KR100587742B1 - Method and device for measurement of glucose concentration using Polarization Senstivity Low Coherence Interferometry - Google Patents

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KR100587742B1 KR1020030092623A KR20030092623A KR100587742B1 KR 100587742 B1 KR100587742 B1 KR 100587742B1 KR 1020030092623 A KR1020030092623 A KR 1020030092623A KR 20030092623 A KR20030092623 A KR 20030092623A KR 100587742 B1 KR100587742 B1 KR 100587742B1
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Abstract

본 발명은 편광 감도 저 간섭성 간섭계(polarization sensitive low coherence interferometer(PS-LCI))를 이용한 포도당 농도 측정장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a glucose concentration measuring apparatus and method using a polarization sensitive low coherence interferometer (PS-LCI).

본 발명은 광원에서 나온 빛을 받아들여 수평 방향으로 편광된 빔을 출력하는 제1 편광 분배기(PBS), 제1 편광 분배기로부터 출력된 수평 빔을 받아들여 수평에 대해 22.5°의 제1의 1/4파장판(QWP) 및 45°의 제2의 1/4파장판으로 보내는 광 분배기(BS), 제1의 1/4파장판(QWP)를 통과한 빛이 들어가는 기준 반사경(reference mirror), 수평편광 성분의 간섭신호(Eox)를 검출하는 제1 광검출기, 수직편광 성분의 간섭신호(Eoy)를 검출하는 제2 광검출기, 광분배기로부터 제1의 1/4파장판 및 제2의 1/4파장판으로 보내진 빛이 다시 돌아와 제1 편광 분배기 앞에서 모여지며 이 빛을 받아 제1 광검출기 및 제2 광검출기에 보내는 제2 편광분배기, 제1 광검출기 및 제2 광검출기에서 검출된 신호를 디지탈 신호로 변환하는 A/D 변환기, A/D 변환기로부터 출력된 데이터를 저장하는 메모리, 메모리에 저장된 데이터로부터 복조(demodulation) 과정을 수행하는 연산처리장치를 구비하고 있으며, 상기 연산처리장치는 제1 광검출기 및 제2 광검출기에서 검출된 신호를 수신하는 대역통과 필터, 상기 대역통과 필터의 출력을 힐베르트(Hilbert) 변환을 통하여 크기(amplitude)와 위상을 구하는 힐베르트 변환부, 힐베르트 변환부의 출력신호로 부터 스토크스 변수(Stokes parameters)를 추출하여 편극 해소 변수(depolarization)(S1)를 구하는 변수 추출부를 포함하고 있다.The present invention receives a first polarization splitter (PBS) that receives light from a light source and outputs a beam polarized in a horizontal direction, and receives a horizontal beam output from the first polarization splitter and receives a first 1 / 22.5 ° with respect to the horizontal. A light splitter (BS) that sends a four-wavelength plate (QWP) and a second quarter-wave plate at 45 °, a reference mirror into which light passes through the first quarter-wave plate (QWP), A first photodetector for detecting the interference signal (Eox) of the horizontal polarization component, a second photodetector for detecting the interference signal (Eoy) of the vertical polarization component, a first quarter wave plate and a second one from the optical splitter The light sent to the / 4 wavelength plate is returned and gathered in front of the first polarization splitter, and the signal detected by the second polarization splitter, the first photodetector, and the second photodetector which receives the light and sends it to the first photodetector and the second photodetector A / D converter that converts the digital signal into a digital signal, Memory that stores data output from the A / D converter, And a processing unit configured to perform a demodulation process from data stored in a memory, the processing unit including a bandpass filter for receiving signals detected by the first photodetector and the second photodetector, and the bandpass filter Hilbert transform, which calculates amplitude and phase through Hilbert transform, extracts Stokes parameters from the output signal of Hilbert transform to obtain depolarization (S1). It includes a variable extraction unit.

포도당 농도 측정장치, 편광 분배기, 광 분배기, 편극해소Glucose concentration measuring device, polarization splitter, light splitter, polarization cancellation

Description

편광감도 저 간섭성 간섭계를 이용한 포도당 농도 측정장치 및 방법{Method and device for measurement of glucose concentration using Polarization Senstivity Low Coherence Interferometry}Method and device for measurement of glucose concentration using Polarization Senstivity Low Coherence Interferometry}

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 편광감도 저 간섭성 간섭계를 이용한 포도당 농도측정 장치의 구성을 설명하기위한 개략적인 블록도이다.1 is a schematic block diagram illustrating a configuration of a glucose concentration measuring apparatus using a polarization sensitive low coherence interferometer according to an embodiment of the present invention.

도 2a는 도1의 연산처리부에서 제1 광검출기 또는 제2 광검출기에서 검출된 간섭신호의 일예이다.FIG. 2A is an example of an interference signal detected by a first photodetector or a second photodetector in the calculation processor of FIG. 1.

