KR102032932B1 - 피하지방 모니터링 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본원은 피하지방 모니터링 장치에 관한 것이며, 피하지방 모니터링 장치는 프로브의 제1 광섬유로부터 대상체로 조사된 광의 반사신호를 상기 프로브의 제2 광섬유를 통해 상기 제1 광섬유로부터 서로 다른 거리의 위치에서 획득하는 반사신호 획득부; 상기 서로 다른 거리의 위치에서 획득된 복수의 반사신호에 기초하여 상기 대상체의 피하지방에 대한 흡수 스펙트럼을 획득하는 흡수 스펙트럼 획득부; 및 획득된 상기 흡수 스펙트럼의 분석을 통해 산출된 상기 피하지방에 의한 광의 흡수량에 기초하여 상기 대상체의 피하지방 레벨을 판단하는 분석부를 포함하고, 상기 제1 광섬유는 상기 프로브의 전면 영역의 중심에 배치되는 광 조사용 광섬유이고, 상기 제2 광섬유는 상기 제1 광섬유와 이웃하여 배치되는 반사신호 획득용 광섬유일 수 있다.

Description

피하지방 모니터링 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR SUBCUTANEOUS FAT MONITORING}
본원은 피하지방 모니터링 장치 및 방법에 관한 것이다.
인체를 비롯한 포유류의 몸속에 있는 지방을 축적된 곳에 따라 분류하면 장기 사이사이에 위치하는 내장지방과 피부 밑에 쌓이는 피하지방으로 구분될 수 있다. 여기서, 내장지방은 체내의 각종 내장 부위에 분포하는 지방으로서, 당뇨병, 고혈압, 고지혈증 등 각종 성인병과 같은 건강상의 문제를 일으키는 지방을 의미한다. 이에 반해, 피하지방은 피부 바로 밑에 있는 지방층으로서, 표피 및 진피로의 영양공급, 체형결정, 체온유지, 외부적인 충격흡수 및 피하지방하 세포보호 등의 역할을 맡고 있다.
이러한 피하지방은 대사적으로는 큰 문제를 일으키지는 않지만, 현대사회에 들어 외모를 중시하는 사회 분위기와 더불어 미용적으로 큰 관심의 대상이 되고 있다. 이러한 피하지방의 축적은 일반적으로 여성이 남성에 비해 고루 많이 침착되어 있으며, 남녀 모두 중년이 되면서 피하지방이 많아진다.
종래에 국부적인 부위의 피하지방 두께를 직접 측정할 수 있는 방법으로는 일예로 근적외선 측정법이 있다. 종래의 근적외선 측정법을 이용한 지방 측정기는 주로 938 nm 내지 948 nm 파장의 근적외선을 몸 속으로 침투시켜 그 빛의 흡수 및 반사를 측정하여 몸 전체에 퍼져 있는 체지방율을 측정한다. 이 측정 방법은 이두박근의 가운데 부분을 측정하는데 그 부분은 표준화된 방법과 가장 높은 일치도를 갖는 부위라는 연구(Conway and Norris, 1986, Elia et. al., 1990; Gullstrand) 결과에 기초하였다. 그러나, 복부에 지방이 많이 축적되는 남성과 허벅지에 많이 축적되는 여성 등 개개인의 특징에 따라 지방이 축적되는 양상이 각기 다르므로, 한 곳을 측정하여 몸 전체의 체지방을 가늠한다는 것은 많은 오차를 동반할 수밖에 없다는 한계점이 있다.
