KR101694733B1 - 3d 프린터를 이용한 팬텀 제조 장치 및 이를 이용한 제조 방법 - Google Patents

3d 프린터를 이용한 팬텀 제조 장치 및 이를 이용한 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3D 프린터를 이용하여 실제 피부의 특성과 유사한 성질을 나타내는 피부 모사 팬텀을 제조하기 위해 레이어를 적층하여 다층의 구조를 형성하고, 상기 3D 프린터에 연결된 노즐 팁을 이용하여 거칠기를 표현할 수 있는 피부 모사 팬텀 제조 장치와 이를 이용한 제조 방법을 제공한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 피부 타입에 따라 설정된 프로그램에 의하여 피부의 광학적 성질을 고려한 성분구성에 따라 용액을 혼합하고, 두께 및 거칠기 정도의 측정값을 실제 피부와 비교하며 피드백하는 단계를 설정한 프로그램에 의해 3D 프린터의 출력 조건이 조절되고, 상기 3D 프린터에 연결된 노즐 팁의 상하 운동에 따라 거칠기가 표현될 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 3D 프린터를 이용함으로써 다층 구조의 제조가 가능해짐으로써 병변을 출력하여 구현할 수 있는 효과가 있다.

Description

3D 프린터를 이용한 팬텀 제조 장치 및 이를 이용한 제조 방법{DEVICE FOR MANUFACTURING PHANTOM USING 3D PRINTER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 3D 프린터를 이용하여 실제 피부의 특성과 유사한 광학적, 구조적 성질을 나타내는 팬텀을 제조하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 다양한 피부 타입과 피부 내에 존재하는 병변의 표현이 가능한 팬텀 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.
피부 색소성 병변 질환 중 하나인 '백반증'은 인구의 약 0.5 내지 2.0 %에서 나타나는 흔한 질환으로 인종이나 지역에 차이 없이 발생하며, 대개 10세 내지 30세 사이에 가장 많이 발생한다. 또 다른 피부 혈관 병변 질환인 '모세혈관 확장증'은 남녀 발생 비율이 1:2 내지 1:4로서 여성에게서 흔히 발생하며 70대 이후가 되면 쉽게 발견할 수 있다.
최근 이러한 피부 병변 질환을 치료하기 위해 병변 부위에 대한 표적 레이저 치료가 많이 이용되고 있다. 이는 다양한 효과가 있는 것으로 언급되고 있고, 치료 후 피부 재생효과도 탁월하다고 알려져 있다. 조사 결과에 따르면, 피부 질환 진단 및 치료를 목적으로 하는 레이저 의료기기의 세계 시장은 2011년 30억 달러의 규모를 형성했으며, 이후 연평균 성장률 17.3 %를 기록해 2016년에는 약 68억 달러에 달할 전망이다.
현재 연간 피부 질환으로 진료를 받는 인구는 2013년 기준 5만 2,785명으로, 2008년 이후 연평균 3.29% 증가한 것으로 나타나는 추세이다. 국내에서는 레이저를 활용한 피부 색소병변이나 혈관 병변 등의 치료 및 진단에 동물 모델이 사용되고 있으며, 일반적인 인체 피부 모사 팬텀은 제조되고 있지만 다양한 피부 색상 및 피부의 층별로 다른 두께를 가지는 팬텀은 제조되지 않고 있다.
인체 피부 모사 팬텀은 의학계에서 피부 색소병변(백반증, 문신 등) 및 혈관 병변(안면 홍조, 모세혈관 확장증 등) 치료와 제거를 위한 목적으로 실제 피부조직과 유사한 기계적/광학적 특성을 갖는 피부 모델로서 사용될 수 있다.
이와 관련된 종래기술로는 한국공개특허 제10-2013-0136419호(2013.12.12.), 미국등록특허 제2010-0196867호(2010.08.05.) 등이 있다. 기존의 몰드와 스프레이 방식 등으로 제조되는 팬텀은 제조 과정이 다소 복잡하고 어려우며, 멀티 레이어 적층이 불가능하다는 단점이 있다. 또한, 멀티 레이어 적층이 불가능하기 때문에 진피 또는 표피 상에 존재하는 색소 병변을 모사할 수 없는 단점이 있다.
3D 프린팅 기술을 이용하면 다양한 두께 조절을 통해 마이크로 단위의 피부 표피층을 손쉽게 모사 가능할 수 있다. 3D 프린팅 기술의 적용시, 반복적인 팬텀 제조가 가능하고, 멀티 레이어로 적층이 가능하여 실험에 일정한 결과를 기대할 수 있을 것으로 보인다.
