KR101398002B1 - Thin optical phantom for mimicking human body and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스핀코팅방식을 이용하여, ㎛ 단위의 박막 두께 및 균일한 표면 특성을 갖고 다양하게 두께 조절이 용이하며 인체 조직(tissues)과 같은 흡수 및 산란 등의 광학적 특성을 갖는 인체 조직 모사 박막 광 팬텀과 그 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은, 주제와 경화제를 2:1의 비율로 혼합하여, 인체의 피부 조직과 유사한 광특성을 모사하기 위해, 비뉴톤 유체의 혼합물질을 형성하는 단계, 인체 조직과 같은 흡수 계수를 가지도록 선정된 파장 범위의 광을 흡수하는 흡수물질, 또는 인체 조직과 같은 산란 계수를 가지도록 선정된 파장 범위의 광을 산란시키는 산란물질 중의 어느 하나로 이루어지는 광 매질 및 그 농도를 선택하여 상기 혼합물질에 혼합하여 혼합용액을 형성하는 단계, 스핀코터의 회전속도, 회전수, 및 회전 시간 설정하고 상기 혼합용액을 스핀코터의 코팅액으로 사용하여 스핀코팅에 의해 코팅면을 형성하는 단계로 이루어지는 제조방법, 및 그 제조방법에 의한 박막 광 팬텀을 제공하여, 피부 표피층 및 해당 표피층을 포함한 피부조직에 대한 두께별 광학적 특성 및 구조적 특성 분석에 사용할 수 있게 한다.The present invention relates to a method of manufacturing a thin film optical thin film having a thin film thickness and a uniform surface characteristic in a unit of μm and having various optical characteristics such as absorption and scattering such as tissues, Phantom, and a manufacturing method and apparatus thereof.
For this purpose, the present invention relates to a method for producing a non-Newtonian fluid, which comprises mixing a mixture of a subject and a hardener in a ratio of 2: 1 to form a mixture of non-Newtonian fluids to simulate optical characteristics similar to human skin, An optical medium comprising any one of an absorbing material that absorbs light in a wavelength range selected to have a predetermined wavelength range or a scattering material that scatters light in a wavelength range selected to have a scattering coefficient such as a human body, Forming a mixed solution by spin coating, setting the spin speed of the spin coater, the number of rotations, and the spin time, and forming a coated surface by spin coating using the mixed solution as a coating liquid for a spin coater, And a thin film optical phantom according to the manufacturing method, thereby to provide an optical feature for the skin tissue including the skin epidermis layer and the skin layer To be used for analysis of structural and structural characteristics.
Description
본 발명은 인체 조직 모사 박막 광 팬텀(thin optical phantom)과 그 제조 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 스핀코팅방식을 이용하여, ㎛ 단위의 박막 두께 및 균일한 표면 특성을 갖고 다양하게 두께 조절이 용이하며 인체 조직(tissues)과 같은 흡수 및 산란 등의 광학적 특성을 갖는 인체 조직 모사 박막 광 팬텀과 그 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a human tissue thin film optical phantom, a method and an apparatus for manufacturing the same, and more particularly, to a thin film optical phantom having a thin film thickness and uniform surface characteristics in a unit of μm To a human tissue-simulated thin film optical phantom having optical characteristics such as absorption and scattering, which are easy to control the thickness, such as tissues, and a manufacturing method and apparatus thereof.
의학계의 진단과 치료를 위한 분야에서, 흡수 계수(absorption coefficient)와 산란 계수(scattering coefficient)와 같은 생물학적 조직(tissues)의 광학적 특성을 측정하여 평가하는 것은 매우 중요한 일이다.It is very important to measure and evaluate the optical properties of biological tissues such as absorption coefficient and scattering coefficient in the field of diagnosis and treatment of the medical system.
이러한 시도의 하나가 광 팬텀(optical phantom)이다. 광 팬텀은 광학 측정장치 등의 광학적 기술을 테스트하거나 보정(calibrate)하기 위한 용도로 사용된다. 다시말해, 광 팬텀은, 광학 측정장치를 이용하여 광학적 기술을 인체에 적용하여 테스트하기 위해, 인체를 대신하여 테스트에 사용하기 위한 것으로, 인체의 피부 조직과 유사한 광특성을 가진 인체 조직 모사 물이라 할 수 있다. 여기서, 인체의 피부 조직과 유사한 광특성은, 피부 조직과 같은 산란 계수와 흡수 계수를 가지도록 이루어진 것을 말한다. One such attempt is an optical phantom. Optical phantoms are used to test or calibrate optical techniques such as optical measuring devices. In other words, the optical phantom is intended to be used in testing on behalf of the human body in order to test the optical technology applied to the human body by using an optical measuring device, and is a human tissue mimetic having optical characteristics similar to the skin tissue of the human body can do. Here, the optical characteristics similar to the human skin tissue are those having a scattering coefficient and an absorption coefficient equal to those of the skin tissue.
실제 피부조직과 유사한 광학적 및 구조적 특성을 갖는 피부용 광 팬텀은 피부내 광 확산 모델을 연구하거나 광학 시스템의 안전성 및 유효성을 테스트하는 등 참고(reference)를 위한 비교대상으로 쓰여지고 있으며, 피부 조직과 유사한 광학특성을 모사하기 위해 산란 계수(㎲ 단위)와 흡수 계수(μa)를 조절하고, 표피층, 진피층 및 피하층의 구조적 특징을 모사하기 위해 일반적으로 2~3개의 층을 갖는 구조로 제작되어 사용되고 있다. Optical phantoms for the skin, which have optical and structural characteristics similar to the actual skin texture, are being used as a reference for reference, such as studying the light diffusion model in the skin or testing the safety and effectiveness of the optical system. In order to simulate the characteristics, the scattering coefficient (μs unit) and the absorption coefficient (μa) are adjusted, and the structure having two or three layers is generally used to simulate the structural features of the skin layer, the dermal layer and the subcutaneous layer.