도 2b는 도1의 연산처리부에서 대역통과필터를 통과하여 필터링된 신호의 일예이다.FIG. 2B is an example of a signal filtered through the bandpass filter in the calculation processor of FIG. 1.

도 2c는 도1의 연산처리부에서 힐베르트 변환한 후 신호의 일예이다.FIG. 2C is an example of a signal after Hilbert transform in the operation processor of FIG. 1.

도 2d는 도1의 연산처리부에서 역산란 광의 광강도 변수(S0)를 구한 결과의 일예이다.FIG. 2D is an example of a result of obtaining the light intensity variable SO of the backscattered light in the calculation processing unit of FIG. 1.

도 2e는 도1의 연산처리부에서 편극 해소 변수(S1)를 구한 결과의 일예이다.FIG. 2E is an example of the result of obtaining the polarization canceling variable S1 in the calculation processing unit of FIG. 1.

도 3a는 인트라리피드(Intralipid) 용액에서의 포도당 농도에 따른 역산란 광의 광강도 변수(S0)의 계수값의 변화를 나타내는 그래프이다.FIG. 3A is a graph showing the change of the coefficient value of the light intensity parameter SO of the backscattered light according to the glucose concentration in the intralipid solution.

도 3b는 인트라리피드 용액에서의 포도당 농도에 따른 편극 해소 변수(S1)의 계수값의 변화를 나타내는 그래프이다.3B is a graph showing the change of the coefficient value of the polarization elimination variable (S1) according to the glucose concentration in the intralipid solution.

도 4a는 혈액에서의 포도당 농도에 따른 역산란 광의 광강도 변수(S0)의 계수값의 변화를 나타내는 그래프이다.4A is a graph showing the change of the coefficient value of the light intensity parameter SO of the backscattered light according to the glucose concentration in the blood.

도 4b는 혈액에서의 포도당 농도에 따른 편극 해소 변수(S1)의 계수값의 변화를 나타내는 그래프이다.4B is a graph showing the change in the coefficient value of the polarization canceling parameter S1 according to the glucose concentration in the blood.

본 발명은 편광 감도 저 간섭성 간섭계(polarization sensitive low coherence interferometer) (이하, PS-LCI 라 한다)를 이용한 포도당 농도 측정장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a glucose concentration measuring apparatus and method using a polarization sensitive low coherence interferometer (hereinafter referred to as PS-LCI).

당뇨병에 걸린 환자는 수시로 혈액을 체외로 추출하여 포도당의 양을 측정하게 되는데, 기존의 포도당 농도 측정장치들은 손가락을 찔러서 채혈하여 측정해야하는데, 이는 고통을 수반하게 되며 감염의 위험도 있다.Patients with diabetes often take out blood outside the body to measure the amount of glucose. Existing glucose concentration measuring devices must be measured by pinching fingers and taking blood, which is accompanied by pain and risk of infection.

최근 수년간, 편광측정법(polarimetry), 라만 분광학(Raman spectroscopy), 근적외선 흡광 분광학(near infrared (NIR) absorption spectroscopy), 근적외선 산란(NIR scattering), 광 음향학(optoacoustics) 등의 방법을 통하여 비침습적으로 포도당(Glucose)의 농도를 측정하려는 여러가지 시도있다. 일반적으로 이들 방법은 감도(sensitivity) 와 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio)가 매우 낮고 복잡한 알고리즘이 요구되어지며 정확도가 떨어지는 등 포도당 농도 측정에 한계가 있다.In recent years, glucose has been non-invasive through methods such as polarimetry, Raman spectroscopy, near infrared (NIR) absorption spectroscopy, near-infrared scattering, and optoacoustics. There are several attempts to measure the concentration of Glucose. In general, these methods have limitations in measuring glucose concentrations, including very low sensitivity and signal-to-noise ratios, complex algorithms, and inaccuracies.

이러한 종래의 문제점을 개선하기위해, 본 발명은 포도당의 농도 측정에 있어, 정확도를 높인 PS-LCI 기법을 이용한 포도당 농도 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to improve such a conventional problem, an object of the present invention is to provide an apparatus and method for measuring glucose concentration using PS-LCI technique with improved accuracy in measuring glucose concentration.

산란(scattering)은 생체 조직을 통하여 전달되는 빛의 편광 상태를 바꾸는 주요한 원인이다. 이러한 산란은 굴절률의 영향을 받으며, 산란 현상은 물질의 농도에 따라 영향을 받게 된다. 포도당의 농도에 따른 산란 변화도 굴절률의 변화에 따라 변화하게 되는데 굴절률의 변화는 수학식 1과 같은 공식에 따르게 된다.Scattering is a major cause of changing the polarization state of light transmitted through living tissue. This scattering is affected by the refractive index and the scattering phenomenon is affected by the concentration of the material. The scattering change according to the concentration of glucose also changes according to the change of the refractive index. The change of the refractive index is based on the formula shown in Equation 1.

