KR102030240B1 - 혈류 측정 장치 - Google Patents
혈류 측정 장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102030240B1 KR102030240B1 KR1020170116491A KR20170116491A KR102030240B1 KR 102030240 B1 KR102030240 B1 KR 102030240B1 KR 1020170116491 A KR1020170116491 A KR 1020170116491A KR 20170116491 A KR20170116491 A KR 20170116491A KR 102030240 B1 KR102030240 B1 KR 102030240B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- light
- optical
- optical signal
- blood flow
- wavelength
- Prior art date
Links
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 title claims abstract description 63
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 149
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 45
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 38
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 28
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 23
- 102000001554 Hemoglobins Human genes 0.000 claims description 23
- 108010054147 Hemoglobins Proteins 0.000 claims description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 7
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims description 7
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 claims description 4
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 claims description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 16
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 7
- 230000003727 cerebral blood flow Effects 0.000 description 6
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 4
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 4
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 4
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 3
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000008344 brain blood flow Effects 0.000 description 2
- 238000002599 functional magnetic resonance imaging Methods 0.000 description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 2
- 238000004497 NIR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007177 brain activity Effects 0.000 description 1
- 238000012631 diagnostic technique Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000000537 electroencephalography Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000001537 neural effect Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/026—Measuring blood flow
- A61B5/0261—Measuring blood flow using optical means, e.g. infrared light
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
- A61B5/7235—Details of waveform analysis
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/10—Beam splitting or combining systems
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Public Health (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Physiology (AREA)
- Hematology (AREA)
- Cardiology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Psychiatry (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
혈류 측정 장치가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 혈류 측정 장치는 600~900㎚ 파장 대역 내에서 서로 상이한 파장 대역을 출력하는 복수의 광원, 및 각 파장 대역의 광 신호가 입력되는 복수의 입력단이 복수의 광원이 연결되고 복수의 광원의 광 신호를 결합하며 결합된 광 신호가 출력되는 하나의 출력단이 구비되는 광 결합수단을 포함하고, 측정 대상으로 상기 결합된 광 신호를 출력하는 여기부; 및 측정 대상으로부터 검출된 결합 광 신호가 입력되는 하나의 입력단이 구비되고 결합된 광 신호를 복수의 광원 각각에 대응하는 파장 대역의 복수의 광으로 분리하며 분리된 광 신호가 출력되는 복수의 출력단이 구비되는 광 분리수단, 및 분리된 광 신호를 검출하는 복수의 광센서를 포함하고, 측정 대상으로부터 결합된 광 신호를 검출하는 수광부;를 포함한다.
Description
본 발명은 산화, 탈산화 헤모글로빈 포함 및 전체 혈류 측정 장치에 관한 것으로, 특히, 복수의 광원 및 복수의 광센서에 대하여 동일한 광경로 상에서 광 신호를 분리하거나 결합할 수 있는 혈류 측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로 광 기반 생체 정보 진단 기술은 실험실 조건에서 형광, 인광, 분광 정보를 계측하는 방법 또는 기구부터 맥박, 혈류량, 혈액 순환 속도, 산화/탈산화 헤모글로빈, 혈당 등을 비침습적이고 실시간으로 계측할 수 있는 방법 또는 기구까지 다양하게 활용되고 있다.
그 중에서 두 개 이상의 적외선을 이용한 적외선 분광 기법(Near-infrared spectroscopy)은 혈액 흐름 및 산화/탈산화 헤모글로빈 포함 혈류량을 실시간으로 계측할 수 있다는 점에서 피부의 혈류량 변화부터 뇌 혈류량 이미징까지 다양한 진단에 활용되고 있다.
특히 적외선 분광 기법에 기반을 둔 뇌 혈류량/혈류 속도 이미징은 기능적 자기공명영상(Functional magnetic resonance imaging, fMRI), 뇌전도(Electroencephalography, EEG)와 함께 비침습적으로 뇌 활성도 변화를 모니터링할 수 있는 방법으로 연구 장비뿐만 아니라 의료 목적의 진단기기까지 활용되고 있다.
이러한 적외선 분광 측정 장치는 크게 두 개 이상의 파장을 갖는 적외선을 방출하는 여기부(Excitation part)와 여기부에서 수 ㎝ 이격된 위치에 배치되어 각 파장의 적외선 세기를 측정하는 수광부(Collection part)로 나눌 수 있다.
