치아 우식증과 침식증의 진단과 예방에 있어 구강 내 환경, 특히 산도를 정밀하게 평가하는 것은 매우 중요한 일이다. 본 연구는 구강 내의 산도측정을 위한 기존 방법들의 단점을 보완하고자 구강 내 무선 pH 원격측정 방법을 개발하고, 실제로 측정시의 효율성을 얻기 위해 시행되었다. 구강 외로 부착되는 부가적인 장치 없이 구강 내에만 장착하여 24시간 이상 수소이온농도지수(이하 pH)를 측정할 수 있는 무선 원격측정장치를 개발하고, 정확한 산도의 측정이 가능한지를 검증하였다. 그리고 이 장치를 실제 구강 내에 장착하여 피검자로 하여금 24시간 동안의 시간별 상세한 섭식과 활동 내용, 수면 상태를 기록하도록 하고 24시간 후 구강으로부터 수거하여 지난 24시간 동안의 pH의 변화를 획득하고 분석하였다. 그 결과, 구강 내 장치와 구강 외 장치로 이루어진 구강 내 무선 pH 원격측정방법의 개발에 성공하였으며 24시간 동안 피검자의 구강 내 pH 변화를 측정한 결과, 피검자가 실제 섭취하였던 시간과 음식 종류에 일치하게 측정치를 얻을 수 있었다. 본 연구를 통하여 장시간 무선 pH 원격측정방법을 이용하여 구강 내 pH를 측정할 수 있게 됨으로써, 기존의 유선 pH 원격측정방법이 가진 한계점을 극복할 수 있게 되어 구강 내 환경이나 우식학과 관련된 보다 광범위한 연구가 가능하게 될 것이다.
치아 우식증과 침식증의 진단과 예방에 있어 구강 내 환경, 특히 산도를 정밀하게 평가하는 것은 매우 중요한 일이다. 본 연구는 구강 내의 산도측정을 위한 기존 방법들의 단점을 보완하고자 구강 내 무선 pH 원격측정 방법을 개발하고, 실제로 측정시의 효율성을 얻기 위해 시행되었다. 구강 외로 부착되는 부가적인 장치 없이 구강 내에만 장착하여 24시간 이상 수소이온농도지수(이하 pH)를 측정할 수 있는 무선 원격측정장치를 개발하고, 정확한 산도의 측정이 가능한지를 검증하였다. 그리고 이 장치를 실제 구강 내에 장착하여 피검자로 하여금 24시간 동안의 시간별 상세한 섭식과 활동 내용, 수면 상태를 기록하도록 하고 24시간 후 구강으로부터 수거하여 지난 24시간 동안의 pH의 변화를 획득하고 분석하였다. 그 결과, 구강 내 장치와 구강 외 장치로 이루어진 구강 내 무선 pH 원격측정방법의 개발에 성공하였으며 24시간 동안 피검자의 구강 내 pH 변화를 측정한 결과, 피검자가 실제 섭취하였던 시간과 음식 종류에 일치하게 측정치를 얻을 수 있었다. 본 연구를 통하여 장시간 무선 pH 원격측정방법을 이용하여 구강 내 pH를 측정할 수 있게 됨으로써, 기존의 유선 pH 원격측정방법이 가진 한계점을 극복할 수 있게 되어 구강 내 환경이나 우식학과 관련된 보다 광범위한 연구가 가능하게 될 것이다.
The purpose of this study was to develop the wireless pH telemetry lasting longer than 24 hours in the mouth to overcome the limits of conventional wire telemetry previously used for salivary and plaque pH measurement, and to assess its effectiveness. We developed a wireless pH telemeter which can m...
The purpose of this study was to develop the wireless pH telemetry lasting longer than 24 hours in the mouth to overcome the limits of conventional wire telemetry previously used for salivary and plaque pH measurement, and to assess its effectiveness. We developed a wireless pH telemeter which can measure and store the pH profile data during more than 24 hours. It was composed of intraoral part; pH sensor of antimony electrode, battery and microprocessor for data storage, and extraoral part; control/data receiver and data analyzing software which was newly made for this device. After inspecting wireless electrode for accurate measurement, it was attached to the removable intraoral appliance and delivered to the volunteer who was told to wear except brushing time, retrieved after 24 hours and finally the pH profile data was extracted and analyzed. When compared with conventional wire telemetry, this device showed similar results and induced less discomfort to examinees. The data showed pH changes at same time when examinees ate various scheduled foods and beverages. With this method it became possible to accurately measure pH changes within mouth for long time in accordance with individual's lifestyle, definitely reducing the discomfort inflicted to the examinees' life.
