이고, α는 열확산계수이며, τ는 시간이다.)
본 발명에 따른 유방암 진단시스템 및 유방암 진단방법에 따르면 유방암에 따른 온도분포의 상관성을 수치해석하여 이론화함으로써 유방 전체에 대한 보다 정밀한 검사 데이터를 얻는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 유방암 진단시스템 및 유방암 진단방법에 의하면 온도 차이만으로 유방암을 빠른 시간에 정확하게 진단하는 것이 가능하고, 새로운 방식의 진단 방법을 제공할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 병원에서 사용하는 열화상 장비를 이용하여 유방표면의 온도 차이를 측정하고, 측정된 온도차이를 이용하여 유방의 사이즈, 나이, 출산유무, 출산횟수등에 따른 임상데이터에 의해서 보정된 유방표면의 온도 차이를 이를 이용하여 이론데이터와 비교하여 유방암의 유무와 위치 및 크기를 예측함으로써, 유방암을 초기 진단하여 유방암을 조기에 발견하고, 정밀 진단을 위한 데이터로 활용할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유방암 진단시스템에 대한 개략적인 전체 구성도이다.
도 2a 내지 2c는 본 발명에 따라 유방을 반원형으로 모델링하고 유방암의 위치에 따른 온도차이를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유방암 진단시스템을 이용한 유방암 진단방법에 대한 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따라 유방암의 크기에 따른 온도차이 분포를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 열해석프로그램을 통하여 유방의 반경(r)에 따라 유방암의 위치 및 크기를 가정하여 변화시키면서 유방 반경에 따라 유방암의 유무와 크기 및 위치에 따른 유방표면온도의 온도분포를 해석하여 유방암의 크기 및 위치에 따른 유방표면의 온도차이에 관한 이론 데이터를 산출하는 온도분포데이터 구축 시스템 및 유방암이 있는지 진단하고자 하는 사람의 유방을 열화상 장비를 이용하여 유방 표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이를 획득하고 임상데이터를 이용하여 보정값이 적용된 유방 표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이를 상기 이론 데이터와 비교하여 유방암의 유무와 크기 및 위치를 진단하는 열화상진단시스템을 포함하는 유방암 진단시스템을 제공할 수 있다.
또한, 상기 열해석프로그램은 하기 수학식2에 따른 경계조건 및 하기 수학식4에 따른 지배방정식이 적용된 열적편미분방정식을 수치해석할 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2014011860-appb-I000005
(여기에서, hf는 주위 열대류 계수이고, Ts는 유방의 표면온도이며, Tf는 주위 공기온도이고, σ는 스테판-볼쯔만 상수이며, ε은 유방 표면의 복사상수이다.)
[수학식 4]
Figure PCTKR2014011860-appb-I000006
(여기에서, r은 유방의 반경, T는 온도, K는 전도도, q0는 암 내부 열 생성량이고, α는 열확산계수이며, τ는 시간이다.)
