KR101907672B1 - Tooth-pulp flow phantom and flow phantom system for the dental Doppler ultrasonic instruments - Google Patents

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Abstract

개시되는 발명은 치과용 도플러 초음파 기기용 혈류 팬텀에 관한 것으로서, 미세 유체 채널의 일면이 표면에 노출되도록 식각되고, 상기 미세 유체 채널의 양단과 각각 연통하는 유체 입구와 유체 출구가 형성된 미세 유체 칩; 및 상기 미세 유체 채널의 노출된 표면을 덮도록 상기 형성된 미세 유체 칩의 표면에 접합되는 유리 슬라이드;를 포함하며, 특히 상기 유리 슬라이드의 물성은 음속은 6025 m/s, 음향 임피던스는 14.9 106㎏/㎡s을 기준으로 하여 ±10% 범위 안에 있는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a blood flow phantom for a dental Doppler ultrasonic device, which comprises: a microfluidic chip formed with a fluid inlet and a fluid outlet, each of which is etched so that one surface of the microfluidic channel is exposed on a surface thereof and communicates with both ends of the microfluidic channel; And a glass slide bonded to the surface of the microfluidic chip so as to cover the exposed surface of the microfluidic channel. In particular, the glass slide has a sound velocity of 6025 m / s and an acoustic impedance of 14.9 10 6 kg / M < 2 > s.

Description

치과용 도플러 초음파 기기용 혈류 팬텀 및 이를 포함하는 팬텀 시스템{Tooth-pulp flow phantom and flow phantom system for the dental Doppler ultrasonic instruments}[0001] The present invention relates to a blood flow phantom for a dental Doppler ultrasound device and a phantom system including the same,

본 발명은 치과용 도플러 초음파 기기의 성능을 검증 또는 보정하는데 사용할 수 있는 혈류 팬텀 및 이를 포함하는 팬텀 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a blood flow phantom that can be used for verifying or correcting the performance of a dental Doppler ultrasonic device and a phantom system including the same.

도플러 초음파 기기는 의학적 진단을 위해 넓은 영역에 걸쳐 혈관 내부를 흐르는 혈류를 측정하는 의료 기기로 널리 사용되고 있다. 도플러 초음파 기기는 도플러 효과 내지는 도플러 천이로 불리는 물리현상을 이용하여 혈관 내부의 혈류 속도를 측정하는데, 도플러 초음파 기기는 비침습적으로 실시간 측정이 가능하고 고통이 없으며 인체에 해가 없는 것으로 인정된 안전하고 간단한 진단 방법이어서 그 활용범위가 점차로 넓어지고 있다.Doppler ultrasound devices are widely used as medical devices for the measurement of blood flow inside a blood vessel over a wide area for medical diagnosis. Doppler ultrasound devices measure the velocity of blood flow inside vessels by using physical phenomena called Doppler effect or Doppler shift. Doppler ultrasonic devices are non-invasive, real-time, and painless and safe. Since it is a simple diagnostic method, its application range is getting wider.

그렇지만, 치과 분야에 있어서 아직까지는 도플러 초음파 기기가 본격적으로 사용되고 있지 못하다. 이는 다른 인체 조직과는 다르게, 치아는 혈액이 흐르는 치수 조직이 법랑질(enamel), 상아질(dentin), 시멘트질(cementum)과 같이 무혈관이면서 고칼슘의 단단한 조직에 둘러싸여 있기 때문이다.However, in the field of dentistry, Doppler ultrasound devices have not yet been used in earnest. This is because, unlike other human tissues, teeth are surrounded by hard tissues of blood-free, high-calcium, such as enamel, dentin, and cementum.

즉, 치아로 유입되는 혈액은 치근에 위치한 자그마한 치아의 근첨공을 통해 들어오기 때문에, 이 혈류를 측정하려면 법랑질과 상아질, 시멘트질의 단단한 조직을 초음파가 뚫고 들어가 반사되어 나와야 하는 특수한 상황이라는 점이 치과용의 도플러 초음파 기기가 아직까지 널리 보급되고 있지 못한 요인으로 작용하고 있다.In other words, since the blood flowing into the teeth enters through the root opening of a small tooth located in the root, this blood flow is a special situation in which the ultrasound penetrates through the hard tissue of enamel, dentin, Of Doppler ultrasound devices have not yet become widespread.

치수 조직을 흐르는 혈류를 측정할 수 있으면 이를 통해 치수의 건강함을 진단할 수 있고, 이러한 진단을 통해 조기에 약물 치료나 신경 치료 등의 예방 치료를 할 수 있으므로, 치아를 천공하지 않고도 치수의 혈류를 측정할 수 있는 치과용 도플러 초음파 기기의 효용성은 상당히 높다.If the blood flow through the tissue can be measured, it is possible to diagnose the health of the dimension. By this diagnosis, preventive treatment such as drug treatment or neuropathy can be performed early, and therefore, The utility of dental Doppler ultrasound devices is very high.

최근에 이르러서야 기존의 범용 도플러 초음파 기기를 사용하여 치아 내부에 흐르는 혈류를 측정하고자 하는 시도가 이루어지고 있으며, 치과용 도플러 초음파 기기의 개발은 초기 단계에 머물러 있기 때문에 임상적인 효용성에 대한 검증이 미약하다. Recently, attempts have been made to measure blood flow in the teeth using a conventional general-purpose Doppler ultrasonic device. Since the development of a Doppler ultrasonic device for dentistry remains at an early stage, Do.

