KR101234725B1 - 구취측정기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보건의료용으로서, 구취원인이 되는 냄새물질을 다양하고 신뢰성 있게 측정하여 임상적으로 활용할 수 있는 구취측정기에 관한 것이다. 특히 본 발명은 구취를 채취하는 채취부; 상기 채취부에 채취된 구취가스가 공급되는 다수의 가스센서; 상기 다수의 가스센서의 출력값으로부터 상기 채취부에 채취된 구취가스의 성분 패턴을 확보하는 구취성분패턴분석부; 기 설정한 다양한 구취성분패턴에 따른 기준패턴들과 상기 구취성분패턴분석부에 의해 확보된 구취성분패턴의 유사성을 비교하는 유사도비교부를 포함하는 것을 특징으로 하는 구취측정기를 제시한다.

Description

구취측정기{Instrument for measuring halitosis}

본 발명은 보건의료용 등으로서, 구취원인이 되는 냄새물질을 다양하고 신뢰성 있게 측정하여 임상적으로 활용할 수 있는 구취측정기에 관한 것이다.

입냄새(구취)는 일반적인 상태에서도 어느 정도 감지할 수 있는 지극히 자연스런 현상이다.

하지만, 구취의 정도가 심하거나 지속적으로 냄새를 의식하게 될 때는 구강악취증(halitosis)때문에 말 못할 고민거리가 될 뿐만 아니라, 전신적인 건강 때문에 나타나는 건강의 적신호일 수 있다. 예컨대, 당뇨, 소화기 위장질환, 신장질환, 축농증 등의 냄새를 동반하는 건강질환이 있을 경우, 호흡기를 통해서나 혈액으로 녹아 들어간 냄새성분이 혈액을 타고 폐에서 이산화탄소와 함께 날숨 중에 냄새원인물질들이 신체 밖으로 배출된다.

구강악취증은 실제로 악취의 원인이 되는 VSCs(Volatile Sulfur Compounds)에 의하여 유발되며 임상적 질환과도 연관이 클 수 있다.

다만 현재까지 구체적인 접근 방법이나 임상적 질환과의 병인적 연결에 대한 연구가 미비하여 비중을 두고 다루지 못하고 있다. 그리고, 구강악취증은 다양한 원인에 의하여 발생되는 구강악취에 따라 환자가 겪게 되는 증상인데, 구강악취증에 대한 구체적 임상적 의의 및 원인 등에 대한 연구가 미비한 관계로, 많은 경우 환자들은 특정과를 방문하여 상담을 할 수도 없으며, 구강청결제, 치과상담, 이비인후과 상담을 포함한 대중적 요법에 따라 이를 해결하게 되는데 특히 사회적 대인관계에 영향을 주게 되므로 사실 가볍게 취급되는 증상이기도 하지만 환자가 겪는 고통은 매우 크다 하겠다.

따라서, 최근에는 구강악취증의 임상적 치료를 위해 구취클리닉이 생겼다. 현재 구취클리닉에서는 직접 사람의 후각을 이용해서 환자의 입냄새를 맡는 관능적인(organoleptic) 검사법이 많이 활용되고 있다.

즉, 관능적인 검사법은 냄새의 유무 및 정도를 2명 이상의 의료진이 개인적인 주관에 따라 냄새를 판정하는 방법이다.

그러나, 관능적인 검사법은, 측정결과에 대한 객관성이 부족하며, 의료진의 심리적 상태에 따라 냄새가 확인되기도 하고 그렇지 않기도 하는 단점이 있으며, 또한 구취측정기는 비교적 신뢰성이 높긴 하지만 입냄새의 주요 성분인 황화수소나 메틸머캅탄과 같은 VSCs(Volatile Sulfur Compounds)는 측정 가능하지만, 다른 냄새물질은 측정할 수 없다는 단점이 있다.

이에 냄새물질을 다양하게 측정할 수 있는 임상적인 진단장비의 개발이 필요한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 구취원인이 되는 냄새물질을 다양하게 측정할 수 있어 임상적으로 신뢰성 있게 사용될 수 있는 구취측정기를 제공함을 그 목적으로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 구취를 채취하는 채취부; 상기 채취부에 채취된 구취가스가 공급되는 다수의 가스센서; 상기 다수의 가스센서의 출력값으로부터 상기 채취부에 채취된 구취가스의 성분 패턴을 확보하는 구취성분패턴분석부; 기 설정한 다양한 구취성분패턴에 따른 기준패턴들과 상기 구취성분패턴분석부에 의해 확보된 구취성분패턴의 유사성을 비교하는 유사도비교부를 포함하는 것을 특징으로 하는 구취측정기를 제시한다.

상기 채취부는 폴리에스터(PE) 재질로 이루어지며, 구취 채취 및 상기 가스센서에 채취한 구취 공급을 위해 주입관이 설치된 공기주머니를 포함할 수 있다.