여기서, 여기부 및 수광부는 분광 소자 중 하나인 다이크로익 필터 밀러(Dichroic filter mirror)를 사용하여 서로 다른 두 개의 파장을 갖는 광원(Light source)을 연결하거나 두 개의 광센서를 연결하여 구성되거나, 시간차를 두어 각 파장의 빛을 분리해 조사하고 그 시간에 맞추어 광센서에서 신호를 받아들여 측정하는 방식도 사용하고 있으나, 시간 차이에 따른 오차가 발생하므로 실시간 혈류 측정에 어려움이 있다.
전체 혈류량 및 산화/탈산화 헤모글로빈 포함 혈류량은 각 파장의 광학 유전율(Optical permittivity)과 수 ㎝ 떨어진 수광부에서 계측된 각 파장의 광학 세기(Optical intensity)를 행렬 형태로 계산하여 획득할 수 있다.
이러한 이유로, 두 개의 파장 및 두 개의 광학 유전율을 사용하는 것보다 세 개의 파장 및 세 개의 광학 유전율을 사용하는 것이 더 정확한 전체 혈류량 및 산화/탈산화 헤모글로빈 포함 혈류량을 획득할 수 있다.
여기서, 세 개 이상의 파장을 여기부 및 수광부에 적용하기 위해 가장 일반적으로 사용되는 방법은 두 개의 다이크로익 필터 밀러를 사용하는 방법이다. 이 경우, 광 경로 길이에 차이가 발생하므로 완벽한 콜리메이션(collimation)이 되지 않은 광원에서는 측정 영역 등에 차이가 발생할 수 있다.
또한, 세 개의 다이크로익 필터 밀러를 사용해 광 경로를 일정하게 만들어주는 방법이 있으나, 이는 전체적인 모듈의 크기가 증가하는 단점이 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 별도의 광 경로 배열이 필요 없이 동일한 광경로 상에서 복수의 파장을 갖는 광 신호를 결합하거나 분리할 수 있는 혈류 측정 장치를 제공하고자 한다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 600~900㎚ 파장 대역 내에서 서로 상이한 파장 대역을 출력하는 복수의 광원, 및 각 파장 대역의 광 신호가 입력되는 복수의 입력단이 상기 복수의 광원이 연결되고 상기 복수의 광원의 광 신호를 결합하며 상기 결합된 광 신호가 출력되는 하나의 출력단이 구비되는 광 결합수단을 포함하고, 측정 대상으로 상기 결합된 광 신호를 출력하는 여기부; 및 측정 대상으로부터 검출된 상기 결합 광 신호가 입력되는 하나의 입력단이 구비되고 상기 결합된 광 신호를 상기 복수의 광원 각각에 대응하는 파장 대역의 복수의 광으로 분리하며 상기 분리된 광 신호가 출력되는 복수의 출력단이 구비되는 광 분리수단, 및 상기 분리된 광 신호를 검출하는 복수의 광센서를 포함하고, 측정 대상으로부터 상기 결합된 광 신호를 검출하는 수광부;를 포함하는 혈류 측정 장치가 제공된다.
일 실시예에서, 상기 광 결합수단 및 상기 광 분리수단은 X 큐브 프리즘일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 X 큐브 프리즘은 입력되거나 출력되는 각 광 신호의 파장 대역에 대하여 90% 이상의 투과율 또는 반사율이 되도록 파장 분리 코팅(Wavelength dividing coating)될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 여기부와 상기 수광부 사이의 이격 거리(r)는 측정 대상의 혈관의 깊이에 따라 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 광원은 일정한 간격의 파장 대역을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 혈류 측정 장치는 상기 수광부에서 측정된 광 신호의 세기와 각 파장 대역의 광학 유전율을 기초로 산화/탈산화 헤모글로빈을 포함하는 혈류량 및 총 혈류량을 연산하는 연산모듈을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 여기부 및 상기 수광부 각각은 상기 광 결합수단의 출력단 또는 상기 광 결합수단의 입력단에 결합되는 집광소자를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 집광소자는 렌즈, 엑시콘(Axicon), GRIN(Gradient Index) 렌즈, 콜리메이터(collimator) 및 필터를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 여기부 및 상기 수광부 각각은 상기 광 결합수단의 출력단 또는 상기 광 분리수단의 입력단에 결합되는 연장부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 연장부는 광섬유, 액정 광 경로, 및 광 도파로를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 여기부 및 상기 수광부 각각은, 외부 광 신호의 유입 및 산란을 억제하도록 상기 광 분리수단 또는 상기 광 결합수단의 외부를 둘러싸는 광차폐 패키지를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 광원은 레이저, LED 및 특정 파장의 광 신호를 발생시키는 램프를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 광센서는 복수의 픽셀을 갖는 포토다이오드, 및 CCD(Charge-Coupled Device), CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 혈류 측정 장치는 상기 여기부 및 상기 수광부를 제어하기 위한 UI(User Interface)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 혈류 측정 장치는 별도의 광 경로 배열이 필요 없이 동일한 광 경로 상에서 복수의 파장을 갖는 광 신호를 결합하거나 분리함으로써, 시간 분할 방식의 혈류 측정 장치 또는 다이크로익 필터 밀러 등의 범용 광학 소자에 기반을 둔 혈류 측정 장치보다 더 소형화할 수 있다.
