KR101003509B1 - 전자파 특성을 이용한 인체 암 진단 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인체 암 진단 장치에 관한 것으로, 인체로 전자파 신호를 송신하고, 인체를 통해 상기 전자파 신호를 수신하는 다수의 안테나들; 상기 다수의 안테나들 각각을 송신 모드 혹은 수신 모드로 모드 변경하는 스위칭부; 상기 스위칭부에서의 스위칭 결과 수신 모드로 설정된 안테나로부터 수신되는 전자파 신호를 중간 주파수 신호로 변환하는 신호 변환부; 및 상기 스위칭부의 스위칭 동작을 제어하는 스위칭 제어부와 상기 변환된 중간 주파수 신호로부터 인체 내부의 유전율 분포 영상을 파악하는 데이터 처리부를 포함하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 특성을 이용한 인체 암 진단 장치에 의해 전자파 신호 측정의 정확도를 더 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

전자파 특성을 이용한 인체 암 진단 장치 및 방법{Apparatus and Method for Cancer Detection Using Electromagnetic wave}

본 발명은 인체 암 진단 장치에 관한 것으로, 특히 전자파를 이용한 인체 암 진단 장치에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[2007-F-043-02, 전자파 기반 진단 및 방호 기술 연구].

유방암을 진단하기 위한 기술로, 전자파 일 예로 500MHz∼3000MHz 주파수를 갖는 무선 주파수 (RF:Radio Frequency) 전자파 신호의 전파(propagation) 특성을 이용하여 인체 내 유전율 및 도전율 차이를 이용하는 기술이 제안된 바 있다. 구체적으로 종래 암 진단 장치는 원형으로 배치되는 다수의 RF 안테나들과, 이들 안테나 각각에 연결되어, RF 안테나로 수신되는 RF 전자파 신호를 국부 발진 신호(LO)와 결합하여 중간 주파수(IF:Intermediate Frequency) 신호로 주파수 변환하는 신호 변환 모듈들을 포함한다.

이때 각각의 신호 변환 모듈은 국부 발진 신호 분배기로부터 국부 발진 신호 를 입력받는데, 이 신호 경로로 RF 전자파 신호가 역류하여 채널 간 격리(channel isolation) 특성을 저하시킬 우려가 있다. 그리고 이에 따라 RF 신호 측정의 정확도가 떨어진다는 문제가 있다.

또한, 다수의 신호 변환 모듈은 RF 부품들로 구성되는데 이들 각각의 전파 수신 측정 특성, 즉 수신 이득, 잡음 지수 등을 측정 주파수 대역에서 모두 일치시키는 것이 어렵기 때문에 이로 인해 진단 장치 전체의 RF 전자파 신호 측정 정확도가 떨어질 수 있다.

본 발명은 이 같은 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로 전자파를 이용하는 유방암 진단 장치에서 국부 발진 신호 분배를 위한 국부 발진(LO) 전력 분배기로 RF 신호가 역류되는 것을 막을 수 있는 암 진단 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 전자파를 이용한 암 진단 장치의 RF 신호 측정 정확도를 높이는 것을 목적으로 한다.

상기 기술적 과제는 본 발명에 따른 인체로 전자파 신호를 송신하고, 인체를 통해 상기 전자파 신호를 수신하는 다수의 안테나들; 상기 다수의 안테나들 각각을 송신 모드 혹은 수신 모드로 모드 변경하는 스위칭부; 상기 스위칭부에서의 스위칭 결과 수신 모드로 설정된 안테나로부터 수신되는 전자파 신호를 중간 주파수 신호로 변환하는 신호 변환부; 및 상기 스위칭부의 스위칭 동작을 제어하는 스위칭 제어부와 상기 변환된 중간 주파수 신호로부터 인체 내부의 유전율 분포 영상을 파악하는 데이터 처리부를 포함하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 특성을 이용한 인체 암 진단 장치에 의해 달성된다.

스위칭부는 다수의 안테나들 각각에 연결되어, 상기 안테나를 송신 모드 혹은 수신 모드로 모드 변환하는 다수의 모드 변환 스위치들; 하나의 송신 입력단과 상기 모드 변환 스위치들 각각에 연결되는 다수의 송신 출력단들을 구비하여, 상기 입력단으로 입력되는 전자파 신호를 송신 모드 상태의 모드 변환 스위치와 연결된 송신 출력단으로 출력하는 송신 채널 스위치; 및 상기 모드 변환 스위치들 각각에 연결되는 다수의 수신 입력단들과 하나의 수신 출력단을 구비하여, 수신 모드 상태의 모드 변환 스위치와 연결된 상기 수신 입력단들 중 하나로 입력되는 전자파 신호를 상기 수신 출력단으로 출력하는 수신 채널 스위치;를 포함한다.