따라서, 기존의 범용 도플러 초음파 기기를 치과용의 치수 혈류를 측정하는 용도로 사용하기 위해서는 적절한 검증이나 보정이 필요하다. 그렇지만, 종래의 일반적인 도플러 초음파 기기를 검증하거나 보정하기 위한 의료용 팬텀(phantom)을 단단한 칼슘 조직을 포함한 치아 조직에 적용하는 것은 무리이기 때문에 이에 대한 개발이 필요한 실정이다.Therefore, proper verification or correction is required to use existing general-purpose Doppler ultrasonic devices for measuring the dental blood flow. However, it is difficult to apply a medical phantom for verifying or correcting a conventional Doppler ultrasound device to a dental tissue including a hard calcium tissue.

일본공표특허 특표2009-538648호 (2009.11.12 공표)Japan Public Patent Specification 2009-538648 (Published on November 12, 2009)

본 발명은 도입 초기에 있는 치과용 도플러 초음파 기기의 임상적 유효성을 검증하거나 측정의 정확성을 보정할 수 있는 치과용 팬텀을 제공하는 것에 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a dental phantom capable of verifying the clinical efficacy of a dental Doppler ultrasound device at the initial stage of introduction and correcting the accuracy of measurement.

본 발명에 따른 치과용 도플러 초음파 기기용 혈류 팬텀은, 미세 유체 채널의 일면이 표면에 노출되도록 형성되고, 상기 미세 유체 채널의 양단과 각각 연통하는 유체 입구와 유체 출구가 형성된 미세 유체 칩; 및 상기 미세 유체 채널의 노출된 표면을 덮도록 상기 형성된 미세 유체 칩의 표면에 접합되는 유리 슬라이드;를 포함한다.A microfluidic chip having a fluid inlet and a fluid outlet communicating with both ends of the microfluidic channel, the microfluidic chip being formed such that one surface of the microfluidic channel is exposed on a surface thereof; And a glass slide bonded to the surface of the formed microfluidic chip so as to cover the exposed surface of the microfluidic channel.

여기서, 상기 유리 슬라이드의 물성은 음속은 6025 m/s, 음향 임피던스는 14.9×106㎏/㎡s을 기준으로 하여 ±10% 범위 안에 있는 것을 특징으로 한다.Here, the physical properties of the glass slide are in the range of ± 10% based on a sound velocity of 6025 m / s and an acoustic impedance of 14.9 × 10 6 kg / m 2 s.

그리고, 상기 유리 슬라이드의 밀도는 2475 ㎏/㎥을 기준으로 하여 ±10% 범위 안에 있는 것을 특징으로 한다.And, the density of the glass slide is within ± 10% based on 2475 kg / m 3.

그리고, 상기 유리 슬라이드의 두께는 1.2±0.2 ㎜ 범위 안에 있는 것이 바람직할 수 있다.The thickness of the glass slide may preferably be in the range of 1.2 ± 0.2 mm.

한편, 본 발명에 따른 치과용 도플러 초음파 기기용 혈류 팬텀 시스템은, 미세 유체 채널의 일면이 표면에 노출되도록 식각되고 상기 미세 유체 채널의 양단과 각각 연통하는 유체 입구와 유체 출구가 형성된 미세 유체 칩과, 상기 미세 유체 채널의 노출된 표면을 덮도록 상기 형성된 미세 유체 칩의 표면에 접합되는 유리 슬라이드를 포함하는 혈류 팬텀;과, 상기 혈류 팬텀의 유체 입구 및 유체 출구와 각각 연결되는 도관이 수용되고, 상기 혈류 팬텀을 순환하는 유체가 담긴 밀봉된 유체 수용기;와, 상기 도관을 흐르는 상기 유체의 흐름을 측정하는 미세 유체 센서;와, 상기 유체 수용기 안에 공기의 맥동 파를 공급하는 압력 발생기; 및 상기 압력 발생기의 운전을 제어하고, 상기 미세 유체 센서로 감지된 상기 유체의 흐름에 대한 데이터를 취득하는 제어 컴퓨터;를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a blood flow phantom system for a dental Doppler ultrasound system, comprising: a microfluidic chip having a fluid inlet and a fluid outlet, the fluid inlet and the fluid outlet being etched to expose one surface of the microfluidic channel, A blood flow phantom including a glass slide bonded to the surface of the microfluidic chip so as to cover an exposed surface of the microfluidic channel; a conduit connected to the fluid inlet and the fluid outlet of the blood flow phantom, A microfluidic sensor for measuring a flow of the fluid flowing through the conduit; a pressure generator for supplying a pulsating wave of air into the fluid receptacle; And a control computer for controlling operation of the pressure generator and acquiring data on the flow of the fluid sensed by the microfluidic sensor.

본 발명의 실시형태에서, 상기 혈류 팬텀을 순환하는 유체는 혈액 모방 유체일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the fluid circulating the blood flow phantom may be a blood mimic fluid.

그리고, 치과용 도플러 초음파 기기의 트랜스듀서는 상기 혈류 팬텀의 유리 슬라이드 위에 접촉하게 된다.Then, the transducer of the dental Doppler ultrasound device is brought into contact with the glass slide of the blood flow phantom.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 치과용 도플러 초음파 기기용 혈류 팬텀 및 이를 포함하는 팬텀 시스템은 치아에서 가장 단단한 법랑질 조직을 모사한 혈류 팬텀을 사용함에 따라 치과용 도플러 초음파 기기의 유효성을 검증하는 것은 물론 측정의 정확성을 보정할 수 있게 하며, 이에 따라 치수 조직의 건강함을 미리 진단하고 치료의 필요성을 정확히 판단할 수 있어 예방 치료에 유효한 도구로 사용될 수 있다.The blood flow phantom for a dental Doppler ultrasonic device of the present invention having the above-described structure and the phantom system including the dental phantom of the present invention are used to verify the effectiveness of a dental Doppler ultrasonic device using a blood flow phantom simulating the hardest enamel tissue in a tooth Of course, it is possible to correct the accuracy of the measurement, so that the health of the tissue can be diagnosed in advance and the need for treatment can be accurately determined, which can be used as an effective tool for preventive treatment.