또한, 본 발명은 하나의 구성요소에 의해 복수의 광 신호를 분리하거나 결합함으로써, 광 경로의 길이를 용이하게 일치시킬 수 있고, 광 경로가 하나로 일치되어 광 경로 배열을 더 정확하게 구현할 수 있다.
또한, 본 발명은 적은 수의 구성 요소로 혈류 측정 장치를 구현함으로써, 피부의 혈류 측정 장치부터 뇌혈류 이미징 시스템에 이르는 다양한 의료기기에 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 혈류 측정 장치의 개략적 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 혈류 측정 장치를 이용하여 혈류를 측정하기 위한 모식도이다.
도 3은 도 1의 여기부의 세부 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 4는 도 3의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1의 수광부의 세부 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 6은 도 5의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 혈류 측정 장치를 복수 구비한 다채널 혈류 측정 시스템의 개략적 구성도이다.
도 8은 도 1의 여기부의 다른 예의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 9는 도 1의 수광부의 다른 예의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 혈류 측정 장치를 이용하여 혈류를 측정하기 위한 모식도이다.
도 3은 도 1의 여기부의 세부 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 4는 도 3의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1의 수광부의 세부 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 6은 도 5의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 혈류 측정 장치를 복수 구비한 다채널 혈류 측정 시스템의 개략적 구성도이다.
도 8은 도 1의 여기부의 다른 예의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 9는 도 1의 수광부의 다른 예의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 혈류 측정 장치를 보다 상세히 설명하도록 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 혈류 측정 장치의 개략적 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 혈류 측정 장치를 이용하여 혈류를 측정하기 위한 모식도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류 측정 장치(100)는 여기부(110), 수광부(120), 제어부(130) 및 UI(140)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 혈류 측정 장치(100)는 단일 구성요소를 통하여 동일한 광 경로 상에 세 개의 파장을 갖는 광 신호를 결합하거나 분리할 수 있는 여기부(110) 및 수광부(120)를 기반으로 한다.
여기서, 광 신호를 결합하는 것은 서로 상이한 파장을 갖는 광 신호를 하나의 광 경로를 통하여 출력하는 것을 의미하며, 광 신호를 분리하는 것은 하나의 광 경로를 통하여 입력되는 서로 상이한 파장을 갖는 광 신호를 서로 상이한 경로로 출력하는 것을 의미한다.
이때, 동일한 광 경로 상에서 세 개의 파장을 갖는 광 신호를 결합하거나 분리할 수 있는 단일 구성요소는 X 큐브 프리즘일 수 있다.
이에 의해 여기부(110) 및 수광부(120)의 소형화가 구현됨과 동시에 동일한 광 경로 및 길이 상에서 광 신호를 출력하고 측정 대상으로부터 반사된 광 신호를 획득할 수 있다.
여기부(110)는 서로 상이한 파장 대역의 복수의 광 신호를 출력할 수 있다. 이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 여기부(110)를 더 상세히 설명한다. 도 3은 도 1의 여기부의 세부 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 4는 도 3의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 여기부(110)는 광원(112, 114, 116) 및 광 결합수단(118)을 포함할 수 있다.
광원(112, 114, 116)은 복수 개가 구비되며, 일례로 3개가 구비될 수 있다. 이러한 광원(112, 114, 116)은 산화/탈산화 헤모글로빈을 포함하는 혈류량을 측정하기 위하여 대략 적외선 대역인 600~900㎚ 파장 대역 내에서 서로 상이한 파장 대역을 출력할 수 있다. 즉, 광원(112, 114, 116)은 산소를 갖는 헤모글로빈과 탈산화 헤모글로빈의 현격한 차이가 발생하는 600~900㎚ 영역에서 복수의 파장이 결정될 수 있다.
여기서, 광원(112, 114, 116)의 파장이 각각 λ1, λ2, λ3으로 가정하면, 각 광원(112, 114, 116)의 파장은 λ1 > λ2 > λ3 또는 λ3 > λ2 > λ1의 관계로 설정될 수 있다.
