KR20080094139A - 구강 내 산도 측정을 위한 무선 ｐＨ 원격측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구강 내 산도를 측정하는 장치에 관한 것으로서, 구강 내에 식립되는 가철성 장치에 장착되며, pH 센서 전극으로 이루어진 pH측정부와, 상기 pH측정부에서 측정된 pH 측정값을 저장하는 마이크로프로세서부와, 상기 pH측정부 및 마이크로프로세서부에 전원을 공급하는 전원공급부로 이루어진 구강 내 측정기와; 상기 전원공급부와 연결되고, 상기 구강 내 측정기를 작동시키고 조정하여 상기 마이크로프로세서부에서 저장된 pH 측정값을 수신받고 전원공급부를 충전시키는 제어 및 데이타 수신부와, 상기 구강 내 장착기를 통제하고 수신된 pH 측정값을 분석하는 데이타평가부로 이루어진 구강 외 측정기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 구강 내 산도 측정을 위한 pH 원격측정장치를 기술적 요지로 한다. 이에 따라 구강 내와 치태 내부의 pH의 측정을 위한 기존의 방법들의 단점을 보완하고 원격측정기를 이용한 방법의 한계를 극복하기 위하여 pH측정부, 전원공급부 및 데이타의 저장을 위한 마이크로프로세서부를 모두 갖춘 무선의 장치를 구강 내에 위치시켜 24시간 이상의 장시간 동안 지속적으로 구강 내 pH 변화를 측정할 수 있는 이점이 있다.

구강 산도 측정 pH 원격측정 안티몬 이온 선택성

Description

구강 내 산도 측정을 위한 무선 ｐＨ 원격측정장치{wireless intra-oral pH telemeter}

도 1 - 본 발명에 따른 구강 내 산도 측정을 위한 무선 ｐＨ 원격측정장치에 대한 모식도.

도 2 - 본 발명에 따른 데이타평가부를 작동시키는 프로그램을 나타낸 도.

도 3 - 본 발명에 따른 안티몬 전극 5개에 대한 전압값을 나타낸 도.

도 4 - 본 발명에 따른 안티몬 전극에 대한 보정값을 나타낸 도.

도 5 - 본 발명에 따른 구강 내 측정기를 구강 내에 적용한 상태를 나타낸 도.

도 6 - 본 발명에 따른 구강 내 측정기에 의해 측정된 pH측정값의 변화를 나타낸 도.

<도면에 사용된 주요부호에 대한 설명>

10 : 가철성 장치 100 : 구강 내 측정기

110 : pH측정부 120 : 마이크로프로세서부

130 : 전원공급부 200 : 구강 외 측정기

210 : 제어 및 데이타 수신부 220 : 데이타평가부

본 발명은 구강 내 산도를 측정하는 장치에 관한 것으로서, pH측정부, 전원공급부 및 데이타의 저장을 위한 마이크로프로세서부를 모두 갖춘 무선의 장치를 구강 내에 위치시켜 24시간 이상의 장시간 동안 지속적으로 구강 내 pH 변화를 측정할 수 있는 구강 내 산도 측정을 위한 무선 pH 원격측정기의 제공을 그 목적으로 한다.

산에 의한 치아의 파괴는 크게 우식증과 침식증으로 나눌 수 있다. 치아의 우식증은 석회화 조직의 일부가 용해되어 파괴되는 감염성 세균 질환으로 알려져 있다. 탈회와 치질 상실로 나타나는 우식의 활성도는 매우 다양하며 치태 내부의 박테리아가 정제된 탄수화물을 대사하여 생성된 산이 치질의 결정 구조를 용해시켜 우식 병소가 발생하게 된다.

이러한 치아의 우식증이 발생되는 과정에 영향을 미치는 요인은 숙주요인, 병원체요인, 환경요인과 시간요인으로 구분된다. 그 중 우리가 일상 생활에서 매일 섭취하는 식품의 경우는 환경요인에 해당하며 섭취한 식품에 함유되어 있는 탄수화물, 특히 당분은 구강 내 세균의 대사원으로 치아의 우식증과 밀접한 관계가 있다. 당분을 섭취한 후 대사산물인 산이 생성되고 이로 인해 치태의 pH가 법랑질의 탈회가 시작되는 임계 pH(critical pH) 5.5 이하로 떨어지면 법랑질의 수산화인회석과 법랑질 표면을 덮고 있는 치태 내의 칼슘과 인 이온 농도의 평형이 기울게 되어 법랑질의 용해가 일어나게 된다.