이러한 피부용 광 팬텀은 구성 성분의 특성에 따라 크게 액체 팬텀과 고체 팬텀으로 구분된다. These optical phantoms for the skin are divided into liquid phantom and solid phantom according to the characteristics of the constituent components.
액체 팬텀은 비교적 제작이 간단하고 ㎛ 단위의 두께 조절이 용이하나 반영구적인 보관이 불가능하고 반복적 사용에 제한이 있으며, 고체 팬텀은 높은 재현성과 반영구적인 보관성으로 시스템 보정 및 테스트에 적합하지만 대상의 구조적인 모사가 제한적이고 두께 조절하는 방식이 번거로운 단점이 있다.Liquid phantom is relatively easy to fabricate, easy to control thickness in ㎛, but can not be semi-permanent and can not be repeatedly used. Solid phantom is suitable for system calibration and testing with high reproducibility and semi-permanent storage. There is a disadvantage that the method of limiting the thickness and adjusting the thickness is troublesome.
종래 박막(㎛ 단위의 얇은 두께층) 고체 광 팬텀 제작방식(예로 국내 공개특허 제10-2008-0012444호)은 주조틀 제작하여 그 안에 용액을 부어 제작하는 방식, 또는 두께를 미리 계산하여 해당하는 혼합 용액의 부피를 적용하여 제작하는 방법 등이 있다.Conventional thin film (thin layer of ㎛ thickness) solid optical phantom manufacturing method (for example, Korean Patent Laid-Open No. 10-2008-0012444) is a method of manufacturing a casting mold and pouring a solution therein, And a method in which the volume of the mixed solution is applied.
그러나 이와 같은 주조틀을 이용한 제작방식은 얇은 두께가 아닌 팬텀의 경우 원하는 두께의 팬텀 제작이 가능하나 팬텀 제작 시 매번 주조틀을 만들어야 하는 번거로움이 있으며, 주조시 용액이 경화되면서 생기는 증발로 인해 용액의 부피가 변하게 되므로 얇은 두께층의 팬텀 제작시 실제 50-100㎛ 단위의 얇은 표피층 모사에는 한계가 있으며 또한 목표로 하는 정확한 두께 재현에 많은 어려움이 있다. However, the manufacturing method using such a casting mold is not limited to a thin thickness, but it is possible to produce a phantom having a desired thickness in the case of a phantom. However, it is troublesome to make a casting frame every time when a phantom is manufactured, The volume of the thin skin layer is limited to 50-100 μm when the phantom is manufactured in a thin thickness layer, and there is a great difficulty in achieving the target accurate thickness.
또 다른 제작방식으로는 스프레이 방식을 이용하여 표피층과 같이 매우 얇은 층의 피부막을 모사하는 방법이 있는데, 이 제작 방식에서는 스프레이 작업을 반복하여 두께를 조절하여야 하므로 정확한 두께 조절이 어렵고, 특히 현재까지 제시된 스프레이방식은 정량적인 두께별 분사량 및 두께 측정 기준이 모호하므로 정확한 두께 조절 방식으로는 제한적으로 사용되는 단점이 있다.As another manufacturing method, there is a method of spraying a very thin layer of skin film such as a skin layer using a spraying method. In this manufacturing method, it is difficult to control the exact thickness because it is necessary to control the thickness by repeating the spraying operation. Spray method has a disadvantage that it is limited to accurate thickness control method because quantitative injection quantity and thickness measurement standard are ambiguous.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 스핀코팅방식을 이용하여, 균일한 표면특성을 보여주며, 원하는 두께를 정확히 가지는 고체 광 팬텀을 생성하되, 두께 조절을 통해 ㎛단위의 피부 표피층을 광학적으로 정확히 모사하여 피부 표피층 및 해당 표피층을 포함한 피부조직에 대한 두께별 광학적 특성 및 구조적 특성 분석에 사용할 수 있는 인체조직 모사 박막 광 팬텀과 그 제조방법 및 장치를 제공하고자 하는 것이다.The present invention is directed to a method for producing a solid optical phantom having uniform surface characteristics and a desired thickness accurately using a spin coating method, And to provide a method and apparatus for manufacturing a human tissue-simulated thin film optical phantom that can be used for analyzing optical characteristics and structural characteristics of a skin tissue including a skin epidermal layer and a corresponding epidermal layer.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 스핀코터를 이용하여, 광 매질 및 그 농도에 따라 스핀코터의 회전속도, 회전수, 및 회전 시간 등을 조정하여, 균일한 표면을 구비하며, 정확한 두께조절이 가능하며, 손쉽게 제조할 수 있는 인체조직 모사 박막 광 팬텀과 그 제조방법 및 장치를 제공하고자 하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a spin coater having a uniform surface by adjusting the rotation speed, the number of rotations, and the rotation time of the spin coater according to the optical medium and its concentration using a spin coater, And to provide a manufacturing method and an apparatus for manufacturing a human tissue simulated thin film optical phantom which can be easily manufactured.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 형태는, 박막두께를 설정하는 키입력부; 광 매질 혼합용액을 스핀코팅하되, 연산처리부로부터 출력된 회전 제어신호에 의해 회전이 제어되는 스핀코터; 키입력부로부터 설정된 박막두께를 수신하여, 스핀코터의 회전 제어신호를 생성하는 연산처리부;를 포함하여 이루어진 인체 조직 모사 박막 광 팬텀의 제조장치를 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a thin film thickness measuring apparatus comprising: a key input unit for setting a thickness of a thin film; A spin coater in which rotation of the optical medium mixed solution is spin controlled by a rotation control signal output from an operation processing unit; And an arithmetic processing unit for receiving the thin film thickness set from the key input unit and generating a rotation control signal for the spin coater.