도 1은 본 발명에 따른 치과용 도플러 초음파 기기용 혈류 팬텀의 구조를 간략하게 도시한 도면.
도 2는 도 1의 혈류 팬텀을 포함하는 치과용 도플러 초음파 기기용 혈류 팬텀 시스템의 전체적은 구성을 간략하게 도시한 도면.
도 3은 도 2의 혈류 팬텀 시스템을 이용하여 치과용 도플러 초음파 기기로 측정된 혈류 속도에 대한 선형 회귀 분석 결과를 도시한 그래프.
도 4는 도 2의 혈류 팬텀 시스템을 이용하여 치과용 도플러 초음파 기기로 측정된 혈류 속도에 대한 브랜드-알트만 분석 결과를 도시한 그래프.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view schematically illustrating the structure of a blood flow phantom for a dental Doppler ultrasonic device according to the present invention; FIG.
[0001] The present invention relates to a blood flow phantom system for a dental Doppler ultrasound system, and more particularly,
FIG. 3 is a graph showing a result of a linear regression analysis of the blood flow velocity measured by the dental Doppler ultrasound apparatus using the blood flow phantom system of FIG. 2. FIG.
FIG. 4 is a graph showing the result of the Brand-Altman analysis of the blood flow velocity measured by the dental Doppler ultrasound apparatus using the blood flow phantom system of FIG. 2. FIG.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시형태를 설명함에 있어서 당업자라면 자명하게 이해할 수 있는 공지의 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않도록 생략될 것이다. 또한 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부여할 것이며, 도면을 참조할 때에는 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등이 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있음을 고려하여야 한다.In describing the embodiments of the present invention, a description of well-known structures that can be easily understood by those skilled in the art will be omitted so as not to obscure the gist of the present invention. In the drawings, like reference numerals refer to like elements throughout. The same elements will be denoted by the same reference numerals even though they are shown in different drawings. Referring to the drawings, The size of the elements, etc., may be exaggerated for clarity and convenience of explanation.

그리고, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 개재되면서 간접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고도 이해되어야 할 것이다.In describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, Quot; coupled "or" connected "indirectly while intervening in the context of the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 치과용 도플러 초음파 기기용 혈류 팬텀의 구조를 간략하게 도시한 도면이며, 도 2는 도 1의 혈류 팬텀을 포함하는 치과용 도플러 초음파 기기용 혈류 팬텀 시스템의 전체적은 구성을 간략하게 도시한 도면으로서, 먼저 치과용 도플러 초음파 기기용 혈류 팬텀(이하, '혈류 팬텀'이라 간략히 칭하기로 함)에 대해 상세히 설명한 후 혈류 팬텀 시스템에 대해 차례로 설명하기로 한다.FIG. 1 is a view schematically showing a structure of a blood flow phantom for a dental Doppler ultrasonic device according to the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram of a blood flow phantom system for a dental Doppler ultrasonic device including a blood flow phantom of FIG. First, the blood flow phantom system for a dental Doppler ultrasound device will be described in detail with reference to a blood flow phantom system (hereinafter simply referred to as a 'blood flow phantom').

도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 혈류 팬텀(10)은 미세 유체 채널이 형성된 미세 유체 칩(20)과, 상기 미세 유체 칩(20)에 접합된 유리 슬라이드(30)를 포함하여 구성된다.1, a blood flow phantom 10 according to the present invention includes a microfluidic chip 20 on which a microfluidic channel is formed and a glass slide 30 bonded to the microfluidic chip 20, do.

미세 유체 칩(20)에는 혈액 또는 혈액 모방 유체(Blood-Mimicking Fluid, BMF)가 흐르는 소동맥을 모사한 미세 유체 채널(22)이 형성된다. 본 발명의 실시형태에서, 미세 유체 채널(22)은 200×200 ㎛ 크기의 정사각형 단면 형태로 만들어진다.A microfluidic channel 22 is formed in the microfluidic chip 20 by simulating a small artery in which blood or a blood-mimicking fluid (BMF) flows. In the embodiment of the present invention, the microfluidic channel 22 is made in the shape of a square cross section having a size of 200 x 200 mu m.

미세 유체 채널(22)은 소프트 리소그라피 기술을 이용하여 만들어지는데, 실리콘 웨이퍼 위에 포토 레지스트를 도포하고, 미세 유체 채널(22)의 형태로 만들어진 마스크 위로 365 ㎚ 파장의 자외선을 조사하여 몰드를 제조한다. 이렇게 제작된 몰드를 이용하여 PDMS(polydimethylsiloxane) 재질의 미세 유체 칩(20)을 찍어낸다. 여기서, PDMS는 미세 유체 공학에서 가장 널리 사용되는 고분자 재료로서 미세 유체 칩(20)으로 사용할 수 있는 대표적인 재질일 뿐이며, 이외에 다른 재질로 미세 유체 칩(20)을 만드는 것 또한 가능함은 물론이다.The microfluidic channel 22 is made using a soft lithography technique wherein a photoresist is applied on a silicon wafer and a mold is made by irradiating ultraviolet light of 365 nm wavelength onto a mask made in the form of a microfluidic channel 22. The microfluidic chip 20 made of PDMS (polydimethylsiloxane) is printed using the mold thus fabricated. Here, the PDMS is a typical material that can be used as the microfluidic chip 20 as a polymeric material most widely used in microfluidic engineering, and it is also possible to make the microfluidic chip 20 from other materials.