반면, 치아 침식증은 세균의 활동과 관련이 없는 화학적 과정에 의해 발생되는 치아 경조직의 점진적인 소실로 정의될 수 있다. 치아 침식은 특징적으로 양측성으로 여러 치아에 나타나며 대개 탈회과정에 동반되는 백묵화나 거친 표면을 나타내지 않고, 법랑질 표면을 활택하며 그 변연부는 정상 치면에서 부드럽게 이행되며 색조 변화가 없다. 치아 침식증은 pH 4.5 이하의 부식성 물질인 산과 치아표면의 빈번한 접촉에 의한 현상으로, 접촉 경로에 따라 외인성 요인과 내인성 요인으로 나뉜다. 내부적인 요인 중 대표적인 경우는 위산이 구강으로 역류하여 치아의 침식을 유발하는 것이며, 외부적인 요인으로는 과일 등의 산성 음식물 섭취와 산성 음료, 탄산 음료, 이온 음료 등의 음용이 대표적인 예이다.

이러한 침식증은 섭취한 음식과 음료에 의한 구강 내 pH의 직접적인 영향을 받기 때문에 일상 생활 동안 구강 내 pH의 변화를 측정하는 것은 침식증의 진단과 치료에 중요한 의미를 지닌다. 그리고 치아 우식증과 관련하여 특정 식품의 우식 유발 가능성을 평가하기 위해서는 음식섭취 전과, 섭취 동안, 섭취 후의 치태 pH의 측정이 필수적이다. 환자의 일상적인 식단에 대한 우식 유발 잠재성에 대해 상담을 하는 경우에도 치태와 구강 내의 pH 변화를 측정함으로써 식사 형태에 따른 다양한 음식과 음료의 산생성능을 비교할 수 있다. 비록 우식 유발성이 아닌 산생성능이 측정된다 하더라도 둘 사이에는 강한 연관성이 있으므로 치태의 pH는 치아의 우식증의 발생과 예방에 중요한 의미를 가진다.

종래에는 세 가지 주요 방법이 치태 내의 pH 측정에 이용되어 왔다.

첫 번째로 샘플링/스크랩핑 방법(sampling/scraping method)은 치태를 문지 르거나 채취하여 구강 외에서 pH 미터를 사용하여 실험실에서 측정하는 방법으로 간단하고 유동적인 방법으로 여러 연령층에서 사용할 수 있다.

두 번째로 터치-온/마이크로터치 방법(touch-on/microtouch method)은 잘 알려진 "스테판 커브(Stephan Curve)" 실험을 통해 발전되었으며, 안티몬(antimony) 또는 글래스 전극(glass electrode)을 치태 내부에 직접 넣어 pH를 측정하는 방법이다. 후에 얇은 팔라듐 산화 미세전극(palladium oxide microelectrode)의 도입으로 치태의 전체 두께에 보다 유리한 접근성을 가짐으로써 더 발전되었다.

세 번째로 그라프(Graf)와 매헬만(Muhlemann)에 의해 개발된 원격 내재 전극 방법(telemetric indwelling electrode method)은 가장 기술적으로 진전된 방법으로 원래의 치태 내의 실제 pH의 측정에서는 가장 정확한 방법의 알려져 있다.

우리가 섭취하고 있는 음식과 음료의 산생성능과 우식생성능의 평가를 위해 많은 연구에서 구강 내와 치태 내부의 pH 변화를 주목해 왔다. 지금까지의 연구는 샘플링/스크랩핑 방법과 마이크로터치 방법이 연구의 주류를 이루어 왔다.

그러나 숙주인 인체의 구강 내에서 다양한 음식과 음료수의 우식유발능을 평가하기 위해서는 섭취하였을 때 실제적인 숙주 요인의 환경 하에 구강 내 pH 변화를 지속적으로 측정할 수 있는 방법이 필요하다.

최근에 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 원격 내재 전극 방법이 도입되었지만 현재까지의 원격 방법의 한계점은 유선일 경우 정해진 시간에 진료실 내에서 검사자의 지시 하에 특정 음식이나 음료를 섭취하며 구강 내 pH를 측정하기 때문에 실제 생활 방식이 반영되지 못하는 단점이 있다. 무선일 경우에는 구강 내 장착한 전극에서 측정된 pH값을 저장하는 별도의 무선 송신기를 몸에 지니고 다녀야 하는 불편감이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, pH측정부, 전원공급부 및 데이타의 저장을 위한 마이크로프로세서부를 모두 갖춘 무선의 장치를 구강 내에 위치시켜 24시간 이상의 장시간 동안 지속적으로 구강 내 pH 변화를 측정할 수 있는 구강 내 산도 측정을 위한 무선 pH 원격측정기의 제공을 그 목적으로 한다.

상술한 바와 같은 목적 달성을 위해 본 발명은, 구강 내에 식립되는 가철성 장치에 장착되며, pH 센서 전극으로 이루어진 pH측정부와, 상기 pH측정부에서 측정된 pH 측정값을 저장하는 마이크로프로세서부와, 상기 pH측정부 및 마이크로프로세서부에 전원을 공급하는 전원공급부로 이루어진 구강 내 측정기와; 상기 전원공급부와 연결되고, 상기 구강 내 측정기를 작동시키고 조정하여 상기 마이크로프로세서부에서 저장된 pH 측정값을 수신받고 전원공급부를 충전시키는 제어 및 데이타 수신부와, 상기 구강 내 장착기를 통제하고 수신된 pH 측정값을 분석하는 데이타평가부로 이루어진 구강 외 측정기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 구강 내 산도 측정을 위한 pH 원격측정장치를 기술적 요지로 한다.

또한, 상기 pH 센서 전극은, 안티몬 전극 또는 이온 선택성 전극인 것이 바람직하다.

또한, 상기 구강 내 측정기는 pH 측정값 측정 전에 완충용액에 투입하여, pH 센서 전극을 보정시키는 것이 바람직하다.

이에 따라 구강 내와 치태 내부의 pH의 측정을 위한 기존의 방법들의 단점을 보완하고 원격측정기를 이용한 방법의 한계를 극복하기 위하여 pH측정부, 전원공급부 및 데이타의 저장을 위한 마이크로프로세서부를 모두 갖춘 무선의 장치를 구강 내에 위치시켜 24시간 이상의 장시간 동안 지속적으로 구강 내 pH 변화를 측정할 수 있는 이점이 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 구강 내 산도 측정을 위한 무선 pH 원격측정장치는 구강 내의 가철성 장치(10)에 장착되는 구강 내 측정기(100)와, 상기 구강 내 측정기(100)로부터 측정된 pH값을 수신하고 상기 구강 내 측정기(100)를 작동시키고 제어하는 구강 외 측정기(200)로 크게 구성되어 있다.

먼저, 상기 구강 내 측정기(100)는 구강 내의 가철성 장치(10)에 장착되는 것으로서, pH측정부(110), 마이크로프로세서부(120) 및 전원공급부(130)로 이루어진다.

상기 pH측정부(110)는 구강 내의 pH를 측정하기 위한 pH센서로써, 수소 이온에 의한 기준전극(reference electrode)과 pH센서로 사용되는 pH 센서 전극 사이의 전압차를 측정하여 pH 완충용액으로 미리 교정된 값에 의해 pH를 표시하게 된다. 여기에서, pH센서로 사용되는 전극은 여러 종류의 전극 중 안티몬(antimony) 전극 또는 이온 선택성 전극을 사용하는데, 크기가 작고 pH 측정 시 기준이 되는 기준전극에 근접해 있어 구강 내에 사용하기에 적합하기 때문이다.

먼저, pH 센서 전극으로써 안티몬 전극에 의한 pH 측정 원리는 수소 이온에 의한 기준전극과 안티몬전극 사이의 전압차를 측정하여 pH 완충용액으로 미리 교정된 값에 의해 pH를 표시하게 된다. 본 발명에서는 안티몬을 사용하는 전극 중에서 위장관의 pH를 측정할 때 사용하는 Slimline® Multi-Use pH Catheters(Medtronic, Inc. USA)의 전극 부분을 사용하였다.

또한, 이온 선택성 전극은 수소 이온에 선택적으로 감응하는 센서로써, 유리막형 pH 센서 또는 FET형 이온센서(ISFET, Ion Sensitive Field Effect Transistor) 등이 있다. 특히 FET형 이온센서는 가격이 저렴하고 응답성이 우수하며, 초소형화가 가능하여 생체 내에 안정적으로 장착할 수 있어 이를 사용히야도 무방하다.

그리고, 상기 마이크로프로세서부(120)는 상기 pH측정부(110)를 동작시키며 상기 pH측정부(110)에서 측정된 pH 측정값을 저장하는 것으로서, 마이크로프로세서인 ATmega8L 8-bit with 8K Bytes In-System Programmable Flash(Atmel Co. USA)를 사용하였다.

그리고, 상기 전원공급부(130)는 소형 건전지를 사용하며, 상기 pH측정부(110) 및 마이크로프로세서부(120)의 작동을 일정하게 유지하기 위해 장시간 동안 전력 공급이 가능하고 재충전이 가능한 망간-리튬 코인 건전지(manganese- lithium coin battery(model:ML612S, Panasonic, Japan))를 사용하였다.

이와 같이 구강 내 측정기(100)는 pH측정부(110), 마이크로프로세서부(120) 및 전원공급부(130)로 3부분으로 구성되며 각 부분을 전기적으로 연결한 후 방수를 위해 폴리우레탄(Scotch-Weld TM Polyurethane(3M, USA))을 사용하여 핫멜트(Hotmelt)기로 완전히 에워싸도록 코팅하였다.

다음으로, 구강 외 측정기(200)는 구강 내 측정기(100)로 일정 시간 동안 구강 내 산 검사가 완료되면, 상기 구강 내 측정기(100)와 연결시켜 pH측정값을 수신하여 처리하고 제어하는 역할을 하는 것으로, 제어 및 데이타 수신부(210)와, 데이타평가부(220)로 이루어진다.

상기 제어 및 데이타 수신부(210)는 구강 내 측정기(100)의 폴리우레탄 코팅을 관통하여 전지의 양극과 음극을 연결함으로써 측정 시작과 정지, 그리고 저장된 pH측정값을 전송하도록 구강 내 측정기(100)를 조정하고 전원공급부(130)인 건전지를 충전할 수 있도록 하였다. 여기에서 저장된 pH측정값을 프로그램으로 전송하는 방법은 LED를 통한 광통신을 이용하였다.

그리고, 상기 데이타평가부(220)는 도 2에 도시된 프로그램에 의해 구동되는 것으로서, 구강 내 측정기를 통제하며 전송된 pH측정값을 각 시간별 pH 수치로 변환시킬 수 있고 특정 구간을 확대하여 볼 수 있으며 특정 구간에서 특정 pH 하방으로 내려간 구간의 면적을 수치화할 수 있는 프로그램에 의해 구동된다.

여기에서 본 발명의 일실시예에서 사용된 안티몬 전극이 와이어에서 분리된 상태에서도 pH 수치를 정확히 측정할 수 있는지를 파악하기 위하여 무작위로 선정 된 5개의 안티몬 전극으로 16종의 pH 용액의 전압을 측정하여, 이를 표 1에 나타내었다. 용액의 pH는 Corning®430 pH Meter(Nova-analytics, USA)를 사용하여 측정하였다.

< 표 1 >

무작위로 선정된 5개의 안티몬 전극으로 pH 2.07에서 pH 8.925까지 16종의 pH 용액의 전압을 측정한 결과를 표 2와 도 3에 나타내었다. 각각의 전극은 같은 pH를 가진 용액에서 서로 다른 전압차를 보였지만, 동일한 pH차에 대해서는 동일한 전압차를 보인다. 따라서 pH를 측정하기 전에 pH 7.00과 pH 4.01의 일정한 pH를 유지하는 완충용액에 넣어 안티몬 전극 간의 차를 교정해야 할 필요가 있다.