또한, 종래 연구 목적의 피하지방 측정기로서 Lipometer가 있다. 이는 630 nm의 파장을 갖는 복수의 LED를 이용하여 광원과 검출기 사이 간격에 따른 검출된 신호의 크기 추이와 피하지방 두께에 대한 상관관계를 측정하여 피하지방의 두께를 알아낼 수 있다. 그러나, 여기서 사용되는 630 nm 파장은 지방 이외의 다른 피부 성분(콜라겐, 멜라닌 등)에도 많이 반응하는 파장으로 지방만의 두께를 측정하는데 많은 간섭요인을 가지고 있다. 이에, 피부 밑에 있는 피하지방만의 두께를 정확하고 용이하게 측정할 수 있는 새로운 측정 방법이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본원의 배경이 되는 기술은 한국등록특허공보 제10-1637888호에 개시되어 있다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 피하지방 수준(피하지방 두께, 지방량, 비만도 등)을 보다 정확하고 용이하게 측정할 수 있는 피하지방 모니터링 장치 및 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 종래와 같이 피하지방의 두께 측정을 위한 측정 부위를 사용자 신체의 특정 부위(예를 들어, 이두박근의 가운데 부분)에 국한시킬 필요없이, 사용자 신체의 모든 부분에 대하여 피하지방 수준(피하지방 두께, 지방량, 비만도 등)을 측정할 수 있도록 하는 피하지방 모니터링 장치 및 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제1 측면에 따른 피하지방 모니터링 장치는, 프로브의 제1 광섬유로부터 대상체로 조사된 광의 반사신호를 상기 프로브의 제2 광섬유를 통해 상기 제1 광섬유로부터 서로 다른 거리의 위치에서 획득하는 반사신호 획득부; 상기 서로 다른 거리의 위치에서 획득된 복수의 반사신호에 기초하여 상기 대상체의 피하지방에 대한 흡수 스펙트럼을 획득하는 흡수 스펙트럼 획득부; 및 획득된 상기 흡수 스펙트럼의 분석을 통해 산출된 상기 피하지방에 의한 광의 흡수량에 기초하여 상기 대상체의 피하지방 레벨을 판단하는 분석부를 포함하고, 상기 제1 광섬유는 상기 프로브의 전면 영역의 중심에 배치되는 광 조사용 광섬유이고, 상기 제2 광섬유는 상기 제1 광섬유와 이웃하여 배치되는 반사신호 획득용 광섬유일 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제2 측면에 따른 피하지방 모니터링 시스템은, 상기의 피하지방 모니터링 장치; 및 대상체로 광을 조사하는 제1 광섬유와 대상체로 조사된 광의 반사신호를 획득하는 제2 광섬유를 포함하는 프로브를 포함하고, 상기 프로브는, 상기 제2 광섬유가 복수의 서브 광섬유를 포함하는 경우, 상기 복수의 서브 광섬유를 하나의 광섬유로 커플링하고 상기 복수의 서브 광섬유 각각을 개별적으로 on/off 하는 스위칭 모듈을 포함하며, 상기 피하지방 모니터링 장치는, 상기 커플링된 하나의 광섬유와 연결되고, 상기 제2 광섬유를 통해 획득된 반사신호에 대응하는 반사 스펙트럼을 생성하는 스펙트로미터를 포함할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제3 측면에 따른 피하지방 모니터링 방법은, 프로브의 제1 광섬유로부터 대상체로 조사된 광의 반사신호를 상기 프로브의 제2 광섬유를 통해 상기 제1 광섬유로부터 서로 다른 거리의 위치에서 획득하는 단계; 상기 서로 다른 거리의 위치에서 획득된 복수의 반사신호에 기초하여 상기 대상체의 피하지방에 대한 흡수 스펙트럼을 획득하는 단계; 및 획득된 상기 흡수 스펙트럼의 분석을 통해 산출된 상기 피하지방에 의한 광의 흡수량에 기초하여 상기 대상체의 피하지방 레벨을 판단하는 단계를 포함하고, 상기 제1 광섬유는 상기 프로브의 전면 영역의 중심에 배치되는 광 조사용 광섬유이고, 상기 제2 광섬유는 상기 제1 광섬유와 이웃하여 배치되는 반사신호 획득용 광섬유일 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제4 측면에 따른 컴퓨터 프로그램은, 본원의 제3 측면에 따른 피하지방 모니터링 방법을 실행시키기 위하여 기록매체에 저장되는 것일 수 있다