본 발명은 3D 프린터를 이용하여 다층 구조의 팬텀을 제조하여 광학적 성질, 두께를 실제 피부와 유사하게 제조할 수 있는 팬텀 제조 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 팬텀의 표피 상에 거칠기를 표현하여 다양한 피부 타입을 모사할 수 있는 팬텀 제조 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 팬텀층의 적층 과정에서 표피 또는 진피에 발생한 병변을 표현할 수 있는 팬텀 제조 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 3D 프린터를 이용하여 피부를 모사하는 팬텀 제조 장치에 있어서, 모사하고자 하는 피부층의 특성에 따라 혼합된 색상 용액이 저장된 펌프부; 색상 용액을 분사하여 하나 이상의 팬텀층이 형성되도록 3D 프린터와 펌프부를 제어하는 제어부; 및 3D 프린터에 연결되어 색상 용액을 압출하는 노즐 팁을 포함하는 것을 일 특징으로 한다. 이 경우, 제어부는 형성된 팬텀층의 표피에 거칠기를 표현하도록 노즐 팁을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 3D 프린터를 이용하여 피부를 모사하는 팬텀 제조 시스템에 있어서, 모사하고자 하는 피부층의 특성에 따라 혼합된 색상 용액이 저장된 펌프부; 색상 용액을 분사하여 하나 이상의 팬텀층이 형성되도록 3D 프린터와 상기 펌프부를 제어하는 제어부; 3D 프린터에 연결되어 색상 용액을 압출하는 노즐 팁; 및 노즐 팁에서 분사된 색상 용액이 경화되어 성형된 팬텀층의 광학적 성질, 거칠기 정도, 두께 중 어느 하나를 측정하는 검사 장치를 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 3D 프린터를 이용하여 피부를 모사하는 팬텀 제조 방법에 있어서, 모사하고자 하는 피부층의 특성을 갖는 색상 용액을 한 종류 이상 제조하는 혼합 단계; 혼합 단계에서 제조된 제1 색상 용액을 압출하여 진피 팬텀층을 제조하는 제1 출력 단계; 및 혼합 단계에서 제조된 제2 색상 용액의 압출시 3D 프린터의 노즐 팁을 제어하여 거칠기가 표현된 표피 팬텀층을 제조하는 제2 출력 단계를 포함하는 것을 또 다른 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 노즐 팁이 3D 프린터와 연결되기 때문에 피하 지방, 진피, 표피의 다층 구조를 적층 방식으로 모사할 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명에 따르면, 팬텀 제조 장치가 모사된 팬텀의 광학적 성질, 거칠기 정도, 두께를 측정하는 검사 장치와 연계되어 실제 피부와 유사한 피부 팬텀을 제조할 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명에 따르면, 다각형의 형상인 압출 구멍을 가지는 노즐팁이 수평 이동 중 상하로 진동하도록 제어되어 제조된 팬텀의 표피 상에 거칠기를 표현함으로써 다양한 피부 타입을 모사할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 제1 출력 단계에서 진피층의 표면에 염색 용액을 코팅하거나 제2 출력 단계에서 표피 팬텀층의 표면에 염색 용액을 코팅하여 진피층에서 발생하는 혈관 병변과, 표피층에서 발생하는 색소 병변을 실제 피부와 같이 모사할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 팬텀 제조 장치를 개략적으로 설명하기 위한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 설정된 노즐 팁의 구동과 노즐 팁의 압출 구멍 모양을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시에에 따른 팬텀 제조 시스템의 구성을 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 표피 팬텀층의 광학적 성질을 측정하는 분광분석기이다.
도 5는 (a)스핀코팅 방식으로 제조된 표피 팬텀층과 (b)본 발명의 실시예에 따른 표피 팬텀층의 두께를 측정한 비교 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 팬텀 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다. 본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 팬텀 제조 장치(10)를 개략적으로 설명하기 위한 모식도이다. 도 1을 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 팬텀 제조 장치(10)는 펌프부(100), 제어부(200), 노즐 팁(300), 광원(400), 프린트 스테이지(500) 및 3D 프린터(600)를 포함할 수 있다.
팬텀 제조 장치(10)는 3D 프린팅 기술로 다층 구조를 재현하고 더불어 각 층의 기계적/광학적 성질 및 병변의 모사가 가능하다. 기존의 몰드를 이용한 팬텀 제작방식은 용액이 경화되면서 생기는 증발로 인해 용액의 부피가 변하게 된다. 따라서, 몰드를 이용한 팬텀 제작방식은 얇은 두께층의 팬텀 제작시 한계가 있다. 또한, 몰드를 이용한 팬텀 제작방식은 목표로 하는 정확한 두께 재현에 많은 어려움이 있으며, 팬텀 제작시 매번 몰드를 만들어야 하는 번거로움이 있다. 또한, 몰드를 이용한 팬텀 제작방식은 다층 구조(표피 50 μm ~ 0.02 mm, 진피 1.0 ~ 4.0 mm, 피하지방 3.3 ~ 7.0 mm)로 이루어져 있는 피부층을 재현하는 데에도 어려움이 있었다.
3D 프린팅 기술을 접목하여 제조하는 인체 피부 모사 팬텀의 가능 개수는 300개 이상이며, 피부 층수, 피부 색깔, 표면 거칠기, 부위별 두께, 피부 병변과 같이 인체와 유사한 특징을 가지는 팬텀을 제조할 수 있다.
펌프부(100)는 저장펌프(130)와 온도 조절 모터(110)를 구비할 수 있다. 저장펌프(130)에는 모사하고자 하는 피부층의 특성에 따라 혼합된 색상 용액이 저장될 수 있다. 색상 용액이란 모사하고자 하는 피부층의 특성에 따라 하나 이상의 종류로 제공될 수 있다.
제1 색상 용액은 진피 팬텀층(730)을 제조하는 데 사용되며, 인체 피부의 광학적 산란 성질을 모사한다. 광학적 산란 성질을 모사하기 위해서는 인트라리프드(Intralipid) 20 % 및 크림 중에서 선택하여 매질 용액에 혼합하는 것이 바람직하다. 매질 용액은 증류수와 가소성 유체(plastic fluid)가 혼합되어 구성될 수 있다. 가소성 유체는 폴리비닐 알코올(PVA), 젤라틴(Gelatin), 한천(Agar), 펄아가(Pearl agar) 등을 기반으로 구성될 수 있다.
제2 색상 용액은 표피 팬텀층(750)을 제조하는 데 사용되며, 인체 피부의 광학적 흡수 성질을 모사한다. 제2 색상 용액은 피부의 광학적 흡수 성질을 모사하기 위하여 매질 용액에 인디언 잉크(Indian ink), 헤모글로빈(Hemoglobin) 또는 커피(Coffee solution) 용액이 혼합될 수 있다.
제3 색상 용액은 피하 지방 팬텀층(710)을 제조하는 데 사용되며, 모사하고자 하는 피부층의 흡수율 및 산란율과 일치하도록 광학적 산란 물질 또는 광학적 흡수 물질이 매질 용액 상에 혼합될 수 있다.
온도 조절 모터(110)는 제1, 2, 3 색상 용액이 굳지 않도록 저장펌프(130)의 온도를 조절할 수 있다. 온도는 약 19 ~ 100 ℃ 범위 안에서 조절되는 것이 바람직하다.
3D 프린터(600)의 노즐은 X, Y, Z 세 방향에 대하여 독립적으로 이동할 수 있다. 노즐의 이동 속도는 10 ~ 3000 mm/min인 것이 바람직하다. 3D 프린터(600)의 노즐은 노즐 팁(300)과 연결될 수 있다. 3D 프린터(600)는 펌프부(100)를 거쳐 전달된 색상 용액을 노즐 팁(300)을 통해 압출하여 팬텀층(700)을 출력할 수 있다.
노즐 팁(300)의 팁 모양, 팁 사이즈는 압출되는 색상 용액의 적층 형상을 결정할 수 있다. 노즐 팁(300)은 압출되는 색상 용액의 적층 형상을 다양하게 표현함으로써 팬텀의 표면 거칠기를 모사할 수 있다. 팬텀의 표면 거칠기는 노즐 팁(300)의 구동을 제어함으로써 그 정도가 조절될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 설정된 노즐 팁(300)의 구동과 노즐 팁(300)의 압출 구멍 모양을 나타낸 모식도이다. 도 2를 참조하면, 노즐 팁의 압출 구멍(301)은 0.2 ~ 0.4 mm의 크기일 수 있다. 노즐 팁의 압출 구멍(301)은 다각형의 형상일 수 있다. 노즐 팁(300)은 수평 이동 중 상하로 진동하여, 압출된 색상 용액을 사인파, 사각파, 삼각파 중 어느 한 형태로 적층하여 거칠기를 표현할 수 있다.
도 2a는 일반 원형 모양의 압출 구멍(301)을 갖는 노즐 팁(300)이 수평 방향으로 제어되는 모습을 나타낸다. 도 2a를 참조하면, 노즐 팁(300)은 거칠기의 표현이 필요하지 않은 피하 지방층(710), 진피층(730), 표피층(750)의 모사시 제어되는 구동 형태로 이해될 수 있다.
도 2b는 육각/칠각 모양의 압출 구멍(301)을 갖는 노즐 팁(300)이 수평 이동 중 상하로 진동하도록 제어되는 모습을 나타낸다. 도 2b를 참조하면, 노즐 팁(300)은 압출되는 색상 용액을 사인파 또는 삼각파 중 어느 한 형태로 적층하여 표피층(750)의 거칠기를 표현할 수 있다.
도 2c는 십자 모양의 압출 구멍(301)을 갖는 노즐 팁(300)이 수평 이동 중 상하로 진동하도록 제어되는 모습을 나타낸다. 도 2c를 참조하면, 압출되는 색상 용액을 사각파 형태로 적층하여 표피층(750)의 거칠기를 표현할 수 있다.
도 2a, 2b, 2c의 실시예와 같이 사용자는 모사하고자 하는 피부 타입에 따라, 압출 구멍(301)의 형상을 선택할 수 있다.
제어부(200)는 색상 용액을 분사하여 하나 이상의 팬텀층(700)이 형성되도록 3D 프린터(600)와 펌프부(100)를 제어할 수 있다. 제어부(200)의 설정을 바탕으로 팬텀의 제조 공정이 제어될 수 있고, 비교적 간단하고 균일한 표면을 가지는 피부 팬텀의 구현이 가능하다. 제어부(200)는 하나 이상의 제어모듈(221, 223)과 출력 조절 모터(210)를 구비할 수 있다.
제1 제어모듈(221)은 펌프부(100)를 제어할 수 있다. 제1 제어모듈(221)은 모사하고자 하는 피부층의 타입을 설정하여 이에 적합한 색상, 광학적 특성, 표면 거칠기 등을 정량화된 기준에 따라 설정할 수 있다. 펌프부(100)는 제1 제어모듈(221)에서 설정된 바에 따라 원료를 혼합할 수 있다.
제2 제어모듈(223)은 3D 프린터(600)를 제어할 수 있다. 제2 제어모듈(223)은 노즐 팁(300)의 X, Y, Z 세 방향에 대한 변위 및 노즐 팁(300)의 압출 속도를 결정할 수 있다. 제2 제어모듈(223)의 설정 변수는 출력 조절 모터(210)로 전달될 수 있다.
출력 조절 모터(210)는 색상 용액의 농도에 따라 노즐 팁(300)의 지름을 조절하여 압출 속도를 일정하게 제어할 수 있다. 제1, 2, 3 색상 용액은 혼합 단계(S100)에서 제조되는 매질 용액 중 증류수가 차지하는 비율에 따라 그 농도가 결정된다. 농도가 서로 다른 색상 용액은 같은 조건에서 같은 속도로 압출되기 어려우므로 이를 출력 조절 모터(210)가 제어할 필요가 있다. 따라서 농도에 따른 출력은 출력 조절 모터(210)에 의해 약 1.00 ~ 2.16 mm 사이즈 튜브를 이용함으로써 조절하는 것이 바람직하다.
광원(400)은 노즐 팁(300)에서 분사된 색상 용액을 경화시킬 수 있다. 광원(400)으로부터 방출되는 광은 광경화성의 경화제를 포함하는 색상 용액을 경화시킬 수 있다. 광원(400)은 방출된 광을 압출된 색상 용액이 도달하는 프린트 스테이지(500) 상에 조사할 수 있다. 본 실시예로, 광원(400)은 자외선 램프로 제공될 수 있다.
프린트 스테이지(500)는 노즐 팁(300)에서 분사된 색상 용액이 경화되어 하나 이상의 팬텀층(700)이 성형될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시에에 따른 팬텀 제조 시스템(1)의 구성을 나타낸 모식도이다. 도 3을 참조하면, 팬텀 제조 시스템(1)은 팬텀 제조 장치(10)와 팬텀층(700)을 제조한 후 광학적 성질, 거칠기 정도, 두께 중 어느 하나를 측정하는 검사 장치(20)를 포함할 수 있다.
검사 장치(20)는 분광분석기(spectrophotometer)(810), 표면 거칠기 미터(roughness meter)(830) 및 광 간섭 단층 촬영 기기(Optical Cohorence Tomography, OCT)(850)를 구비할 수 있다.
분광분석기(810)는 팬텀층(700)의 광학적 성질을 측정할 수 있다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 표피 팬텀층(750)의 광학적 성질을 측정하는 분광분석기(810)를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 분광분석기(810)는 적분구(815, 817), 광 검출기(819), 할로겐 광원(811), 및 렌즈(813)를 구비할 수 있다.
적분구(Integrating sphere)(815, 817)는 팬텀층(700)에 조사된 광을 균일한 광도로서 난반사할 수 있다. 광 검출기(819)는, 적분구(815, 817)에서 난반사된 광으로부터 팬텀층(700)의 광학적 성질을 측정할 수 있다. 할로겐 광원(811)은, 적분구에 조사되는 할로겐 광을 방출하는 광원일 수 있다. 할로겐 광은 360 내지 2400 nm 범위의 광일 수 있다. 렌즈(813)는, 할로겐 광원(811)으로부터 방출된 광이 굴절되어 적분구(815, 817) 내부로 조사되도록 조절한다.
분광분석기(810)는 팬텀층(700)에 조사된 광을 균일한 광도로서 난반사하기 위한 적분구(Integrating sphere)(815, 817) 및 적분구(815, 817)에서 난반사된 광으로부터 팬텀층(700)의 광학적 성질을 측정하는 광 검출기(819)를 구비할 수 있다. 더욱 상세하게는, 할로겐 광원(811)이 렌즈(813)를 통해 굴절되어 팬텀층(700)에 도달하고, 팬텀층(700)에서 난반사된 광을 검출하는 제1 적분구(815) 및 팬텀층(700)을 투과하여 산란된 광을 검출하는 제2 적분구(817)로부터 데이터를 수신하여 분석하는 광 검출기(819)를 구비할 수 있다.
제어부(200)는 분광분석기(810)로부터 측정된 데이터를 전달받아 표피 팬텀층(750)의 광학적 성질이 원하는 정도인지를 판단할 수 있다. 분광분석기(810)를 이용하여 팬텀층의 광학적 성질을 측정하기 위해서는 파장 360 ~ 2400 mm의 적분구(815, 817)가 이용되는 것이 바람직하다.
표면 거칠기 미터(830)는 표피 팬텀층(750)의 거칠기 정도를 측정하기 위하여 피부소릉(cristae cutis)의 깊이 및 길이를 측정할 수 있다. 인체 피부는 피부소릉(Cristae cutis)에 따라 거칠기 정도가 결정될 수 있다. 피부의 거칠기 정도는 피부소릉의 깊이(DSC; depth of cristae cutis)와 길이(DCC; distance between cristae cutis)에 영향을 받는다.
평균적인 피부의 거칠기 정도는 DSC 11.79 ~ 18.08 ㎛, DCC 301.38 ~ 555.02 ㎛의 값을 가지며 이는 연령에 따라서도 변화한다. 10대 피부는 DSC 10.66 ~ 11.32 ㎛, DCC 300.12 ~ 339 ㎛의 거칠기 값을 가지며 60대 이상의 피부는 DSC 16.59 ~ 17.99 ㎛, DCC 432.22 ~ 515 ㎛의 거칠기 값을 가짐으로써 연령이 증가할수록 거칠기 정도도 높아짐을 알 수 있다. 이에 근거하여, 제어부(200)는 표면 거칠기 미터(830)로부터 측정된 데이터를 전달받아 표피 팬텀층(750)의 거칠기가 원하는 정도인지를 판단할 수 있다.
OCT(850)는 조사된 광의 간섭 신호를 이용하여 표피 팬텀층(750)의 두께를 측정할 수 있다. 제어부(200)는 OCT(850)로부터 측정된 데이터를 전달받아 표피 팬텀층(750)의 두께가 원하는 두께인지를 판단할 수 있다. OCT(850)로부터 조사되는 광은 파장이 1350 nm인 것이 바람직하다.
도 5는 스핀코팅 방식으로 제조된 표피 팬텀층(750')과 본 발명의 실시예에 따른 표피 팬텀층(750)의 두께를 측정한 비교 사진이다. 두 가지 방법으로 제조된 표피 팬텀층의 두께는 OCT(850)를 통해 측정되었다.
도 5a는 기존의 스핀 코팅 방식을 이용하여 만든 표피 팬텀층(750')의 두께를 나타낸다. 도 5b는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 표피 팬텀층(750)의 두께를 나타낸다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 표피 팬텀층(750)이 스핀코팅 방식으로 제조된 표피 팬텀층(750')에 비해 실제 인체의 평균적인 표피 두께에 더 가깝게 제조된 점을 확인할 수 있다.
본 실시예로, 실제 신체의 부위별 두께는 팔뚝 74.9 μm(ㅁ12.7), 어깨 81.3 μm(ㅁ13.5), 엉덩이 96.5 μm(ㅁ16.1), 눈꺼풀 0.5 mm(ㅁ13.5)로 나타나며, 평균적으로는 50-100 μm(ㅁ10.5)로 설정될 수 있다. 제어부(200)는 이와 같이 신체 부위별 두께에 관한 변수를 설정하여 3D 프린터(600)를 제어할 수 있다.
제어부(200)는 성형된 팬텀층의 광학적 성질, 거칠기 정도, 두께 중 어느 하나를 측정하는 검사 장치(20)로부터 측정 결과를 전달받아 설정된 피부층의 특성에 적합한지를 판단한다. 제어부(200)는 이의 판단 여부에 따라 매질 농도 (0.8 ~ 16 g/100㎖), 출력 속도(0.1 ~ 10 ㎖/hr), 3D 프린터 작동 속도(30 ~ 100 mm/s), 온도(25 ~ 90 ℃), 노즐 팁 사이즈(0.2 ~ 1.0 mm)를 조절하는 피드백이 가능하다.
도 6은 본 발명의 팬텀 제조 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 6를 참조하면, 팬텀 제조 방법은 혼합 단계(S100), 제1 출력 단계(S200) 및 제2 출력 단계(S300)를 포함할 수 있다.
혼합 단계(S100)는, 모사하고자 하는 피부층의 특성을 갖는 색상 용액을 한 종류 이상 제조하는 단계이다. 혼합 단계(S100)에서는 가소성 유체(plastic fluid)로 이루어진 매질 용액에 광 산란 물질을 첨가하여 모사하고자 하는 피부층의 광 산란 성질을 갖는 제1 색상 용액을 제조할 수 있다.
또한, 혼합 단계(S100)에서는 가소성 유체로 이루어진 매질 용액에 광 흡수 물질을 첨가하여 모사하고자 하는 피부층의 광 흡수 성질을 갖는 제2 색상 용액을 제조할 수 있다.
색상 용액은 매질 용액 89.95 ~ 99.90 중량%와 0.01 ~ 50.0 % 농도의 흡수/산란 물질 0.01 ~ 10 중량%를 포함하여 제조될 수 있다. 피부 조직과 유사한 광 특성을 나타내기 위해서는, 인체 조직의 각 피부층의 광학적 흡수 및 산란 특성을 나타내는 물질을 그 농도에 맞게 독립적으로 설정하여 매질 용액에 혼합해야 한다.
실제 피부의 광학적 특성인 흡수율과 산란율은 신체 각 부위마다 다른 측정 값을 가지는데, 혼합 단계(S100)에서 평균적인 표피의 흡수율은 약
Figure 112015035394903-pat00001
, 산란율은 약
Figure 112015035394903-pat00002
으로 설정될 수 있다. 혼합 단계(S100)에서 평균적인 진피의 흡수율은 약
Figure 112015035394903-pat00003
, 산란율은 표피와 동일한 값으로 설정하여 색상 용액을 제조할 수 있다.
혼합 단계(S100)는 피부의 색상을 표현하기 위해 매질 용액에 염색 물질(Pigmented dye)을 첨가할 수 있다. 이 경우, 매질 용액
Figure 112015035394903-pat00004
중량%와
Figure 112015035394903-pat00005
농도의 염색 물질
Figure 112015035394903-pat00006
중량%가 혼합되어 피부의 6가지 타입을 표현할 수 있다.
인체 피부 색상은 피츠패트릭 피부 타입(Fitzpatrick skin type)에 따라 6가지로 분류될 수 있는데, 그 중 타입 Ⅰ은 'von Luschan'의 36등급에서 표피 내의 멜라닌 색소가 가장 적은 1 내지 5등급, 표피 내의 멜라닌 색소가 가장 많은 타입 Ⅵ은 29 내지 36등급으로 표현될 수 있다.
실제 표피 내의 멜라닌 색소 분포가
Figure 112015035394903-pat00007
일 때(타입 Ⅰ) 헤모글로빈은 약
Figure 112015035394903-pat00008
포함되며, 멜라닌 색소 분포가
Figure 112015035394903-pat00009
일 때(타입 Ⅵ) 헤모글로빈은 약 2.8 mg/dl 포함될 수 있다.
색상 용액에는 광원(400)에 의해서 경화가 유도되는 경화제를 더 포함하는 것이 바람직하다. 용액의 압출 후 자외선램프(UV lamp)의 광이 조사됨으로써 압출된 용액의 경화를 촉진하여 팬텀의 제조시간을 단축시킬 수 있기 때문이다. 가소성 유체(plastic fluid)와 경화제는
Figure 112015035394903-pat00010
의 비율로 혼합하고 여기에 증류수
Figure 112015035394903-pat00011
중량%를 혼합하는 것이 바람직하다.
제1 출력 단계(S200)는 제1 측정 단계(S210) 및 제1 병변 모사 단계(S220)를 포함할 수 있다. 제1 출력 단계(S200)는 제조된 제1 색상 용액을 압출하여 진피 팬텀층을 제조하는 단계이다.
제1 출력 단계(S200)는 혼합 단계(S100)에서 피하 지방층의 특성으로 혼합된 제3 색상 용액을 몰드에서 경화시킨 피하 지방 팬텀층(710)을 제조할 수 있다. 제1 출력 단계(S200)는 피하 지방 팬텀층(710)의 제조 이후, 피하 지방 팬텀층(710)의 상부에 제1 색상 용액을 압출하여 진피 팬텀층(730)을 제조할 수 있다.
제1 측정 단계(S210)는 제조된 진피 팬텀층(730)의 광학적 성질을 측정하여 모사하고자 하는 피부의 광학적 특성에 부적합할 경우 혼합 단계(S100)로 되돌아가는 단계이다. 제1 측정 단계(S210)는 측정한 값이 피부의 광학적 특성에 적합할 경우 제1 병변 모사 단계(S220)를 진행할 수 있다.
제1 병변 모사 단계(S220)는 진피 팬텀층(730)의 표면에 제1 색상 용액과 다른 색을 갖는 염색 용액을 코팅하여 진피층의 혈관 병변을 표현할 수 있다. 실제 피부에서 혈관 병변은 혈관이 많이 분포되어 있는 진피층에 형성된다. 예를 들어, 문신의 경우 제조된 진피 팬텀층(730) 위에 코팅하여 굳힌 후 그 위에 표피 팬텀층(750)을 제조하여 구현 가능하다.
제2 출력 단계(S300)는 제2 측정 단계(S311), 제3 측정 단계(S312), 제4 측정 단계(S313) 및 제2 병변 모사 단계(S320)를 포함할 수 있다. 제2 출력 단계(S300)는 제조된 제2 색상 용액을 압출시 3D 프린터(600)의 노즐 팁(300)을 제어하여 거칠기가 표현된 표피 팬텀층(750)을 제조할 수 있다.
제2 출력 단계(S300)는 표피 팬텀층(750)의 제조 후, 노즐 팁(300)을 수평 이동 중 상하로 진동시킴으로써 표피 팬텀층(750)의 거칠기를 표현할 수 있다. 제2 출력 단계(S300)는 노즐 팁(300)의 구동 속도를 조절하여 압출된 색상 용액을 사인파, 사각파, 삼각파 중 어느 한 형태로 적층하여 다양한 거칠기를 표현할 수 있다.
제2 측정 단계(S311)는 제조된 표피 팬텀층(750)의 광학적 성질을 측정하여 모사하고자 하는 피부의 광학적 특성에 부적합할 경우 혼합 단계(S100)로 되돌아가는 단계이다. 제2 측정 단계(S311)는 측정한 값이 피부의 광학적 특성에 적합할 경우 제3 측정 단계(S312)를 진행할 수 있다.
제3 측정 단계(S312)는 표피 팬텀층(750)의 거칠기 정도를 측정하여, 모사하고자 하는 피부의 거칠기 정도에 부적합할 경우 혼합 단계(S100)로 되돌아가는 단계이다. 제3 측정 단계(S312)는 측정한 값이 피부의 거칠기 정도에 적합할 경우 제4 측정 단계(S313)를 진행할 수 있다.
제4 측정 단계(S313)는 표피 팬텀층(750)의 두께를 측정하여, 모사하고자 하는 피부의 두께값에 부적합할 경우 상기 혼합 단계(S100)로 되돌아가는 단계이다. 제4 측정 단계(S313)는 측정한 값이 피부의 두께에 적합할 경우 제2 병변 모사 단계(S320)를 진행할 수 있다.
제2 병변 모사 단계(S320)는 표피 팬텀층(750)의 표면에 제2 색상 용액과 다른 색을 갖는 염색 용액을 코팅하여 표피층의 색소 병변을 표현할 수 있다. 실제 피부에서 색소 병변은 색소가 많이 분포되어 있는 표피층에 형성된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 3D 프린터(600)를 이용하여 레이어를 적층하는 방식으로 피부 모사 팬텀(700)을 제조할 수 있다. 적층이 가능하므로 진피 팬텀층(730) 또는 표피 팬텀층(750)에 병변의 종류에 따른 구현이 가능하고, 설정에 의하여 노즐 팁(300)의 구동을 제어함으로써 표피에 거칠기를 표현할 수 있는 효과가 있다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (23)

  1. 3D 프린터를 이용하여 피부를 모사하는 팬텀 제조 장치에 있어서,
    진피층의 혈관병변, 표피층의 색소병변 및 피하지방층 중 적어도 하나의 특성을 모사하기 위한 가소성 유체(plastic fluid)로 이루어진 매질용액에 광 산란 물질 또는 광 흡수 물질이 혼합된 색상 용액이 저장된 펌프부;
    진피 팬텀층을 제조하는데 사용되며 인체 피부의 광학적 산란 성질을 모사하기 위한 제1 색상 용액과 표피 팬텀층을 제조하는데 사용되며 인체 피부의 광학적 흡수 성질을 모사하기 위한 제2 색상 용액 및 피하 지방 팬텀층을 제조하는데 사용되며 모사 하고자 하는 피부층의 흡수율 및 산란율과 일치시키기 위한 제3 색상 용액을 포함하는 색상 용액을 분사하여 하나 이상의 팬텀층이 형성되도록 상기 3D 프린터와 상기 펌프부를 제어하는 제어부; 및
    상기 3D 프린터에 연결되어 상기 색상 용액을 압출하는 노즐 팁을 포함하고,
    상기 제어부는 형성된 팬텀층의 표피에 거칠기를 표현하도록 상기 노즐 팁을 수평 이동 중 상하로 진동하여, 압출된 색상 용액을 사인파, 사각파, 삼각파 중 어느 한 형태로 적층하여 거칠기를 표현하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 팬텀 제조 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌프부는 혼합된 상기 색상 용액의 온도를 조절하는 온도 조절 모터를 구비하고,
    상기 제어부는 상기 색상 용액의 농도에 따라 상기 노즐 팁의 지름을 조절하여 압출 속도를 일정하게 제어하는 출력 조절 모터를 구비하는 것을 특징으로 하는 팬텀 제조 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐 팁에서 분사된 색상 용액을 경화시키는 광원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 팬텀 제조 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 색상 용액은 상기 광원에 의해서 경화가 유도되는 경화제가 첨가된 것을 특징으로 하는 팬텀 제조 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐 팁에서 분사된 색상 용액이 경화되어 하나 이상의 팬텀층이 성형되는 프린트 스테이지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 팬텀 제조 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐 팁의 압출 구멍은 다각형의 형상인 것을 특징으로 하는 팬텀 제조 장치.
  8. 삭제
  9. 3D 프린터를 이용하여 피부를 모사하는 팬텀 제조 시스템에 있어서,
    진피층의 혈관병변, 표피층의 색소병변 및 피하지방층 중 적어도 하나의 특성을 모사하기 위한 가소성 유체(plastic fluid)로 이루어진 매질용액에 광 산란 물질 또는 광 흡수 물질이 혼합 된 색상 용액이 저장된 펌프부;
    진피 팬텀층을 제조하는데 사용되며 인체 피부의 광학적 산란 성질을 모사하기 위한 제1 색상 용액과 표피 팬텀층을 제조하는데 사용되며 인체 피부의 광학적 흡수 성질을 모사하기 위한 제2 색상 용액 및 피하 지방 팬텀층을 제조하는데 사용되며 모사 하고자 하는 피부층의 흡수율 및 산란율과 일치시키기 위한 제3 색상 용액을 포함하는 색상 용액을 분사하여 하나 이상의 팬텀층이 형성되도록 상기 3D 프린터와 상기 펌프부를 제어하는 제어부;
    상기 3D 프린터에 연결되어 상기 색상 용액을 압출하는 노즐 팁; 및
    상기 노즐 팁에서 분사된 색상 용액이 경화되어 성형된 팬텀층의 광학적 성질, 거칠기 정도, 두께 중 어느 하나를 측정하는 검사 장치를 포함하고,
    상기 제어부는 형성 된 팬텀층의 표피에 거칠기를 표현하도록 상기 노즐팁을 수평 이동 중 상하로 진동하여, 압출된 색상 용액을 사인파, 사각파, 삼각파 중 어느 한 형태로 적층하여 거칠기를 표현하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 팬텀 제조 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 검사 장치는,
    상기 팬텀층에서 조사된 광을 균일한 광도로서 난반사하기 위한 적분구; 및
    상기 적분구에서 난반사된 광으로부터 팬텀층의 광학적 성질을 측정하는 광 검출기를 포함하는 분광분석기(spectrophotometer)인 것을 특징으로 하는 팬텀 제조 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 검사 장치는,
    상기 팬텀층의 거칠기 정도를 측정하기 위하여 피부소릉(cristae cutis)의 깊이 및 길이를 측정하는 표면 거칠기 미터(roughness meter)인 것을 특징으로 하는 팬텀 제조 시스템.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 검사 장치는,
    조사된 광의 간섭 신호를 이용하여 상기 팬텀층의 두께를 측정하는 광 간섭 단층 촬영 기기(Optical Coherence Tomography, OCT)인 것을 특징으로 하는 팬텀 제조 시스템.
  13. 3D 프린터를 이용하여 피부를 모사하는 팬텀 제조 방법에 있어서,
    진피층의 혈관병변, 표피층의 색소병변 및 피하지방층 중 적어도 하나의 특성을 모사하기 위한 가소성 유체(plastic fluid)로 이루어진 매질용액에 광 산란 물질 또는 광 흡수 물질을 혼합하여 진피 팬텀층을 제조하는데 사용되며 인체 피부의 광학적 산란 성질을 모사하기 위한 제1 색상 용액과 표피 팬텀층을 제조하는데 사용되며 인체 피부의 광학적 흡수 성질을 모사하기 위한 제2 색상 용액 및 피하 지방 팬텀층을 제조하는데 사용되며 모사 하고자 하는 피부층의 흡수율 및 산란율과 일치시키기 위한 제3 색상 용액을 포함하는 색상 용액을 제조하는 혼합 단계;
    상기 혼합 단계에서 제조된 제1 색상 용액을 압출하여 진피 팬텀층을 제조하는 제1 출력 단계; 및
    상기 혼합 단계에서 제조된 제2 색상 용액의 압출시 상기 3D 프린터의 노즐 팁을 수평 이동 중 상하로 진동하여, 압출된 색상 용액을 사인파, 사각파, 삼각파 중 어느 한 형태로 적층하여 거칠기를 표현하도록 거칠기가 표현된 표피 팬텀층을 제조하는 제2 출력 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 팬텀 제조 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1 출력 단계는,
    상기 진피 팬텀층의 표면에 상기 제1 색상 용액과 다른 색을 갖는 염색 용액을 코팅하여 진피층의 혈관 병변을 표현하는 제1 병변 모사 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 팬텀 제조 방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 제2 출력 단계는,
    상기 표피 팬텀층의 표면에 상기 제2 색상 용액과 다른 색을 갖는 염색 용액을 코팅하여 표피층의 색소 병변을 표현하는 제2 병변 모사 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 팬텀 제조 방법.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 혼합 단계는,
    광원에 의한 경화를 유도하기 위해서 상기 색상 용액에 경화제를 첨가하는 것을 특징으로 하는 팬텀 제조 방법.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1 출력 단계는,
    상기 혼합 단계에서 피하 지방층의 특성으로 혼합한 제3 색상 용액을 몰드에서 경화시킨 피하 지방 팬텀층을 제조하고,
    제조된 피하 지방 팬텀층의 상부에 상기 제1 색상 용액을 압출하여 진피 팬텀층을 제조하는 것을 특징으로 하는 팬텀 제조 방법.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1 출력 단계는,
    제조된 진피 팬텀층의 광학적 성질을 측정하여 모사하고자 하는 피부의 광학적 특성에 부적합할 경우 상기 혼합 단계로 되돌아가는 제1 측정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 팬텀 제조 방법.
  21. 제 13 항에 있어서,
    상기 제2 출력 단계는,
    제조된 표피 팬텀층의 광학적 성질을 측정하여 모사하고자 하는 피부의 광학적 특성에 부적합할 경우 상기 혼합 단계로 되돌아가는 제2 측정 단계;
    상기 제2 측정 단계 이후, 상기 표피 팬텀층의 거칠기 정도를 측정하여, 모사하고자 하는 피부의 거칠기 정도에 부적합할 경우 상기 혼합 단계로 되돌아가는 제3 측정 단계; 및
    상기 제3 측정 단계 이후, 상기 표피 팬텀층의 두께를 측정하여, 모사하고자 하는 피부의 두께값에 부적합할 경우 상기 혼합 단계로 되돌아가는 제4 측정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 팬텀 제조 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190100544A (ko) * 2018-02-09 2019-08-29 이화여자대학교 산학협력단 프린터 장치

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170274575A1 (en) * 2014-08-26 2017-09-28 Flexi Matter Ltd. Method and system for fabricating hollow objects
CN106393679A (zh) * 2016-11-28 2017-02-15 贵州航天计量测试技术研究所 一种多材料3d打印喷头及其操作方法
US20180304539A1 (en) 2017-04-21 2018-10-25 Applied Materials, Inc. Energy delivery system with array of energy sources for an additive manufacturing apparatus
CN108452381A (zh) * 2018-05-14 2018-08-28 太原理工大学 一种具有分层结构的组织工程皮肤及其制备方法
DE102018216792A1 (de) * 2018-09-28 2020-04-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. 3D-Druckvorrichtung
JP7162219B2 (ja) * 2019-03-28 2022-10-28 株式会社ミマキエンジニアリング 層構成予測方法及び層構成予測装置
KR102522044B1 (ko) * 2023-01-02 2023-04-14 주식회사 에스비알테크놀로지 전자 기기의 내장 배터리 패키지의 색상 변형이 가능한 패키지 제조 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003334760A (ja) * 2002-05-15 2003-11-25 Asahi Diamond Industrial Co Ltd ノズル
JP2006154633A (ja) * 2004-12-01 2006-06-15 Shiseido Co Ltd 肌形状模型製造方法、肌形状模型および原型

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2904606B2 (ja) * 1991-04-02 1999-06-14 ポーラ化成工業株式会社 皮膚表面形態の評価方法及びそのための装置
US6560352B2 (en) * 1999-10-08 2003-05-06 Lumidigm, Inc. Apparatus and method of biometric identification or verification of individuals using optical spectroscopy
US7121818B2 (en) * 2001-08-16 2006-10-17 Paragon Trade Brands, Inc. System and method for absorbent core production
US20120089238A1 (en) * 2010-10-06 2012-04-12 Hyun-Wook Kang Integrated organ and tissue printing methods, system and apparatus
WO2012058278A2 (en) * 2010-10-27 2012-05-03 Eugene Giller Process and apparatus for fabrication of three-dimensional objects
JP6059600B2 (ja) * 2012-06-18 2017-01-11 富士フイルム株式会社 肌評価装置の作動方法および肌評価装置
WO2016109012A1 (en) * 2014-12-31 2016-07-07 Bridgestone Americas Tire Operations, Llc Methods and apparatuses for additively manufacturing rubber

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003334760A (ja) * 2002-05-15 2003-11-25 Asahi Diamond Industrial Co Ltd ノズル
JP2006154633A (ja) * 2004-12-01 2006-06-15 Shiseido Co Ltd 肌形状模型製造方法、肌形状模型および原型

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190100544A (ko) * 2018-02-09 2019-08-29 이화여자대학교 산학협력단 프린터 장치
KR102078219B1 (ko) 2018-02-09 2020-02-17 이화여자대학교 산학협력단 프린터 장치

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