KR0145695B1 - 혈중포도당의 비채혈식 측정 - Google Patents

혈중포도당의 비채혈식 측정

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Abstract

근적외선 정량분석 계기 및 방법은 정맥이나 동맥 혈액과 상호 작용 또는 피가 있는 보디 일부를 통과하는 투과후의 근적외선 에너지를 분석하므로써 혈중포도당을 비채혈식으로 측정한다. 계기 및 방법은 정확하고 당뇨병환자에 의한 가정에서의 검사에도 용이하게 쓰인다.

Description

[발명의 명칭]
혈증 포도당의 비채혈식 측정
[발명의 분야]
본 발명은 혈증포도당의 비채혈식 정량 측정을 위한 계기 및 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 근적외선의 상호 작용성(interactance) 및 투과성(transmittance)에 의한 정량분석에 관한 것이다.
[발명의 배경]
혈액의 화확적 구성에 관한 정보는 사람 및 동물의 건강 특성을 평가하는데 널리쓰인다. 혈액 분석은 어떤 주요 질병과 관련된 위험치(예를들면 콜레스테롤치의 함수로서 심장혈관계 질환의 위험)뿐만 아니라 대사의 현재 상태의 징후(예를들면 포도당 함량)를 제공한다. 혈액분석은 또한 여러 가지 물질의 정상치 이상이나 정상치 이하를 검출하여 여러 형태의 질환과 기능 장해의 존재의 직접 징후를 제공한다.
혈액화학을 측정하는 보통의 방법은 혈액샘플(예를들면 5 내지 10ml)을 채취하여 한가지 또는 그 이상의 표준화학 검사를 실시하는 것이다. 이 형식의 검사는 보통 정도로 비싸고, 혈액을 채취하는 한 부류의 양성된 전문가와 화학검사를 수행하는 또다른 부류의 양성된 전문가를 요한다. 더욱이, 혈액검사의 결과는 흔히 몇시간동안 때로는 며칠동안 얻을 수 없다.
최근에, 또다른 형식의 기술[즉 자장계기(self-contained instruments)]이 대다수 주제의 비교적 신속한 혈액 스크리닝(blood screening)을 위해 도입되었다. 이 계기는, 일반적으로, 손가락따기(finger poke)에서 얻어지는 더 적은 혈액 샘플(대략 25ml)을 사용한다. 이 적은 혈액 샘플을 화학적으로 처리한 캐리어(carrier)위에 놓아 계기안으로 들여놓는다. 이 계기는 통상적으로 단독분석(예를들면 포도장치)또는 다각분석을 몇순간에 해준다. 이 형식의 계기는 공교롭게도 아주 비싸서, 예를들면 몇천불의 범위에 있다.
혈액계측의 제3부류는 당뇨증이 있는 사람의 포도당치를 측정하는 특수목적에 사용가능하다. 이 기술도 손가락따기에서 얻은 적은 샘플을 사용하고 샘플은 전지로 작동하는 휴대 가능한 계기속에 넣을 수 있는 화학적으로 처리한 캐리어 위에 놓인다. 일반적으로, 이 계기는 단일기능 즉 포도당 측정을 제공한다. 이 특수계기는 비교적 저가(300불 또는 그 이하가 대표적이다)이지만, 버리는 캐리어 스틱(stick)의 비용이 고려되어야 한다. 어떤 당뇨병환자는 하루에 네번 또는 그 이상 포도당분석을 요할 수 있으므로, 일년간의 비용은 상당할 수 있다.
현재의 포도당 분석 시스템은 분석을 실행하기 전에 보디(body)에서 혈액을 뽑는 것을 요한다. 이 채혈요구는 이런 검사의 적용을 제한한다;포도당치를 알고 싶어하는 많은 사람들이 손가락을 따거나 또는 혈액 샘플을 주사 바늘로 뽑는 것에 마음이 내키지 않는다. 혈액 샘플 채취를 허락하는데 있어서의 마음이 내키지 않는 것 또는 불안감은 감염의 가능성, 불쾌(고통) 및 일반적인 환자의 두려움에 기인한다.
이리하여, 종래의 혈증 포도당 검사와 근본적으로 같은 정확도를 제공하는 비채혈식 분석계기의 필요성이 크다.
더구나, 당뇨병환자의 포도당 측정을 위한 비채혈식 저가의 방법의 필요성이 있다.
근적외선(near-infrared)(때로는 간단하게 near-IR이라고 부른다)정량 분석은 곡물, 유지종자(oilseeds), 및 다른 농산물의 화학성분을 측정하기 위해 농업분야에 널리 쓰인다. 예로서, 미세하게 같은 씨앗 및 곡물의 표면으로부터 반사되는 근적외선 에너지는 단백질 및 수분함량에 관한 정보를 제공한다. 근적외선 정량 분석의 일반적 소개는, 미국곡물 화학자 협회의 1977년 연례회의에서 로버트 디.로젠탈이 제출한 근적외선 정량 분석에 대한 소개를 참고한다. 근적외선 기술은 일본식품공학 협회의 1986년 회의에서 로버트 디.로젠탈이 제시한 곡물 및 식료품용 비파괴 근적외선 계기의 특성에서 논의된 대로 샘플에 광선을 투과하므로써 완전 비파괴 측정을 인정하는데까지 확장되었다. 이 투과적 방법은 샘플을 미세하게 갈 필요는 없지만, 반대되는 두 표면에의 접근이 가능하지 않는 용도에는 적합하지 않다.