스핀코터는, 스핀코팅하여 광 매질 혼합용액이 도포되어 코팅막을 형성한 디스크의 두께를 측정하여, 코팅된 박막 두께를 측정하는 두께측정수단을 더 구비하며, 연산처리부는 키입력부에서 설정된 박막두께와, 측정수단에서 측정된 박막 두께의 차에 따라 스핀코터의 회전 제어신호를 생성한다.The spin coater further comprises a thickness measuring means for measuring the thickness of the coated thin film by measuring the thickness of the disk on which the optical medium mixed solution is coated by spin coating to form a coating film and the operation processing unit is provided with a thin film thickness , And generates a rotation control signal of the spin coater according to the difference of the thin film thickness measured by the measuring means.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 실시 형태는, 연산처리부로부터 수신된 스핀 코터의 회전제어신호에 따라, 스핀코터가 회전(스핀)하면서 광 매질 혼합용액을 코팅하는 스핀코팅 단계; 상기 스핀코팅 단계 후, 스핀코터에서 광 매질 혼합용액이 코팅된 박막의 두께를 측정하는 박막두께 측정단계; 연산처리부는, 기 설정된 박막두께와, 상기 박막두께 측정단계에서 측정된 박막두께를 비교하는 박막두께 비교단계; 상기 박막두께 비교단계에서 측정된 박막두께가 기 설정된 박막두께보다 작다면, 기 설정된 박막두께와 측정된 박막두께의 차에 따라, 스핀코터의 회전제어신호를 생성하고, 상기 스핀코팅 단계로 되돌아가는 피드백단계;를 포함하여 이루어진 인체 조직 모사 박막 광 팬텀의 제조방법을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a spin coating apparatus including: a spin coating step of coating an optical medium mixed solution while rotating (spinning) a spin coater according to a rotation control signal of a spin coater received from an operation processing unit; Measuring a thickness of the thin film coated with the optical medium mixed solution in the spin coater after the spin coating step; The calculation processing unit may include a thin film thickness comparison step for comparing the predetermined thin film thickness and the thin film thickness measured in the thin film thickness measuring step; If the thin film thickness measured in the thin film thickness comparing step is smaller than the preset thin film thickness, a rotation control signal of the spin coater is generated in accordance with a difference between the predetermined thin film thickness and the measured thin film thickness, The method comprising the steps of: (a) inputting a phantom phantom;
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 실시 형태는, 본 발명의 인체 조직 모사 박막 광 팬텀의 제조 장치 및 방법으로 제조된 인체 조직 모사 박막 광 팬텀을 특징으로 한다.In order to accomplish the above object, another embodiment of the present invention is a human tissue-mimicking thin film optical phantom manufactured by an apparatus and method for manufacturing a human tissue thin film optical phantom of the present invention.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 실시 형태는, 인체 조직(tissue) 모사를 위한 박막 광 팬텀(optical phantom)에 있어서, 주제와 경화제가 2:1의 비율로 혼합되며 인체의 피부 조직과 유사한 광특성을 모사하기 위한 비뉴톤(non-newtonian) 유체의 혼합물질을 포함하고, 인체 조직과 같은 흡수 계수를 가지도록 선정된(predetermined) 파장 범위의 광을 흡수하는 흡수물질, 인체 조직과 같은 산란 계수를 가지도록 선정된 파장 범위의 광을 산란시키는 산란물질 중의 어느 하나의 물질로 이루어지는 광 매질을 포함하여 이루어지는 인체 조직 모사 박막 광 팬텀이다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a thin film optical phantom for tissue simulation, wherein a subject and a hardener are mixed at a ratio of 2: 1, Absorbing materials that include a mixture of non-newtonian fluids to simulate similar optical properties and that absorb light of a predetermined wavelength range to have an absorption coefficient such as human tissue, And an optical medium composed of any one of scattering materials that scatter light in a wavelength range selected to have a scattering coefficient.
상기 본 발명의 인체조직 모사 박막 광 팬텀은, 주제와 경화제를 2:1의 비율로 혼합하여 인체의 피부 조직과 유사한 광특성을 모사하기 위한 비뉴톤(non-newtonian) 유체의 혼합물질을 형성하는 단계, 인체 조직과 같은 흡수 계수를 가지도록 선정된(predetermined) 파장 범위의 광을 흡수하는 흡수물질, 또는 인체 조직과 같은 산란 계수를 가지도록 선정된 파장 범위의 광을 산란시키는 산란물질 중의 어느 하나로 이루어지는 광 매질 및 그 농도를 선택하여 상기 혼합물질에 혼합하여 혼합용액을 형성하는 단계, 스핀코터의 회전속도, 회전수, 및 회전 시간 설정하고 상기 혼합용액을 스핀코터의 코팅액으로 사용하여 스핀코팅에 의해 코팅면을 형성하는 단계로 이루어지는 제조방법으로 제조될 수 있다.The human tissue-mimicking thin-film optical phantom of the present invention is prepared by mixing a mixture of a subject and a curing agent in a ratio of 2: 1 to form a mixed material of a non-newtonian fluid for simulating optical characteristics similar to human skin tissue An absorbing material that absorbs light of a predetermined wavelength range so as to have an absorption coefficient such as a human body tissue or a scattering material that scatters light of a wavelength range selected to have a scattering coefficient such as a human tissue Selecting the optical medium and its concentration and mixing them with the mixed material to form a mixed solution; setting the rotation speed, the number of rotations, and the rotation time of the spin coater; applying the mixed solution to the spin coater using the spin coater; To form a coated surface by the method of the present invention.
