KR20200138980A - Apparatus and System for Sensing and Controlling Super Paramagnetic Nanoparticle - Google Patents

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KR20200138980A
KR20200138980A KR1020190065421A KR20190065421A KR20200138980A KR 20200138980 A KR20200138980 A KR 20200138980A KR 1020190065421 A KR1020190065421 A KR 1020190065421A KR 20190065421 A KR20190065421 A KR 20190065421A KR 20200138980 A KR20200138980 A KR 20200138980A
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윤정원
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Abstract

Disclosed are a device and system for sensing and controlling fine particles with the superparamagnetism. According to one aspect of an embodiment of the present invention, the device for sensing fine particles, which are injected into an object or a human body, with the superparamagnetism comprises: a plurality of first coils emitting a magnetic field to the outside, but forming a region where the magnetic field does not exist; a plurality of second coils emitting a magnetic field to the outside to move a position of the region where the magnetic field does not exist in three dimensions; an excitation coil emitting an excitation signal, which excites the fine particles; and a receiving coil receiving an output signal outputted from the fine particles. The fine particles output the output signal only when the excitation signal is received at a region where a magnetic field does not exist.

Description

초상자성을 갖는 미세입자를 감지하고 제어하는 장치 및 시스템{Apparatus and System for Sensing and Controlling Super Paramagnetic Nanoparticle}Apparatus and System for Sensing and Controlling Super Paramagnetic Nanoparticles

본 발명은 물체 또는 인체 내에 주입되는 초상자성을 갖는 미세입자를 세밀히 감지하고 이를 제어할 수 있는 장치 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a system capable of finely detecting and controlling microparticles having superparamagnetic properties injected into an object or a human body.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The content described in this section merely provides background information on the present embodiment and does not constitute the prior art.

의료 분야에서 인체를 해부하지 않고 내부를 촬영할 수 있는 영상 시스템은 질병 진단 및 건강 검진 등에서 각광받고 있다. 이러한 영상 시스템은 일정한 에너지를 인체에 투과하고, 인체 내의 특성에 따라 투과하거나 반사하는 특징을 이용하여 인체 내부의 영상을 획득할 수 있다. 예를 들어, 영상 시스템은 X선 영상 장치, 초음파 영상 장치, 컴퓨터 단층 촬영 장치(Computed Tomography Apparatus, CT 장치), 또는 자기 공명 영상(Magnetic Resonance Imaging, MRI) 장치를 포함할 수 있다.In the medical field, an imaging system capable of photographing the inside of a human body without dissecting it is in the spotlight in disease diagnosis and health checkups. Such an imaging system transmits a certain energy to the human body and acquires an image inside the human body by using a characteristic that transmits or reflects the energy according to the characteristics of the human body. For example, the imaging system may include an X-ray imaging device, an ultrasound imaging device, a Computed Tomography Apparatus (CT device), or a Magnetic Resonance Imaging (MRI) device.

종래의 영상 시스템은 방사능 노출이나 고 해상도 영상 획득의 어려움 등의 문제점을 갖는다. 최근에는, 초상자성 나노 입자를 추적자로 사용하여 고분해능 생체 영상을 고속으로 획득할 수 있는 MPI(Magnetic particle imaging) 장치가 차세대 영상 시스템으로 대두되고 있다. MPI 장치는 나노 입자로부터 유도되는 전기 신호로부터 복수의 고조파를 포함하는 스펙트럼을 획득할 수 있다. MPI 장치는 방사선 없이 작동 가능하며, 초상자성 나노입자(SPION)의 농도에 비례하게 3차원 분포 영상을 실시간으로 제공할 수 있어, 심혈관 또는 뇌혈관 등의 진단, 세포 라벨링 및 추적과 같은 다양한 의료 응용 분야에서 사용될 수 있다.Conventional imaging systems have problems such as exposure to radiation or difficulty in obtaining high-resolution images. Recently, a magnetic particle imaging (MPI) device capable of obtaining high-resolution biometric images at high speed using superparamagnetic nanoparticles as a tracer has emerged as a next-generation imaging system. The MPI device may acquire a spectrum including a plurality of harmonics from an electrical signal derived from nanoparticles. The MPI device can operate without radiation and can provide a three-dimensional distribution image in real time proportional to the concentration of superparamagnetic nanoparticles (SPION), so it can be used in various medical applications such as cardiovascular or cerebrovascular diagnosis, cell labeling and tracking. Can be used in the field.

다만, 종래의 MPI 장치는 장치의 구조적 특성상 아주 작은 물체 내 초상자성 나노입자에 대해서만 감지하고 영상을 획득할 수 있는 불편이 존재하였다. 이에 따라, 물체를 넘어 인간 스케일에 적용하기에는 무리가 있어 의료기기로서는 역할이 아주 미미한 수준에 불과했다. 또한, 종래의 MPI 장치는 감지의 폭은 아주 좁았던 반면, 나노입자를 감지하기 위한 해상도는 현저히 떨어져 나노입자를 세세하게 구분할 수 있는 능력 또한 마찬가지로 떨어지는 불편이 존재하였다.However, in the conventional MPI device, due to the structural characteristics of the device, there is an inconvenience of detecting only superparamagnetic nanoparticles in a very small object and obtaining an image. Accordingly, it is difficult to apply to human scales beyond objects, so the role as a medical device was only a very small level. In addition, while the conventional MPI device had a very narrow detection width, the resolution for detecting nanoparticles was significantly lowered, and the ability to finely distinguish nanoparticles was also inconvenient.

본 발명의 일 실시예는, 감지할 수 있는 작업공간과 분해능이 현저히 증가한 미세입자 감지장치 및 시스템을 제공하는 데 일 목적이 있다.An object of the present invention is to provide an apparatus and system for detecting fine particles in which a detectable work space and resolution are significantly increased.

또한, 본 발명의 일 실시예는, 물체 또는 인체 내 주입된 미세입자를 원하는 위치로 이동시킬 수 있는 미세입자 감지장치 및 시스템을 제공하는 데 일 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide an apparatus and a system for detecting fine particles capable of moving an object or fine particles injected into a human body to a desired position.

본 발명의 일 측면에 의하면, 물체 또는 인체 내 주입된, 상자성 또는 초상자성을 갖는 미세입자를 감지하는 미세입자 감지장치에 있어서, 자기장을 외부로 방출하되, 자기장이 존재하지 않는 부위를 형성하는 복수의 제1 코일과 자기장을 외부로 방출하여, 상기 자기장이 존재하지 않는 부위의 위치를 3차원 상에서 이동시키는 복수의 제2 코일과 상기 미세입자를 여기시키는 여기신호를 방출하는 여기코일 및 상기 미세입자가 출력하는 출력신호를 수신하는 수신코일을 포함하며, 상기 미세입자는 자기장이 존재하지 않는 부위에서 여기신호를 수신하는 경우에만 출력신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 미세입자 감지장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, in the microparticle detection device for detecting microparticles having paramagnetic or superparamagnetic properties injected into an object or a human body, a plurality of particles that emit a magnetic field to the outside, but form a region where the magnetic field does not exist. A plurality of second coils that emit a first coil and a magnetic field of to the outside to move the position of a region where the magnetic field does not exist in three dimensions, an excitation coil that emits an excitation signal to excite the fine particles, and the fine particles And a receiving coil for receiving an output signal output by the microparticle, wherein the microparticle outputs an output signal only when an excitation signal is received at a region where a magnetic field does not exist.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 복수의 제1 코일과 상기 복수의 제2 코일은 서로 분리되어 배치되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, the plurality of first coils and the plurality of second coils are disposed to be separated from each other.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 여기신호는 기 설정된 기준치 이하의 주파수를 갖는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, the excitation signal is characterized in that it has a frequency less than a preset reference value.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 복수의 제2 코일이 방출하는 자기장은 기 설정된 기준치 이상의 주파수를 갖는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, the magnetic field emitted by the plurality of second coils is characterized in that it has a frequency equal to or higher than a preset reference value.