미합중국 특허번호 제 4,621,643호 (뉴우, 주니어외다수, 1986)에서 주어진 투과적 방법의 한예는 맥박수 및 동맥 산소포화의 정도를 측정하기 위한 광학 산소계 장치에 관한 것이다. 광에너지는 보디의 부속기관 예로 손가락을 통과하여 광원을 마주보는 부속기관쪽에 위치된 디텍터를 맞춘다. 맥박수 및 포화산소는 선정한 파장에서 빛의 흡광계수로부터 계산된다.
근적외선 상호 작용성을 사용하는 또다른 근적외선 정량분석 방법은 보디 지방함량을 비침해적으로 측정하기 위해 개발되었다. 이 방법은 미국 임상영양학지, 1984년 12월호 40, 페이지 1123내지 1230에 있는 조안 엠.콘웨이외 다수가 쓴 보디 성분의 판단을 위한 새로운 방법 : 적외선 상호 작용성에 설명되었다.
이 비침해 기술에서는, 광 에너지가 팔에 들어가게 하는 작은 광프로우브가 이두근에 놓여진다. 전보디에 대한 퍼센트 보디 지방은 광입사점(light entry point)주위의 지역에서 되돌아오는 에너지의 스펙트럼 변화를 측정하므로써 측정된다.
[발명의 요약]
본 발명에 따라서, 혈중포도당을 측정하기 위한 근적외선 정량분석계기는 피검대상의 보디 일부에 있는 피속으로 근적외선 에너지를 유도하기 위한 수단, 피겸대상으로부터 나오는 근적외선 에너지를 검출하기 위한 수단, 검출된 에너지에 상당하는 전기 신호를 피검대상의 혈액에 있는 포도당의 양을 지시하는 표시(readout)로 변환시키기 위한 수단과 도입 수단 및 검출 수단을 피검대상의 보디 일부에 인접해서 위치시키기 위한 수단을 구비한다.
본 발명은 또한 혈중포도당의 근적외선 정량분석 방법을 제공하고, 이 방법은 피검대상의 보디 일부내의 혈액속으로 근적외선 에너지를 유도하는 피검대상으로부터 나오는 근적외선 에너지를 검출하는, 디텍터는 상기 나오는 에너지를 검출하여 전기 신호를 제공하는, 그리고 혈액속에 있는 포도당의 양을 지시하는 제2신호를 제공하기 위해 전기신호를 처리하는 단계를 포함한다. 이 발명된 방법의 어떤것들은 근적외선 투과의 원리를 이용하지만, 다른 것들은 근적외선 상호 작용성의 원리를 이용한다.
본 발명의 한 관점에 따라서, 혈중포도당을 측정하기 위한 근적외선 정량분석계기는 혈관내에 있는 혈액으로 근적외선 에너지를 유도하기 위한 수단, 혈액과 동일한 상호작용성을 따르는 근적외선 에너지를 검출하기 위한 수단 그리고 유도 수단 및 검출 수단을 피검대상의 혈관위에 위치시키는 수단을 구비된다.
본 발명의 이 관점은 추가로 근적외선 에너지가 피검대상의 정맥 또는 동맥속으로 유도되어 혈중포도당과 상호작용하는, 피검대상으로부터 나오는 근적외선 에너지가 전기신호를 주는 디텍터에 의해 검출되는, 신호는 혈액속의 포도당의 양을 지시하는 표시를 제공하기 위해 처리되는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 이 관점은 또한 피검대상의 정맥 또는 동맥위의 위치를 표시하여 근적외선 분석계기를 표시와 일치시켜 계기를 정확하게 위치시키는 수단 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 또다른 관점은 혈액이 있는 보디 일부를 통과하는 근외적인 투과에 의해 혈증 포도당을 측정하기 위한 장치에 관한 것이고, 장치는 보디 일부의 한쪽 속으로 근적외선 에너지를 유도하기 위한 수단, 보디 일부의 반대쪽에서 나오는 근적외선 에너지를 검출하기 위한 수단, 보디 일부의 서로 반대되는 쪽에 근적외선 유도 및 검출 장치를 위치시키기 위한 수단을 포함한다.
본 발명의 이 관점은 또한 근적외선 에너지를 혈액이 있는 보디 일부의 한쪽속으로 유도하고 보디 일부의 반대쪽에서 나오는 근적외선 에너지를 검출하고 혈중 포도당 함량을 계산하는 단계를 포함하는, 근적외선 투과에 의해 혈중 포도당을 측정하기 위한 방법에 관한 것이다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명이 속하는 근외적인 정량 혈액 분석계기의 부분 입면약도.
제2a도 및 제2b도는 근외적인 정량 분석계기의 다른 방법의 실시예의 부분 입면약도.
제3도는 제1도에 보이는 계기와 함께 사용되는 위치 잡기 디바이스의 입면도.