이때, 복수의 광원(112, 114, 116)은 일정한 간격의 파장 대역을 가질 수 있다. 즉, 복수의 광원(112, 114, 116)은 서로 간섭되지 않도록 충분히 이격된 파장 대역을 가질 수 있다. 일례로, 광원(112)의 파장(λ1)이 600~700㎚ 파장 대역이고, 광원(116)의 파장(λ3)이 800~900㎚ 파장 대역인 경우, 광원(114)의 파장(λ2)은 700~800㎚ 파장 대역일 수 있다.
이러한 광원(112, 114, 116)은 레이저(LASER), LED(Light-Emitting diode), 및 특정 파장의 광 신호를 발생시키는 램프를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않고, 600~900㎚ 파장 대역의 광 신호를 방출할 수 있는 소자일 수 있다.
광 결합수단(118)은 복수의 광원(112, 114, 116)이 연결되며 광원(112, 114, 116)으로부터 입력된 광 신호를 하나의 광으로 결합하여 측정 대상으로 결합된 광 신호를 출력할 수 있다. 여기서, 광 결합수단(118)은 직육면체로 이루어지고, 4개의 작은 프리즘 및 파장 분리 코팅이 결합된 구조의 X 큐브 프리즘일 수 있다.
이러한 광 결합수단(118)은 입력단(118a, 118b, 118c), 출력단(118d) 및 반사경(118e,118f)을 포함할 수 있다.
입력단(118a, 118b, 118c)은 각각의 광원(112, 114, 116)과 연결되며, 각 광원(112, 114, 116)으로부터 각 파장 대역의 광 신호가 입력될 수 있다.
출력단(118d)은 X 큐브 프리즘에 의해 결합된 하나의 광(λ1, λ2, λ3)을 측정 대상으로 출력할 수 있다.
반사경(118e,118f)은 X 큐브 프리즘의 일측으로부터 입력되는 광(λ1 또는 λ3)을 출력단(118d)으로 출력시키도록 일정각도로 반사시킬 수 있다.
이때, 광 결합수단(118)은 도 4에 도시된 바와 같이, 광원(112)로부터 입력단(118a)을 통하여 입력된 λ1 파장 대역의 광을 반사경(118f)에 의해 출력단(118d)으로 출력하고, 광원(116)로부터 입력단(118c)을 통하여 입력된 λ3 파장 대역의 광을 반사경(118e)에 의해 출력단(118d)으로 출력하며, 광원(116)로부터 입력단(118b)을 통하여 입력된 λ2 파장 대역의 광을 그대로 직진시켜 출력단(118d)으로 출력함으로써, 복수의 광원(112, 114, 116)으로부터 입력된 광 신호를 하나의 광으로 결합할 수 있다.
여기서, X 큐브 프리즘은 광원(112, 114, 116)으로부터 입력되는 각 광 신호의 파장 대역(λ1, λ2, λ3)에 대하여 90% 이상의 투과율 또는 반사율이 되도록 X 큐브 프리즘 내에 파장 분리 코팅될 수 있다. 즉, X 큐브 프리즘은 해당 파장 대역에 대하여 90% 이상의 반사율이 되도록 반사경(118e,118f)이 파장 분리 코팅되고, 90% 이상의 투과율이 되도록 입력단(118a, 118b, 118c)이 파장 분리 코팅될 수 있다.
이와 같이, 광 결합수단(118)은 광 경로의 정밀할 배열이 필요없이 3개의 파장(λ1, λ2, λ3)을 갖는 광 신호의 경로가 하나로 일치되어 광 경로 배열을 더 정확하게 제공할 수 있다.
수광부(120)는 측정 대상으로부터 반사된 광 신호를 검출할 수 있다. 이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 수광부(120)를 더 상사하게 설명한다. 도 5는 도 1의 수광부의 세부 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 6은 도 5의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 수광부(120)는 광센서(122, 124, 126) 및 광 분리수단(128)을 포함할 수 있다.
광센서(122, 124, 126)는 복수 개가 구비되며, 일례로 3개가 구비될 수 있다. 이러한 광센서(122, 124, 126)는 광원(112, 114, 116) 각각에 대응하는 파장 대역(λ1, λ2, λ3)의 광 신호를 검출할 수 있다.
이러한 광센서(122, 124, 126)는 복수의 픽셀을 갖는 포토다이오드, 및 CCD(Charge-Coupled Device), CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않고, 600~900㎚ 파장 대역의 광 신호를 전기 신호로 변환할 수 있는 소자일 수 있다.