또한, 상기 온도분포데이터 구축 시스템은, 경계조건을 전달 받아 열해석프로그램을 이용하여 유방의 반경(r)에 따라 유방암의 위치 및 크기를 가정하여 변화시키면서 유방 반경에 따라 유방암의 유무와 크기 및 위치에 따른 유방표면온도의 온도분포를 해석하여 유방암의 크기 및 위치에 따른 유방표면의 온도차이에 관한 이론 데이터를 산출하는 상기 열해석부; 상기 열해석부가 산출한 유방암의 크기 및 위치에 따른 유방표면의 온도차이에 관한 이론 데이터를 저장하는 온도분포 데이터베이스 및 상기 경계조건을 입력받아 열해석부에 전달하고, 상기 열해석부로부터 이론데이터를 전달받아 상기 온도분포 데이터베이스에 저장하는 온도분포구축 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 열화상진단시스템은 유방암이 있는지 진단하고자 하는 사람의 유방을 유방 표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이를 획득하는 열화상장비; 실제로 유방암이 있는 환자의 유방의 사이즈, 나이, 출산유무 및 출산횟수 에 따른 상기 열화상장비로부터 측정된 유방표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이에 대한 보정 값을 저장하는 임상데이터베이스 및 상기 열화상장비로부터 유방 표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이를 전달 받아, 유방암이 있는지 진단하고자 하는 사람의 유방의 사이즈, 나이, 출산유무 및 출산횟수를 입력받고 이를 기초로 상기 임상데이터베이스로부터 전달받은 보정 값이 반영된 유방 표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이를 상기 이론 데이터와 비교하여 진단하고자 하는 사람의 유방암의 유무와 크기 및 위치를 산출하는 유방암해석부를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 유방의 반경에 따라 가상으로 가정한 유방암의 위치 및 크기를 변화시키면서 열해석프로그램을 통하여 유방암의 유무와, 크기 및 위치에 따른 유방 표면온도의 온도분포를 해석하여 유방의 반경에 따라 유방 표면온도의 최고치와 최소치 간의 온도차이에 따른 유방암의 유무, 위치 및 크기를 결정하는 이론데이터를 구축하는 단계; 유방암이 있는지 진단하고자 하는 사람의 유방을 열화상 장비를 이용하여 유방 표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이를 획득하고 유방의 사이즈, 나이, 출산유무 및 출산횟수에 따른 보정 값이 반영된 유방 표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이를 획득하는 단계 및 보정 값이 반영된 유방의 반경과 유방 표면온도의 최고치와 최저치의 온도차이를 상기 이론데이터와 비교하여 유방암의 유무와, 크기 및 위치를 진단하는 단계를 포함하는 유방암 진단방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 열해석프로그램은 하기 수학식2에 따른 경계조건 및 하기 수학식4에 따른 지배방정식이 적용된 열적편미분방정식을 수치해석할 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2014011860-appb-I000007
(여기에서, hf는 주위 열대류 계수이고, Ts는 유방의 표면온도이며, Tf는 주위 공기온도이고, σ는 스테판-볼쯔만 상수이며, ε은 유방 표면의 복사상수이다.)
[수학식 4]
Figure PCTKR2014011860-appb-I000008
(여기에서, r은 유방의 반경, T는 온도, K는 전도도, q0는 암 내부 열 생성량이고, α는 열확산계수이며, τ는 시간이다.)
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 다른 실시예에 도시되어 있다 하더라도, 동일한 구성요소에 대하여서는 동일한 식별부호를 사용한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 유방암 진단방법은 유방 표면온도를 열화상 장비로 측정하였을 때 발생하는 온도 차이를 열해석프로그램에 의해 구축된 이론 데이터와 비교 분석하여 유방암의 유무 및 그 위치 및 크기를 알아내는 유방암 진단방법이다.
본 발명은 유방의 크기에 따라 유방암의 위치 및 크기가 변할 때 시간의 경과에 따른 유방 표면의 온도분포 데이터를 구축하는 것으로, 열해석프로그램을 통하여 유방 표면의 온도 분포를 계산하기 위한 열전달에 대한 지배방정식 및 경계조건을 설정하고, 유방암이 있다고 가정하고 가상으로 유방암의 위치 및 크기를 가정하여 변화시키고 유방의 위치 및 크기의 변화에 따라 상기 지배방정식을 수치해석함으로써 유방 표면의 온도차이를 예측한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 최근 다양한 분야에 사용되고 있는 Flex-PDE 열해석 프로그램을 이용하여 유방을 2차원으로 반원형상으로 모델링하여 지배방정식과 경계조건을 세워 해석하였고, 인체 내부의 온도를 일정하게 가정하여 유방암의 위치와 크기를 변화시키면서 유방 표면에서 발생한 온도 분포를 획득한다.
즉, 유방 조직의 열전도 지배방정식은 유방 조직의 밀도와 비열과 열전도도를 고려하여 해석하고, 유방 표면에서는 유방 조직에 있는 암이나 종양에서 발생하는 열확산에 의해 온도차이가 발생하게 되므로, 열전도 지배방정식을 해석하여 유방 조직 내에 있는 암이나 종양을 감지할 수 있다.