Δn ≡ ns / (nISF ＋ 1.52 × 105/10㎎/㎗) Δn ≡ n s / (n ISF + 1.52 × 10 5 / 10㎎ / ㎗)

ns: 산란 중심의 지수의 시차굴절율(refractive index of scattering center)n s : differential index of scattering center

nISF: 간질액의 시차굴절율(refractive index of interstitial fluid)n ISF : refractive index of interstitial fluid

일반적으로 포도당의 농도가 증가하면, 포도당이 물을 대체하는 효과를 내며 따라서 굴절률 차이가 감소하여 산란계수가 감소하게 된다.In general, when the concentration of glucose is increased, the effect of glucose to replace the water, so the refractive index difference is reduced and the scattering coefficient is reduced.

산란계수의 변화는 투과 깊이(penetration depth)에 영향을 주며 이는 생체조직으로 들어간 빛이 깊이에 따라 다시 나오는 역산란광의 광강도(S0)와 깊이에 대한 편광성분의 유지 정도 또는 편극 해소(depolarization)되는 정도(S1)에 영향을 미치게 된다.The change in scattering coefficient affects the penetration depth, which is the intensity of polarization of the backscattered light (S0) and the degree of polarization of the backscattered light with the depth of light entering the tissue, and depolarization. Will affect the degree (S1).

저 간섭성 간섭계(Low Coherence Interferometer(LCI))는 기본적으로 적외선 영역의 빛을 50/50 빔 분배기를 이용하여 둘로 나누고 기준 반사경(scanner)에서 반사되는 빛과 샘플에서 뒷쪽 산란(back-scattering) 된 빛이 다시 빔 분배기에 모였을 때, 두 빛의 경로차에 의한 가간섭 원리를 응용한 것이다.Low Coherence Interferometer (LCI) basically divides the light in the infrared region into two using a 50/50 beam splitter and back-scattering the light reflected from the reference scanner and the sample. When the light is gathered again in the beam splitter, it applies the principle of interference by the path difference between two lights.

본 발명에서는 PS-LCI 시스템에서 원편광 빛이 농도가 다른 물질 사이를 통과하였을 때 거리에 대해 비례하는 수직(orthogonal)한 편광 구성 성분 사이의 스토크스 변수(Stokes parameters)(S0, S1)를 검출하여 포도당의 농도측정에 적용한다.The present invention detects Stokes parameters (S0, S1) between orthogonal polarization components that are proportional to the distance when circularly polarized light passes between materials of different concentrations in the PS-LCI system. To measure the concentration of glucose.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는, 포도당의 농도 측정에 있어, 정확도를 높인 편광 감도 저 간섭성 간섭계를 이용한 포도당 농도 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide an apparatus and method for measuring glucose concentration using a polarization sensitivity low coherence interferometer with increased accuracy in measuring glucose concentration.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는, 편광 감도 저 간섭성 간섭계을 이용한 포도당 농도 측정에 있어 정확도를 높이는 변수를 추출하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for extracting a parameter for increasing accuracy in measuring glucose concentration using a polarization sensitivity low coherence interferometer.

상기한 기술적 과제를 이루기 위해, 본 발명의 편광감도 저 간섭성 간섭계를 이용한 포도당 농도 측정 장치는, 광원에서 나온 빛을 받아들여 수평 방향으로 편광된 빔을 출력하는 제1 편광 분배기(PBS); 제1 편광 분배기로부터 출력된 수평 빔을 받아들여 수평에 대해 22.5°의 제1의 1/4파장판(QWP) 및 45°의 제2의 1/4파장판으로 보내는 광 분배기(BS); 상기 제1의 1/4파장판(QWP)을 통과한 빛이 들어가 는 기준 반사경(reference mirror); 수평편광 성분의 간섭신호(Eox)를 검출하는 제1 광검출기; 수직편광 성분의 간섭신호(Eoy)를 검출하는 제2 광검출기; 광분배기로부터 제1의 1/4파장판 및 제2의 1/4파장판으로 보내진 빛이 다시 돌아와 제1 편광 분배기 앞에서 모여지며 이 빛을 받아 제1 광검출기 및 제2 광검출기에 보내는 제2 편광분배기; 제1 광검출기 및 제2 광검출기에서 검출된 신호를 디지탈 신호로 변환하는 A/D 변환부; A/D 변환부로부터 출력된 데이터를 저장하는 메모리; 메모리에 저장된 데이터로부터 복조(demodulation) 과정을 수행하는 연산처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, a glucose concentration measuring apparatus using a low-polarity interferometer interferometer of the present invention, the first polarization splitter (PBS) for receiving the light from the light source and outputs a beam polarized in the horizontal direction; An optical splitter BS that receives the horizontal beam output from the first polarization splitter and sends it to the first quarter wave plate QWP at 22.5 ° and the second quarter wave plate at 45 ° to the horizontal; A reference mirror to which light passing through the first quarter wave plate QWP enters; A first photodetector for detecting an interference signal Eox of a horizontal polarization component; A second photodetector for detecting an interference signal (Eoy) of the vertical polarization component; The light sent from the optical splitter to the first quarter wave plate and the second quarter wave plate is returned and gathered in front of the first polarization splitter and receives the light and sends it to the first photodetector and the second photodetector. Polarization divider; An A / D converter converting the signals detected by the first photodetector and the second photodetector into digital signals; A memory for storing data output from the A / D converter; And an operation processor configured to perform a demodulation process from data stored in the memory.