광 분리수단(128)은 복수의 광센서(122, 124, 126)가 연결되며, 측정 대상으로부터 입력된 복수의 파장 대역(λ1, λ2, λ3)을 갖는 광 신호를 각 파장 대역별로 분리하여 광센서(122, 124, 126)로 출력할 수 있다. 여기서, 광 분리수단(128)은 직육면체로 이루어지고, 4개의 작은 프리즘 및 파장 분리 코팅이 결합된 구조의 X 큐브 프리즘일 수 있다.
이러한 광 분리수단(128)은 출력단(128a,128b,128c), 입력단(128d) 및 반사경(128e, 128f)을 포함할 수 있다.
입력단(128d)은 측정 대상으로부터 반사된 복수의 파장 대역(λ1, λ2, λ3)의 광 신호가 입력될 수 있다.
출력단(128a,128b,128c)은 각각의 광센서(122, 124, 126)와 연결되며, X 큐브 프리즘에 의해 분리된 각 파장 대역(λ1, λ2, λ3)의 광 신호를 각 광센서(122, 124, 126)로 출력할 수 있다.
반사경(128e, 128f)은 X 큐브 프리즘의 일측으로부터 입력되는 광 신호(λ1 또는 λ3)를 출력단(128a,128c)으로 출력시키도록 일정각도로 반사시킬 수 있다.
이때, 광 분리수단(128)은 도 6에 도시된 바와 같이, 측정 대상으로부터 입력단(128d)을 통하여 입력된 λ1, λ2, λ3 파장 대역의 결합된 광 신호에 대하여, λ1 파장 대역의 광 신호를 반사경(128e)을 통하여 출력단(128a)으로 출력하고, λ3 파장 대역의 광 신호를 반사경(128f)을 통하여 출력단(128c)으로 출력하며, λ2 파장 대역의 광 신호를 그대로 직진시켜 출력단(128b)으로 출력함으로써, 측정 대상으로부터 입력된 결합 광 신호를 각 파장 대역별로 분리할 수 있다.
여기서, X 큐브 프리즘은 측정 대상으로부터 입력되는 각 광 신호의 파장 대역(λ1, λ2, λ3)에 대하여 90% 이상의 투과율 또는 반사율이 되도록 X 큐브 프리즘 내에 파장 분리 코팅될 수 있다. 즉, X 큐브 프리즘은 해당 파장 대역에 대하여 90% 이상의 반사율이 되도록 반사경(128e,128f)이 파장 분리 코팅되고, 90% 이상의 투과율이 되도록 출력단(128a,128b,128c)이 파장 분리 코팅될 수 있다.
이와 같이, 광 분리수단(128)은 광 경로의 정밀한 배열이 필요없이 3개의 파장(λ1, λ2, λ3)을 갖는 광 경로가 하나로 일치되어 광 경로 배열을 더 정확하게 제공할 수 있다.
이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 여기부(110)와 수광부(120) 사이의 이격 거리(r)는 측정 대상의 혈관 깊이에 따라 결정될 수 있다. 일례로, 여기부(110)와 수광부(120)의 이격 거리(r)는 사람의 뇌혈류를 측정하는 경우 3㎝이고, 렛트(rat)의 뇌혈류를 측정하는 경우, 1~1.5㎝일 수 있다.
이와 같은 여기부(110) 및 수광부(120)는 복수의 채널로 구성될 수 있다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 혈류 측정 장치를 복수 구비한 다채널 혈류 측정 시스템의 개략적 구성도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 다채널 혈류 측정 장치(102)는 여기부(110)와 수광부(120)를 일정 간격으로 측정판(103)에 배치 배치함으로써, 다채널을 이용하여 혈류량을 측정할 수 있고 따라서 더 정확한 혈류량을 측정할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 제어부(130)는 여기부(110) 및 수광부(120)를 제어할 수 있으며, 연산모듈(132)을 포함할 수 있다.
연산모듈(132)은 수광부(120)에서 측정된 광 신호의 세기와 각 파장 대역의 광학 유전율을 기초로 산화/탈산화 헤모글로빈을 포함하는 혈류량 및 총 혈류량을 연산할 수 있다.
이러한 연산모듈(132)은 하기의 행렬에 의해 산화/탈산화 헤모글로빈을 포함하는 혈류량 및 총 혈류량을 연산할 수 있다.
여기서, 좌변의 행렬은 특정 시점에서의 산화 헤모글로빈, 탈산화 헤모글로빈 및 전체 혈액량의 상대 지수(relative index)를 나타내고, 우변의 1×3 행렬은 수광부(120)에서 검출한 각 파장 대역(λ1, λ2, λ3)별 광의 세기를 나타내며, 3×3 행렬은 산화/탈산화 헤모글로빈 및 전체 혈액량을 환산하는 유전율 행렬이다.
