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WO2013066107A1 - 테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단용 프로브, 중이염 진단 시스템 및 방법 - Google Patents

테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단용 프로브, 중이염 진단 시스템 및 방법 Download PDF

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WO2013066107A1
WO2013066107A1 PCT/KR2012/009187 KR2012009187W WO2013066107A1 WO 2013066107 A1 WO2013066107 A1 WO 2013066107A1 KR 2012009187 W KR2012009187 W KR 2012009187W WO 2013066107 A1 WO2013066107 A1 WO 2013066107A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
terahertz
otitis media
unit
ear
terahertz wave
Prior art date
Application number
PCT/KR2012/009187
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English (en)
French (fr)
Inventor
허용민
서진석
오승재
손주혁
전태인
최재영
최현용
김상훈
정기영
지영빈
Original Assignee
연세대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 연세대학교 산학협력단 filed Critical 연세대학교 산학협력단
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Priority to JP2014539877A priority patent/JP5865504B2/ja
Publication of WO2013066107A1 publication Critical patent/WO2013066107A1/ko

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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/227—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor for ears, i.e. otoscopes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
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    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves
    • A61B5/0507—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves using microwaves or terahertz waves
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
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    • A61B5/053—Measuring electrical impedance or conductance of a portion of the body
    • A61B5/0536—Impedance imaging, e.g. by tomography

Definitions

  • the present invention relates to a otitis media diagnosis probe, otitis media diagnosis system and method using terahertz wave to diagnose the occurrence, type, progress and condition of otitis media using terahertz wave.
  • Otitis media is an inflammation of the middle ear cavity that occurs in a wide range of age groups, from adults to children. About 30% of children under 3 years of age are a common disease. Depending on the clinical symptoms, it can be divided into acute otitis media and exudative otitis media. If it lasts more than 3 months, it is classified as chronic otitis media.
  • Acute otitis media is characterized by pain, fever, redness of the tympanic membrane, swelling, decreased mobility, and purulent discharge. In addition, recurrences frequently occur, so several months of improvement should be observed, and antibiotics should be treated.
  • otitis media is a case of effusion in the middle ear without any symptoms or symptoms of acute infections such as ear pain or fever. Unlike acute otitis media, antibiotics are not administered and treatment is different. Therefore, accurate distinction between acute otitis media and exudative otitis media is needed and appropriate treatment is needed. In addition, accurate diagnosis is important because frequent relapses and serious complications can occur if treatment fails. Observation alone cannot guarantee a safe and accurate diagnosis.
  • the current method of diagnosing otitis media is by direct medical examination (otoscope), by the findings of the eardrum suspected of diagnosing otitis media, and by using an impedance audiometer that generates sound and measures the echo. There is a method to directly test the eardrum using a syringe.
  • the present invention provides a otitis media diagnosis probe, otitis media diagnosis system and method using terahertz wave that can non-invasive diagnosis using terahertzpa.
  • the present invention provides an otitis media diagnosis probe, otitis media diagnosis system and method using a terahertz wave capable of diagnosing otitis media by accurately obtaining an image of the middle ear cavity using a terahertz wave having excellent permeability.
  • the present invention provides a otitis media diagnosis probe, otitis media diagnosis system and method using a terahertz wave that can quickly and accurately distinguish between exudative otitis media and purulent otitis media using water-sensitive terahertz waves.
  • the present invention provides a otitis media diagnosis probe, otitis media diagnosis system and method using terahertz wave which is safe for a living body by using terahertz wave.
  • terahertzpa provides a system and method for diagnosing otitis media in which spawning rarely occurs in the ear, and which requires no medium due to its strong straightness.
  • the present invention provides a system and method for diagnosing otitis media, which is capable of initial diagnosis by recognizing moisture occurring in the early stage of otitis media by using properties of terahertzpa, which are sensitive to moisture.
  • the ear probe for diagnosing otitis media using the terahertzpa of the present invention is inserted into the ear;
  • a detector configured to detect terahertz reflected waves reflected from the middle ear cavity.
  • the generating unit is characterized in that for emitting terahertz waves of 0.01 to 30 terahertz (THz).
  • the generation unit is characterized in that to emit any one of the terahertz wave in the pulse type, continuous type and semiconductor element type terahertz wave.
  • the otitis media diagnosis system using a terahertz wave of the present invention includes a terahertz probe including a generator for radiating terahertz waves from the outside of the ear toward the middle ear and a detection unit for detecting the terahertz reflected waves reflected from the middle ear; A converter for converting the terahertz reflected waves detected by the detector into an electrical signal and transmitting the electrical signal to the controller; And a controller for diagnosing otitis media by using the electrical signal transmitted from the converter.
  • the generating unit is characterized in that for emitting terahertz waves of 0.01 to 30 terahertz (THz).
  • the generation unit is characterized in that to emit any one of the terahertz wave in the pulse type, continuous type and semiconductor element type terahertz wave.
  • the controller may generate an image using the electrical signal.
  • the controller is characterized by diagnosing otitis media by analyzing the image generated by using the electrical signal.
  • the display unit may further include a display unit configured to display and display the image generated by the controller.
  • the apparatus may further include a storage unit which stores the image generated by the controller.
  • the converter may amplify the signal of the terahertz reflected wave and remove noise included in the terahertz reflected wave.
  • the terahertz probe further includes a camera for acquiring image information inside the ear.
  • the terahertz probe further includes an ear pawl inserted into the ear.
  • the control unit is characterized by diagnosing otitis media by distinguishing the occurrence, progression or type of otitis media.