상기 구취성분패턴분석부는 상기 가스센서에서 측정된 측정값으로부터 상기 가스센서에 탈부착된 가스의 양을 산정하는 가스량 측정부; 상기 가스량 측정부로부터 산정된 가스량으로부터, 상기 가스의 농도를 계산하는 농도 연산부; 상기 농도 연산부로부터 계산된 가스의 농도들 간 상대 비율에 따른 구취성분패턴을 산정하는 패턴산정부;를 포함할 수 있다.

상기 구취성분패턴분석부에 의해 확보한 구취성분패턴을 스펙트럼으로 시각화하여 제공하는 스펙트럼 표시부를 더 포함할 수 있다.

상기 측정부는 상기 가스센서에 무취공기를 공급하는 무취공기 투입장치와, 상기 무취공기 투입장치 및 상기 가스투입장치를 선택적으로 가스센서와 연통시켜 가스센서에 가스를 투입하도록 하는 밸브를 더 포함할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 효과를 기대할 수 있다.

먼저, 구취 채취 전용 공기주머니를 통해 피대상자의 구취를 채취하는 경우에는 구취 채취시간을 5초 이내로 단축할 수 있을 뿐만 아니라, 보다 정확하게 구취를 측정할 수 있다.

또한, 구취를 다수의 가스센서의 어레이로 측정하여 측정된 구취성분을 스팩트럼으로 패턴화하고, 이를 다양한 임상병리학적 조건 등에 따라 기 확보한 구취의 기준패턴과의 유사성 비교에 의해, 구취성분, 즉 피대상자의 임상병리학적 건강상태 등을 신뢰성있게 유추할 수 있다.

또한, 스펙트럼에 의해 구취의 성분을 시각화하여 간단한 구취 성분을 구분할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 구취측정기의 채취부 사진.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 구취측정기의 측정부의 개략 블록도.
도 3은 도 2의 수직 유로 상에 설치된 가스센서와, 이의 센서 크로마토그램 그래프.
도 4는 도 2의 수평 유로 상에 설치된 가스센서와, 이의 센서 크로마토그램 그래프.
도 5는 도 2의 센서의 시간 대비 출력 그래프.
도 6은 도 5의 센서 크로마토그램 그래프.
도 7은 도 5의 센서 크로마토그램 그래프를 적산하는 것을 도시한 그래프.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 구취성분패턴의 스펙트럼.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기준성분패턴의 스펙트럼.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 구취성분패턴과 기준성분패턴의 유사도 비교.

이하, 첨부된 도 1 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 관하여 상세히 설명한다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 하기 위하여 생략하기로 한다.

구취측정기은 구취를 채취하기 위한 채취부(10)와, 채취부(10)에 채취된 구취 성분을 분석하기 위해 채취부(10)에 채취된 구취가스를 측정하는 측정부를 포함할 수 있다.

먼저, 채취부(10)에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

채취부(10)는 인위적으로 측정부에 피대상자의 구취가스를 공급하기 위한 것으로서, 크게 두 가지 방식으로 구분될 수 있다.

첫째, 구취가스를 측정부에 직접 공급해주는 방식(직접방식)으로, 음주를 측정하는 방식처럼 측정부의 가스 흡입구에 심호흡을 통해 구취가스를 불어주거나 빨대와 같은 주입관(14)을 통해 구취가스를 주입하는 방법이다. 이 경우, 피대상자가 측정부의 가스 흡입구 또는 주입관(14)을 입으로 약 10분안 물고 있어야 하기 때문에, 구취를 채취, 측정할 때 10분이라는 긴 시간동안 피대상자가 입으로 호흡하지 않고 단지 코로 호흡해야하는 단점, 피대상자는 아무런 행동을 하지 않고 가만히 있어야 하는 단점이 있다. 또한, 반복 측정에 따른 재현성이 낮다는 등의 단점이 있다. 또는 피대상자가 날숨을 쉬어 입냄새를 노출하는 단순한 방법이 활용되고 있는 한계성이 있다.

두번째는 구취가스를 채취부(10)와 구조적으로 분리된 공기주머니(12)에 담아 간접적으로 측정부에 공급해 주는 방식(간접방식)으로, 피대상자가 풍선을 부는 것과 같은 방법으로 공기주머니(12)에 구취가스를 채취하고 채취된 공기주머니(12)를 통해 측정부에 구취가스를 주입하는 방법이다. 이상의 두 방식에서 직접방식이 간편하고 부수적인 비용이 불필요하지만, 측정에 있어서 많은 오차가 발생될 수 있으므로 정확한 구취 정도를 측정하기 위해서는 간접방식인 공기주머니(12)를 이용하는 방법이 보다 효과적일 수 있다.

공기주머니(12)는 기본적으로 구취가스를 주입할 수 있는 주입관(14)이 부착되어 있으며, 공기주머니(12)를 보관/이동하기 위해 스크류형식의 마개나 실리콘 마개가 장착될 수 있도록 제작되어 있다.

