KR20240058029A - 전기장 전달 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 전기장 전달 시스템은 복수의 개별전극을 포함하는 전극 어레이를 이용하여, 3차원 대상체 내의 관심 영역에 전기장을 전달하는 전기장 전달 시스템에 있어서, 전기장을 제공하기 위한 복수의 제너레이터, 복수의 제너레이터에서 발생한 교류 전력을 대상체에 전달하기 위한 복수의 전극 서브 어레이, 전극 서브 어레이는 전극 어레이에 포함된 복수의 개별전극 중에서 일부의 개별전극을 포함하고, 복수의 제너레이터와 복수의 전극 서브 어레이를 일대일로 연결하기 위한 스위칭 라우터 및 복수의 제너레이터, 복수의 전극 서브 어레이 및 스위칭 라우터를 제어하기 위한 제어부를 포함하며, 이에 따르면, 개별전극의 전압이나 전류를 독립적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.

Description

전기장 전달 시스템 및 방법 {System and Method for delivering the Electric Field}

본 발명은 전기장 전달 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 3차원 대상체 내의 관심 영역에 전기장을 전달하는 전기장 전달 시스템 및 방법에 관한 것이다.

고주파 치료는 교류 전력(또는 전압, 전류)을 이용하여 인체에 에너지를 인가하고 이를 이용하여 질병 치료 및 증상 개선을 목적으로 하는 의학적인 접근 방법이다. 이는 에너지를 이용하여 조직의 혈류, 대사 활동, 염증 등을 조절하여 다양한 증상을 완화하거나 치료하는 데 사용된다.

일 예로, 암 세포에 대한 고주파 온열 치료는 암 조직에 고온 열 에너지를 인가하여 암 세포를 손상시키는 원리를 이용한다. 암 세포는 정상 세포보다 열에 민감하여, 상대적으로 높은 온도로 노출될 경우 세포 내부의 생리작용이 이상하게 되거나 세포막이 손상되어 세포 사멸을 초래할 수 있고 혈전이 생성되어 혈류량이 감소하게 되는데 이로 인해 영양공급이 차단되어 괴사될 수 있다.

현재 상용화된 전기장 종양 치료법(Tumor Treating Fields, 이하 TTFields)은 재발된 교모세포종, 신규 진단된 교모세포종에 대해 FDA 허가를 획득한 검증된 암치료법이다.

대상체의 타겟 영역에 치료 전기장을 전달하기 위한 전기장 종양 치료 시스템 또는 전기장 전달 시스템은 제너레이터(generator, 교류 신호 발생기), 복수의 전극 어레이(전극 패드 또는 트랜스듀서 어레이), 제너레이터와 전극 어레이 쌍(pair)을 연결하기 위한 분배기(divider)로 구성된다.

미국등록특허 제8,715,203호 또는 미국등록특허 제8,764,675호 따르면, 각 전극 어레이는 대상체의 표면에 부착되는 복수의 개별 전극으로 구성된다. 여기서 전극 어레이에 연결되는 전류 패스를 위한 전선에 개별 전극들이 병렬로 연결된다. 즉, 개별 전극들은 같은 전압을 공유하는 표면(isopotential surface, 등전위면)을 가진다. 전형적인 개별 전극은 원통형 유전체(세라믹)로 구성된 용량결합형(capacitive coupled) 전극이고, 각 전극은 전기 전도성 의료용 젤(하이드로겔)과 압력을 주기 위한 접착 테이프 사이에 끼워져 있다. 의료용 젤은 환자의 윤곽에 따라 딱딱한 전극과 피부 사이를 전기적으로 연결한다. 뇌종양(Glioblastoma)을 위한 전형적인 전극 어레이는 직경 1.8cm 인 개별 전극 9개가 3X3의 매트릭스 구조로 구성되며, 개별 전극에는 전극과 피부 사이의 온도를 측정하기 위해 온도 센서가 전극에 열 접촉(thermal contact)된다.

제너레이터는 분배기를 통해 서로 직교인 두 방향을 커버하기 위한 2쌍의 전극 어레이(제1 전극 어레이 쌍과 제2 전극 어레이 쌍)와 연결된다.

전기장 전달 시스템은 제1 시간 동안 제1 전극 어레이 쌍을 연결하여 전류를 흘려 주고, 다음 제2 시간 동안 제2 전극 어레이 쌍을 선택하여 전류를 흘려 준다. 이 순환 동작(cyclical operation)은 치료가 진행되는 동안 지속한다. 제너레이터에서 발생하는 교류 전류는 분배기를 통해 선택된 전극 어레이 쌍(제1 전극 어레이와 제2 전극 어레이)으로 연결되어 제1 전극 어레이의 전극들과 각 전극이 부착된 대상체의 피부 및 대상체의 체내, 제2 전극 어레이의 개별 전극이 부착된 대상체의 피부, 제2 전극 어레이의 전극들이 만드는 전류 패스를 따라 흐르게 된다. 이때 암세포의 타겟 영역에 일정 세기(1V/cm) 이상의 치료 전기장이 전달되고, 이 치료 전기장은 분열하는 암세포의 분열을 방해하거나, 지연시킴으로써 암세포를 파괴하게 된다.

암세포 분열의 축과 전기장의 방향이 일치할 때 치료 효과가 커지고 서로 수직이면 치료 효과는 사라진다. 암세포는 모든 방향으로 분열하므로 2쌍의 전극 어레이를 서로 직교가 되도록 배치하고 교대로 치료 전기장을 전달한다. 상기 교류 전류의 주파수는 10 ~ 1MHz 범위에서 타겟 종양세포의 종류와 크기에 따라 최적 주파수가 결정된다. 분배기를 통해 제1 전극 어레이 쌍과 제2 전극 어레이 쌍을 교대로 선택하여 치료 전기장을 타겟 영역에 전달할 때 개별 전극의 온도가 한계 온도(섭씨 41도) 이상으로 올라가면 온도가 다시 한계 온도 이하가 될 때까지 치료를 중단한다.

그러나 전극 어레이의 에지 효과로 인해 꼭지점 또는 경계에 위치한 일부 개별 전극의 입력 임피던스가 더 낮아질 수 있으며, 이로 인해 특정 개별 전극에 흐르는 전류의 세기가 일정 세기 이상 상승하면 피부 온도가 쉽게 올라가고 피부 화상의 위험과 치료 효과의 감소가 필연적이다. 이는 치료 효과를 저하시키고 안전성을 감소시키는 문제를 일으킬 수 있다.

따라서, 치료 효과를 높이고, 안전성을 높이고, 위험을 낮추기 위해서는 제너레이터, 분배기 및 전극 어레이를 보다 효율적으로 제어할 수 있는 시스템이 필요한 실정이다.

미국등록특허 제8,715,203호 미국등록특허 제8,764,675호 미국등록특허 제11,395,916호 미국공개특허 제2021/0196348호 미국공개특허 제2022/0193404호 미국공개특허 제2022/0257927호

Gentilal, Nichal, Ricardo Salvador, and Pedro Cavaleiro Miranda. "A thermal study of tumor-treating fields for glioblastoma therapy." Brain and Human Body Modeling (2020).

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 개별전극의 전압이나 전류를 독립적으로 제어할 수 있는 전기장 전달 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 전기장 전달 시스템은 복수의 개별전극을 포함하는 전극 어레이를 이용하여, 3차원 대상체 내의 관심 영역에 전기장을 전달하는 전기장 전달 시스템에 있어서, 상기 전기장을 제공하기 위한 복수의 제너레이터(Generator); 상기 복수의 제너레이터에서 발생하는 교류 전력을 상기 대상체에 전달하기 위한 복수의 전극 서브 어레이; 상기 전극 서브 어레이는 상기 전극 어레이에 포함된 복수의 개별전극 중에서 일부의 개별전극을 포함하고, 상기 복수의 제너레이터와 상기 복수의 전극 서브 어레이를 일대일(1:1)로 연결하기 위한 스위칭 라우터(Switching Router); 및 상기 복수의 제너레이터, 상기 복수의 전극 서브 어레이 및 상기 스위칭 라우터를 제어하기 위한 제어부(Controller);를 포함하는 것일 수 있다.

여기에서, 상기 제어부는 상기 전극 서브 어레이에 독립적으로 조절 가능한 전류를 제공하여, 특정 개별전극에 과도한 전류가 인가되지 않도록 방지하는 것일 수 있다.

여기에서, 상기 제어부는 상기 복수의 제너레이터 각각에 대하여, 전압 또는 전류의 크기를 독립적으로 제어하며, 전압 또는 전류를 인가하는 듀티 사이클(Duty Cycle)을 독립적으로 제어하는 것일 수 있다.

여기에서, 상기 제어부는 상기 복수의 제너레이터와 상기 복수의 전극 서브 어레이 간의 매핑 방법을 결정하고, 상기 매핑 방법에 따라, 상기 스위칭 라우터를 제어하는 것일 수 있다.

여기에서, 상기 스위칭 라우터는 상기 복수의 제너레이터와 상기 복수의 전극 서브 어레이가 매핑되도록 연결하는 것일 수 있다.

여기에서, 상기 스위칭 라우터 및 전극스위치는 릴레이(Relay) 스위치를 포함하는 것일 수 있다.

여기에서, 상기 스위칭 라우터 및 전극스위치는 릴레이(Relay) 스위치와 직렬 연결되는, 전계 효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor) 스위치를 더 포함하는 것일 수 있다.

여기에서, 상기 각각의 개별전극마다 온도 상승을 감지하는 온도센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 온도센서에서 온도 상승이 감지되는 각각의 전극 서브 어레이에는, 독립적으로 전류인가의 듀티 사이클(Duty Cycle)을 축소하여 인가하거나 상기 각각의 전극 서브 어레이에 연결된 제너레이터의 전압 및 전류의 세기를 감소하여 인가하는 것일 수 있다.

여기에서, 상기 제어부는 외부의 치료계획시스템(Treatment Planning System) 또는 전극 어레이 배치 시스템(Transducer Array Layout System)으로부터 전극 배치 정보를 제공받되, 상기 전극 배치 정보는 상기 전극 어레이의 위치, 상기 전극 서브 어레이의 선정, 상기 전극 서브 어레이의 전압 또는 전류 세기 등을 포함하는 것일 수 있다.

여기에서, 상기 전극 배치 정보에 포함된 상기 전극 어레이의 위치는 상기 대상체에 대한 3차원 모델로 표현된 전극 어레이의 위치인 것일 수 있다.

여기에서, 상기 제공받은 전극 배치 정보에 따라, 상기 제어부는 상기 복수의 제너레이터와 상기 복수의 전극 서브 어레이 간의 매핑 방법을 결정하고, 상기 매핑 방법에 따라, 상기 스위칭 라우터를 제어하는 것일 수 있다.

여기에서, 상기 제공받은 전극 배치 정보에 따라, 상기 제어부는 상기 전극 서브 어레이의 연결 순서, 동작 시간을 설정하고, 각 동작 모드(mode of operation) 별로 활성 및 비활성의 전극 서브 어레이들과 상기 복수의 제너레이터와의 매핑 방법, 각 제너레이터의 전압 또는 전류의 초기값을 결정하는 것일 수 있다.

위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기장 전달 시스템은 복수의 개별전극을 포함하는 전극 어레이를 이용하여, 3차원 대상체 내의 관심 영역에 전기장을 전달하는 전기장 전달 시스템에 있어서, 상기 전기장을 제공하기 위한 제너레이터(Generator); 상기 제너레이터에서 발생하는 교류 전력을 상기 대상체에 전달하기 위한, 상기 전극 어레이에 포함된 복수의 개별전극 중에서 일부의 개별전극을 포함하는, 전극 서브 어레이; 상기 제너레이터와 상기 전극 서브 어레이를 연결하기 위한 스위칭 라우터; 상기 전극 서브 어레이와 상기 적어도 하나의 개별전극을 연결하기 위한 적어도 하나의 전극스위치; 및 상기 제너레이터, 상기 전극 서브 어레이, 상기 스위칭 라우터 및 상기 전극스위치를 제어하기 위한 제어부(Controller);를 포함하는 것일 수 있다.

여기에서, 상기 제어부는 상기 대상체 내 관심 영역에 전달되는 선량(dose) 분포가 관심 영역의 위치, 모양 및 크기에 부합하도록 상기 적어도 하나의 전극 서브 어레이를 선택하고 조절 가능한 전류를 제공하는 것일 수 있다.