또한 본 발명의 광 팬텀은, 상기 스핀코팅에 의해 형성된 코팅면의 두께를 측정하고 그 측정값이 원하는 두께의 박막인지를 판단하여 그 판단 결과에 따라 상기 두께 측정값을 상기 광 매질의 농도, 스핀코터의 회전속도, 회전수, 및 회전 시간 설정을 위한 피드백 값으로 궤환시키는 단계를 더 포함하여 이루어지는 제조방법으로도 제조될 수 있다.In the optical phantom of the present invention, the thickness of the coating surface formed by the spin coating is measured, and it is determined whether the measured value is a thin film having a desired thickness. The thickness measurement value is determined according to the concentration of the optical medium, Feedback to the rotation speed, the number of revolutions, and the rotation time of the coater, as feedback values.
본 발명에 따른 인체 조직 모사 박막 광 팬텀과 그 제조방법 및 장치에 의하면, 스핀코팅 시의 다양한 두께 조절을 통해 ㎛단위의 피부 표피층을 광학적으로 정확히 모사할 수 있게 되므로, 피부 표피층 및 해당 표피층을 포함한 피부조직에 대한 두께별 광학적 특성 및 구조적 특성 분석에 유용하게 사용할 수 있게 된다.According to the human tissue-mimicking thin film optical phantom according to the present invention and the method and apparatus for manufacturing the same, it is possible to optically accurately duplicate the skin skin layer in the unit of μm through various thickness control during spin coating, And can be usefully used for analysis of optical properties and structural characteristics of skin tissue.
또한, 본 발명에 의하면, 스핀코터를 이용하여, 광 매질 및 그 농도에 따라 스핀코터의 회전속도, 회전수, 및 회전 시간 등을 조정하여, 인체 조직 모사 박막 광 팬텀의 정확한 두께조절이 가능하며, 손쉽게 제조할 수 있다.Further, according to the present invention, it is possible to adjust the rotational speed, the number of rotations, and the rotation time of the spin coater according to the optical medium and the concentration thereof using a spin coater to precisely control the thickness of the human tissue thin film optical phantom , And can be manufactured easily.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인체 조직 모사 박막 광 팬텀의 제조장치를 개략적으로 설명하기 위한 설명도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 인체 조직 모사 박막 광 팬텀의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 인체 조직 모사 박막 광 팬텀의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 박막 광 팬텀의 스핀 코터 회전 속도별 박막 두께를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 박막 광 팬텀의 광 매질 농도에 따른 스핀 코터 회전 속도별 박막 두께를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an explanatory view schematically illustrating an apparatus for manufacturing a human tissue-simulated thin film optical phantom according to an embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a human tissue-simulated thin film optical phantom according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a phantom simulated thin film optical phantom according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4A is a graph showing a result of measurement of a thin film thickness of a thin film optical phantom manufactured according to an embodiment of the present invention at a spinning speed of a spin coater.
FIG. 4B is a graph showing a result of measurement of thin film thickness at a spin-coater rotation speed according to an optical medium concentration of a thin-film optical phantom fabricated according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 의한 인체 조직 모사 박막 광 팬텀 및 그 제조방법의 구성 및 동작을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the structure and operation of a human-tissue-simulated thin film optical phantom according to an embodiment of the present invention and its manufacturing method will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에서 인체 조직 모사 박막 광 팬텀은, 광학 측정장치를 이용한 인체 실험에서, 인체를 대신하여 사용하기 위한 것으로, 인체의 피부 조직과 유사한 광특성을 가진 것을 말한다.It is to be understood that the words or words used in the present specification and claims are not to be construed in a conventional or dictionary sense and that the inventor can properly define the concept of a term in order to describe its invention in the best possible way And should be construed in light of the meanings and concepts consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, it is to be understood that the embodiments described herein and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention, and that various modifications may be made thereto at the time of filing of the present application.
In the present invention, the human tissue-mimicking thin film optical phantom is intended to be used in place of the human body in a human body experiment using an optical measuring device, and has optical characteristics similar to the skin tissue of the human body.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인체 조직 모사 박막 광 팬텀의 제조장치를 개략적으로 설명하기 위한 설명도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an explanatory view schematically illustrating an apparatus for manufacturing a human tissue-simulated thin film optical phantom according to an embodiment of the present invention; FIG.