이와 같은 방식으로 미세 유체 칩(20)을 만들면 미세 유체 채널(22)의 일면이 표면에 노출되며, 미세 유체 칩(20)의 반대면(미세 유체 채널이 노출된 면의 반대쪽)으로부터 미세 유체 채널(22)의 양단과 연통하도록 하나씩 구멍을 뚫어서 한 쌍의 유체 입구(24)와 유체 출구(26)를 만든다. 이 유체 입구(24)와 유체 출구(26)를 통해 미세 유체 채널(22) 안으로 유체가 들어가고 나올 수 있게 된다. When the microfluidic chip 20 is formed in this manner, one side of the microfluidic channel 22 is exposed on the surface, and the microfluidic channel 20 is exposed from the opposite side of the microfluidic chip 20 Holes are drilled one by one so as to communicate with both ends of the fluid inlet 22 and the fluid outlet 26 and the fluid outlet 26, respectively. The fluid can enter and exit the microfluidic channel 22 through the fluid inlet 24 and the fluid outlet 26.

미세 유체 채널(22)의 일면이 노출된 표면 위에는 유리 슬라이드(30)가 접합되어 미세 유체 채널(22)을 밀봉하게 된다.The glass slide 30 is bonded onto the exposed surface of the microfluidic channel 22 to seal the microfluidic channel 22.

여기서, 유리 슬라이드(30)는 치아에서 가장 단단한 조직인 법랑질(enamel)을 모사하기 위한 것으로서, 종래의 다른 의료용 팬텀에서는 통상적으로 사용되지 않는 소재이며, 본 발명의 혈류 팬텀(10)에서 가장 중요한 부분이다.Herein, the glass slide 30 is a material for simulating an enamel which is the hardest tissue in a tooth, and is a material which is not conventionally used in conventional medical phantoms and is the most important part in the blood flow phantom 10 of the present invention .

법랑질을 모사하기 위한 소재로서 유리 슬라이드(30)를 사용한 것은 아래의 표 1에 정리된 것과 같이, 일반적으로 구할 수 있는 여러 소재 중에서 유리 재질이 치아의 법랑질과 음향적 물성의 특성에 있어 가장 유사하기 때문이다.The use of the glass slide (30) as a material for enamel enamel is as shown in Table 1 below. Among the generally available materials, the glass material is most similar in enamel and acoustical properties of teeth Because.

소재Material 음속
(m/s)Sound speed
(m / s) 밀도
(㎏/㎥)density
(Kg / m3) 음향 임피던스
(106㎏/㎡s)Acoustic impedance
(10 6 kg / m 2 s) 법랑질enamel 62506250 30003000 18.818.8 알루미늄aluminum 63006300 77507750 33.733.7 구리Copper 33003300 17401740 24.224.2 유리Glass 60256025 24752475 14.914.9

예를 들어, 알루미늄은 음속에 있어서 법랑질과 가장 가깝지만 도플러 효과에 영향을 미치는 다른 인자인 음향 임피던스의 측면에서는 두 배 가까운 차이가 있어 적합하지 못하다.For example, aluminum is nearest to enamel at sonic speeds, but it is twice as close to acoustic impedance, another factor that affects the Doppler effect.

여기서, 본 발명의 혈류 팬텀(10)에 사용되는 유리 슬라이드(30)의 조성은 중요하지 않은데, 이는 유리의 조성이 약간 다르더라도 음향적 물성의 특성이 동등하면 동등한 결과를 얻을 수 있기 때문이다.Here, the composition of the glass slide 30 used in the blood flow phantom 10 of the present invention is not important, because even if the composition of the glass is slightly different, equivalent results can be obtained if the acoustic properties are the same.

이러한 관점에서 치과용 도플러 초음파 기기의 측정 결과에 가장 큰 영향을 미치는 음속과 음향 임피던스가 음속은 6025 m/s, 음향 임피던스는 14.9×106㎏/㎡s을 기준으로 하여 ±10% 범위 안에 있는 재질의 유리 슬라이드(30)를 사용한다면 상당한 신뢰성으로 치아의 법랑질을 모사하는 것이 가능하다.From this point of view, the sound velocity and acoustic impedance, which have the greatest influence on the measurement results of the dental Doppler ultrasonic apparatus, are within the range of ± 10% based on the sound velocity of 6025 m / s and the acoustic impedance of 14.9 × 10 6 kg / It is possible to simulate tooth enamel with considerable reliability if glass slide 30 is used.

나아가 음속과도 관련이 있는 물성인 밀도도 2475 ㎏/㎥을 기준으로 하여 ±10% 범위 안에 있는 재질의 유리 슬라이드(30)를 사용한다면 더욱 바람직할 것이다. Further, it is more preferable to use the glass slide 30 having a density within the range of ± 10% based on the density of 2475 kg / m 3, which is a property related to sound speed.

여기서, 유리 슬라이드(30)의 두께는 1.2±0.2 ㎜ 범위 안에 있는 것이 바람직한데, 이는 일반적인 법랑질의 두께를 고려한 것이다.Here, it is preferable that the thickness of the glass slide 30 is within the range of 1.2 ± 0.2 mm, considering the thickness of general enamel.