여기에서, 상기 제어부는 상기 전극 서브 어레이에 독립적으로 조절 가능한 전류를 제공하여, 특정 개별전극에 과도한 전류가 인가되지 않도록 방지하는 것일 수 있다.

여기에서, 상기 제어부는 상기 제너레이터에 대하여, 전압 또는 전류의 크기를 제어하며, 전압 또는 전류를 인가하는 듀티 사이클(Duty Cycle)을 제어하는 것일 수 있다.

여기에서, 상기 스위칭 라우터 및 전극스위치는 릴레이(Relay) 스위치를 포함하는 것일 수 있다.

여기에서, 상기 스위칭 라우터 및 전극스위치는 상기 릴레이(Relay) 스위치와 직렬 연결되는, 전계 효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor) 스위치를 더 포함하는 것일 수 있다.

여기에서, 상기 전극 서브 어레이의 각각의 개별전극은 온도 상승을 감지하는 온도센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 온도센서에서 온도 상승이 감지되는 전극 서브 어레이에는, 전류인가의 듀티 사이클(Duty Cycle)을 축소하여 인가하거나 상기 전극 서브 어레이에 연결된 제너레이터의 전압 및 전류의 세기를 감소하여 인가하는 것일 수 있다.

여기에서, 상기 제어부는 외부의 전극 어레이 배치 시스템으로부터 상기 전극 서브 어레이 및 외부의 복수의 전극 서브 어레이 각각에 대한 i) 연결 선택 여부, ii) 동작 시간 및 iii) 동작 전력을 포함하는 전극 동작 정보를 제공받아, 상기 전극 서브 어레이 및 외부의 복수의 전극 서브 어레이 각각에 대한 연결 선택 및 설정된 동작 시간에 따른 동작 전력 인가를 순차적(sequential)으로 반복(cyclic)해서 수행하는 것일 수 있다.

위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기장 전달 방법은 복수의 개별전극을 포함하는 전극 어레이를 이용하여, 3차원 대상체 내의 관심 영역에 전기장을 전달하는 전기장 전달 방법으로, 상기 전극 어레이에서 일부의 개별전극으로 구성된 전극 서브 어레이를 구성하고, 구성된 적어도 하나 이상의 전극 서브 어레이 쌍을 통해 순차적이고 반복적으로 전기장을 전달하는 것일 수 있다.

여기에서, 상기 전극 서브 어레이는 각각 전기장 세기 또는 전기장 인가시간을 달리할 수 있는 것일 수 있다.

본 발명에 따르면, 본 발명의 일 실시예에서 전기장 전달 시스템은 복수의 제너레이터가 스위칭 라우터를 통해 전극 어레이 내의 개별 전극에 1:1로 연결됨으로써 개별 전극의 전압이나 전류를 독립적으로 제어할 수 있다. 즉, 전극 어레이의 에지 효과에 의한 특정 개별 전극에 과도한 전류가 흐르는 것을 극복할 수 있으며, 효과적인 열관리가 가능하다. 이를 통해 대상체의 종양 치료 효과를 높일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전극 어레이에 포함된 복수의 개별 전극 중에서 일부의 개별 전극을 포함하는 전극 서브 어레이를 구성할 수 있다. 여기서 전극 서브 어레이는 개별 전극 하나일 수도, 개별 전극 모두를 포함할 수 있다. 전기장 전달 시스템은 단일 제너레이터가 적어도 하나의 전극 서브 어레이 쌍과 연결되어 순차적이고 반복적으로 전기장을 전달할 수 있다. 이를 통해 대상체 내의 종양 조직에는 종래 기술과 비교하여 최소한 비슷하거나 높은 치료 효과를 높일 수 있고, 주변 조직에는 더 적은 선량을 전달함으로써 부작용을 막을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기장 전달 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 전기장 전달 시스템의 대략적 도면이다.
도 3 내지 도 6은 스위치의 켬과 끔에 있어 각 신호의 변화이다.
도 3은 스위치의 켬과 끔에 있어 스위칭 라우터와 AC제너레이터의 신호가 비동기화 일 때를 도시한다.
도 4는 스위치를 켬과 끔에 있어 스위칭 라우터와 제너레이터의 신호가 동기화 되었을 때를 도시한다.
도 5는 스위치를 켬과 끔에 있어 스위칭 라우터와 AC제너레이터의 신호가 동기화되고, 제너레이터의 신호가 꺼져 있을 때 스위치를 작동시키는 실시예를 도시한다.
도 6은 FET 스위치의 누설전류를 최소화 하기 위한 도면과 신호의 실시예이다.
도 7은 데이지 체인 방식의 온도 측정 시스템의 대략적 도면이다.
도 8은 전극의 최대 온도를 측정하고 최대 온도를 가지는 온도 센서의 위치를 측정하는 시스템의 대략적인 회로도이다.
도 9는 스위칭 라우터를 SPDT 방식의 릴레이 스위치를 사용하여 구성한 전기장 전달 시스템의 실시예를 도시하였다.
도 10은 도 9의 실시예에서 대상체에 인가되어지는 전기장의 방향을 도시하였다.
도 11 내지 도 13은 스위칭 라우터를 1P4T 방식의 스위치로 구성한 전기장 전달 시스템의 실시예를 도시하였다.
도 14는 도 11 내지 도 13의 실시예에서 대상체에 인가되어지는 전기장의 방향을 도시하였다.
도 15는 각 전극이 개별적으로 제너레이터 및 스위칭 라우터에 연결되어 전극을 개별적으로 제어하는 실시예를 도시하였다.
도 16은 도 15의 실시예에서 대상체에 인가되어지는 전기장의 방향을 위에서 바라볼 때를 도시하였다.
도 17은 도 15의 실시예에서 대상체에 인가되어지는 전기장의 방향을 3D로 바라볼 때를 도시하였다.
도 18은 전극 어레이 배치 시스템을 사용한 전기장 종양 치료의 순서 블록도이다.
도 19는 전극 어레이 배치 시스템을 사용한 전기장 종양 치료의 순서 블록도이다.
도 20은 도 19와 도 15의 실시예에서 대상체에 부착된 전극에서 활성화된 전극과 비활성화된 전극을 도시하였다.
도 21은 각각의 전극 서브 어레이를 구성하는 개별 전극 N개와 제너레이터 N개를 1;1로 연결하는 것의 모식도이다.
도 22는 각각의 전극 서브 어레이를 구성하는 개별 전극 N개와 제너레이터 N개를 1;1로 연결하는 것의 모식도를 구현하는 도면이다.
도 23은 개별 전극 N개로 구성된 전극 어레이에서 k개를 선택하여 전극 서브 어레이를 구성하는 것의 모식도이다.
도 24는 가상의 관심영역(종양)을 가정한 인체 모형 팬텀에 전극 어레이의 개별 전압을 최적화하였을 때, 종양에 전달되는 전기장-볼륨 히스토그램을 보여 준다.
도 25는 인체 모형 팬텀에 가상의 관심영역(종양)을 가정하고 복수의 개별 전극이 포함된 한 쌍의 전극 어레이를 이용하여 전력을 인가한 경우에 대한 인체 모형 팬텀의 모식도이다.
도 26은 도 25에 따른 전기장 분포를 보여준다.
도 27은 인체 모형 팬텀에 가상의 종양을 가정하고 복수의 개별 전극이 포함된 한 쌍의 전극 어레이를 이용하여 전력을 인가한 경우에 대한 인체 모형 팬텀의 모식도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.

제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.

여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 보다 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용 중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면 중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90도 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기장 전달 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 전기장 전달 시스템의 대략적 도면이다. 도 3 내지 도 6은 스위치의 켬과 끔에 있어 각 신호의 변화이다. 도 3은 스위치의 켬과 끔에 있어 스위칭 라우터와 제너레이터의 신호가 비동기화 일 때를 도시한다. 도 4는 스위치를 켬과 끔에 있어 스위칭 라우터와 제너레이터의 신호가 동기화 되었을 때를 도시한다. 도 5는 스위치를 켬과 끔에 있어 스위칭 라우터와 제너레이터의 신호가 동기화되고, 제너레이터의 신호가 꺼져 있을 때 스위치를 작동시키는 실시예를 도시한다. 도 6은 FET 스위치의 누설전류를 최소화 하기 위한 도면과 신호의 실시예이다. 도 7은 데이지 체인 방식의 온도 측정 시스템의 대략적 도면이다. 도 8은 전극의 최대 온도를 측정하고 최대 온도를 가지는 온도 센서의 위치를 측정하는 시스템의 대략적인 회로도이다. 도 9는 스위칭 라우터를 SPDT 방식의 릴레이 스위치를 사용하여 구성한 전기장 전달 시스템의 실시예를 도시하였다. 도 10은 도 9의 실시예에서 대상체에 인가되어지는 전기장의 방향을 도시하였다. 도 11 내지 도 13은 스위칭 라우터를 1P4T 방식의 스위치로 구성한 전기장 전달 시스템의 실시예를 도시하였다. 도 14는 도 11 내지 도 13의 실시예에서 대상체에 인가되어지는 전기장의 방향을 도시하였다.

도 15는 각 전극이 개별적으로 제너레이터 및 스위칭 라우터에 연결되어 전극을 개별적으로 제어하는 실시예를 도시하였다. 도 16은 도 15의 실시예에서 대상체에 인가되어지는 전기장의 방향을 위에서 바라볼 때를 도시하였다. 도 17은 도 15의 실시예에서 대상체에 인가되어지는 전기장의 방향을 3D로 바라볼 때를 도시하였다. 도 18은 전극 어레이 배치 시스템을 사용한 전기장 종양 치료의 순서 블록도이다. 도 19는 전극 어레이 배치 시스템을 사용한 전기장 종양 치료의 순서 블록도이다. 도 20은 도 19와 도 15의 실시예에서 대상체에 부착된 전극에서 활성화된 전극과 비활성화된 전극을 도시하였다. 도 21은 각각의 전극 서브 어레이를 구성하는 개별 전극 N개와 제너레이터 N개를 1;1로 연결하는 것의 모식도이다. 도 22는 각각의 전극 서브 어레이를 구성하는 개별 전극 N개와 제너레이터 N개를 1;1로 연결하는 것의 모식도를 구현하는 도면이다. 도 23은 개별 전극 N개로 구성된 전극 어레이에서 k개를 선택하여 전극 서브 어레이를 구성하는 것의 모식도이다. 도 24는 가상의 관심영역(종양)을 가정한 인체 모형 팬텀에 전극 어레이의 개별 전압을 최적화하였을 때, 종양에 전달되는 전기장-볼륨 히스토그램을 보여 준다. 도 25는 인체 모형 팬텀에 가상의 관심영역(종양)을 가정하고 복수의 개별 전극이 포함된 한 쌍의 전극 어레이를 이용하여 전력을 인가한 경우에 대한 인체 모형 팬텀의 모식도이다. 도 26은 도 25에 따른 전기장 분포를 보여준다. 도 27은 인체 모형 팬텀에 가상의 종양을 가정하고 복수의 개별 전극이 포함된 한 쌍의 전극 어레이를 이용하여 전력을 인가한 경우에 대한 인체 모형 팬텀의 모식도이다.

먼저 도 24를 참조하면, 도 24는 가상의 관심영역(종양)을 가정한 인체 모형 팬텀에 전극 어레이의 개별 전압을 최적화하였을 때, 종양에 전달되는 전기장-볼륨 히스토그램을 보여 준다. 도 24(a)부터 도 24(c)까지 종양의 위치를 다르게 설정하고, 각각의 경우에 전극 어레이 배치 시스템에 의해 전극 어레이 내 각 개별전극의 전압을 최적화하였다.

전기장-볼륨 히스토그램(electric field-volume histogram)은 기존 방법(동일 전압)과 최적화 방법에 따른 전기장을 시뮬레이션하고, 방사선 치료 계획을 평가하는 도구인 선량-볼륨 히스토그램(dose-volume histogram)과 유사한 방식으로 분석한 결과를 나타낸다. 이를 도 24(d)부터 도 24(f)에 표시하였으며, 가로축은 전기장 강도를, 세로축은 종양 조직의 전체 부피 중에서 가로축의 전기장 강도를 초과하는 비율을 나타낸다. 도 24(d) 내지 도 24(f)에서 사각형 심볼은 본 실시예의 결과를 원 심볼은 종래 기술에 의한 것이다. 도 24(d) 내지 도 24(f)에서 볼 수 있듯이 최적화 방법은 종래 기술보다 더 많은 전기장을 종양 조직에 전달하는 것을 알 수 있다. 그러나, 개별 전극의 전압이 다르면 피부를 통한 전류 누설을 피할 수 없기 때문에 이 최적화 방법을 구현하기 위해서는 전극 어레이의 개별 전극을 등전위면을 이루는 전극 서브 어레이로 분할하고, 순차적으로 전기장 전달 시스템의 제너레이터와 연결하는 특별한 방법을 고려해야 한다.