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 피하지방 모니터링 장치 및 방법을 통해 피하지방 수준(피하지방 두께, 지방량, 비만도 등)을 보다 정확하고 용이하게 측정할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 종래에서와 같이 피하지방의 두께 측정을 위한 측정 부위를 사용자 신체의 특정 부위(예를 들어, 이두박근의 가운데 부분)에 국한시킬 필요없이, 사용자 신체의 모든 부분에 대하여 피하지방 수준(피하지방 두께, 지방량, 비만도 등)을 측정할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 대상체로 조사된 광이 지방 흡수 파장 범위에서 많이 흡수되고 지방이 많을수록 지방 흡수 파장 범위에서 반사되는 빛의 양이 줄어드는 것을 고려하여, 지방 흡수 파장 범위의 흡수 스펙트럼을 적분하여 흡수량을 산출함으로써 대상체의 피하지방 수준(피하지방 두께, 지방량, 비만도 등)을 판단할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 반사신호를 측정하는 위치에 따라 반사되는 신호의 양이나 패턴이 다름을 고려하여, 서로 다른 거리의 위치에서 획득된 서로 다른 입사각의 크기를 갖는 복수의 반사신호를 획득하고, 획득된 복수의 반사신호를 이용해 피하지방 레벨을 판단함으로써, 대상체의 피하지방 레벨(피하지방 두께, 지방량, 비만도 등)을 보다 빠르고 정확하고 측정할 수 있다.
다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.
도 1은 본원의 제1 측면에 따른 피하지방 모니터링 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본원의 제1 측면에 따른 피하지방 모니터링 장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본원의 제1 측면에 따른 프로브를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 피하지방 모니터링 장치에서 고려되는 지방 흡수 파장 범위를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본원의 제1 측면에 따른 피하지방 모니터링 장치에서 제1 광섬유와 제2 광섬유 사이의 거리 조절 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본원의 제1 측면에 따른 피하지방 모니터링 장치에서 흡수 스펙트럼의 획득 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본원의 제1 측면에 따른 피하지방 모니터링 장치에서 대상체로 조사되는 광의 입사각 크기에 따른 반사신호의 경로를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 본원의 제1 측면에 따른 프로브의 제1 광섬유로부터 조사되는 광의 NA(numerical aperture)에 따른 확산각의 범위를 나타낸 도면이다.
도 10은 본원의 제1 측면에 따른 피하지방 모니터링 장치에서 흡수량 산출 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본원의 제1 측면에 따른 피하지방 모니터링 장치에서 고려되는 피하지방 레벨 지표의 예를 나타낸 도면이다.
도 12는 본원의 제2 측면에 따른 피하지방 모니터링 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 13은 본원의 제2 측면에 따른 피하지방 모니터링 시스템에서 스위칭 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본원의 제2 측면에 따른 프로브를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 15는 본원의 일 실시예에 따른 피하지방 모니터링 방법에 대한 동작 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결" 또는 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본원의 제1 측면에 따른 피하지방 모니터링 시스템(100)의 개략적인 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본원의 제1 측면에 따른 피하지방 모니터링 장치(20)의 개략적인 구성을 나타낸 도면이고, 도 3은 본원의 제1 측면에 따른 프로브(10)를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본원의 제1 측면에 따른 피하지방 모니터링 시스템(100)은 프로브(10) 및 피하지방 모니터링 장치(20)를 포함할 수 있다.
본원의 제1 측면에 따른 프로브(10)는 복수(다수)의 광섬유를 포함할 수 있다. 프로브(10)는 복수의 광섬유로서 대상체(1)로 광을 조사하는 제1 광섬유(11) 및 대상체로 조사된 광의 반사신호를 검출(획득, 감지)하는 제2 광섬유(12)를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 광섬유(11)는 프로브(10)의 전면 영역의 중심에 배치되는 광 조사용 광섬유이고, 제2 광섬유(12)는 프로브(10)의 전면 영역에 제1 광섬유(11)와 이웃하여 배치되는 반사신호 획득용 광섬유(달리 표현하여, 신호 획득용 광섬유)일 수 있다.