제4도는 발명의 방법을 실시하는 한 실시예를 도시하는 도면.
제5a도 및 제5b도는 광경로에 필터를 끼워넣기 위한 두가지 알려진 방법을 도시하는 도면.
제6도는 파장에 대한 log(1/I )의 플로트(plot).
제7도는 파장에 대한 상관계수의 플로트를 통해 파장 탐색 조사를 도시하는 도면.
제8도 및 제9도는 제1도함수식에 대한 중점파장(midpoint wavelength) 대 상관계수의 플로트를 보여주는 도면.
제10도 및 제11도는 제2도함수식에 대한 상관계수 대 파장의 플로트를 도시하는 도면.
[양호한 실시예의 상세한 설명]
본 발명은 동맥 또는 정맥 근처의 피부 표면에 광송신기 및 디텍터를 위치시켜 혈중포도당치를 비채혈식으로 측정하기 위해 광상호 작용성의 원리를 사용한다. 다른방법으로는, 본 발명은 혈중포도당을 비채혈식으로 측정하기 위해서 비교적 균일한 풍부한 혈액을 갖는 보디의 부분을 통과하는 광투과의 원리를 사용한다.
일반적으로, 사람 보디의 동맥 및 정맥은 있을 수 있는 상해로부터 보호하기 위해 신체 깊숙히 뭍혀있다.
그러나, 보디의 어떤 위치시에서는, 혈관은 피부 표면에 가까이 있다. 이것은 정맥의 경우에 특히 그렇다. 이런 위치의 몇가지 예는 팔꿈치의 크리스(crease), 손목, 손등 및 콧날이다. 포도당의 농도는 정맥 및 동맥에서 비교적 일정하므로, 어느곳에서도 타당한 측정이 얻어질 수 있다. 그러나, 정맥은 일반적으로 피부의 표면에 더 가까이 있기 때문에 통상적으로 비채혈식 측정의 보다 나은 대상이 된다.
손가락끝은 근적외선 광으로 혈액 측정을 수행하는데 특히 알맞은 또다른 장소이다. 혈액 공급이 손가락끝내에서는 분산되어 있어, 근적외선 발광체나 디텍터의 놓임의 작은 변화는 측정 결과에 커다란 영향을 미치지 않는다.
본 발명의 한 실시예에 따라서, 근적외선 상호작용성 분석기술을 이용하면, 관심상의 하나 또는 그 이상의 파장에 중심을 둔 대역폭에 있는 근적외선광 에너지는 피검대상의 피부 및 결체 조직을 통과하여 혈관으로 들어온다. 에너지의 일부는 피검대상의 혈관에서 다시 나와 디텍터에 의해 검출된다. 디텍터에서 발생된 신호가 증폭된후, 증폭된 출력은 피검대상의 혈중 포도당의 양을 나타내는 출력 신호로 처리된다. 출력 신호는 혈중포도당 함량의 시각적 표시를 제공하는 표시 디바이스를 구동한다.
근적외선 투과분석 기술을 이용한 발명의 또다른 실시예에 따라서, 관심상의 하나 또는 그 이상의 파장에 중심을 둔 대역폭에 있는 근적외선 광에너지는 피검대상의 보디의 피가 있는 부분을 통해 투과된다. 근적외선 에너지는 근적외선원의 반대쪽에서 피검대상으로부터 나와 디텍터에 의해 검출된다. 디텍터에서 발생된 신호가 증폭된 후, 증폭된 신호는 피검대상의 혈중 포도당양을 나타내는 출력 신호로 처리된다. 근적외선 상호 작용성을 이용하는 한 실시예에서, 근적외선원, 송신기, 디텍터, 증폭기, 데이터 처리 회로 및 표시를 포함하는 전체 분석계기는 가벼운 손에 들 수 있는 유닛에 내장되어 있다.
유닛의 한 방에 배치되어 있는 적외선 발광 다이오드(IREDS )는 선정된 파장의 근외적인 에너지를 손목의 두드러진 정맥에 전달하도록 초점이 맞추어진다. 근적외선 에너지는 정맥혈액의 성분과 상호작용하여 정맥으로부터 다시 방출된다. 유닛의 제2방에 들어있는 디텍터는 정맥을 따라서 발광체로부터 거리(1)만큼 떨어져 배치되어 이 에너지를 수집한다. 검출된 신호는 증폭되고 혈증포도당의 양을 지시하는 신호로 데이터 처리된다. 이 신호는 다음에 전문가에 의한 기록 또는 의사나 피검대상 자신에 의한 직접 해석을 위해 표시 디바이스에 공급된다.
미합중국 특허번호 제 4,633,087호 (로젠탈)에서 기술된 광프로우브 및 관련 계측과 같은 다른 근적외선 장치는 근적외선 상호 작용성이 혈중포도당치를 정량적으로 측정하는데 사용되는 본 발명의 실행에 유용한다.
본 발명은 또한 사용자가 위에서 검토한 상호 작용성 계기를 정맥에 따라 정확하게 위치시키도록 특별히 만들어진 위치잡기 디바이스를 포함한다. 위치 잡기 디바이스는 원한다면 동일한 위치에서 반복 측정을 하는 것을 보장하기 위해 피부에 표시하도록 한다.