본 발명의 일 측면에 의하면, 물체 또는 인체 내 주입된, 상자성 또는 초상자성을 갖는 미세입자를 감지하는 미세입자 감지장치에 있어서, 자기장을 외부로 방출하되, 자기장이 존재하지 않는 부위를 형성하는 복수의 제1 코일과 자기장을 외부로 방출하여, 상기 자기장이 존재하지 않는 부위의 위치를 3차원 상에서 이동시키는 복수의 제2 코일과 자기장을 외부로 방출하여, 상기 미세입자의 위치를 3차원 상에서 이동시키는 복수의 제3 코일과 상기 미세입자를 여기시키는 여기신호를 방출하는 여기코일 및 상기 미세입자가 출력하는 출력신호를 수신하는 수신코일을 포함하며, 상기 미세입자는 자기장이 존재하지 않는 부위에서 여기신호를 수신하는 경우에만 출력신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 미세입자 감지장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, in the microparticle detection device for detecting microparticles having paramagnetic or superparamagnetic properties injected into an object or a human body, a plurality of particles that emit a magnetic field to the outside, but form a region where the magnetic field does not exist. The first coil and magnetic field of are emitted to the outside, and a plurality of second coils and magnetic fields that move the position of the part where the magnetic field does not exist in three dimensions are released to the outside, and the position of the fine particles is moved in three dimensions. And a plurality of third coils, an excitation coil that emits an excitation signal to excite the fine particles, and a receiving coil that receives an output signal output from the fine particles, wherein the fine particles are excited at a portion where a magnetic field does not exist. It provides a fine particle detection device, characterized in that outputting the output signal only when the signal is received.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 복수의 제1 코일 중 일부 또는 전부는 상기 복수의 제3 코일 중 일부 또는 전부와 동일한 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, some or all of the plurality of first coils are the same as some or all of the plurality of third coils.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 복수의 제3 코일은 상기 미세입자 감지장치에 포함된 나머지 코일이 자기장을 방출하지 않는 동안에만 자기장을 방출하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, the plurality of third coils emit magnetic fields only while the remaining coils included in the fine particle detection device do not emit magnetic fields.

본 발명의 일 측면에 의하면, 물체 또는 인체 내 주입된, 상자성 또는 초상자성을 갖는 미세입자를 감지하여, 미세입자의 이미지를 출력하는 미세입자 감지 시스템에 있어서, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 미세입자 감지장치와 상기 미세입자 감지장치의 동작을 제어하는 제어부 및 상기 미세입자 감지장치가 상기 미세입자로부터 수신한 출력신호를 출력하는 모니터링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세입자 감지 시스템을 제공한다.According to an aspect of the present invention, in a fine particle detection system for detecting fine particles having paramagnetic or superparamagnetic properties injected into an object or a human body and outputting an image of the fine particles, any one of claims 1 to 7 Provides a fine particle detection system, characterized in that it comprises a control unit for controlling the operation of the fine particle detection device and the fine particle detection device of claim, and a monitoring unit for outputting an output signal received from the fine particle detection device do.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제어부는 상기 복수의 제2 코일 중 일부 또는 전부를 제어하여, 상기 자기장이 존재하지 않는 부위의 위치를 3차원 상에서 기 설정된 위치로 이동시키는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, the control unit may control some or all of the plurality of second coils to move a position of a region where the magnetic field does not exist to a preset position in three dimensions.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제어부는 복수의 제3 코일 중 일부 또는 전부를 제어하여, 상기 미세입자의 위치를 3차원 상에서 기 설정된 위치로 이동시키는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, the controller may control some or all of the plurality of third coils to move the position of the fine particles to a preset position in three dimensions.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 미세입자를 감지할 수 있는 작업공간이 현저히 증가하여 미세입자 감지장치 및 시스템이 인체에 까지 적용될 수 있으며, 분해능이 증가하여 분석결과의 정확도가 현저히 상승할 수 있는 장점이 있다.As described above, according to an aspect of the present invention, the work space capable of detecting fine particles is significantly increased, so that the fine particle detection device and system can be applied to the human body, and the accuracy of the analysis result is increased by increasing the resolution. There is an advantage that can be significantly increased.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 물체 또는 인체 내 주입된 미세입자를 원하는 위치로 이동시킬 수 있어, 분석하고자 하는 부위를 신속·정확하게 분석할 수 있는 장점이 있다.In addition, according to an aspect of the present invention, the object or microparticles injected into the human body can be moved to a desired position, and thus, a region to be analyzed can be quickly and accurately analyzed.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 감지 시스템의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세입자 감지 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 입자 감지부의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제3 코일 및 제4 코일의 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 FFP와 FFP 외부에 위치한 미세입자로부터 출력되는 출력신호를 도시한 그래프이다.
도 6은 코일로 입력되는 각 전류에 대해, 작업공간의 각 위치에서의 힘계수를 도시한 그래프이다.
도 7은 코일에서 출력되는 신호의 주파수에 대해, 작업공간의 각 위치에서의 자기장 기울기를 도시한 그래프이다,
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세입자 감지 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 입자 감지 및 조절부의 구성을 도시한 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 감지 시스템과 종래의 미세입자 감지 시스템이 동일한 미세입자에 대해 모니터링하는 결과를 도시한 도면이다.1 is a perspective view of a fine particle detection system according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing the configuration of a fine particle detection system according to a first embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing the configuration of a particle detection unit according to the first embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing the structure of a third coil and a fourth coil according to the first embodiment of the present invention.
5 is a graph showing an output signal output from an FFP and fine particles located outside the FFP.
6 is a graph showing the force coefficient at each position of the working space for each current input to the coil.
7 is a graph showing the slope of the magnetic field at each position of the working space with respect to the frequency of the signal output from the coil.
8 is a diagram showing the configuration of a fine particle detection system according to a second embodiment of the present invention.
9 is a diagram showing the configuration of a particle detection and control unit according to a second embodiment of the present invention.
10 and 11 are views showing results of monitoring the same fine particles by the fine particle detection system and the conventional fine particle detection system according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.In the present invention, various changes may be made and various embodiments may be provided, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it is to be understood to include all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each drawing, similar reference numerals have been used for similar elements.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element. The term and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. Should be. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "include" or "have" should be understood as not precluding the possibility of existence or addition of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification. .

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.Unless otherwise defined, all terms, including technical or scientific terms, used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. Does not.

또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호 간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.In addition, each configuration, process, process, or method included in each embodiment of the present invention may be shared within a range not technically contradicting each other.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 감지 시스템의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세입자 감지 시스템의 구성을 도시한 도면이다.1 is a perspective view of a fine particle detection system according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a fine particle sensing system according to a first exemplary embodiment of the present invention.

도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세입자 감지 시스템(100)은 입자 감지부(210), 신호 발생부(220), 전원 공급부(230), 제어부(240) 및 모니터링부(250)를 포함한다.1 and 2, the fine particle detection system 100 according to the first embodiment of the present invention includes a particle detection unit 210, a signal generation unit 220, a power supply unit 230, a control unit 240, and It includes a monitoring unit 250.

미세입자 감지 시스템(100)은 초상자성 미세입자의 비선형특성에 기반하여, 초상자성 미세입자의 영상을 획득하는 시스템이다. 초상자성 미세입자란 외부 자기장이 가해지지 않은 상태에서는 열적운동에 의해 자화가 사라지는 반면, 외부 자기장이 가해진 경우 자화되어 자기포화현상을 나타내는 물질이다. 초상자성 미세입자, 예를 들어, 나노입자는 상태를 감지하고자 하는 물체나 인체 내에 주입되어, 물체나 인체 내를 유동하게 된다. 미세입자 감지 시스템(100)은 원하는 위치나 부위에서 초상자성 미세입자의 공간 분포를 감지하여 출력함으로써, 시스템 사용자가 물체 또는 인체 내 미세입자의 움직임이나 공간분포를 확인할 수 있도록 한다.The microparticle detection system 100 is a system that acquires images of superparamagnetic microparticles based on nonlinear characteristics of superparamagnetic microparticles. Superparamagnetic microparticles are substances that exhibit magnetic saturation by being magnetized when an external magnetic field is applied, whereas magnetization disappears due to thermal motion in a state where an external magnetic field is not applied. Superparamagnetic microparticles, for example, nanoparticles, are injected into an object or human body to detect a state, and thus flow through the object or human body. The fine particle detection system 100 detects and outputs the spatial distribution of superparamagnetic fine particles at a desired position or part, so that a system user can check the motion or spatial distribution of the fine particles in an object or human body.

