KR101885631B1 - 혈중 암모니아 모니터링을 위한 실시간 모니터링 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 혈중 암모니아 모니터링을 위한 실시간 모니터링 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 혈중 암모니아 모니터링을 위한 실시간 모니터링 시스템은 환자의 혈중 암모니아 농도를 측정하여 그 결과의 신호를 출력하는 혈중 암모니아 농도 측정장치; 블루투스 기능을 통해 상기 혈중 암모니아 농도 측정장치로부터 입력된 데이터를 표시, 저장, 관리하며, 그 결과의 신호를 출력하는 스마트폰; 상기 스마트폰으로부터 입력된 환자에 관한 여러가지 종류의 데이터를 데이터베이스화하는 빅 데이터 서버; 인터넷을 통해 상기 스마트폰으로부터 입력된 환자에 관한 여러가지 종류의 데이터 및 상기 빅 데이터 서버로부터 입력된 데이터에 근거하여 환자의 건강 상태 및 원격 진료 결과를 나타내는 신호를 상기 스마트폰으로 다시 전송하는 병원 서버를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 혈중 암모니아 모니터링을 위한 실시간 모니터링 방법은 혈중 암모니아 농도 측정장치에 의해 환자의 혈중 암모니아 농도를 측정하여 그 결과의 신호를 출력하는 단계; 블루투스 기능을 통해 상기 혈중 암모니아 농도 측정장치로부터 입력된 데이터를 스마트폰에 의해 표시, 저장, 관리하며, 그 결과의 신호를 출력하는 단계; 상기 스마트폰으로부터 입력된 환자에 관한 여러가지 종류의 데이터를 빅 데이터 서버에 의해 데이터베이스화하는 단계; 인터넷을 통해 상기 스마트폰으로부터 입력된 환자에 관한 여러가지 종류의 데이터 및 상기 빅 데이터 서버로부터 입력된 데이터에 근거하여 환자의 건강 상태 및 원격 진료 결과를 나타내는 신호를 병원 서버에 의해 상기 스마트폰으로 다시 전송하는 단계를 포함한다.

Description

혈중 암모니아 모니터링을 위한 실시간 모니터링 시스템 및 그 방법{A Syst- em For Monitoring Ammonia In Blood In Real Time And A Method Thereof}

본 발명은 혈중 암모니아 모니터링을 위한 실시간 모니터링 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 널리 이용되고 있는 생화학적 혈중 암모니아 측정기를 대체할 수 있는 광 측정을 활용한 비침습 방식의 휴대용 센서 플랫폼을 구현함으로써, 혈중 암모니아 바이오센서로서 그 활용성을 검증하고자 하는 혈중 암모니아 모니터링을 위한 실시간 모니터링 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

바이오 센싱 기술은 사용자의 편의성 제고 기술인 미래기술로, 최근에는 최소 침습 또는 비침습 바이오 센싱기술에 대한 관심이 증대되고 있다. 이에 따라, 다양한 비침습 바이오 센싱 기술이 연구되고 있으며 광학 기반의 비침습 센싱기술이 대부분을 차지하고 있다.

현재 정보통신 기술(information technology, IT) 기반의 하드웨어인 의료기기 개발 가속화에 발맞추어 생명공학(biotechnology, BT) 기반 소프트웨어로의 바이오 마커(biomarker)[생물지표(生物指標)]와 이를 적용한 진단기술 개발이 필수적으로 요구되어진다.

또한, 노령화, 소득수준 향상, 해외 의료 서비스에 대한 접근성 향상 등의 환경변화는 소형화, 간편화 기기에 대한 수요가 급속히 증가할 것으로 예상된다. 개인 중심의 생활 패턴에 따라 스스로 자신의 건강 상태를 손쉽게 점검하여 관리하고 개별적으로 의료 서비스를 받기 원하는 욕구가 점점 증대되어 가고 있다. 노년층의 증가와 생활수준의 향상에 따라 예방 의학에 대한 관심이 고조되고 있고, 수익성 향상을 위한 병의원의 노력이 지속되고 있으며, 이로 인해 전자의료기기 시장은 지속적 확산 추이를 보인다.