본 발명에 따른 특히 양호한 무게가 가벼운 손에 들 수 있는 상호 작용성 분석계기는 제1도에 도시되어 있다. 계기(10)는 계기(10)의 제1방내에 위치한, 관심상의 파장에 중심이 놓인 정해진 반출력 대역폭(half-power bandwidth)의 근적외선 에너지의 점원(point source)을 적어도 하나 제공하기 위한 하나 또는 그 이상의 수단을 포함한다. 광적외선 점원 수단은 점원 수단으로부터 나오는 근적외선 에너지가 렌즈(12)에 의해 창(14)를 통해 피검대상의 피부위에 초점이 맞추어지도록 위치시킨다. 근적외선 점원 수단은 하나 또는 다수의 적외선 발광 다이오드(IREDS)룰 구비할 수 있다.
두 개의 이런 적외선 발광 다이오드(16)가 제1도에 도시한 실시예에서 보인다. 다수의 적외선 발광 다이오드를 사용하는 다른 실시예에서는, 셋, 넷 또는 그 이상의 적외선발광 다이오드가 점원 수단으로 사용될 수 있다.
각 적외선 발광 다이오드의 곤란한 특성화 및 분류 대신에, 적외선 발광 다이오드와 렌즈(12)사이에(제1도에서 도형으로 나타낸 것처럼)협대역 광 필터를 제공하는 것이 더 낫다. 필터(23)는 각 적외선 발광 다이오드에서 나오는 근적외선 복사를 여과하여 정해진 파장의 협대역의 근적외선 복사가 필터 및 렌드(12)를 통과하도록 하기 위해 각 적외선 발광 다이오드와 렌즈(12)사이에 위치된다. 협대역 광 필터의 이용은 사용되는 특정의 적외선 발광 다이오드의 중심 파장과 상관없이 특정 파장 선택을 제공한다. 특허된 미국 특허번호 제 4,286,327호에서 공개된대로 적외선 발광 다이오드의 반출력 대역폭내에서 또는 다르게는 적외선 발광 다이오드의 반출력 대역폭 밖에서 측정을 취할 수 있다. 제5a도 및 제5b도는 필터를 광경로에 끼워넣기 위한 두가지 알려진 구성을 도시한다.
개략적으로 도시되어 참조수자(28)로 표시된 광디텍터는 함(20)의 제2방(40)이 하단부(42)내에 배치된다. 내벽(22)이 디텍터(28)와 렌즈(12)사이에 위치되어, 점원수단 및/또는 렌즈(12)로부터의 근적외선 복사가 디텍터(28)에 직접 닿는 것을 방지하는 광학적 분리 차폐벽을 제공한다. 광디텍터(28)는 근적외선 복사가 검출될 때 전기 신호를 발생한다.
광디텍터(28)는 적당한 거리 전도 수단(33)에 의해 전기 신호 증폭기(32)의 입력에 연결된다. 증폭기(32)는 비싸지 않은 집적 회로(IC)신호 증폭기일 수 있고, 근적외선 에너지가 디텍터(28)를 맞힐 때 발생되는 신호를 증폭한다. 증폭기(32)의 출력은 표시 디바이스(36)에 신호를 제공하는 데이터 처리기겸 표시 드라이버(34)에 공급된다. 표시 디바이스(36)는 피검대상의 혈액에 있는 포도당의 양을 직접 표시하는 디지털 표시를 가질 수 있다.
제1도의 실시예는 원하는 근적외선 에너지를 제외한 모든 것을 디텍터(28)로부터 차단하기 위한 광필터(29)를 포함한다. 필터(29)및 창(14)은 피검대상의 피부에 직접 닿도록 한다. 원한다면, 필터(29) 대신에 광학적으로 투명한 창을 사용할 수 있다.
앞에서 적은 것처럼, 본 발명의 실시예는 정량 분석을 위해 근적외선 상호 작용성의 원리를 이용한다. 상호 작용성에서, 원으로부터의 광은 불투명한 부재에 의해 디텍터로부터 차단되고 따라서 피검대상과 상호 작용과 빛만이 검출된다. 혈중 포도당의 농도의 정확한 측정은, 다음과 같은 단 하나의 변수항만을 갖는 것들을 포함하는 근적외선 정량 분석에 사용되는 종래의 알고리즘의 많은 것을 사용하여 이루어진다:
근사 제1도함수 알고리즘
근사 제2도함수 알고리즘
정규화 제1도함수 알고리즘
정규화 제2도함수 알고리즘
여기에서 C는 혈액에 존재하는 포도당의 농도를 나타내고, K0는 절편 상수이고, K1은 변수항의 선기울기이고, log4/I항은 제6도에서 규정된 대로이다. 제6도는 모두 동일한 파장(대략 980㎚)에 중심이 놓인 다수의 파장쌍이 알고리즘에 사용될 수 있는 것을 도시한다. 이 알고리즘은 근적외선 분석 기술에서 표준이고 해당 분야에 숙련된 사람에 의해 적당한 마이크로프로세서 회로에 쉽게 프로그램될 수 있다. 간단한 계기교정을 허락하여 저렴한 계기의 생산을 가능하게 하기 때문에 하나의 변수항식의 사용이 매우 바람직하다.