이때 스위칭 제어부는 순차적으로 모드 변환 스위치들 중 하나를 선택하여 송신 모드로 설정하고, 나머지 모드 변환 스위치들을 수신 모드로 설정하여, 상기 수신 채널 스위치는 수신 모드로 설정된 모드 변환 스위치들로부터 순차적으로 전자파 신호를 수신하도록 제어한다.

한편, 상기 기술적 과제는 다수의 안테나들 중 하나를 송신 모드로 설정하고, 나머지 안테나들을 수신모드로 설정하는 모드 설정 단계; 상기 송신 모드로 설정된 안테나를 통해 인체로 전자파를 송신하는 송신 단계; 상기 수신 모드 안테나들 중 하나로부터 인체를 통해 수신되는 전자파를 수신하되, 다수의 수신 모드 안테나들로부터 순차적으로 수신하는 수신 단계; 상기 수신된 전자파들을 이용하여 유전율 분포 영상을 생성하는 생성 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파를 이용한 인체 암 진단 방법에 의해서도 달성된다.

본 발명에 따르면, 전자파를 이용하는 유방암 진단 장치에서 LO 전력 분배기를 제거하고, 단일 데이터 처리부와 채널 스위치를 이용하여 구현함으로써, 채널간 측정 오차 및 채널 간 간섭을 막을 수 있다. 이에 따라 RF 신호 측정 정확도를 더 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 설계 구조가 간단해질 수 있기 때문에, 생산 비용을 절감하는 것도 가능하다.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면들을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통해 더욱 명확해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예들을 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 암 진단 장치의 구성을 도시한 블록도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 암 진단 장치는 다수의 안테나들(10a, 10b, ..., 10n), 스위칭부(20), 신호 변환부(30), 제어부(40) 및 신호 생성부(50)를 포함한다.

신호 생성부(50)는 RF 신호와 국부 발진(LO) 신호를 생성한다.

다수의 안테나들은 측정 탱크 내부에 원형으로 배치된 16개의 RF 안테나들로 구현된다. 본 실시예에 있어서 각각의 RF 안테나들은 고주파(RF:Radio Frequency) 신호를 인체를 통해 송수신한다.

스위칭부(20)는 다수의 안테나 각각이 수신 모드 혹은 송신 모드로 동작하도록 모드 변경을 한다.

도 2 는 본 발명에 따른 암 진단 장치의 스위칭부를 상세히 도시한 도면이다. 도 2 에 도시된 바와 같이 스위칭부(20)는 N개의 안테나 각각에 연결되어, 송 신 모드 혹은 수신 모드로 모드 변환하는 N개의 모드 변환 스위치들(200a, 200b, ..,200n), 하나의 송신 입력단과 N개의 송신 출력단을 구비하여, 상기 입력단으로 입력되는 전자파 신호를 송신 모드 상태의 모드 변환 스위치와 연결된 송신 출력단으로 출력하는 송신 채널 스위치(210) 및 N개의 수신 입력단들과 하나의 수신 출력단을 구비하여, 수신 모드 상태의 모드 변환 스위치와 연결된 상기 수신 입력단들 중 하나로 입력되는 전자파 신호를 수신 출력단으로 출력하는 수신 채널 스위치(220)를 포함한다.

신호 변환부(30)는 신호 생성부(50)로부터 입력되는 RF 신호를 스위칭부(20)로 전달하고, 스위칭부(20)를 통해 수신되는 RF 신호를 중간 주파수 신호로 변환하여 후술할 데이터 처리부(45)로 전달한다.

상세하게 신호 변환부(30)는 스위칭부(20)를 통해 수신되는 RF 신호를 증폭하는 제 1 증폭기(300-1)와, 신호 생성부(50)로부터 입력되는 국부 발진 신호를 증폭하기 위한 제 2 증폭기(300-2), 제 1 증폭기(300-1)에서 증폭된 RF 신호와 제 2 증폭기(300-2)에서 증폭된 국부 발진 신호를 혼합하기 위한 믹서(310) 및, 믹서(310)에서 혼합된 신호를 필터링하여 후술할 데이터 처리부(45)로 출력하는 저역 통과 필터(320)를 포함한다.