유방 내에서는 자체의 체열에 의한 온도가 발생하는데, 특히 이 열은 유방에 있는 암이나 종양을 지날 때 확산되어 정상 유방 표피 온도보다 더 높게 나타난다는 것은 이미 학계에 널리 알려져 있는 것이 사실이다.
본 발명은 이와 같은 공지의 지식에 기반하여, 열해석프로그램과 열화상 장비를 이용하여 유방암을 빠르고 정확하게 진단하기 위한 것이다.
열화상 장비(Thermal imaging camera)는 물체에서 나오는 복사에너지를 검출하여 복사에너지를 근거로 하여 온도를 계산하고, 온도 분포를 영상으로 재현해 내는 장비로서, 이와 같은 장비는 이미 널리 알려져 있는 것으로 여러 가지 산업분야에서 다양하게 활용되고 있다.
열해석프로그램은 유방암의 크기와 위치를 진단하기 위해, 유방의 크기에 따라 유방암의 크기 및 위치를 변화시키면서 이에 따른 유방 표면의 온도분포 데이터를 얻는 것으로, 본 발명에서는 유방을 반구로 2차원 모델링하여 열적 편미분방정식을 해석함으로써 유방암의 위치 및 크기에 따른 온도분포 데이터를 얻는 것이다.
따라서, 본 발명에 따르면, 유방암을 진단받고자 하는 사람의 유방을 열화상 장비로 촬영하여 얻은 유방의 반경에 따라 유방 표면의 온도 분포, 즉, 유방 표면 온도의 최고치와 최저치의 온도차이를 열해석프로그램을 해석하여 얻어진 온도분포 데이터와 비교 분석함으로써 간단하게 측정된 유방 반경에서 유방암의 유무와 그 위치 및 크기를 진단할 수 있는 것이다.
이하, 첨부된 도면들에 도시된 본 발명에 관한 실시 예들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유방암 진단시스템에 대한 개략적인 전체 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유방암 진단시스템(10)은 온도분포데이터 구축 시스템(100) 및 열화상진단시스템(200)을 포함할 수 있다.
더 구체적으로, 온도분포데이터 구축 시스템(100)은 열해석프로그램을 통하여 유방의 반경(r)에 따라 유방암의 위치 및 크기를 가정하여 변화시키면서 유방 반경에 따라 유방암의 유무와 크기 및 위치에 따른 유방표면온도의 온도분포를 해석하여 유방암의 크기 및 위치에 따른 유방표면의 온도차이에 관한 이론 데이터를 구축할 수 있다.
이를 위해서, 온도분포데이터 구축 시스템(100)은 온도분포구축 제어부(110), 열해석부(120) 및 온도분포 데이터베이스(130)를 포함할 수 있다.
온도분포구축 제어부(110)은 경계조건을 입력받아 열해석부(120)에 전달하고, 열해석부(120)로부터 이론데이터를 전달받아 온도분포 데이터베이스(130)에 저장할 수 있다.
열해석부(120)는 온도분포구축 제어부(110)로부터 경계조건을 전달 받아 열해석프로그램을 이용하여 유방의 반경(r)에 따라 유방암의 위치 및 크기를 가정하여 변화시키면서 유방 반경에 따라 유방암의 유무와 크기 및 위치에 따른 유방표면온도의 온도분포를 해석하여 유방암의 크기 및 위치에 따른 유방표면의 온도차이에 관한 이론 데이터를 산출할 수 있다.