UI(140)는 사용자에 의해 여기부(110) 및 수광부(120)를 제어하기 위한 인터페이스이다. 이러한 UI(140)는 입력부(142) 및 출력부(144)를 포함할 수 있다.
입력부(142)는 사용자의 선택이 입력되는 장치로서, 마우스 또는 키보드일 수 있다. 출력부(144)는 연산모듈(132)의 연산결과 등과 같이 뇌혈류 측정 장치(100)의 동작과 관련된 정보를 출력하는 장치로서, 디스플레이일 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 혈류 측정 장치의 여기부(210) 및 수광부(220)는 광 신호의 전달 효율 및 잡음으로부터의 영향을 최소화시키기 위한 부가적인 수단을 더 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 혈류 측정 장치의 여기부(210) 및 수광부(220) 각각은 연장부(211, 221), 광차폐 패키지(212, 222), 및 집광소자(219, 229)를 더 포함할 수 있다.
도 8은 도 1의 여기부의 다른 예의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 9는 도 1의 수광부의 다른 예의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
연장부(211)는 광 결합수단(118)의 출력단(118d)에 결합될 수 있다. 이와 유사하게, 연장부(221)는 광 분리수단(128)의 입력단(128d)에 결합될 수 있다. 여기서, 연장부(211, 221)는 광섬유, 액정 광 경로, 및 광 도파로를 포함할 수 있다.
이러한 연장부(211, 221)는 여기부(210)의 광 출력 및 수광부(220)의 광 신호 입력이 이루어지는 부분에 배치되어 측정 대상의 원하는 부위로 광을 출력하거나 해당 부위로부터 광 신호를 입력받음으로써, 측정 및 배치의 자유도를 높일 수 있다.
광차폐 패키지(212)는 광 결합수단(118)의 외부를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 선택적으로, 광차폐 패키지(212)는 복수의 광원(112, 114, 116)을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
이와 유사하게, 광차폐 패키지(222)는 광 분리수단(128)의 외부를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 선택적으로, 광차폐 패키지(222)는 복수의 광센서(122, 124, 126)를 둘러싸도록 배치될 수 있다.
이러한 광차폐 패키지(212, 222)는 광 결합수단(118) 및 광 분리수단(128) 각각을 외부로부터 차폐함으로써, 외부 광 신호의 유입 및 광 신호의 산란을 억제할 수 있고, 따라서 그 영향을 최소화시킬 수 있다.
집광소자(219)는 광 결합수단(118)의 출력단(118d)에 결합될 수 있다. 이와 유사하게 집광소자(229)는 광 분리수단(128)의 입력단(128d)에 결합될 수 있다. 여기서, 집광소자(219, 229)는 렌즈, 엑시콘(Axicon), GRIN(Gradient Index) 렌즈, 콜리메이터(collimator) 및 필터를 포함할 수 있다.
이러한 집광소자(219, 229)는 여기부(210)의 광 출력 및 수광부(220)의 광 신호 입력이 이루어지는 부분에 배치되어 광 신호의 전달 효율을 향상시킬 수 있다.
이와 같은 구성에 의해, 뇌혈류 측정 장치(100)는 시간 분할 방식의 혈류 측정 장치 또는 다이크로익 필터 밀러 등의 범용 광학 소자에 기반을 둔 혈류 측정 장치보다 더 소형화할 수 있고, 광 경로의 길이를 용이하게 일치시킬 수 있으며, 광 경로가 하나로 일치되어 광 경로 배열을 더 정확하게 구현할 수 있고, 피부의 혈류 측정 장치부터 뇌혈류 이미징 시스템에 이르는 다양한 의료기기에 적용할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 뇌혈류 측정 장치(100)의 동작을 설명한다.
먼저, UI(140)를 통하여 광 결합수단(118)에 장착된 각 광원(112, 114, 116)으로부터 측정 대상으로 광 신호를 방출하고, 측정 대상의 혈관을 통과하여 산화 헤모글로빈, 탈산화 헤모글로빈 및 전체 혈류량에 대한 정보를 포함하고 있는 광 신호를 광 분리수단(128)에 장착된 광센서(122, 124, 126)에서 검출한다.
이때, 미리 입력된 각 파장의 유전율 행렬과 광센서(122, 124, 126)에 의해 획득된 3개의 파장에 대한 광 신호의 세기를 연산하여 산화 헤모글로빈, 탈산화 헤모글로빈 및 전체 혈류량에 대한 정보를 연산할 수 있다.