The purpose of this study was to develop the wireless pH telemetry lasting longer than 24 hours in the mouth to overcome the limits of conventional wire telemetry previously used for salivary and plaque pH measurement, and to assess its effectiveness. We developed a wireless pH telemeter which can measure and store the pH profile data during more than 24 hours. It was composed of intraoral part; pH sensor of antimony electrode, battery and microprocessor for data storage, and extraoral part; control/data receiver and data analyzing software which was newly made for this device. After inspecting wireless electrode for accurate measurement, it was attached to the removable intraoral appliance and delivered to the volunteer who was told to wear except brushing time, retrieved after 24 hours and finally the pH profile data was extracted and analyzed. When compared with conventional wire telemetry, this device showed similar results and induced less discomfort to examinees. The data showed pH changes at same time when examinees ate various scheduled foods and beverages. With this method it became possible to accurately measure pH changes within mouth for long time in accordance with individual's lifestyle, definitely reducing the discomfort inflicted to the examinees' life.
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문제 정의
구강 내 산도 측정에 대한 이전 연구의 주축을 이루어 왔던 유선 전극을 이용한 측정방법의 한계를 극복하기 위하여 무선 pH 원격측정 방법을 연구한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구는 구강 내 산도의 측정을 위한 기존의 방법들의 단점을 보완하고 원격측정을 이용한 방법의 한계를 극복하기 위하여 측정장치, 동력원 및 저장장치를 모두 갖춘 무선 pH 원격측정 방법을 개발하기 위해 시작되었다. 그 결과 , 크게 구강 내 장치와 구강 외 장치로 구성되고 구강 내에 위치시켜 24 시간 이상의 장시간 동안 지속적으로 구강 내 pH 변화를 측정할 수 있는 무선 pH 원격측정장치를 개발하게 되었다(특허출원번호: 10-2007-0038162).
본 연구는 구강 내와 치태 내부의 pH의 측정을 위한 기존의 방법들의 단점을 보완하고 원격측정을 이용한 방법의 한계를 극복하기 위해 구강 내 장치에서 24시간 이상 pH 수치를 측정, 저장 할 수 있는 무선 pH 원격측정방법을 개발하고 실제로 측정 시의 효율성을 얻기 위해 시행되었다.
제안 방법
1. 구강 내 장치와 구강 외 장치로 이루어진 무선 pH 원격측정 방법을 개발하여 안정화와 해상력의 정교화를 위한 실험과정을 거쳤다. pH 측정부의 antimony 전극은 무선 상태에서 용액의 산도 변화에 비례하여 안정된 전위차를 나타내었다.
pH 원격측정장치를 동작시키는 프로그램과 측정된 pH 수치를 저장할 수 있는 마이크로프로세서인 ATmega8L 8-bit with 8K Bytes In-System Programmable Flash(Atmel, USA)를 사용하였다.
구강 내 장치는 이상의 3부분으로 구성되며 각 부분을 연결한 후 방수를 위해 Scotch-Weld™ Polyurethane(3M, USA)를 사용하여 장치를 매몰하였다(Fig. 2).
구강 내 장치의 폴리우레탄막을 관통하여 전지의 양극과 음극을 연결함으로써 측정 시작과 정지, 그리고 저장된 측정값을 전송하도록 구강 내 장치를 조정하고 전지를 충전할 수 있는 구강 외 장치를 개발하였다. 저장된 측정값을 프로그램으로 전송하는 방법은 LED를 통한 광통신을 이용하였다.
01 완충용액에 각각 10분간 pH를 측정한다. 구강 내에서 측정이 완료되고 난 후 프로그램 상에서 측정된 pH 7.00과 pH 4.01에 해당하는 전압 값을 입력하여 보정할 수 있도록 개발하였다(Fig. 6).
구강 외 장치를 이용해 구강 내 장치를 통제하며 전송된 측정값을 각 시간별 pH수치로 변환시킬 수 있고 특정 구간을 확대하여 볼 수 있으며 특정 구간에서 특정 pH 하방으로 내려간 구간의 면적을 수치화 할 수 있는 프로그램을 제작하였다(Fig. 3).
무선 pH 원격측정 장치가 실제 구강 내에서 24시간 이상 효과적으로 작동하는지를 평가하기 위해 부산대학교병원 윤리위원회의 자문을 거쳐 자원 피검자를 대상으로 동의서를 받은 후, 하악의 인상을 채득하여 구강모형을 만들어 장치를 부착할 수 있는 가철식 아크릴 장치를 제작하였다. 실제 구강 내에 장착하여 24시간 동안 식사시간과 간식 종류, 활동 내용, 수면 상태를 기록하게 하여 24시간 후 구강 내에서 제거하여 pH 측정값의 변화를 알아보았다.