온도분포 데이터베이스(130)는 열해석부(120)가 산출한 유방암의 크기 및 위치에 따른 유방표면의 온도차이에 관한 이론 데이터를 저장할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유방암 진단시스템에서 사용한 열해석프로그램은 열에 의한 온도차를 편미분 방정식을 이용하여 2차원적 평면 열유동으로 나타내는데, 이를 위하여 최근의 해석프로그램인 Flex PDE(Partial Differential Equations)을 사용하였고, 이 프로그램은 정밀하게 온도 차이 분포를 계산하는 알고리즘이다
본 발명에서 열해석프로그램에 사용된 열전도 방정식은 편미분방정식(partial differential equation)이며, 그 지배방정식 및 경계조건은 각각 하기 수학식 1과 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
수학식 1
Figure PCTKR2014011860-appb-M000001
여기에서, ρ는 유방조직의 밀도이고, T는 유방의 온도이고, t는 시간이다.c는 유방조직의 비열이며, k는 유방조직의 열전도도이고, Ta는 주위온도이다. 또한, 본 발명에서는 유방에 있는 혈관에 흐르는 혈류를 고려하였으며, ωb는 혈관내의 혈류속도, ρb는 혈관 내의 밀도, cb는 혈관 내의 비열이다.
수학식 2
Figure PCTKR2014011860-appb-M000002
여기에서, hf는 주위 열대류 계수이고, Ts는 유방의 표면온도이며, Tf는 주위 공기온도이고, σ는 스테판-볼쯔만 상수이며, ε은 유방 표면의 복사상수이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유방암 진단시스템에서는 유방을 유방의 형태에 가까운 반구형(3차원) 또는 반원형(2차원)으로 모델링하여 열전도 방정식을 적용했는데, 유방의 사이즈, 즉, 유방의 반경(r)에 따라 유방암의 위치 및 크기에 따른 온도분포가 달라지며, 이에 따라 본 발명에 사용되는 지배방정식을 다시 표현하면, 3차원 지배방정식은 수학식 3과 같고, 2차원 지배방정식은 수학식 4와 같다.
수학식 3
Figure PCTKR2014011860-appb-M000003
여기에서, r은 유방의 반경, T는 온도, K는 전도도, q0는 암 내부 열 생성량이고, α는 열확산계수이며, τ는 시간이다.
수학식 4
Figure PCTKR2014011860-appb-M000004
여기에서, r은 유방의 반경, T는 온도, K는 전도도, q0는 암 내부 열 생성량이고, α는 열확산계수이며, τ는 시간이다.
도 2a, 2b 및 2c는 본 발명에 따른 열해석프로그램에서 유방을 반원으로 2차원 모델링한 도면이다. 도 2a는 유방 모양이 반원 모양이고 암 조직 모양이 원형이며 중심이 원점(0,0)으로 좌표를 나타내고, 도 2b는 암 조직 중심이 우측으로 편향되어 있는 것을 나타내며, 도 2c는 암 조직 중심이 유방 표면으로 편향되어 있는 것을 나타낸다.
유방 사이즈는 지름을 나타내는 현으로 양 끝점 좌우의 좌표가 R1 값으로 (0,-R1) 과 (0, R1) 이며 40mm에서 80mm까지 변한다.
암 조직의 모양은 원형으로 그 크기(지름)는 R2 값이고, 크기가 1에서 10까지 정수 단위로 변하며 열 흐름은 암 조직에서 발생된 열이 유방 표면까지는 열전도에 의해서 전달되고 표면 이후부터는 대기 외부 온도에 의해 복사된다.
암 조직의 위치 및 크기에 따라 인체 내부에서 발생하는 체열이 암 조직을 지나면서 열 확산되어 유방 표면의 각 지점에 따라 온도가 상이하게 나타나며, 동일한 유방암의 위치 및 크기라면 유방 표면 온도의 온도분포가 동일하게 나타날 것이다.
도 2b는 도 2a와 비교하면 유방암의 위치가 우측으로 편향되어 있는데, 이 경우, 유방 표면의 각 지점의 온도(T1, T2)가 차이가 나며, 도 2의 경우에도 유방 표면의 온도가 차이가 난다.
표 1에는 본 발명에 따른 열해석프로그램을 통하여 해석된 유방암의 위치 및 크기에 대한 온도차이의 이론데이터를 나타낸 것으로서, 유방 반경(r1)에 따라 유방암의 위치(x=0, y=10)(x=0 y=15) 및 크기(r2)의 변화에 따른 유방 표면온도의 최대치와 최소치의 온도차이를 나타낸다.