상기 연산처리부는 제1 광검출기 및 제2 광검출기에서 검출된 신호를 수신하는 대역통과 필터; 상기 대역통과 필터의 출력을 힐베르트(Hilbert) 변환을 통하여 크기(amplitude)와 위상을 구하는 힐베르트 변환부; 힐베르트 변환부의 출력신호로 부터 스토크스 변수를 추출하여 편극 해소 변수(depolarization)(S1)를 구하는 변수 추출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The calculation processing unit may include: a bandpass filter configured to receive signals detected by the first photodetector and the second photodetector; A Hilbert transform unit that obtains an amplitude and a phase of the output of the bandpass filter through a Hilbert transform; And a variable extraction unit for extracting a Stokes variable from an output signal of the Hilbert transform unit to obtain a depolarization (S1).

본 발명의 편광감도 저 간섭성 간섭계를 이용한 포도당 농도 측정 방법은, 광원에서 나온 빛은 제1 편광 분배기(PBS)를 통과하여 수평 방향으로 편광된 빔을 만들어내는 제1 편광 분배 단계; 광분배기에서 상기 제1 편광 분배기로부터 출력된 수평 빔을 받아들여 수평에 대해 22.5°의 제1의 1/4파장판(QWP) 및 45°의 제2의 1/4파장판으로 보내는 광 분배 단계; 상기 광분배기로부터 제1의 1/4파장판 및 제2의 1/4파장판으로 보내진 빛이 다시 돌아와 제1 편광 분배기 앞에서 모여지며, 제2 편광분배기에서 이 빛을 받아 제1 광검출기 및 제2 광검출기에 보내는 제2 편광 분 배 단계; A/D 변환부에서 제1 광검출기 및 제2 광검출기에서 검출된 신호를 디지탈 신호로 변환하는 A/D 변환 단계; A/D 변환부로부터 출력된 데이터를 메모리에 저장하는 데이터 저장 단계; 상기 메모리에 저장된 데이터로부터 복조 과정을 수행하는 연산처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A glucose concentration measuring method using a polarization sensitivity low coherence interferometer of the present invention, the light from the light source passes through the first polarizing splitter (PBS) to produce a beam polarized in the horizontal direction; A light distribution step of receiving a horizontal beam output from the first polarization splitter in an optical splitter and sending it to the first quarter wave plate (QWP) at 22.5 ° and the second quarter wave plate at 45 ° to the horizontal; ; Light sent from the optical splitter to the first quarter-wave plate and the second quarter-wave plate is returned and collected in front of the first polarization splitter, and the first polarizer and the first photodetector and the first polarizer divide the light. A second polarization distribution step sent to the second photodetector; An A / D conversion step of converting a signal detected by the first photodetector and the second photodetector into a digital signal in the A / D converter; A data storage step of storing data output from the A / D converter in a memory; And an operation processing step of performing a demodulation process from the data stored in the memory.

상기 연산처리 단계는 제1 광검출기 및 제2 광검출기에서 검출된 신호를 대역통과 필터를 통과시키는 필터링 단계; 상기 대역통과 필터의 출력을 힐베르트 변환을 통하여 크기(amplitude)와 위상을 구하는 힐베르트 변환 단계; 힐베르트 변환부의 출력신호로 부터 스토크스 변수를 추출하여 편극 해소 변수(S1)를 구하는 변수 추출 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The calculating step may include: filtering the signals detected by the first photodetector and the second photodetector through a bandpass filter; A Hilbert transform step of obtaining an amplitude and a phase of the output of the bandpass filter through Hilbert transform; And extracting the Stokes variable from the output signal of the Hilbert transform unit to obtain the polarization canceling variable S1.

이하 본 발명의 일 실시예에 의한 편광감도 저 간섭성 간섭계를 이용한 포도당 농도측정 장치의 구성 및 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of a glucose concentration measuring apparatus using a polarization sensitivity low coherence interferometer according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 편광감도 저 간섭성 간섭계를 이용한 포도당 농도측정 장치의 구성을 설명하기위한 개략적인 블록도으로서, 광원(100), 제1 편광 분배기(200), 광 분배기(300), 기준 반사경(scanner)(700), 제1 광검출기(900), 제2 광검출기(950), 제2 편광분배기(800), 프리즘(600), 제1의 1/4파장판(500), 제2의 1/4파장판(400), A/D 변환부(1000), 메모리부(1200), 연산처리장치(1100), 표시부를 구비한다. 1 is a schematic block diagram illustrating the configuration of a glucose concentration measuring apparatus using a polarization sensitivity low coherence interferometer according to an embodiment of the present invention, the light source 100, the first polarization splitter 200, light Splitter 300, reference scanner 700, first photodetector 900, second photodetector 950, second polarization splitter 800, prism 600, first quarter wavelength A plate 500, a second quarter wave plate 400, an A / D converter 1000, a memory unit 1200, an arithmetic processing unit 1100, and a display unit are provided.