도 1 내지 도 27을 함께 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전기장 전달 시스템은 복수의 개별전극을 포함하는 전극 어레이를 이용하여, 3차원 대상체 내의 관심 영역에 전기장을 전달하는 전기장 전달 시스템(1000)에 있어서, 상기 전기장을 제공하기 위한 복수의 제너레이터(Generator, 1100); 상기 복수의 제너레이터에서 발생하는 교류 전력을 상기 대상체에 전달하기 위한 복수의 전극 서브 어레이(1300); 상기 전극 서브 어레이(1300)는 상기 전극 어레이에 포함된 복수의 개별전극 중에서 일부의 개별전극을 포함하고, 상기 복수의 제너레이터(1100)와 상기 복수의 전극 서브 어레이(1302)를 일대일로 연결하기 위한 스위칭 라우터(1202); 및 상기 복수의 제너레이터(1100), 상기 복수의 전극 서브 어레이(1300) 및 상기 스위칭 라우터(1202)를 제어하기 위한 제어부(Controller, 1400);를 포함하는 것일 수 있다.

상기 복수의 제너레이터(Generator, 1100)는 상기 3차원 대상체 내의 관심 영역에 전기장을 전달하기 위하여 교류 전력을 발생시키는 것일 수 있다. 상기 복수의 제너레이터는 상기 3차원 대상체 내의 관심 영역에 전달하기 위한 전압 또는 전류의 크기를 제어할 수 있다.

상기 복수의 전극 서브 어레이(1302) 및 상기 적어도 하나의 개별전극(1304)은 상기 복수의 제너레이터(1100)에서 발생하는 교류 전력을 상기 대상체에 전달하기 위한 것일 수 있으며, 상기 복수의 전극 서브 어레이(1302) 각각은 상기 전극 어레이(1300)에 포함된 복수의 개별전극(1304) 중에서 일부의 개별전극(1304)을 포함하는 것일 수 있다.

즉, 상기 전극 서브 어레이(1302)는 상기 전극 어레이(1300)에 포함된 복수의 개별전극(1304) 중에서 1개, 2개, 3개 및 4개 이상을 포함하는 것일 수 있으며, 상기 전극 어레이(1300)에 포함된 복수의 개별전극(1304) 중에서 적어도 하나의 행(Row)에 포함되는 복수의 개별전극을 포함하거나, 적어도 하나의 열(Column)에 포함되는 복수의 개별전극을 포함하는 것일 수 있다.

상기 스위칭 라우터(1202)는 상기 복수의 제너레이터(1100)와 상기 복수의 전극 서브 어레이(1302)를 일대일로 연결하기 위한 것일 수 있다.

상기 복수의 제너레이터(1100)와 상기 복수의 전극 서브 어레이(1302)를 일대일로 연결하기 위한 것으로 스위칭 라우터(1202)를 포함하는 것일 수 있다. 이에 따라, 상기 복수의 제너레이터(1102)와 상기 복수의 전극 서브 어레이(1302) 사이를 연결하거나 연결을 해제하는 것일 수 있다.

상기 제어부(Controller, 1400)는 상기 복수의 제너레이터(1100), 상기 복수의 전극 서브 어레이(1302) 및 상기 스위칭 라우터(1202)를 제어하기 위한 것일 수 있다. 상기 복수의 제너레이터(1100) 각각에서 전달하는 전기장을 상기 복수의 전극 서브 어레이(1302) 각각에 제공될 수 있도록 상기 스위칭 라우터(202)를 제어하여 연결을 제공하는 것일 수 있다.

상기 제어부(1400)는 상기 복수의 전극 서브 어레이 각각에 독립적으로 조절 가능한 전류를 제공하여, 특정 개별전극에 과도한 전류가 인가되지 않도록 방지하는 것일 수 있다.

도 21 및 도 22를 함께, 참조하면, 적어도 하나의 개별전극을 포함하는 각각의 전극 서브 어레이 N개와 상기 제너레이터 N개를 1;1로 연결하여, 각각의 전극 서브 어레이에 독립적인 전류 또는 전압을 인가할 수 있으며, 이를 통하여, 각각의 전극 서브 어레이에 과도한 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있으며, 더불어, 제1 전극 서브 어레이에 제1 시간, 제2 전극 서브 어레이에 제2 시간과 같은 방법으로 각각의 전극 서브 어레이를 제어하면서도, 이를 순차적으로 반복하여 제어하는 것도 가능할 것이다.

특히, 전극 서브 어레이는 1개의 개별전극으로 형성될 수 있으며, 이 경우에는 1개의 개별전극 마다 제너레이터가 연결되는 것일 수 있다. 더불어, 동일한 전극 어레이에 포함되는 2개의 개별전극이 각각 다른 제너레이터에 연결되는 경우도 발생할 수 있을 것이다.

상세하게 살펴보면, 도 21(a)는 제너레이터(X1, X2 등)와 전극 서브 어레이(Y1, Y2 등)를 1:1로 연결하는 것으로, 특히, 전극 서브 어레이가 1개의 개별전극으로 형성된 경우를 나타내고 있다. 도 22(a)는 도 21(a)와 같은 연결을 구현하기 위하여, 스위칭 라우터를 복수 개의 MUX로 입력단과 출력단을 구성할 수 있음을 나타내고 있다. 즉, 도 22(a)와 같이, X1에 연결되어 있는 제너레이터는 Y1의 개별전극 1개로 형성된 전극 서브 어레이와 1:1로 연결될 수 있는 것이다.

도 21(b)는 제너레이터와 전극 서브 어레이를 1:1로 연결하는 것이지만, 다른 형태로, 전극 서브 어레이가 2개의 개별전극으로 형성된 경우를 나타내고 있다. 도 22(b)는 도 21(b)와 같은 연결을 구현하기 위하여, 다중 경로를 지원하는 스위칭 라우터를 나타내고 있다. 제너레이터 입력 N개와 개별 전극 M 개를 연결하기 위해서, N행 M열로 구성된 매트릭스 스위치의 각 노드는 교차점 스위치(cross-point switch)로 구성될 수 있으며, 하나의 X 입력에 대해 다중 Y 출력을 허용한다, 격리 스위치(isolation switch)는 입력과 출력의 각 노드를 켜고 끌 수 있다. 당연히 하나의 출력이 복수 개의 입력과 연결되어서는 안 된다. 즉, 도 21(a)와 같은 연결을 구현하기 위하여, 도 22(b)와 같이 X1에 연결되어 있는 제너레이터는 Y1 및 Y3의 다중 경로로 연결될 수 있는 것이다.

한편, 상기 제어부(140)는 상기 복수의 제너레이터(1100) 각각에 대하여, 전압 또는 전류의 크기를 독립적으로 제어하며, 전압 또는 전류를 인가하는 듀티 사이클(Duty Cycle)을 독립적으로 제어하는 것일 수 있다. 즉, 상기 제어부(140)는 상기 복수의 제너레이터(1100) 각각을 제어하여, 상기 각각의 제너레이터에 대한 전압 또는 전류의 크기를 제어하거나, 전압 또는 전류를 인가하는 듀티 사이클(Duty Cycle)을 제어하는 방법을 통하여, 상기 대상체에 전달되는 전기장의 선량을 조절할 수 있을 것이다.

또한, 상기 제어부(1400)는 상기 복수의 제너레이터(1100)와 상기 복수의 전극 서브 어레이(1302) 간의 매핑 방법을 결정하고, 상기 매핑 방법에 따라, 상기 스위칭 라우터(1202)를 제어하는 것일 수 있다. 즉, 상기 제어부(1400)는 상기 복수의 제너레이터(1100)와 상기 복수의 전극 서브 어레이(1302) 간의 매핑 방법을 결정할 수 있으며, 상기 결정된 매핑 방법에 따라, 상기 복수의 제너레이터(1100)와 상기 복수의 전극 서브 어레이(1302) 간의 연결을 제어할 수 있다. 이러한 연결을 제어하기 위하여, 상기 스위칭 라우터(1202)를 제어하는 것일 수 있다.

여기에서, 상기 스위칭 라우터(1202)는 상기 복수의 제너레이터(1100)와 상기 복수의 전극 서브 어레이(1302)가 매핑되도록 연결하는 것일 수 있다. 즉, 상기 스위칭 라우터(1202)는 매핑 방법에 따라, 상기 복수의 제너레이터와 상기 복수의 전극 서브 어레이 간의 연결을 제어하는 것일 수 있다.

특히, 상기 스위칭 라우터(1202)는 릴레이(Relay) 스위치를 포함하는 것일 수 있으며, 상기 스위칭 라우터(1202)는 릴레이(Relay) 스위치와 직렬 연결되는, 전계 효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor) 스위치를 더 포함하는 것일 수 있다.

릴레이 스위치는 작동 중에 채터링(chattering) 현상과 느린 응답 시간의 문제가 있을 수 있고, 전계 효과 트랜지스터는 오프(off) 상태에서 누설전류의 문제가 있을 수 있습니다. 그러나, 상기 스위칭 라우터(1202)가 상기 릴레이(Relay) 스위치와 상기 전계 효과 트랜지스터 스위치를 직렬 연결되어 구성되는 경우에, 릴레이 스위치가 작동된 후, 짧은 시간 안에 전계 효과 트랜지스터 스위치를 작동하여 전류 및 전압을 인가하게 되면, 빠른 응답 시간과 최소화한 누설전류를 얻을 수 있습니다. 또한, 상기 스위칭 라우터를 오프(off)시킬 경우에도, 먼저 전계 효과 트랜지스터 스위치를 끄고, 릴레이 스위치를 끄게 되면, 응답 시간과 누설전류를 최소화할 수 있는 효과가 있는 것이다.

더불어, 상기 각각의 개별전극마다 온도 상승을 감지하는 온도센서(미도시)를 더 포함하고, 상기 제어부(1400)는 상기 온도센서에서 온도 상승이 감지되는 각각의 전극 서브 어레이(1302)에는, 독립적으로 전류인가의 듀티 사이클(Duty Cycle)을 축소하여 인가하거나 상기 각각의 전극 서브 어레이에 연결된 제너레이터의 전압 및 전류의 세기를 감소하여 인가하는 것일 수 있다.

즉, 각각의 개별전극의 온도가 미리 정해진 온도를 초과하여 상승하는 경우에는 상기 대상체에 손상이 발생할 수 있으므로, 상기 대상체에 대한 손상을 최소화하기 위하여, 상기 온도센서에서 온도 상승이 감지되는 전극 서브 어레이(1302)에는 전달되는 전기장을 감소시킬 필요가 있을 것이다. 이에 따라, 상기 온도센서에서 온도 상승이 감지되는 전극 서브 어레이(1302)에는, 전류인가의 듀티 사이클(Duty Cycle)을 축소하여 인가하거나 상기 전극 서브 어레이에 연결된 제너레이터의 전압 및 전류의 세기를 감소하여 인가하는 방법을 이용하여, 상기 대상체에 전달되는 전기장을 감소시킬 수 있을 것이다.

한편, 상기 제어부(1400)는 외부의 치료계획시스템(Treatment Planning System) 또는 전극 어레이 배치 시스템(Transducer Array Layout System)으로부터 전극 배치 정보를 제공받되, 상기 전극 배치 정보는 상기 전극 어레이의 위치, 상기 전극 서브 어레이의 선정, 상기 전극 서브 어레이의 전압 또는 전류 세기 등을 포함하는 것일 수 있다. 특히, 상기 전극 배치 정보에 포함된 상기 복수의 개별전극을 포함하는 전극 어레이의 위치는 상기 대상체에 대한 3차원 모델로 표현된 전극 어레이의 위치인 것일 수 있다.