절편 상수 K0및 기울기 상수, K1은 최초에(제품 유닛의 부품과 유사하거나 동일한 부품을 사용하는)마스터 유닛(master unit)에 대해서 알고있는 샘플의 간단한 선형 회귀분석에 의해 결정된다. 즉 또다른 잘 확립된 기술에 의하여 미리 정학하게 분석된 표분수의 샘플을 위해 제작된 계기로부터 광학수치를 얻고, 광학 수치와 미리 측정된 백분율을 디지탈 컴퓨터에서 종래의 회귀 알고리즘을 사용하여 혈중포도당 함량에 대한 상수치의 집합을 계산하는데 이용된다. 그 다음에 K4기울기와 K0절편값은 각각 분석계기의 각 제품유닛에 프로그램되고 따라서 각 제품 유닛은 광학 데이터 수치로부터 혈증 포도당치를 직접 계산할 수 있다.
사용할 수 있는 근적외선 표준 알고리즘의 또다른 부류는 다수 회귀항의 사용을 포함한다. 이런 항은 개별 log4/I항 일 수 있고 또는 정규화 분모를 갖거나 또는 갖지 않는 다수의 제1또는 제2도 함수항일 수 있다. 이런 다수항은 추가 정확도를 제공할 수 있으나 더 비싼 계기가 결과되는 더 많은 교정 비용을 초래한다.
신체의 다수의 물리적 매개변수에 대한 데이터가 또한, 본 혈중포도당 측정의 정확도를 개선하기 위해, 앞서의 미합중국 특허번호 제 4,633,087호에서 처럼 근적외선 상호 작용성의 다수 파장 측정과 함께 이용될 수 있다.
사용시, 분석계기(10)는 평평한 하부 표면이 피검대상의 손목의 두드러진 정맥 바로 위의 피부에 놓이도록 위치시킨다. 계기로부터 나오는 선정된 파장의 광은 피검대상의 정맥혈액과 상호 작용하고 디텍터(28)에 의해 검출된다. 디텍터(28)는 상술한 것처럼 처리되는 전기 신호를 발생한다.
정확한 분석의 비결은 송신기 및 디텍터 필터(또는 창)을 손목의 두드러진 정맥 바로위에 위치시키는 사용자의 능력이다. 제3도에 도시된 위치잡기 디바이스는 이 과정을 매우 용이하게 한다. 디바이스(50)는 예를들면 플라스틱 재료로 만들어지고 제1도의 분석계기(10)의 길이 L과 동일한 전체 길이 L을 갖는다. 두 개의 구멍(51)이 디바이스에 있고, 제1도의 (14) 및 (19)과 같은 관계에서, 중앙선(52)상에 제1도의 거리ℓ에 해당되는 거리ℓ만큼 떨어져서 위치되어 있다. 구멍(51)은 두드러진 정맥의 관찰을 가능케 한다. 디바이스를 손목에 놓고 정맥이 각 구멍(51)의 중심에 놓이면, 손목을 노치(53)에서 (예로 펠트펜으로)표시한다. 다음에 위치잡기 디바이스는 제거되고 계기는 정맥 바로위에 정확하게 배치된다는 확신을 갖고 분석계기(10)에 의해 대치된다.
발명의 방법은 실행하기 위한 또다른 과정은 제4도에서 보이는 파이버옵틱 광프로우브(fiber optic light probes)의 사용에 의해 이루어진다. 이 프로우브는 TREBOR-70 주사 분광 광도계와 같은 알려진 근적외선 분석계기와 연결된다. 프로우브(60)는 두드러진 정맥위에 놓여져서 원하는 파장(들)의 근적외선 에너지를 전달한다.
근적외선 에너지는 혈액성분과 상호 작용하며 제1프로우브(60)와 짧은 거리 1만큼 떨어진 정맥위에 놓인 제2프로우브(62)에 의해 수집된다. 분석계기와 관련된 디텍터는 혈증포도당에 관한 정량 정보를 알려주기 위해 상술한 것처럼 처리되는 전기 신호를 제공한다.
다양한 파장에서 상호 작용성 및 투과성 기술로 혈중포도당치의 정확한 정량 분석을 할 수 있다는 것을 알게 되었다. 제2a도 및 제2b도에 도시된 실시예에서 근적외선 광 에너지는 피검대상의 손가락을 통해 투과되어 광디텍터에 의해 검출된다. 모든 근적외선 정량 분석계기에서 처럼, 포도당 흡수를 강조하고 예로 수분, 지방 및 단백질에 기인한 간섭흡수의 영향을 제거하는 축정 파장의 조합이 선정된다. 이런 선정은 통상적으로 컴퓨터 탐색조사에 의해 성취된다. 제7도는 이런 탐색 조사를 도시한다. 제7도는 근사 제1도함수 알고리즘에 있어서 파장에 대한 상관계수를 보여주고 980±(플러스 그리고 마이너스) 35nm의 파장쌍의 사용은 그 두 파장에 있어서의 혈중 포도당과 근적외선의 흡수 사이의 높은 상관 관계를 제공하는 것을 도시한다.