여기서, 실시간으로 상기와 같은 측정 및 연산을 반복하여 산화 헤모글로빈, 탈산화 헤모글로빈 및 전체 혈류량에 대한 시간 대비 변화를 측정함으로써 혈액 또는 혈류에 대해 유효한 정보를 제공할 수 있다.
특히, 신경 연결의 확인, 치료 검증 등 실험도구로서 활용하는 경우, 측정 대상에게 특정 행동 또는 자극 등을 주거나 경두개 전기자극과 같은 치료를 하기 전/후로 나누어 산화 헤모글로빈, 탈산화 헤모글로빈 및 전체 혈류량에 대한 정보를 획득하고, 그 결과를 비교할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100 : 혈류 측정 장치 110 : 여기부
112,114,116 : 광원 118 : 광 결합수단
118a, 118b,118c : 입력단 118d : 출력단
118e,118f : 반사경 120 : 수광부
122,124,126 : 광센서 128 : 광 분리수단
128a, 128b, 128c : 출력단 128d : 입력단
128e,128f : 반사경 130 : 제어부
132 : 연산모듈 140 : UI
142 : 입력부 144 : 출력부
211,221 : 연장부 212,222 : 광차폐 패키지
219,229 : 집광소자
112,114,116 : 광원 118 : 광 결합수단
118a, 118b,118c : 입력단 118d : 출력단
118e,118f : 반사경 120 : 수광부
122,124,126 : 광센서 128 : 광 분리수단
128a, 128b, 128c : 출력단 128d : 입력단
128e,128f : 반사경 130 : 제어부
132 : 연산모듈 140 : UI
142 : 입력부 144 : 출력부
211,221 : 연장부 212,222 : 광차폐 패키지
219,229 : 집광소자
Claims (14)
- 600~900㎚ 파장 대역 내에서 서로 상이한 파장 대역을 출력하는 복수의 광원, 및 각 파장 대역의 광 신호가 입력되는 복수의 입력단이 상기 복수의 광원이 연결되고 상기 복수의 광원의 광 신호를 결합하며 상기 결합된 광 신호가 출력되는 하나의 출력단이 구비되는 광 결합수단을 포함하고, 측정 대상으로 상기 결합된 광 신호를 출력하는 여기부; 및
측정 대상으로부터 검출된 상기 결합 광 신호가 입력되는 하나의 입력단이 구비되고 상기 결합된 광 신호를 상기 복수의 광원 각각에 대응하는 파장 대역의 복수의 광으로 분리하며 상기 분리된 광 신호가 출력되는 복수의 출력단이 구비되는 광 분리수단, 및 상기 분리된 광 신호를 검출하는 복수의 광센서를 포함하고, 측정 대상으로부터 상기 결합된 광 신호를 검출하는 수광부; 및
상기 수광부에서 측정된 광 신호의 세기와 각 파장 대역의 광학 유전율을 기초로 산화/탈산화 헤모글로빈을 포함하는 혈류량 및 총 혈류량을 연산하는 연산모듈을 포함하고,
상기 광 결합수단 및 상기 광 분리수단은 X 큐브 프리즘이며,
상기 X 큐브 프리즘은 입력되거나 출력되는 각 광 신호의 파장 대역에 대하여 90% 이상의 투과율 또는 반사율이 되도록 파장 분리 코팅(Wavelength dividing coating)되되, 상기 복수의 입력단 및 상기 복수의 출력단은 90% 이상의 투과율이 되도록 파장 분리 코팅되고, 상기 광 결합수단의 반사경 및 상기 광 분리수단의 반사경은 90% 이상의 반사율이 되도록 파장 분리 코팅되는 혈류 측정 장치. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 여기부와 상기 수광부 사이의 이격 거리(r)는 측정 대상의 혈관의 깊이에 따라 결정되는 혈류 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 광원은 일정한 간격의 파장 대역을 갖는 혈류 측정 장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 여기부 및 상기 수광부 각각은 상기 광 결합수단의 출력단 또는 상기 광 결합수단의 입력단에 결합되는 집광소자를 더 포함하는 혈류 측정 장치. - 제7항에 있어서,
상기 집광소자는 렌즈, 엑시콘(Axicon), GRIN(Gradient Index) 렌즈, 콜리메이터(collimator) 및 필터를 포함하는 혈류 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 여기부 및 상기 수광부 각각은 상기 광 결합수단의 출력단 또는 상기 광 분리수단의 입력단에 결합되는 연장부를 더 포함하는 혈류 측정 장치. - 제9항에 있어서,
상기 연장부는 광섬유, 액정 광 경로, 및 광 도파로를 포함하는 혈류 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 여기부 및 상기 수광부 각각은, 외부 광 신호의 유입 및 산란을 억제하도록 상기 광 분리수단 또는 상기 광 결합수단의 외부를 둘러싸는 광차폐 패키지를 더 포함하는 혈류 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 광원은 레이저, LED 및 특정 파장의 광 신호를 발생시키는 램프를 포함하는 혈류 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 광센서는 복수의 픽셀을 갖는 포토다이오드, 및 CCD(Charge-Coupled Device), CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)를 포함하는 혈류 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 여기부 및 상기 수광부를 제어하기 위한 UI(User Interface)를 더 포함하는 혈류 측정 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170116491A KR102030240B1 (ko) | 2017-09-12 | 2017-09-12 | 혈류 측정 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170116491A KR102030240B1 (ko) | 2017-09-12 | 2017-09-12 | 혈류 측정 장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190029207A KR20190029207A (ko) | 2019-03-20 |