본 발명의 인체 조직 모사 박막 광 팬텀의 제조장치는 스핀코터(100), 연산처리부(200), 키입력부(300)로 이루어진다.The apparatus for manufacturing a human tissue-mimicking thin film optical phantom according to the present invention comprises a
스핀코터(100)는 비뉴톤(non-newtonian) 유체로 이루어진 용매(즉, 비뉴톤 점성을 가진 용매)에 광 매질이 혼합된 혼합용액을 스핀코팅하기 위한 수단으로, 연산처리부(200)의 회전속도 제어신호, 회전수 제어신호, 및 회전 시간 제어신호 등의 제어신호에 의해 제어된다. 스핀코터(100)는 스핀코터의 본체 상에 세워진 회전축과, 회전축에 연결되어 코팅타겟(coating target)이 되는 디스크를 파지한 상태로 회전되는 스핀척과, 스핀척에 안착되어 파지된 디스크의 표면에 코팅용액이 되는 상기 혼합용액을 분사하는 노즐이 구성되는 시판되는 일반적인 스핀코터이다.The
스핀코터(100)는 상기 혼합용액이 도포되어 코팅막을 형성한 디스크의 두께를 측정하여, 코팅되는 박막 두께를 측정하는 두께측정수단(미도시)을 구비한다.The
연산처리부(200)는 키입력부(300)로부터 설정된 두께 값을 수신하고, 스핀코터(100)로부터 스핀코팅 중의 박막두께 값을 수신하고, 설정된 두께 값과 스핀코팅 중의 박막두께 값을 비교, 판단하여, 스핀코터의 회전속도 제어신호, 회전수 제어신호, 및 회전 시간 제어신호를 생성한다. 스핀코터의 회전속도 제어신호, 회전수 제어신호, 및 회전 시간 제어신호는 상기 혼합용액의 농도에 따라 달라질 수 있으며, 이 경우 농도에 따른 단위 두께당 회전수(또는 회전 속도)는 메모리(미도시)에 기 저장되어 있어, 이를 읽어들여 회전관련 제어신호를 생성할 수 있다.The
키입력부(300)는 원하는 박막두께를 설정한다. 또한, 키입력부(300)는 초기의 스핀코터의 회전속도, 회전수, 및 회전 시간을 설정하거나, 현재 혼합용액의 농도를 설정할 수 있다.The
본 발명에서의 두께제어는 용액 제조 시 용매의 농도 조절 및 스핀코팅 시 회전속도 조절을 통하여 가능하다.The thickness control in the present invention is possible by controlling the concentration of the solvent in the solution preparation and controlling the rotation speed during spin coating.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 인체 조직 모사 박막 광 팬텀의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a human tissue-simulated thin film optical phantom according to an embodiment of the present invention.
용매 형성단계(S210)는 주제와 경화제를 2:1의 비율로 혼합하여, 인체의 피부 조직과 유사한 광특성을 모사하기 위해, 비뉴톤(non-newtonian) 유체로 이루어진 용매인 혼합물질을 형성하는 단계이다. 이때 혼합물질은 에폭시(epoxy), 아가(agar), 실리콘(silicon) 중의 어느 하나의 물질로 이루어지며, 이 혼합물질은 주제와 경화제가 2:1의 비율로 혼합되어 구성된 것을 사용하는 것이 바람직하다.The solvent forming step S210 is a step of forming a mixed material which is a solvent made of a non-newtonian fluid, in order to mix a subject and a hardener in a ratio of 2: 1 to simulate optical characteristics similar to human skin tissue . At this time, the mixed material is made of any one of epoxy, agar, and silicon, and it is preferable to use the mixed material composed of a mixture of a mixture of a main component and a curing agent in a ratio of 2: 1 .
혼합용액 형성단계(S120)는 흡수물질 또는 산란물질 중의 어느 하나의 물질로 이루어지는 광 매질을 농도 조절하여 상기 용매에 혼합하여 혼합용액을 형성하는 단계이다. 이때 흡수 물질은 진표피층, 근육층, 피하지방층 중의 어느 하나의 인체 조직과 같은 흡수 계수를 가지도록, 선정된(predetermined) 파장 범위의 광을 흡수하는 광 매질로서, 인디언 잉크(lndian ink), 분자 염료(molecular dye), 혈액(blood) 중의 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있으며, 0.1-5.0% 농도의 흡수 물질 0.00044-0.017 중량%가 상기 혼합 물질에 혼합되어 혼합용액이 형성될 수 있다. 또한 산란 물질은 진표피층, 근육층, 피하지방층 중의 어느 하나의 인체 조직과 같은 산란 계수를 가지도록, 선정된 파장 범위의 광을 산란시키는 광 매질로서, 티타늄 디옥사이드(titanium dioxide), 지질(lipid) 중의 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있으며, 0.1-5.0% 농도의 산란 물질 0.00044-0.17 중량%가 상기 혼합 물질 99.9995-99.982 중량%에 혼합되어 혼합용액이 형성될 수 있다. 이때 혼합 용액은 나머지 0.00006~0.001 중량%의 필수 불가결한 불순물이 더 포함되어 형성될 수 있다.The mixed solution forming step (S120) is a step of adjusting the concentration of the optical medium composed of any one of the absorbing material and the scattering material, and mixing the mixed solution with the solvent to form a mixed solution. In this case, the absorbing material is an optical medium that absorbs light of a predetermined wavelength range so as to have an absorption coefficient the same as that of any one of the glandular skin layer, muscle layer, and subcutaneous fat layer. Examples of the optical medium include indian ink, molecular dye and blood, and 0.00044-0.017% by weight of an absorbent material having a concentration of 0.1-5.0% may be mixed with the mixed material to form a mixed solution. The scattering material is an optical medium that scatters light of a predetermined wavelength range so as to have a scattering coefficient equal to that of any one of human skin layers, muscle layers, and subcutaneous fat layers. The scattering material includes titanium dioxide, And 0.00044-0.17% by weight of 0.1-5.0% scattering material may be mixed with 99.9995-99.982% by weight of the mixed material to form a mixed solution. At this time, the mixed solution may be formed to further contain the remaining 0.00006 to 0.001 wt% indispensable impurities.