더불어, 상기 제공받은 전극 배치 정보에 따라, 상기 제어부(1400)는 상기 복수의 제너레이터와 상기 복수의 전극 서브 어레이 간의 매핑 방법을 결정하고, 상기 매핑 방법에 따라, 상기 스위칭 라우터(1202)를 제어하는 것일 수 있으며, 상기 제공받은 전극 배치 정보에 따라, 상기 제어부(1400)는 상기 전극 서브 어레이의 연결 순서, 동작 시간을 설정하고, 각 동작 모드(mode of operation) 별로 활성 및 비활성의 전극 서브 어레이들과 상기 복수의 제너레이터와의 매핑 방법, 각 제너레이터의 전압 또는 전류의 초기값을 결정하는 것일 수 있을 것이다.

도 1 내지 도 27을 함께 다시 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기장 전달 시스템은 복수의 개별전극을 포함하는 전극 어레이를 이용하여, 3차원 대상체 내의 관심 영역에 전기장을 전달하는 전기장 전달 시스템(1000)에 있어서, 상기 전기장을 제공하기 위한 제너레이터(Generator, 1102)); 상기 제너레이터(1102)에서 발생하는 교류 전력을 상기 대상체에 전달하기 위한, 상기 전극 어레이(1300)에 포함된 복수의 개별전극 중에서 일부의 개별전극을 포함하는, 전극 서브 어레이(1302); 상기 제너레이터(1102)와 상기 전극 서브 어레이(1302)를 연결하기 위한 스위칭 라우터(1202); 상기 전극 서브 어레이(1302)와 상기 적어도 하나의 개별전극(1304)을 연결하기 위한 적어도 하나의 전극스위치(1204); 및 상기 제너레이터(1102), 상기 전극 서브 어레이(1302), 상기 스위칭 라우터(1202) 및 상기 전극스위치(1204)를 제어하기 위한 제어부(Controller, 1400);를 포함하는 것일 수 있다.

상기 제너레이터(Generator, 1102)는 상기 3차원 대상체 내의 관심 영역에 전기장을 전달하기 위하여 교류 전력을 발생시키는 것일 수 있다. 상기 제너레이터는 상기 3차원 대상체 내의 관심 영역에 전달하기 위한 전압 또는 전류의 크기를 제어할 수 있다.

상기 전극 서브 어레이(1302)는 상기 제너레이터(1102)에서 발생하는 교류 전력을 상기 대상체에 전달하기 위한 것일 수 있으며, 상기 전극 서브 어레이(1302)는 상기 전극 어레이(1300)에 포함된 복수의 개별전극(1304) 중에서 일부의 개별전극(1304)을 포함하는 것일 수 있다. 즉, 상기 전극 어레이(1300)에 포함된 복수의 개별전극(1304) 중에서 1개, 2개, 3개 및 4개 이상을 포함하는 것일 수 있으며, 상기 전극 어레이(1300)에 포함된 복수의 개별전극(1304) 중에서 적어도 하나의 행(Row)에 포함되는 복수의 개별전극을 포함하거나, 적어도 하나의 열(Column)에 포함되는 복수의 개별전극을 포함하는 것일 수 있다.

상기 스위칭 라우터(1202)는 상기 제너레이터(1102)와 상기 전극 서브 어레이(1302)를 연결하기 위한 것으로, 상기 제너레이터(1102)와 상기 전극 서브 어레이(1302)를 연결하거나 연결을 해제하는 것일 수 있다.

상기 적어도 하나의 전극스위치(1204)는 상기 전극 서브 어레이(1302)와 상기 적어도 하나의 개별전극(1304)을 연결하기 위한 것으로, 상기 전극 서브 어레이(1302)와 상기 적어도 하나의 개별전극(1304)을 연결하거나 연결을 해제하는 것일 수 있다.

상기 제어부(Controller, 1400)는 상기 제너레이터(1102), 상기 전극 서브 어레이(1302), 상기 스위칭 라우터(1202) 및 상기 전극스위치(1204)를 제어하기 위한 것일 수 있다. 즉, 상기 제너레이터(1102)와 상기 전극 서브 어레이(1302) 간의 연결을 제어하기 위하여 상기 스위칭 라우터(1202)를 제어하는 것일 수 있으며, 상기 전극 서브 어레이(1302)와 상기 적어도 하나의 개별전극(1304) 간의 연결을 제어하기 위하여 상기 전극스위치(1204)를 제어하는 것일 수 있으며, 상기 제너레이터(1102)가 발생하는 교류 전력을 제어하는 것일 수 있다.

한편, 상기 제어부(1400)는 상기 대상체 내 관심 영역에 전달되는 선량 분포가 관심 영역의 위치, 모양 및 크기에 부합하도록 상기 적어도 하나의 전극 서브 어레이를 선택하고 조절 가능한 전류를 제공하는 것일 수 있다.

도 23을 참조하면, 상기 제어부(1400)는 개별 전극 N개로 구성된 전극 어레이에서 k개를 선택하여 전극 서브 어레이를 구성할 수 있으며, 여기에서, k는 1, 2, 3, ..., N 일 수 있으며, 제1 전극 서브 어레이에 제1 전압을 제1 시간 동안 인가하거나, 제2 전극 서브 어레이에 제2 전압을 제2 시간동안 인가할 수 있다. 이와 같은 제어를 순차적으로 반복함으로써 관심 영역 모양에 최적화된 전기장의 선량을 전달할 수 있을 것이다.

특히, 전극 서브 어레이는 도 23(b)와 같이, 전극 어레이에 포함되는 개별전극 모두를 전극 서브 어레이로 선택할 수 있으며, 도 23(c)와 같이, 전극 어레이에 포함되는 6개의 개별전극 중에서 3개의 개별전극을 전극 서브 어레이로 선택할 수 있으며, 도 22(d)와 같이, 전극 어레이에 포함되는 6개의 개별전극 중에서 4개의 개별전극을 전극 서브 어레이로 선택할 수 있으며, 도 23(e)와 같이, 전극 어레이에 포함되는 6개의 개별전극 중에서 단 1개의 개별전극만 전극 서브 어레이로 선택할 수도 있을 것이다.

한편, 상기 제어부(140)는 상기 제너레이터(1102)에 대하여, 전압 또는 전류의 크기를 제어하며, 전압 또는 전류를 인가하는 듀티 사이클(Duty Cycle)을 제어하는 것일 수 있다. 즉, 상기 제어부(140)는 상기 제너레이터(1102)를 제어하여, 상기 제너레이터(1102)에 대한 전압 또는 전류의 크기를 제어하거나, 전압 또는 전류를 인가하는 듀티 사이클(Duty Cycle)을 제어하는 방법을 통하여, 상기 대상체에 전달되는 전기장의 선량을 조절할 수 있을 것이다.

상기 스위칭 라우터(1202) 및 전극스위치(1204)는 릴레이(Relay) 스위치를 포함하는 것일 수 있으며, 상기 스위칭 라우터(1202) 및 전극스위치(1204)는 릴레이(Relay) 스위치와 직렬 연결되는, 전계 효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor) 스위치를 더 포함하는 것일 수 있다.

예를 들면, 상기 스위칭 라우터(1202) 및 전극스위치(1204)가 상기 릴레이(Relay) 스위치와 상기 전계 효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor) 스위치를 직렬 연결되어 구성되는 경우에, FET 스위치가 오프 상태일 때 누설전류가 발생할 수 있지만, 릴레이 스위치가 작동된 후, 짧은 시간 안에 전계 효과 트랜지스터 스위치를 작동하여 전류 및 전압을 인가하게 되면, 빠른 응답 시간과 누설전류를 최소화하게 된다. 또한, 스위칭 라우터(1202) 및 전극스위치(1204)를 오프(off)시킬 경우에도, 먼저 전계 효과 트랜지스터 스위치를 끄고, 릴레이 스위치를 끄게 되면, 응답 시간과 누설전류를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

더불어, 상기 전극 서브 어레이(1302)의 각각의 개별전극은 온도 상승을 감지하는 온도센서(미도시)를 더 포함하고, 상기 제어부(140)는 상기 온도센서에서 온도 상승이 감지되는 전극 서브 어레이(1302)에는, 전류인가의 듀티 사이클(Duty Cycle)을 축소하여 인가하거나 상기 전극 서브 어레이에 연결된 제너레이터의 전압 및 전류의 세기를 감소하여 인가하는 것일 수 있다.

즉, 각각의 개별전극의 온도가 미리 정해진 온도를 초과하여 상승하는 경우에는 상기 대상체에 손상이 발생할 수 있으므로, 상기 대상체에 대한 손상을 최소화하기 위하여, 상기 온도센서에서 온도 상승이 감지되는 전극 서브 어레이(1302)에는 전달되는 전기장을 감소시킬 필요가 있을 것이다. 이에 따라, 상기 온도센서에서 온도 상승이 감지되는 전극 서브 어레이(1302)에는, 전류인가의 듀티 사이클(Duty Cycle)을 축소하여 인가하거나 상기 전극 서브 어레이에 연결된 제너레이터의 전압 및 전류의 세기를 감소하여 인가하는 방법을 이용하여, 상기 대상체에 전달되는 전기장을 감소시킬 수 있을 것이다.

한편, 상기 전극 서브 어레이(1302)는 적어도 하나의 개별전극을 포함하며, 상기 전극 어레이의 행(Row)을 구성하는 개별전극들을 포함하거나, 상기 전극 어레이의 열(Column)을 구성하는 개별전극들을 포함하는 것일 수 있다.

더불어, 상기 제어부는 외부의 전극 어레이 배치 시스템으로부터, 상기 전극 서브 어레이 및 외부의 복수의 전극 서브 어레이 각각에 대한 i) 연결 선택 여부, ii) 동작 시간 및 iii) 동작 전력을 포함하는 전극 동작 정보를 제공받아, 상기 전극 서브 어레이 및 외부의 복수의 전극 서브 어레이 각각에 대한 연결 선택 및 설정된 동작 시간에 따른 동작 전력 인가를 순차적으로 반복해서 수행하는 것일 수 있다.

예를 들면, 상기 제어부(140)는 외부의 전극 어레이 배치 시스템으로부터, 상기 전극 서브 어레이(1302) 및 외부의 복수의 전극 서브 어레이 각각에 대한 i) 연결 선택 여부, ii) 동작 시간 및 iii) 동작 전력을 포함하는 전극 동작 정보를 제공받아, 동작 계획을 수립하고, 상기 수립된 동작 계획에 따라, 상기 전극 서브 어레이 및 외부의 복수의 전극 서브 어레이 각각에 대한 연결 선택 및 설정된 동작 시간에 따른 동작 전력 인가를 순차적으로 반복해서 수행하는 것일 수 있다. 즉, 각각의 전극 서브 어레이를 순차적으로, 연결하고, 동작 시간에 맞추어 동작 전력을 인가하는 것을 반복적으로 수행할 수 있는 것이다.

위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기장 전달 방법은 복수의 개별전극을 포함하는 전극 어레이를 이용하여, 3차원 대상체 내의 관심 영역에 전기장을 전달하는 전기장 전달 방법으로, 상기 전극 어레이에서 일부의 개별전극으로 구성된 전극 서브 어레이를 구성하고, 구성된 적어도 하나 이상의 전극 서브 어레이 쌍을 통해 순차적이고 반복적으로 전기장을 전달하는 것일 수 있다.

특히, 상기 전극 서브 어레이는 각각 전기장 세기 또는 전기장 인가시간을 달리할 수 있는 것일 수 있다.

도 24는 가상의 관심영역(종양)을 가정한 인체 모형 팬텀에 전극 어레이의 개별 전압을 최적화하였을 때, 종양에 전달되는 전기장-볼륨 히스토그램을 보여 준다. 도 24(a)부터 도 24(c)까지 종양의 위치를 다르게 설정하고, 각각의 경우에 전극 어레이 배치 시스템에 의해 전극 어레이 내 각 개별전극의 전압을 최적화하였다.