미세입자 감지 시스템(100)은 초상자성 미세입자가 자화되도록 하는 여기신호(Excitation Signal)를 지속적으로 방출하여 초상자성 미세입자들을 자화시킨다. 한편, 미세입자 감지 시스템(100)은 자기장이 존재하지 않는 지점(FFP: Field Free Point) 또는 영역(FFR: Field Free Region)을 생성하여 해당 지점 또는 영역(이하에서, 'FFP' 또는 'FFR'이라 칭함)내에 진입한 미세입자는 자화가 해제되도록 하여, FFP 또는 FFR 내로 진입한 미세입자만이 여기신호에 대한 출력신호를 출력하도록 한다. 이에 따라, 미세입자 감지 시스템(100)은 FFP 또는 FFR의 위치를 제어하여 모니터링하고자 하는 부위의 미세입자의 이동성이나 공간 분포에 대한 정보를 모니터링할 수 있다.The fine particle detection system 100 magnetizes the superparamagnetic fine particles by continuously emitting an excitation signal that causes the superparamagnetic fine particles to be magnetized. On the other hand, the fine particle detection system 100 generates a point (FFP: Field Free Point) or a region (FFR: Field Free Region) where a magnetic field does not exist, and the corresponding point or region (hereinafter,'FFP' or'FFR' (Referred to as hereinafter referred to as)) so that magnetization is released so that only the fine particles entering the FFP or FFR output an output signal for the excitation signal. Accordingly, the microparticle detection system 100 may control the position of the FFP or FFR to monitor information on the mobility or spatial distribution of the microparticles at the site to be monitored.

입자 감지부(210)는 초상자성 미세입자가 자화되도록 하는 여기신호를 방출하며, FFP 또는 FFR을 형성하여 FFP 또는 FFR 내로 진입한 미세입자를 감지한다. 입자 감지부(210)는 기 설정된 제1 면적을 갖는 작업 공간 전체에 여기신호를 방출하는 코일, 자기장을 방출하되 기 설정된 제2 면적을 갖는 FFP 또는 FFR를 형성하는 코일, 형성된 FFP 또는 FFR의 위치를 3차원 상에서 이동시키는 코일 및 FFP 또는 FFR 내 초상자성 미세입자가 출력하는 드라이브(Drive) 신호를 수신하는 코일을 포함한다. 입자 감지부(210)는 미세입자 감지 시스템(100)의 작업공간 전체에 여기신호를 방출하여, 검사 대상 물체 또는 인체 내 주입된 모든 초상자성 미세입자들이 여기신호에 의해 자화되도록 한다. 다만, 입자 감지부(210)는 FFP 또는 FFR를 형성하여, 해당 영역 내 진입한 초상자성 미세입자들이 자화를 해제할 수 있도록 한다. 자화가 해제된 초상자성 미세입자들은 여기신호를 수신할 경우, 그에 대응되는 출력신호를 출력한다. 입자 감지부(210)는 미세입자가 출력하는 출력신호를 수신함으로써, FFP 또는 FFR가 배치되어 있는 특정 부위에서의 미세입자를 감지할 수 있다. 이를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The particle detector 210 emits an excitation signal for magnetizing superparamagnetic microparticles, and detects microparticles entering the FFP or FFR by forming FFP or FFR. The particle detection unit 210 is a coil that emits an excitation signal over the entire work space having a preset first area, a coil that emits a magnetic field but forms an FFP or FFR having a preset second area, and the location of the formed FFP or FFR And a coil for receiving a drive signal output from the superparamagnetic microparticles in the FFP or FFR and a coil for moving in three dimensions. The particle detection unit 210 emits an excitation signal throughout the work space of the fine particle detection system 100 so that all superparamagnetic fine particles injected into the object to be inspected or the human body are magnetized by the excitation signal. However, the particle detection unit 210 forms FFP or FFR so that superparamagnetic microparticles entering the corresponding region can release magnetization. When the superparamagnetic fine particles whose magnetization is released receive an excitation signal, they output an output signal corresponding thereto. The particle detection unit 210 may detect the fine particles in a specific region where the FFP or FFR is disposed by receiving an output signal output from the fine particles. This is described in more detail as follows.

도 5는 FFP와 FFP 외부에 위치한 미세입자로부터 출력되는 출력신호를 도시한 그래프이다.5 is a graph showing an output signal output from an FFP and fine particles located outside the FFP.

도 5(a)는 FFP 또는 FFR 내로 유입된 미세입자의 특성과 그에 따라 미세입자로부터 출력되는 출력신호를 도시한 그래프이다.5(a) is a graph showing the characteristics of fine particles introduced into the FFP or FFR and an output signal output from the fine particles accordingly.

FFP 또는 FFR 내에서는 자기장이 존재하지 않기 때문에, 초상자성 미세입자는 자화가 해제된다. 이에 따라, 초상자성 미세입자의 특성(M-H)은 원점(0)에 수렴하게 된다. 초상자성 미세입자로 여기신호(HD-t)가 입력될 경우, 초상자성 미세입자는 일정한 진폭의 출력신호(M-t)를 출력한다. 제4 코일(350)은 이러한 출력신호를 수신하여 제어부(240)로 전달하며, 제어부(240)는 시간 영역(t)와 주파수 영역(f)에서 출력신호를 분석하여, 초상자성 미세입자의 움직임이나 공간분포를 분석한다.Since there is no magnetic field in FFP or FFR, superparamagnetic microparticles are demagnetized. Accordingly, the characteristics (MH) of the superparamagnetic fine particles converge to the origin (0). When the excitation signal H D -t is input to the superparamagnetic fine particles, the superparamagnetic fine particles output an output signal Mt of a constant amplitude. The fourth coil 350 receives such an output signal and transmits it to the control unit 240, and the control unit 240 analyzes the output signal in the time domain (t) and the frequency domain (f), and moves the superparamagnetic fine particles. Or analyze the spatial distribution.

도 5(b)는 FFP 또는 FFR 외부에 위치한 미세입자의 특성과 그에 따라 미세입자로부터 출력되는 출력신호를 도시한 그래프이다.5(b) is a graph showing the characteristics of fine particles located outside the FFP or FFR and an output signal output from the fine particles accordingly.

FFP 또는 FFR 외부에 위치한 초상자성 미세입자는 여기신호(HD-t)에 의해 자화된다. 이에 따라, 초상자성 미세입자의 특성(M-H)은 +M이든 -M이든 포화된 위치로 수렴하게 된다. 초상자성 미세입자로 여기신호(HD-t)가 입력되더라도, 초상자성 미세입자로부터 출력신호는 거의 나오지 않는다.Superparamagnetic microparticles located outside the FFP or FFR are magnetized by an excitation signal (H D -t). Accordingly, the characteristics (MH) of superparamagnetic microparticles converge to a saturated position, whether +M or -M. Even if an excitation signal (H D -t) is input to the superparamagnetic fine particles, an output signal hardly comes out from the superparamagnetic fine particles.

이러한 특징에 따라, 입자 감지부(210)는 FFP 또는 FFR로 유입된 초상자성 미세입자를 감지할 수 있으며, FFP 또는 FFR의 면적이 좁아지면 좁아질수록 보다 세밀하게 초상자성 미세입자를 감지할 수 있어 초상자성 미세입자의 감지 분해능이 우수해질 수 있다. 또한, 입자 감지부(210)는 FFP 또는 FFR를 3차원 상에서 이동시킴으로써, 원하는 위치에서 초상자성 미세입자를 감지할 수 있다. 입자 감지부(210)의 보다 구체적인 구조는 도 3 및 4를 참조하여 후술하기로 한다.According to this characteristic, the particle detection unit 210 can detect superparamagnetic microparticles introduced into the FFP or FFR, and the narrower the area of the FFP or FFR is, the more finely the superparamagnetic microparticles can be detected. Therefore, the detection resolution of superparamagnetic fine particles can be excellent. In addition, the particle detection unit 210 may detect superparamagnetic microparticles at a desired position by moving the FFP or FFR in three dimensions. A more specific structure of the particle detection unit 210 will be described later with reference to FIGS. 3 and 4.

다시 도 2를 참조하면, 신호 발생부(220)는 여기신호를 발생시키는 코일과 FFP 또는 FFR의 위치를 3차원 상에서 이동시키는 코일이 각각 여기신호와 드라이브 신호를 생성할 수 있도록 하는 신호를 공급한다. 여기서, 신호 발생부(220)가 공급하는 신호는 일정한 주파수를 갖는 교류신호일 수 있다.Referring back to FIG. 2, the signal generator 220 supplies signals for generating an excitation signal and a coil for moving the position of the FFP or FFR in three dimensions to generate an excitation signal and a drive signal, respectively. . Here, the signal supplied by the signal generator 220 may be an AC signal having a constant frequency.

전원 공급부(230)는 FFP 또는 FFR를 형성하는 코일로 전원을 공급한다. 여기서, 전원 공급부(230)가 공급하는 전원은 DC 전원일 수 있다.The power supply unit 230 supplies power to a coil forming an FFP or an FFR. Here, the power supplied by the power supply unit 230 may be DC power.

제어부(240)는 입자 감지부(210)의 동작여부 및 입자 감지부(210)의 동작을 제어한다. 제어부(240)는 입자 감지부(210)로 신호 발생부(220)의 신호 또는 전원 공급부(230)의 전원이 공급될지 여부를 제어함으로써, 입자 감지부(210)가 동작할지 여부를 제어한다. 또한, 입자 감지부(210)가 동작을 할 경우, 제어부(240)는 전원 공급부(230)가 공급하는 전원의 세기를 조절하여 FFP 또는 FFR의 면적을 제어할 수 있으며, 신호 발생부(220)를 제어하여 FFP 또는 FFR의 위치를 제어할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명도 도 3을 참조하여 후술하기로 한다.The control unit 240 controls whether or not the particle detection unit 210 is operated and the operation of the particle detection unit 210. The control unit 240 controls whether the particle detection unit 210 operates by controlling whether a signal from the signal generation unit 220 or power from the power supply unit 230 is supplied to the particle detection unit 210. In addition, when the particle detection unit 210 operates, the control unit 240 may control the area of the FFP or FFR by adjusting the strength of power supplied by the power supply unit 230, and the signal generation unit 220 You can control the position of the FFP or FFR. A detailed description thereof will also be described later with reference to FIG. 3.

모니터링부(250)는 입자 감지부(210)가 수신한 출력신호를 영상 또는 이미지로 출력함으로써, 미세입자 감지 시스템(100)의 사용자가 초상자성 미세입자에 대한 영상 또는 이미지를 모니터링할 수 있도록 한다.The monitoring unit 250 outputs the output signal received by the particle detection unit 210 as an image or image, so that the user of the fine particle detection system 100 can monitor the image or image of the superparamagnetic fine particles. .

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세입자 감지부의 구성을 도시한 도면이다.3 is a diagram showing the configuration of a fine particle detection unit according to the first embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세입자 감지부(210)는 제1 코일(310, 315), 제2 코일(320a, 320b, 324a, 324b, 328), 코어(330, 335), 제3 코일(340) 및 제4 코일(350)을 포함한다.3, the fine particle detection unit 210 according to the first embodiment of the present invention includes first coils 310 and 315, second coils 320a, 320b, 324a, 324b, 328, and core 330. , 335), a third coil 340 and a fourth coil 350.

제1 코일(310, 315)은 전원 공급부(230)로부터 DC 전원을 공급받아 자기장을 방출하되, 기 설정된 제2 면적의 FFP 또는 FFR을 형성한다. 이때, 제1 코일(310, 315)으로 서로 방향이 반대인 전원이 공급된다. 서로 방향이 반대인 전원이 각 제1 코일(310, 315)로 인가될 경우, 제1 코일(310, 315)은 멕스웰(Maxwell)코일과 같이 동작을 한다. 즉, 제1 코일(310)과 제1 코일(315)은 각각 경사를 갖는 자기장을 방출하며, 각각에 인가되는 전원의 방향이 상반되기 때문에 기 설정된 제2 면적만큼에서 자기장이 서로 상쇄되어 자기장이 존재하지 않는 지점 또는 영역(FFP 또는 FFR)을 형성한다. 이때, 제1 코일(310, 315)이 방출하는 자기장의 기울기가 증가할수록, 형성되는 FFP 또는 FFR의 면적이 작아진다. FFP 또는 FFR의 면적이 작아진다는 의미는 그만큼, FFP 또는 FFR 내로 유입되는 미세입자의 숫자가 적어져 감지하고자 하는 미세입자에 대한 분해능이 우수해짐을 뜻한다. 여기서, FFP 또는 FFR의 면적(기 설정된 제2 면적)은 미세입자가 수 개 이내로 포함되는 면적일 수 있다. 제1 코일(310, 315)은 FFP 또는 FFR을 감지 대상인 물체 또는 인체가 위치한 작업 공간 내에 형성한다.The first coils 310 and 315 are supplied with DC power from the power supply unit 230 to emit a magnetic field, and form an FFP or FFR having a second predetermined area. At this time, power in opposite directions is supplied to the first coils 310 and 315. When power in opposite directions is applied to each of the first coils 310 and 315, the first coils 310 and 315 operate like a Maxwell coil. That is, the first coil 310 and the first coil 315 each emit a magnetic field having a gradient, and since the directions of power applied to each are opposite, the magnetic fields cancel each other by a predetermined second area. It forms a non-existent point or region (FFP or FFR). At this time, as the slope of the magnetic field emitted by the first coils 310 and 315 increases, the area of the formed FFP or FFR decreases. The decrease in the area of the FFP or FFR means that the number of microparticles flowing into the FFP or FFR decreases, resulting in excellent resolution for the microparticles to be detected. Here, the area of the FFP or FFR (a preset second area) may be an area including within several microparticles. The first coils 310 and 315 form the FFP or FFR in a work space in which an object to be sensed or a human body is located.

제1 코일(310, 315)은 각각 내부에 코어(330, 335)가 위치할 수 있도록 하는 공간을 구비한다.Each of the first coils 310 and 315 has a space in which the cores 330 and 335 can be positioned.

제2 코일(320a, 320b, 324a, 324b, 328)은 FFP 또는 FFR의 위치를 이동시키는 자기장(드라이브 신호)을 3차원 상으로 방출한다.The second coils 320a, 320b, 324a, 324b, and 328 emit a magnetic field (drive signal) that moves the position of the FFP or FFR in a three-dimensional image.

제2 코일(320a 및 320b)은 각각 x축 방향으로 드라이브 신호를 방출한다. 제2 코일(320a 및 320b)은 신호 발생부(220)로부터 신호를 인가받아 드라이브 신호를 방출함으로써, 제1 코일(310, 315)이 형성하는 FFP 또는 FFR의 위치를 +x축 방향 또는 -x축 방향으로 이동시킨다.The second coils 320a and 320b respectively emit drive signals in the x-axis direction. The second coils 320a and 320b receive a signal from the signal generator 220 and emit a drive signal, so that the position of the FFP or FFR formed by the first coils 310 and 315 is changed in the +x axis direction or -x. Move in the axial direction.

제2 코일(324a 및 324b)은 각각 y축 방향으로 드라이브 신호를 방출한다. 제2 코일(324a 및 324b)은 신호 발생부(220)로부터 신호를 인가받아 드라이브 신호를 방출함으로써, 제1 코일(310, 315)이 형성하는 FFP 또는 FFR의 위치를 +y축 방향 또는 -y축 방향으로 이동시킨다.The second coils 324a and 324b respectively emit drive signals in the y-axis direction. The second coils 324a and 324b receive a signal from the signal generator 220 and emit a drive signal, thereby changing the position of the FFP or FFR formed by the first coils 310 and 315 in the +y axis direction or -y. Move in the axial direction.