도 2는 위에서 설명한 혈류 팬텀(10)을 이용한 치과용 도플러 초음파 기기용 혈류 팬텀 시스템(100)의 전체적인 구성을 간략하게 도시한 도면이다.FIG. 2 is a diagram schematically showing the overall configuration of a blood flow phantom system 100 for a dental Doppler ultrasonic apparatus using the blood flow phantom 10 described above.

전술한 혈류 팬텀(10)의 미세 유체 칩(20)에 형성된 유체 입구(24) 및 유체 출구(26)는 모두 도관(112)과 연결되며, 상기 도관(112)의 타단은 혈류 팬텀(10)을 순환하는 유체가 담긴 밀봉된 유체 수용기(110) 안에 꽂아진다. 유체가 흐르는 도관(112)은 내약품성이 우수하고 특성이 안정적인 불소수지(PTFE) 재질의 튜브를 사용할 수 있다.The fluid inlet 24 and the fluid outlet 26 formed in the microfluidic chip 20 of the blood flow phantom 10 are both connected to the conduit 112 and the other end of the conduit 112 is connected to the blood flow phantom 10, Lt; RTI ID = 0.0 > 110 < / RTI > The conduit 112 through which the fluid flows can be made of a fluororesin (PTFE) tube having excellent chemical resistance and stable characteristics.

밀봉된 유체 수용기(110) 안으로는 유체를 흐르게 하는 힘으로서 공압이 작용하게 되는데, 이 공압은 혈압의 맥동을 모사한 삼각파형의 맥동 파로 공급되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 심장의 박동수와 비슷한 1 ㎐ 주파수의 맥동 파로 압축공기를 공급할 수 있다.In the sealed fluid container 110, a pneumatic pressure acts as a force for flowing a fluid, and it is preferable that the pneumatic pressure is supplied as a pulsating wave of a triangular waveform that simulates the pulsation of the blood pressure. For example, compressed air can be supplied with a pulsating wave of 1 Hz frequency similar to the heart rate.

이러한 맥동 파를 만들기 위해, 본 발명의 혈류 팬텀 시스템(100)에는 압력 발생기(130)가 구비되며, 이 압력 발생기(130)는 압축공기를 만드는 에어 컴프레서(132) 및 저장된 압축공기의 흐름을 제어하는 압력 제어기(134)로 구성된다. 본 발명의 일 실시형태에서, 압력 제어기(134)로는 프랑스 'Elveflow'사의 모델명 'OB1-MK3'의 압력 제어기(134)를 사용하였으며, 이 압력 제어기(134)는 압력 크기와 주파수, 압력 파형 등을 프로그램하여 제어할 수 있다. 즉, 압력 제어기(134)와 함께 제공되는 소프트웨어를 사용하여 원하는 맥동 파를 디자인하는 것은 물론 후술할 미세 유체 센서(120)를 통해 측정되는 압력이나 유량 등을 실시간으로 관찰할 수 있다. In order to make such a ripple wave, the blood flow phantom system 100 of the present invention is provided with a pressure generator 130, which includes an air compressor 132 for producing compressed air, And a pressure controller 134 for controlling the pressure. In an embodiment of the present invention, the pressure controller 134 of model name 'OB1-MK3' of Elveflow, France is used as the pressure controller 134, Can be programmed and controlled. That is, the software provided with the pressure controller 134 can be used to design a desired pulsating wave, as well as to observe, in real time, pressure and flow rate measured through the microfluidic sensor 120 to be described later.

동력원인 압력 발생기(130)에 의해 도관(112)을 흐르게 되는 유체의 흐름을 측정하는 미세 유체 센서(120)가 도관(112) 상에 설치된다. 미세 유체 센서(120)를 통해 유체의 압력이나 유량이 측정되며, 특히 본 발명에서는 유체의 유량(flow rate)을 측정하고 이 유량을 미세 유체 채널(22)의 단면적으로 나누어서 유체의 속도를 계산하게 된다.A microfluidic sensor 120 is installed on the conduit 112 to measure the flow of fluid flowing through the conduit 112 by the pressure generator 130, which is a power source. The pressure or flow rate of the fluid is measured through the microfluidic sensor 120. In the present invention, the flow rate of the fluid is measured and the flow rate is divided by the cross-sectional area of the microfluidic channel 22 to calculate the velocity of the fluid do.

이러한 혈류 팬텀 시스템(100)에는 제어 컴퓨터(140)가 포함되며, 이 제어 컴퓨터(140)는 압력 발생기(130)의 운전을 제어하는 것은 물론 미세 유체 센서(120)로 감지된 유체의 흐름에 대한 데이터를 취득하는 등 혈류 팬텀 시스템(100) 전체를 관리하는 역할을 한다.The blood flow phantom system 100 includes a control computer 140 which controls the operation of the pressure generator 130 and also controls the flow of fluid sensed by the microfluidic sensor 120 And acquires data to manage the entire blood flow phantom system 100.

여기서, 본 발명은 혈류 팬텀(10)을 순환하는 유체로서 실제 혈액(희석 혈액)이 아닌 혈액 모방 유체를 사용할 수 있는데, 이는 실제 혈액의 시료로서의 수명이 매우 짧은 점을 고려한 것이다. 혈액 모방 유체는 점성과 음속 등의 유체 특성이 혈액과 유사해야 하는데, 특히 초음파 도플러 측정을 좌우하는 산란입자가 중요하다. 혈액에서의 산란입자는 적혈구인데, 혈액 모방 유체에는 그 산란 특성이 유사한 나일론 입자가 포함되는 것이 바람직하다. 이러한 초음파 도플러 측정을 위한 혈액 모방 유체로서는 미국 'CIRS Inc.'사의 '모델 046' 혈액 모방 유체(BMF)를 사용할 수 있다.Here, the present invention can use a blood imitating fluid other than actual blood (diluted blood) as a fluid circulating the blood flow phantom 10, taking into consideration the fact that the lifetime as a sample of actual blood is very short. Blood imitation fluid should have similar fluid properties such as viscosity and sound velocity, especially scattering particles that influence ultrasonic Doppler measurement. The scattering particles in the blood are red blood cells, and the blood mimic fluid preferably contains nylon particles having similar scattering characteristics. As the blood imitating fluid for the ultrasonic Doppler measurement, 'Model 046' blood imitating fluid (BMF) manufactured by CIRS Inc. of USA can be used.