이와 같은 공기주머니(12)는 다양한 소재로 이루어질 수 있는데, 특히 폴리에스터(PE) 재질로 제작되는 것이 보다 바람직하다. 아울러, 공기주머니(12)를 제작하기 위해서는 접착제 등의 불순한 냄새성분이 구취에 포함되지 않도록 폴리에스트 재질의 원단 2장을 열로 붙이는 방법으로 제작되는 것이 보다 바람직하다.

즉, 공기주머니(12)를 폴리에스터 재질로 제작할 경우, 공기주머니(12) 자체에서 발생되는 냄새성분이 전혀 없어 피대상자의 구취측정에 전혀 영향을 미치지 않기 때문에, 피대상자의 구취가스를 채취하여 순수하게 피대상자의 구취가스만을 측정부에 공급할 수 있다. 다음의 [표 1]은 공기주머니(12) 종류에 따른 측정부의 가스센서(130)들에 미치는 영향의 정도를 비교한 자료이다. 본 시험에 사용된 측정부에는 종류가 서로 다른 7개의 가스센서(130)가 장착된 측정부를 활용하여 공기주머니(12) 자체에서 발생되는 냄새성분으로 인한 영향도를 측정해 본 결과이며, 준비된 공기주머니(12)에 냄새가 전혀없는 무취공기(증류수, 실리카겔, 활성탄 필터를 차례로 통과한 공기)를 주입한 이후에 측정부로 측정하여 각각의 가스센서(130)의 출력값을 비교하였다.

공기주머니(12)에 따른 영향 정도(단위:무차원)

	공기주머니 1	공기주머니 2	공기주머니 3
가스센서(130) 1	7.5	0	0
가스센서(130) 2	28.3	0.1	0.3
가스센서(130) 3	2.2	0	0
가스센서(130) 4	111.3	0.5	0.8
가스센서(130) 5	110.5	0.1	0
가스센서(130) 6	0	0	0
가스센서(130) 7	0	0.4	0.2
평균	37.1	0.15	0.18

여기서, 공기주머니 1은 일반 상용의 폴리프로필렌(PP)재질로 제작된 것이며, 플라스틱 재질의 주입관(14)과 스크류형식의 마개가 적용된 것이다. 공기주머니 2는 폴리에스터(PE)재질로 3L용량으로 제작된 것이며, 유리재질의 주입관(14)이 적용된 것이다. 공기주머니 3은 공기주머니 2와 같은 폴리에스터(PE)재질로 약 1L용량으로 제작된 것이다.

위와 같은 [표 1]을 참조하면, 일반 상용의 공기주머니(12)는 자체에서 다양한 냄새성분들이 발생되고 있어 무취공기를 주입한 조건에서 상대적으로 높은 센서 출력값을 나타내고 있어 구취 채취를 위한 공기주머니(12)로 사용이 어려우나, 공기주머니 2 및 공기주머니 3은 매우 깨끗한 상태를 보이고 있어 입냄새 채취를 위한 공기주머니(12)로 활용이 가능하다. 참고로 본 발명에서는 1회 측정에 필요한 구취가스의 부피가 약 150 ml정도이므로 반복측정하는 등의 조건을 고려하더라도 공기주머니 3과 같이 대략 1L용량이면 충분할 수 있다.

다음으로 측정부에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

측정부는 가스투입장치(100)를 통해 채취부(10)에 채취된 구취가스가 공급되는 다수의 가스센서(130)와; 다수의 가스센서(130)의 출력값으로부터 채취부(10)에 채취된 구취가스의 성분 패턴을 확보하는 구취성분패턴분석부(300)와; 기 설정한 다양한 구취성분패턴(500)에 따른 기준패턴(600)들과 구취성분패턴분석부(300)에 의해 확보된 구취성분패턴(500)의 유사성을 비교하는 유사도비교부를 포함할 수 있다.

가스투입장치(100)는, 구취가스에서 먼지를 거르는 먼지 필터(110)와, 구취가스에서 수분을 거르는 수분제거장치(120)를 포함할 수 있다. 먼지 필터(110)는 수분제거장치(120)의 전후에 설치된 제1먼지필터(111) 및 제2먼지필터(112)를 포함할 수 있다. 수분제거장치(120)에 처리된 수분은 전자밸브에 의해 외기로 배출될 수 있다. 가스투입장치(100)는 채취한 구취가 가스센서(130)에 보다 용이하게 공급될 수 있도록 펌프(102)를 더 포함할 수 있다.

가스센서(130)는 반도체식 가스센서(130), 전기화학식 센서, 및 광센서 등이 사용될 수 있다. 그리고, 가스센서(130)는 도 3에 도시된 바와 같이, 유로(101)가 꺾인 지점에 배치됨으로써, 가스센서(130)의 감지 표면(130a)이 유체의 흐름에 수직으로 위치하도록 한다. 참고로 가스센서(130)는 도 4에 도시된 바와 같이, 유체의 흐름과 평행하게 위치한 경우의 감지 효율(P2)에 비해, 도 3에 도시된 바와 같이 유체의 흐름에 수직으로 배치된 경우의 감지 효율(P1)이 보다 높게 나타난다. 이는 도 3 및 도 4의 그래프로 확인할 수 있다.