| KR102030240B1 true KR102030240B1 (ko) | 2019-10-08 |
Family
ID=66036512
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020170116491A KR102030240B1 (ko) | 2017-09-12 | 2017-09-12 | 혈류 측정 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102030240B1 (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017030709A1 (en) * | 2015-08-17 | 2017-02-23 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Computer vision depth sensing at video rate using depth from defocus |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6624949B2 (en) * | 2002-02-06 | 2003-09-23 | Eastman Kodak Company | Printing apparatus for photosensitive media using dichroic prism in illumination path |
| DE60332829D1 (de) * | 2002-05-09 | 2010-07-15 | Sony Corp | Detektor für biologische muster, verfahren für biologische zertifikate und biologische zertifikatvorrichtung |
| KR20160053281A (ko) | 2014-11-03 | 2016-05-13 | 크루셜텍 (주) | 생체 혈류 측정 모듈 |
-
2017
- 2017-09-12 KR KR1020170116491A patent/KR102030240B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017030709A1 (en) * | 2015-08-17 | 2017-02-23 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Computer vision depth sensing at video rate using depth from defocus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20190029207A (ko) | 2019-03-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0290272B1 (en) | Examination apparatus for measuring oxygenation | |
| TWI597488B (zh) | 對位裝置及對位方法 | |
| EP3076871B1 (en) | Device and method for non-invasive measuring of analytes | |
| MX2012014873A (es) | Dispositivo y metodo para identificar y monitorear contenido o propiedades de un medio de medicion, en particular valores sanguineos fisiologicos particulares. | |
| AU2005232600A1 (en) | Photoplethysmography with a spatially homogenous multi-color source | |
| EP2475294A1 (en) | Implantable sensor | |
| CN102906559A (zh) | 用于使用光测量诸如胆红素的分析物的装置和方法 | |
| US11800981B2 (en) | Spectroscopic system and method therefor | |
| CN101933809A (zh) | 多波段反射光谱无创血液成分测量装置及方法 | |
| EP0290275A1 (en) | Examination apparatus for measuring oxygenation | |
| WO2016110969A1 (ja) | 生体光計測装置 | |
| CN116669629A (zh) | 用于对分析物的存在或浓度进行非侵入性体内测量的拉曼探针和设备和方法 | |
| RU2337608C1 (ru) | Диагностический комплекс для измерения медико-биологических параметров кожи и слизистых оболочек in vivo | |
| KR102030240B1 (ko) | 혈류 측정 장치 | |
| US20090128805A1 (en) | Biological component measuring sensor | |
| US10568506B2 (en) | Optical fiber-based spectroreflectometric system | |
| WO2019181267A1 (ja) | 生体情報測定装置 | |
| JP4325179B2 (ja) | 非侵襲型生体成分の定量装置 | |
| JP2004147706A (ja) | 非侵襲型生体成分の定量装置及び定量方法 | |
| JP2009233404A (ja) | 非侵襲型生体成分の定量装置 | |
| WO2018182535A1 (en) | System for optical measurements and operation method | |
| US20110237910A1 (en) | Stabilized multi-wavelength laser system for non-invasive spectrophotometric monitoring | |
| JP6885231B2 (ja) | 検出装置および生体情報測定装置 | |
| US20230225643A1 (en) | Architecture of a photonic integrated circuit (pic) and method for operating the same as well as an optical coupler | |
| JP6412956B2 (ja) | 生体光計測装置、解析装置、及び方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |