KR100224809B1

KR100224809B1 - 빈혈 측정 장치

Info

Publication number: KR100224809B1
Application number: KR1019940018073A
Authority: KR
Inventors: 함건; 윤길원
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1994-07-26
Filing date: 1994-07-26
Publication date: 1999-10-15
Also published as: KR960003685A

Abstract

본 발명은 빈혈 측정 장치에 관한 것이다.

본 발명은 헤모글로빈(Hb), 산화헤모글로빈(HbO₂), 및 물에 대하여 각각 다른 흡수 계수를 가지며 적어도 3종 이상의 광을 측정 부위에 조사하는 광조사 장치와, 상기 측정 부위로부터 산란, 흡수, 반사된 각 파장의 광을 수광하는 수광장치와, 수광된 각 파장의 광을 이용하여 헤모글로빈 및 산화헤모글로빈의 눙도를 구하는 연산장치와, 연산장치로부터 구해진 헤모글로빈 및 산화헤모글로빈의 농도를 나타내 보이는 디스플레이 장치를 구비한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 광(光)을 혈액을 포함한 인체의 피부에 조사(照射)한 후 산란, 흡수 및 반사된 광을 분석하여 빈혈의 정도를 측정하게 되므로 종래와 같이 혈액을 채취하여 측정하는 방법에 있어서의 불편함을 제거할 수 있고, 검사에 드는 비용 및 시간을 한층 절약할 수 있다.

Description

빈혈 측정 장치

제1도는 본 발명에 따른 빈혈 측정 장치의 개략적인 장치구성도.

제2도는 본 발명에 따른 빈혈 측정 장치를 이용하여 측정 부위를 측정한 경우의 헤모글로빈 및 산화헤모글로빈의 분광특성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 디지탈 신호 처리 장치(DSP) 101 : 프로브(probe)

102 : 레이저 다이오드 구동회로 103 : 증폭기

104 : 디스플레이장치 101a, 101b, 101c : 레이저 다이오드

101d : 포토 다이오드

본 발명은 빈혈 측정 장치에 관한 것으로서, 특히 종래와 같이 주사 바늘에 의해 혈액을 채취하여 소정의 검사를 하는 것이 아니라, 혈액의 채취없이 광(光)을 혈액을 포함한 인체의 피부에 조사(照射)한 후 산란, 흡수 및 반사된 광을 분석하여 빈혈의 정도를 정량적으로 측정할 수 있는 빈혈 측정 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 병원이나 의료기관에서 인간의 질병치료나 질병예방과 관련한 소정의 검사(예컨대, 간염검사 또는 빈혈등)를 하기 위해서 흔히 사용하는 방법의 하나로 혈액을 채취하여 검사를 하는 방법을 택하고 있다. 이 방법은 물론, 혈액 그 자체를 직접 채취하여 각종 검사를 하게 되므로 검사에 대한 신뢰성이 비교적 높은 편이라고 할 수 있다.

그러나, 종래의 그와 같은 혈액 채취에 의한 검사방법은 인간의 체내로부터 혈액을 채혈하기 위해서 부득이 주사기를 사용함에 따라 통증(물론, 사람마다 통증을 느끼는 정도는 다르겠지만)이 수반되는 동시에 피채혈자들에게 심리적 부담을 주게 된다. 뿐만 아니라, 검사 결과를 얻기까지 비교적 긴 시간이 걸리고, 그로 인해 혈액함유량 변동이 있을 수 있으며, 무엇보다도 피채혈자들이 병원균에 노출될 위험성이 있다는 것이 하나의 문제점으로 지적되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 감안하여 창출된 것으로서, 주사기에 의한 혈액의 채취없이 빈혈의 정도를 정량적으로 측정할 수 있는 빈혈 측정 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 빈혈 측정 장치는, 헤모글로빈(Hb), 산화헤모글로빈(HbO₂), 및 물에 대하여 각각 다른 흡수 계수를 가지며 적어도 3종 이상의 광을 측성 부위에 조사하는 광조사 장치와, 상기 측정 부위로부터 산란, 흡수, 반사된 각 파장의 광을 수광하는 수광장치와, 수광된 각 파장의 광을 이용하여 헤모글로빈 및 산화헤모글로빈의 농도를 구하는 연산장치와, 상기 연산장치로부터 구해진 헤모글로빈 및 산화헤모글로빈의 농도를 나타내 보이는 디스플레이 장치를 구비하여 된 점에 그 특징이 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 광(光)을 혈액을 포함한 인체의 피부에 조사(照射)한 후 산란, 흡수 및 반사된 광을 분석하여 빈혈의 정도를 측정하게 되므로 종래와 같이 혈액을 채취하여 측정하는 방법에 있어서의 불편함을 게거할 수 있고, 검사에 드는 비용 및 시간을 한층 절약할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 따른 빈혈 측정 장치의 개략적인 장치 구성도이다.