  • the present invention is a method for diagnosing otitis media using terahertz waves, comprising: a first step of generating a terahertz wave from the outside of the ear toward the middle ear; A second step of detecting, by the detector, a terahertz wave reflected from the middle ear cavity; A third step of a converting unit converting the terahertz reflected wave into an electric signal and transmitting the converted signal to a control unit; And a fourth step of the control unit diagnosing otitis media using the electrical signal.
  • the third step further includes the step of the converter amplifying the terahertz wave and removing the noise contained in the terahertz wave.
  • the fourth step is characterized in that the control unit diagnoses otitis media by analyzing the intensity or spectroscopic spectrum of the wavelength of the electrical signal received from the conversion unit.
  • the control unit may further include generating an image by using the electrical signal received from the conversion unit and transmitting the image to a display unit, and displaying the image by the display unit.
  • the control unit may further include diagnosing otitis media by analyzing the image.
  • the otitis media diagnosis probe, the otitis media diagnostic system and method using the terahertzpa of the present invention can diagnose otitis media non-invasively using terahertz wave.
  • FIG. 1 is a view of a terahertz probe and ear structure according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram of a system for diagnosing otitis media using terahertz waves according to an embodiment of the present invention
  • 3 to 6 are graph images generated according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart of a diagnostic method using terahertz waves according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view of a terahertz probe and ear structure according to an embodiment of the present invention.
  • the terahertz probe 10 includes a generator 11 for radiating terahertz waves from the outside of the ear toward the middle ear cavity, a detector 12 for detecting the terahertz reflected waves reflected from the middle ear, and inside the ear. It includes a camera 13 for acquiring the image information of the ear and the ear pawl 14 is inserted into the ear.
  • the generating unit 11 is a generation unit (not shown) for generating terahertz waves, a transmission unit (not shown) for transmitting the terahertz waves generated by the generation unit to the ear, and the terahertz waves received from the transmission unit It may be configured to include a radiating portion (not shown) to radiate through the middle ear cavity.
  • the generation unit may generate a terahertz wave of 0.01 to 30 terahertz.
  • the transmission unit serves to deliver the terahertz wave generated by the generation unit to the radiation unit and may be made of an optical fiber.
  • the radiating part radiates the terahertz wave excited from the generating part toward the middle ear cavity, and the radiated terahertz wave penetrates the eardrum and reaches the middle ear cavity due to its permeability.
  • the generating unit 11 may generate one of the terahertz waves in the pulse type, the continuous type and the semiconductor element type terahertz waves to radiate toward the middle ear cavity.
  • Pulsed terahertz waves can be generated by using photoconductive antennas, optical rectification, and semiconductor surface electric fields using femtosecond lasers. Continuous terahertz wave generation is based on electron beam-based vacuum electron devices and free electron lasers, laser-based photomixers, gas lasers, or TPOs in vacuum.
  • the THz Parametric Oscillator is used, and the semiconductor device type terahertz wave can be generated using a semiconductor-based quantum cascade laser.
  • the vacuum electronic device has the advantage of low heat loss and relatively high energy conversion and efficiency because it uses the electron beam in the vacuum, and thus the small high-power terahertz device as in the present invention when applying the cold cathode technology. It will have the proper characteristics.
  • An apparatus for generating terahertz waves has been described in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2009-0098458, and the generating unit of the present invention may be described in various embodiments with reference to the technology related to the terahertz wave generator described in the above-mentioned patent. Will be apparent to those skilled in the art.
  • the detection unit 12 detects terahertz waves reflected from the middle ear cavity.
  • the detection unit 12 detects a pulse signal using a photoconductive antenna and an electro-optic sampling method or the like when the terahertz reflected wave is pulsed, or uses a rotary optical delay for high-speed detection of the pulse signal. Line).
  • the detection unit 12 uses a Schottky diode, a pyroelectric detector, a golay cell, a bolometer, or the like in infrared thermography for continuous terahertz wave detection. It may include a detector having a two-dimensional array structure such as a microbolometer, Pyrocam.
  • the detector 12 may detect terahertz waves in the band emitted by the generator 11, and preferably detect terahertz waves of 0.01 to 30 terahertz.
  • the camera 13 serves to provide image information for visually identifying the eardrum region in order to radiate terahertz waves toward the middle ear cavity located behind the eardrum. Accordingly, the camera 13 captures the inside of the ear to acquire image information, and the acquired image information is transmitted to the display unit 40 for display or to be displayed using another display device, thereby confirming the position of the eardrum through the screen. .
  • Ear pads 14 may be formed in a funnel shape or fallopian tube shape, and is inserted into the ear canal to serve to expand the ear hole in a straight line so that the eardrum can be seen by the naked eye in the ear canal.
  • FIG. 2 is a block diagram of a system for diagnosing otitis media using terahertz waves in accordance with an embodiment of the present invention.
  • An otitis media diagnosis system using a terahertz wave according to an embodiment of the present invention, the terahertz probe 10, a control unit 20 for distinguishing the occurrence of otitis media and the type of otitis media by using the terahertz echo, the terahertz echo
  • the conversion unit 30 converts the electric signal, the display unit 40 to display and display the image generated by the controller, and the storage unit 50 for storing the image generated by the controller.
  • the conversion unit 30 converts the terahertz reflected wave received from the detection unit into an electric signal and transmits it to the control unit.
  • the control unit 20 may analyze the electric signal to distinguish between the occurrence of otitis media and the type of otitis media.
  • otitis media otitis media
  • the effusion fluid in the middle ear cavity causes inflammation
  • purulent otitis media is the purulent secretion accumulated in the middle ear cavity.
  • the terahertz wave is sensitive to moisture and easily absorbed.