한편, 세계 의료기기 시장의 85%를 차지하는 미국, 유럽, 일본의 평균 출산율 저하 및 평균수명 증가로 인해 인구 고령화가 가속화되면서 고령친화 산업이 급성장하고 있으며, 의료산업에서도 고령 인구에 특화된 의료 서비스 및 고령친화 의료기기에 대한 신규 수요가 지속적으로 증가된다. 기존의 병원에서 환자의 건강을 진단하여 관리하는 수준의 건강 관리(healthcare)에서, 가정에서도 환자의 건강을 모니터링하는 언제든(anytime), 어디서든(anywhere) 개념의 U-헬스케어(U-healthc -are), U-건강(U-wellness)에 커다란 관심을 가지고 있다. 질환을 가진 환자를 관리하는 수준에서, 질환을 조기예방하는 것이 가장 적극적인 건강관리가 될 수 있음을 공통적으로 인식하고 있기 때문이다.

건강 관리(헬스케어) 산업은 차세대 성장 동력 사업으로 각광받고 있으며, 기존의 헬스케어 개념에서 U-헬스케어, 스마트 헬스케어 기술이 개발될 경우 국내의 강점 기술력으로 세계 시장 진입이 가능할 것으로 예상된다.

또한, 세계를 주도하는 IT 기술을 보유한 한국의 강점에 BT 콘텐츠인 바이오센서를 융합할 경우, 세계시장을 선도하는 의료분야 명품 제품을 만들어 낼 수 있는 시너지 효과 창출이 가능할 것으로 보인다. 이를 위해 나노기술이 융복합화된 진단기술과 IT 기술의 효율적인 접목이 요구되어지고 있다.

한편, 다양한 질환을 가진 환자들의 치료에 있어서, 혈액을 이용한 각종 검사는 환자의 상태 파악 및 치료 방법을 결정하는데 아주 중요한 지표가 된다. 혈액검사를 자주 필요로 하는 경우는 여러 가지 질환에서 다양한 조건이 있지만, 예를 들면, 당뇨병 환자의 혈당치, 만성 신부전증 환자의 혈액 요소성 질소(血液尿素性窒素)(Blood Urea Nitrogen, BUN)이나 크레아티닌(creatinine) 수치 및 다양한 질환에서의 혈중 암모니아 수치를 들 수 있다.

암모니아(NH3)는 장(intestine), 간(liver), 신장(kidney) 등 체내의 모든 세포에서 형성되어 간에서 대사되며, 요소(urea)로 변환되어 대, 소변, 땀 등을 통해 체외로 배출되게 된다. 요소도 노폐 물질이나 암모니아보다는 훨씬 독성이 덜 하다. 혈중 암모니아는 단백질이 대사되고 난 부산물로 자연 발생적으로 체내에서 생기게 된다. 그러므로 인간 생명이 유지되는 한, 암모니아와 관련된 대사(metabol -ism)는 평생 체내에서 진행된다.

혈중 암모니아가 일정 수준 이상 올라가면 뇌 조직에 독성으로 작용하여 짧은 시간에 환자는 의식 소실을 보이며, 일찍 교정이 되지 않을 경우는 사망에까지 이를 수 있으므로 아주 중요한 생체 지표 중 하나에 해당하며, 고(高) 암모니아 혈증을 유발하는 원인 질환으로는 전격성 간염, 간경화, 간암, 대사질환 및 기타 간 기능을 떨어뜨리는 여러 가지 형태의 임상 질환들이 포함될 수 있다. 암모니아는 뇌세포에 특히 독성이 강해 혈중 농도가 올라갈 경우, 의식 혼미, 기면(嗜眠)(let -hargy), 경련 및 의식 소실 등을 초래할 수 있다.

따라서, 혈중 암모니아는 여러 가지 임상적 상황에서 환자의 안전성 여부의 판단을 위해 병원에서 자주 측정되는 혈중 대사물질의 하나이며, 신경계에 미치는 영향이 막중하여 중요한 측정자료가 된다.

한편, 현재의 상용화된 혈중 암모니아 측정을 위한 침습적 측정방법은 혈액을 채취하고, 채취된 혈액 내에 존재하는 암모니아(NH3)의 농도를 측정하는 방식으로, 암모니아 외의 혈중에 존재하는 물질에 의한 영향을 최소화하기 위해서는 암모니아만 결합하는 특정 바이오 리셉터를 센싱부에 고정화하여 측정하는 방식이다.

보통 환자의 상태가 위중할 때는 혈중 암모니아 농도를 하루에 2~4회 정도 측정하며 정맥혈을 채취하여 검사하고 있다. 현재 사용되는 침습적 측정방법은 정맥혈 채취가 유일하나 정맥혈 채취 시 바늘에 의한 통증 이외에도 임상적으로 정맥혈 채취가 어렵거나 위험한 경우에는 또 다른 부작용을 초래할 위험이 있다. 예를 들면, 미숙아나 소아에서의 검사, 출혈성 경향이 있는 환자, 감염증이 의심되는 경우, 면역 결핍증 환자, 심리 불안정 환자 등에서는 반복적인 채혈로 인한 이차적인 문제가 발생할 소지가 많다.