광원(100)으로는 1300 nm 의 파장을 갖는 수퍼 루미네센스 다이오드(Super luminescence diode(SLD))를 사용한다. As the light source 100, a super luminescence diode (SLD) having a wavelength of 1300 nm is used.

제1 편광 분배기(200)는 광원(100)에서 나온 빛을 받아들여 수평 방향으로 편광된 빔을 생성한다. The first polarization splitter 200 receives the light emitted from the light source 100 to generate a beam polarized in the horizontal direction.

광 분배기(300)는 제1 편광 분배기(200)로부터 출력된 수평 빔을 받아들여 수평에 대해 22.5°의 제1의 1/4파장판(500) 및 45°의 제2의 1/4파장판(400)으로 보낸다. The light splitter 300 receives the horizontal beam output from the first polarization splitter 200 to receive the first quarter wave plate 500 at 22.5 ° with respect to the horizontal and the second quarter wave plate at 45 °. Send to 400.

기준 반사경(700)은 제1의 1/4파장판(500)를 통과한 빛을 반사시킨다. 기준반사경으로는 갈바노메터(Galvanometer)에 프리즘을 올려놓아 10°의 회전각도를 주어 약 3.4mm에 해당하는 빛의 경로차를 만들어 준 것을 사용할 수 있다.The reference reflector 700 reflects the light passing through the first quarter wave plate 500. As a reference reflector, a prism is placed on a galvanometer, and a rotation angle of 10 ° is given to create a path difference of light corresponding to about 3.4 mm.

제2 편광분배기(800)는 광분배기(300)로부터 제1의 1/4파장판(500) 및 제2의 1/4파장판(400)으로 보내진 빛이 다시 돌아와 제1 편광 분배기 앞에서 모여지며 이 빛을 받아 제1 광검출기(900) 및 제2 광검출기(950)으로 보낸다.The second polarization splitter 800 is returned from the optical splitter 300 to the first quarter wave plate 500 and the second quarter wave plate 400 to be gathered in front of the first polarization splitter. The light is received and sent to the first photodetector 900 and the second photodetector 950.

제1 광검출기(900)은 수평편광 성분의 간섭신호(Eox)를 검출하여 A/D 변환부(1000)로 보낸다. 제2 광검출기(950)은 수직편광 성분의 간섭신호(Eoy)를 검출하여 A/D 변환부(1000)로 보낸다. 제1 및 제2 광 검출기로는 InGaAs 포토다이오드를 사용하였다. The first photodetector 900 detects the interference signal Eox of the horizontal polarization component and sends it to the A / D converter 1000. The second photodetector 950 detects the interference signal Eoy of the vertical polarization component and sends it to the A / D converter 1000. InGaAs photodiodes were used as the first and second photodetectors.

A/D 변환부(1000)는 제1 광검출기(900) 및 제2 광검출기(950)에서 검출된 신호를 디지탈 신호로 변환하여 메모리부로 보낸다.The A / D converter 1000 converts the signals detected by the first photodetector 900 and the second photodetector 950 into digital signals and sends them to the memory unit.

메모리부(1200)는 A/D 변환기로부터 수신된 데이터를 저장한다.The memory unit 1200 stores data received from the A / D converter.

연산처리장치(1100)는 메모리부(1200)에 저장된 데이터로부터 데이타를 수신하여 복조과정을 수행한다. 연산처리장치(1100)는 대역통과 필터, 힐베르트 변환, 변수 추출부를 구비한다. 대역통과 필터는 제1검출기(900) 및 제2검출기(950)에서 검출된 신호를 수신하여 필터링하고 힐베르트 변환부로 출력한다. 대역통과 필터의 통과대역은 51.5~56.5kHz를 사용할 수 있다. 상기 힐베르트 변환부는 상기 대역통과 필터의 출력을 힐베르트 변환을 통하여 크기와 위상을 구한다. 변수 추출부는 힐베르트 변환부의 출력신호로 부터 수학식 2에의해 스토크스 변수중 역산란 광의 광강도 변수(S0) 및 편극 해소 변수(S1)를 구한다.The arithmetic processing unit 1100 receives data from data stored in the memory unit 1200 and performs a demodulation process. The processing unit 1100 includes a bandpass filter, a Hilbert transform, and a variable extracting unit. The bandpass filter receives and filters the signals detected by the first detector 900 and the second detector 950 and outputs the filtered signals to the Hilbert transformer. The passband of the bandpass filter may use 51.5 to 56.5 kHz. The Hilbert transform section obtains the magnitude and phase of the output of the bandpass filter through the Hilbert transform. The variable extracting unit obtains the light intensity variable S0 and the polarization canceling variable S1 of the backscattered light among the Stokes variables by Equation 2 from the output signal of the Hilbert transform unit.