도 2와 같이 혈류 팬텀 시스템(100)을 구성하면 상용화된 범용 도플러 초음파 기기(200)를 치과용도로 전용할 때의 유효성을 검증하는 것은 물론 측정의 정확성을 보정할 수 있게 된다. 즉, 압력 발생기(130)에 의해 제어된 맥동 파의 유량을 미세 유체 센서(120)로 측정하여 이 유체의 속도를 정확히 계산할 수 있기 때문에, 이 제어된 속도 값과 치아를 모사한 혈류 팬텀(10)을 통해 범용 도플러 초음파 기기(200)로 측정된 속도 값을 상호 비교함으로써 범용 도플러 초음파 기기(200)의 치과용도로서의 성능을 평가할 수 있게 된다.The configuration of the blood flow phantom system 100 as shown in FIG. 2 can verify the effectiveness of the commercialized general-purpose Doppler ultrasound device 200 when it is used for dental use, as well as correct the measurement accuracy. That is, since the flow rate of the pulsating wave controlled by the pressure generator 130 can be measured by the microfluidic sensor 120 and the velocity of the fluid can be accurately calculated, the blood flow phantom 10 The performance of the general-purpose Doppler ultrasonic device 200 as a dental use can be evaluated by comparing the velocity values measured by the general-purpose Doppler ultrasonic device 200 with each other.

상용화된 범용 도플러 초음파 기기(200)의 성능을 다각도로 평가하고자 15 종류의 유동 패턴 각각에 대해 5회씩 총 75번을 측정하고, 각 유동 패턴에 있어 각 유속의 최고치, 평균치 및 최저치에 대한 선형 회귀 분석을 수행하였다. 아래의 표 2는 실험에 사용된 15 종류의 유동 패턴을 정리한 것이다.In order to evaluate the performance of the commercialized general-purpose Doppler ultrasonic device 200 in a multifaceted manner, a total of 75 measurements were made five times for each of 15 kinds of flow patterns, and a linear regression of the maximum, average, Analysis was performed. Table 2 below summarizes the 15 flow patterns used in the experiment.

압력범위(mbar)Pressure range (mbar) 최고 속도(㎝/s)Maximum speed (cm / s) 최저 속도(㎝/s)Lowest speed (cm / s) 최저lowest 최고Best 평균Average 표준편차Standard Deviation 평균Average 표준편차Standard Deviation 00 5050 3.3433.343 0.0130.013 0.4250.425 0.0030.003 00 4040 2.7482.748 0.0140.014 0.4050.405 0.0030.003 00 3030 2.0192.019 0.0080.008 0.3840.384 0.0020.002 00 2020 1.3051.305 0.0960.096 0.3590.359 0.0060.006 00 1010 0.6750.675 0.0090.009 0.3220.322 0.0050.005 1010 5050 3.2813.281 0.0220.022 0.8200.820 0.0070.007 1010 4040 2.6082.608 0.0110.011 0.8100.810 0.0050.005 1010 3030 1.9161.916 0.0290.029 0.7900.790 0.0090.009 1010 2020 1.2431.243 0.0120.012 0.7550.755 0.0050.005 2020 5050 3.3033.303 0.0180.018 1.5261.526 0.0080.008 2020 4040 2.6422.642 0.0210.021 1.5031.503 0.0040.004 2020 3030 2.0082.008 0.0090.009 1.4861.486 0.0050.005 3030 5050 3.1683.168 0.0190.019 2.0082.008 0.0100.010 3030 4040 2.4422.442 0.0650.065 1.9341.934 0.0520.052 4040 5050 3.0123.012 0.0250.025 2.4792.479 0.0200.020

표 2에 정리된 각 유동 패턴에 대한 5회씩의 반복 실험 결과를 보면 그 표준편차가 상당히 작다는 것을 확인할 수 있으며, 이는 압력 발생기(130)가 충분한 정밀도의 재현성이 있음을 보여준다.It can be seen that the standard deviation is remarkably small when the result of the repeated experiment of each flow pattern shown in Table 2 is shown five times, which shows that the pressure generator 130 has sufficient precision reproducibility.

위와 같은 15종류의 각 유동패턴을 범용 도플러 초음파 기기(200)로 측정하였다. 여기서, 범용 도플러 초음파 기기(200)의 트랜스듀서(210)는 혈류 팬텀(10)의 유리 슬라이드(30) 위에 접촉하여야 하는데, 이는 혈류 팬텀(10)의 유리 슬라이드(30)가 치아의 법랑질을 모사한 것이기 때문이다. 측정시 유리 슬라이드(30) 위에는 초음파 젤을 약간 바르고 범용 도플러 초음파 기기(200)의 트랜스듀서(210)를 접촉시키며, 측정의 신뢰성을 위해 트랜스듀서(210)는 지그를 사용하여 일정한 각도(예를 들어, 60°)로 고정하는 것이 좋다. Each of the above-mentioned 15 types of flow patterns was measured with the general-purpose Doppler ultrasonic device 200. Here, the transducer 210 of the universal Doppler ultrasound device 200 must be in contact with the glass slide 30 of the blood flow phantom 10, since the glass slide 30 of the blood flow phantom 10 simulates the enamel of the tooth It is because it is one. The ultrasonic gel is slightly put on the glass slide 30 to make contact with the transducer 210 of the universal Doppler ultrasonic device 200. For the reliability of the measurement, the transducer 210 uses a jig to measure a predetermined angle For example, 60 [deg.]).

도 3은 도 2의 혈류 팬텀 시스템(100)을 이용하여 범용 도플러 초음파 기기(200)로 측정된 혈류 속도에 대한 선형 회귀 분석 결과를 도시한 그래프이다. 참고로 본 발명에서는 통계 분석시의 모든 유의 수준을 0.05로 설정하였다.FIG. 3 is a graph showing a result of a linear regression analysis on the blood flow velocity measured by the general-purpose Doppler ultrasonic device 200 using the blood flow phantom system 100 of FIG. In the present invention, all significance levels at the time of statistical analysis were set to 0.05.

도 3의 (a)∼(c)는 각각 범용 도플러 초음파 기기(200)로 측정된 혈류 팬텀(10)에서의 혈류 속도에 대한 최고, 평균 및 최저값을 선형 회귀 분석한 결과를 보여준다.3 (a) to 3 (c) show the results of a linear regression analysis of the maximum, average, and minimum values of the blood flow velocity in the blood flow phantom 10 measured by the general-purpose Doppler ultrasonic device 200.

측정된 혈류 속도에 대한 최고, 평균 및 최저값을 선형 회귀 분석해 보면, 각각에 대한 결정계수(r)는 0.94, 0.98 및 0.996(유의확률 p는 모두 0.001 미만)으로서 실험에 사용된 범용 도플러 초음파 기기(200)가 치아 내부의 혈류를 측정함에 있어서도 넓은 압력 범위에 걸쳐 선형성이 상당히 우수하게 유지됨을 확인할 수 있다.A linear regression analysis of the peak, mean, and minimum values for the measured blood flow rates showed that the coefficient of determination (r) for each was 0.94, 0.98, and 0.996 (all probability p was less than 0.001) 200) can measure the blood flow inside the teeth, it can be confirmed that the linearity is maintained remarkably excellent over a wide pressure range.

그리고, 도 4는 혈류 팬텀 시스템(100)을 이용하여 범용 도플러 초음파 기기(200)로 측정된 혈류 속도와 제어된 혈류 속도를 대상으로 한 브랜드-알트만(Bland-Altman) 분석 결과를 도시한 그래프이다. 도 4의 (a)∼(c) 역시 범용 도플러 초음파 기기(200)로 측정된 혈류 팬텀(10)에서의 혈류 속도에 대한 최고, 평균 및 최저값을 대상으로 한 것이다.4 is a graph showing the results of the Bland-Altman analysis of the blood flow velocity and the controlled blood flow velocity measured by the general-purpose Doppler ultrasonic device 200 using the blood flow phantom system 100 . 4 (a) to 4 (c) also show the maximum, average, and minimum values of the blood flow velocity in the blood flow phantom 10 measured by the general-purpose Doppler ultrasonic device 200.

도 4의 결과를 보면, 실험에 사용된 범용 도플러 초음파 기기(200)는 최고, 평균 및 최저 혈류속도에 대해 각각 1.69, 2.00 및 2.23 ㎝/s 씩 과대 측정하고 있음을 검증할 수 있다. 이런 결과는 혈류 속도가 증가함에 따라 범용 도플러 초음파 기기(200)의 측정 편차 또한 함께 증가하는 경향을 보여주는데, 이런 실험 결과를 바탕으로 하여 실험에 사용된 범용 도플러 초음파 기기(200)를 치아 내부의 혈류를 측정하기에 적합하도록 보정하는 것이 가능해진다.4, it can be verified that the universal Doppler ultrasound device 200 used in the experiment is overestimated by 1.69, 2.00, and 2.23 cm / s for maximum, mean, and minimum blood flow velocities, respectively. This result shows that the measurement deviation of the general-purpose Doppler ultrasonic device 200 also increases with the increase of the blood flow velocity. Based on these experimental results, the general-purpose Doppler ultrasonic device 200 used in the experiment is applied to the blood flow Can be corrected to be suitable for measurement.

이러한 보정의 정확성은 임상 시험을 좀더 누적하면 할수록 더욱 좋은 결과를 보증할 수 있을 것이다. The more accurate the calibration, the more cumulative the clinical trial will be to ensure better results.

이상 본 발명의 바람직한 실시예 및 실시형태가 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위는 청구항의 기재내용과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be possible. Accordingly, the scope of the present invention will be determined by the description of the claims and their equivalents.