초기설정단계(S125)로, 키입력부(300)에서 설정된 박막두께를 연산처리부(200)가 수신한다.In the initial setting step S125, the
회전 설정단계(S230)로, 연산처리부(200)는 스핀코터의 회전속도 제어신호, 회전수 제어신호, 및 회전 시간 제어신호를 생성하고, 스핀코터(100)는 연산처리부(200)로 부터 스핀코터의 회전속도 제어신호, 회전수 제어신호, 및 회전 시간 제어신호를 수신하여, 스핀코터의 회전속도, 회전수, 및 회전 시간을 설정한다(S230). In the rotation setting step S230, the
스핀코팅 단계(S240)로, 회전 설정단계(S230)에서 설정된 값에 따라 스핀코터(100)를 구동하여 스핀코팅한다(S240).In the spin coating step S240, the
박막두께 측정단계(S250)에서, 스핀코터(100)에서 코팅면, 즉 코팅된 박막의 두께를 측정한다.In the thin film thickness measurement step S250, the coated surface, i.e., the thickness of the coated thin film is measured in the
박막두께 비교단계(S260)는 상기 초기설정단계(S125)에서 설정된 박막두께와, 상기 박막두께 측정단계(S250)에서 측정된 박막두께를 비교하여, 측정된 박막두께가 설정된 박막두께보다 크거나 같다면 종료하고, 측정된 박막두께가 설정된 박막두께보다 작다면 회전 설정단계(S230)로 피드백(궤환) 된다.The thin film thickness comparison step S260 compares the thin film thickness set in the initialization step S125 with the thin film thickness measured in the thin film thickness measuring step S250 to determine whether the measured thin film thickness is greater than or equal to the set thin film thickness (Feedback) to the rotation setting step S230 if the measured thin film thickness is smaller than the set thin film thickness.
다시 회전 설정단계(S230)에서는, 연산처리부(200)는 설정된 박막두께와 측정된 박막두께의 차에 따라, 스핀코터의 회전속도 제어신호, 회전수 제어신호, 및 회전 시간 제어신호를 생성하고, 스핀코터(100)는 연산처리부(200)로 부터 스핀코터의 회전속도 제어신호, 회전수 제어신호, 및 회전 시간 제어신호를 수신하여 설정한다.In the second rotation setting step S230, the
도 3은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 인체 조직 모사 박막 광 팬텀의 제조방법을 나타낸 흐름도로서, 용매 형성단계(S110), 혼합용액 형성단계(S120), 코팅면 형성 단계(S130,S140), 궤환단계(S150,S160)를 포함하여 이루어지며, 이러한 본 발명의 인체 조직 모사 박막 광 팬텀 제조방법은 코팅면의 두께를 측정하여 피드백 값으로 궤환시키는 단계(S150,S160)를 더 포함하여 이루어질 수도 있다.FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a human-body-mimicking thin film optical phantom according to another embodiment of the present invention, wherein a solvent forming step S110, a mixed solution forming step S120, a coating surface forming step S130, (S150, S160). In this method, the thickness of the coating surface is measured and fed back to the feedback value (S150, S160). It is possible.
여기서 용매 형성단계(S110), 혼합용액 형성단계(S120)는 앞서 설명된 부분과 같으므로, 여기서는 생략한다.Here, the solvent forming step (S110) and the mixed solution forming step (S120) are the same as those described above, and therefore, they are omitted here.
코팅면 형성단계(S130,S140)는 스핀코터의 회전속도, 회전수, 및 회전 시간 설정하는 단계(S130)와, 상기 혼합용액을 스핀코터의 코팅액으로 사용하여 스핀 코터를 구동시킴으로서 상기 스핀코팅에 의해 균일한 표면 특성을 가진 코팅면을 형성하는 단계(S140)를 포함하여 이루어진다.The coating surface forming steps S130 and S140 may include a step S130 of setting the rotational speed, the number of rotations, and the rotation time of the spin coater, and a step S130 of driving the spin coater using the mixed solution as the coating liquid of the spin coater, Thereby forming a coated surface having uniform surface characteristics (S140).
궤환단계(S150,S160)는 상기 스핀코팅에 의해 형성된 코팅면의 두께를 측정하는 단계(S150)와, 그 측정값이 원하는 두께의 박막인지를 판단하여 그 판단 결과에 따라 상기 두께 측정값을 상기 광 매질의 농도, 스핀코터의 회전속도, 회전수, 및 회전 시간 설정을 위한 피드백 값으로 궤환시키는 단계(S160)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.The feedback step S150 and S160 may include measuring a thickness of the coated surface formed by the spin coating S150 and determining whether the measured value is a thin film having a desired thickness, (S160) feedback to the density of the optical medium, the rotation speed of the spin coater, the number of rotations, and the feedback value for setting the rotation time.
이와 같은 방법에 의해 제조되는 본 발명에 의한 인체 조직(tissue) 모사를 위한 박막 광 팬텀(optical phantom)은, 인체의 피부 조직과 유사한 광특성을 모사하기 위한 비뉴톤(non-newtonian) 유체의 혼합물질을 포함하고, 상기 인체 조직과 같은 흡수 계수를 가지도록 선정된(predetermined) 파장 범위의 광을 흡수하는 흡수물질, 상기 인체 조직과 같은 산란 계수를 가지도록 선정된 파장 범위의 광을 산란시키는 산란물질 중의 어느 하나의 물질로 이루어지는 광 매질을 포함하여 구성된다.The thin film optical phantom for tissue simulation according to the present invention manufactured by the above method is a mixture of non-newtonian fluids for simulating optical characteristics similar to human skin tissue Absorbing material containing a substance and absorbing light of a predetermined wavelength range so as to have the same absorption coefficient as that of the human tissue, scattering light having a wavelength range selected to have the same scattering coefficient as that of the human body, And an optical medium made of any one of the materials.