<표 2>

본 발명에 의한 보정 방법은 제작된 구강 내 측정기를 구강 내에 적용시키기 전에 pH 7 완충용액, pH 4 완충용액에 각각 10분간 pH를 측정한다. 구강 내에서 측정이 완료되고 난 후 프로그램상에서 측정된 pH 7과 pH 4에 해당하는 전압값을 입력하여 보정할 수 있도록 하였다. 이를 도 4에 나타내었다.

이와 같이 구성된 구강 내 산도 측정을 위한 무선 pH 원격측정장치는 도 5에 도시된 바와 같이 구강 내 측정기(100)를 먼저 피검자의 구강 내에 장착한다. 이를 위해 피검자를 대상으로 하악의 인상을 채득하여 구강 모형을 만들고, 상기 구강 내 측정기(100)를 부착할 수 있는 아크릴로 이루어진 가철식 장치(10)를 제작하여 구강 내 측정기(100)를 장착하여 이를 구강 내에 식립한다. 실제 구강 내에 장착하여 24시간 동안 식사 시간과 간식 종류, 활동 내용, 수면 상태를 기록하게 하며 이를 표 3에 나타내었으며, 24시간 후 구강 내에서 구강 내 측정기를 제거하여 pH 측정값의 변화를 데이타평가부에 의해 도 6에 나타내었다.

<표 3>

이에 의해 실제 구강 내에서의 24시간 동안 식사 시간과 간식 종류, 활동 내용, 수면 상태에 따른 pH를 측정하여 매일 섭취하는 식품 및 일상 생활에서의 습관으로 결정되는 환경요인에 의한 pH측정값을 정확하게 측정할 수 있어, 개개인의 구강 내 환경을 상대 비교할 수 있고, 모든 음식물과, 음료수, 기호식품의 우식 및 침식 유발능을 계량화하여 평가할 수 있게 되어, 치아 우식증 및 침식증에 대한 진단자료로 활용될 수 있다.

상기 구성에 의한 본 발명은, 구강 내와 치태 내부의 pH의 측정을 위한 기존의 방법들의 단점을 보완하고 원격측정기를 이용한 방법의 한계를 극복하기 위하여 pH측정부, 전원공급부 및 데이타의 저장을 위한 마이크로프로세서부를 모두 갖춘 무선의 장치를 구강 내에 위치시켜 24시간 이상의 장시간 동안 지속적으로 구강 내 pH 변화를 측정할 수 있는 효과가 있다.

또한, 개개인의 구강 내 환경을 상대 비교할 수 있고, 구강 내 pH 측정값이 유용한 각종 전신질환의 진단적 도구로도 활용할 수 있으며, 또한 모든 음식물과, 음료수, 기호식품의 우식 및 침식 유발능을 계량화하여 평가할 수 있고, 어린이들을 위해서는 우식 위험도를 매우 객관적으로 평가할 수 있는 예방교육의 기초 장비로의 역할을 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 구강 내에 식립되는 가철성 장치에 장착되며, pH 센서 전극으로 이루어진 pH측정부와, 상기 pH측정부에서 측정된 pH 측정값을 저장하는 마이크로프로세서부와, 상기 pH측정부 및 마이크로프로세서부에 전원을 공급하는 전원공급부로 이루어진 구강 내 측정기와;

   상기 전원공급부와 연결되고, 상기 구강 내 측정기를 작동시키고 조정하여 상기 마이크로프로세서부에서 저장된 pH 측정값을 수신받고 전원공급부를 충전시키는 제어 및 데이타 수신부와, 상기 구강 내 장착기를 통제하고 수신된 pH 측정값을 분석하는 데이타평가부로 이루어진 구강 외 측정기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 구강 내 산도 측정을 위한 pH 원격측정장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 pH 센서 전극은,

   안티몬 전극 또는 이온 선택성 전극인 것을 특징으로 하는 구강 내 산도 측정을 위한 pH 원격측정장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 구강 내 측정기는 pH 측정값 측정 전에 완충용액에 투입하여 pH 센서 전극을 보정시키는 것을 특징으로 하는 구강 내 산도 측정을 위한 pH 원격측정장치.

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