S0=〈Eox2〉+〈Eoy2〉S0 = 〈Eox 2 〉 + 〈Eoy 2 〉

S1=〈Eox2〉-〈Eoy2〉S1 = 〈Eox 2 〉-〈Eoy 2 〉

(단, Eox는 수평편광 성분의 간섭신호이며, Eoy는 수직편광 성분의 간섭신호임)(Eox is the interference signal of the horizontal polarization component, Eoy is the interference signal of the vertical polarization component)

표시부는 연산처리장치로부터 출력 신호를 표시한다.The display unit displays an output signal from the arithmetic processing unit.

도 2a 내지 도 2e는 도1의 연산처리부에서의 연산처리과정의 일예이다. 도 2a는 제1 광검출기 또는 제2 광검출기에서 검출된 간섭신호로서 대역통과필터에 입력되는 신호를 나타낸다. 도 2b는 도 2a를 대역통과필터를 통과하여 필터링된 신호이다. 도 2b는 51.5~56.5kHz의 대역 통과 필터를 사용하였다. 도 2c는 도 2b를 힐베르트 변환한 후 신호를 나타내며, 이로부터 크기와 위상을 구하게 된다. 이와 같이 힐베르트 변환된 신호와 수학식 2를 이용하여 역산란 광의 광강도 변수(S0) 및 편극 해소 변수(S1)를 구한 결과의 일예가 도 2d와 도 2e이다. 도 2d는 역산란 광의 광강도 변수(S0)를 구한 결과의 일예이고 도 2e는 편극 해소 변수(S1)를 구한 결과의 일예이다. 본 발명은 역산란 광의 광강도 변수(S0)와 편극 해소 변수(S1)를 반듯이 모두 사용하는 것이 아니라 편극 해소 변수(S1)만을 사용할 수도 있다.2A through 2E are examples of arithmetic processing in the arithmetic processing unit of FIG. 2A illustrates a signal input to a bandpass filter as an interference signal detected by a first photodetector or a second photodetector. FIG. 2B is a signal filtered through the bandpass filter of FIG. 2A. 2b used a bandpass filter of 51.5-56.5 kHz. Figure 2c shows the signal after the Hilbert transform of Figure 2b, from which the magnitude and phase are obtained. 2D and 2E show examples of the results of obtaining the light intensity variable SO and the polarization canceling variable S1 of the backscattered light using the Hilbert transformed signal and the equation (2). FIG. 2D is an example of the result of obtaining the light intensity variable SO of the backscattered light and FIG. 2E is an example of the result of obtaining the polarization canceling variable S1. The present invention may not use both the light intensity variable SO and the polarization canceling variable S1 of the backscattered light, but may use only the polarization canceling parameter S1.

도 3a , 도 3b, 도 4a, 도 4b는 각각 인트라리피드(Intralipid) 용액과 혈액에서 포도당 농도에 따른 역산란 광의 광강도 변수(S0) 및 편극 해소 변수(S1)의 계수값의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b는 한 농도에 대해 100번의 스캐닝을 통해 평균을 취하여, 각 농도에 대한 평균값들을 익스포넨셜 커브 피팅(exponential curve fitting)을 통하여 계수를 구하고 포도당의 농도에 따라 계수들의 변화를 그래프로 표시한 것이다. 3A, 3B, 4A, and 4B are graphs showing changes in coefficients of light intensity variable S0 and polarization canceling variable S1 of backscattered light according to glucose concentration in intralipid solution and blood, respectively to be. 3A, 3B, 4A, and 4B are averaged through 100 scans for a concentration, and the average values for each concentration are calculated by means of exponential curve fitting to determine the concentration of glucose. The graph shows the change of coefficients accordingly.

도 3a는 인트라리피드 용액에서의 포도당 농도에 따른 역산란 광의 광강도 변수(S0)의 계수값의 변화를 나타내는 그래프이고, 도 3b는 인트라리피드 용액에서의 포도당 농도에 따른 편극 해소 변수(S1)의 계수값의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 3a 및 도 3b에서는 인트라리피드 용액에서 포도당의 농도가 높아짐에 따라 변화율이 역산란 광의 광강도 변수(S0)에서는 2.01 %, 편극 해소 변수(S1)에서는 9.6 %임을 알 수 있다. 3A is a graph showing the change in coefficient value of the light intensity parameter S0 of the backscattered light according to the glucose concentration in the intralipid solution, and FIG. 3B is a graph illustrating the polarization canceling parameter S1 according to the glucose concentration in the intralipid solution. It is a graph showing the change of count value. 3A and 3B, it can be seen that as the concentration of glucose in the intralipid solution increases, the rate of change is 2.01% in the light intensity variable S0 and 9.6% in the polarization cancellation variable S1 of the backscattered light.