도 3의 도면상에서 프로브(10)의 후측단에 연결된 선에서 in에 대응하는 선은 제1 광섬유(11)에 대응하는 선이고, out에 대응하는 선은 제2 광섬유(12)에 대응하는 선일 수 있다. 즉, in에 대응하는 선을 통해 대상체(1)로 조사되는 광이 프로브(10)로 공급되고, out에 대응하는 선을 통해 프로브(10)를 통해 감지된 광의 반사신호가 프로브(10)로부터 출력될 수 있다.
제1 광섬유(11)로부터 대상체(1)를 향하여 조사되는 광은 지방 흡수 파장 범위 및 지방 비흡수 파장 범위를 포함할 수 있다. 여기서, 지방 흡수 파장 범위는 대상체(1)로 조사된 광의 파장 범위 중 대상체(1)의 피하지방에 의하여 광의 흡수가 이루어지는 파장 범위를 의미할 수 있다. 달리 표현하여, 지방 흡수 파장 범위는 대상체(1)로 조사된 광에 대하여 대상체(1)의 피하지방이 흡수하는 광의 파장 범위를 의미할 수 있다. 이에 반해, 지방 비흡수 파장 범위는 대상체(1)로 조사된 광의 파장 범위 중 대상체(1)의 피하지방에 의하여 광의 흡수가 이루어지지 않는 파장 범위를 의미할 수 있다. 달리 표현하여, 지방 비흡수 파장 범위는 대상체(1)로 조사된 광에 대하여 대상체(1)의 피하지방이 흡수하지 않는 광의 파장 범위를 의미할 수 있다.
이때, 1 광섬유(11)로부터 대상체(1)를 향하여 조사되는 광에 지방 비흡수 파장 범위가 포함되도록 설정하는 것은, 대상체(1)로부터 반사된 광의 반사신호를 이용해 대상체의 피하지방의 레벨을 판단함에 있어서 피하지방의 두께에 영향을 받는 지방 흡수 파장 범위와의 대조(대비)를 위한 것으로서, 지방 비흡수 파장 범위로 하여금 지방 흡수 파장에 대한 흡수가 크게 이루어지는 피하지방에 대한 두께 등이 보다 명확히 식별될 수 있도록 하기 위함일 수 있다. 달리 말해, 지방 비흡수 파장은 지방 흡수 파장에 대한 대조 파장으로서, 지방 흡수 파장의 흡수가 이루어지는 피하지방에 대한 두께 등을 식별(판단)하기 위해 기준으로서 이용되는 파장일 수 있다.
피하지방의 두께가 두꺼울수록 지방 흡수 파장 범위의 파장에 대한 흡수는 많이 일어나는 반면, 지방 비흡수 파장 범위의 파장에 대한 흡수는 피하지방의 두께와 관계없이 흡수가 일어나지 않을 수 있다. 달리 말해, 피하지방은 그 두께가 두꺼울수록 지방 흡수 파장 범위의 파장을 많이 흡수하는 반면, 지방 비흡수 파장 범위의 파장은 흡수하지 않을 수 있다. 즉, 피하지방의 두께가 두꺼울수록 지방 흡수 파장 범위에 대한 파장의 흡수량이 증가하는 반면, 지방 비흡수 파장 범위에 대한 파장의 흡수량은 피하지방의 두께와 무관할 수 있다.
지방 흡수 파장 범위는 일예로 920 nm 이상 940 nm 이하의 제1 파장 범위 및 1020 nm 이상 1040 nm 이하의 제2 파장 범위를 포함할 수 있다. 지방 비흡수 파장 범위는 일예로 700 nm 이상 720 nm 이하의 제1 파장 범위 및 780 nm 이상 800 nm 이하의 제2 파장 범위를 포함할 수 있다. 이에 따르면, 1 광섬유(11)로부터 대상체(1)를 향하여 조사되는 광(일예로, 할로겐 광)은 700 nm 내지 1040 nm 사이의 파장 범위 중 적어도 일부의 파장 범위에 포함된 파장을 조사하도록 설정될 수 있다.