전기장-볼륨 히스토그램(electric field-volume histogram)은 기존 방법(동일 전압)과 최적화 방법에 따른 전기장을 시뮬레이션하고, 방사선 치료 계획을 평가하는 도구인 선량-볼륨 히스토그램(dose-volume histogram)과 유사한 방식으로 분석한 결과를 나타낸다. 이를 도 24(d)부터 도 24(f)에 표시하였으며, 가로축은 전기장 강도를, 세로축은 종양 조직의 전체 부피 중에서 가로축의 전기장 강도를 초과하는 비율을 나타낸다. 도 24(d) 내지 도 24(f)에서 사각형 심볼은 본 실시예의 결과를 원 심볼은 종래 기술에 의한 것이다. 도 24(d) 내지 도 24(f)에서 볼 수 있듯이 최적화 방법은 종래 기술보다 더 많은 전기장을 종양 조직에 전달하는 것을 알 수 있다. 그러나, 개별 전극의 전압이 다르면 피부를 통한 전류 누설을 피할 수 없기 때문에 이 최적화 방법을 구현하기 위해서는 개별 전극을 등전위면을 이루는 전극 서브 어레이로 분할하고, 순차적으로 전기장 전달 시스템의 제너레이터와 연결하는 특별한 방법을 고려해야 한다.

도 25는 인체 모형 팬텀에 가상의 관심영역(종양)을 가정하고 복수의 개별 전극이 포함된 한 쌍의 전극 어레이를 이용하여 전력을 인가한 경우에 대한 인체 모형 팬텀의 모식도이다. 도 25(a)는 가상의 종양을 보여 주고 있으며, 그림과 같이 전극 어레이 한 쌍이 있다고 가정하자. 도 25(b)는 그 중 한 면에 있는 전극 어레이를 보여준다. 이 전극 어레이의 관점에서 볼 때 종양의 모양이 개별 전극 위에 도시되어 있다. 기존의 방법은 이 전극 어레이에 제너레이터가 연결되어 대상체 팬텀에 전기장을 전달한다. 이 때 개별 전극들은 모두 같은 등전위면(equi-potential surface)을 형성한다. 종양 전체에 등전위면을 통해 전기장이 전달될 수 있지만, 종양 주변에도 전기장이 전달된다. 그러나, 치료 효과를 위해서는 종양 체적에 최대한의 선량을, 부작용을 방지하기 위해서는 종양 체적 이외에는 최소한의 선량을 전달하는 것이 유리하다. 여기서 선량은 시간이 고려된 에너지 단위, 즉, 흡수 에너지 또는 흡수 에너지 밀도일 수 있다.

이 목적을 위해서, 외부의 전극 어레이 배치 시스템을 통해 각 개별 전극 또는 전극 서브 어레이에 어떤 전압이 가해져야 하는지 최적화를 통해 결정할 수 있다. 이 때 제너레이터의 사양에 따라 최대 전류가 정해짐이 고려될 수 있다. 도 25(c)는 이렇게 결정된 각 개별 전극의 전압을 보여준다. 이 때, 각 전극 서브 어레이에 인가할 수 있는 전압의 결정은 제너레이터의 전류 및 전압 사양과 각 개별 전극 또는 전극 서브 어레이가 경험하는 입력 임피던스를 고려해야 한다. 예를 들어 직경 1.8 cm 인 개별 전극 10개로 구성된 전극 서브 어레이의 입력 임피던스가 150 Ω이고, 제너레이터의 사양이 최대 1A, 100V인 경우 전류는 667 mA로 제한된다. 전극 서브 어레이의 입력 임피던스가 50Ω인 경우, 전압은 50V로 제한된다. 또한 미리 결정된 최대 전류 밀도를 이용하여 각 전극 서브 어레이에 인가할 수 있는 전압을 결정할 수 있다. 각 전극 서브 어레이의 인가 시간은 종양 조직에 전달되는 선량을 최대화하고, 주변 조직에 전달되는 선량을 최소화하기 위한 조건을 고려하는 선형 계획법(linear programming)을 통해 최적화할 수 있을 것이다.

본 실시예에서는 외부의 전극 어레이 배치 시스템에서 결정된 전극 서브 어레이와 전압 정보를 이용하여, 도 25(d) 내지 도 25(f)와 같이 3개의 동작 모드로 분할한다. 예를 들어, 도 25(e)의 구성이 되도록 각 개별전극의 전극스위치를 제어하여 그림처럼 4개의 개별 전극을 제너레이터와 연결하여 제2 전극 서브 어레이를 구성한다. 이런 방식으로 제1 전극 서브 어레이를 연결하고 제1 시간동안 제1 전압을, 제2 전극 서브 어레이에 제2 시간동안 제2 전압을, 제3 전극 서브 어레이에 제3 시간동안 제3 전압을 인가하는 3개의 동작 모드를 순차적(sequential)으로, 반복(cyclic)해서 수행한다.

도 26은 도 25에 따른 전기장 분포를 보여준다. 도 26(a), 도 26(b), 도 26(c) 및 도 26(d)에서 내부 실선은 종양 조직을 나타내고, 내부 점선은 주변 조직을 나타낸다. 도 26(a)는 종래 방법으로 전극 어레이를 이용하여 70V를 1,000ms 인가하였을 때 종양 단면에서의 전기장 분포를 보여준다. 도 26(b) 내지 도 26(d)는 순서대로 제1 전극 서브 어레이에 100V, 100ms, 제2 전극 서브 어레이에 90V, 300ms, 제3 전극 서브 어레이에 75V, 960ms를 인가한 경우 같은 단면에서의 전기장 분포를 보여준다.

한편, 상기 전극 서브 어레이(1302)는 적어도 하나의 개별전극을 포함하며, 상기 전극 어레이의 행(Row)을 구성하는 개별전극들을 포함하거나, 상기 전극 어레이의 열(Column)을 구성하는 개별전극들을 포함하는 것일 수 있다.

도 27은 인체 모형 팬텀에 가상의 종양을 가정하고 복수의 개별 전극이 포함된 한 쌍의 전극 어레이를 이용하여 전력을 인가한 경우에 대한 인체 모형 팬텀의 모식도이다. 도 27을 참조하면, 전극 어레이에서 열 또는 행으로 구성된 전극 서브 어레이를 구성할 수 있다. 즉, 도 27(a)에서 도시된 것과 같이 열(Column)을 형성하는 개별 전극들로 제1 전극 서브 어레이를 구성할 수 있으며, 도 27(b)에 도시된 것과 같이 첫번째 그룹(First pair of electrodes)을 형성하는 개별 전극들로 제1 전극 서브 어레이를 구성하고, 두번째 그룹(Second pair of electrodes)을 개별 전극들로 제2 전극 서브 어레이를 구성할 수 있다. 상기 제1 전극 서브 어레이에 제1 시간동안 제1 전기장을, 제2 전극 서브 어레이에 제2 시간 동안 제2 전기장을 인가하는 동작 모드를 순환 반복하여 대상체에 전기장을 전달할 수 있다.

한편, 종양 치료 전기장을 전달하는 전극 어레이를 구성하는 개별 전극이 경험하는 입력 임피던스는 전극 어레이의 구조와 형태에 따른 에지 효과(edge effect), 개별 전극과 피부 사이의 하이드로겔의 특성 변화, 피부의 임피던스 변화, 인체 내 임피던스의 장기적인 그리고 하루 주기(circadian rhythm) 변화 등의 요인으로 실시간으로 바뀐다. 또한, 전극 어레이의 교체에 따른 접촉 임피던스의 변화도 중요한 요인이다.

특히, 에지 효과와 전극 어레이의 배치에 따라 특정 개별 전극에 흐르는 전류의 세기가 일정 세기 이상 커지면 온도가 올라가고 피부 화상의 위험과 치료 효과의 감소가 필연적이다. 종래의 사용 방법에서는 개별 전극의 온도가 한계 온도(섭씨 41도) 이상으로 올라가면 온도가 다시 한계 온도 이하가 될 때까지 치료를 중단한다. 이는 전극 어레이를 신체에 부착하고 치료 장치를 작동시키는 전체 시간에서 실제 전기장이 타겟 영역에 전달되는 치료 시간이 절반 이하가 될 수 있음을 의미하며, 따라서 치료 효과를 현저하게 감소시키는 요인이다.

이러한 문제를 해결하는 방법으로 고려할 수 있는 첫 번째 방법은 개별 전극의 온도가 한계 온도 이상이 되는 경우 전체 전류를 감소시키는 방법이 있다. 그러나, 전체 전류의 감소는 종양에 전달되는 전기장의 세기를 감소시키고 따라서 치료 효과를 감소시키게 된다.

두 번째는, 각 개별 전극에 전극스위치를 직렬 연결해서 각 전극의 온도 측정값을 기초로 각 전극에 흐르는 전류를 개폐(On/Off) 제어하는 방법을 사용할 수 있다. 각 전극에서의 전류 스위칭을 활성화/비활성화한다고 표현한다.

예를 들어, 900mA의 전류를 병렬로 연결된 9개의 개별 전극으로 구성된 전극 어레이에 인가하는 경우, 특정 전극의 온도 상승을 감지하고 상기 특정 전극의 전류를 90% 듀티 사이클(duty cycle)로 제어하기로 판단하면, 전체 평균 전류는 890mA (8X100mA + 1X0.9X100mA)가 되고, 1.1%의 전류 감소만으로 특정 전극의 온도 상승을 늦추거나 막을 수 있다. 더하여, 제너레이터(AC 신호 발생기)의 전류를 1% 증가시킬 수 있다면 전체 평균 전류는 898.9mA (8X101mA + 1X0.9X101mA)이 되어 900mA에 대해 0.1%의 전류 감소만으로 특정 전극의 온도 상승을 막을 수 있다고 주장한다. 그런데, 단일 전극 어레이를 이루는 복수의 개별 전극이 제너레이터에서 나오는 전류 패스 리드선에 병렬로 연결되어 있음을 고려하면, 위와 같은 수단을 구현하기 위해서는 특정 전극의 개폐에 맞춰 전체 전류의 크기를 제어할 수 있는 수단이 별도로 필요하다. 또한, 전극의 개폐는 제너레이터가 경험하는 로드(load) 임피던스의 급격한 변화를 초래함으로써 스파이크(spike)의 발생이 필연적이고 이를 해소하기 위한 별도의 수단이 요구된다.

전기장 종양 치료 효과는 종양 또는 암세포의 분열 축의 방향과 전기장의 방향 사이에 각도와 관련된다. 두 방향이 일치할 때 분열은 최대한으로 방해를 받게 되고, 두 방향이 직각으로 교차할 때 분열은 거의 방해를 받지 않는다. 따라서 종래의 기술은 각 전기장의 방향이 직교가 되는 방향으로 전기장을 인가한다. 그럼에도 불구하고 전기장 종양 치료 요법의 치료효과를 받지 않는 무효각도가 필연적이다. 본 발명은 이러한 기술의 난점을 극복하기 위한 것이다.

본 발명에 따르면, 전기장 전달 시스템은 스위칭 라우터를 통해 복수의 서로 절연된(isolated) 제너레이터와 복수의 개별 전극을 연결하여 치료 전기장을 대상체 내에 전달한다. 각 제너레이터는 전류의 크기를 독립적으로 제어할 수 있으며, 스위칭 라우터의 구성은 전극 어레이의 구성과 미리 설정된 전극 어레이 쌍의 동작 순서에 따라 변경될 수 있다.

전기장 종양 치료를 위하여 치료 시작 이전에 치료계획시스템(Treatment Planning System) 또는 전극 어레이 배치 시스템(Transducer Array Layout System)을 사용하여 최대한의 치료 효과를 얻기 위한 치료 계획을 결정할 수 있다. 전기장 전달 시스템은 상기 결정된 치료 계획으로부터 각 전극 어레이의 위치, 각 전극 어레이 쌍의 동작 순서 및 전압 내지 전류의 세기, 전기장 치료의 총 치료횟수, 총 치료시간, 일일 치료시간 및 치료 주파수를 포함하는 처방 정보를 수신해서 메모리에 저장하고 제어기를 통해 각 제너레이터와 스위칭 라우터를 제어함으로써 치료를 시작한다.