이와 같은 가스센서(130)는 임상병리학적으로 구취와 관련된 성분들에 따라 다수개가 어레이(Array)로 배치될 수 있다. 예컨대 가스센서(130)는 황화수소, 암모니아, VOC, 메탄, 이산화탄소, 이들의 복합성분 가스 등에 각각 반응하여 출력값을 제공하며, 사람의 7개의 후각세포에 대응하기 위해, 7개의 가스센서(130)로 구성될 수 있다.

구취성분패턴분석부(300)는 각각의 가스센서(130)가 반응하는 가스의 농도를 산출하여 산출된 가스의 농도에 대응하는 구취성분패턴(500) 데이터를 확보하기 위한 것이다.

이를 위해, 구취성분패턴분석부(300)는 각각의 가스센서(130)에서 측정된 측정값으로부터 각각의 가스센서(130)에 탈부착된 가스의 양을 산정하는 가스량 측정부(310)와; 가스량 측정부(310)로부터 산정된 각각의 가스센서(130)의 가스량으로부터, 각각의 가스의 농도를 계산하는 농도 연산부(320)와; 농도 연산부(320)로부터 계산된 가스의 농도들 간 상대 비율에 따른 구취성분패턴(500)을 산정하는 패턴산정부(330);를 포함할 수 있다.

가스량 측정부(310)는 측정값의 시간 대비 변동률을 산출한 후, 변동률의 면적을 적산한 면적값을 구하여, 흡탈착된 가스의 양을 산정한다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하는 가스 농도 측정 방법에 대한 설명으로 대체한다.

농도 연산부(320)는, 흡착량과 측정 가스의 농도의 특성 관계식으로부터, 측정 가스의 농도를 추출한다. 특성 관계식은 다수의 측정 가스 샘플에 흡착량을 측정하여, 흡착량과 가스 샘플의 농도간의 회귀분석 방법으로 얻어진다. 이에 대한 자세한 설명도 후술하는 가스 농도 측정 방법에 대한 설명으로 대체한다.

패턴산정부(330)는 다양한 방식으로 구취성분을 패턴(pattern)화할 수 있으며, 특히 다음과 같이 스펙트럼(spectrum) 방식으로 구취성분패턴(500)을 나타낼 수 있다.

스펙트럼 방식은 각각의 가스센서(130)에서 측정된 출력값의 합을 기준으로 각각의 가스센서(130)의 출력값이 해당되는 비율을 산정하고, 이러한 비율을 스팩트럼으로 표현하는 것이다. 즉, 각 가스센서(130)에 해당되는 스팩트럼은 모든 가스센서(130)의 출력값을 100으로 가정할 때, 각각의 가스센서(130)의 출력값에 해당되는 비율로 표현하는 방법으로 구성하고 하나의 막대그래프로 나타낼 수 있다.

이와 같이 스펙트럼 방식으로 구취성분패턴(500)을 나타내면, 복합적인 성분으로 이루어진 구취를 코드화(encode)하여 명확하게 구분할 수 있으며, 유사도비교부에서 구취성분패턴(500)과 기준패턴(600)을 비교 분석하는 것이 용이하며, 구취성분패턴(500)을 시각적으로 나타낼 수 있다.

여기서, 구취성분패턴분석부(300)에 의해 확보한 구취성분패턴(500)을 나타내는 스펙트럼은 스펙트럼 표시부를 통해 시각적으로 제공될 수 있다. 스펙트럼 표시부는 단말기, 모니터, 프린터 등 다양한 매체가 활용될 수 있다.

한편, 측정부는 가스센서(130)에 무취공기를 공급하는 무취공기 투입장치(200)와, 무취공기 투입장치(200) 및 가스투입장치(100)를 선택적으로 가스센서(130)와 연통시켜, 가스센서(130)에 가스를 투입하도록 하는 밸브(103)를 더 포함할 수 있다.

무취공기 투입장치(200)는, 흡입되는 대기 공기를 탈취하도록 공기 유로(220) 상에 설치된 활성탄 필터(210)를 포함한다. 따라서, 대기 공기의 냄새를 제거할 수 있다. 이외에도 무취공기 투입장치(200)는 별도의 탱크로 구성되어, 무취공기를 직접 공급하도록 구현될 수도 있다. 그러나, 이와 같이, 구성되는 경우 사용시 비용이 증대된다는 문제점이 있다.

밸브(103)는 오염되지 않은 공기가 유입되는 유로(220)와, 오염된 공기가 유입되는 유로(104)가 함께 만나는 지점에 설치되어, 선택적으로 공기를 투입할 수 있도록 한다. 따라서, 오염된 공기를 측정한 후, 깨끗한 공기를 투입함으로써, 가스센서(130)를 세정 및 안정화시켜, 가스센서(130)의 측정 정밀도를 유지할 수 있으며, 가스센서(130)의 수명을 증대시킬 수 있다. 오염된 공기가 유입되는 유로(104) 혹은 가스센서(130)의 유로(101) 상에는 유량을 측정할 수 있는 유량 측정기(150)가 구비될 수 있다.