제1 광섬유(11)로부터 대상체(1)로 조사되는 광은 일예로 할로겐 광(광원)일 수 있으며, 이에만 한정되는 것은 아니다. 달리 말해, 제1 광섬유(11)는 일예로 출력 변동폭이 적고 넓은 파장 범위의 광으로서 할로겐 광을 대상체(1)의 피부표면에 조사할 수 있다. 이러한 제1 광섬유(11)로부터 대상체(1)로 조사되는 할로겐 광은 지방 흡수 파장 범위 및 지방 비흡수 파장 범위를 포함하는 광일 수 있다.
도 4는 본원의 제1 측면에 따른 피하지방 모니터링 장치(20)에서 고려되는 지방 흡수 파장 범위를 설명하기 위한 도면이다. 즉, 도 4는 피부 조직의 주요 흡수체(primary absorbers)의 흡수 계수 스펙트럼을 나타낸 도면으로서, 도 4에는 물(Water), 본질적인(intrinsic), 멜라닌(melanin), 옥시(oxy), 데옥시(deoxy), 지방(fat) 각각에 대하여 파장(wavelength)에 따른 흡수 계수(absorption coefficient)가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 지방(피하지방)의 경우 전체 파장 대역 중 대략 930mm 근처의 파장 대역과 1030nm 근처의 파장 대역에서 광 흡수가 다른 파장 대역 대비 많이 일어남을 확인할 수 있다.
이와 같이, 대상체로 조사되는 광에 있어서 지방의 광 흡수 대역(대략 930mm 근처의 파장 대역과 1030nm 근처의 파장 대역)이 존재하므로, 본원의 제1 측면에 피하지방 모니터링 장치(20)는 지방이 많을수록 해당 영역(지방의 광 흡수 대역)에서 반사되는 광의 양이 줄어들 것임을 가정하여, 대상체의 피부에 광(빛)을 조사한 후 반사되는 광의 스펙트럼을 분석(구체적으로, 지방의 광 흡수 대역의 흡수 스펙트럼을 적분하여 흡수량 산출)하여 지방량을 유추할 수 있다. 여기서, 지방의 광 흡수 대역은 지방 흡수 파장 범위로 달리 지칭될 수 있으며, 이러한 지방의 광 흡수 대역(지방 흡수 파장 범위)은 일예로 920 nm 이상 940 nm 이하의 제1 파장 범위 및 1020 nm 이상 1040 nm 이하의 제2 파장 범위를 포함하도록 설정될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 본원의 제1 측면에 따른 피하지방 모니터링 장치(20)는 반사신호 획득부(21), 흡수 스펙트럼 획득부(22) 및 분석부(23)를 포함할 수 있다. 또한, 본원의 제1 측면에 따른 피하지방 모니터링 장치(20)는 거리 제어부(24)를 포함할 수 있다. 이때, 후술할 본원의 제2 측면에 따른 피하지방 모니터링 장치(20)에서는 거리 제어부(24)가 생략될 수 있다. 또한, 본원의 제1 측면에 따른 피하지방 모니터링 장치(20)는 프로브(10)의 제1 광섬유(11)로부터 조사되는 광을 제어하는 컨트롤러(20a)를 포함할 수 있다.
반사신호 획득부(21)는 컨트롤러(20a)를 제어함에 따라 프로브(10)의 제1 광섬유(11)로부터 대상체(1)를 향하여 광이 조사되도록 제어할 수 있으며, 제2 광섬유(12)를 통해 감지된 대상체(1)로 조사된 광의 반사신호를 획득할 수 있다.
반사신호 획득부(21)는 프로브(10)의 제1 광섬유(11)로부터 대상체(1)로 조사된 광의 반사신호를 프로브(10)의 제2 광섬유(12)를 통해 제1 광섬유(11)로부터 서로 다른 거리의 위치에서 획득할 수 있다. 달리 말해, 반사신호 획득부(21)는 프로브(10)의 제1 광섬유(11)로부터 대상체(1)로 조사된 광의 반사신호를 프로브(10)의 제2 광섬유(12)를 통해 획득할 수 있으며, 이때, 제1 광섬유(11)로부터 서로 다른 거리의 위치에서 반사되는 광의 반사신호를 제2 광섬유(12)를 통해 획득할 수 있다.