제2 코일(328)은 z축 방향으로 드라이브 신호를 방출한다. 제2 코일(328)은 신호 발생부(220)로부터 신호를 인가받아 드라이브 신호를 방출함으로써, 제1 코일(310, 315)이 형성하는 FFP 또는 FFR의 위치를 +z축 방향 또는 -z축 방향으로 이동시킨다.The second coil 328 emits a drive signal in the z-axis direction. The second coil 328 receives a signal from the signal generator 220 and emits a drive signal, so that the position of the FFP or FFR formed by the first coils 310 and 315 is changed in the +z axis direction or the -z axis direction. Move to

코어(330, 335)는 각각 제1 코일(310, 315)의 내부에 위치하여 제1 코일(310, 315)이 방출하는 자기장의 경사를 증가시킨다. 코어는 낮은, 예를 들어, 1000Am-1 미만의 낮은 고유보자력, 매우 높은 포화도 및 낮은 코어 손실을 갖는 물질로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 연자성 합금이나 철로 구현될 수 있다. 코어가 이와 같은 물질로 구현됨에 따라, 히스테리시스(Hysteresis) 성질을 최소화하며 와전류(Eddy Current)의 발생을 억제할 수 있다. 코어는 낮은 주파수의 자기장 또는 신호가 인가되는 환경에서는 히스테리시스를 최소화시키며 와전류 발생을 억제하는 성질을 유지할 수 있으나, 높은 주파수의 자기장 또는 신호가 인가되는 환경에서는 전술한 성질을 유지할 수 없는 특징을 갖는다. 이러한 특징을 갖는 코어(330, 335)가 각각 제1 코일(310, 315)의 내부에 위치함으로써, 제1 코일(310, 315)이 방출하는 자기장의 경사를 증가시킨다. 제1 코일(310, 315)이 방출하는 자기장의 경사가 증가할수록, 각 제1 코일에서 방출되는 자기장이 상쇄되는 면적이 좁아져 형성되는 FFP 또는 FFR의 면적이 좁아진다. 전술한 대로, FFP 또는 FFR의 면적이 좁아짐은 감지하고자 하는 초상자성 미세입자의 분해능이 우수해짐을 의미한다. 이러한 효과는 도 6 및 7에 도시된 그래프를 참조하여 보다 상세히 설명하도록 한다.The cores 330 and 335 are positioned inside the first coils 310 and 315, respectively, to increase the gradient of the magnetic field emitted by the first coils 310 and 315. The core may be implemented with a material having a low, for example, a low intrinsic coercivity of less than 1000Am −1 , a very high degree of saturation and a low core loss, for example, a soft magnetic alloy or iron. As the core is implemented with such a material, it is possible to minimize hysteresis and suppress the occurrence of eddy current. The core minimizes hysteresis in an environment where a low-frequency magnetic field or signal is applied and maintains a property of suppressing the generation of eddy current, but has a characteristic that cannot maintain the above-described properties in an environment where a high-frequency magnetic field or signal is applied. Since the cores 330 and 335 having such characteristics are located inside the first coils 310 and 315, respectively, the slope of the magnetic field emitted by the first coils 310 and 315 is increased. As the slope of the magnetic field emitted by the first coils 310 and 315 increases, the area at which the magnetic field emitted from each of the first coils is canceled decreases, and the area of the FFP or FFR formed decreases. As described above, the narrowing of the FFP or FFR means that the resolution of the superparamagnetic fine particles to be detected is excellent. This effect will be described in more detail with reference to the graphs shown in FIGS. 6 and 7.

도 6은 코일로 입력되는 각 전류에 대해, 작업공간의 각 위치에서의 힘계수를 도시한 그래프이고, 도 7은 코일에서 출력되는 신호의 주파수에 대해, 작업공간의 각 위치에서의 자기장 기울기를 도시한 그래프이다,6 is a graph showing the force coefficient at each position of the working space for each current input to the coil, and Fig. 7 is a graph showing the magnetic field gradient at each position of the working space with respect to the frequency of the signal output from the coil. It is a graph shown,

도 6을 참조하면, 작업공간의 동일한 위치에서 제1 코일(310, 315)로 입력되는 전류가 증가할수록 힘계수는 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이때, 코일로 7A의 전류가 입력되는 경우에 있어, 작업공간의 1cm에서 코어가 존재하지 않는 코일은 약 1.00E+11의 힘계수를 갖는 반면, 코어가 배치된 제1 코일은 7.00E+11의 힘계수를 가져, 코어가 배치될 경우 약 7배 가량의 힘계수의 상승을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that the force coefficient increases as the current input to the first coils 310 and 315 at the same position in the work space increases. At this time, when a current of 7A is input to the coil, the coil without the core at 1cm of the working space has a force coefficient of about 1.00E+11, while the first coil with the core is 7.00E+11. It has a force coefficient of, and when the core is disposed, the increase of the force coefficient of about 7 times can be confirmed.

도 7을 참조하면, 작업공간의 동일한 위치에서 코어가 존재하지 않는 코일에서 방사되는 자기장의 기울기는 코어가 존재하는 코일에서 방사되는 자기장의 기울기보다 약 2배 가까이 작은 것을 확인할 수 있다. 또한, 코일로 인가되는 전원의 주파수가 작을수록 자기장의 기울기는 증가하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7, it can be seen that the slope of the magnetic field radiated from the coil without the core at the same location in the work space is approximately twice as small as the gradient of the magnetic field radiated from the coil with the core. In addition, it can be seen that as the frequency of the power applied to the coil decreases, the slope of the magnetic field increases.

이를 참조할 때, 제1 코일(310, 315) 내부에 코어(330, 335)가 배치될 경우, 각 코일에서 방출되는 자기장의 힘계수와 기울기 상승을 유도하여 보다 좁은 FFP 또는 FFR이 형성될 수 있다.When referring to this, when the cores 330 and 335 are disposed inside the first coils 310 and 315, a narrower FFP or FFR may be formed by inducing an increase in the force coefficient and slope of the magnetic field emitted from each coil. have.

제3 코일(340)는 작업 공간 전체에 미세입자들을 자화시키는 자기장(여기신호)을 방출한다. 제3 코일(340)은 신호 발생부(220)로부터 신호를 인가받아, 미세입자들을 자화시키는 여기신호를 방출한다. 제3 코일(340)로부터 방출되는 여기신호를 수신한 미세입자들은 자화된다. The third coil 340 emits a magnetic field (excitation signal) that magnetizes fine particles throughout the work space. The third coil 340 receives a signal from the signal generator 220 and emits an excitation signal for magnetizing fine particles. Microparticles that have received the excitation signal emitted from the third coil 340 are magnetized.

이때, 제3 코일(340)이 방출하는 자기장(여기신호)은 제2 코일(320a 등)이 방출하는 자기장(드라이브 신호)과는 상이한 특성을 갖는다. 제2 코일(320a 등)은 작업 공간 전 면적에서 FFP 또는 FFR를 이동시켜야 하며, FFP 또는 FFR를 이동시킬 수 있는 작업 공간의 면적을 증가시키기 위해 저 주파수와 고 진폭을 갖는 자기장을 방출해야 한다. 반면, 제3 코일(340)은 방향성이 강하고 구분이 용이한 고 주파수와 저 진폭을 갖는 자기장을 방출해야 한다. 이처럼 제2 코일(320a 등)과 제3 코일(340)은 출력해야 하는 자기장의 성질이 상이하기 때문에, 전술한 특징을 갖는 각 신호가 각 코일로 입력되어야 한다. 이에 따라, 입자 감지부(210) 내 제2 코일(320a 등)과 제3 코일(340)은 분리되어 서로 다른 위치에 배치된다. 이처럼 제2 코일(320a 등)과 제3 코일(340)이 구분되어 있음으로써, 각 코일이 동작하는데 있어 가장 적합한 주파수와 진폭을 갖는 신호가 구분되어 각각 코일에 인가될 수 있다.In this case, the magnetic field (excitation signal) emitted by the third coil 340 has different characteristics from the magnetic field (drive signal) emitted by the second coil 320a or the like. The second coil (320a, etc.) must move the FFP or FFR over the entire area of the work space, and must emit a magnetic field having a low frequency and a high amplitude in order to increase the area of the work space capable of moving the FFP or FFR. On the other hand, the third coil 340 should emit a magnetic field having a high frequency and low amplitude that has strong directionality and is easy to distinguish. As described above, since the properties of the magnetic field to be outputted between the second coil 320a and the third coil 340 are different, each signal having the above-described characteristics must be input to each coil. Accordingly, the second coil (320a, etc.) and the third coil 340 in the particle detection unit 210 are separated and disposed at different positions. In this way, since the second coil 320a and the third coil 340 are separated, a signal having the most suitable frequency and amplitude for operation of each coil can be classified and applied to each coil.