상기에서 언급한 가스 농도 측정 방법은, 가스센서(130)에 측정 가스를 투입하는 단계와, 가스센서(130)와 직렬로 연결되는 부하저항(140)의 양단의 출력전압(V) 혹은 가스센서(130)의 내부저항(이하, 출력전압 및 내부저항값을 '측정값'으로 통칭한다)을 측정 가스가 주입되는 시간동안 측정하여, 시간 대비 출력 그래프를 획득하는 단계(도 5)와, 시간 대비 출력 그래프로부터, 가스의 흡착량을 산출하는 단계(도 6 및 도 7)와, 가스의 흡착량을 산출하는 단계로부터 산정된 흡착량을 이용하여 가스의 농도를 추출하는 단계를 포함한다.

가스의 흡착량을 산출하는 단계는, 측정값의 시간 대비 변동률을 산출하는 단계(도 6)와, 변동률의 면적을 적산한 면적값을 구하는 단계(도 7)을 포함한다.

출력전압의 시간대비 변동률을 산출하는 단계는, 시간 대비 출력전압 그래프(도 5)의 기울기를 산출하여, 도 6에 도시된 바와 같이 시간 대비 그래프로 표현한 것이다.

면적값을 구하는 단계는 도 6의 그래프에서 면적을 적산하여 구한 값이다. 도 7에 도시된 바와 같이 계산한 방법을 센서 크로마토그램 면적 추출방법이라 칭한다.

아래의 표들은 다양한 농도의 황화수소(H₂S)를 종래의 전압 비교방식으로 측정한 값과 본 발명의 센서 크로마토그램 면적 추출방법으로 측정한 값을 표로 도시한 것이다.

대상기체: H₂S 1ppm, 센서모델: MICS 5521(제조사 E2V, 스위스)

	Base(Vair)	Max(Vgas)	Vgas/Vair	Sout Area
1st	1.57	2.10	1.34	50.4
2nd	1.59	2.09	1.31	49.6
3rd	1.62	2.08	1.28	50.5
평균(Average)	1.59	2.09	1.31	50.17
표준편차(S.D)	0.03	0.01	0.03	0.49
상대표준편차(%RSD)	1.58	0.48	2.05	0.98

위의 표에서 Vair는 무취공기에 노출되었을 때, 센서의 출력전압, Vgas는 대상기체에 노출되었을 때, 센서의 출력전압, Sout_area는 센서 크로마토그램 면적 추출방법으로 추출한 값이다.(이하 동일)

대상기체: H₂S 5ppm, 센서모델: MICS 5521(제조사 E2V, 스위스)

	Base(Vair)	Max(Vgas)	Vgas/Vair	Sout Area
1st	1.53	2.69	1.76	103.9
2nd	1.60	2.55	1.59	106.7
3rd	1.65	2.41	1.46	103.0
평균(Average)	1.59	2.55	1.60	104.53
표준편차(S.D)	0.06	0.14	0.15	1.93
상대표준편차(%RSD)	3.78	5.49	9.29	1.85

대상기체: H₂S 10ppm, 센서모델: MICS 5521(제조사 E2V, 스위스)

	Base(Vair)	Max(Vgas)	Vgas/Vair	Sout Area
1st	1.54	2.81	1.82	133.8
2nd	1.67	2.71	1.62	129.8
3rd	1.76	2.67	1.52	129.4
평균(Average)	1.66	2.73	1.65	131.00
표준편차(S.D)	0.11	0.07	0.16	2.43
상대표준편차(%RSD)	6.68	2.64	9.45	1.86

대상기체: H₂S 1ppm, 센서모델: TGS 2602(제조사 피가로기술연구소, 일본)

	Base(Vair)	Max(Vgas)	Vgas/Vair	Sout Area
1st	1.42	2.19	1.54	65.2
2nd	1.44	2.10	1.46	68.4
3rd	1.44	2.07	1.44	64.1
평균(Average)	1.43	2.12	1.48	65.90
표준편차(S.D)	0.01	0.06	0.06	2.23
상대표준편차(%RSD)	0.81	2.95	3.75	3.39

대상기체: H₂S 5ppm, 센서모델: TGS2602(제조사 피가로기술연구소, 일본)

	Base(Vair)	Max(Vgas)	Vgas/Vair	Sout Area
1st	1.43	2.95	2.06	152.7
2nd	1.48	2.94	1.99	150.5
3rd	1.59	2.92	1.84	144.4
평균(Average)	1.50	2.94	1.96	149.20
표준편차(S.D)	0.08	0.02	0.12	4.30
상대표준편차(%RSD)	5.46	0.52	5.87	2.88