표 1
Figure PCTKR2014011860-appb-T000001
한편, 열화상진단시스템(200)은 유방암이 있는지 진단하고자 하는 사람의 유방을 열화상 장비를 이용하여 유방 표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이를 획득하고 임상데이터를 이용하여 보정값을 적용하여 이를 이론 데이터와 비교하여 진단하고자 하는 사람의 유방암의 유무와 크기 및 위치를 산출할 수 있다.
이를 위해서, 열화상진단시스템(200)은 열화상장비(210), 유방암해석부(220) 및 임상데이터베이스(230)를 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로, 열화상장비(210)는 유방암이 있는지 진단하고자 하는 사람의 유방을 유방 표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이를 획득할 수 있다.
유방암해석부(200)는 열화상장비(210)로부터 유방 표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이를 전달 받아, 유방암이 있는지 진단하고자 하는 사람의 유방의 사이즈, 나이, 출산유무 및 출산횟수등을 입력받고 이를 기초로 임상데이터베이스(230)에 저장되어 있는 임상데이터를 바탕으로 보정 값을 전달 받고, 이 보정 값을 반영하여 보정 값이 반영된 유방 표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이와 이론 데이터와 비교하여 진단하고자 하는 사람의 유방암의 유무와 크기 및 위치를 산출할 수 있다. 이러한 임상데이터에 의한 보정 값을 반영하여 유방암의 크기 및 위치를 보다 정밀도 있게 진단할 수 있다.
임상데이터베이스(230)는 유방의 사이즈, 나이, 출산유무 및 출산횟수 등에 따라 열화상장비(210)로부터 측정된 유방표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이에 대한 보정 값을 저장할 수 있다.
실제로 유방암이 있는 환자의 열화상장비(210)로부터 측정된 유방표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이를 바탕으로 구축된 이론 데이터로부터 산출된 유방암의 크기 및 위치를 실제 유방암이 있는 환자의 유방암의 크기 및 위치와 비교할 수 있다.
비교결과 일치할 경우 보정 값을 1로 놓을 수 있다. 틀릴 경우, 열화상장비(210)로부터 측정된 온도차이에 곱하기 해서 실제 환자의 유방의 사이즈, 유방암의 크기 및 위치에 따른 이론데이터의 온도차이와 일치시키기 위한 보정 값을 구할 수 있다. 이러한 보정 값들의 전체 평균을 유방의 사이즈, 나이, 출산유무 및 출산횟수 등에 따라 열화상장비(210)로부터 측정된 유방표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이에 대한 보정 값으로 설정할 수 있다.
이러한 보정 값에 대한 데이터는 유방암이 있는 다수의 환자들을 열화상장비(210)를 이용하여 측정된 유방표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이를 획득하여 구축된 이론 데이터와 비교하여 광범위한 데이터 검증을 통해서 도출될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 유방암 진단시스템을 이용한 유방암 진단방법을 설명한다.
먼저, 유방의 반경에 따라 가상으로 가정한 유방암의 위치 및 크기를 변화시키면서 열해석프로그램을 통하여 유방암의 유무와, 크기 및 위치에 따른 유방 표면온도의 온도분포를 해석하여 유방의 반경에 따라 유방 표면온도의 최고치와 최소치 간의 온도차이에 따른 유방암의 유무, 위치 및 크기를 결정하는 이론데이터를 구축할 수 있다(S100).
다음으로, 유방암이 있는지 진단하고자 하는 사람의 유방을 열화상 장비를 이용하여 유방 표면의 온도차이, 즉 유방 표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이를 획득하고 유방의 사이즈, 나이, 출산유무 및 출산횟수에 따른 보정 값이 반영된 유방 표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이를 획득할 수 있다(S200).
이때, 브래지어를 벗은 상태에서 유방에서 발생하는 열이 전도, 대류 또는 복사에 의해 주위 공기 중으로 충분히 발산되도록 소정의 시간 동안 기다린다. 이때, 유방의 형상이 반구 또는 반원형 모델이 적합하도록 상체를 굽힌 상태로 촬영하는 것이 바람직하다.