이를 참조하면, 본 발명의 빈혈 측정 장치는 시스템의 제어 및 연산을 수행하는 DSP(Digital Signal Processor : 100)가 마련되고, 그 DSP(100)에는 소정의 측정부위에 광을 조사하고 또한 수광하는 프로브(probe : 101)가 전기적으로 접속 설치된다. 여기서, 상기 DSP(100)에는 빈혈 측정 관련 시스템 운영을 위한 RAM(Random Access Memory : 100a) 및 ROM(Read only Memory : 100b), 그리고 DAC(Digital-to-Analog Converter: 100d)와 ADC(Analog-to-Digital Converter : 100c)등이 내장된다. 또한, 프로브(101)는 헤모글로빈(Hb), 산화헤모글로빈(HbO₂), 그리고 물에 대하여 각각 다른 흡수계수를 갖는 적어도 3종 이상의 광을 측정 부위에 조사하기 위한 3개의 레이저 다이오드(101a, 101b, 101c)와, 측정부위에 조사된 후 산란, 흡수, 반사된 광을 수광하는 포토 다이오드(101d)로 구성된다. 또한, 상기 DSP(100)와 프로브(101) 사이에는 프로브(101)내의 발광소자인 레이저 다이오드(101a, 101b, 101c)를 구동시키는 레이저 다이오드 구동회로(102)와, 수광소자인 포토다이오드(101d)로부터 출력된 신호를 증폭하는 증폭기(103)가 마련되어 전기적으로 접속된다. 그리고, 상기 DSP(100) 로부터 구해진 소정의 데이타를 나타내 보이는 디스플레이장치(104)가 DSP(100)와 전기적으로 접속된다. 부호 97은 전원스위치, 98은 전원(배터리), 99는 S/M(Search/ Measure)스위치이다.

그러면, 이상과 같은 본 발명에 따른 빈혈 측정 장치의 작동관계 및 그것을 사용해서 빈혈을 측정하는 과정에 대해 설명해 보기로 한다.

제1도에서 전원스위치(97)를 온(ON) 시키면, 전원(98)으로부터 전류가 흘러 DSP(100), 디스플레이장치(104), 레이저 다이오드(101a, 101b, 101c) 및 포토 다이오드(101d)가 작동되고, 본 발명을 수행하기 위한 시스템의 소프트웨어에 따라 디스플레이장치(104)에는 Wait...가 표시된다. 이때 DSP(100)에서는 소정 시간 동안 시스템 상태를 점검하게 되며, 모든 시스템의 상태가 정상 동작 상태가 되면 디스플레이장치 (104)에 Search Ready라고 표시된다. 이 상태에서 최대의 신호를 얻을 수 있는 동맥을 찾기 위하여 프로브(101)를 인체상의 측정 대상 부위의 피부에 접촉시키고, S/M스위치(99)를 눌러 경보음이 날 때까지 스캐닝(scanning)한다. 이때, 디스플레이장치(104)에 Measure Ready라고 표시되면, S/M스위치(99)를 다시 누른다. 그러면, 상기 DSP(100)에서는 S/M스위치(99)의 입력신호에 따라 레이저 다이오드 구동회로(102)를 구동시키게 되고, 그에 따라 프로브(101) 내의 레이저 다이오드(101a, 101b, 101c)가 순차적으로 구동된다. 이렇게 하여 소정의 흡수 계수를 가지는 레이저 다이오드 발진광이 혈관내의 혈액에 조사되고, 혈액에 의해 산란, 흡수 및 반사된 광은 포토 다이오드(101d)에 순차적으로 수광된다. 이렇게 수광된 광신호는 포토 다이오드(101d)로부터 증폭기(103)로 전송되어 증폭되고, 증폭된 신호는 다시 DSP(100)의 ADC(100c)에 입력된다. 그러면, 증폭된 상태의 아날로그 광신호는 소정의 디지탈 신호로 변환되어 DSP(100) 내부의 연산 프로그램에 데이타로 입력되고, 연산프로그램 내의 램버트 법칙(Lambert's Law: absorption = acBL) 여기서, a는 흡수계수, c는 농도, B는 산란 매체에 의해 증가하는 광통로길이계수, L은 산란 매체의 직선 거리)에 의하여 혈액 내의 헤모글로빈 및 산화 헤모글로빈의 농도가 구해진다. 그리고, 이 구해진 농도값에 의해 빈혈의 정도가 정량적으로 산출된다. 여기서, 상기 헤모글로빈 및 산화헤모글로빈의 농도에 의해 빈혈의 정도를 정량적으로 산출하는 과정에 대해 조금 더 상세히 설명해 보기로 한다.