  • the control unit 20 can determine whether the exudates or purulent secretions accumulate in the middle ear cavity by analyzing the wavelength intensity of the terahertz reflected wave converted into an electrical signal.
  • the occurrence and type of otitis media can be determined by analyzing the spectral spectrum of the terahertz wave using a characteristic in which absorption and refractive index are different depending on biological tissue and water content.
  • control unit 20 may generate an image by using the electrical signal received from the conversion unit 30, and accurately diagnoses whether or not otitis media has occurred and the type of otitis media, the progress of otitis media, the state, and the like. can do.
  • the conversion unit 30 extracts and amplifies the amplitude signal and the phase signal from the terahertz reflected wave detected by the detection unit 12, and amplifies the amplitude signal from other noise. The noise signal is separated and transmitted to the controller 20.
  • the controller 20 may perform a process of directly analyzing the occurrence and type of otitis media by using the received amplitude signal and a phase signal, or may perform a process of diagnosing by generating and analyzing an image. Diagnosis through the image can be performed by analyzing the difference between light and dark according to the tissues represented on the image or the color difference according to the temperature.
  • the controller 20 may generate an image for each of the amplitude signal and the phase signal, or may generate the image using the amplitude signal and the phase signal simultaneously.
  • the controller 20 transmits the image to the display unit 40 and the storage unit 50.
  • the display unit 40 may display the received image by using various display means, and the storage unit 50 performs a function of storing the received image by using a memory element.
  • 3 to 6 are graph images generated according to an embodiment of the present invention.
  • 3 to 6 are graph images generated by using the electrical signal converted and detected by emitting terahertz reflected waves to the skin of biological tissue having the characteristics most similar to the human eardrum.
  • the intensity of the electric signal that is, the magnitude of the current
  • the control unit 20 can diagnose initial otitis media by analyzing the intensity of the electrical signal that decreases as the eardrum and otitis media in a steady state begin to occur.
  • the intensity of the electrical signal rapidly decreases when a large amount of moisture is accumulated for a short time as compared with the case where no moisture exists in the eardrum (dotted line). This indicates that the controller 20 can diagnose the state, risk, and the like of otitis media by analyzing how much the intensity of the electric signal decreases with time.
  • the control unit 20 may diagnose exudative otitis media by analyzing the intensity of the electrical signal, and diagnose acute otitis media and chronic otitis media by analyzing the condition of the tympanic membrane using the intensity and phase of the electrical signal.
  • FIG. 7 is a flowchart of a diagnostic method using terahertz waves according to an embodiment of the present invention.
  • the terahertz wave is radiated toward the middle ear cavity from the generator 11 of the terahertz probe 10 inserted into the ear through the ear canal.
  • the position of the eardrum can be checked through the image information of the ear obtained through the camera 13 to adjust the exact radiation position.
  • the radiated terahertz wave may be a terahertz pile of 0.01 to 30 terahertz, and may be any one of the terahertz waves of the pulsed, continuous and semiconductor element type terahertz waves (S301).
  • the detection part 12 detects the terahertz reflected wave reflected and returned from the terahertz wave which reached the middle ear cavity through the tympanic membrane.
  • the detector 12 detects the terahertz reflected waves in accordance with the pulse type, the continuous type, and the semiconductor element type, respectively, according to the type of terahertz waves emitted by the generator 11.
  • the detector 12 transmits the terahertz reflected waves to the controller 20 and the converter 30 (S302).
  • the converter 30 converts the received terahertz reflected waves into electrical signals.
  • the converter 30 may amplify the terahertz reflected wave and remove noise included in the process of converting the electric signal.
  • the converter 30 transmits the electric signal converted from the terahertz reflected wave to the controller 20 (S303).
  • the controller 20 may determine whether otitis media occurs and the type of otitis media through the intensity or spectroscopic analysis of the wavelength of the electrical signal received from the converter (S304).
  • control unit 20 may generate an image using the electrical signal received from the conversion unit 30 and analyze the image to diagnose whether otitis media has occurred, the degree of progress, condition, and the type of otitis media (S305). .
  • the display unit 40 receives the image generated by the control unit 20 and performs a function of displaying the image using various display devices (S306).
  • the storage unit 50 receives an image generated by the control unit 20 and stores the image using various memory devices (S307).
  • the terahertz wave range means an electromagnetic wave having a frequency of 0.01 to 100 terahertz wave, but it is included in the scope of the present invention to use an electromagnetic wave having properties similar to the terahertz wave of the present invention in other frequency bands.
  • the electromagnetic wave having a frequency of 300 terahertz or less in the mid-infrared region is very similar to the terahertz wave and its water absorption characteristics, so that it can be used to diagnose otitis media without departing from the object of the present invention.

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Abstract

본 발명은 테라헤르츠파를 이용하여 비침습적으로 중이염을 진단할 수 있고, 투과성이 좋은 테라헤르츠파를 이용하여 중이강에 대한 이미지를 획득하여 정확한 중이염 진단이 가능하고, 수분에 민감한 테라헤르츠파를 이용하여 신속하고 정확하게 삼출성 중이염과 화농성 중이염의 구분이 가능하고, 테라헤르츠파를 이용함으로써 생체에 안전한 테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단 시스템을 제공한다. 본 발명인 테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단 시스템은 귀 외부에서 중이강을 향하여 테라헤르츠파를 방사시키는 발생부와 중이강으로부터 반사되는 테라헤르츠 반사파를 검출하는 검출부를 포함하는 테라헤르츠 프로브; 상기 검출부에서 검출한 테라헤르츠 반사파를 전기 신호로 변환시켜 제어부로 전달하는 변환부; 및 상기 변환부에서 전달받은 상기 전기 신호를 이용하여 중이염 진단을 하는 제어부를 포함한다.

Description

테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단용 프로브, 중이염 진단 시스템 및 방법
본 발명은 테라헤르츠파를 이용하여 중이염의 발생 여부, 종류, 진행 정도 및 상태를 진단할 수 있는 테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단용 프로브, 중이염 진단 시스템 및 방법에 관한 것이다.
중이염은 중이강에 발생하는 염증으로 성인은 물론 소아에 이르기까지 광범위한 연령층에서 발생하며 3세 이하 소아의 약 30%는 적어도 3회 이상 앓게 되는 흔한 질병이다. 임상 증상에 따라 크게 급성 중이염과 삼출성 중이염으로 나눌 수 있으며, 3개월 이상 지속되는 경우 만성중이염으로 분류한다.
급성중이염은 이통이나 발열, 고막의 발적, 팽융, 운동성 감소 및 화농성 분비물이 보이는 것이 특징이다. 또한 재발이 자주 발생 되므로 몇 개월간 호전 여부를 관찰해야 하며, 항생제를 투입하여 치료를 하여야 한다. 반면에 삼출성 중이염은 이통이나 발열과 같은 급성 감염의 증후나 증상이 없이 중이에 삼출액이 있는 경우이며 급성중이염과는 달리 항생제를 투여하지 않으며 치료방법도 다르다. 그러므로 급성중이염과 삼출성 중이염의 정확한 구분이 필요하며 이에 맞는 치료가 필요하다. 또한 재발이 자주되고 치료 실패시 심각한 합병증을 초래할 수 있어 정확한 진단이 중요한데 관찰만으로는 안전하고 정확한 진단을 보장할 수 없으며 고막 뒤쪽에서 발생하기 때문에 정확한 진단이 상당히 힘들다.
현재 중이염을 진단하는 방법으로는 직접 진찰(이경검사)에 의한 방법과 고막 소견으로 중이염을 의심 진단하는 방법, 소리를 발생시켜 그 반향음을 측정하는 임피던스 오디오미터(impedance audiometer)를 이용한 청력검사방법, 주사기를 사용하여 고막을 직접 천공하여 검사하는 방법이 있다.
그러나 직접 진찰은 급성중이염과 삼출성 중이염의 오진 가능성이 아주 크고 이로 인한 항생제 남용 및 부적절 치료로 합병증을 유발 할 수 있다. 임피던스 오디오미터를 이용한 청력검사 방법은 측정이 복잡하며 환자의 나이나 성별에 따라 오류가 많이 발생되는 문제점이 있다. 또한 고막 천공 방법은 천공에 따른 부작용이 발생 하며 통증이 매우 심하고 중이염의 발생의 대부분을 차지하는 유아에게는 검사할 수 없는 문제점이 있다.
국내 공개 특허 공보 10-2010-0130765(삼출성 중이염 진단용 프로브) 에는 외이도에 증류수 종류의 매개물을 삽입시키고 상기 매개물보다 점도가 높은 삼출액이 존재하는 경우와 존재하지 않는 경우에 따라 초음파 반사파의 형태가 다르다는 특성을 이용하여 삼출성 중이염의 발생여부를 진단할 수 있는 기술을 개시하고 있다. 그러나 화농성 중이염, 급성 중이염에 대한 진단이 어렵고 진행상태도 파악할 수 없기 때문에, 진료시 적절한 처방을 하기가 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 초음파 반사파를 이용하는 경우 초기 진단이 어려우며, 외이도에 삽입되는 매개물의 점성으로 인하여 진단 후에 제거가 용이하지 않다는 문제가 있다.
본 발명은 테라헤르츠파를 이용하여 비침습적으로 중이염을 진단할 수 있는 테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단용 프로브, 중이염 진단 시스템 및 방법 을 제공한다.
또한, 투과성이 좋은 테라헤르츠파를 이용하여 중이강에 대한 이미지를 획득하여 정확한 중이염 진단이 가능한 테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단용 프로브, 중이염 진단 시스템 및 방법을 제공한다.
또한, 수분에 민감한 테라헤르츠파를 이용하여 신속하고 정확하게 삼출성 중이염과 화농성 중이염의 구분이 가능한 테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단용 프로브, 중이염 진단 시스템 및 방법을 제공한다.
또한, 테라헤르츠파를 이용함으로써 생체에 안전한 테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단용 프로브, 중이염 진단 시스템 및 방법을 제공한다.
또한, 테라헤르츠파를 이용함으로써 귀속에서 산란이 거의 일어나지 않으며, 강한 직진성으로 인해 매개물이 필요하지 않은 중이염 진단 시스템 및 방법을 제공한다.
또한, 수분에 민감한 테라헤르츠파의 특성을 이용함으로써 중이염 초기에 발생되는 수분을 인지하여 초기 진단이 가능한 중이염 진단 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명인 테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단용 프로브는 귀 내부에 삽입되는 귀보개; 귀 외부에서 상기 귀보개를 통하여 중이강으로 테라헤르츠파를 방사시키는 발생부; 및 상기 중이강으로부터 반사되는 테라헤르츠 반사파를 검출하는 검출부를 포함한다.
상기 발생부는 0.01 내지 30테라헤르츠(THz)의 테라헤르츠파를 방사시키는 것을 특징으로 한다.
상기 발생부는 펄스형, 연속형 및 반도체 소자형 테라헤르츠파에 있어서 어느 하나의 테라헤르츠파를 방사시키는 것을 특징으로 한다.
귀 내부의 영상 정보를 획득하기 위한 카메라를 더 포함한다.
본 발명인 테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단 시스템은 귀 외부에서 중이강을 향하여 테라헤르츠파를 방사시키는 발생부와 중이강으로부터 반사되는 테라헤르츠 반사파를 검출하는 검출부를 포함하는 테라헤르츠 프로브; 상기 검출부에서 검출한 테라헤르츠 반사파를 전기 신호로 변환시켜 제어부로 전달하는 변환부; 및 상기 변환부에서 전달받은 상기 전기 신호를 이용하여 중이염 진단을 하는 제어부를 포함한다.
상기 발생부는 0.01 내지 30테라헤르츠(THz)의 테라헤르츠파를 방사시키는 것을 특징으로 한다.
상기 발생부는 펄스형, 연속형 및 반도체 소자형 테라헤르츠파에 있어서 어느 하나의 테라헤르츠파를 방사시키는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 전기 신호를 이용하여 이미지를 생성하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 전기 신호를 이용하여 생성한 상기 이미지를 분석하여 중이염 진단을 하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부에서 생성한 상기 이미지를 디스플레이하여 보여주는 표시부를 더 포함한다.
상기 제어부에서 생성한 상기 이미지를 저장하는 저장부를 더 포함한다.
상기 변환부는 상기 테라헤르츠 반사파의 신호를 증폭하고 상기 테라헤르츠 반사파에 포함된 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 한다.
상기 테라헤르츠 프로브는 귀 내부의 영상 정보를 획득하기 위한 카메라를 더 포함한다.
상기 테라헤르츠 프로브는 귀 내부에 삽입되는 귀보개를 더 포함한다.
상기 제어부는 중이염의 발생 여부, 진행 정도 또는 중이염의 종류 구분을 통하여 중이염을 진단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명인 테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단 방법은 발생부가 귀 외부에서 중이강을 향하여 테라헤르츠파를 방사시키는 제1 단계; 검출부가 상기 중이강으로부터 반사되는 테라헤르츠파를 검출하는 제2 단계; 변환부가 상기 테라헤르츠 반사파를 전기 신호로 변환시켜서 제어부로 전달하는 제3 단계; 및 제어부가 상기 전기 신호를 이용하여 중이염을 진단하는 제4 단계를 포함한다.
상기 제3 단계는, 상기 변환부가 상기 테라헤르츠파를 증폭시키고 상기 테라헤르츠파에 포함된 노이즈를 제거하는 단계를 더 포함한다.
상기 제4 단계는, 상기 제어부가 상기 변환부로부터 전달받은 상기 전기 신호의 파장의 세기 또는 분광스펙트럼 분석을 통하여 중이염을 진단하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부가 상기 변환부로부터 전달받은 상기 전기 신호를 이용하여 이미지를 생성하여 표시부로 전달하고, 상기 표시부가 상기 이미지를 표시하는 단계를 더 포함한다.
상기 제어부가 상기 이미지를 분석하여 중이염을 진단하는 단계를 더 포함한다.
본 발명인 테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단용 프로브, 중이염 진단 시스템 및 방법은 테라헤르츠파를 이용하여 비침습적으로 중이염을 진단할 수 있다.
또한, 투과성이 좋은 테라헤르츠파를 이용하여 중이강에 대한 이미지를 획득하여 정확한 중이염 진단이 가능하다.
또한, 수분에 민감한 테라헤르츠파를 이용하여 신속하고 정확하게 삼출성 중이염과 화농성 중이염의 구분이 가능하다.
또한, 테라헤르츠파를 이용함으로써 생체에 안전하다.
또한, 테라헤르츠파를 이용함으로써 귀속에서 산란이 거의 일어나지 않으며, 강한 직진성으로 인해 매개물이 필요하지 않다.
또한, 수분에 민감한 테라헤르츠파의 특성을 이용함으로써 중이염 초기에 발생되는 수분을 인지하여 초기 진단이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 테라헤르츠 프로브와 귓속구조에 대한 도면,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단 시스템의 블록도,
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 생성된 그래프 이미지 및
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 테라헤르츠파를 이용한 진단방법의 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 테라헤르츠 프로브와 귓속구조에 대한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 테라헤르츠 프로브(10)는 귀 외부에서 중이강을 향하여 테라헤르츠파를 방사시키는 발생부(11), 중이강으로부터 반사되는 테라헤르츠 반사파를 검출하는 검출부(12), 귀 내부의 영상정보를 획득하기 위한 카메라(13) 및 귀 내부에 삽입되는 귀보개(14)를 포함한다.
발생부(11)는 테라헤르츠파를 생성하는 생성부(미도시), 생성부에서 생성된 테라헤르츠파를 귀보개로 전달하는 전달부(미도시) 및 전달부로부터 전달받은 테라헤르츠파를 귀보개를 통하여 중이강으로 방사하는 방사부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다. 생성부는 0.01 내지 30테라헤르츠의 테라헤르츠파를 발생시킬 수 있다. 전달부는 생성부에서 생성시킨 테라헤르츠파를 방사부로 전달하는 역할을 수행하며 광섬유로 이루어질 수 있다. 방사부는 생성부로부터 여기된 테라헤르츠파를 중이강을 향하여 방사시키는데, 방사된 테라헤르츠파는 투과성으로 인하여 고막을 투과하여 중이강에 도달한다. 발생부(11)는 펄스형, 연속형 및 반도체 소자형 테라헤르츠파에 있어서 어느 하나의 테라헤르츠파를 발생시켜 중이강을 향하여 방사 할 수 있다. 펄스형 테라헤르츠파는 펨토초 레이저를 이용한 광전도 안테나(Photoconductive Antenna), 광정류(Optical Rectification), 반도체 표면 전계를 이용하는 기술을 통해 생성해 낼 수 있다. 연속형(CW) 테라헤르츠파 발생은 진공 내 전자빔 기반의 진공전자소자(Vacuum Electron Device) 및 자유전자레이저(Free Electron Laser), 레이저 기반의 포토믹서(Photomixer), 가스(Gas)레이저 또는 TPO(THz Parametric Oscillator)를 이용하며, 반도체 소자형 테라헤르츠파는 반도체 기반 양자 폭포 레이저(Quantum Cascade Laser) 등을 이용하여 발생시킬 수 있다. 이중에서, 진공전자소자는 진공 내 전자빔을 이용하기 때문에 열 손실이 적고, 에너지 전환　효율이 상대적으로 높은 장점을 가지고 있어 냉음극 (Cold Cathode) 기술을 접목하는 경우 본 발명과 같은 소형 고출력 테라헤르츠 소자에 적합한 특성을 가지게 된다. 테라헤르츠파를 발생시키는 장치는 공개특허 10-2009-0098458에 기재된 바 있으며, 본 발명의 발생부는 상기 공개특허에 기술된 테라헤르츠파 발생 장치에 관한 기술을 참고하여 다양한 실시 형태로 기재될 수 있음은 당업자에게 자명하다 할 것이다.
검출부(12)는 중이강으로부터 반사되는 테라헤르츠파를 검출한다. 검출부(12)는 테라헤르츠 반사파가 펄스형인 경우 광전도 안테나 및 전광 샘플링 (Electro-Optic　Sampling) 방식 등을 이용하여 펄스 신호를 검출하거나, 펄스 신호의 고속 검출을 위해 회전형 광지연기(Rotary Optical Delay Line)를 포함할 수도 있다. 검출부(12)는 연속형 테라헤르츠파 검출시에 쇼트키 다이오드(Schottky Diode), 파이로일렉트릭 검출기(Pyroelectric Detector), 골레이 세포(Golay Cell), 볼로미터(Bolometer) 등을 이용하거나, 적외선 열영상 측정기(Microbolometer),　피로캠(Pyrocam)등의 2차원 배열 구조를 갖는 검출기를 포함할 수 있다. 검출부(12)는 발생부(11)에서 방사하는 대역대의 테라헤르츠파를 검출할 수 있으며, 바람직하게는 0.01내지 30테라헤르츠의 테라헤르츠파를 검출할 수 있다.
카메라(13)는 고막의 뒤에 위치한 중이강을 향하여 테라헤르츠파를 방사시키기 위하여 육안으로 고막 부위를 확인할 수 있는 영상 정보를 제공하는 역할을 한다. 따라서 카메라(13)는 귀 내부를 촬영하여 영상 정보를 획득하고, 획득한 영상 정보는 표시부(40)로 전달되어 표시되거나 또 다른 디스플레이 장치를 이용하여 표시됨으로써 화면을 통하여 고막의 위치를 확인할 수 있다.
귀보개(14)는 깔대기 모양 또는 나팔관 모양으로 형성될 수 있으며, 귓구멍에 삽입되어 외이도에서 육안으로 고막이 보일 수 있게끔 귓구멍을 일직선으로 확장시키는 역할을 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단 시스템의 블록도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단 시스템은 테라헤르츠 프로브(10), 테라헤르츠 반사파를 이용하여 중이염의 발생 여부 및 중이염의 종류를 구별하는 제어부(20), 테라헤르츠 반사파를 전기 신호로 변환시키는 변환부(30), 제어부에서 생성한 이미지를 디스플레이하여 보여주는 표시부(40), 제어부에서 생성한 이미지를 저장하는 저장부(50)를 포함한다.
테라헤르츠 프로브(10)는 앞에서 설명한 것과 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
변환부(30)는 검출부로부터 전달받은 테라헤르츠 반사파를 전기 신호로 변환하여 제어부로 전달하며 제어부(20)는 전기 신호를 분석하여 중이염의 발생 여부와 발생한 중이염의 종류를 구분할 수 있다. 삼출성 중이염의 경우 중이강에 삼출액이 고여 염증이 발생하는 것이고, 화농성 중이염은 화농성 분비물이 중이강에 고여있는 것이다. 테라헤르츠파는 수분에 민감하여 쉽게 흡수되는 특성이 있는데, 제어부(20)는 전기 신호로 변환된 테라헤르츠 반사파의 파장세기를 분석함으로써 중이강에 삼출액 또는 화농성 분비물이 고여있는지 여부를 판단할 수 있고, 이를 통하여 삼출성 중이염 또는 화농성 중이염 발생 여부를 판단할 수 있다. 또는 테라헤르츠파의 분광 스펙트럼이 생체조직과 수분함량에 따라서 흡수율 및 굴절율이 다르다는 특성을 이용하여 분광 스펙트럼을 분석함으로써 중이염의 발생 여부와 종류를 판단할 수 있다.
또한, 제어부(20)는 변환부(30)로부터 전달받은 전기 신호를 이용하여 이미지를 생성할 수 있으며, 이를 이용하여 중이염이 발생하였는지 여부 및 중이염의 종류, 중이염의 진행 정도, 상태 등을 정확히 진단할 수 있다. 제어부(20)에서 이미지를 생성하는 과정의 일례를 살펴보면 먼저, 변환부(30)는 검출부(12)에서 검출한 테라헤르츠 반사파로부터 진폭신호와 위상신호를 추출하여 증폭시키며, 기타 노이즈로부터 진폭신호와 노이즈 신호를 분리하여 제어부(20)로 전달한다. 제어부(20)는 전달받은 진폭신호와 위상신호를 이용하여 직접 중이염의 발생 여부 및 종류를 분석하는 과정을 수행할 수도 있고 또는 이미지를 생성하여 분석함으로써 진단하는 과정을 수행할 수도 있다. 이미지를 통한 진단은 이미지상에 표현되는 세포 조직에 따른 명암이나 온도에 따른 색상 의 차이등을 분석함으로써 실행될 수 있다. 제어부(20)는 이미지를 생성하는 경우 진폭신호와 위상신호 각각에 대한 이미지를 생성해 낼 수도 있고, 또는 진폭 신호와 위상 신호를 동시에 사용하여 이미지를 생성해 낼 수도 있다. 제어부(20)는 상기 이미지를 표시부(40) 및 저장부(50)로 전달한다. 표시부(40)는 전달받은 이미지를 각종 디스플레이 수단을 이용하여 표시할 수 있으며, 저장부(50)는 전달받은 이미지를 메모리 소자등을 이용하여 저장하는 기능을 수행한다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 생성된 그래프 이미지이다.
도 3내지 도 6은 사람의 고막과 가장 유사한 특징을 가지는 생체 조직의 피부에 테라헤르츠 반사파를 방사시킨 후 이를 검출하여 변환한 전기 신호를 이용하여 생성한 그래프 이미지이다.
도 3을 참조하면, 고막에 수분이 존재하지 않는 경우(점선)와 비교하여 고막에 수분이 점차적으로 고이기 시작함에 따라 전기신호의 세기, 즉 전류의 크기가 작게 나타나는 것을 알 수 있다. 이는 제어부(20)가 정상상태의 고막과 중이염이 발생하기 시작함에 따라 감소되는 전기신호의 세기를 분석하여 초기 중이염을 진단할 수 있음을 나타낸다.
다음으로 도 4를 참조하면, 고막에 수분이 존재하기 않는 경우(점선)와 비교하여 고막에 많은 양의 수분이 짧은 시간동안 고이게 되는 경우 전기신호의 세기가 급격하게 작게 나타나는 것을 알 수 있다. 이는, 제어부(20)가 시간에 따라 전기신호의 세기가 어느 정도 감소하는 지를 분석하여 중이염의 상태, 위험도 등을 진단할 수 있음을 나타낸다.
다음으로 도 5를 참조하면, 고막에 수분이 존재하는 경우(점선)와 비교하여 고막으로부터 수분이 점차적으로 제거되는 경우, 전기신호의 세기가 증가함과 동시에 위상이 다르게 나타나는 것을 알 수 있다. 이는 중이염이 진행됨에 따라 고막 형태가 변형되기 때문에 전기신호의 피크치가 검출되는 지점이 다르게 나타날 수 있음을 의미한다. 이는, 제어부(20)가 전기신호의 세기 및 전기신호의 피크치가 검출되는 지점을 이용하여 진행형 및 만성형의 중이염을 진단할 수 있음을 나타낸다.
다음으로 도 6을 참조하면, 고막에 수분이 존재하지 않는 경우(점선)와 비교하여 고막에 수분이 점차적으로 고이기 시작하는 경우 전기신호 세기와 위상이 변하는 것을 알 수 있다. 따라서, 제어부(20)는 전기신호의 세기를 분석하여 삼출성 중이염을 진단할 수 있고, 전기신호의 세기 및 위상을 이용하여 고막의 상태를 분석하여 급성 중이염 및 만성 중이염을 진단할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 테라헤르츠파를 이용한 진단방법의 순서도이다.
귀보개를 통하여 귓속에 삽입된 테라헤르츠 프로브(10)의 발생부(11)에서 중이강을 향하여 테라헤르츠파를 방사시킨다. 이 경우 카메라(13)를 통하여 획득한 귓속의 영상 정보를 통하여 고막의 위치를 확인하여 정확한 방사위치를 조절할 수 있다. 방사되는 테라헤르츠파는 0.01 내지 30 테라헤르츠의 테라헤르츠파일 수 있고, 펄스형, 연속형 및 반도체 소자형 테라헤르츠파 중 어느 하나의 테라헤르츠파 일 수 있다(S301).
검출부(12)는 고막을 통과하여 중이강에 도달한 테라헤르츠파 중에서 반사되어 되돌아온 테라헤르츠 반사파를 검출한다. 검출부(12)는 발생부(11)에서 방사시킨 테라헤르츠파의 종류에 따라 각각 펄스형, 연속형, 반도체 소자형에 맞추어서 테라헤르츠 반사파를 검출한다. 검출부(12)는 테라헤르츠 반사파를 제어부(20) 및 변환부(30)로 전달한다(S302).
변환부(30)는 전달받은 테라헤르츠 반사파를 전기 신호로 변환한다. 변환부(30)는 전기 신호로 변환 시키는 과정에 있어 테라헤르츠 반사파를 증폭시키고 포함된 노이즈를 제거하는 역할을 수행할 수 있다. 변환부(30)는 테라헤르츠 반사파로부터 변환한 전기 신호를 제어부(20)로 전달한다(S303).
제어부(20)는 변환부로부터 전달받은 전기 신호의 파장의 세기 또는 분광스펙트럼 분석을 통하여 중이염의 발생 여부 및 중이염의 종류를 판단할 수 있다(S304).
또한, 제어부(20)는 변환부(30)로부터 전달받은 전기 신호를 이용하여 이미지를 생성하고 이를 분석함으로써 중이염의 발생여부, 진행 정도, 상태 및 중이염의 종류에 대한 진단을 행할 수 있다(S305).
표시부(40)는 제어부(20)에서 생성한 이미지를 전달받고 각종 디스플레이 장치를 이용하여 이를 표시하는 기능을 수행한다(S306).
저장부(50)는 제어부(20)에서 생성한 이미지를 전달받고 각종 메모리 장치를 이용하여 이를 저장하는 기능을 수행한다(S307).
일반적으로 테라헤르츠파의 범위는 0.01 내지 100테라헤르츠파의 주파수를 갖는 전자파를 의미하는데 이외의 주파수 대역에서도 본 발명의 테라헤르츠파와 유사한 성질을 나타내는 전자파를 이용하는 것은 본 발명의 범주에 포함된다 할 것이다. 예를 들면, 중적외선 영역 중 300테라헤르츠 이하의 주파수를 갖는 전자파는 테라헤르츠파와 수분 흡수 특성이 매우 유사하므로 중이염을 진단하기 위하여 사용할 수 있음은 본 발명의 목적에서 벗어나지 않는다 할 것이다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

Claims (20)

  1. 귀 내부에 삽입되는 귀보개;
    귀 외부에서 상기 귀보개를 통하여 중이강으로 테라헤르츠파를 방사시키는 발생부; 및
    상기 중이강으로부터 반사되는 테라헤르츠 반사파를 검출하는 검출부
    를 포함하는 테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단용 프로브.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 발생부는 0.01 내지 30테라헤르츠(THz)의 테라헤르츠파를 방사시키는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단용 프로브.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 발생부는 펄스형, 연속형 및 반도체 소자형 테라헤르츠파에 있어서 어느 하나의 테라헤르츠파를 방사시키는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단용 프로브.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 발생부는 ,
    테라헤르츠파를 생성하는 생성부;
    상기 생성부에서 생성된 테라헤르츠파를 상기 귀보개로 전달하는 전달부 및
    상기 전달부로부터 전달받은 테라헤르츠파를 상기 귀보개를 통하여 중이강으로 방사하는 방사부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 중이염 진단용 프로브.
  5. 제 1항에 있어서,
    귀 내부의 영상 정보를 획득하기 위한 카메라를 더 포함하는 테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단용 프로브.
  6. 귀 외부에서 중이강을 향하여 테라헤르츠파를 방사시키는 발생부와 상기 중이강으로부터 반사되는 테라헤르츠 반사파를 검출하는 검출부를 포함하는 테라헤르츠 프로브;
    상기 검출부에서 검출한 상기 테라헤르츠 반사파를 전기 신호로 변환시켜 제어부로 전달하는 변환부; 및
    상기 변환부에서 전달받은 상기 전기 신호를 이용하여 중이염 진단을 하는 제어부
    를 포함하는 테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 발생부는 0.01 내지 30테라헤르츠(THz)의 테라헤르츠파를 방사시키는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단 시스템.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 발생부는 펄스형, 연속형 및 반도체 소자형 테라헤르츠파에 있어서 어느 하나의 테라헤르츠파를 방사시키는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단 시스템.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 발생부는 ,
    테라헤르츠파를 생성하는 생성부;
    상기 생성부에서 생성된 테라헤르츠파를 상기 귀보개로 전달하는 전달부 및
    상기 전달부로부터 전달받은 테라헤르츠파를 중이강으로 방사하는 방사부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 중이염 진단용 프로브.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전기 신호를 이용하여 이미지를 생성하는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전기 신호를 이용하여 생성한 상기 이미지를 분석하여 중이염 진단을 하는 것을 특징으로 하는 중이염 진단 시스템.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 제어부에서 생성한 상기 이미지를 디스플레이하여 보여주는 표시부를 더 포함하는 테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단 시스템.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 제어부에서 생성한 상기 이미지를 저장하는 저장부를 더 포함하는 테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단 시스템.
  14. 제 6항에 있어서,
    상기 변환부는 상기 테라헤르츠 반사파의 신호를 증폭하고 상기 테라헤르츠 반사파에 포함된 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단 시스템.
  15. 제 6항에 있어서,
    상기 테라헤르츠 프로브는 귀 내부의 영상 정보를 획득하기 위한 카메라를 더 포함하는 테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단 시스템.
  16. 제 6항에 있어서,
    상기 테라헤르츠 프로브는 귀 내부에 삽입되는 귀보개를 더 포함하는 테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단 시스템.
  17. 제 6항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전기신호의 세기 및 위상 중 적어도 어느 하나를 이용하여 중이염의 발생 여부, 진행 정도 또는 중이염의 종류 구분을 통해 중이염을 진단하는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단 시스템.
  18. 발생부가 귀 외부에서 중이강을 향하여 테라헤르츠파를 방사시키는 제1 단계;
    검출부가 상기 중이강으로부터 반사되는 테라헤르츠파를 검출하는 제2 단계;
    변환부가 상기 테라헤르츠 반사파를 전기 신호로 변환시켜서 제어부로 전달하는 제3 단계; 및
    상기 제어부가 상기 전기 신호의 파장의 세기를 분석하고 삼출성 중이염 또는 화농성 중이염 발생여부를 진단하는 제4 단계
    를 포함하는 테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단 방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 제3 단계는, 상기 변환부가 상기 테라헤르츠 반사파를 증폭시키고 상기 테라헤르츠 반사파에 포함된 노이즈를 제거하는 단계를 더 포함하는 테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단 방법.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 제어부가 상기 변환부로부터 전달받은 상기 전기 신호를 이용하여 이미지를 생성하여 표시부로 전달하고, 상기 표시부가 상기 이미지를 표시하는 단계를 더 포함하는 테라헤르츠파를 이용한 중이염 진단 방법.
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