또한, 혈중 암모니아 측정은 채혈시간이 많이 걸리거나 채혈 후 오랜 기간 방치한 다음, 검사를 하면 인위적으로 수치가 증가하는 경향을 보여 정확도에도 문제가 생길 수 있다.

또, 이미 많은 제품이 상용화되어 있으나 대부분이 채혈 기반의 혈중 암모니아 측정방식이기 때문에, 측정방식의 번거로움, 채혈 시 고통, 빈번한 채혈에 따른 감염 등의 이유로 U-헬스케어와의 연계 확산이 저조하다는 문제점이 있다.

한편, 경피 피분석물 모니터링 시스템 및 피분석물 검출 방법이 개발되어 한국등록특허 10-1433550호로 등록된 바 있다.

그 구성을 살펴보자면, 센서 조립체를 포함하고, 상기 센서 조립체는 타겟 플레이트, 하이드로겔 및 복수개의 전극을 포함하는 센서 몸체를 포함하며, 상기 타겟 플레이트는 하이드로 겔을 포함하도록 구성되며, 상기 센서 몸체는 하이드로겔과 유체 소통하고, 상기 하이드로겔은 습윤제 및 효소를 포함하고, 상기 습윤제는 습윤제가 없는 동일한 시스템과 비교하여 감소된 신호 추이로 표시되고 경피 분석물 모니터링 시스템의 성능 수명을 증가시키는 유효량을 포함하며, 상기 습윤제가 글리세롤인 경우, 습윤제는 0.1 내지 15%(wt/wt)의 범위의 함량으로 포함되는 것을 특징으로 하여 구성된다.

또한, 건강관리 모니터링 시스템이 개발되어 한국공개특허 10-2005-0086556호로 출원된 바 있다.

그 구성을 살펴보자면, 무선 건강관리 모니터링 시스템에 있어서, 적어도 하나의 UWB 바이오센서 송신기로서, 상기 바이오센서 송신기는 사용자의 건강 상태를 검출하고 대응하는 바이오센서 수치를 생성하기 위하여 배치되는 바이오센서와 결합되고, 상기 수치는 상기 바이오센서 송신기에 의해서 UWB 바이오 센서 신호로 변환되어 전송되는 적어도 하나의 UWB 바이오센서 송신기; 상기 송신기의 범위 내에서 상기 송신기로부터 원격으로 배치되는 UWB 수신기로서, 상기 수신기는 UWB 바이오센서 신호를 수신하고 이 신호를 상기 바이오센서 수치로부터의 정보를 포함하는 신호로 변환하는 UWB 수신기; 상기 UWB 수신기와 통신하여 상기 변환된 신호를 처리하고, 상기 바이오센서에 의해서 검출되는 상기 사용자의 건강 상태를 나타내는 판독 가능한 출력을 제공하는 프로세서를 포함하여 구성된다.

그러나 상기 출원들로는 상기 문제점들을 해결할 수 없었으며, 상기 문제점들을 해결할 수 있는 혈중 암모니아 모니터링을 위한 실시간 모니터링 시스템 및 그 방법이 없었다.

KR 10-1433550 B1 KR 10-2005-0086556 A

본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 널리 이용되고 있는 생화학적 혈중 암모니아 측정기를 대체할 수 있는 광 측정을 활용한 비침습 방식의 암모니아를 측정할 수 있는 장치 및 방법을 구현하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로 암모니아 농도 측정장치의 일 실시예는 소변을 담는 뷰렛; 제1파장의 측정광원; 제2파장의 제1기준광원; 상기 측정광원과 제1기준광원을 하나의 광섬유로 커플링 시키는 광커플러; 상기 광커플러와 커플링되는 제1렌즈; 상기 제1렌즈의 출력은 상기 뷰렛의 일면에 커플링되어 있고, 상기 뷰렛의 타면은 제2렌즈에 커플링되어 있으며; 상기 제2렌즈의 출력에 연결되어 있고, 제1파장과 제2파장을 분리하는 파장분할다중화기; 상기 파장분할다중화기의 일출력에 연결되고, 상기 측정광원의 세기를 측정하는 제1수신부; 상기 파장분할다중화기의 타출력에 연결되고, 상기 제1기준광원의 세기를 측정하는 제2수신부; 상기 제1수신부와 제2수신부에서 측정한 세기차이를 연산하는 제어부를 포함하고, 상기 제1파장은 제2파장보다 암모니아의 광흡수가 더 잘일어나는 것을 특징으로 한다.