각 개별 전극에 열 접촉된 온도 센서를 통해 측정된 온도 값은 시스템에 전달되고 설정된 한계 온도 이상이 되는 경우, 그 전극에 흐르는 전류를 낮추거나 차단할 수 있다. 온도가 한계 온도 이하로 되면 정상 동작 모드로 변경한다. 전극 어레이 내의 개별 전극을 독립적으로 제어함으로써 에지 효과를 극복할 수 있으며, 전기장을 전달하는 실제 치료 시간의 감소를 최소한으로 막을 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면 전극 어레이 배치 시스템은 장기와 종양이 포함된 환자의 의료영상에서 장기와 종양을 분류하는 영상 분류부, 상기 영상 분류부에 의해 분류된 각 영역의 물성 정보를 설정하는 물성 정보 설정부, 입력된 종양 종류 및 종양 상태 정보를 고려하여 처방 선량을 결정하고, 전기장 치료의 총 치료횟수, 총 치료시간, 일일 치료시간 및 치료 주파수를 포함하는 처방 정보를 결정하는 처방 정보 결정부, 상기 영상 분류부에 의해 분류된 각 영역의 위치 및 크기와 물성 정보를 고려하여 전기장 치료를 위해 사용되는 전극 개수, 전극 위치 및 전극별 전압 인가 시간 및 전압 세기를 초기 설정하고 상기 초기 설정을 기초로 체내 선량 분포와 온도 분포를 계산하는 선량 및 온도 산출부 및 각 영역의 선량 및 온도가 기 설정된 선량 기준 및 온도 기준을 만족하도록 상기 전극 개수, 전극 위치 및 전극별 전압 인가 시간 및 전압 세기 중 적어도 하나를 변경하여 체내 선량 및 온도 분포를 최적화하는 최적화부를 포함하는 체내 온도 제어 및 흡수에너지 기반 전기장 종양 치료 전극 어레이 배치 시스템일 수 있다.

상기 전극 어레이 배치 시스템에서 결정된 최선의 치료 계획을 전기장 전달 시스템에 입력하고 치료를 수행한다. 입력된 전극 개수 및 전극 위치에 따라 전극 어레이를 대상체의 피부에 부착하고, 전극별 전압 세기와 인가 시간에 따라 전극 어레이 쌍의 동작 순서와 동작 시간, 각 전극에 연결된 제너레이터의 전압 또는 전류 세기를 설정한다.

본 발명의 일실시예에 따르면 전극 어레이 배치 시스템은 장기와 종양이 포함된 환자의 의료영상에서 관심 영역(region of interest, ROI) 및 주요장기(organ at risk, OAR) 정보를 획득하는 단계, 획득한 관심 영역 정보를 기초로 전극 어레이의 전체 모양 및 전체 면적을 설정하는 단계, 상기 전극 어레이의 전체 면적에서 상기 전극 어레이를 구성하는 복수의 단위 전극이 차지하는 면적 비율을 설정하는 단계, 상기 전체 모양 및 전체 면적을 설정하는 단계 및 상기 면적 비율을 설정하는 단계를 상기 관심 영역 및 주요장기에 전달되는 전기장이 최적화될 때까지 반복하여 수행하는 단계 및 상기 전기장이 최적화되는 맞춤형 전극 어레이 구조를 도출하는 단계를 포함하는 전기장 종양 치료 전극 어레이 배치 시스템일 수 있다.

상기 전극 어레이 배치 시스템에서 결정된 최선의 치료 계획을 전기장 전달 시스템에 입력하고 치료를 수행한다. 입력된 전극 개수 및 전극 위치에 따라 전극 어레이를 대상체의 피부에 부착하고, 전극별 전압 세기와 인가 시간에 따라 전극 어레이 쌍의 동작 순서와 동작 시간, 활성화해야 하는 개별 전극들, 각 개별 전극에 연결된 제너레이터의 전압 또는 전류 세기를 설정한다.

전기장 전달 시스템의 구조 및 동작 모드

도 2는 전기장 전달 시스템의 대략적인 도면을 보여준다. 제어 유닛(100)은 전극 어레이 배치 시스템으로부터 미리 결정된 치료계획 데이터를 받을 수 있는 입출력 인터페이스(106, I/O interface), 데이터를 저장하는 메모리(108), 저장된 데이터를 기반으로 각 제너레이터(101)와 스위칭 라우터(102)를 제어하는 프로세서(107)로 구성된다. 제어 유닛은 복수의 전기적으로 절연된 제너레이터를 포함한다. 스위칭 라우터 및 전극스위치로 구성된 스위칭 라우터는 전극 어레이와 제너레이터와 연결할 전극을 선택한다. 스위칭 라우터(102)는 제어 유닛(100)에 포함되어 구성될 수 있다.

제어 유닛은 입출력 인터페이스를 통해 전극 어레이 배치 시스템의 처방 정보와 전극 어레이의 위치, 개별 전극의 전압 또는 전류 세기 등의 정보를 수신해 메모리에 저장한다. 상기 처방 정보는 전기장 치료의 총 치료횟수, 총 치료 시간, 일일 치료 시간 및 치료 주파수를 포함할 수 있다. 또한 전극 어레이의 정확한 부착 위치를 결정하기 위해 3D 모델을 포함할 수 있다.

제어 유닛의 프로세서(107)는 메모리에 저장된 데이터를 기반으로 순환 동작을 위한 전극 어레이 쌍의 연결 순서, 동작 시간을 설정하고, 각 동작 모드(mode of operation) 별로 활성(동작 중) 전극 어레이 쌍의 전극들과 제너레이터들과의 매핑 방법, 각 제너레이터의 전압 또는 전류의 초기값을 결정한다.

치료가 시작되면, 프로세서(107)는 상기 결정된 전극 어레이 쌍의 연결 순서에 따라, 예를 들어, 제1 동작 시간 동안 제1 동작 모드를, 제2 동작 시간에 따라 제2 동작 모드를 반복한다. 제1 동작 모드가 시작되면 스위칭 라우터를 제어해서 제1 전극 어레이 쌍(제1전극 어레이와 제2 전극 어레이)을 선택한다. 제1 전극 어레이의 각 전극과 제2 전극 어레이의 각 전극을 미리 결정된 매핑 구성에 따라 제너레이터와 연결한다. 상기 결정된 각 제너레이터의 전압 또는 전류 세기에 따라 신호 레벨이 결정되고, 제1 전극 어레이 내의 매핑된 전극, 대상체, 제2 전극 어레이 내의 매핑된 전극으로 연결된 회로를 따라 전류를 인가하여 대상체 체내에 전기장을 전달한다. 결정된 제1 동작 시간이 지나면 프로세서는 제2 동작 모드로 변경한다. 스위칭 라우터를 제어해서 제2 전극 어레이 쌍(제3전극 어레이와 제4 전극 어레이)을 선택한다. 미리 결정된 매핑 구성에 따라 제3 전극 어레이의 각 전극과 제4 전극 어레이의 각 전극을 제너레이터와 연결한다. 제2 동작 시간이 흐르면 다음 제1 동작 모드로 전환된다. 2개의 동작 모드를 예로 들었지만, 복수 개의 동작 모드를 반복 수행할 수 있다.

전압 스파이크와 과도 전류

전기장 전달 시스템의 순환 동작은 스위칭 라우터를 구성하는 스위칭 라우터 및 전극스위치의 빠른 스위칭 속도를 요구한다. 각 동작 모드가 1~2초 정도임을 생각하면 스위칭이 최대 100ms 이내에서 이루어져야 한다. 빠른 응답속도를 위해 스위칭 라우터 및 전극스위치는 FET 스위치를 사용할 수 있다. 각 제너레이터는 동작 모드에 따른 스위칭과 전류의 변경에 따라 갑작스러운 로드 임피던스의 변화를 경험하게 된다. 이 순간 변화는 제어 전류에 의도하지 않은 스파이크 또는 과도 전류가 더해지는 결과로 나타난다.

일실시예에서 스위칭 라우터에서 스위칭 라우터 및 전극스위치의 동작이 이루어지는 순간에 발생하는 스파이크 또는 과도 전류를 방지하기 위해, 스위치는 연결된 제너레이터의 신호와 동기화한다. 도 3은 제너레이터의 신호가 연결된 스위치와 비동기화 될 때를 도시한다. 제너레이터의 신호가 0이 아닌 피크와 가까운 전압 또는 전류를 인가하는 도중 스위치가 작동하면 제너레이터의 로드 임피던스가 갑작스럽게 변화하여 스파이크 또는 과도 전류가 발생한다. 도 4 및 도 5는 동작 모드의 변경이 제너레이터의 신호와 동기화한 경우를 도시한다.

일실시예에서 스위칭 라우터에서 스위칭 라우터 및 전극스위치 동작이 이루어질 때 FET 스위치가 꺼지더라도 FET의 기생용량으로 인하여 임피던스는 무한대가 아니게 되고 따라서 누설전류가 발생한다. 도 6은 누설전류를 최소화하는 방법의 실시 예이다. 각 FET 스위치(204)는 릴레이 스위치(203)과 함께 연결된다. 먼저 릴레이 스위치(203)가 작동한다. 릴레이 스위치가 작동 중일 때 누설전류(208)가 발생한다. 릴레이 스위치(203)가 작동되고 짧은 시간 안에 FET 스위치(204)를 작동하여 의도된 전류 및 전압(207)을 인가한다. 다음 모드로 전환 될 때 먼저 FET 스위치를 끄고, 릴레이 스위치를 끔으로써 누설전류를 최소화한다.

온도 센서와 열 관리

전극과 피부 사이의 온도 관리는 전기장 전달 시스템의 가장 중요한 측면으로 피부 화상의 위험을 막기 위해 한계 온도 이상이 되면 전류의 흐름을 차단해야 한다. 전극과 피부 사이에 흐르는 전류는 열을 발생시키고, 이 열에 의한 피부 화상을 방지하기 위해 부가된 온도 센서로부터 온도를 측정할 필요가 있다. 각 온도 센서의 측정값이 일정 온도(예, 섭씨 41도)를 넘어서면, 시스템을 일시 정지시키거나, 전류 웨이브폼을 변경시키는 방식으로 대상체가 화상을 입을 위험을 피하는 최적화 방법이 있다. 전체 전기장 전달 시스템의 정지 대신 일 동작 모드의 정지를 개시하는 방법도 있다.

일실시예에서 전극 온도를 측정하기 위해 복수 개의 온도 센서를 데이지 체인으로 구성함으로써 부가적인 회로 요소 없이 각 전극의 온도를 순차적으로 측정할 수 있으며 측정된 온도 디지털 데이터를 인터페이스 케이블을 통해 송신한다. 도 7은 제어 유닛과 스위칭 라우터에 연결되고 데이지 체인을 지원하는 온도 센서부를 포함하는 전극 어레이(103)의 실시예이다. 각 온도 센서부(300)는 각 전극(104)과 열 접촉 되어있어 각 전극(104)의 온도를 측정할 수 있다. 이러한 목적에 적합한 부품은 Texas Instruments 사의 TMP144이다. 해당 부품은 온도센서를 포함하고 UART 통신을 지원하며 데이지 체인 방식을 지원한다. 따라서 데이지 체인 방식의 온도 센서부(300) 구조는 컨트롤러(303)를 통해 온도 측정을 시작하고 각 전극 어레이(103)에 구성되어진 각 전극(104)의 온도를 실시간으로 순차적으로 획득한다. 컨트롤러에서는 순차적으로 측정한 온도 센서의 값을 입력받고 획득된 온도 측정값을 전기장 전달 시스템에 송신한다.

제어 유닛은 수신된 온도 정보로부터 위험 전극을 특정하고 해당 전극과 연결된 제너레이터의 전압 및 전류의 세기를 조절하여 온도가 한계 온도 이상으로 올라가는 것을 예방할 수 있다.

열 관리에서 중요한 것은 한계 온도 이상으로 올라가는 전극 어레이 상의 가장 높은 온도를 갖는 전극을 판단하는 것이다. 도 8은 최대 온도를 가지는 온도 센서의 위치 정보와 최대 온도를 출력하는 회로를 보여준다. 각 전극과 열 접촉된 서미스터(400)가 NTC 타입이라 가정하자. NTC 서미스터(400)는 온도가 증가함에 따라 저항이 감소하는 특성을 가지며, 이로 인하여 출력되는 전압은 온도가 증가함에 따라 감소한다. 예를 들어, 도 8에 표시된 세 개의 서미스터(Ra, Rb 및 Rc)의 온도를 Ta, Tb, Tc라 하고 이들이 Ta > Tb > Tc의 조건을 만족하면, 각 서미스터의 출력값은 Va < Vb < Vc의 관계를 만족한다. 각 서미스터의 전압은 다이오드(402)와 저항으로 피드백되는 연산증폭기(401)에 입력된다. 바이어스 저항(403)을 통해 흐르는 전류는 최소 전압을 가지는 제1 다이오드(402a)를 통해 흐르게 된다. 이 때 제2 다이오드(402b), 제3 다이오드(402c)는 차단된다. 따라서, 회로의 Vout에는 Va가 출력된다. 제1 앰프(401a)와 제1 다이오드(102a)의 사이(405a)에는 Va에서 다이오드 전압 강하, Vd (

0.7V)에 해당하는 전압을 뺀 값이 출력된다. 반면, 제2 앰프(402b)의 출력은 발진하게 되고, 따라서 제2 앰프와 제2 다이오드의 사이(405b)에는 제2 앰프의 전원, Vcc가 출력된다. 마찬가지로 제3 앰프(401c)와 제3 다이오드(102c) 사이(405c)에도 앰프의 전원, Vcc가 출력된다. 정리하면, 앰프와 다이오드의 사이(405)에 출력되는 전압은 Vt - Vd 또는 Vcc가 출력됨으로써 비교기와 인코더를 사용하면 최대 온도가 발생한 온도 센서의 위치 정보를 획득할 수 있다.