도 4a는 혈액에서의 포도당 농도에 따른 역산란 광의 광강도 변수(S0)의 계수값의 변화를 나타내는 그래프이고 도 4b는 혈액에서의 포도당 농도에 따른 편극 해소 변수(S1)의 계수값의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 4a 및 도 4b에서는 혈액에서 포도당 농도에 따른 변화율이 역산란 광의 광강도 변수(S0)에서는 6.3 %, 편극 해소 변수(S1)에서는 34.0 %임을 알 수 있다. Figure 4a is a graph showing the change in the coefficient value of the light intensity variable (S0) of the backscattered light according to the glucose concentration in the blood and Figure 4b is a change in the coefficient value of the polarization canceling variable (S1) according to the glucose concentration in the blood It is a graph. In Figures 4a and 4b it can be seen that the change rate according to the glucose concentration in the blood is 6.3% in the light intensity variable (S0) of the backscattered light and 34.0% in the polarization canceling variable (S1).

도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b를 통해서, 포도당의 농도를 측정하는데 있어서 편극 해소 변수(S1)가 역산란 광의 광강도 변수(S0)보다 4배 이상의 변화율을 나타내고 있음을 알 수 있다. 따라서 단순히 역산란 광의 광강도 변수(S0)를 통하여 산란계수만을 가지고 포도당의 농도를 측정하는 것보다, 편극 해소 변수(S1)을 통하여 편극 해소되는 정도를 가지고 포도당의 농도를 측정하는 것이 더 정확하게 측정할 수 있다는 것을 알 수 있다. 따라서 본 발명의 포도당 농도 측정장치에 있어서는 편극 해소 변수(S1)를 검출하는 변수검출부를 구비함으로써 정확도를 높였다.3A, 3B, 4A, and 4B, it can be seen that the polarization canceling parameter S1 represents a change rate of four times or more than the light intensity parameter S0 of the backscattered light in measuring the concentration of glucose. Therefore, it is more accurate to measure the concentration of glucose with the degree of polarization resolution through the polarization canceling parameter (S1) than to measure the concentration of glucose with only the scattering coefficient through the light intensity parameter (S0) of the backscattered light. I can see that I can. Therefore, in the glucose concentration measuring apparatus of the present invention, the accuracy is improved by providing a variable detecting unit for detecting the polarization canceling variable S1.

본 발명은 이상에서 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 다음에 기재되는 청구범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.The present invention is not limited to the above described and illustrated in the drawings, and of course, more modifications and variations are possible to those skilled in the art within the scope of the following claims.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 포도당의 농도 측정에 있어, 정확도를 높인 편광 감도 저 간섭성 간섭계를 이용한 포도당 농도 측정 장치 및 방법을 제공하며, 또한 본 발명은, 편광 감도 저 간섭성 간섭계를 이용한 포도당 농도 측정에 있어 정확도를 높이는 변수를 추출하는 장치 및 방법을 제공한다.As described above, the present invention provides an apparatus and method for measuring glucose concentration using a polarization sensitivity low coherence interferometer with increased accuracy in measuring glucose concentration, and the present invention further provides a polarization sensitivity low coherence interferometer. An apparatus and method are provided for extracting variables that increase accuracy in measuring glucose concentration.

특히, 본 발명의 포도당 농도 측정장치에 있어서는 편극 해소 변수(S1)를 검출하는 변수검출부를 구비함으로써 정확도를 높였다. In particular, in the glucose concentration measuring apparatus of the present invention, the variable detection unit for detecting the polarization canceling variable S1 is provided to increase the accuracy.

Claims (4)