일 실시예로, 상기 제1파장은 1500~1580nm 대역 중 하나이며, 상기 제2파장은 1300~1380nm 대역 중 하나의 파장인 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이 구성되는 본 발명은 널리 이용되고 있는 생화학적 혈중 암모니아 측정기를 대체할 수 있는 광 측정을 활용한 비침습 방식의 휴대용 센서 플랫폼을 구현함으로써, 혈중 암모니아 바이오센서로서 그 활용성을 검증하고자 하는 혈중 암모니아 모니터링을 위한 실시간 모니터링 시스템 및 그 방법을 제공하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 항시 모니터링이 가능하므로 현재의 임상적 문제를 상당 부분 해소시킬 수 있는 효과가 있다.

또, 본 발명은 각종 건강관리 정보를 무선으로 센싱, 모니터링하여 능동적으로 제어, 관리하고 여러 종류의 다양한 생체정보를 사용자의 간섭 없이 수집할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 24시간 모니터링이 가능하여 측정된 수치에 따라 환자가 스스로 음식 조절, 생활 패턴의 변화 등을 통해 관리를 할 수 있으며, 이러한 훈련을 통해 장기적으로는 환자의 질환 관리에 도움을 주고 궁극적으로는 국가적인 의료비 등을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또, 본 발명에 따른 비침습 방식을 사용하면, 종래의 침습 방식의 정맥 채혈 등으로 인한 통증, 불편감, 감염 우려 등을 해소하고, 혈액 샘플 운반 중 생길 수 있는 오차, 사고, 분실 등의 가능성을 줄여 줄 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 현재 시장에 형성되어 있는 채혈 방식의 혈중 암모니아 측정기에 비해, 무채혈 방식인 비침습 방식을 기반으로 하기 때문에 환자의 고통과 번거로움을 줄여줄 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 혈중 암모니아 측정기를 환자의 팔이나 몸에 착용하여 혈중 암모니아 농도를 주기적으로 측정하고 그 정보를 중앙 단말기 또는 휴대용 장치에 저장하는 경우에는, 혈중 암모니아 농도의 연속 측정이 가능하다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 혈중 암모니아 모니터링을 위한 실시간 모니터링 시스템의 구성을 도시한 블록도.
도 2(a)는 혈액과 소변 직접 측정방법에 사용되는 본 발명의 일 실시예에 따른 직사각형 광센서의 구성을 도시한 측면도.
도 2(b)는 혈액과 소변 직접 측정방법에 사용되는 한 방향에서의 본 발명의 일 실시예에 따른 직사각형 광센서의 구성을 도시한 상면도.
도 2(c)는 혈액과 소변 직접 측정방법에 사용되는 다른 방향에서의 본 발명의 일 실시예에 따른 직사각형 광센서의 구성을 도시한 상면도.
도 3(a)는 혈액과 소변 직접 측정방법에 사용되는 한 방향에서의 본 발명의 다른 실시예에 따른 내부 센서형 광센서의 구성을 도시한 정면도.
도 3(b)는 혈액과 소변 직접 측정방법에 사용되는 다른 방향에서의 본 발명의 다른 실시예에 따른 내부 센서형 광센서의 구성을 도시한 정면도.
도 4는 본 발명에 따른 pH에 따른 암모니아 피크를 도시한 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 소변 직접 비침습 측정방법의 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 소변 직접 비침습 측정방법의 구성도.
도 7은 본 발명에 따른 소변 직접 비침습 측정 일 실시예
도 8은 본 발명에 따른 측정장치 일 실시예
도 9은 본 발명의 혈중 암모니아 모니터링을 위한 실시간 모니터링 방법의 구성을 도시한 순서도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따르면, 무선통신 기반 스마트폰과 연동되며 데이터베이스화되는 휴대용 개인기기(혈중 암모니아 농도 측정장치)에 의해 혈중의 암모니아 농도가 비침습 방식으로 측정되며, 여기서, 비침습 방식이란 혈액을 채취하지 않고 혈액 내에 존재하는 암모니아(NH3)의 농도를 측정하는 방식을 의미한다.

또한, 본 발명에 따르면, 기존의 침습 방식의 혈중 암모니아 측정기를 대체할 수 있는 광 측정을 활용한 비침습 방식의 휴대용 센서 플랫폼이 구현된다.

또한, 본 발명은 근적외선(near infrared, NIR) 광센서를 이용한 혈중 암모니아 측정방식으로, 환자의 피부에 NIR 광센서를 착용하여 실시간 모니터링하는 방식이다.