열화상 장비는 유방의 근거리에 설치되며, 수초 내에 온도분포 데이터를 획득하여 색상별로 표시하게 되고, 유방 표면의 최대치와 최소치의 온도차이를 획득할 수 있다.
다음으로, 보정 값이 반영된 유방의 반경과 유방 표면온도의 최고치와 최저치의 온도차이를 상기 이론데이터와 비교 분석하여 유방암의 유무와, 크기 및 위치를 진단할 수 있다(S300).
도 4에는 열해석프로그램을 통하여 해석된 특정 위치에 있는 유방암의 크기(x축, mm) 변화에 따른 유방 표면온도의 최고치와 최저치의 온도차이 변화를 나타낸 이론데이터이다. 상기의 그래프는 유방의 반경 및 유방암의 위치에 따라 모두 상이하게 나타난다. 도 4에서 온도차이가 1.15℃이면 유방암의 크기가 6mm로 판단되고, 온도차이가 0.4℃이면 유방암이 없는 것으로 판단된다.
이와 같이, 열해석프로그램을 통하여 유방의 반경과 유방암의 위치 및 크기에 따른 유방표면의 최대치와 최소치의 온도차이 이론데이터가 구축된다.
이후, 유방암 진단을 받고자 하는 사람의 열화상 장비로 촬영하여 얻은 유방 반경 및 실제 유방표면의 최대치와 최소치의 온도차이를 상기 열해석프로그램을 통하여 구축된 이론데이터와 비교하여 동일한 온도차이를 나타내는 이론데이터를 찾아내어 그 이론데이터가 갖는 유방암의 유무와 그 크기 및 위치를 예측한다.
본 발명에 따른 열해석프로그램을 이용하여 얻은 이론데이터를 각각 체계화시켜, 병원에서 여성의 유방암 및 종양을 가진 유방을 열화상 장비로 촬영했을 때 유방 표피 조직의 온도차이만을 가지고 유방암 및 종양의 유무 진단을 가장 빠른 시간 안에 판별할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 유방 표면온도의 차이값만으로 간단하게 유방암의 유무와 크기 및 위치를 진단할 수 있으며, 특히, 유방암 초기 진단에 널리 활용될 수 있다.
본 발명은 열화상 장비와 열해석프로그램을 이용하여 유방 표면의 온도차이를 측정하여 진단하는 것으로, 인체에 무해하고 저비용을 이용한 빠른 진단이 특징이며, 진단 효율이 높게 될 것이다.
상기 도면들에 도시된 구성요소들은 설명의 편의상 확대 또는 축소되어 표시될 수 있으므로, 도면에 도시된 구성요소들의 크기나 형상에 본 발명이 구속되는 것은 아니며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 열해석프로그램을 통하여 유방의 반경(r)에 따라 유방암의 위치 및 크기를 가정하여 변화시키면서 유방 반경에 따라 유방암의 유무와 크기 및 위치에 따른 유방표면온도의 온도분포를 해석하여 유방암의 크기 및 위치에 따른 유방표면의 온도차이에 관한 이론 데이터를 산출하는 온도분포데이터 구축 시스템 및
    유방암이 있는지 진단하고자 하는 사람의 유방을 열화상 장비를 이용하여 유방 표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이를 획득하고 임상데이터를 이용하여 보정값이 적용된 유방 표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이를 상기 이론 데이터와 비교하여 유방암의 유무와 크기 및 위치를 진단하는 열화상진단시스템을 포함하는 유방암 진단시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 열해석프로그램은 하기 수학식2에 따른 경계조건 및 하기 수학식4에 따른 지배방정식이 적용된 열적편미분방정식을 수치해석 하는 유방암 진단시스템.
    [수학식 2]
    Figure PCTKR2014011860-appb-I000009
    (여기에서, hf는 주위 열대류 계수이고, Ts는 유방의 표면온도이며, Tf는 주위 공기온도이고, σ는 스테판-볼쯔만 상수이며, ε은 유방 표면의 복사상수이다.)