즉, 제1 광섬유(11)를 통해 대상체(1)로 조사된 광의 반사신호를 제2 광섬유(12)가 검출할 수 있으며, 반사신호 획득부(21)는 제2 광섬유(12)가 검출한 광의 반사신호를 제2 광섬유(12)로부터 전달받음으로써 획득할 수 있다.
특히, 제2 광섬유(12)는 후술할 거리 제어부(24)에 의하여 이동이 제어될 수 있음에 따라 제1 광섬유(11)와 제2 광섬유(12) 사이의 간격이 조절될 수 있다. 이때, 제2 광섬유(12)는 이동이 제어됨에 따라(달리 말해, 제1 광섬유와 제2 광섬유 사이의 간격이 조절됨에 따라) 제1 광섬유(11)로부터 대상체(1)로 조사된 광의 반사신호를 서로 다른 거리의 위치에서 검출할 수 있으며, 반사신호 획득부(21)는 제2 광섬유(12)가 제1 광섬유(11)로부터 서로 다른 거리의 위치에서 검출(감지)한 광의 반사신호를 제2 광섬유(12)로부터 전달받음으로써 획득할 수 있다.
이때, 본원의 제1 측면에 따른 피하지방 모니터링 장치(20)는 반사신호의 스펙트럼을 분석하여 피하지방 레벨을 판단함에 있어서, 반사신호를 측정하는 위치에 따라 반사되는 신호의 양이나 패턴 등이 다를 것이므로, 이를 고려하여 제1 광섬유(11)와 제2 광섬유(12) 사이의 간격 조절을 통해, 반사신호를 제1 광섬유로부터 서로 다른 거리의 위치에서 획득할 수 있다. 제1 광섬유(11)와 제2 광섬유(12) 사이의 거리 조절에 대한 설명은 도 5를 참조하여 보다 쉽게 이해될 수 있다.
도 5는 본원의 제1 측면에 따른 피하지방 모니터링 장치(20)에서 제1 광섬유(11)와 제2 광섬유(12) 사이의 거리 조절 예를 설명하기 위한 도면으로서, 도 5에는 본원의 제1 측면에 따른 프로브(10)의 단면이 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 거리 제어부(24)는 프로브(10) 내에서 제2 광섬유(12)의 이동을 제어하여 프로브(10) 내의 제1 광섬유(11)와 제2 광섬유(12) 사이의 거리를 조절할 수 있다. 이에 따라, 반사신호 획득부(21)는 거리 제어부(24)에 의한 제1 광섬유(11)와 제2 광섬유(12) 사이의 거리 조절을 통해 서로 다른 위치에서 획득되는 반사신호를 복수의 반사신호로서 획득할 수 있다. 달리 표현하여, 반사신호 획득부(21)는 거리 제어부(24)에 의해 제2 광섬유(12)의 이동이 제어됨에 따라(거리 제어부에 의해 이동되는 제2 광섬유를 통해) 서로 다른 위치에서 획득되는 광의 반사신호를 복수의 반사신호로서 획득할 수 있다.
구체적으로, 거리 제어부(24)는 제1 광섬유(11)와 제2 광섬유(12) 사이의 거리가 제1 거리(d1)에서부터 제2 거리(d2)로 줄어들게 조절되도록 제2 광섬유(12)의 이동을 제어할 수 있다. 여기서, 제2 거리(d2)는 제1 거리(d1)보다 작을 수 있다. 달리 표현하여, 거리 제어부(24)는 제2 광섬유(12)를 제1 광섬유(11)로부터 제1 거리(d1)의 위치(제1 거리 이격된 위치)에서부터 제1 광섬유(11)로부터 제2 거리(d2)의 위치(제2 거리 이격된 위치)까지 이동되도록 제어할 수 있다. 또 달리 표현하여, 거리 제어부(24)는 프로브(10)의 전면 영역 내에서 제2 광섬유(12)가 제1 광섬유(11)로부터 가장 먼 거리의 위치에서부터 제1 광섬유(11)가 배치된 프로브(10)의 전면 영역의 중심으로 가까워지도록 제2 광섬유(12)의 이동을 제어할 수 있다.