도 1은 본 발명의 혈중 암모니아 모니터링을 위한 실시간 모니터링 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 혈중 암모니아 모니터링을 위한 실시간 모니터링 시스템은 환자의 혈중 암모니아 농도를 측정하여 그 결과의 신호를 출력하는 혈중 암모니아 농도 측정장치(10); 블루투스 기능을 통해 상기 혈중 암모니아 농도 측정장치(10)로부터 입력된 데이터를 표시, 저장, 관리하며, 그 결과의 신호를 출력하는 스마트폰(20); 상기 스마트폰(20)으로부터 입력된 환자에 관한 여러가지 종류의 데이터를 데이터베이스화하는 빅 데이터 서버(30); 인터넷을 통해 상기 스마트폰(20)으로부터 입력된 환자에 관한 여러가지 종류의 데이터 및 상기 빅 데이터 서버(30)로부터 입력된 데이터에 근거하여 환자의 건강 상태 및 원격 진료 결과를 나타내는 신호를 상기 스마트폰(20)으로 다시 전송하는 병원 서버(40)를 포함한다.

도 2(a)는 혈액과 소변 직접 측정방법에 사용되는 본 발명의 일 실시예에 따른 직사각형 광센서의 구성을 도시한 측면도이고, 도 2(b)는 혈액과 소변 직접 측정방법에 사용되는 한 방향에서의 본 발명의 일 실시예에 따른 직사각형 광센서의 구성을 도시한 상면도이며, 도 2(c)는 혈액과 소변 직접 측정방법에 사용되는 다른 방향에서의 본 발명의 일 실시예에 따른 직사각형 광센서의 구성을 도시한 상면도이다.

도 2(a)-도 2(c)에 관해 설명하자면, 혈액과 소변 직접 측정방법에 사용되는 본 발명의 일 실시예에 따른 직사각형 광센서(100)가 도 2(a)-도 2(c)에 도시되어 있고, 그 크기는 13.0 x 23.0 x 10.0mm이며, 멀티-모드 콜리메이터(multi-mode collimator)를 사용하여 제작된다.

도 3(a)는 혈액과 소변 직접 측정방법에 사용되는 한 방향에서의 본 발명의 다른 실시예에 따른 내부 센서형 광센서의 구성을 도시한 정면도이고, 도 3(b)는 혈액과 소변 직접 측정방법에 사용되는 다른 방향에서의 본 발명의 다른 실시예에 따른 내부 센서형 광센서의 구성을 도시한 정면도이다.

다음으로, 도 3(a) 및 도 3(b)에 관해 설명하자면, 혈액과 소변 직접 측정방법에 사용되는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내부 센서형 광센서(200)가 도 3(a) 및 도 3(b)에 도시되어 있고, 그 크기는 12.0 x 12.0 x 45.0mm이며, 싱글-모드 9um 콜리메이터를 사용하여 제작된다.

도 4는 본 발명에 따른 소변 직접 비침습 측정방법의 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 pH에 따른 암모니아 피크를 도시한 그래프이다.

소변 바이오 리액터 사용 침습방법은 반응시간이 오래 걸리고 바이오 리액터의 양을 정확하게 조절해야 하는 단점이 있다. 이러한 이유로 본 발명은 이러한 단점을 해결할 수 있는 소변 직접 비침습 측정방법을 채택하였다.

첫 번째 시도는 일반 뷰렛에 증류수를 담아 측정하였다. 광 투과도 실험에서 주의해야 할 점은 공기 중 정렬 상태와 굴절률이 바뀐 상태의 정렬은 다르다는 점이다. 즉, 공기 중에서의 굴절률과 증류수를 통과한 후의 광 경로는 상이하였다. 이러한 상태가 손실로 발생하게 된다. 특히 암모니아와 물의 흡수가 동시에 일어나는 1500nm 영역에서의 정렬은 매우 어렵다.

또한, 광 파워가 너무 약하기 때문에 잡음에 대한 영향이 심하였다.

도 4 및 도 5는 소변 직접 비침습 측정장치에 관한 일 실시예이다.

본 실시예는 소변기에 장착되어질 수도 있고, 양변기에 이동식으로 장착되어 질 수 있다.