학술지 Biochimica et Biophysica Acta 933(1988) 184-192에 발표된 인체내의 혈액등에 대한 비침습적 측정에 대한 학술 논문 Characterization of the near infrared absorption spectra of cytochrome aa₃and haemoglobin for the non-invasive monitoring of cerebral oxygenation, Susan Wray에 의하면, 뇌조직에 있어서의 일산화헤모글로빈내(HbO)과 탈산화헤모글로빈(deoxygenated haemoglobin, 아래의 식에서 HbR로 표기), 그리고 산화 시토크롬(cytochrome : aα₃, 아래의 식에서 C3로 표기)의 농도 변화를 계산하는 알고리즘(algorithm)은 다음과 같은 식으로 나타내어 진다.

여기에서, A_n은 파장 n에서의 흡수측정치이고, α_n ^X은 파장 n에서의 화합물 X의 흡수계수이며, [X]는 화합물 X의 농도이다. 이때, 상기 3개의 측정된 흡수변화치들에 대하여 탈산화헤모글로빈, 이산화헤모글로빈(HbO₂) 및 시토크롬의 산화환원에 따른 농도 변화치들이 상기 3개의 연립방정식을 연산함으로써 산출될 수 있다. 특히, 상기의 3개의 식에서 각 파장 및 화합물에 대한 소정의 비례상수(a1, a2, a3)를 각각 곱해주고 매트릭스 변환한 상태에서의 각 화합물의 농도변화치는 다음과 같이 표시될 수 있다.

상기의 식에 의해 헤모글로빈 및 산화헤모글로빈의 농도를 정량적으로 산출한 수 있으며, 이 산출된 값은 DAC(100d)에 의해 다시 아날로그 신호로 변환되고, 최종적으로 디스플레이장치(104)로 전송되어 제2도에 도시된 것과 같이 화면에 소정의 곡선 그래프로 표시된다.

한편, 이상의 과정에서는 헤모글로빈 및 산화헤모글로빈의 농도를 측정하는 경우에 대해서 설명했지만, 혈액의 다른 성분 또는 인체에 존재하는 모든 성분의 분광 특성을 알고 그에 따른 광의 파장을 선택하여 사용한 경우, 다른 물질(예컨대, 혈당 등)의 정량적 측정도 가능하다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 빈혈 측정 장치는 광(光)을 혈액을 포함한 인체의 피부에 조사(照射)한 후 산란, 흡수 및 반사된 광을 분석하여 빈혈의 정도를 측정하게 되므로 종래와 같이 혈액을 채취하여 측정하는 방법에 있어서의 불편함을 제거할 수 있고, 검사에 드는 비용 및 시간을 한층 절약할 수 있다.

Claims

헤모글로빈, 산화헤모글로빈 및 물에 대하여 각각 다른 흡수 계수를 가지며 적어도 3종 이상의 광을 측정 부위에 조사하는 광조사 장치와, 상기 측정 부위로부터 산란, 흡수, 반사된 각 파장의 광을 수광하는 수광장치와, 수광된 각 파장의 광을 이용하여 헤모글로빈 및 산화헤모글로빈의 농도를 구하는 연산장치와, 상기 연산장치로부터 구해진 헤모글로빈 및 산화헤모글로빈의 농도를 나타내 보이는 디스플레이 장치를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 빈혈 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 연산장치에는 입력된 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환시키는 아날로그-디지탈 변환기와, 디지탈 신호를 아날로그 신호로 변환시키는 디지탈-아날로그 변환기가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 빈혈 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 연산장치와, 수광장치 사이에는 수광장치로부터 출력된 신호를 증폭하는 증폭기가 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 빈혈 측정 장치.