광원에서 나온 빛을 받아들여 수평 방향으로 편광된 빔을 출력하는 제1 편광 분배기(PBS);A first polarization splitter PBS that receives light from a light source and outputs a beam polarized in a horizontal direction; 제1 편광 분배기로부터 출력된 수평 빔을 받아들여 수평에 대해 22.5°의 제1의 1/4파장판(QWP) 및 45°의 제2의 1/4파장판으로 보내는 광 분배기(BS);An optical splitter BS that receives the horizontal beam output from the first polarization splitter and sends it to the first quarter wave plate QWP at 22.5 ° and the second quarter wave plate at 45 ° to the horizontal; 상기 제1의 1/4파장판(QWP)를 통과한 빛이 들어가는 기준 반사경(reference mirror);A reference mirror to which light passing through the first quarter wave plate QWP enters; 수평편광 성분의 간섭신호(Eox)를 검출하는 제1 광검출기;A first photodetector for detecting an interference signal Eox of a horizontal polarization component; 수직편광 성분의 간섭신호(Eoy)를 검출하는 제2 광검출기;A second photodetector for detecting an interference signal (Eoy) of the vertical polarization component; 광분배기로부터 제1의 1/4파장판 및 제2의 1/4파장판으로 보내진 빛이 다시 돌아와 제1 편광 분배기 앞에서 모여지며 이 빛을 받아 제1 광검출기(Detector) 및 제2 광검출기에 보내는 제2 편광분배기;The light sent from the optical splitter to the first quarter wave plate and the second quarter wave plate is returned again and gathered in front of the first polarization splitter to receive the light to the first photodetector and the second photodetector. Sending a second polarizer; 제1 광검출기 및 제2 광검출기에서 검출된 신호를 디지탈 신호로 변환하는 A/D 변환기;An A / D converter for converting signals detected by the first photodetector and the second photodetector into digital signals; A/D 변환기로부터 출력된 데이터를 저장하는 메모리;A memory for storing data output from the A / D converter; 메모리에 저장된 데이터로부터 복조(demodulation) 과정을 수행하는 연산처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광감도 저 간섭성 간섭계를 이용한 포도당 농도 측정 장치.An apparatus for measuring glucose concentration using a polarization sensitive low coherence interferometer, comprising: an operation processor configured to perform a demodulation process from data stored in a memory. 제1항에 있어서, 상기 연산처리부는The method of claim 1, wherein the operation processing unit 제1 광검출기 및 제2 광검출기에서 검출된 신호를 수신하는 대역통과 필터(band pass filter);A band pass filter for receiving signals detected by the first photodetector and the second photodetector; 상기 대역통과 필터의 출력을 힐베르트(Hilbert) 변환을 통하여 크기(amplitude)와 위상을 구하는 힐베르트 변환부;A Hilbert transform unit that obtains an amplitude and a phase of the output of the bandpass filter through a Hilbert transform; 힐베르트 변환부의 출력신호로 부터 스토크스 변수(Stokes parameters)를 추출하여 편극 해소 변수(depolarization)(S1)를 구하는 변수 추출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광감도 저 간섭성 간섭계를 이용한 포도당 농도 측정 장치.And a variable extraction unit for extracting Stokes parameters from an output signal of the Hilbert transform unit to obtain depolarization (S1). 광원에서 나온 빛은 제1 편광 분배기(PBS)를 통과하여 수평 방향으로 편광된 빔을 만들어내는 제1 편광 분배 단계;A first polarization distribution step in which light from the light source passes through the first polarization splitter PBS to produce a beam polarized in a horizontal direction; 광분배기에서 상기 제1 편광 분배기로부터 출력된 수평 빔을 받아들여 수평에 대해 22.5°의 제1의 1/4파장판(QWP) 및 45°의 제2의 1/4파장판으로 보내는 광 분배 단계;A light distribution step of receiving a horizontal beam output from the first polarization splitter in an optical splitter and sending it to the first quarter wave plate (QWP) at 22.5 ° and the second quarter wave plate at 45 ° to the horizontal; ; 상기 광분배기로부터 제1의 1/4파장판 및 제2의 1/4파장판으로 보내진 빛이 다시 돌아와 제1 편광 분배기 앞에서 모여지며, 제2 편광분배기에서 이 빛을 받아 제1 광검출기(Detector) 및 제2 광검출기에 보내는 제2 편광 분배 단계;Light sent from the optical splitter to the first quarter-wave plate and the second quarter-wave plate is returned again and collected in front of the first polarization splitter, and receives the light from the second polarizer and receives the first photodetector (Detector). ) And a second polarization distribution step sent to the second photodetector; A/D 변환기에서 제1 광검출기 및 제2 광검출기에서 검출된 신호를 디지탈 신호로 변환하는 A/D 변환 단계;An A / D conversion step of converting signals detected by the first photodetector and the second photodetector into a digital signal in an A / D converter; A/D 변환기로부터 출력된 데이터를 메모리에 저장하는 데이터 저장 단계;A data storage step of storing data output from the A / D converter in a memory; 상기 메모리에 저장된 데이터로부터 복조(demodulation) 과정을 수행하는 연산처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광감도 저 간섭성 간섭계를 이용한 포도당 농도 측정 방법Method for measuring the glucose concentration using a polarization sensitive low coherence interferometer, characterized in that it comprises a step of performing a demodulation (demodulation) process from the data stored in the memory 제1항에 있어서, 상기 연산처리 단계는The method of claim 1, wherein the operation processing step 제1 광검출기 및 제2 광검출기에서 검출된 신호를 대역통과 필터(band pass filter)를 통과시키는 필터링 단계;Filtering the signals detected by the first photodetector and the second photodetector through a band pass filter; 상기 대역통과 필터의 출력을 힐베르트(Hilbert) 변환을 통하여 크기(amplitude)와 위상(phase)을 구하는 힐베르트 변환 단계;A Hilbert transform step of obtaining an amplitude and a phase of the output of the bandpass filter through a Hilbert transform; 힐베르트 변환부의 출력신호로 부터 스토크스 변수를 추출하여 편극 해소 변수(depolarization)(S1)를 구하는 변수 추출 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광감도 저 간섭성 간섭계를 이용한 포도당 농도 측정 방법.A glucose concentration measurement method using a polarization-sensitive low-interference interferometer, comprising the step of extracting the Stokes variable from the output signal of the Hilbert transform unit to obtain a depolarization (S1).
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