발명의 한 실시예의 예는 대략 980nm의 위아래로 동일한 거리에 각각 있는 식 980±×nm로 나타낼수는 두 주파수에서 근적외선 에너지를 제공하는 적외선 발광 다이오드를 사용한다. ×의 값은 두 주파수의 중심이 대략 980nm에 놓이기만하면 심각하지 않다. 예를들면, ×는 10부터는 40까지의 수일수 있다. 제8도는 제1도함수 나누기식의 분자에서 최적 파장은 대략 1013nm(즉,980+35nm)인 것을 보여준다. 제9도는 분자가 980±35nm파장을 사용할 때 제1도함수 나누기식의 분모에 사용되는 중심 파장을 제공할 수 있는 많은 파장 범위가 있는 것을 보여준다. 이런 영역의 예는 610부터 66nm까지, 910부터 980nm까지, 그리고 990부터 1080nm까지로 보인다.
제10도 및 제11도는 제2도함수 나누기식에 사용되는 최적 중심 파장을 도시한다. 제10도는 상관계수대 파장의 플로트를 통해 최적 분자 중심 주파수는 대략1020nm인 것을 보여준다. 제11도는 약850nm의 분모중심 주파수가 최적인 것을 보여준다.
제2a도에서 보이는 것처럼, 근적외선 프로우브(100)는 피검대상의 손가락(F)위에 올려지도록 되어 있고 이 특별한 실시예에서는 위 플랜지(110)내에 배치된 두 개의 적외선 발광 다이오드(116)로 구성된 근적외선 광에너지의 점원 수단을 포함한다. 각 적외선 발광 다이오드는 협대역광 필터(123)와 짝이 되고 불투명한 광배플(light baffle)(110)에 의해 광학적으로 분리되어 있다. 플랜지(110)의 안/쪽으로 향하는 표면은 피검대상의 손가락에 대기 위한 선택적인 광학적인 투명한 창(114)이 갖추어져 있다.
위 플랜지(110)은 축(111)을 중심으로 아래 플랜지(120)에 대해 경첩식으로 움직이고 스프링(112)는 플랜지를 닫힌 위치에 유지시키는데 소용된다. 광 디텍터(128)는 아래 플랜지(120)에 근적외선 원(116)과 마주보게 배치되어 있다. 디텍터는, 광학적으로 투명한 또는 가시광선을 제외하나 근적외선 광은 통과시키는 재질로 만들어질 수 있는 선택적인 창(129)뒤에 배치되어 있다. 손가락 멈추개(103)는 피검대상의 손가락을 프로우브(100)내에 올바른 위치에 놓고 유지시키는데 도움이 된다. 플랜지의 각각은 주위의 광이 프로우브에 들어가는 것을 막기 위해 (제2도에서 상으로 나타낸) 광 차단벽(113)을 갖추고 있다.
이 실시예에서, 적외선 발광 다이오드는 펄스식으로 동작한다. 즉 순차적으로 에너지를 받고 따라서 디텍터(128)는 어느한때에 적외선 발광 다이오드중 단지 하나로부터 나오는 광을 받는다. 이 펄스식 적외선 발광 다이오드 기술은 인용으로 여기에 포함되어 있는 특허된 미합중국 특허번호 제4,286,327호에 기술되어 있다. 다른 유사한 실시예에서 동일한 파장 출력을 갖는 일군의 적외선 발광 다이오드 및(선택적인 협대역 필터)는 펄스적으로 동작케할 수 있다.
프로우브(100)는 제2a도에 개략적으로 도시된 프로세서와 전기적 연결이 되어 있다. 프로세서 유닛은 전원, 제1도의 실시예 및 근적외선 분석계측의 표준과 관련되어 기술된 신호증폭, 데이터 처리 및 표시 회로를 내장한다.
다른 방법의 실시예를 제2b도에서 보여준다. 여기에서, 프로우브(110)는 선택적인 창(114)뒤에 설치된 단일 일정출력 적외선 발광 다이오드(116)을 포함한다. 손가락을 통해 투과되는 광은 투명한 재질로 만들어진 광파늘(optical funnel)(112)에 의해 모아지고 다수의 디텍터(128)에 의해 검출된다. 디텍터는 불투명한 광배플(119)에 의해 서로 광학적으로 분리되어 있다. 각 디텍터는 협대역 광 필터(123)과 짝이 되어 필터의 좁은 파장범위 내에서의 광만을 검출하도록 짜여져 있다.
근적외선 점원 수단(116)은 위에서 설명한 것처럼 알고있는 파장 및 중심 주파수 출력의 하나 또는 그 이상의 적외선 발광 다이오드로 구성될 수 있고, 관심상의 파장만을 검출하여 주도록 광경로내에 협대역 광 필터를 포함할 수 있다. 다수의 파장이 투과분석에 이용될 수 있고 연속적으로 조명되기만 하면 다수의 적외선 발광 다이오드에 의해 발생될 수 있다.