본 실시예에 있어서 제 1 증폭기(300-1)와 제 2 증폭기(300-2)는 저 잡음 증폭을 위한 저잡음 증폭기(LNA:Low Noise Amplifier)이다.

믹서(310)는 제 1 증폭기(300-1)에서 증폭된 RF 신호와 제 2 증폭기(300-2)에서 증폭된 국부발진 신호를 혼합하여 RF 신호를 중간 주파수(IF:Intermediate Frequency) 신호로 변환한다.

저역 통과 필터(Low Pass Filter)는 중간 주파수 신호들 중에서도 저주파의 신호만 통과되도록 필터링한다.

또한, 신호 변환부(30)는 아날로그/디지털 변환기(330)를 더 포함하여, 저역 통과 필터(320)에서 필터링된 신호를 디지털 신호로 변환한다. 그리고 변환된 디지털 신호는 후술할 데이터 처리부(45)로 전달된다.

또한 신호 변환부(30)는 신호 생성부(50)로부터 전달 받은 RF 신호를 증폭하기 위한 전력 증폭기(340)를 더 포함한다. 전력 증폭기(340)는 신호 생성부(50)로부터 입력되는 RF 신호를 증폭하여 스위칭부(20)의 송신 채널 스위치(210)를 통해 송신 안테나들로 전달한다.

제어부(40)는 스위칭 제어부(42) 및 데이터 처리부(45)를 포함한다.

스위칭 제어부(42)는 스위칭부(20)의 스위칭 동작을 제어한다. 본 실시예에 있어서 스위칭 제어부(42)는 다수의 안테나들 중 하나를 송신 모드로 설정하고, 나머지 안테나들은 수신 모드로 설정하도록 스위칭부(20)를 제어한다. 그리고 수신 모드로 설정된 안테나들로부터 순차적으로 RF 신호를 수신하도록 수신 채널 스위치(220)를 제어한다. 송신 모드로 설정된 스위치 이외의 수신 모드로 설정된 안테나들로부터 순차적으로 RF 신호를 모두 수신하면, 나머지 안테나들 중 하나를 송신 모드로 설정하도록 송신 채널 스위치(210)를 제어한다.

일 실시예에 있어서 스위칭 제어부(42)는 제 1 안테나(10a)의 모드 변환 스위치(200a)는 수신 모드로, 나머지 안테나들(10b, 10c...)의 모드 변환 스위 치(200b, ..200n)는 송신 모드로 설정되도록 제어한다. 그리고 송신 채널 스위치(210)는 입력단으로 입력되는 RF 신호를 N개의 출력단들 중 제 1 안테나(10a)와 연결된 출력단으로 출력하도록 제어한다. 또한, 수신 채널 스위치(220)를 제어하여 제2 안테나(10b),..., 제 n 안테나(10n)와 연결되는 입력단 들 중 순차적으로 수신되는 RF 신호를 출력하도록 한다. 그리고, 모든 수신 모드 안테나를 통해 RF 신호를 수신한 다음에는, 제 2 안테나(10b)를 송신모드로 설정하고, 제 2 안테나(10b) 이외 다른 안테나들이 수신 모드로 설정되도록 모드 변환 스위치(200a,..200n)를 제어한다. 이후에는 제 1 안테나(10a)가 송신모드로 설정되었을 때와 동일하게 동작한다.

즉, 스위칭 제어부(42)는 총 n개의 안테나들이 송신모드로 동작 되도록 스위칭 제어하고, 하나의 안테나가 송신 모드로 동작할 때 n-1개의 수신 모드 안테나들로부터 순차적으로 RF 신호를 수신하도록 제어한다.

데이터 처리부(45)는 신호 변환부(30)로부터 디지털 변환된 신호를 입력받는다. 그리고 이를 이용하여 환부 내부의 유전율 분포 영상 및 도전율 분포 영상을 생성한다. 이때 데이터 처리부(45)는 스위칭 제어부(42)의 제어에 따라 다수의 안테나들 각각을 송신 모드로 설정하여 측정한 결과값들을 모두 취합하여 유전율 분포 영상 및 도전율 분포 영상을 생성하는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명에 따른 암 진단 방법의 플로우차트이다.