스위칭 라우터의 구성

도 9는 전기장의 방향을 전극 어레이의 단위로 변환하는 방식의 실시 예이다. 스위칭 라우터 및 전극스위치는 SPDT(single pole dual terminals) 방식의 릴레이 스위치(500)로 구성한다. 스위칭 라우터 및 전극스위치는 두 개의 어레이의 각 전극을 선택할 수 있다. 스위칭 라우터 및 전극스위치의 P 방향은 서로 동기화되어 전극의 어레이 별로 선택하고, 스위칭 라우터의 N 방향은 서로 동기화되어 전극 어레이 별로 선택한다. 예를 들어 도면의 A 전극 어레이와 B 전극 어레이 중의 1번 전극을 하나 선택하고, N 방향의 C 전극 어레이와 D 전극 어레이의 1번 전극을 하나 선택하여 하나의 쌍을 선택한다. A 전극 어레이의 1번 전극과 C 전극 어레이의 1번 전극을 동시에 선택하여 전압을 인가할 수 있고, A 전극 어레이의 1번 전극과 D 전극 어레이의 1번 전극을 선택하여 전기장의 방향을 좌우로 변화하여 대상체에 인가할 수 있다.

도 10은 앞의 도 9의 실시 예의 전기장의 방향을 도시하였다. 입력된 환자의 의료영상을 통해 대상체의 관심 영역(600)의 위치를 얻고, 전극 어레이 배치 시스템을 통해 관심 영역(600)에 최적화된 전기장의 방향(601)과 전압 또는 전류의 세기를 결정한다. 도 10은 관심 영역(600)에 집중하여 전기장을 인가하기 위하여 전기장의 방향(601)을 전극 어레이 배치 시스템에서 설정하고, 전극 어레이 배치 시스템의 계획을 제어 유닛에 입력하여, 관심 영역(601)에 최적화된 전기장을 인가하며 치료 효과를 높일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예는 1P4T 방식의 스위치를 사용한 전기장의 방향을 결정하는 것이다. 도 11은 전기장의 방향을 전극 어레이의 단위로 변환하는 방식의 실시 예이다. 스위칭 라우터 및 전극스위치는 하나의 극성이 4가지의 방향을 선택할 수 있는 1P4T 방식의 릴레이 스위치(700(a), 700(b))로 구성한다. 각 전극스위치는 4개의 전극 어레이(103)의 각 전극을 선택할 수 있다. 예시를 들어 도면의 대상체(501)에 부착된 각 전극 어레이(103)를 A, B, C, D 와 E, F, G, H 의 전극 어레이로 구분한다. 해당 시스템의 P 방향 스위치(700(a))는 A, B, C, D 중 하나의 전극 어레이의 전극을 선택하고 N 방향의 전극스위치(700(b))는 E, F, G, H의 전극 어레이 중 하나와 연결한다. 따라서 총 16가지의 방향으로 전기장을 전달할 수 있다. 그러나, 실제 치료에서는 이 중 종양에 전달되는 전기장의 세기와 부피 비율, 효과를 고려하여 치료 계획을 세워야 한다.

도 12는 도 11의 실시 예에서 사용된 전극 어레이 그룹의 실시 예이다. 각 전극 어레이(103)는 8개의 개별 전극(104)으로 구성된다. 전극 어레이 그룹은 대상체의 한 면에 부착되고 또 다른 전극 어레이 그룹은 대상체의 다른 면에 부착된다. 한 면에 부착된 전극 어레이 그룹은 A, B, C, D의 전극 어레이를 형성하고, 다른 면에 부착된 전극 어레이 그룹은 E, F, G, H의 전극 어레이를 형성한다.

도 13은 도 11 시스템의 실시 예에서 도 12의 전극 어레이 그룹을 사용하여 구성된 전기장 종양 치료 요법을 실시하기 위한 구성의 실시 예이다. 각 제너레이터는 연결선(703)을 통하여 스위칭 라우터(706)에 연결한다. 하나의 스위치(706(a))는 A, B, E, F의 전극 어레이로 각각 연결되고, 다른 하나의 스위치(706(b))는 C, D, G, H의 전극 어레이로 각각 연결된다.

도 14는 도 11 내지 도 13의 실시 예의 전기장의 방향을 도시하였다. 대상체의 관심 영역을 중심으로 최적화된 전기장을 전달한다. 1P4T의 방식으로 구성된 시스템은 A, B, C, D 중 하나의 전극 어레이의 전극과 E, F, G, H 중 하나의 전극 어레이의 전극을 연결한다. 선택된 전극 어레이는 활성화(800)되고 선택되지 않은 전극 어레이는 비활성화(801)된다. 따라서 관심 영역(600)에 여러 가지 방향의 경우의 수를 형성할 수 있고, 대상체의 관심 영역에 최적의 전기장의 방향과 세기를 인가하여 치료 효과를 상승시킨다.

한편, 상기 전극 서브 어레이(1302)는 적어도 하나의 개별전극을 포함하며, 상기 전극 어레이의 행(Row)을 구성하는 개별전극들을 포함하거나, 상기 전극 어레이의 열(Column)을 구성하는 개별전극들을 포함하는 것일 수 있다.

도 15는 각 전극을 개별적으로 제어하는 실시예를 도시하였다. 각 전극은 개별 제너레이터에 의해 제어되고, 스위칭 라우터 및 전극스위치를 통하여 전극별로 선택이 가능하다. 예를 들어 스위칭 라우터 및 전극스위치는 한 개의 전극 어레이(104)의 모든 전극(103)을 활성화(902(a))하여 전기장을 인가할 수 있다. 각 제너레이터와 스위칭 라우터에 연결된 전극은 전극 어레이 별로 선택될 뿐만 아니라 다른 전극 어레이의 전극을 개별적으로 선택하여 구성 전압을 인가할 수 있다.

전기장 종양 치료 요법은 의료영상을 통해 대상체의 관심 영역의 위치를 얻고, 전극 어레이 배치 시스템을 통해 관심 영역에 최적화된 전기장의 방향과 전기장의 방향과 전압 또는 전류의 세기를 결정한다. 따라서 회전 전기장을 줄 수 있는 본 예시를 통하여 관심 영역 중심으로 여러 방향으로 인가할 수 있다. 또한, 본 실시 예는 스위칭 라우터를 통해 전극 어레이 별로 전극을 선택할 수 있지만, 전극 어레이 안의 다른 전극을 선택할 수 있다. 따라서 선택된 전극을 토대로 더 다양한 방향의 전기장을 인가할 수 있다.

도 16은 도 15의 실시 예의 종양을 중심으로 전기장을 인가할 때 위에서 바라본 실시예 이다. 전극 어레이 배치 시스템은 관심 영역에 최적화된 전기장을 인가하기 위하여 전기장의 방향을 결정한다. 따라서 전기장은 종양에서 제일 가까운 전극끼리 연결되는 제1 방향을 기준으로 한번, 그리고 1방향에서 전기장의 방향이 90도에 가장 가까운 방향으로 전기장을 인가하고, 45도에 가장 가까운 기준으로 인가하고, 135도에 가까운 기준으로 인가하는 방식으로 총 4가지 이상의 방향으로 전기장을 인가할 수 있다. 설정된 전기장의 방향은 0도, 90도, 45도, 135도 순서대로 인가될 수 있고, 임의의 순서로 전기장의 방향이 스위칭 라우터를 통해 변화하여 대상체의 관심 영역에 인가하여 치료 효과를 상승시킨다.

도 17은 도 15의 실시 예로 전극별로 제어할 때의 전기장의 방향을 도시하였다. 앞선 예시 보다 각 전극 별로 제어할 수 있어, 전기장의 방향을 더욱 가능하게 인가할 수 있다. 전극 별로 전극을 활성화(950)하고, 전극을 비활성화(951)할 수 있다. 따라서 전기장의 방향을 더욱 다양하게 인가할 수 있고, 이로 인하여 전기장 종양 치료의 무효각도를 최소화할 수 있다.

전기장 전달 시스템의 최적화

본 발명의 일실시예에 따르면 전극 어레이 배치 시스템은 장기와 종양이 포함된 환자의 의료영상에서 장기와 종양을 분류하는 영상 분류부, 상기 영상 분류부에 의해 분류된 각 영역의 물성 정보를 설정하는 물성 정보 설정부, 입력된 종양 종류 및 종양 상태 정보를 고려하여 처방 선량을 결정하고, 전기장 치료의 총 치료횟수, 총 치료시간, 일일 치료시간 및 치료 주파수를 포함하는 처방 정보를 결정하는 처방 정보 결정부, 상기 영상 분류부에 의해 분류된 각 영역의 위치 및 크기와 물성 정보를 고려하여 전기장 치료를 위해 사용되는 전극 개수, 전극 위치 및 전극별 전압 인가 시간 및 전압 세기를 초기 설정하고 상기 초기 설정을 기초로 체내 선량 분포와 온도 분포를 계산하는 선량 및 온도 산출부 및 각 영역의 선량 및 온도가 기 설정된 선량 기준 및 온도 기준을 만족하도록 상기 전극 개수, 전극 위치 및 전극별 전압 인가 시간 및 전압 세기 중 적어도 하나를 변경하여 체내 선량 및 온도 분포를 최적화하는 최적화부를 포함하는 체내 온도 제어 및 흡수에너지 기반 전기장 종양 치료 전극 어레이 배치 시스템일 수 있다.

도 18은 상기 체내 온도 제어 및 흡수에너지 기반 전기장 종양 치료 전극 어레이 배치 시스템을 사용하여 치료하는 진행 과정을 보여준다. 먼저 대상체의 의료영상을 획득하여 전극 어레이 배치 시스템에 입력한다(S120). 대상체의 의료영상을 토대로 주요장기와 관심 영역을 설정하고(S121), 전극의 개수와 전극 위치, 전극별 전압 또는 전류 인가 시간 및 세기를 처음에 설정한다.(S122) 이를 토대로 체내의 흡수 선량 및 온도 분포를 계산한다.(S123) 계산된 온도 분포와 체내 흡수 선량을 평가하여(S124), 주요장기에는 최소화되고 관심 영역에는 최적화되어 전기장이 인가되는지 또는 주요장기와 관심 영역 그리고 피부 온도가 위험한 온도로 증가하지 않는지에 대한 평가를 한다(S125). 평가된 결과가 최적화되지 않았으면 전극의 위치, 개수, 전극별 전압 및 전류 세기, 인가 시간 중 적어도 하나의 값을 바꾸어 다시 계산하고(S131, S123) 평가한다(S124). 해당 결과가 최적화된 결과라고 판단되면 전극 어레이 배치 시스템에서 각 전극에 인가되는 전압 및 전류의 세기에 관한 결과를 출력할 수 있다.(S126) 출력한 결과를 토대로 제어 유닛에 해당 데이터를 입력한다(S127). 제어 유닛은 전극 어레이 배치 시스템의 결과를 입력받아 전극과 스위칭 라우터의 구성을 고려하여 스위칭 라우터의 작동 경우의 수를 결정한다(S128). 결정된 전기장의 방향의 경우의 수를 차례대로 또는 임의의 순서로 전기장을 인가하며 치료를 시작하고(S129), 제어 유닛은 실시간으로 전극 어레이의 전극 온도를 측정하여 문제 되는 전극의 전류 또는 전압을 조절한다(S130). 전극 어레이 배치 시스템을 사용하여 관심 영역에는 최적의 전기장, 그리고 주요장기에는 최소의 전기장을 인가하고, 피부 또는 관심 영역과 주요 장기의 온도를 미리 계산하여 부작용에 대한 위험을 낮추고 치료 효과를 비약적으로 상승시킬 수 있다.

상기 전극 어레이 배치 시스템에서 결정된 최선의 치료 계획을 전기장 종양 전기장 전달 시스템에 입력하고 치료를 수행한다. 입력된 전극 개수 및 전극 위치에 따라 전극 어레이를 대상체의 피부에 부착하고, 전극별 전압 세기와 인가 시간에 따라 전극 어레이 쌍의 동작 순서와 동작 시간, 각 전극에 연결된 제너레이터의 전압 또는 전류 세기를 설정한다.

본 발명의 일실시예에 따르면 전극 어레이 배치 시스템은 장기와 종양이 포함된 환자의 의료영상에서 관심 영역 및 주요 장기 정보를 획득하는 단계, 획득한 관심 영역 정보를 기초로 전극 어레이의 전체 모양 및 전체 면적을 설정하는 단계, 상기 전극 어레이의 전체 면적에서 상기 전극 어레이를 구성하는 복수의 단위 전극이 차지하는 면적 비율을 설정하는 단계, 상기 전체 모양 및 전체 면적을 설정하는 단계 및 상기 면적 비율을 설정하는 단계를 상기 관심 영역 및 주요장기에 전달되는 전기장이 최적화될 때까지 반복하여 수행하는 단계 및 상기 전기장이 최적화되는 맞춤형 전극 어레이 구조를 도출하는 단계를 포함하는 전기장 종양 치료 전극 어레이 배치 시스템일 수 있다.

대상체의 관심 영역에 전달되는 전기장의 세기는 전극의 면적이 증가함에 따라 같이 증가하지만, 특정 면적에 도달하면 관심 영역에 전달되는 평균 전기장의 세기는 같다. 따라서 관심 영역에는 최대의 전기장을, 주요장기에는 안전한 전기장을 전달해야 한다. 도 19는 상기 전극 어레이 배치 시스템을 사용하여 활성화하는 전극의 위치와 해당 전극의 전압 또는 전류의 세기를 결정하여 치료를 하는 진행 과정의 블록도이다. 먼저 대상체의 3D 의료영상 데이터를 전극 어레이 배치 시스템에 입력한다(S140). 입력된 대상체의 데이터에서 관심 영역과 주요장기의 정보를 획득한다(S141). 획득한 관심 영역과 주요장기의 위치 정보를 기초로 전극 어레이의 활성화 또는 비활성화하는 전극을 결정한다(S142). 다음 활성화 전극 어레이에서 각 개별 전극이 차지하는 면적의 비율과 세기를 설정하고(S143), 관심 영역과 주요장기에 전달되는 전기장의 세기가 전체적으로 최적화되었는지 평가한다(S144). 최적화되었다고 판단되었을 경우 활성화하는 전극의 위치와 각 전극으로 인가되는 전압 또는 전류의 세기에 관한 결과를 출력하고(S145), 얻어진 결과를 토대로 제어 유닛에 입력한다(S146). 제어 유닛은 입력받은 전극 어레이 배치 시스템의 결과를 토대로 전극과 스위칭 라우터의 구성요소를 고려하여 제어 방식을 결정한다.

도 20은 전극 어레이 배치 시스템의 계산 결과를 토대로 도 15의 실시 예에서 전극을 선택하여 관심 영역에 최적화된 전기장을 인가하는 실시 예를 도시한다. 관심 영역(600)과 주요장기(620)에 최적화된 전기장을 인가하기 위하여 전극을 종양의 모양과 유사하게 선택한다. 종양의 모양과 유사하게 선택된 전극을 활성화(950)하고 선택되지 않은 전극은 비활성화(951)한다. 이후 전극 어레이 배치 시스템에서 계산된 전압의 세기 또는 전류의 세기를 활성화된 전극을 통하여 인가한다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 개시된 실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것으로 한정적인 것으로 이해해서는 안 되며, 이러한 변형 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.

1000: 전기장 전달 시스템
1100: 복수의 제너레이터
1102: 제너레이터
1202: 스위칭 라우터
1204: 전극스위치
1300: 전극 어레이
1302: 전극 서브 어레이
1304: 개별전극
1400: 제어부
105 : 연결선
200 : 스위치의 on/off 신호
201 : 모드 1 전극의 신호
202 : 모드 2 전극의 신호
205 : 릴레이 스위치 신호
206 : FET 스위치 신호
304 : 커넥터
700(a) : P 방향 스위치
700(b) : N 방향 스위치
701(a) : P 방향 연결선
701(b) : N 방향 연결선
702 : 커넥터
705 : 커넥터

Claims (20)

1. 복수의 개별전극을 포함하는 전극 어레이를 이용하여, 3차원 대상체 내의 관심 영역에 전기장을 전달하는 전기장 전달 시스템에 있어서,
   상기 전기장을 제공하기 위한 복수의 제너레이터(Generator);
   상기 복수의 제너레이터에서 발생하는 교류 전력을 상기 대상체에 전달하기 위한 복수의 전극 서브 어레이; 상기 전극 서브 어레이는 상기 전극 어레이에 포함된 복수의 개별전극 중에서 일부의 개별전극을 포함하고,
   상기 복수의 제너레이터와 상기 복수의 전극 서브 어레이를 일대일로 연결하기 위한 스위칭 라우터(Switching Router); 및
   상기 복수의 제너레이터, 상기 복수의 전극 서브 어레이 및 상기 스위칭 라우터를 제어하기 위한 제어부(Controller);
   를 포함하는 전기장 전달 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는
   상기 전극 서브 어레이에 독립적으로 조절 가능한 전류를 제공하여, 특정 전극 서브 어레이에 과도한 전류가 인가되지 않도록 방지하는
   것을 특징으로 하는 전기장 전달 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는
   상기 복수의 제너레이터 각각에 대하여, 전압 또는 전류의 크기를 독립적으로 제어하며, 전압 또는 전류를 인가하는 듀티 사이클(Duty Cycle)을 독립적으로 제어하는
   것을 특징으로 하는 전기장 전달 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는
   상기 복수의 제너레이터와 상기 복수의 전극 서브 어레이 간의 매핑 방법을 결정하고, 상기 매핑 방법에 따라, 상기 스위칭 라우터를 제어하는
   것을 특징으로 하는 전기장 전달 시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 스위칭 라우터는
   상기 복수의 제너레이터와 상기 복수의 전극 서브 어레이가 매핑되도록 연결하는
   것을 특징으로 하는 전기장 전달 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 스위칭 라우터는 릴레이(Relay) 스위치를 포함하는
   것을 특징으로 하는 전기장 전달 시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 스위칭 라우터는 릴레이(Relay) 스위치와 직렬 연결되는, 전계 효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor) 스위치를 더 포함하는
   것을 특징으로 하는 전기장 전달 시스템.
8. 제1항에 있어서,
   상기 각각의 개별전극마다 온도 상승을 감지하는 온도센서를 더 포함하고,
   상기 제어부는 상기 온도센서에서 온도 상승이 감지되는 각각의 전극 서브 어레이에는, 독립적으로 전류인가의 듀티 사이클(Duty Cycle)을 축소하여 인가하거나 상기 각각의 전극 서브 어레이에 연결된 제너레이터의 전압 및 전류의 세기를 감소하여 인가하는
   것을 특징으로 하는 전기장 전달 시스템.
9. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 외부의 전극 어레이 배치 시스템으로부터 전극 배치 정보를 제공받되,
   상기 전극 배치 정보는 상기 전극 어레이의 위치, 상기 전극 서브 어레이의 결정, 상기 전극 서브 어레이의 전압 또는 전류 세기 등을 포함하는
   것을 특징으로 하는 전기장 전달 시스템.
10. 제9항에 있어서,
    상기 전극 배치 정보에 포함된 상기 전극 어레이의 위치는 상기 대상체에 대한 3차원 모델로 표현된 전극 어레이의 위치인
    것을 특징으로 하는 전기장 전달 시스템.
11. 제9항에 있어서,
    상기 제공받은 전극 배치 정보에 따라,
    상기 제어부는 상기 복수의 제너레이터와 상기 복수의 전극 서브 어레이 간의 매핑 방법을 결정하고,
    상기 매핑 방법에 따라, 상기 스위칭 라우터를 제어하는
    것을 특징으로 하는 전기장 전달 시스템.
12. 제11항에 있어서,
    상기 제공받은 전극 배치 정보에 따라,
    상기 제어부는 상기 전극 서브 어레이의 연결 순서, 동작 시간을 설정하고, 각 동작 모드(mode of operation) 별로 활성 및 비활성의 전극 서브 어레이들과 상기 복수의 제너레이터와의 매핑 방법, 각 제너레이터의 전압 또는 전류의 초기값을 결정하는
    것을 특징으로 하는 전기장 전달 시스템.
13. 복수의 개별전극을 포함하는 전극 어레이를 이용하여, 3차원 대상체 내의 관심 영역에 전기장을 전달하는 전기장 전달 시스템에 있어서,
    상기 전기장을 제공하기 위한 제너레이터(Generator);
    상기 제너레이터에서 발생하는 교류 전력을 상기 대상체에 전달하기 위한, 상기 전극 어레이에 포함된 복수의 개별전극 중에서 일부의 개별전극을 포함하는, 전극 서브 어레이;
    상기 제너레이터와 상기 전극 서브 어레이를 연결하기 위한 스위칭 라우터;
    상기 전극 서브 어레이와 상기 적어도 하나의 개별전극을 연결하기 위한 적어도 하나의 전극스위치; 및
    상기 제너레이터, 상기 전극 서브 어레이, 상기 스위칭 라우터 및 상기 전극스위치를 제어하기 위한 제어부(Controller);
    를 포함하는 전기장 전달 시스템.
14. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 대상체 내 관심 영역에 전달되는 선량 분포가 관심 영역의 위치, 모양 및 크기에 부합하도록 상기 적어도 하나의 전극 서브 어레이를 선택하고 조절 가능한 전류를 제공하는
    것을 특징으로 하는 전기장 전달 시스템.
15. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제너레이터에 대하여, 전압 또는 전류의 크기를 제어하며, 전압 또는 전류를 인가하는 듀티 사이클(Duty Cycle)을 제어하는
    것을 특징으로 하는 전기장 전달 시스템.
16. 제13항에 있어서,
    상기 스위칭 라우터 및 전극스위치는 릴레이(Relay) 스위치를 포함하고, 상기 릴레이(Relay) 스위치와 직렬 연결되는, 전계 효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor) 스위치를 더 포함하는
    것을 특징으로 하는 전기장 전달 시스템.
17. 제13항에 있어서,
    상기 전극 서브 어레이의 각각의 개별전극은 온도 상승을 감지하는 온도센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 온도센서에서 온도 상승이 감지되는 전극 서브 어레이에는, 전류인가의 듀티 사이클(Duty Cycle)을 축소하여 인가하거나 상기 전극 서브 어레이에 연결된 제너레이터의 전압 및 전류의 세기를 감소하여 인가하는
    것을 특징으로 하는 전기장 전달 시스템.
18. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는
    외부의 전극 어레이 배치 시스템으로부터
    상기 전극 서브 어레이 및 외부의 복수의 전극 서브 어레이 각각에 대한
    i) 연결 선택 여부, ii) 동작 시간 및 iii) 동작 전력을 포함하는 전극 동작 정보를 제공받아,
    상기 전극 서브 어레이 및 외부의 복수의 전극 서브 어레이 각각에 대한
    연결 선택 및 설정된 동작 시간에 따른 동작 전력 인가를 순차적으로 반복해서 수행하는 것을 특징으로 하는 전기장 전달 시스템.
19. 복수의 개별전극을 포함하는 전극 어레이를 이용하여, 3차원 대상체 내의 관심 영역에 전기장을 전달하는 전기장 전달 방법으로,
    상기 전극 어레이에서 일부의 개별전극으로 구성된 전극 서브 어레이를 구성하고, 구성된 적어도 하나 이상의 전극 서브 어레이 쌍을 통해 순차적이고 반복적으로 전기장을 전달하는 전기장 전달 방법.
20. 제19항에 있어서,
    상기 전극 서브 어레이는 각각 전기장 세기 또는 전기장 인가시간을 달리할 수 있는
    것을 특징으로 하는 전기장 전달 방법.