대상기체: H₂S 10ppm, 센서모델: TGS2602(제조사 피가로기술연구소, 일본)

	Base(Vair)	Max(Vgas)	Vgas/Vair	Sout Area
1st	1.55	3.48	2.25	206.9
2nd	1.65	3.55	2.15	204.6
3rd	1.76	3.40	1.93	201.7
평균(Average)	1.65	3.48	2.11	204.40
표준편차(S.D)	0.11	0.08	0.16	2.61
상대표준편차(%RSD)	6.35	2.16	7.62	1.27

위의 표1 내지 표6의 결과로부터 알 수 있듯이, 종래의 전압측정방식은 측정 횟수가 반복될 수록 초기 Vair 값의 변동이 생기며, 측정가스의 농도가 높아질 수록 편차의 발생이 높아짐을 알 수 있다.

이에 반해, 센서 크로마토그램 면적 추출방법은 농도의 증가 및 반복횟수가 증가하여도 낮은 상대 표준편차의 특성을 보여줘 재현성이 우수하다는 장점이 있다.

가스의 농도를 추출하는 단계는, 상기 흡착량과 상기 측정 가스의 농도의 특성 관계식으로부터, 상기 측정 가스의 농도를 추출하는 단계를 포함하며, 상기 특성 관계식은, 다수의 측정 가스 샘플에 상기 흡착량을 측정하여, 상기 흡착량과 상기 가스 샘플의 농도간의 회귀분석 방법으로 얻을 수 있다. 이와 같은 방법은 실험 통계적으로 많이 사용하는 방법이므로, 자세한 설명은 생략한다.

여기서, 가스센서(130)에 측정 가스를 주입하기 전에, 무취 공기를 주입하는 무취 공기 주입단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 종래에는 센서를 대기중에 노출된 상태로, 센서의 표면에 가스가 소량 흡착된 상태이다. 이와 같은 상태에서 측정 가스를 주입하는 경우, 센서의 민감도가 떨어져 원하는 특성 그래프를 얻기가 어렸웠다는 단점이 있었다. 이에 반해, 본원 발명은 무취공기를 주입하는 무취공기 주입단계를 측정 가스 주입전에 실시함으로써, 센서에 부착된 가스를 제거할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 무취공기를 주입할 때, 센서 크로마토그램을 추출함으로써, 센서 표면에서 떨어지는 가스량을 측정할 수 있어, 평상시 공기의 오염도를 역산할 수 있다는 장점도 있다.

상기 무취 공기 주입단계에서, 상기 무취 공기를 주입하는 시간은, 상기 측정가스 투입하는 단계에서, 상기 측정가스를 주입하는 시간보다 긴 것이 바람직하다.

즉, 무취 공기를 주입하는 시간이 상기 측정가스를 주입하는 시간보다 길 도록 함으로써, 측정공기에 대한 센서의 민감도를 높일 수 있다. 다시 말하면, 측정공기를 오랫동안 센서에 주입할 경우, 센서 표면에 부착되는 가스의 양이 증대되어, 센서의 특성이 변화되기 때문이다. 따라서, 무취공기를 오랫동안 주입하여, 센서 표면의 부착량의 증감이 없을 때, 측정 공기를 주입함으로써, 보다 정밀한 측정값을 얻을 수 있다는 장점이 있다.

한편, 상기 가스센서(130)에 무취공기를 투입하는 단계(도 4에서, 도면번호 42번 으로 지시된 시점)와, 상기 가스센서(130)의 측정값을 상기 무취 공기가 주입되는 시간동안 측정하여, 시간 대비 출력 그래프를 획득하는 단계(도 4의 42 이후)와, 상기 시간 대비 출력 그래프로부터, 가스의 탈착량을 산출하는 단계(도 5의 112, 도 6의 117)와, 상기 가스의 흡착량을 산출하는 단계에서 얻어진 가스의 흡착량과, 상기 가스의 탈착량을 산출하는 단계로부터 산정된 탈착량을 비교하여, 가스센서(130)의 상태를 판단하는 단계를 포함한다.

상기 가스의 탈착량을 산출하는 단계는, 상기 측정값의 시간 대비 변동률을 산출하는 단계(도 5의 112)와, 상기 변동률의 면적을 적산한 면적값을 구하는 단계(도 6의 117)를 포함한다.

즉, 측정 가스를 주입한 후, 무취공기를 주입하여, 센서에 부착된 가스의 탈착량을 구한다.

가스센서(130)의 상태를 판단하는 단계는, 흡탈착량을 비교함으로써, 가스센서(130)의 성능을 평가할 수 있다. 즉, 가스센서(130)의 표면의 흡탈착량 차이가 3% 이내로 관리되는 경우, 가스센서(130)의 표면에 가스의 흡탈착이 가역적으로 이루어지고 있으므로, 가스 센서가 양호한 상태임을 알 수 있으며, 흡탈착량의 차이가 3~5% 이상으로 큰 차이를 보일 경우, 가스 센서에 가스가 흡착된 후, 탈착이 되고 있지 않아, 더 이상 센서로서 사용이 어려움을 나타내는 지표로 사용하거나, 무취공기 공급부의 필터 교환 및 내부 배관의 오염여부의 지표로 사용할 수 있다.