한편, 코어(330, 335)는 각 제1 코일 내부에 배치될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 보다 연장되어 제2 코일(320a, 320b) 내부에도 추가적으로 배치될 수 있다. 전술한 대로, 코어(330, 335)는 히스테리시스(Hysteresis) 성질을 최소화하며 와전류(Eddy Current)의 발생을 억제할 수 있도록 하는 물질(예를 들어, 연자성 합금 또는 철 등)로 구현되는데, 높은 주파수의 자기장 또는 신호가 인가되는 환경에서는 전술한 성질을 유지할 수 없는 특징을 갖는다. 따라서 코어(330, 335)가 고 주파수와 저 진폭의 자기장을 방출하는 제3 코일(340) 내부에 배치되는 것은 바람직하지 않은 반면, 저 주파수와 고 진폭의 자기장을 방출하는 제2 코일(320a, 320b) 내부에는 배치될 수 있다. 이때, 입자 감지부(210) 내 제2 코일(320a 등)과 제3 코일(340)은 서로 분리되어 배치되기 때문에, 코어(330, 335)가 제3 코일(340)로부터 최소한의 영향을 받으며 제2 코일(320a, 320b) 내부에서 작용할 수 있다. 코어(330, 335)가 제2 코일(320a, 320b) 내부에서 작용할 수 있어, 제2 코일(320a, 320b)로부터 강한 세기의 자기장이 방사될 수 있어 작업공간의 면적이 상승할 수 있다.Meanwhile, the cores 330 and 335 may be disposed inside each of the first coils, but are not necessarily limited thereto, and may be further extended and further disposed inside the second coils 320a and 320b. As described above, the cores 330 and 335 are implemented with a material (eg, soft magnetic alloy or iron) that minimizes hysteresis properties and suppresses the occurrence of eddy current. In an environment where a magnetic field or signal of a frequency is applied, the above-described properties cannot be maintained. Therefore, it is not preferable that the cores 330 and 335 are disposed inside the third coil 340 that emits a high frequency and low amplitude magnetic field, while the second coil 320a emits a low frequency and high amplitude magnetic field. 320b) It may be disposed inside. At this time, since the second coil (320a, etc.) and the third coil 340 in the particle detection unit 210 are disposed to be separated from each other, the cores 330 and 335 are minimally affected by the third coil 340, and It may act inside the second coils 320a and 320b. Since the cores 330 and 335 may act inside the second coils 320a and 320b, a strong magnetic field may be radiated from the second coils 320a and 320b, thereby increasing the area of the working space.

제4 코일(350)은 발생하는 자기장을 수신하되 미세입자가 출력하는 출력신호만을 구분하여, 출력신호를 제어부(240) 및 모니터링부(250)로 전달한다. 제4 코일(350)의 구체적인 구조는 도 4에 도시되어 있다.The fourth coil 350 receives the generated magnetic field, but distinguishes only the output signal output from the fine particles, and transmits the output signal to the control unit 240 and the monitoring unit 250. The specific structure of the fourth coil 350 is shown in FIG. 4.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제3 코일 및 제4 코일의 구조를 도시한 도면이다.4 is a diagram showing the structure of a third coil and a fourth coil according to the first embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 제4 코일(350)은 상쇄코일(420)과 수신코일(430)을 포함한다.Referring to FIG. 4, the fourth coil 350 includes a cancellation coil 420 and a receiving coil 430.

상쇄코일(420)과 수신코일(430)은 보빈(410) 상의 서로 상이한 위치에 분리되어 권취된다. 특히, 상쇄 코일(420)은 복수 개로 구현될 수 있으며, 수신코일(430)을 중심으로 대칭적으로 배치될 수 있다. 상쇄코일(420)과 수신코일(430)로는 작업 공간에 전방위적으로 방출되는 여기신호, FFP 또는 FFR을 이동시키기 위한 드라이브 신호 및 초상자성 미세입자로부터 출력된 출력신호가 수신될 수 있다. 이때, FFP 또는 FFR는 수신코일(430)의 내부에 위치한다. 따라서 수신코일(430)로는 출력신호, 여기신호 및 드라이브 신호 모두가 수신될 수 있다. 한편, 여기신호와 초상자성 미세입자로부터 출력되는 출력신호는 방향성이 강하기 때문에, FFP 또는 FFR 내 초상자성 미세입자로부터 출력되는 출력신호는 수신코일(430)로 수신되지 않으며 여기신호 및 드라이브 신호만이 수신된다. 이에 따라, 제4 코일(350)가 수신한 신호를 전달받는 경우, 제어부(240)는 상쇄코일(420)의 수신값과 수신코일(430)의 수신값의 차를 연산하여 출력신호만을 획득할 수 있다.The canceling coil 420 and the receiving coil 430 are separated and wound at different positions on the bobbin 410. In particular, a plurality of canceling coils 420 may be implemented, and may be symmetrically disposed around the receiving coil 430. The canceling coil 420 and the receiving coil 430 may receive an excitation signal emitted in all directions in the work space, a drive signal for moving the FFP or FFR, and an output signal output from the superparamagnetic fine particles. At this time, the FFP or FFR is located inside the receiving coil 430. Accordingly, all of an output signal, an excitation signal, and a drive signal may be received through the receiving coil 430. Meanwhile, since the excitation signal and the output signal output from the superparamagnetic microparticles have strong directionality, the output signal output from the FFP or the superparamagnetic microparticles in the FFR is not received by the receiving coil 430, and only the excitation signal and the drive signal are Is received. Accordingly, when the fourth coil 350 receives the received signal, the controller 240 calculates the difference between the received value of the canceling coil 420 and the received value of the receiving coil 430 to obtain only the output signal. I can.

보빈(410)에 권취된 제4 코일(350)의 외부로 제3 코일(340)이 배치된다. 제3 코일(340)과 제4 코일(350)은 분해되거나 결합될 수 있는 구조를 갖는다. The third coil 340 is disposed outside the fourth coil 350 wound around the bobbin 410. The third coil 340 and the fourth coil 350 have a structure that can be disassembled or combined.

다시 도 3을 참조하면, 제4 코일(350)은 초상자성 미세입자로부터 출력되는 출력신호만을 구분할 수 있도록 하여, 제어부(240) 및 모니터링부(250)가 FFP 또는 FFR 내로 유입된 미세입자의 움직임이나 공간분포의 영상을 획득하여 출력할 수 있도록 한다.Referring back to FIG. 3, the fourth coil 350 allows only the output signal output from the superparamagnetic microparticles to be identified, so that the control unit 240 and the monitoring unit 250 move the microparticles introduced into the FFP or FFR. Or a spatial distribution image can be acquired and output.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세입자 감지 시스템의 구성을 도시한 도면이다.8 is a diagram showing the configuration of a fine particle detection system according to a second embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세입자 감지 시스템(800)은 입자 감지부(110) 대신 입자 감지 및 조절부(810)를, 제어부(240) 대신 제어부(820)를 포함한다.Referring to FIG. 8, the fine particle detection system 800 according to the second embodiment of the present invention uses a particle detection and control unit 810 instead of the particle detection unit 110 and a control unit 820 instead of the control unit 240. Include.

미세입자 감지 시스템(800)은 미세 입자 감지 시스템(100)과 동일한 동작을 수행할 수 있으며, 나아가, 검사 대상 물체 또는 인체 내 주입된 초상자성 미세입자들의 위치를 조절할 수 있다. 주입된 초상자성 미세입자의 위치를 조절함으로써, 원하는 위치에서 상대적으로 보다 많은 초상자성 미세입자의 움직임이나 공간분포를 분석할 수 있어, 획득하는 데이터의 질이 상대적으로 우수해질 수 있다. 또한, 초상자성 미세입자가 나노로봇으로 구현될 경우, 나노로봇 내에 약품을 포함시켜 원하는 위치로 이동시킴으로써 적절한 치료가 수행되도록 할 수 있으며, 나노로붓을 이용해 원하는 위치에서 원하는 시술이 수행되도록 할 수 있다. The fine particle detection system 800 may perform the same operation as the fine particle detection system 100, and further, may adjust the position of the object to be inspected or the superparamagnetic fine particles injected into the human body. By adjusting the position of the injected superparamagnetic microparticles, it is possible to analyze the motion or spatial distribution of relatively more superparamagnetic microparticles at a desired location, so that the quality of the acquired data can be relatively excellent. In addition, when superparamagnetic microparticles are implemented as a nanorobot, appropriate treatment can be performed by including a drug in the nanorobot and moving it to a desired location, and a desired treatment can be performed at a desired location using a nanoro brush. have.