이와 같이 구성된 박막 광 팬텀에서 혼합물질은 에폭시(epoxy), 아가(agar), 실리콘(silicon) 중의 어느 하나의 물질로서, 주제와 경화제가 2:1의 비율로 혼합되어 구성된 것이다. In the thin film optical phantom constructed as described above, the mixed material is any one of epoxy, agar, and silicon, and is composed of a mixture of a main component and a curing agent at a ratio of 2: 1.
또한 흡수물질은 인디언 잉크(lndian ink), 분자 염료(molecular dye), 혈액(blood) 중의 어느 하나의 물질로 이루어진 광 매질로서, 0.1-5.0% 농도의 흡수물질 0.00044-0.17 중량%가 상기 혼합 물질 99.9995-99.982 중량%에 혼합되어 혼합 용액을 형성할 수 있게 된다. Also, the absorbent material is a light medium made of any one of indian ink, molecular dye, and blood, and 0.00044-0.17% by weight of absorbent material having a concentration of 0.1-5.0% To 99.9995-99.982 wt%, whereby a mixed solution can be formed.
아울러 산란물질은 티타늄 디옥사이드(titanium dioxide), 지질(lipid) 중의 어느 하나의 물질로 이루어진 광 매질로서, 0.1-5.0% 농도의 산란 물질 0.00044-0.17 중량%가 상기 혼합 물질 99.9995-99.982 중량%에 혼합되어 혼합 용액을 형성할 수 있게 된다.The scattering material is a light medium made of any one of titanium dioxide and lipid. The scattering material has a composition of 0.00044-0.17% by weight of 0.1-5.0% concentration of scattering material and 99.9995-99.982% Whereby a mixed solution can be formed.
도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 박막 광 팬텀의 스핀코터 회전 속도별 박막 두께를 측정한 결과를 나타낸 그래프로서, 인체 표피층(100㎛)를 모사하기 위해 에폭시(혼합 물질) 99.9982 중량%에 0.4% 농도의 티타늄 디옥사이드(산란 물질) 0.00177 중량%를 광 매질로 사용하여 혼합하고 0.00003 중량%의 나머지 필수 부가결한 불순물이 혼합된 혼합용액으로 제조된 박막 광 팬텀 시료에 의한 실험 결과이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 박막 광 팬텀의 광 매질 농도(각각 0.1%, 0.4%, 0.7%, 1.0%, 5.0%)에 따른 스핀코터 회전 속도별 박막 두께를 측정한 결과를 나타낸 그래프로서, 인체 표피층(100㎛)를 모사하기 위해 에폭시(혼합 물질) 99.9995-99.982 중량%에 각각 0.1%, 0.4%, 0.7%, 1.0%, 5.0% 농도의 티타늄 디옥사이드(산란 물질) 0.000044-0.017 중량%를 광 매질로 사용하여 혼합하고 나머지 필수불가결한 불순물 0.00006-0.001 중량%가 혼합된 혼합용액으로 각각 제조된 박막 광 팬텀 시료에 의한 실험 결과이다. 즉, 상기 도 4b에 도시된 각 그래프는 흡수 물질 또는 산란 물질로 이루어지는 광 매질 농도가 0.1%일 경우 혼합 물질은 99.9995 중량%, 광 매질은 0.00044 중량%이고, 광 매질 농도가 0.4%일 경우, 혼합 물질은 99.9982 중량%, 광 매질은 0.00177 중량%이고, 광 매질 농도가 0.7%일 경우 혼합 물질은 99.9968 중량%, 광 매질은 0.0031 중량%이고, 광 매질 농도가 1.0%일 경우, 혼합 물질은 99.995 중량%, 광 매질은 0.004 중량%이고, 광 매질 농도가 5.0%일 경우, 혼합 물질은 99.982 중량%, 광 매질은 0.017%이다.FIG. 4A is a graph showing a result of measurement of a thin film thickness of a thin film optical phantom according to an embodiment of the present invention at a rotational speed of a spin coater. In order to simulate a human skin layer (100 μm) (0.00177% by weight) of titanium dioxide (scattering material) as an optical medium, and 0.00003% by weight of the remaining required additive impurities. FIG. 4B is a graph illustrating the results of measuring thin film thicknesses at spin-coater rotational speeds according to optical medium concentrations (0.1%, 0.4%, 0.7%, 1.0%, and 5.0%, respectively) of the thin optical phantom fabricated according to an embodiment of the present invention Titanium dioxide (scattering material) concentrations of 0.1%, 0.4%, 0.7%, 1.0% and 5.0% were added to 99.9995-99.982 wt% of epoxy (mixed material) to simulate a human skin layer -0.017% by weight in an optical medium Using mixed and the result of each of the obtained thin film light phantom sample in which the remaining inevitable impurity 0.00006-0.001% by weight of a mixed solution by mixing. That is, in each graph shown in FIG. 4B, when the concentration of the optical medium composed of the absorbing material or the scattering material is 0.1%, 99.9995% by weight of the mixed material, 0.00044% by weight of the optical medium, and 0.4% When the mixed medium is 99.9982% by weight, the optical medium is 0.00177% by weight, the mixed medium is 99.9968% by weight, the optical medium is 0.0031% by weight when the optical medium concentration is 0.7%, and the optical medium concentration is 1.0% 99.995% by weight, the optical medium is 0.004% by weight, and when the optical medium concentration is 5.0%, the mixed material is 99.982% by weight and the optical medium is 0.017%.