소변의 암모니아를 측정하기 위해서 소변을 담아두는 뷰렛(1100), 뷰렛(1100)의 소변의 상태를 측정하기 위한 광원부는 측정광원(1220), 제1기준광원(1230)을 포함하고, 상기 복수의 광원들은 광섬유로 커플링되어 출력되고, 각각의 출력은 커플러를 통해서 하나의 광섬유에 커플링된다. 하나의 광섬유는 뷰렛(1100)과 연결되어 있는 렌즈(1410)로 커플링되고, 렌즈(1410)의 출력은 소변이 들어 있는 뷰렛(1100)을 통과하여, 렌즈(1420)에 집광된다. 상기 집광된 상기 복수의 광원들은 다시 광섬유로 커플링되고, 다시, 파장분할필터를 통해서, 제1수신기(1320), 제2수신기(1330)로 입력되어진다. 상기 뷰렛(1100)의 일부 및 렌즈(1410, 1420)는 케이스(1400)에 포함되어 질 수 있다.

여기서, 상기 제1기준광원(1320)는 암모니아에 대해서 광흡수가 일어나는 1500~1530nm 대역의 광원을 사용을 하고, 상기 제2기준광원(1330)은 암모니아에 대해서 광흡수가 일어나지 않는 1300~1320nm 대역의 광원을 사용을 할 수 있다.

상기 제1수신기(1320)에는 제1기준광원을 수신하고, 상기 제2수신기(1330)은 제2기준광원을 수신한다. 여기서 파장분할필터 및 제2수신기(1330)없이 제1수신기(1320)만을 이용해서 측정도 가능하다. 그러기 위해서는 광원부와 제1수신기(1320)는 별도의 제어부(3000)를 통해서 동기화가 되어 있어야 한다.

상기 뷰렛(1100)의 폭은 광원의 손실 및 정확한 측정을 위해서는 10mm 이하인 것이 바람직하고, 뷰렛(1100)의 상부에는 소변을 잘 들어갈 수 있는 깔때기 구조와 같은 추가 구성품을 포함할 수 있다.

또한, 상기 렌즈들에는 콜리메이터를 추가할 수 있고, 광섬유는 멀티모드 광섬유를 사용할 수 있다.

도 5는 제2기준광원(1240)을 포함하는 일 실시예이다. 본 발명의 암모니아를 측정을 하는 핵심은 광원들의 세기를 측정하는 것이다. 본 시스템을 설치를 하다보면, 부주의 등에 의한 벤딩 등에 의해서 신호의 세기가 측정치와 다르게 나타날 수 있다. 따라서 운용중에 추가로 발생되는 광신호의 크기 저하를 판단하기 위해서 제2기준광원(1240)을 추가할 수 있다.

상기 제2기준광원(1240)은 뷰렛을 통과하지 않고, 케이스(1400) 내부의 별도 경로를 통해서, 제3수신기(1340)에 수신될 수 있다.

이 경우 렌즈(1410, 1420)는 GRIN렌즈 등을 사용하여 광패스를 결정할 수 있고, 뷰렛에 별도의 제3기준광원 만을 통과시키는 별도의 관을 만들어서 진행시킬 수 있다.

위와 같은 암모니아 측정 시스템의 측정방법은 다음과 같다.

제1측정방법(제1수신기만을 이용할 때)

소변을 뷰렛에 담기 전에, 상기 제1기준광원과 측정광원은 상시 그 세기를 측정한다. 제1기준광원을 구동시키고, 제1수신기가 측정하고, 다시 측정광원을 구동시키고, 제1수신기가 세기를 측정을 한다. 각각의 세기차이를 구한다, 여기서 구해진 세기차이는 기준세기차이라 한다. 기준세기차이는 주기적으로 측정하여, 정확한 암모니아의 분석에 사용되어질 수 있다.

그 후, 뷰렛에 소변을 담고, 제1기준광원과 측정광원을 각각 구동시키고, 각각의 세기를 측정하고, 그 차이를 측정한다. 측정된 차이는 상기 기준세기차이와 비교하여 늘어난 측정광원의 손실을 측정한다. 측정광원의 줄어든 광원의 세기는 암모니아의 흡수에 의해서 일어난 것이고, 미리 측정/계산한 손실 대비 암모니아의 농도 데이터(표)와 비교하여, 암모니아의 농도를 계산할 수 있다.

제2측정방법(제1,2 수신기를 이용할 때)

소변을 뷰렛에 담기전, 제1기준광원과 측정광원을 동시에 구동시켜서, 제1수신기 및 제2수신기를 통해서 기준세기차이를 연산한다. 그 후, 뷰렛에 소변을 담고, 제1기준광원과 측정광원을 동시에 구동시키고, 각각의 세기를 측정하고, 그 차이를 측정한다. 측정된 차이는 상기 기준세기차이와 비교하여 늘어난 측정광원의 손실을 측정한다. 측정광원의 줄어든 광원의 세기는 암모니아의 흡수에 의해서 일어난 것이고, 미리 측정/계산한 손실 대비 암모니아의 농도 데이터(표)와 비교하여, 암모니아의 농도를 계산할 수 있다.