    [수학식 4]
    Figure PCTKR2014011860-appb-I000010
    (여기에서, r은 유방의 반경, T는 온도, K는 전도도, q0는 암 내부 열 생성량이고, α는 열확산계수이며, τ는 시간이다.)
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 온도분포데이터 구축 시스템은,
    경계조건을 전달 받아 열해석프로그램을 이용하여 유방의 반경(r)에 따라 유방암의 위치 및 크기를 가정하여 변화시키면서 유방 반경에 따라 유방암의 유무와 크기 및 위치에 따른 유방표면온도의 온도분포를 해석하여 유방암의 크기 및 위치에 따른 유방표면의 온도차이에 관한 이론 데이터를 산출하는 상기 열해석부;
    상기 열해석부가 산출한 유방암의 크기 및 위치에 따른 유방표면의 온도차이에 관한 이론 데이터를 저장하는 온도분포 데이터베이스 및
    상기 경계조건을 입력받아 열해석부에 전달하고, 상기 열해석부로부터 이론데이터를 전달받아 상기 온도분포 데이터베이스에 저장하는 온도분포구축 제어부를 포함하는 유방암 진단시스템.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 열화상진단시스템은,
    유방암이 있는지 진단하고자 하는 사람의 유방을 유방 표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이를 획득하는 열화상장비;
    실제로 유방암이 있는 환자의 유방의 사이즈, 나이, 출산유무 및 출산횟수 에 따른 상기 열화상장비로부터 측정된 유방표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이에 대한 보정 값을 저장하는 임상데이터베이스 및
    상기 열화상장비로부터 유방 표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이를 전달 받아, 유방암이 있는지 진단하고자 하는 사람의 유방의 사이즈, 나이, 출산유무 및 출산횟수를 입력받고 이를 기초로 상기 임상데이터베이스로부터 전달받은 보정 값이 반영된 유방 표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이를 상기 이론 데이터와 비교하여 진단하고자 하는 사람의 유방암의 유무와 크기 및 위치를 산출하는 유방암해석부를 포함하는 유방암 진단시스템.
  5. 유방의 반경에 따라 가상으로 가정한 유방암의 위치 및 크기를 변화시키면서 열해석프로그램을 통하여 유방암의 유무와, 크기 및 위치에 따른 유방 표면온도의 온도분포를 해석하여 유방의 반경에 따라 유방 표면온도의 최고치와 최소치 간의 온도차이에 따른 유방암의 유무, 위치 및 크기를 결정하는 이론데이터를 구축하는 단계;
    유방암이 있는지 진단하고자 하는 사람의 유방을 열화상 장비를 이용하여 유방 표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이를 획득하고 유방의 사이즈, 나이, 출산유무 및 출산횟수에 따른 보정 값이 반영된 유방 표면 온도의 최대치와 최소치의 온도차이를 획득하는 단계 및
    보정 값이 반영된 유방의 반경과 유방 표면온도의 최고치와 최저치의 온도차이를 상기 이론데이터와 비교하여 유방암의 유무와, 크기 및 위치를 진단하는 단계를 포함하는 유방암 진단방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 열해석프로그램은 하기 수학식2에 따른 경계조건 및 하기 수학식4에 따른 지배방정식이 적용된 열적편미분방정식을 수치해석 하는 유방암 진단방법.
    [수학식 2]
    Figure PCTKR2014011860-appb-I000011
    (여기에서, hf는 주위 열대류 계수이고, Ts는 유방의 표면온도이며, Tf는 주위 공기온도이고, σ는 스테판-볼쯔만 상수이며, ε은 유방 표면의 복사상수이다.)
    [수학식 4]
    Figure PCTKR2014011860-appb-I000012
    (여기에서, r은 유방의 반경, T는 온도, K는 전도도, q0는 암 내부 열 생성량이고, α는 열확산계수이며, τ는 시간이다.)
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