입자 감지 및 조절부(810)는 입자 감지부(110)의 구성에 미세입자의 위치를 조정하는 자기장을 추가적으로 방출한다. 다만, 입자 감지 및 조절부(810)는 여기신호, FFP 또는 FFR을 생성하기 위한 자기장 및 드라이브 신호를 출력하는 동안에는 미세입자의 위치를 조정하는 자기장을 출력하지 않으며, 반대로, 미세입자의 위치를 조정하는 자기장을 출력하는 동안에는 여기신호, FFP 또는 FFR을 생성하기 위한 자기장 및 드라이브 신호를 출력하지 않는다. The particle detection and control unit 810 additionally emits a magnetic field for adjusting the position of fine particles in the configuration of the particle detection unit 110. However, the particle detection and control unit 810 does not output a magnetic field that adjusts the position of the fine particles while outputting the excitation signal, the magnetic field for generating the FFP or FFR, and the drive signal, and conversely, adjusts the position of the fine particles. While outputting a magnetic field, the excitation signal, the magnetic field for generating the FFP or FFR, and the drive signal are not output.

제어부(810)는 제어부(240)와 동일한 동작을 수행하며, 이에 추가적으로 입자 감지 및 조절부(810)가 방출하는 미세입자의 위치를 조정하는 자기장의 방출 타이밍을 조절한다. 제어부(810)는 기 설정된 간각마다 번갈아가며 미세입자의 위치를 조정하는 자기장과 나머지 자기장을 방출하도록 입자 감지 및 조절부(810)를 제어할 수 있다. The control unit 810 performs the same operation as the control unit 240, and additionally controls the emission timing of the magnetic field that adjusts the position of the fine particles emitted by the particle detection and control unit 810. The controller 810 may control the particle detection and control unit 810 to emit a magnetic field for adjusting the position of the fine particles alternately at preset intervals and the remaining magnetic field.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세입자 감지부의 구성을 도시한 도면이다.9 is a diagram showing a configuration of a fine particle detection unit according to a second embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 입자 감지 및 조절부(810)는 제5 코일(910, 915), 제6 코일(920a, 920b), 코어(930, 933, 936, 939), 제2 코일(320a, 320b, 324a, 324b, 328), 제3 코일(340) 및 제4 코일(350)을 포함한다. 9, the particle detection and control unit 810 according to the second embodiment of the present invention includes fifth coils 910 and 915, sixth coils 920a and 920b, cores 930, 933, 936, 939), second coils 320a, 320b, 324a, 324b, 328, a third coil 340 and a fourth coil 350.

제5 코일(910, 915)은 제1 코일(310, 315)과 같이 기 설정된 제2 면적의 FFP 또는 FFR을 형성하기 위한 자기장을 방출하거나, 미세입자의 위치를 조정하기 위한 자기장을 방출한다. 신호 발생부(220)로부터 신호를 인가받을 경우, 제5 코일(910, 915)은 미세입자의 위치를 조정하기 위한 자기장을 방출하고, 전원 공급부(230)로부터 전원을 인가받을 경우, 제5 코일(910, 915)은 기 설정된 제2 면적의 FFP 또는 FFR을 형성하기 위한 자기장을 방출한다. 제5 코일(910, 915)로 인가될 신호나 전원의 인가 타이밍은 제어부(820)의 제어에 따라 설정된 간각마다 번갈아가며 유입될 수 있다.Like the first coils 310 and 315, the fifth coils 910 and 915 emit a magnetic field for forming an FFP or FFR of a predetermined second area, or a magnetic field for adjusting the position of fine particles. When a signal is applied from the signal generator 220, the fifth coils 910 and 915 emit a magnetic field for adjusting the position of the fine particles, and when power is applied from the power supply unit 230, the fifth coil (910, 915) emits a magnetic field for forming an FFP or FFR of a predetermined second area. The timing of applying a signal or power to be applied to the fifth coils 910 and 915 may be alternately introduced at intervals set under the control of the controller 820.

제6 코일(920a, 920b)은 미세입자의 위치를 조정하기 위한 자기장을 방출한다. 제6 코일(920a, 920b)은 신호 발생부(220)로부터 신호를 인가받아 자기장을 방출함으로써, 제5 코일(910, 915)과 함께 미세입자의 위치를 조정한다. The sixth coils 920a and 920b emit a magnetic field for adjusting the position of the fine particles. The sixth coils 920a and 920b receive a signal from the signal generator 220 and emit a magnetic field, thereby adjusting the positions of the fine particles together with the fifth coils 910 and 915.

전술한 대로, 제5 코일(910, 915) 및 제6 코일(920a, 920b)이 미세입자의 위치를 조정하기 위한 자기장을 방출할 때에는 다른 코일의 자기장이나 제5 코일(910, 915)의 FFP 또는 FFR을 형성하기 위한 자기장은 방출되지 않는다. 미세입자의 위치를 조정하기 위한 자기장이 다른 자기장, 특히, FFP 또는 FFR을 형성하기 위한 자기장이나 드라이브 신호에 악영향을 미칠 수 있기 때문이다. As described above, when the fifth coils 910 and 915 and the sixth coils 920a and 920b emit a magnetic field for adjusting the position of the fine particles, the magnetic field of another coil or the FFP of the fifth coils 910 and 915 Or the magnetic field to form the FFR is not emitted. This is because the magnetic field to adjust the position of the microparticles can adversely affect other magnetic fields, particularly the magnetic field to form FFP or FFR or the drive signal.

코어(930, 933, 936, 939)는 제5 코일(910, 915) 및 제6 코일(920a, 920b)의 내부에 각각 배치되어, 제5 코일(910, 915) 및 제6 코일(920a, 920b)이 방출하는 자기장의 세기를 증가시킨다. 도 6을 참조하면, 코어가 존재할 경우, 힘계수가 수 배 상승하는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 코어(930, 933, 936, 939)는 제5 코일(910, 915) 및 제6 코일(920a, 920b)의 내부에 각각 배치되어, 각 코일이 방출하는 자기장의 세기를 증가시킨다.The cores 930, 933, 936 and 939 are disposed inside the fifth coils 910 and 915 and the sixth coils 920a and 920b, respectively, and the fifth coils 910 and 915 and the sixth coil 920a, 920b) increases the strength of the emitted magnetic field. Referring to FIG. 6, when the core is present, it can be confirmed that the force coefficient increases several times. Accordingly, the cores 930, 933, 936, and 939 are disposed inside the fifth coils 910 and 915 and the sixth coils 920a and 920b, respectively, to increase the strength of the magnetic field emitted by each coil.

코어(330, 335)와 마찬가지로, 코어(930, 933, 936, 939)도 제5 코일(910, 915) 및 제6 코일(920a, 920b)의 내부 뿐만 아니라, 각 드라이브 코일(320a, 320b, 324a, 324b)까지 연장되어 배치될 수 있다.Like the cores 330 and 335, the cores 930, 933, 936, and 939 are not only inside the fifth coils 910 and 915 and the sixth coils 920a and 920b, but also drive coils 320a and 320b, respectively. 324a, 324b) may be extended and disposed.

입자 감지 및 조절부(810)는 전술한 구조를 가짐으로써, 초상자성 미세입자를 여기시키고, FFP 또는 FFR을 형성하여 초상자성 미세입자의 출력신호를 감지함으로써 초상자성 미세입자를 감지하는 동시에, 초상자성 미세입자의 위치를 3차원 상에서 이동시킬 수 있다.By having the above-described structure, the particle detection and control unit 810 excites superparamagnetic microparticles, forms FFP or FFR, and senses the output signal of superparamagnetic microparticles to detect superparamagnetic microparticles, The position of magnetic microparticles can be moved in three dimensions.

도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 감지 시스템과 종래의 미세입자 감지 시스템이 동일한 미세입자에 대해 모니터링하는 결과를 도시한 도면이다.10 and 11 are views showing results of monitoring the same fine particles by the fine particle detection system and the conventional fine particle detection system according to an embodiment of the present invention.