제3측정방법(제2기준광원을 이용할 때)

제1,2 측정방법에서 측정된 기준세기차이는 시간에 따라 변화하게 된다. 변화하게 되는 원인이 뷰렛안의 영향도 있지만, 광섬유의 벤딩 등에 의해서 변화하게 된다. 이러한 변화를 감지하기 위해서, 제2기준광원을 이용한다.

제2기준광원은 상시 또는 소정의 시점에 구동시켜서, 제2기준광원의 세기를 모니터링 한다. 제2기준광원의 세기가 변화되는 경우에는 그 변화된 만큼 상기 측정된 기준세기차이에 가감하여 측정값의 오차를 최소화할 수 있다.

상기와 같은 방법을 이용하면, 뷰렛의 상태가 오염이 되어 있어도, 상시 정확한 분석을 할 수 있고, 다양한 환경에서도 측정이 가능하다는 장점이 있다. 대부분의 측정 장비들은 정확한 측정을 위해서, 별도의 장비를 두고 측정을 해야 하는 단점들이 있었다. 하지만, 본 발명을 이러한 제약사항 없이 상시 이용할 수 있다.

도6은 본 발명의 상기 장점을 이용하여, 소변기에 설치할 수 있는 시스템이다. 통상 소변기(2000) 또는 양변기에 본 발명의 측정장치(1000)을 결합하고, 제어부(3000)에서 측정하고, 소변기(2000) 앞에 설치된 디스플레이(4000)에 소변을 눈 사람의 혈중 암모니아를 분석하여, 몸의 상태를 표시해줄 수 있다. 상태표시는 수치상으로 나타낼 수도 있고, 상태가 좋음, 보통, 나쁨, 아주나쁨 등과 같이 색으로 몸상태를 표시해줄 수도 있다.

상기 측정장치(1000)를 여러사람이 사용하는 공중 소변기(2000)에 장착하는 경우에는 뷰렛(1100)의 하부에 소변을 플러싱(flushing)할 수 있는 밸브 또는 개폐장치를 추가로 구성할 수 있다. 소변을 플러싱할 때 나오는 물을 이용하여 상기 뷰렛(1100)을 플러싱할 수 있다.

도7은 측정장치(1000)의 다른 실시예 형상이다. 공중 소변기(2000)에 장착을 하는 경우에는 기계적으로 플러싱을 할 수 없는 문제가 있기 때문에, 뷰렛(1100)의 상부를 깔대기 모양으로 하여 소변을 잘 들어가게 구성할 수 있다. 아래 부분에는 소변이 일정 시간 담겨 있을 수 있도록 나오는 부분을 좁게 만들어서, 소변이 뷰렛에서 다 빠져나가는 시간을 지연시키고, 뷰렛의 하단부에 측정광원의 제1파장, 제1기준광원의 제2파장광원을 투과시켜서 측정을 한다. 광원이 투과되는 뷰렛의 폭 또는 직경이 10mm이하인 것이 바람직하다. 측정은 굉장히 빠른 속도로 이루어지기 때문에, 별도의 기구적인 장치 없이 소변이 잠시 머물러 있다 지나가도 빠른 시간 측정이 가능하다.

상기 측정장치(1000)가 소변기(2000)에 장착되는 경우에는 소변이 흘러나가는 구멍 근방에 설치할 수 있고, 소변기에 노출되어 있는 곳에 설치할 수 있다.

여러사람이 사용하더라도, 본 발명은 매번 제1기준광원을 이용하여, 항상 기준세기를 알 수 있기 때문에, 오차를 최소화할 수 있고, 제2기준광원을 추가적으로 이용하는 경우에는 시간에 따른 노후 및 환경변화 등에 따른 오차도 최소화할 수 있는 장점이 있다.

도10은 본 발명의 다른 실시예에 대한 구성도이다.

앞서 설명한 실시예의 경우에는 측정광원이 인라인타입인 반면, 도10은 반사형태이다.

미러(1440)를 렌즈(1420)대신 구성한다. 그러면, 측정광원과 제1기준광원은 반사가 미러(1440)에 의해서 반사가 일어나고, 반사된 측정광원과 제1기준광원의 세기를 측정하여 암모니아의 농도를 측정할 수 있다.

