KR102188918B1

KR102188918B1 - 망막혈관 조영영상 평가용 안구팬텀

Info

Publication number: KR102188918B1
Application number: KR1020190008743A
Authority: KR
Inventors: 이상원; 도일; 이현지
Original assignee: 한국표준과학연구원
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2020-12-09
Also published as: EP3915460A4; KR20200091668A; EP3915460C0; US20220000356A1; EP3915460A1; EP3915460B1; WO2020153575A1

Abstract

본 발명은 망막혈관 조영영상 평가용 안구팬텀 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 종래의 안구팬텀에 비해 실제 망막의 구조와 더욱 유사하게 망막 상의 혈관 구조 및 혈류까지 모사해 낼 수 있는, 망막혈관 조영영상 평가용 안구팬텀 및 그 제조방법을 제공함에 있다. 보다 상세하게는, 실제 망막에 형성되어 있는 혈관 구조에 상응하는 다양한 형태의 미세유체채널 구조를 포함하는, 망막혈관 조영영상 평가용 안구팬텀 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

Description

망막혈관 조영영상 평가용 안구팬텀 {Eye phantom for evaluation of retinal angiographic images}

본 발명은 망막혈관 조영영상 평가용 안구팬텀에 관한 것으로, 보다 상세하게는 안구의 망막 등을 관찰하기 위해 영상으로 촬영하는 안과용 광간섭 단층촬영기(optical coherence tomography, OCT)를 평가하기 위하여 사용되는 것으로서 실제 안구의 구조를 보다 흡사하게 모사함으로써 OCT의 성능 평가가 보다 용이하고 원활하게 이루어질 수 있게 하는, 망막혈관 조영영상 평가용 안구팬텀에 관한 것이다.

인간 눈의 망막은 빛을 감지하며 시력을 결정하는 핵심 조직으로, 두께가 0.5mm 미만으로 매우 얇은 조직이며 한 번 손상되면 복구가 불가능하다. 이에 안과 질환에서 망막을 관찰하여 병변을 올바르고 정확하게 지적해 내는 것이 질병 치료에 있어서 매우 중요한 요소로 고려된다. 이러한 안과 질환을 진단하고 치료경과를 확인하기 위한 망막 단층 촬영 장비로서 대표적인 것으로 안과용 광간섭 단층촬영기(optical coherence tomography, OCT)가 있다.

현재 병원 등 실무 현장에서 사용하고 있는 망막 OCT는 대부분이 4세대 OCT 제품(SD-OCT)으로, 이전 세대의 장비 비해 영상의 질이 매우 높아졌으며, 망막의 3차원 단면 구조의 영상까지 획득하는 것이 가능하다. OCT는 망막의 형태학적 변화를 시각적으로 확인하거나 특정 부위에서의 두께를 측정함으로써 진단 또는 치료경과 모니터링을 수행할 수 있게 해 준다. 최근에는 조영제 없이 OCT 영상으로부터 혈관조영 영상을 획득하는 기능이 탑재된 5세대 OCT 제품(OCT-A)가 2015년 미국 FDA 승인을 받아 출시된 바 있다.

안과 진단기기 관련 시장은 현재 세계적으로 약 14억 달러 수준이며, 그 중에서도 OCT 관련 시장이 가장 큰 것으로 알려져 있다. 그런데 현재 한국에서는 거의 대부분의 장비를 미국, 독일, 일본 등 해외 기업으로부터 공급받고 있어, 국내 OCT 기술분야는 해외 기술에의 의존도가 지나치게 강하다는 문제가 지적되어 왔다. 이에 국산 OCT 장비를 개발하고자 하는 연구 개발 노력이 꾸준히 이루어지고 있는 실정이다.

그런데 국산 OCT 장비를 개발함에 있어서 다음과 같은 문제가 있다. 국내로 수입되는 안과용 OCT의 경우 전기/전자파 안정성 평가, 레이저 안정성 평가 정도의 평가를 받을 뿐, 실제 장비의 성능 평가 즉 얼마나 망막 영상을 정확하게 관찰해 내는지에 대한 평가는 수입 시 별도로 이루어지지 않는다. 즉 아직 국내에서는 OCT 장비에 대한 체계화된 평가가 이루어지기 어려워, 국산 OCT 장비 개발 과정에서 성능을 확인하고 개선하는 과정이 원활하게 이루어지지 못하고 있다는 문제가 있다. 구체적으로 설명하자면, 의료용 기기 제품의 개발이 완료된 후 의료기기 인증을 받기 위해서는 전임상 또는 임상시험을 통한 평가가 반드시 이루어져야 하는데, 아직 제품 개발 중의 단계에 있거나 의료기기 인증 획득을 위한 성능 평가, 생산 공정에서는 동물 또는 사람을 대상으로 시험하는 것이 불가능하기 때문에, 장비 개발 과정에서 성능 확인 및 개선 작업을 실현하기가 매우 난해한 것이다.

물론 종래에도 이러한 문제를 해소하기 위해서 실제 동물 또는 사람의 안구를 사용하는 대신 이를 모사한 안구팬텀(eye phantom)을 사용하여 영상을 획득하고 성능을 평가하는 기술이 사용되어 왔다. 종래의 OCT 장비 성능 평가를 위한 안구팬텀은, 망막 조직의 구조를 모사하여 여러 개의 레이어가 적층된 형태의 다층막 구조물을 포함하여 이루어진다. 논문 "Retina-simulating phantom for optical coherence tomography"(Jigesh Baxi et al., Journal of Biomedical Optics 19(2), 021106, February 2014, 이하 '선행문헌 1')나, 중국특허공개 제107736872호("用于眼底斷層成像的人眼??模及OCT成像質量評价的方法(Human eye phantom for eyeground tomography and OCT imaging quality evaluation method)", 2018.02.27., 이하 '선행문헌 2') 등에 이러한 종래에 사용되는 안구팬텀의 구조가 개시되어 있다.

그런데, 상술한 바와 같이 5세대 OCT의 경우 OCT 영상으로부터 혈관 조영영상을 얻어내는 기능을 가지고 있으며, 국산 OCT 장비 역시 이러한 기능을 실현할 수 있도록 개발 중인 것으로 알려져 있다. 그런데 상술한 선행문헌 1, 2 등에 제시된 바와 같은 종래의 안구팬텀은 단지 망막의 다층막 구조를 모사했을 뿐으로 망막에 형성되어 있는 혈관에 해당하는 구조를 전혀 가지고 있지 않다. 따라서 종래의 안구팬텀의 OCT 영상으로부터 혈관 조영영상에 해당하는 영상을 얻어내는 것 자체가 불가능하여, 종래의 안구팬텀을 5세대 OCT 개발에 적용하기에는 한계가 있는 문제가 있다.

1. 중국특허공개 제107736872호("用于眼底斷層成像的人眼??模及OCT成像質量評价的方法(Human eye phantom for eyeground tomography and OCT imaging quality evaluation method)", 2018.02.27.)

1. "Retina-simulating phantom for optical coherence tomography"(Jigesh Baxi et al., Journal of Biomedical Optics 19(2), 021106, February 2014)

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 종래의 안구팬텀에 비해 실제 망막의 구조와 더욱 유사하게 망막 상의 혈관 구조 및 혈류까지 모사해 낼 수 있는, 망막혈관 조영영상 평가용 안구팬텀 및 그 제조방법을 제공함에 있다. 보다 상세하게는, 실제 망막에 형성되어 있는 혈관 구조에 상응하는 다양한 형태의 미세유체채널 구조를 포함하는, 망막혈관 조영영상 평가용 안구팬텀 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 망막혈관 조영영상 평가용 안구팬텀(1000)은, 망막의 다층 세포층 구조를 모사하도록 서로 다른 산란계수를 가지는 다수 개의 층이 적층된 형태로 이루어지는 다층막구조부(1110) 및 망막의 혈관 구조를 모사하도록 미세유로채널을 포함하며 상기 다층막구조부(1110)의 상면 및 하면에 결합되는 혈관층구조부(1120)를 포함하는 망막모사부(1100); 를 포함할 수 있다.

이 때 상기 혈관층구조부(1120)는, 망막의 혈관 구조 중 NFL(nerve fiber layer)을 모사하도록 하면에 미세유로채널 형태로 된 NFL채널부(1121c)가 형성되어 상기 다층막구조부(1110)의 상면에 결합되는 NFL모사부(1121), 망막의 혈관 구조 중 OPL(outer plexiform layer)을 모사하도록 상면에 미세유로채널 형태로 된 OPL채널부(1122c)가 형성되어 상기 다층막구조부(1110)의 하면에 결합되는 OPL모사부(1122)를 포함할 수 있다.

또한 상기 혈관층구조부(1120)는, 망막의 혈관 구조에서 안구 내측 혈관이 안구 외측 혈관보다 두껍게 형성되는 것을 모사하도록 상기 NFL채널부(1121c)의 폭이 상기 OPL채널부(1122c)의 폭보다 크게 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 NFL채널부(1121c)는, 폭이 100~200μm 범위 내의 값을 가질 수 있다. 또한 상기 OPL채널부(1122c)는, 폭이 10~50μm 범위 내의 값을 가질 수 있다.

또한 상기 혈관층구조부(1120)는, 상기 NFL채널부(1121c)로 혈액모사유체를 유통시키도록 상기 NFL채널부(1121c)와 연통되며 상기 NFL모사부(1121)를 관통하는 관통로 형태로 형성되는 NFL유로부(1121p), 상기 OPL채널부(1122c)로 혈액모사유체를 유통시키도록 상기 OPL채널부(1122c)와 연통되며 상기 OPL모사부(1122)를 관통하는 관통로 형태로 형성되는 OPL유로부(1122p)를 포함할 수 있다.

또한 상기 다층막구조부(1110)는, 망막의 세포층 중 GCL(ganglion cell layer)을 모사하도록 GCL에 상응하는 산란계수를 가지는 막 형태로 형성되는 GCL모사부(1111), 망막의 세포층 중 IPL(inner plexiform layer)을 모사하도록 IPL에 상응하는 산란계수를 가지는 막 형태로 형성되는 IPL모사부(1112), 망막의 세포층 중 INL(inner nuclear layer)을 모사하도록 INL에 상응하는 산란계수를 가지는 막 형태로 형성되는 INL모사부(1113)가 순차적으로 적층된 형태로 이루어질 수 있다.

또한 상기 다층막구조부(1110)는, 상기 다층막구조부(1110)의 상면 및 하면 각각에 구비되는 상기 혈관층구조부(1120)로 혈액모사유체를 유통시키도록 상기 GCL모사부(1111)를 관통하는 관통로 형태로 형성되는 GCL유로부(1111p), 상기 다층막구조부(1110)의 상면 및 하면 각각에 구비되는 상기 혈관층구조부(1120)로 혈액모사유체를 유통시키도록 상기 IPL모사부(1112)를 관통하는 관통로 형태로 형성되는 IPL유로부(1112p), 상기 다층막구조부(1110)의 상면 및 하면 각각에 구비되는 상기 혈관층구조부(1120)로 혈액모사유체를 유통시키도록 상기 INL모사부(1113)를 관통하는 관통로 형태로 형성되는 INL유로부(1113p)를 포함할 수 있다.

또한 상기 망막모사부(1100)는, 망막의 외부 세포층 구조를 모사하도록 상기 다층막구조부(1110)의 하면에 결합된 상기 혈관층구조부(1120) 하면에 더 결합되는 외부막구조부(1150)를 더 포함할 수 있다. 이 때 상기 외부막구조부(1150)는, 망막의 세포층 중 ONL(outer nuclear layer)을 모사하도록 ONL에 상응하는 산란계수를 가지는 막 형태로 형성되는 ONL모사부(1151), 망막의 세포층 중 외절(outer segment)을 모사하도록 외절에 상응하는 산란계수를 가지는 막 형태로 형성되는 외절모사부(1152)가 순차적으로 적층된 형태로 이루어질 수 있다. 또한 상기 외부막구조부(1150)는, 상기 혈관층구조부(1120)로 혈액모사유체를 유통시키도록 상기 ONL모사부(1151)를 관통하는 관통로 형태로 형성되는 ONL유로부, 상기 혈관층구조부(1120)로 혈액모사유체를 유통시키도록 상기 외절모사부(1152)를 관통하는 관통로 형태로 형성되는 외절유로부를 포함할 수 있다.

또한 상기 망막모사부(1100)는, 혈액모사유체를 유통시키도록 상기 다층막구조부(1110)에 상기 다층막구조부(1110)를 관통하는 관통로 형태로 형성되는 다층막유로부(1110p) 및 상기 혈관층구조부(1120)에 상기 미세유로채널 및 상기 다층막유로부(1110p)와 연통되며 상기 혈관층구조부(1120)를 관통하는 관통로 형태로 형성되는 혈관층유로부(1120p)가 형성되며, 상기 미세유로채널에 혈액모사유체를 유통시키도록 상기 망막모사부(1100) 하면에 형성된 상기 혈관층유로부(1120p)에 연결된 튜브 형태로 형성되어 혈액모사유체를 유입 또는 배출시키는 유로부(1130), 상기 망막모사부(1100)로부터 혈액모사유체가 누출되는 것을 방지하도록 상기 망막모사부(1100) 상면에 형성된 상기 혈관층유로부(1120p)를 밀폐하는 마개 형태로 형성되는 밀폐부(1140)를 더 포함할 수 있다.

또한 상기 망막모사부(1100)는, 망막의 외부 세포층 구조를 모사하도록 상기 다층막구조부(1110)의 하면에 결합된 상기 혈관층구조부(1120) 하면에 더 결합되는 외부막구조부(1150)를 더 포함할 수 있는데, 이 경우 혈액모사유체를 유통시키도록 상기 외부막구조부(1150)에 상기 외부막구조부(1150)를 관통하는 관통로 형태로 형성되는 외부막유로부가 형성되며, 상기 유로부(1130)는 상기 외부막유로부를 통해 상기 혈관층유로부(1120p)와 연통되도록 이루어질 수 있다.

또한 상기 안구팬텀(1000)은, 안구의 수정체를 모사하도록 적어도 하나의 렌즈로 이루어지는 렌즈부(1200); 상기 렌즈부(1200) 축 상에서 상면이 상기 렌즈부(1200) 측을 향하도록 상기 렌즈부(1200)와 이격 배치되는 상기 망막모사부(1100); 일측에 상기 렌즈부(1200)를 지지하고 타측에 상기 망막모사부(1100)를 지지하는 하우징부(1300); 를 포함할 수 있다. 이 때 상기 안구팬텀(1000)은, 안구의 유리체를 모사하도록 상기 하우징부(1300) 내의 상기 렌즈부(1200) 및 상기 망막모사부(1100) 사이에 유리체모사유체가 수용되는 수용공간(1300V)이 형성될 수 있다. 또한 상기 안구팬텀(1000)은, 상기 망막모사부(1100)에 유입 및 배출되는 혈액모사유체의 유속을 조절하도록 상기 유로부(1130)에 유속조절부가 구비될 수 있다.

또한 본 발명의 망막혈관 조영영상 평가용 안구팬텀의 제조방법은, 상술한 바와 같은 안구팬텀(1000)을 제조하는 안구팬텀(1000)의 제조방법에 있어서, 상기 혈관층구조부(1120)를 제작하는 방법으로서, 상기 미세유로채널 형상의 역패턴 형상의 마스크를 통해 웨이퍼 상면에 식각용 광이 조사되는 광조사단계; 상기 웨이퍼 상의 광 조사 부분이 식각되어 제거됨으로써 상기 웨이퍼 상면에 역패턴이 형성되는 역패턴형성단계; 상기 역패턴에 상기 혈관층구조부(1120)의 원재료인 혈관층원재료가 투입되는 혈관층원재료투입단계; 상기 역패턴에 투입된 상기 혈관층원재료의 상면에 기판이 적층 및 가압되는 기판적층단계; 상기 혈관층원재료의 하면에 상기 역패턴의 역형상인 패턴이 형성되고 상면이 기판에 접착된 상태로 상기 혈관층원재료가 경화되어 상기 웨이퍼로부터 분리되는 웨이퍼분리단계; 상기 미세유로채널 패턴이 형성된 상기 혈관층원재료가 상기 기판으로부터 분리되는 기판분리단계; 를 포함할 수 있다.

또한 상기 안구팬텀(1000)의 제조방법은, 상기 기판분리단계에서 상기 혈관층원재료가 상기 기판으로부터 용이 분리되도록, 상기 기판적층단계 이전에, 상기 기판의 하면에 코팅제가 코팅되는 기판하면코팅단계; 를 더 포함할 수 있다.

또한 상기 안구팬텀(1000)의 제조방법은, 상기 기판분리단계 이후에, 상기 미세유로채널 패턴이 형성된 상기 혈관층원재료의 잉여부분이 절단 제거되는 잉여제거단계; 를 더 포함할 수 있다.

또한 상기 혈관층원재료는, 경화성수지 및 산란제의 혼합물일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 경화성수지는, PDMS(polydimethylsiloxane)일 수 있다. 또한 상기 산란제는, TiO₂일 수 있다.

또한 본 발명의 망막혈관 조영영상 평가용 안구팬텀의 제조방법은, 상술한 바와 같은 안구팬텀(1000)을 제조하는 안구팬텀(1000)의 제조방법에 있어서, 상기 다층막구조부(1110)를 제작하는 방법으로서, 기판의 상면에 코팅제가 코팅되는 기판상면코팅단계; 상기 기판의 상면 측으로 상기 다층막구조부(1110)의 원재료인 다층막원재료가 투입되는 다층막원재료투입단계; 상기 기판이 회전함으로써 상기 다층막원재료가 상기 기판 상면 전체로 퍼뜨려지는 다층막원재료확산단계; 상기 다층막원재료가 미리 결정된 두께를 형성하면 상기 기판의 회전이 중단되는 기판회전중단단계; 상기 다층막원재료가 경화되는 막경화단계; 를 포함할 수 있다.

또한 상기 안구팬텀(1000)의 제조방법은, 상기 다층막원재료투입단계, 상기 다층막원재료확산단계, 상기 기판회전중단단계, 상기 막경화단계가 순차적으로 반복 수행되어 상기 기판의 상면에 서로 다른 산란계수를 가지는 다수 개의 층의 적층체가 형성되는 다층막형성단계; 를 포함할 수 있다.

또한 상기 다층막원재료는, 경화성수지 및 산란제의 혼합물일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 경화성수지는, PDMS(polydimethylsiloxane)일 수 있다. 또한 상기 산란제는, TiO₂일 수 있다.

본 발명의 안구팬텀은 실제 망막에 형성되어 있는 혈관 구조에 상응하는 다양한 형태의 미세유체채널 구조를 포함함으로써, 종래의 안구팬텀에 비해 실제 망막의 구조와 더욱 유사하게 망막 상의 혈관 구조 및 혈류까지 모사해 낼 수 있는 큰 효과가 있다. 따라서 본 발명에 의하면, 본 발명의 안구팬텀이 OCT 영상으로부터 혈관 조영영상을 획득하는 기능을 탑재한 5세대 OCT 개발 과정에 적용됨으로써, 개발 중인 장비의 성능을 정확하게 평가할 수 있게 해 주는 큰 효과가 있다. 특히 기존에는 개발 중인 장비의 경우 동물이나 사람을 직접 이용하여 성능 평가를 수행할 수 없기 때문에 성능을 올바르게 평가할 방법이 전무하였으나, 본 발명에 의하면 상술한 바와 같이 개발 중인 장비 성능도 평가할 수 있기 때문에, OCT 장비의 개발이 훨씬 원활하게 이루어질 수 있게 해 주는 큰 산업적 효과가 있다. 뿐만 아니라, 미세유체채널에 형광물질이 들어있는 용액을 흘러 넣어주면 형광 혈관 조영 안저 카메라의 성능 평가가 가능해진다.

도 1은 실제 안구 및 망막 조직의 구조.
도 2는 본 발명의 안구팬텀의 망막모사부의 구조.
도 3은 실제 망막혈관 조영영상의 예시.
도 4는 망막모사부 중 혈관층구조부의 구조.
도 5는 망막모사부 중 혈관층구조부의 겹침 관계.
도 6은 망막모사부의 OCT 영상 및 실제 사진.
도 7은 망막모사부 중 혈관층구조부의 제조단계.
도 8은 망막모사부 중 다층막구조부의 구조.
도 9는 망막모사부 중 다층막구조부의 OCT 영상 및 실제 사진.
도 10은 망막모사부 중 다층막구조부의 제조단계.
도 11은 본 발명의 안구팬텀의 구조.
도 12는 본 발명의 안구팬텀의 구조의 여러 실시예.
도 13은 본 발명의 안구팬텀의 실제 사진.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 망막혈관 조영영상 평가용 안구팬텀 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

망막모사부 구조 및 제조방법

도 1은 실제 안구 및 망막 조직의 구조를 도시하고 있다. 도 1(A)의 실제 안구에서 작은 네모로 표시된 부분을 확대한 것이 도 1(B)의 망막 조직의 구조이다. 도 1(B)에 도시된 바와 같이 망막 조직은, 안구 내측으로부터 외측으로 순차적으로, NFL(nerve fiber layer), GCL(ganglion cell layer), IPL(inner plexiform layer), INL(inner nuclear layer), OPL(outer plexiform layer), ONL(outer nuclear layer), 외절(outer segment)이 적층된 형태로 이루어진다. 도 1(B)에 표시되어 있는 바와 같이 표면 쪽(superficial)의 NFL 및 내부 쪽(deep)의 OPL에는 혈관이 분포된다. 중간 쪽(intermediate)의 IPL에는 NFL에 분포된 혈관 및 OPL에 분포된 혈관을 이어주기 위한 혈관들이 일부 분포되어 있으나, 대략 NFL 및 OPL에 대부분의 혈관이 분포되어 있다.

종래의 안구팬텀에서 망막을 모사하는 부분은, 상술한 선행문헌 1, 2 등에 제시된 바와 같이, NFL, GCL, …, OPL 등의 각 층을 서로 다른 산란계수를 가지는 다층막 형태의 구조를 가지는 것에 그쳤다. 즉 망막에 형성되어 있는 혈관 구조 자체가 전혀 구현되어 있지 않았던 것이다. 이에 따라, 최근 개발되고 있는 (OCT 영상으로부터 혈관 조영영상을 얻어내는 기능을 가진) 5세대 OCT의 성능을 시험함에 있어서, 혈관을 가지고 있는 실제 동물이나 사람의 안구를 사용하지 않고는 혈관 조영영상을 얻어내는 것이 전혀 불가능하였다. 본 발명의 안구팬텀은 바로 이러한 문제를 해소하기 위하여, 안구팬텀의 망막모사부에 혈관 모사를 실현하는 구조를 도입한다.

도 2는 본 발명의 안구팬텀의 망막모사부의 구조를 전체적으로 도시하고 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 안구팬텀(1000)은 기본적으로 도 2에 도시된 바와 같은 망막모사부(1100)를 포함할 수 있다. 또한 이 때 상기 망막모사부(1110)는, 도 1(B)의 망막 구조 중 GCL, IPL, INL을 모사한 다층막구조부(1110) 및 NFL, OPL을 모사한 혈관층구조부(1120)를 포함할 수 있다. 상기 다층막구조부(1110)는, 망막의 다층 세포층 구조를 모사하도록, 서로 다른 산란계수를 가지는 다수 개의 층이 적층된 형태로 이루어진다. 상기 혈관층구조부(1120)는, 망막의 혈관 구조를 모사하도록, 미세유로채널(1121c)(1122c)을 포함하며 상기 다층막구조부(1110)의 상면 및 하면에 결합된다. 이 때 상기 다층막구조부(1110) 및 상기 혈관층구조부(1120)는 도 2에 도시된 바와 같이 플라즈마 본딩(plasma bonding)에 의해 결합될 수 있다.

상술한 바와 같이 상기 다층막구조부(1110)의 상면 및 하면에는 상기 혈관구조부(1120)가 결합된 상태에서, 상기 혈관구조부(1120)에 형성되는 상기 미세유로채널에 혈액을 모사하는 혈액모사유체가 유통될 수 있으려면, 상기 다층막구조부(1110)에 이 혈액모사유체가 통과할 수 있는 관통로가 형성되어 있어야 한다. 이를 위하여 상기 다층막구조부(1110)에는, 혈액모사유체를 유통시키도록, 상기 다층막구조부(1110)를 관통하는 관통로 형태로 형성되는 다층막유로부(1110p)가 형성된다. 또한 상기 혈관구조부(1120)에는, 역시 혈액모사유체를 유통시키도록, 상기 미세유로채널(1121c)(1122c) 및 상기 다층막유로부(1110p)와 연통되며 상기 혈관층구조부(1120)를 관통하는 관통로 형태로 형성되는 혈관층유로부(1120p)가 형성된다. 도 2 상에서는 상기 혈관층유로부(1120)p)가 상기 미세유로채널(1121c)(1122c)과 격리된 것처럼 도시되어 있으나, 이는 도 2가 단면도이기 때문에 나타나는 한계일 뿐으로, 평면 상에서 상기 미세유로채널(1121c)(1122c)의 형상을 적절히 설계함에 따라 상기 혈관층유로부(1120p)와 상기 미세유로채널(1121c)(1122c)을 얼마든지 용이하게 연통시킬 수 있다(이에 대해서는 이후 보다 상세히 설명한다).

또한 상기 망막모사부(1100)는 유로부(1130) 및 밀폐부(1140)를 더 포함할 수 있다. 상기 유로부(1130)는, 상기 미세유로채널에 혈액모사유체를 유통시키도록 상기 망막모사부(1100) 하면에 형성된 상기 혈관층유로부(1120p)에 연결된 튜브 형태로 형성되어 혈액모사유체를 유입 또는 배출시키는 역할을 한다. 또한 상기 밀폐부(1140)는, 상기 망막모사부(1100)로부터 혈액모사유체가 누출되는 것을 방지하도록 상기 망막모사부(1100) 상면에 형성된 상기 혈관층유로부(1120p)를 밀폐하는 마개 형태로 형성된다.

부가적으로, 위에서는 상기 망막모사부(1100)가 NFL에서 OPL까지를 모사하는 것으로 설명하였으나 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 상기 망막모사부(1100)가 ONL(outer nuclear layer) 및 외절(outer segment)을 포함하는 외부막을 모사하는 구조물을 더 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 설명하자면 다음과 같다.

이처럼 외부막을 모사하는 구조물은, 상기 다층막구조부(1110)와 유사한 구조로서, 망막의 외부 세포층 구조를 모사하도록 상기 다층막구조부(1110)의 하면에 결합된 상기 혈관층구조부(1120) 하면에 더 결합되는 외부막구조부(1150)로서 구현될 수 있다. 이 때 상기 외부막구조부(1150)는, 역시 상기 다층막구조부(1110)와 유사하게, 망막의 세포층 중 ONL(outer nuclear layer)을 모사하도록 ONL에 상응하는 산란계수를 가지는 막 형태로 형성되는 ONL모사부(1151), 망막의 세포층 중 외절(outer segment)을 모사하도록 외절에 상응하는 산란계수를 가지는 막 형태로 형성되는 외절모사부(1152)가 순차적으로 적층된 형태로 이루어질 수 있다. 또한 상기 외부막구조부(1150)는, 상기 혈관층구조부(1120)로 혈액모사유체를 유통시키도록 상기 ONL모사부(1151)를 관통하는 관통로 형태로 형성되는 ONL유로부, 상기 혈관층구조부(1120)로 혈액모사유체를 유통시키도록 상기 외절모사부(1152)를 관통하는 관통로 형태로 형성되는 외절유로부를 포함할 수 있다.

이하에서, 상기 다층막구조부(1110) 및 상기 혈관구조부(1120)의 구체적인 구조, OCT 영상 및 실제 사진, 제조단계 등을 보다 상세히 설명한다.

망막모사부 중 혈관층구조부의 구조 및 제조방법

먼저 상기 혈관층구조부(1120)에 대하여 보다 상세히 설명한다.

도 3은 실제 망막혈관 조영영상의 예시를 도시하고 있다. 도 3에서 자잘한 점선으로 표시된 부분이 표면 쪽(superficial)을 나타내는 것으로, 일반적으로 여기에 상대적으로 굵은 혈관들이 분포되어 있다. 표면 쪽 굵은 혈관은 도 3의 예시 사진에 나타난 바와 같이 중심에서부터 사방으로 퍼져나가는 형태로 분포된다. 한편 도 3에서 굵은 점선으로 표시된 부분이 내부 쪽(deep)을 나타내는 것으로, 일반적으로 여기에 상대적으로 가는 혈관들이 분포되어 있다. 내부 쪽 가는 혈관은 도 3의 예시 사진에 나타난 바와 같이 고밀도로 분포된다. 특히 가는 혈관 분포 영역에는, 도 3에 표시된 바와 같이, 혈관이 전혀 분포되어 있지 않은 중심와(fovea)가 포함된다.

본 발명에서는, 표면 쪽 굵은 혈관으로 이루어지는 층을 NFL모사부(1121)로, 내부 쪽 가는 혈관으로 이루어지는 층을 OPL모사부(1122)로 모사한다. 즉 상기 혈관층구조부(1120)는 상기 NFL모사부(1121) 및 상기 OPL모사부(1122)를 포함하는 것이다. 앞서의 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 다층막구조부(1110)가 상기 GCL/IPL/INL모사부(1111)(1112)(1113)가 상-하 방향으로 순차적으로 적층된 형태로 이룰 때, 상기 NFL모사부(1121)는 상기 GCL모사부(1111) 쪽, 즉 도 2를 기준으로 상면에 결합되며, 따라서 상기 NFL모사부(1121)에 형성되는 미세유로채널은 하면에 형성된다. 마찬가지로 상기 OPL모사부(1122)는 상기 INL모사부(1113) 쪽, 즉 도 2를 기준으로 하면에 결합되며, 따라서 상기 OPL모사부(1122)에 형성되는 미세유로채널은 상면에 형성된다.

정리하면, 상기 NFL모사부(1121)는, 망막의 혈관 구조 중 NFL(nerve fiber layer)을 모사하도록, 하면에 미세유로채널 형태로 된 NFL채널부(1121c)가 형성되어 상기 다층막구조부(1110)의 상면에 결합된다. 또한 상기 OPL모사부(1122)는, 망막의 혈관 구조 중 OPL(outer plexiform layer)을 모사하도록, 상면에 미세유로채널 형태로 된 OPL채널부(1122c)가 형성되어 상기 다층막구조부(1110)의 하면에 결합된다. 이 때 상기 혈관층구조부(1120)는, 망막의 혈관 구조에서 안구 내측 혈관이 안구 외측 혈관보다 두껍게 형성되는 것을 모사하도록, 상기 NFL채널부(1121c)의 폭이 상기 OPL채널부(1122c)의 폭보다 크게 형성되도록 한다.

도 4는 망막모사부 중 혈관층구조부의 구조를 예시적으로 도시하고 있다. 도 4(A)는 상기 NFL모사부(1121)의 구조 예시를 도시한 것으로, 실제 NFL에 분포된 혈관과 유사하게, 상기 NFL채널부(1121c)가 상대적으로 큰 폭을 가지며(예시적으로 폭이 100~200μm 범위 내의 값이 될 수 있다) 중심에서부터 사방으로 퍼져나가는 형태로 분포된 구조를 가지고 있다. 또한 상기 NFL모사부(1121)에는, 상기 NFL채널부(1121c)로 혈액모사유체를 유통시키도록 상기 NFL채널부(1121c)와 연통되며 상기 NFL모사부(1121)를 관통하는 관통로 형태로 형성되는 NFL유로부(1121p)가 형성된다. 한편 도 4(B)는 상기 OPL모사부(1122)의 구조 예시를 도시한 것으로, 실제 OPL에 분포된 혈관과 유사하게, 상기 OPL채널부(1122c)가 상대적으로 작은 폭을 가지며(예시적으로 폭이 10~50μm 범위 내의 값이 될 수 있다) 고밀도로 분포되되 중심와(fovea)가 형성된 구조를 가지고 있다. 또한 OPL모사부(1122)에는, 상기 OPL채널부(1122c)로 혈액모사유체를 유통시키도록 상기 OPL채널부(1122c)와 연통되며 상기 OPL모사부(1122)를 관통하는 관통로 형태로 형성되는 OPL유로부(1122p)가 형성된다.

도 5는 도 4에 도시된 망막모사부 중 혈관층구조부의 겹침 관계를 예시적으로 도시하고 있는데, 특히 상기 NFL유로부(1121p) 및 상기 OPL유로부(1122p)의 겹침 관계를 예시적으로 도시한다. 도 4(A)에 도시된 바와 같이 상기 NFL모사부(1121)에는 우측/하측에 각각 상기 NFL유로부(1121p)가 형성되되, 상기 NFL채널부(1121c)는 우측/하측의 상기 NFL유로부(1121p)를 서로 연결하는 형태로 형성된다. 한편 도 4(B)에 도시된 바와 같이 상기 OPL모사부(1122)에는 우측/좌측에 각각 상기 OPL유로부(1122p)가 형성되되, 상기 OPL채널부(1122c)는 우측의 상기 OPL유로부(1122p) 및 하측의 상기 NFL유로부(1121p)에 상응하는 위치를 서로 연결하는 형태로 형성된다. 이 때 도 5에 도시된 바와 같이 상기 NFL모사부(1121) 및 상기 OPL유로부(1122)를 겹쳐놓으면, 우측에 형성된 상기 NFL유로부(1122p) 및 상기 OPL유로부(1122p)는 서로 연통되어 전체적으로 관통로가 형성되나, 하측에 형성된 상기 NFL유로부(1121p)는 상기 OPL모사부(1122)에 의해 막히며, 좌측에 형성된 상기 OPL유로부(1122p)는 상기 NFL모사부(1121)에 막히게 된다. 그러나 상기 NFL채널부(1121c) 및 상기 OPL채널부(1122c)의 구조에 의하여 혈액모사유체는 전체를 모두 통과할 수 있는데, 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 먼저 좌측의 상기 OPL유로부(1122p)로 유입(IN)된 혈액모사유체가 상기 OPL채널부(1122c)를 따라 진행하여 하측의 상기 NFL유로부(1121p)에 상응하는 위치에 도달한다. 그러면 혈액모사유체는 하측의 상기 NFL유로부(1121p)를 통해 상기 NFL채널부(1121c)로 유입될 수 있게 된다. 이제 하측의 상기 NFL유로부(1121p)로 유입된 혈액모사유체는 상기 NFL채널부(1121c)를 따라 진행하여 우측의 상기 NFL유로부(1121p)에 도달하며, 우측의 상기 NFL유로부(1121p) 및 상기 OPL유로부(1122p)는 서로 연통되어 있으므로, 결과적으로 우측의 상기 OPL유로부(1122p)를 통해 배출(OUT)될 수 있게 된다. 상기 설명은 하나의 예시일 뿐으로, 물론 상기 설명에서와는 반대로 혈액모사유체가, 도 5에서 OUT으로 표시된 부분으로 유입되어 IN으로 표시된 부분으로 배출될 수도 있음은 물론이다. 즉 요점은, 상기 NFL채널부(1121c) 및 상기 OPL채널부(1122c)의 형태, 상기 NFL유로부(1121p) 및 상기 OPL유로부(1122p)의 위치를 적절히 설계함으로써, 얼마든지 혈액모사유체가 전체 경로를 잘 유통되어 진행하게 할 수 있다.

부가적으로, 도 5의 설명에서는 설명을 간략하게 하기 위하여 상기 NFL모사부(1121) 및 상기 OPL모사부(1122) 사이에 결합되는 상기 다층막구조부(1110)를 생략하고 설명하였으나, 실제로는 상기 다층막구조부(1110)에는 상기 NFL유로부(1121p) 및 상기 OPL유로부(1122p)의 위치에 모두 상기 다층막구조부(1110)를 완전히 관통하는 상기 다층막유로부(1110p)가 형성되어 있음이 당연하다.

도 6은 망막모사부의 OCT 영상 및 실제 사진을 도시하고 있다. 도 6(A)에 도시된 바와 같이, 상기 혈관층구조부(1120) 중 상기 NFL모사부(1121)가 상기 다층막구조부(1110)의 상면에, 상기 OPL모사부(1122)가 상기 다층막구조부(1110)의 하면에 각각 결합되어 있는 것이 잘 나타난다. 또한 상기 NFL채널부(1121c)가 상기 NFL모사부(1121)의 하면에 형성되며, 상기 OPL채널부(1122c)가 상기 OPL모사부(1122)의 상면에 형성되어 있는 것이 잘 나타난다. 또한 도 6(B)에 도시된 바와 같이, 상기 다층막구조부(1110) 및 상기 혈관층구조부(1120)의 결합체에 유로부(1130)가 연결됨으로써, 상기 혈관층구조부(1120) 내의 미세유로채널 즉 상기 NFL채널부(1121c) 및 상기 OPL채널부(1122c)로 혈액모사유체를 원활하게 유통시킬 수 있음이 확인된다.

도 7은 망막모사부 중 혈관층구조부의 제조단계를 개념적으로 도시한 것이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 안구팬텀(1000)의 제조방법 중 상기 혈관층구조부(1120)를 제작하는 방법은, 광조사단계, 역패턴형성단계, 혈관층원재료투입단계, 기판적층단계, 웨이퍼분리단계, 기판분리단계를 포함한다.

상기 광조사단계에서는, 도 7(A)에 도시된 바와 같이, 상기 미세유로채널 형상의 역패턴 형상의 마스크를 통해 웨이퍼 상면에 식각용 광이 조사된다. 즉 제작하고자 하는 것이 상기 NFL모사부(1121)라면 상기 마스크에는 상기 NFL채널부(1121c)의 역패턴이 형성되면 되고, 제작하고자 하는 것이 상기 OPL모사부(1122)라면 상기 마스크에는 상기 OPL채널부(1122c)의 역패턴이 형성되면 된다.

상기 역패턴형성단계에서는, 도 7(B)에 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼 상의 광 조사 부분이 식각되어 제거됨으로써 상기 웨이퍼 상면에 역패턴이 형성된다.

상기 혈관층원재료투입단계에서는, 도 7(C)에 도시된 바와 같이, 상기 역패턴에 상기 혈관층구조부(1120)의 원재료인 혈관층원재료가 투입된다. 이 때 상기 혈관층원재료는, 경화성수지 및 산란제의 혼합물로서, 예시적으로 상기 경화성수지는 PDMS(polydimethylsiloxane)이고 상기 산란제는 TiO₂일 수 있다.

상기 기판적층단계에서는, 도 7(D)에 도시된 바와 같이, 상기 역패턴에 투입된 상기 혈관층원재료의 상면에 기판이 적층 및 가압된다. 상술한 바와 같이 상기 다층막원재료가 경화성수지 및 산란제의 혼합물로서 경화되기 전에는 젤 상태이므로, 상기 기판이 적층 및 가압됨으로써 상기 혈관층원재료가 상기 역패턴이 형성된 상기 웨이퍼 전체로 잘 퍼뜨려질 수 있게 된다. 한편, 추후 상기 혈관층원재료가 상기 기판으로부터 용이 분리되도록, 상기 기판적층단계 이전에, 상기 기판의 하면에 코팅제가 코팅되는 기판하면코팅단계가 미리 수행되어 있는 것이 바람직하다.

상기 웨이퍼분리단계에서는, 도 7(E)에 도시된 바와 같이, 상기 혈관층원재료의 하면에 상기 역패턴의 역형상인 패턴이 형성되고 상면이 기판에 접착된 상태로 상기 혈관층원재료가 경화되어 상기 웨이퍼로부터 분리된다. 이 때 상술한 예시에서와 같이 상기 혈관층원재료가 주로 PDMS로 이루어지는 경우, PDMS은 열에 의해 경화되는 성질을 가지므로 가열장치를 사용하여 가열함으로써 경화시킬 수 있다. 물론 상기 혈관층원재료가 주로 광경화성수지로 이루어진다면 광을 조사해 줌으로써 경화시킬 수도 있는 등, 경화를 위한 공정은 상기 혈관층원재료의 재질에 맞게 적절히 결정될 수 있다.

상기 기판분리단계에서는, 도 7(F)에 도시된 바와 같이, 상기 미세유로채널 패턴이 형성된 상기 혈관층원재료가 상기 기판으로부터 분리된다. 이상적으로는 이 단계로서 상기 혈관층모사부(1120)의 제작이 완료될 수 있겠으나, 실제로는 원하는 상기 혈관층모사부(1120)의 크기보다 좀더 크게 만들어지는 등 잉여부분이 발생할 수 있다. 또한 관통로 형태로 형성되는 상기 혈관층유로부(1120p) 역시 이 상태에서 만들어지지 않은 채일 수도 있으며, 따라서 아직 관통되지 않은 부분 역시 잉여부분에 해당한다. 따라서 상기 기판분리단계 이후에, 상기 미세유로채널 패턴이 형성된 상기 혈관층원재료의 잉여부분이 절단 제거되는 잉여제거단계가 더 수행되는 것이 바람직하며, 이렇게 함으로써 상기 혈관층모사부(1120)의 제작이 완료된다.

망막모사부 중 다층막구조부의 구조 및 제조방법

다음으로 상기 다층막구조부(1110)에 대하여 보다 상세히 설명한다.

도 8은 망막모사부 중 다층막구조부의 구조만을 따로 도시한 것이다. 상기 다층막구조부(1110)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 망막의 세포층 중 GCL(ganglion cell layer)을 모사하도록 GCL에 상응하는 산란계수를 가지는 막 형태로 형성되는 GCL모사부(1111), 망막의 세포층 중 IPL(inner plexiform layer)을 모사하도록 IPL에 상응하는 산란계수를 가지는 막 형태로 형성되는 IPL모사부(1112), 망막의 세포층 중 INL(inner nuclear layer)을 모사하도록 INL에 상응하는 산란계수를 가지는 막 형태로 형성되는 INL모사부(1113)가 순차적으로 적층된 형태로 이루어질 수 있다. GCL, IPL, INL의 순차적 배치는 도 1(B)에 도시된 실제 안구의 망막의 다층 세포층 구조를 따르는 것이다.

각각의 상기 GCL/IPL/INL모사부(1111)(1112)(1113)에는, 앞서 설명한 다층막유로부(1110p)를 형성하도록, GCL/IPL/INL유로부(1111p)(1112p)(1113p)가 각각 형성된다. 보다 구체적으로 설명하자면, 상기 GCL유로부(1111p)는 상기 다층막구조부(1110)의 상면 및 하면 각각에 구비되는 상기 혈관층구조부(1120)로 혈액모사유체를 유통시키도록 상기 GCL모사부(1111)를 관통하는 관통로 형태로 형성되고, 상기 IPL유로부(1112p)는 상기 다층막구조부(1110)의 상면 및 하면 각각에 구비되는 상기 혈관층구조부(1120)로 혈액모사유체를 유통시키도록 상기 IPL모사부(1112)를 관통하는 관통로 형태로 형성되고, 상기 INL유로부(1113p)는 상기 다층막구조부(1110)의 상면 및 하면 각각에 구비되는 상기 혈관층구조부(1120)로 혈액모사유체를 유통시키도록 상기 INL모사부(1113)를 관통하는 관통로 형태로 형성된다.

도 9는 망막모사부 중 다층막구조부의 OCT 영상 및 실제 사진을 도시하고 있다. 도 9(A)에 도시된 바와 같이, 상기 다층막구조부(1110)를 구성하는 상기 GCL모사부(1111), 상기 IPL모사부(1112), 상기 INL모사부(1113)은 서로 다른 산란계수를 가지는 바, OCT 영상에서 서로 다른 밝기를 가지는 것으로 나타난다. 도 9(B)는 상기 다층막구조부(1110)의 실제 사진으로서, 상기 다층막구조부(1110)가 실제로는 다소 불투명한 막 형태임을 잘 보여주고 있다.

도 10은 망막모사부 중 다층막구조부의 제조단계를 개념적으로 도시한 것이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 안구팬텀(1000)의 제조방법 중 상기 다층막구조부(1110)를 제작하는 방법은, 기판상면코팅단계, 다층막원재료투입단계, 다층막원재료확산단계, 기판회전중단단계, 막경화단계를 포함한다.

상기 기판상면코팅단계에서는, 도 10(A)에 도시된 바와 같이, 기판의 상면에 코팅제가 코팅된다. 상기 코팅제는 추후 상기 다층막구조부(1110)의 제작이 완료된 후 상기 기판으로부터 상기 다층막구조부(1110)를 분리하기 쉽게 하기 위한 것이다.

상기 다층막원재료투입단계에서는, 도 10(B)에 도시된 바와 같이, 상기 기판의 상면 측으로 상기 다층막구조부(1110)의 원재료인 다층막원재료가 투입된다. 이 때 상기 다층막원재료는, 경화성수지 및 산란제의 혼합물로서, 예시적으로 상기 경화성수지는 PDMS(polydimethylsiloxane)이고 상기 산란제는 TiO₂일 수 있다.

상기 다층막원재료확산단계에서는, 도 10(C)에 도시된 바와 같이, 상기 기판이 회전함으로써 상기 다층막원재료가 상기 기판 상면 전체로 퍼뜨려진다. 상술한 바와 같이 상기 다층막원재료가 경화성수지 및 산란제의 혼합물로서 경화되기 전에는 젤 상태이므로, 상기 기판이 빠르게 회전하면 원심력에 의해 용이하게 잘 퍼뜨려지게 된다. 또한 이 과정에서 전체적으로 균일한 두께를 형성할 수 있다. 물론 가장자리 쪽에서는 두께가 약간 불균일하게 이루어질 수 있겠으나, 추후 이러한 부분을 절단하면 되므로 대단히 정교하게 작업하지는 않아도 무방하다.

상기 기판회전중단단계에서는, 도 10(D)에 도시된 바와 같이, 상기 다층막원재료가 미리 결정된 두께를 형성하면 상기 기판의 회전이 중단된다. 상기 미리 결정된 두께는, 현재 제작하고 있는 층이 GCL모사부(1111)인지, IPL모사부(1112)인지, INL모사부(1113)인지에 따라 실제 GCL, IPL, INL의 두께값을 잘 모사할 수 있는 정도로 적절하게 결정될 수 있다. 또한 상기 다층막원재료의 두께는, 상기 기판의 회전속도, 회전시간, 상기 다층막원재료의 점도 등에 따라 변화한다. 이 때 상기 자층막원재료의 점도는 물론 상술한 바와 같이 현재 제작하고 있는 층이 무엇을 모사하고 있는지에 따라 조금씩 달라질 수 있되 미리 결정된 값이므로, 상기 기판의 회전속도 및 회전시간을 적절하게 조절하여 원하는 두께의 층을 제작하면 된다.

상기 막경화단계에서는, 도 10(E)에 도시된 바와 같이, 상기 다층막원재료가 경화된다. 이 때 상술한 예시에서와 같이 상기 다층막원재료가 주로 PDMS로 이루어지는 경우, PDMS은 열에 의해 경화되는 성질을 가지므로, 도 10(E)의 예시에서처럼 가열판(hot plate) 등과 같은 가열장치를 사용하여 가열함으로써 경화시킬 수 있다. 물론 상기 다층막원재료가 주로 광경화성수지로 이루어진다면 광을 조사해 줌으로써 경화시킬 수도 있는 등, 경화를 위한 공정은 상기 다층막원재료의 재질에 맞게 적절히 결정될 수 있다.

상술한 바와 같이 상기 다층막원재료투입단계, 상기 다층막원재료확산단계, 상기 기판회전중단단계, 상기 막경화단계가 한 번 수행되면 하나의 막이 제작되는데, 이러한 단계들이 순차적으로 반복 수행됨으로써 도 10(F)에 도시된 바와 같이 상기 기판의 상면에 다수 개의 층의 적층체가 형성될 수 있다. 이 때 앞서 설명한 바와 같이, 현재 제작하고 있는 층이 GCL모사부(1111)인지, IPL모사부(1112)인지, INL모사부(1113)인지에 따라 상기 다층막원재료의 경화성수지 및 산란제의 비율이 적절하게 결정될 수 있으며, 이에 따라 결과적으로 서로 다른 산란계수를 가지는 다수 개의 층의 적층체를 제작해 낼 수 있다. 이러한 서로 다른 산란계수를 가지는 다수 개의 층의 적층체를 적절히 절단하고 적절한 위치에 관통로를 뚫어 상기 다층막유로부(1110p)를 형성함으로써 상기 다층막구조부(1110)의 제작이 완료된다.

부가적으로, 상기 외부막구조부(1150) 역시 상기 다층막구조부(1110)를 제조하는 방법을 그대로 동일하게 적용하여 제조할 수 있다. 이에 따라 상기 외부막구조부(1150)의 제조 방법에 대해서는 따로 설명하지 않는다.

안구팬텀의 전체 구조

상술한 바와 같이 종래의 안구팬텀에서의 망막모사부는 망막의 다층 세포층 구조만 모사하는 다층막 구조체 형태일 뿐이었다. 그러나 본 발명의 안구팬텀(1000)에서는, 상기 망막모사부(1100)가 상기 다층막구조부(1110)의 상하면에 미세유로채널이 형성된 상기 혈관층구조부(1120)가 결합된 형태로 이루어져 상기 미세유로채널로 혈액모사유체가 유통됨으로써, 상기 망막모사부(1100)가 망막의 다층 세포층 구조 뿐 아니라 망막의 혈관 구조 및 혈류까지 모사할 수 있도록 이루어진다. 또한 앞서 설명한 바와 같이, 또한 상기 망막모사부(1100)는, 망막의 외부 세포층 구조를 모사하도록 상기 다층막구조부(1110)의 하면에 결합된 상기 혈관층구조부(1120) 하면에 더 결합되는 외부막구조부(1150)를 더 포함할 수 있는데, 이 경우 혈액모사유체를 유통시키도록 상기 외부막구조부(1150)에 상기 외부막구조부(1150)를 관통하는 관통로 형태로 형성되는 외부막유로부가 형성되며, 상기 유로부(1130)는 상기 외부막유로부를 통해 상기 혈관층유로부(1120p)와 연통되도록 이루어질 수 있다. 이에 더불어, 본 발명의 안구팬텀(1000)은, 보다 실제에 가깝에 안구를 모사하기 위해, 렌즈부(1200) 및 하우징부(1300)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.

도 11은 본 발명의 안구팬텀의 구조를 도시한 것이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 안구팬텀(1000)에 포함되는 상기 렌즈부(1200)는, 안구의 수정체를 모사하도록 적어도 하나의 렌즈로 이루어진다. 도 11에서는 상기 렌즈부(1200)가 하나의 렌즈로 이루어진 것으로 도시되나, 필요에 따라 상기 렌즈부(1200)가 복수 개의 렌즈들의 적층체로 이루어지도록 할 수도 있다. 상기 망막모사부(1100)는, 상기 렌즈부(1200) 축 상에서 상면(즉 상기 NFL모사부(1121) 쪽 면)이 상기 렌즈부(1200) 측을 향하도록 상기 렌즈부(1200)와 이격 배치된다. 또한 상기 하우징부(1300)는, 일측에 상기 렌즈부(1200)를 지지하고 타측에 상기 망막모사부(1100)를 지지하는 형태로 이루어진다. 이 때 상기 안구팬텀(1000)은, 안구의 유리체를 모사하도록 상기 하우징부(1300) 내의 상기 렌즈부(1200) 및 상기 망막모사부(1100) 사이에 유리체모사유체가 수용되는 수용공간(1300V)이 형성되며, 이 때 상기 유리체모사유체는 예시적으로 물일 수 있다. 이와 같이 만들어지는 상기 안구팬텀(1000)은, 도 11 상측의 실제 안구 도면에서 점선 네모로 표시한 것과 같은 부분을 모사하고 있다고 생각할 수 있다.

도 12는 상기 망막모사부(1100)가 상기 외부막구조부(1150)를 포함하지 않는 경우(상측 도면, 도 11 하측 도면과 동일) 및 포함하는 경우(하측 도면)을 비교하여 도시한 것이다. 도시된 바와 같이 상기 외부막구조부(1150)가 상기 렌즈부(1200) 축 상에서 상기 망막모사부(1100)의 하면(즉 상기 OPL모사부(1122) 쪽 면)에 더 적층 구비된다는 점 외에는 앞서와 동일한 구조이므로, 중복되는 설명은 생략한다.

도 13은 본 발명의 안구팬텀의 실제 사진을 도시한 것으로, 도시된 바와 같이 상기 안구팬텀(1000)에는, 상기 망막모사부(1100)에 유입 및 배출되는 혈액모사유체의 유속을 조절하도록, 상기 유로부(1130)에 유속조절부가 구비되는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명의 안구팬텀(1000)은, 앞서 설명한 바와 같이 실제 망막에 형성되어 있는 혈관 구조에 상응하는 다양한 형태의 미세유체채널 구조를 포함함으로써, 종래의 안구팬텀에 비해 실제 망막의 구조와 더욱 유사하게 망막 상의 혈관 구조 및 혈류까지 모사해 낼 수 있다. 이에 따라 본 발명의 안구팬텀(1000)이 OCT 영상으로부터 혈관 조영영상을 획득하는 기능을 탑재한 5세대 OCT 개발 과정에 적용됨으로써, 개발 중인 장비의 성능을 정확하게 평가할 수 있게 된다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

1000: 안구팬텀
1100: 망막모사부
1110: 다층막구조부 1110p: 다층막유로부
1111: GCL모사부 1111p: GCL유로부
1112: IPL모사부 1112p: IPL유로부
1113: INL모사부 1113p: INL유로부
1120: 혈관층구조부 1120p: 혈관층유로부
1121: NFL모사부
1121c: NFL채널부 1121p: NFL유로부
1122: OPL모사부
1122c: OPL채널부 1122p: OPL유로부
1130: 유로부 1140: 밀폐부
1150: 외부막구조부
1151: ONL모사부 1152: 외절모사부
1200: 렌즈부 1300: 하우징부

Claims

망막의 다층 세포층 구조를 모사하도록 서로 다른 산란계수를 가지는 다수 개의 층이 적층된 형태로 이루어지는 다층막구조부 및
망막의 혈관 구조를 모사하도록 미세유로채널을 포함하며 상기 다층막구조부의 상면 및 하면에 결합되는 혈관층구조부
를 포함하는 망막모사부;
를 포함하되,
상기 혈관층구조부는,
망막의 혈관 구조 중 NFL(nerve fiber layer)을 모사하도록 하면에 미세유로채널 형태로 된 NFL채널부가 형성되어 상기 다층막구조부의 상면에 결합되는 NFL모사부,
망막의 혈관 구조 중 OPL(outer plexiform layer)을 모사하도록 상면에 미세유로채널 형태로 된 OPL채널부가 형성되어 상기 다층막구조부의 하면에 결합되는 OPL모사부
를 포함하며,
망막의 혈관 구조에서 안구 내측 혈관이 안구 외측 혈관보다 두껍게 형성되는 것을 모사하도록 상기 NFL채널부의 폭이 상기 OPL채널부의 폭보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 안구팬텀.
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제 1항에 있어서, 상기 NFL채널부는,
폭이 100~200μm 범위 내의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 안구팬텀.
제 1항에 있어서, 상기 OPL채널부는,
폭이 10~50μm 범위 내의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 안구팬텀.
제 1항에 있어서, 상기 혈관층구조부는,
상기 NFL채널부로 혈액모사유체를 유통시키도록 상기 NFL채널부와 연통되며 상기 NFL모사부를 관통하는 관통로 형태로 형성되는 NFL유로부,
상기 OPL채널부로 혈액모사유체를 유통시키도록 상기 OPL채널부와 연통되며 상기 OPL모사부를 관통하는 관통로 형태로 형성되는 OPL유로부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 안구팬텀.
제 1항에 있어서, 상기 다층막구조부는,
망막의 세포층 중 GCL(ganglion cell layer)을 모사하도록 GCL에 상응하는 산란계수를 가지는 막 형태로 형성되는 GCL모사부,
망막의 세포층 중 IPL(inner plexiform layer)을 모사하도록 IPL에 상응하는 산란계수를 가지는 막 형태로 형성되는 IPL모사부,
망막의 세포층 중 INL(inner nuclear layer)을 모사하도록 INL에 상응하는 산란계수를 가지는 막 형태로 형성되는 INL모사부
가 순차적으로 적층된 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 안구팬텀.
제 7항에 있어서, 상기 다층막구조부는,
상기 다층막구조부의 상면 및 하면 각각에 구비되는 상기 혈관층구조부로 혈액모사유체를 유통시키도록 상기 GCL모사부를 관통하는 관통로 형태로 형성되는 GCL유로부,
상기 다층막구조부의 상면 및 하면 각각에 구비되는 상기 혈관층구조부로 혈액모사유체를 유통시키도록 상기 IPL모사부를 관통하는 관통로 형태로 형성되는 IPL유로부,
상기 다층막구조부의 상면 및 하면 각각에 구비되는 상기 혈관층구조부로 혈액모사유체를 유통시키도록 상기 INL모사부를 관통하는 관통로 형태로 형성되는 INL유로부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 안구팬텀.
제 1항에 있어서, 상기 망막모사부는,
망막의 외부 세포층 구조를 모사하도록 상기 다층막구조부의 하면에 결합된 상기 혈관층구조부 하면에 더 결합되는 외부막구조부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안구팬텀.
제 9항에 있어서, 상기 외부막구조부는,
망막의 세포층 중 ONL(outer nuclear layer)을 모사하도록 ONL에 상응하는 산란계수를 가지는 막 형태로 형성되는 ONL모사부,
망막의 세포층 중 외절(outer segment)을 모사하도록 외절에 상응하는 산란계수를 가지는 막 형태로 형성되는 외절모사부
가 순차적으로 적층된 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 안구팬텀.
제 10항에 있어서, 상기 외부막구조부는,
상기 혈관층구조부로 혈액모사유체를 유통시키도록 상기 ONL모사부를 관통하는 관통로 형태로 형성되는 ONL유로부,
상기 혈관층구조부로 혈액모사유체를 유통시키도록 상기 외절모사부를 관통하는 관통로 형태로 형성되는 외절유로부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 안구팬텀.
제 1항에 있어서, 상기 망막모사부는,
혈액모사유체를 유통시키도록 상기 다층막구조부에 상기 다층막구조부를 관통하는 관통로 형태로 형성되는 다층막유로부 및 상기 혈관층구조부에 상기 미세유로채널 및 상기 다층막유로부와 연통되며 상기 혈관층구조부를 관통하는 관통로 형태로 형성되는 혈관층유로부가 형성되며,
상기 미세유로채널에 혈액모사유체를 유통시키도록 상기 망막모사부 하면에 형성된 상기 혈관층유로부에 연결된 튜브 형태로 형성되어 혈액모사유체를 유입 또는 배출시키는 유로부,
상기 망막모사부로부터 혈액모사유체가 누출되는 것을 방지하도록 상기 망막모사부 상면에 형성된 상기 혈관층유로부를 밀폐하는 마개 형태로 형성되는 밀폐부
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안구팬텀.
제 12항에 있어서, 상기 망막모사부는,
망막의 외부 세포층 구조를 모사하도록 상기 다층막구조부의 하면에 결합된 상기 혈관층구조부 하면에 더 결합되는 외부막구조부를 더 포함하며,
혈액모사유체를 유통시키도록 상기 외부막구조부에 상기 외부막구조부를 관통하는 관통로 형태로 형성되는 외부막유로부가 형성되며,
상기 유로부는 상기 외부막유로부를 통해 상기 혈관층유로부와 연통되는 것을 특징으로 하는 안구팬텀.
제 12항에 있어서, 상기 안구팬텀은,
안구의 수정체를 모사하도록 적어도 하나의 렌즈로 이루어지는 렌즈부;
상기 렌즈부 축 상에서 상면이 상기 렌즈부 측을 향하도록 상기 렌즈부와 이격 배치되는 상기 망막모사부;
일측에 상기 렌즈부를 지지하고 타측에 상기 망막모사부를 지지하는 하우징부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 안구팬텀.
제 14항에 있어서, 상기 안구팬텀은,
안구의 유리체를 모사하도록 상기 하우징부 내의 상기 렌즈부 및 상기 망막모사부 사이에 유리체모사유체가 수용되는 수용공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 안구팬텀.
제 14항에 있어서, 상기 안구팬텀은,
상기 망막모사부에 유입 및 배출되는 혈액모사유체의 유속을 조절하도록 상기 유로부에 유속조절부가 구비되는 것을 특징으로 하는 안구팬텀.
제 1항에 의한 안구팬텀을 제조하는 안구팬텀의 제조방법에 있어서,
상기 혈관층구조부를 제작하는 방법으로서,
상기 미세유로채널 형상의 역패턴 형상의 마스크를 통해 웨이퍼 상면에 식각용 광이 조사되는 광조사단계;
상기 웨이퍼 상의 광 조사 부분이 식각되어 제거됨으로써 상기 웨이퍼 상면에 역패턴이 형성되는 역패턴형성단계;
상기 역패턴에 상기 혈관층구조부의 원재료인 혈관층원재료가 투입되는 혈관층원재료투입단계;
상기 역패턴에 투입된 상기 혈관층원재료의 상면에 기판이 적층 및 가압되는 기판적층단계;
상기 혈관층원재료의 하면에 상기 역패턴의 역형상인 패턴이 형성되고 상면이 기판에 접착된 상태로 상기 혈관층원재료가 경화되어 상기 웨이퍼로부터 분리되는 웨이퍼분리단계;
상기 미세유로채널 패턴이 형성된 상기 혈관층원재료가 상기 기판으로부터 분리되는 기판분리단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 안구팬텀의 제조방법.
제 17항에 있어서, 상기 안구팬텀의 제조방법은,
상기 기판분리단계에서 상기 혈관층원재료가 상기 기판으로부터 용이 분리되도록, 상기 기판적층단계 이전에,
상기 기판의 하면에 코팅제가 코팅되는 기판하면코팅단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안구팬텀의 제조방법.
제 17항에 있어서, 상기 안구팬텀의 제조방법은,
상기 기판분리단계 이후에,
상기 미세유로채널 패턴이 형성된 상기 혈관층원재료의 잉여부분이 절단 제거되는 잉여제거단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안구팬텀의 제조방법.
제 17항에 있어서, 상기 혈관층원재료는,
경화성수지 및 산란제의 혼합물인 것을 특징으로 하는 안구팬텀의 제조방법.
제 20항에 있어서, 상기 경화성수지는,
PDMS(polydimethylsiloxane)인 것을 특징으로 하는 안구팬텀의 제조방법.
제 20항에 있어서, 상기 산란제는,
TiO₂인 것을 특징으로 하는 안구팬텀의 제조방법.
제 1항에 의한 안구팬텀을 제조하는 안구팬텀의 제조방법에 있어서,
상기 다층막구조부를 제작하는 방법으로서,
기판의 상면에 코팅제가 코팅되는 기판상면코팅단계;
상기 기판의 상면 측으로 상기 다층막구조부의 원재료인 다층막원재료가 투입되는 다층막원재료투입단계;
상기 기판이 회전함으로써 상기 다층막원재료가 상기 기판 상면 전체로 퍼뜨려지는 다층막원재료확산단계;
상기 다층막원재료가 미리 결정된 두께를 형성하면 상기 기판의 회전이 중단되는 기판회전중단단계;
상기 다층막원재료가 경화되는 막경화단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 안구팬텀의 제조방법.
제 23항에 있어서, 상기 안구팬텀의 제조방법은,
상기 다층막원재료투입단계, 상기 다층막원재료확산단계, 상기 기판회전중단단계, 상기 막경화단계가 순차적으로 반복 수행되어 상기 기판의 상면에 서로 다른 산란계수를 가지는 다수 개의 층의 적층체가 형성되는 다층막형성단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 안구팬텀의 제조방법.
제 23항에 있어서, 상기 다층막원재료는,
경화성수지 및 산란제의 혼합물인 것을 특징으로 하는 안구팬텀의 제조방법.
제 25항에 있어서, 상기 경화성수지는,
PDMS(polydimethylsiloxane)인 것을 특징으로 하는 안구팬텀의 제조방법.
제 25항에 있어서, 상기 산란제는,
TiO₂인 것을 특징으로 하는 안구팬텀의 제조방법.