유사도비교부는 구취성분패턴분석부(300)에 의해 확보한 구취성분패턴(500)을 기 확보한 기준패턴(600)들과 유사성을 비교 분석하여 구취성분패턴(500)과 유사한 기준패턴(600)을 찾아서, 구취성분패턴(500)과 유사한 기준패턴(600)과의 상관성에 의해 채취부(10)로부터 채취한 구취의 성분을 유추하기 위해 프로그램을 구성한 것이다.

기준패턴(600)이란, 건강에 이상이 없는 사람, 당뇨, 소화기 위장질환 등 특정한 건강질환이 있는 사람 등을 대상으로 다양한 종류의 구취를 샘플(sample)로서 채취하여 상술한 구취성분패턴(500)과 같은 방법으로 표본화(sampling)하여 구취성분패턴(500)과의 유사도 비교 분석을 위해 데이터(date)로 미리 설정한 것이다.

유사도비교부에서의 유사도 비교,분석 방법은 다음과 같다. 참고로, 설명의 편의를 위해 본 발명에서는 총 7개의 가스센서(130)에 의해 구취가스를 측정하는 것으로 한정하며, #1,#2,#3,#4,#5,#6,#7로 식별하여 설명한다.

첫째, 구취성분패턴(500)의 각 가스센서(130)에 대응하는 스펙트럼 요소값(Ss#n)이 산정된다.

Ss#n에서 'Ss'는 구취성분패턴(500)의 스펙트럼 요소를 지칭하며 '#'은 식별순서, 'n'은 0을 제외한 자연수를 지칭하는 것으로서, Ss#n은 구취성분패턴(500)의 #n의 가스센서(130)에 대응하는 n번째 스펙트럼 요소가 구취성분패턴(500)의 전체 스펙트럼에서 차지하는 비율이다.

즉, 이 단계에서는 Ss#1, Ss#2, Ss#3, Ss#4, Ss#5, Ss#6, Ss#7가 산정된다.

아울러, 상기의 Ss#n에 대응하여, 미리 데이터로서 설정되어 있는 기준패턴(600)의 각 스펙트럼 요소값(Sd#n)이 제공된다.

Sd#n 또한 상기의 Ss#n과 마찬가지로, 'Sd'는 기준패턴(600)의 스펙트럼 요소, '#'은 식별순서, 'n'은 0을 제외한 자연수를 지칭하는 것으로서, Sd#n은 기준패턴(600)의 n번째 스펙트럼 요소가 기준패턴(600)의 전체 스펙트럼에서 차지하는 비율이다.

즉, Sd#1, Sd#2, Sd#3, Sd#4, Sd#5, Sd#6, Sd#7가 제공된다.

둘째, 이와 같이 산정된 상기의 'Ss#n'와 상기의 'Sd#n'의 비율(Rk#n), 즉 요소비율(Rk#n)이 산정된다.

'Rk#n'은 Sd#n/Ss#n으로서, 'Rk'는 구취성분패턴(500)과 기준패턴(600)의 상호 대응하는 각각의 스펙트럼 요소의 비율, '#'은 식별순서, 'n'은 0을 제외한 자연수를 지칭한다.

즉, 이 단계에서 Rk#1, Rk#2, Rk#3, Rk#4, Rk#5, Rk#6, Rk#7이 산정된다.

셋째, 상기에서 산정된 요소비율(Rk#n)의 평균값(Cs), 즉 요소 평균값(Cs)이 산정된다.

Cs=(Rk#1 + Rk#2 + ......+ Rk#7)/n으로서, 'n'은 0을 제외한 자연수를 지칭한다.

즉, Cs=(Rk#1 + Rk#2 + Rk#3 + Rk#4 + Rk#5 + Rk#6 + Rk#7)/7이 산정된다.

넷째, 상기에서 산정된 요소 평균값(Cs)에 대한 기준패턴(600)의 각 스펙트럼 요소값(Sd#n)의 비율(Wk#n), 즉 스펙트럼 비율(Wk#n)이 산정된다.

Wk#n = Sd#n / Cs로서, 'Wk'는 기준패턴(600)의 각 스펙트럼 요소에 대한 요소 평균값이며, '#'은 식별순서, 'n'은 0을 제외한 자연수를 지칭한다. 즉, Wk#n은 기준패턴(600)의 n번째 스펙트럼 요소에 대한 요소 평균값으로서, 이 단계에서는 Wk#1, Wk#2, Wk#3, Wk#4, Wk#5, Wk#6, Wk#7가 산정된다.

다섯째, 상기에서 산정된 요소 평균값(Cs)에 대한 요소비율(Rk#n)의 비율, 즉 평균 스펙트럼 비율(Rnk#n)이 산정된다.