먼저, 다수의 안테나들 중 하나를 송신 모드로 설정하고, 나머지 안테나들은 수신 모드로 설정한다(S300). 그리고 송신 모드의 안테나를 통해 인체로 전자파 신호를 송신한다(S310). 수신 모드 안테나들은 인체를 통해 전자파 신호를 수신한다(S320). 이때 복수의 수신 모드 안테나들 중 순차적으로 하나의 안테나를 통해서 전자파 신호를 수신한다. 복수의 수신 안테나들 각각에 대해 모두 순차적으로 전자파 신호를 수신하였으면(S330), 다수의 안테나들 중 다른 안테나를 송신 모드로 변경한다. 그리고 이 경우 마찬가지로 송신 모드로 설정된 안테나 이외에 다른 안테나들은 수신 모드로 설정된다. 그리고 수신 모드로 설정된 안테나들에 대해서 역시 순차적으로 전자파 신호를 수신한다. 다수의 안테나들이 모두 송신 모드로 설정하여 동작할때가지, 안테나들의 모드를 변경하여 전자파 신호를 송수신하는 과정을 반복한다. 모든 안테나들이 송신 모드로 동작 한 경우에는(S340), 수신된 전자파 신호들을 취합하여 유전율 분포 영상 혹은 도전율 분포 영상을 생성한다(S350). 이렇게 생성된 영상을 통해 인체의 암 발생 여부를 진단할 수 있다.

이제까지 본 발명에 대해 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 암 진단 장치의 구성을 도시한 블록도,

도 2 는 본 발명에 따른 암 진단 장치의 스위칭부를 상세히 도시한 예시도,

도 3은 본 발명에 따른 암 진단 방법의 플로우차트이다.

Claims (7)

1. 인체로 전자파 신호를 송신하고, 인체를 통해 상기 전자파 신호를 수신하는 다수의 안테나들;

   상기 다수의 안테나들 각각에 연결되어 상기 안테나들을 송신 모드 혹은 수신 모드로 모드 변환하는 다수의 모드 변환 스위치들과, 상기 모드 변환 스위치들 각각에 연결되는 다수의 수신 입력단들과 하나의 수신 출력단을 구비하여, 수신 모드 상태의 모드 변환 스위치와 연결된 상기 수신 입력단들 중 하나로 입력되는 전자파 신호를 상기 수신 출력단으로 출력하는 수신 채널 스위치로 구성된 스위칭부;

   상기 스위칭부에서의 스위칭 결과 수신 모드로 설정된 안테나로부터 수신되는 전자파 신호를 중간 주파수 신호로 변환하는 신호 변환부; 및

   순차적으로 상기 모드 변환 스위치들 중 하나를 선택하여 송신 모드로 설정하고, 나머지 모드 변환 스위치들을 수신 모드로 설정하고, 상기 수신 채널 스위치가 수신 모드로 설정된 모드 변환 스위치들로부터 순차적으로 전자파 신호를 수신하도록 제어하는 스위칭 제어부와 상기 변환된 중간 주파수 신호로부터 인체 내부의 유전율 분포 영상을 파악하는 데이터 처리부를 포함하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 특성을 이용한 인체 암 진단 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 스위칭부는

   하나의 송신 입력단과 상기 모드 변환 스위치들 각각에 연결되는 다수의 송신 출력단들을 구비하여, 상기 입력단으로 입력되는 전자파 신호를 송신 모드 상태의 모드 변환 스위치와 연결된 송신 출력단으로 출력하는 송신 채널 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 특성을 이용한 인체 암 진단 장치.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 변환부는

   상기 스위칭부를 통해 수신되는 전자파 신호를 증폭하는 제 1 증폭기;

   입력되는 국부 발진 신호를 증폭하기 위한 제 2 증폭기;

   상기 제 1 증폭기에서 증폭된 전자파 신호와 상기 제 2 증폭기에서 증폭된 국부 발진 신호를 혼합하기 위한 믹서; 및

   상기 혼합된 신호를 필터링하여 상기 데이터 처리부로 출력하는 저역 통과 필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 특성을 이용한 인체 암 진단 장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 신호 변환부는,

   신호 생성부로부터 입력되는 전자파 신호를 증폭하여 상기 스위칭부를 통해 출력하기 위한 전력 증폭기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 특성을 이용한 인체 암 진단 장치.
6. 삭제
7. 삭제

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