무선 원격측정장치가 동일한 pH 상태에서 기존의 유선 원격측정장치와 같은 결과를 얻을 수 있는지를 평가하기 위해 일정한 pH를 가진 완충 용액(pH 4.01과 pH 7.00)과 다른 용액을 유선 원격측정 방법과 무선 원격측정 방법으로 측정하였다(Fig. 4).
본 연구의 보정 방법은 제작된 무선 pH 원격측정장치를 구강 내에 적용시키기 전에 pH 7.00 완충용액, pH 4.01 완충용액에 각각 10분간 pH를 측정한다. 구강 내에서 측정이 완료되고 난 후 프로그램 상에서 측정된 pH 7.
부산대학교병원 의공학과의 자문을 얻어, 구강 외로 장착되는 부가적인 장치 없이 구강 내에만 장착하여 장시간 동안 구강 내 pH를 측정, 저장할 수 있는 무선 pH 원격측정장치를 개발하였으며 그 과정은 다음의 5단계로 나눌 수 있다(Fig. 1).
무선 pH 원격측정 장치가 실제 구강 내에서 24시간 이상 효과적으로 작동하는지를 평가하기 위해 부산대학교병원 윤리위원회의 자문을 거쳐 자원 피검자를 대상으로 동의서를 받은 후, 하악의 인상을 채득하여 구강모형을 만들어 장치를 부착할 수 있는 가철식 아크릴 장치를 제작하였다. 실제 구강 내에 장착하여 24시간 동안 식사시간과 간식 종류, 활동 내용, 수면 상태를 기록하게 하여 24시간 후 구강 내에서 제거하여 pH 측정값의 변화를 알아보았다.
용액의 pH는 산도측정기(CorningⓇ 430, Nova-analytics, USA)를 사용하여 측정하였다.
자원 피검자에게 무선 pH 원격측정장치를 장착한 가철식 아크릴 장치를 구강 내 적용시켰다(Fig. 8). 피검자가 작성한 24시간 동안의 식사시간과 간식 종류, 활동 내용, 수면 상태에 대한 기록은 Table 3에 나타내었다.
장치에 사용되는 antimony 전극이 무선인 상태에서도 pH 수치를 정확히 측정할 수 있는지를 파악하기 위하여 무작위로 선정된 5개의 antimony 전극으로 16종의 pH 용액의 전압차를 측정하였다(Table 1). 용액의 pH는 산도측정기(Corning
대상 데이터
구강 내에서 무선 pH 원격측정장치의 작동을 일정하게 유지 하기 위해 장시간동안 전력 공급이 가능하고 재충전이 가능한 manganese-lithium coin battery(ML612S, Panasonic, Japan)를 사용하였다.
antimony 전극의 pH 측정 원리는 수소 이온에 의한 reference 전극과 antimony 전극 사이의 전압차를 측정하여 pH 완충 용액으로 미리 교정된 값에 의해 pH를 표시하게 된다. 본 연구에서는 antimony를 사용하는 전극 중 현재 소화기 내과에서 위장관의 pH를 측정할 때 사용하는 SlimlineⓇ Multi-Use pH Catheters(Medtronic, USA)의 전극 부분을 사용하였다25)
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이론/모형
구강 내 장치의 폴리우레탄막을 관통하여 전지의 양극과 음극을 연결함으로써 측정 시작과 정지, 그리고 저장된 측정값을 전송하도록 구강 내 장치를 조정하고 전지를 충전할 수 있는 구강 외 장치를 개발하였다. 저장된 측정값을 프로그램으로 전송하는 방법은 LED를 통한 광통신을 이용하였다.
성능/효과
2. 무선 pH 원격측정장치를 식립한 가철성 장치를 구강 내에 장착하고 24시간 동안 피검자의 구강 내 pH 변화를 측정한 결과, 피검자가 실제 섭취하였던 시간과 음식 종류에 일치하게 측정치를 얻을 수 있었다.
본 연구는 구강 내 산도의 측정을 위한 기존의 방법들의 단점을 보완하고 원격측정을 이용한 방법의 한계를 극복하기 위하여 측정장치, 동력원 및 저장장치를 모두 갖춘 무선 pH 원격측정 방법을 개발하기 위해 시작되었다. 그 결과 , 크게 구강 내 장치와 구강 외 장치로 구성되고 구강 내에 위치시켜 24 시간 이상의 장시간 동안 지속적으로 구강 내 pH 변화를 측정할 수 있는 무선 pH 원격측정장치를 개발하게 되었다(특허출원번호: 10-2007-0038162). 이 장치를 피검자로 하여금 구강 내에 장착하고 24시간 동안 pH 변화를 측정한 결과, 피검자가 실제 섭취하였던 시간과 음식 종류에 일치하게 측정치를 얻을 수 있었다.