또다른 방법은 제5b도에 보이는 것처럼 광경로를 통해 기계적으로 이동되는 다수의 대역 필터와 단일 적외선 발광 다이오드를 사용하는 것이다. 제3방법은 다수의 광 필터의 사용으로 다수의 원하는 파장을 발할 수 있는 단일 또는 일군의 적외선 발광 다이오드를 허용하면, 각 필터는 각 디텍터에 결합된다. 두 개, 세 개, 또는 네 개의 협대폭을 발하는 단일 적외선 발광 다이오드는 상업적으로 구입가능하다.
사용시, 피검대상의 손가락은 프로우브(100)의 플랜지(110)사이에 넣어진다. 근적외선 광에너지는 점원수단에 의해 발하여지고, 손가락을 통해 투과되고, 그리고 광디텍터(128)에 의해 검출된다. 디텍터에 의해 생겨나는 전기 신호는 선(130)을 통해 제1도의 장치와 관련하여 기술된 것처럼 신호가 증폭되고(위의 알고리즘을 사용하여)데이터 처리되는 프로세서 유닛에 전달된다. 혈중 포도당치는 디지탈 표시를 포함하는 것이 양호한 표시 디바이스에 표시된다.
양호한 근적외선 투과 실시예의 정확도는 알고리즘을 변경하여 손가락 두께를 매개변수로 포함하므로써 추가로 개선될 수 있다. 람베르트의 법칙에 따라서, 에너지 흡수는 대략 물체의 두께의 제곱에 비례한다. 피검대상의 손가락의 두께는 제2a도 및 제2b도에서 보이는 것처럼 프로우브(100)의 플랜지 사이에 전위차계(140)를 설치하므로써 양을 나타낼 수 있다. 전위차계의 출력은, 데이터 처리 회로와 전기적 연결이 되어 있는데, 손가락의 두께를 나타낸다. 비선형 전위차계는 출력만으로써 T2의 근사값을 낼 수 있고 따라서 별도의 제곱계산 단계는 필요하지 않다.
발명은 어떤 양호한 실시예와 관련지어 설명되었지만, 그것들에 한하지 않는다. 다음의 특허청구범위내에서의 수정은 해당기술분야에 숙련된 사람에게는 명백할 것이다. 예를들면, 정확한 측정은 손목 및 손가락 이외의 보디 부분으로부터 얻을 수 있다. 혈액성분 농도(들)을 계산하는데 사용되는 알고리즘은 알려진 근적외선 분석기술에 따라서 변경될 수 있다.

Claims (18)

  1. 피검대상의 보디 일부에 있는 혈액에서 혈중 포도당의 비채혈식 측정을 하기 위한 근적외선 정량 분석 계기에 있어서, (a)피검대상의 보디 일부에 있는 혈액속으로 근적외선 에너지를 유도하기 위한 유도 수단과, (b)보디 일부에서 나오는 약 600 내지 1110 나노미터의 범위내에 있는 근적외선 에너지를 검출하고 상기 보디 일부에서 나오는 상기 범위내에서 근적외선 에너지를 검출시에 신호를 제공하기 위한 근적외선 디텍터와, (C)근적외선 유도 수단과 근적외선 디텍터를 디텍터에 의해 검출된 근적외선 에너지가 상기 보디 일부에서 혈중포도당치에 상당하도록 보디 일부 근처 가까이에 위치시키는 수단과, (d)디텍터에 의해 만들어진 상기 신호를 피검대상의 혈액속에 존재하는 포도당의 양을 나타내는 제2신호를 처리하는 수단을 구비하는 하는 것을 특징으로 하는 혈중포도당의 비채혈식 측정용 근적외선 정량 분석 계기.
  2. 제1항에 있어서, 유도하는 상기 수단이 적어도 하나의 적외선 방출 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 혈중 포도당의 비채혈식 측정용 근적외선 정량 분석 계기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유도 수단은 근적외선과 에너지를 선택적으로 전송하는 필터를 구비하고 상기 필터는 상기 원과 상기 보디 일부 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 혈중포도당의 비채혈식 측정용 근적외선 정량 분석 계기.
  4. 제3항에 있어서, 혈중포도당 측정을 위해서 상기 필터는 약 600 및 약 1100 나노미터 사이의 근적외선 에너지를 선택적으로 전송하는 것을 특징으로 하는 혈중 포도당 비채혈식 측정용 분석 계기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 유도 수단은 약 980 나노미터에 중심이 놓인 대역폭을 제공하는 것을 특징으로 하는 혈중 포도당 비채혈식 측정용 분석 계기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 위치 수단은 상기 계기의 위치를 피검 대상의 혈관위에 표시하기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 혈중 포도당 비채혈식 측정용 분석 계기.
  7. 제1항에 있어서, 보디 일부의 두께를 측정하고 보디 일부의 두께를 나타내는 신호를 제공하기 위한 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 혈중 포도당 비채혈식 측정용 분석 계기.
  8. 피검대상의 혈액에서 혈중포도당을 정량적으로 분석하기 위한 비채혈식 방법에 있어서, (a)약 600 내지 1100 나노미터 범위인 근적외선 에너지파장에 중심을 둔 적어도 한쌍의 파장을 피검대상의 보디 일부내의 혈액속으로 유도하는 단계와, (b)피검대상으로부터 나오는 상기 에너지를 검출시 신호를 제공하는 디텍터로서 피검대상으로부터 나오는 근적외선 에너지를 검출하는 단계와, (c)피검대상의 혈액속에 존재하는 포도당의 양을 나타내는 제2신호를 제공하기 위해 신호를 처리하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 혈중 포도당의 비채혈식 측정용 근적외선 정량 분석 방법.