도 10(b) 내지 (e) 및 11(b) 내지 (e)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 감지 시스템(100, 800)은 입력되는 전원의 세기에 따라 분해능이 달라지기는 하지만 대체적으로 각 미세입자를 구분하여 감지할 수 있으나,10(b) to (e) and 11(b) to (e), the fine particle detection systems 100 and 800 according to an embodiment of the present invention have different resolutions depending on the strength of the input power. Although it is difficult to detect, each fine particle can be classified and detected.

도 10(f) 내지 (i) 및 11(f) 내지 (i)를 참조하면, 종래의 미세입자 감지 시스템은 각 미세입자를 구분하여 감지할 수 없음을 알 수 있다.Referring to FIGS. 10(f) to (i) and 11(f) to (i), it can be seen that the conventional fine particle detection system cannot distinguish and detect each fine particle.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present embodiment, and those of ordinary skill in the technical field to which the present embodiment belongs will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present embodiment. Accordingly, the present exemplary embodiments are not intended to limit the technical idea of the present exemplary embodiment, but are illustrative, and the scope of the technical idea of the present exemplary embodiment is not limited by these exemplary embodiments. The scope of protection of this embodiment should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present embodiment.

100, 800: 미세입자 감지 시스템
210: 입자 감지부
220: 신호 발생부
230: 전원 공급부
240, 820: 제어부
250: 모니터링부
310, 315: 제1 코일
320a, 320b, 324a, 324b, 328: 제2 코일
330, 335, 930, 933, 936, 939: 코어
340: 제3 코일
350: 제4 코일
410: 보빈
420: 상쇄 코일
430: 수신 코일
810: 입자 감지 및 조절부
910, 915: 제5 코일
920a, 920b: 제6 코일100, 800: fine particle detection system
210: particle detection unit
220: signal generator
230: power supply
240, 820: control unit
250: monitoring unit
310, 315: first coil
320a, 320b, 324a, 324b, 328: second coil
330, 335, 930, 933, 936, 939: core
340: third coil
350: fourth coil
410: bobbin
420: offset coil
430: receiving coil
810: particle detection and control unit
910, 915: fifth coil
920a, 920b: sixth coil

Claims (10)

물체 또는 인체 내 주입된, 상자성 또는 초상자성을 갖는 미세입자를 감지하는 미세입자 감지장치에 있어서,
자기장을 외부로 방출하되, 자기장이 존재하지 않는 부위를 형성하는 복수의 제1 코일;
자기장을 외부로 방출하여, 상기 자기장이 존재하지 않는 부위의 위치를 3차원 상에서 이동시키는 복수의 제2 코일;
상기 미세입자를 여기시키는 여기신호를 방출하는 여기코일; 및
상기 미세입자가 출력하는 출력신호를 수신하는 수신코일을 포함하며,
상기 미세입자는 자기장이 존재하지 않는 부위에서 여기신호를 수신하는 경우에만 출력신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 미세입자 감지장치.In the fine particle detection device for detecting fine particles having paramagnetic or superparamagnetic properties injected into an object or a human body,
A plurality of first coils emitting a magnetic field to the outside and forming a portion where the magnetic field does not exist;
A plurality of second coils that emit a magnetic field to the outside to move a location of a region where the magnetic field does not exist in three dimensions;
An excitation coil emitting an excitation signal to excite the fine particles; And
It includes a receiving coil for receiving the output signal output from the fine particles,
The fine particle sensing device, characterized in that the fine particle outputs an output signal only when an excitation signal is received at a portion where the magnetic field does not exist. 제1항에 있어서,
상기 복수의 제1 코일과 상기 복수의 제2 코일은,
서로 분리되어 배치되는 것을 특징으로 하는 미세입자 감지장치.The method of claim 1,
The plurality of first coils and the plurality of second coils,
Fine particle detection device, characterized in that arranged to be separated from each other. 제1항에 있어서,
상기 여기신호는,
기 설정된 기준치 이하의 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 미세입자 감지장치.The method of claim 1,
The excitation signal is,
Fine particle detection device, characterized in that having a frequency less than a preset reference value. 제1항에 있어서,
상기 복수의 제2 코일이 방출하는 자기장은,
기 설정된 기준치 이상의 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 미세입자 감지장치.The method of claim 1,
The magnetic field emitted by the plurality of second coils,
Fine particle detection device, characterized in that having a frequency higher than a preset reference value. 물체 또는 인체 내 주입된, 상자성 또는 초상자성을 갖는 미세입자를 감지하는 미세입자 감지장치에 있어서,
자기장을 외부로 방출하되, 자기장이 존재하지 않는 부위를 형성하는 복수의 제1 코일;
자기장을 외부로 방출하여, 상기 자기장이 존재하지 않는 부위의 위치를 3차원 상에서 이동시키는 복수의 제2 코일;
자기장을 외부로 방출하여, 상기 미세입자의 위치를 3차원 상에서 이동시키는 복수의 제3 코일;
상기 미세입자를 여기시키는 여기신호를 방출하는 여기코일; 및
상기 미세입자가 출력하는 출력신호를 수신하는 수신코일을 포함하며,
상기 미세입자는 자기장이 존재하지 않는 부위에서 여기신호를 수신하는 경우에만 출력신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 미세입자 감지장치.In the fine particle detection device for detecting fine particles having paramagnetic or superparamagnetic properties injected into an object or a human body,
A plurality of first coils emitting a magnetic field to the outside and forming a portion where the magnetic field does not exist;
A plurality of second coils that emit a magnetic field to the outside to move a location of a region where the magnetic field does not exist in three dimensions;
A plurality of third coils that emit a magnetic field to the outside to move the position of the fine particles in three dimensions;
An excitation coil emitting an excitation signal to excite the fine particles; And
It includes a receiving coil for receiving the output signal output from the fine particles,
The fine particle sensing device, characterized in that the fine particle outputs an output signal only when an excitation signal is received at a portion where the magnetic field does not exist. 제5항에 있어서,
상기 복수의 제1 코일 중 일부 또는 전부는,
상기 복수의 제3 코일 중 일부 또는 전부와 동일한 것을 특징으로 하는 미세입자 감지장치.The method of claim 5,
Some or all of the plurality of first coils,
Particle detection device, characterized in that the same as some or all of the plurality of third coils. 제5항에 있어서,
상기 복수의 제3 코일은,
상기 미세입자 감지장치에 포함된 나머지 코일이 자기장을 방출하지 않는 동안에만 자기장을 방출하는 것을 특징으로 하는 미세입자 감지장치.The method of claim 5,
The plurality of third coils,
The fine particle sensing device, characterized in that the magnetic field is emitted only while the remaining coils included in the fine particle sensing device do not emit the magnetic field. 물체 또는 인체 내 주입된, 상자성 또는 초상자성을 갖는 미세입자를 감지하여, 미세입자의 이미지를 출력하는 미세입자 감지 시스템에 있어서,
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 미세입자 감지장치;
상기 미세입자 감지장치의 동작을 제어하는 제어부; 및
상기 미세입자 감지장치가 상기 미세입자로부터 수신한 출력신호를 출력하는 모니터링부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세입자 감지 시스템.In the microparticle detection system that detects microparticles with paramagnetic or superparamagnetic properties injected into an object or human body and outputs an image of microparticles,
The device for detecting fine particles according to any one of claims 1 to 7;
A control unit for controlling the operation of the fine particle detection device; And
Monitoring unit for the fine particle detection device to output an output signal received from the fine particle
Fine particle detection system comprising a. 제8항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 복수의 제2 코일 중 일부 또는 전부를 제어하여, 상기 자기장이 존재하지 않는 부위의 위치를 3차원 상에서 기 설정된 위치로 이동시키는 것을 특징으로 하는 미세입자 감지 시스템.The method of claim 8,
The control unit,
By controlling some or all of the plurality of second coils, the fine particle detection system, characterized in that moving the position of the portion where the magnetic field does not exist to a predetermined position in 3D. 제8항에 있어서,
상기 제어부는,
복수의 제3 코일 중 일부 또는 전부를 제어하여, 상기 미세입자의 위치를 3차원 상에서 기 설정된 위치로 이동시키는 것을 특징으로 하는 미세입자 감지 시스템.
The method of claim 8,
The control unit,
A fine particle detection system, characterized in that by controlling some or all of the plurality of third coils, the position of the fine particles is moved to a preset position in 3D.
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