세 번째로 Graf와 M¨uhlemann24)에 의해 개발된 원격측정 방법은 가장 기술적으로 진전된 방법으로 원래의 치태 내의 실제 pH의 측정에서는 가장 정확한 방법이다.
그 결과 , 크게 구강 내 장치와 구강 외 장치로 구성되고 구강 내에 위치시켜 24 시간 이상의 장시간 동안 지속적으로 구강 내 pH 변화를 측정할 수 있는 무선 pH 원격측정장치를 개발하게 되었다(특허출원번호: 10-2007-0038162). 이 장치를 피검자로 하여금 구강 내에 장착하고 24시간 동안 pH 변화를 측정한 결과, 피검자가 실제 섭취하였던 시간과 음식 종류에 일치하게 측정치를 얻을 수 있었다.
후속연구
우선 개개인의 구강 내 환경을 상대 비교할 수 있고, 구강 내 pH 측정치가 유용한 각종 전신질환의 진단적 도구로도 활용성을 찾을 수 있다. 또한, 모든 음식물과 음료수, 기호식품의 우식 및 침식 유발능을 계량화하여 평가할 수 있을 것이며, 어린이들을 위해서는 우식위험도를 매우 객관적으로 평가할 수 있는 예방교육의 기초 장비로 역할을 기대할 수 있을 것이다.
본 연구를 통하여, 24시간 이상의 장시간 무선 원격측정 방법을 이용하여 구강 내 pH를 측정할 수 있게 됨으로써, 기존의 유선 pH 원격측정방법이 가진 한계점을 극복할 수 있게 되어, 구강 내 환경이나 우식학과 관련된 보다 광범위한 연구가 가능하게 될 것이다.
앞으로 개발 연구를 지속하여 측정시간을 연장하면서 측정의 재현성과 정밀성을 재고한다면 우식학의 많은 분야의 연구에 중요한 기여를 할 수 있을 것으로 판단되었다. 우선 개개인의 구강 내 환경을 상대 비교할 수 있고, 구강 내 pH 측정치가 유용한 각종 전신질환의 진단적 도구로도 활용성을 찾을 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
침식증의 진단 및 치료에서 구강 내 pH의 변화를 측정하는 것이 중요한 이유는 무엇인가?
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 예이다2,6,7). 침식증은 섭취한 음식과 음료에 의한 구강 내 pH의 직접적인 영향을 받기 때문에 일상생활 동안 구강 내 pH의 변화를 측정하는 것은 침식증의 진단과 치료에 중요한 의미를 지닌다8-14). 그리고 치아 우식증과 관련하여 특정 식품의 우식유발가능성을 평가하기 위해서는 음식섭취 전과, 섭취 동안, 섭취 후의 치태 pH의 측정이 필수적이다.
치태 내의 pH 측정 방법에는 무엇이 있는가?
세 가지 주요 방법이 치태 내의 pH 측정에 이용되어 왔다. 첫 번째로 sampling/scraping 방법은 치태를 문지르거나 채취하여 구강 외에서 산도 측정기를 사용하여 실험실에서 측정하는 방법이다19-21). 두 번째로 touch-on/microtouch 방법은 antimony 또는 유리 전극을 치태 내부에 직접 넣어 pH를 측정하는 방법이다18,22,23). 세 번째로 Graf와 M¨uhlemann24)에 의해 개발된 원격측정 방법은 가장 기술적으로 진전된 방법으로 원래의 치태 내의 실제 pH의 측정에서는 가장 정확한 방법이다. 우리가 섭취하고 있는 음식과 음료의 산생성능과 우식생성능의 평가를 위해 많은 연구에서 구강 내와 치태 내부의 pH 변화를 주목해왔다.
본 연구에서 구강 내 pH를 측정하기 위해 개발한 무선 pH 원격측정장치의 pH 센서부에 적합한 전극은 무엇인가?
pH를 측정할 수 있는 여러 종류의 전극 중 antimony 전극은 크기가 작고, pH 측정 시 기준이 되는 reference 전극이 antimony 전극에 근접해 있어 구강 내에 사용하기 적합하였다. antimony 전극의 pH 측정 원리는 수소 이온에 의한 reference 전극과 antimony 전극 사이의 전압차를 측정하여 pH 완충 용액으로 미리 교정된 값에 의해 pH를 표시하게 된다.
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