반사형의 경우에는 측정광원이 소변을 왕복하여 두 번 지나가기 때문에 암모니아에 의한 세기감소가 두번 이루어지기 때문에 정확한 측정을 할 수 있고, 광섬유가 절반만 필요하기 때문에 설치 시 생기는 손상에 의한 손실을 최소화할 수 있다.

도10은 반사형 구조 중에서, 제2기준광원을 사용하는 경우의 구조이다.

앞서 설명한 바와 같이 제2기준광원을 사용하는 경우에는 설치시 생기는 손상에 의한 손실, 노후, 부주의 사용 등에 의한 손실을 실시간으로 측정할 수 있다. 반사형의 경우에는 제3파장을 사용하는 제2기준광원을 렌즈(1410)전에 제3파장만을 반사시키는 반사형 필터(1450)를 위치시킬 수 있다. 그러면, 렌즈(1410)전까지 생기는 외부영향 손실은 제2기준광원에 의해서 모두 판단할 수 있기 때문에, 측정오차를 최소화할 수 있는 장점이 있다.

도 11는 본 발명의 혈중 암모니아 모니터링을 위한 실시간 모니터링 방법의 구성을 도시한 순서도이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 혈중 암모니아 모니터링을 위한 실시간 모니터링 방법은 혈중 암모니아 농도 측정장치(10)에 의해 환자의 혈중 암모니아 농도를 측정하여 그 결과의 신호를 출력하는 단계(S10); 블루투스 기능을 통해 상기 혈중 암모니아 농도 측정장치(10)로부터 입력된 데이터를 스마트폰(20)에 의해 표시, 저장, 관리하며, 그 결과의 신호를 출력하는 단계(S20); 상기 스마트폰(20)으로부터 입력된 환자에 관한 여러가지 종류의 데이터를 빅 데이터 서버(30)에 의해 데이터베이스화하는 단계(S30); 인터넷을 통해 상기 스마트폰(20)으로부터 입력된 환자에 관한 여러가지 종류의 데이터 및 상기 빅 데이터 서버(30)로부터 입력된 데이터에 근거하여 환자의 건강 상태 및 원격 진료 결과를 나타내는 신호를 병원 서버(40)에 의해 상기 스마트폰(20)으로 다시 전송하는 단계(S40)를 포함한다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 몇 가지 실시 예들과 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

10 : 혈중 암모니아 농도 측정장치 20 : 스마트폰
30 : 빅 데이터 서버 40 : 병원 서버
100 : 비침식 암모니아 측정장치
200 : 비침식 암모니아 측정장치

Claims (2)

1. 케이스를 포함하는 암모니아 농도 측정장치에 있어서,
   상기 케이스의 내부에 위치하는 깔때기 모양의 소변을 담는 뷰렛;
   제1파장의 측정광원;
   제2파장의 제1기준광원;
   제3파장의 제2기준광원;
   상기 측정광원, 제1기준광원, 제2기준광원을 하나의 광섬유로 커플링 시키는 광커플러;
   상기 광커플러와 커플링되는 GRIN렌즈로 구성된 제1렌즈;
   상기 제1렌즈와 광커플러 사이에 위치한 제3파장만을 반사시키는 반사형 필터;
   상기 제1렌즈의 출력은 상기 깔때기 모양의 뷰렛의 폭이 좁은 아랫부분의 일면에 커플링되어 있고, 상기 뷰렛의 타면은 GRIN렌즈로 구성된 제2렌즈에 커플링되어 있으며;
   상기 제2렌즈의 출력에 연결되어 있고, 제1파장과 제2파장을 분리하는 파장분할다중화기;
   상기 파장분할다중화기의 일출력에 연결되고, 상기 측정광원의 세기를 측정하는 제1수신부;
   상기 파장분할다중화기의 타출력에 연결되고, 상기 제1기준광원의 세기를 측정하는 제2수신부;
   상기 제1수신부와 제2수신부에서 측정한 세기차이를 연산하는 제어부를 포함하고, 상기 제1파장은 제2파장보다 암모니아의 광흡수가 더 잘일어나고,
   상기 제1파장은 1500~1580nm 대역 중 하나이며, 상기 제2파장은 1300~1380nm 대역 중 하나의 파장이며,
   상기 뷰렛의 폭이 좁은 아랫부분은 직경이 10mm 이하이며,
   상기 제2기준광원은 뷰렛을 통과하지 않고, 케이스 내부의 별도의 경로를 통해서 제3수신기에 의해서 수신되는 것을 특징으로 하는 암모니아 농도 측정장치.
   
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