10: 혈류 팬텀 20: 미세 유체 칩
22: 미세 유체 채널 24: 유체 입구
26: 유체 출구 30: 유리 슬라이드
100: 혈류 팬텀 시스템 110: 유체 수용기
112: 도관 120: 미세 유체 센서
130: 압력 발생기 132: 에어 컴프레서
134: 압력 제어기 140: 제어 컴퓨터
200: 범용 도플러 초음파 기기
210: 트랜스듀서10: blood flow phantom 20: microfluidic chip
22: microfluidic channel 24: fluid inlet
26: Fluid outlet 30: Glass slide
100: blood flow phantom system 110: fluid receptor
112: conduit 120: microfluidic sensor
130: pressure generator 132: air compressor
134: Pressure controller 140: Control computer
200: Universal Doppler Ultrasonic Device
210: transducer

Claims (10)

미세 유체 채널의 일면이 표면에 노출되도록 형성되고, 상기 미세 유체 채널의 양단과 각각 연통하는 유체 입구와 유체 출구가 형성된 미세 유체 칩; 및
상기 미세 유체 채널의 노출된 표면을 덮도록 상기 형성된 미세 유체 칩의 표면에 접합되는 유리 슬라이드;를 포함하고,
상기 유리 슬라이드의 물성은 음속은 6025 m/s, 음향 임피던스는 14.9×106㎏/㎡s을 기준으로 하여 ±10% 범위 안에 있는 것을 특징으로 하는 치과용 도플러 초음파 기기용 혈류 팬텀.A microfluidic chip in which one surface of the microfluidic channel is exposed to the surface and in which a fluid inlet and a fluid outlet communicating with both ends of the microfluidic channel are formed; And
And a glass slide bonded to the surface of the formed microfluidic chip so as to cover the exposed surface of the microfluidic channel,
Wherein the physical properties of the glass slide are in the range of ± 10% based on a sound velocity of 6025 m / s and an acoustic impedance of 14.9 × 10 6 kg / m 2 s. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 유리 슬라이드의 밀도는 2475 ㎏/㎥을 기준으로 하여 ±10% 범위 안에 있는 것을 특징으로 하는 치과용 도플러 초음파 기기용 혈류 팬텀.The method according to claim 1,
Wherein the density of the glass slide is within a range of +/- 10% based on 2475 kg / m < 3 >. 제3항에 있어서,
상기 유리 슬라이드의 두께는 1.2±0.2 ㎜ 범위 안에 있는 것을 특징으로 하는 치과용 도플러 초음파 기기용 혈류 팬텀.The method of claim 3,
Wherein the thickness of the glass slide is in the range of 1.2 +/- 0.2 mm. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI > 미세 유체 채널의 일면이 표면에 노출되도록 식각되고 상기 미세 유체 채널의 양단과 각각 연통하는 유체 입구와 유체 출구가 형성된 미세 유체 칩과, 상기 미세 유체 채널의 노출된 표면을 덮도록 상기 형성된 미세 유체 칩의 표면에 접합되는 유리 슬라이드를 포함하는 혈류 팬텀;
상기 혈류 팬텀의 유체 입구 및 유체 출구와 각각 연결되는 도관이 수용되고, 상기 혈류 팬텀을 순환하는 유체가 담긴 밀봉된 유체 수용기;
상기 도관을 흐르는 상기 유체의 흐름을 측정하는 미세 유체 센서;
상기 유체 수용기 안에 공기의 맥동 파를 공급하는 압력 발생기; 및
상기 압력 발생기의 운전을 제어하고, 상기 미세 유체 센서로 감지된 상기 유체의 흐름에 대한 데이터를 취득하는 제어 컴퓨터;를 포함하고,
상기 유리 슬라이드의 물성은 음속은 6025 m/s, 음향 임피던스는 14.9×106㎏/㎡s을 기준으로 하여 ±10% 범위 안에 있는 것을 특징으로 하는 치과용 도플러 초음파 기기용 혈류 팬텀 시스템.A microfluidic chip on which one surface of the microfluidic channel is exposed so as to be exposed to the surface and on which a fluid inlet and a fluid outlet are formed in communication with both ends of the microfluidic channel; A blood flow phantom including a glass slide joined to a surface of the blood flow phantom;
A sealed fluid receiver containing a conduit connected to a fluid inlet and a fluid outlet of the blood flow phantom, respectively, and containing a fluid circulating the blood flow phantom;
A microfluidic sensor for measuring the flow of the fluid flowing through the conduit;
A pressure generator for supplying a pulsating wave of air into the fluid receiver; And
And a control computer for controlling operation of the pressure generator and acquiring data on the flow of the fluid sensed by the microfluidic sensor,
Wherein the physical properties of the glass slide are in the range of ± 10% based on a sound velocity of 6025 m / s and an acoustic impedance of 14.9 × 10 6 kg / m 2 s. 제5항에 있어서,
상기 혈류 팬텀을 순환하는 유체는 혈액 모방 유체인 것을 특징으로 하는 치과용 도플러 초음파 기기용 혈류 팬텀 시스템.6. The method of claim 5,
Wherein the fluid circulating in the blood flow phantom is a blood mimic fluid. 제5항에 있어서,
치과용 도플러 초음파 기기의 트랜스듀서는 상기 혈류 팬텀의 유리 슬라이드 위에 접촉하는 것을 특징으로 하는 치과용 도플러 초음파 기기용 혈류 팬텀 시스템.6. The method of claim 5,
Wherein the transducer of the dental Doppler ultrasound device contacts the glass slide of the blood flow phantom. 삭제delete 제5항에 있어서,
상기 유리 슬라이드의 밀도는 2475 ㎏/㎥을 기준으로 하여 ±10% 범위 안에 있는 것을 특징으로 하는 치과용 도플러 초음파 기기용 혈류 팬텀 시스템.6. The method of claim 5,
Wherein the density of the glass slide is within a range of +/- 10% based on 2475 kg / m < 3 >. 제9항에 있어서,
상기 유리 슬라이드의 두께는 1.2±0.2 ㎜ 범위 안에 있는 것을 특징으로 하는 치과용 도플러 초음파 기기용 혈류 팬텀 시스템.
10. The method of claim 9,
Wherein the thickness of the glass slide is within a range of 1.2 +/- 0.2 mm. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
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