이들 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 본 발명에서 제시한 스핀코팅을 통해 제작된 박막 광 팬텀은 스핀코팅시 재료로 사용되는 액체의 종류 및 점도 등의 요인에 따라 그 두께를 조절할 수 있게 되며, 따라서 모사 용액 제조 시 광 매질의 농도 조절 및 스핀코팅 시 회전속도, 회전수, 회전시간 등의 선택적인 조절을 통하여 원하는 두께 제어가 가능하게 된다. 또한 본 발명에서 제시한 스핀 코팅을 통해 제작된 박막 광 팬텀은 스핀코팅을 이용하여 테스트한 결과 30㎛단위까지의 얇은 두께의 광 팬텀 제작이 가능하게 되므로 원하는 두께의 피부막 모사를 위한 광 팬텀 두께 제어가 가능하게 된다.As shown in FIGS. 4A and 4B, the thin optical phantom manufactured through the spin coating according to the present invention can control the thickness of the thin optical phantom according to factors such as the kind of liquid used as a material for spin coating, viscosity, and the like Therefore, it is possible to control the desired thickness through the selective control of the rotation speed, the number of revolutions and the rotation time during the control of the concentration of the optical medium and the spin coating in the production of the simulated solution. In addition, since the thin phantom phantom manufactured through the spin coating according to the present invention is tested by spin coating, it is possible to fabricate a thin phantom with a thickness of up to 30 μm. Therefore, the optical phantom thickness Control becomes possible.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Modification is possible. Accordingly, it is intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto, and that all equivalent or equivalent variations thereof fall within the scope of the present invention.
Claims (22)
광을 흡수하는 흡수물질 또는 광을 산란하는 산란물질로 이루어진 광 매질이 혼합된, 광 매질 혼합용액을 스핀코팅하되, 연산처리부로부터 출력된 회전 제어신호에 의해 회전이 제어되는 스핀코터;
키입력부로부터 설정된 박막두께를 수신하여, 스핀코터의 회전 제어신호를 생성하는 연산처리부;
를 포함하여 이루어진 인체 조직 모사 박막 광 팬텀의 제조장치에 있어서,
스핀코터는, 스핀코팅하여 광 매질 혼합용액이 도포되어 코팅막을 형성한 디스크의 두께를 측정하여, 코팅된 박막 두께를 측정하는 두께측정수단을 더 구비하며,
광 매질 혼합용액은 비뉴톤(non-newtonian) 유체로 이루어진 용매에 광 매질이 혼합된 혼합용액으로,
광 매질은, 인체 조직과 같은 흡수 계수를 가지도록, 선정된 파장 범위의 광을 흡수하는 흡수물질, 또는 인체 조직과 같은 산란 계수를 가지도록 선정된 파장 범위의 광을 산란시키는 산란물질 중의 어느 하나의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 인체 조직 모사 박막 광 팬텀의 제조장치.A key input unit for setting a thin film thickness;
A spin coater in which spinning is controlled by a rotation control signal outputted from an arithmetic processing unit by spin-coating an optical medium mixed solution in which an absorbing material for absorbing light or an optical medium composed of a scattering material for scattering light is mixed;
An arithmetic processing unit which receives the thin film thickness set from the key input unit and generates a rotation control signal of the spin coater;
The apparatus for manufacturing a human tissue-simulated thin film optical phantom, comprising:
The spin coater further comprises thickness measuring means for measuring a thickness of the disk on which the optical medium mixed solution is applied by spin coating to form a coating film and measuring the thickness of the coated film,
The optical medium mixed solution is a mixed solution in which a light medium is mixed with a solvent made of a non-newtonian fluid,
The optical medium may be an absorbing material that absorbs light in a predetermined wavelength range or a scattering material that scatters light in a wavelength range selected to have the same scattering coefficient as the human tissue so as to have the same absorption coefficient as the human tissue Wherein the thin film optical phantom is made of a material having a thickness of 100 nm or less.
연산처리부는, 키입력부에서 설정된 박막두께와, 측정수단에서 측정된 박막 두께의 차에 따라 스핀코터의 회전 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 인체 조직 모사 박막 광 팬텀의 제조장치.The method according to claim 1,
Wherein the arithmetic processing unit generates a rotation control signal of the spin coater according to the difference between the thin film thickness set by the key input unit and the thin film thickness measured by the measuring unit.
스핀코터의 회전 제어신호는 스핀코터의 회전속도 제어신호, 회전수 제어신호, 및 회전 시간 제어신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 인체 조직 모사 박막 광 팬텀의 제조장치.The method of claim 3,
Wherein the rotation control signal of the spin coater includes a rotation speed control signal, a rotation number control signal, and a rotation time control signal of a spin coater.
광 매질 혼합물질은 에폭시(epoxy), 아가(agar), 실리콘(silicon) 중의 어느 하나의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 인체 조직 모사 박막 광 팬텀의 제조장치.The method of claim 3,
Wherein the optical medium mixed material is made of any one of epoxy, agar, and silicon.
광 매질 혼합물질은 주제와 경화제가 2:1의 비율로 혼합되어 구성된 것을 특징으로 하는 인체 조직 모사 박막 광 팬텀의 제조장치.The method of claim 3,
Wherein the optical medium mixed material is composed of a mixture of a main component and a hardener in a ratio of 2: 1.
상기 흡수물질은 인디언 잉크(lndian ink), 분자 염료(molecular dye), 혈액(blood) 중의 어느 하나의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 인체 조직 모사 박막 광 팬텀의 제조장치.The method of claim 3,
Wherein the absorbing material is made of a material selected from the group consisting of indian ink, molecular dye, and blood.
상기 산란물질은 티타늄 디옥사이드(titanium dioxide), 지질(lipid) 중의 어느 하나의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 인체 조직 모사 박막 광 팬텀의 제조장치.The method of claim 3,
Wherein the scattering material is made of any one material selected from the group consisting of titanium dioxide and lipid.
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