  9. 제8항에 있어서, 약 9800 나노미터에 중심이 놓인 근적외선 에너지를 상기 보디 일부내의 혈액속으로 유도되는 것을 특징으로 하는 혈중 포도당의 비채혈식 근적외선 정량 분석 방법.
  10. 제8항에 있어서, 약 980 나노미터에 중심이 놓인 적어도 한 파장쌍의 근적외선 에너지는 상기 보디 일부내의 혈액속으로 유도되는 것을 특징으로 하는 혈중 포도당의 비채혈식 측정용 근적외선 정량 분석 방법.
  11. 제1항에 있어서, 신호 처리 수단은 식 C=K0+K1[log1/IG-log1/IH]에 따라 신호를 처리하며 여기에서 C는 혈액속에 존재하는 포도당의 농도, K0는 절편 상수, K1은 [log1/IG-log1/IH]의 선 기울기이고, log1/IG및 log1/IH는 각각 해당되는 파장 G및 H에서의 광학 농도치를 나타내는 것을 특징으로 하는 혈중 포도당의 비채혈식 측정용 근적외선 정량 분석 계기.
  12. 제1항에 있어서, 신호처리수단은 식 C=K0+K1(log1/IA-2*log1/IB+log1/IC)에 따라 신호를 처리하며 여기에서 C는 혈액속에 존재하는 포도당의 농도, K0는 절편 상수, K1는 (log1/IA-2*log1/IB+log1/IC)의 선 기울기이고 log1/IA, log1/IB및 log1/IC는 각각 해당되는 파장 A, B 및 C에서의 광학 농도치를 나타내는 것을 특징으로 하는 혈중포도당의 비채혈식 측정용 근적외선 정량 분석 계기.
  13. 제1항에 있어서, 신호 처리 수단은 식에 따라 신호를 처리하며 여기에서 C는 혈액속에 존재하는 포도당의 농도, K0는 절편 상수, K1는의 선 기울기이고는 각각 해당되는 파장, G, H, I 및 J에서의 광학 농도치를 나타내는 것을 특징으로 하는 혈중 포도당의 비채혈식 측정용 근적외선 정량 분석 계기.
  14. 제1항에 있어서, 신호 처리 수단은 식에 따라 신호를 처리하며 여기에서 C는 혈액속에 존재하는 포도당의 농도, K0는 절편 상수, K1는선 기울기이고 log1/IA, log1/IB, log1/IC및 log1/IC, log1/ID, log1/IE, 및 log1/IF는 각각 해당되는 파장 A, B, C, D, E 및 F에서 광학 농도치를 나타내는 것을 특징으로 하는 혈중 포도당의 비채혈식 측정용 근적외선 정량 분석 계기.
  15. 제8항에 있어서, 신호는 식 C=K0+K1(log1/IG-log1/IH)에 따라 처리되며 여기에서 C는 혈액속에 존재하는 포도당의 농도, K0는 절편 상수, K1는(log1/IG-log1/IH)의 선 기울기이고, log1/IG및log1/IH는 각각 해당되는 파장 G 및 H에서의 광학 농도치를 나타내는 것을 특징으로 하는 혈중 포도당의 비채혈식 측정용 근적외선 정량 분석 방법.
  16. 제8항에 있어서, 상호 처리 수단은 식 C=K0+K1(log1/IA-2*log1/IB+log1/IC)에 따라 신호를 처리하며 여기에서 C는 혈액속에 존재하는 포도당의 농도, K0는 절편 상수, K1는 [log1/IA-2*log1/IB+log1/IC]의 선 기울기이고, 그리고 log1/IA, log1/IB및 log1/Ic]는 각각 해당되는 파장 A, B 및 C에 있어서의 광학 농도치를 나타내는 것을 특징으로 하는 혈중 포도당의 비채혈식 측정용 정량 분석 방법.
  17. 제8항에 있어서, 신호 처리 수단은 식에 따라 신호를 처리하며 여기에서 C는 혈액속에 존재하는 포도당의 농도, K0는 절편 상수, K1 선 기울기이고, 그리고 log1/IG, log1/IH, log1/II및 log1/IJ는 각각 해당되는 파장 G, H, I 및 J에서의 광학, 농도치를 나타내는 것을 특징으로 하는 혈중 포도당의 비채혈식 측정용 정량 분석 방법.
  18. 제8항에 있어서, 신호 처리 수단은 식따라 신호를 처리하며 여기에서 C는 혈액속에 존재하는 포도당의 농도, K0는 절편 상수, K1 선 기울기이고, log1/IA, log1/IB, log1/IC, log1/ID, log1/IE, 및 log1/IF, 는 각각 해당되는 파장 A, B, C, D, E 및 F에서의 광학 농도치를 나타내는 것을 특징으로 하는 혈중 포도당의 비채혈식 측정용 정량 분석 방법.
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