Rnk#n = Rk#n / Cs로서, 'Rnk'는 각 스펙트럼 요소에 대한 평균 스펙트럼 비율값이며, '#'은 식별순서, 'n'은 0을 제외한 자연수를 지칭한다. 즉, 이 단계에서는 Rnk#1, Rnk#2, Rnk#3, Rnk#4, Rnk#5, Rnk#6, Rnk#7가 산정된다.

여섯째, 최종적으로 스펙트럼 비율(Wk#n)과 스펙트럼 평균값(Rnk#n)의 곱한 값을 합하여 유사도(S)가 산정된다.

즉, S=(Rnk#1*Wk#1 +......Rnk#n*Wk#n)

이와 같은 방법으로 기 설정되어 있는 모든 기준패턴(600)들을 대상으로 하나의 구취성분패턴(500)과 유사한 기준패턴(600)이 선정될 수 있다. 예컨대, 기준패턴(600)들 중 구취성분패턴(500)과의 유사도(S)가 70%이상인 기준패턴(600)이 구취성분패턴(500)의 유사한 기준패턴(600)으로 선정될 수 있다.

그리고 피대상자의 구취성분패턴(500)과 유사한 기준패턴(600)이 선정되면, 선정된 기준패턴(600)의 임상병리학적인 데이터를 토대로 피대상자의 구취성분, 즉 건강상태 등이 유추될 수 있다.

따라서, 피대상자의 구취의 원인은 물론, 피대상자의 건강상태도 간단하게 분석될 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

100: 가스투입장치 103: 밸브
120: 수분 제거 장치 130: 가스센서
200: 무취공기 투입장치 300; 구취성분패턴분석부
310; 가스량 측정부 320; 농도 연산부
330; 패턴산정부 400; 유사도 비교부

Claims (5)

1. 구취를 채취하는 채취부;
   상기 채취부에 채취된 구취가스가 공급되는 다수의 가스센서;
   상기 다수의 가스센서의 출력값으로부터 상기 채취부에 채취된 구취가스의 성분 패턴을 확보하는 구취성분패턴분석부;
   상기 구취성분패턴분석부에 의해 확보한 구취성분패턴을 스펙트럼으로 시각화하여 제공하는 스펙트럼 표시부; 및
   기 설정한 다양한 구취성분패턴에 따른 스펙트럼 방식의 기준패턴들과 상기 스펙트럼 표시부로 표시된 구취성분패턴의 유사성을 비교하는 유사도비교부;
   를 포함하며,
   상기 유사도비교부의 유사도비교는
   상기 구취성분패턴의 각 가스센서에 대응하는 스펙트럼 요소값(Ss#n) 및 이에 대응하는 상기 기준패턴의 각 스펙트럼 요소값(Sd#n)의 비율(Rk#n)을 산정하는 요소비율산정단계,
   상기 요소비율산정단계에서 산정한 비율(Rk#n)의 평균값(Cs)을 산정하는 요소 평균값 산정단계,
   상기 요소평균값 산정단계에서 산정한 평균값(Cs)에 대한 상기 기준패턴의 각 스펙트럼 요소값(Sd#n)의 비율(Wk#n)을 산정하는 스펙트럼 비율산정단계,
   상기 스펙트럼 비율산정단계에서 산정한 비율(Wk#n)의 평균값(Rnk#n)을 산정하는 스펙트럼 평균값 산정단계 및
   상기 스펙트럼 평균값 산정단계에서 산정한 평균값(Rnk#n)과 상기 스펙트럼 비율산정단계에서 산정한 비율(Wk#n)의 곱한 값을 합하여 유사도(S)를 산출하는 유사도 산출단계를 포함하는 것에 의해 이루어지며,
   여기서, 상기의 n은 0을 제외한 자연수인 것을 특징으로 하는 구취측정기.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 채취부는 폴리에스터(PE) 재질로 이루어지며, 구취 채취 및 상기 가스센서에 채취한 구취 공급을 위해 주입관이 설치된 공기주머니를 포함하는 것을 특징으로 하는 구취측정기.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 구취성분패턴분석부는
   상기 가스센서에서 측정된 측정값으로부터 상기 가스센서에 탈부착된 가스의 양을 산정하는 가스량 측정부;
   상기 가스량 측정부로부터 산정된 가스량으로부터, 상기 가스의 농도를 계산하는 농도 연산부;
   상기 농도 연산부로부터 계산된 가스의 농도들 간 상대 비율에 따른 구취성분패턴을 산정하는 패턴산정부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 구취측정기.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 가스센서에 무취공기를 공급하는 무취공기 투입장치와,
   상기 가스센서에 상기 채취부에서 채취된 상기 구취가스를 투입하는 가스투입장치와,
   상기 무취공기 투입장치 및 상기 가스투입장치를 선택적으로 상기 가스센서와 연통시켜 상기 가스센서에 가스를 투입하도록 하는 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구취측정기.
5. 삭제

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