이를 통해, 반사신호 획득부(21)는 제1 광섬유(11)와 제2 광섬유(12) 사이의 거리가 가까워지도록 조절됨에 따라, 서로 다른 거리의 위치에서 획득되는 복수의 반사신호로서 대상체(1)로 조사되는 광에 대하여 입사각이 큰 광의 반사신호부터 입사각이 작은 광의 반사신호까지 순차적으로 획득할 수 있다. 달리 표현하여, 제1 광섬유(11)와 제2 광섬유(12) 사이의 거리 조절에 의해 제2 광섬유(12)가 제1 광섬유(11)로 가까워지는 방향으로 이동되도록 제어됨에 따라, 반사신호 획득부(21)는 입사각이 큰 광의 반사신호부터 입사각이 작은 광의 반사신호까지 순차적으로 획득할 수 있다.
또 달리 표현하여, 반사신호 획득부(21)는 제2 광섬유(12)가 제1 광섬유(11)로부터 먼 거리의 위치에서부터 가까운 거리의 위치로 이동됨에 따른 반사신호를 순차적으로 획득할 수 있다. 반사신호 획득부(21)는 제2 광섬유(12)의 이동 제어에 따라, 즉, 제2 광섬유(12)가 제1 광섬유(11)로부터 제1거리(d1) 떨어진(이격된) 위치에서부터 제2 거리(d2) 떨어진(이격된) 위치로 이동되도록 제어됨에 따라, 제1 거리(d1)의 위치에서의 반사신호(즉, 입사각이 큰 광의 반사신호)부터 제2 거리(d2)의 위치에서의 반사신호(즉, 입사각이 작은 광의 반사신호)를 포함하는 복수의 반사신호를 획득할 수 있다.
한편, 제1 광섬유(11)와 제2 광섬유(12) 사이의 거리와 관련하여, 일예로 제1 거리(d1)는 4.5mm, 제2 거리(d2)는 2mm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 거리(d1)와 제2 거리(d2)는 프로브(10)의 직경의 크기, 두 광섬유(11, 12)의 직경의 크기 등을 고려하여 다양하게 설정 가능하다.
또한, 반사신호 획득부(21)는 제2 광섬유(12)가 제1 광섬유(11)를 향하여 가까워지도록 조절됨에 있어서, 일예로 두 광섬유(11, 12) 사이의 간격이 0.5mm 간격으로 가까워졌을 때마다의 반사신호를 획득할 수 있다. 구체적인 예로, 반사신호 획득부(21)는 두 광섬유(11, 12) 사이의 간격이 4.5mm일때의 반사신호, 4.0mm일때의 반사신호, 3.5mm일때의 반사신호, 3.0mm일때의 반사신호, 2.5mm일때의 반사신호, 2.0mm일때의 반사신호를 순차적으로 획득할 수 있다.
이때, 두 광섬유(11, 12) 사이의 간격이 0.5mm 간격으로 가까워질때마다 반사신호를 획득할 수 있다는 것은 본원의 이해를 돕기 위한 하나의 예시일 뿐, 이에만 한정되는 것은 아니고, 복수의 반사신호를 획득하기 위한 두 광섬유(11, 12) 사이의 거리 간격 설정은 0.2mm, 0.3mm 등 다양하게 설정 가능하다.
또한, 도 5의 도면상에서는 제2 광섬유(12)가 제1 광섬유(11)를 향하여 직선 형태로 이동 제어되는 것으로 예시하였으나, 이에만 한정되는 것은 아니고, 제2 광섬유(12)는 제1 광섬유(11)로 가까워지는 방향으로 지그재그 형태 등으로 이동 제어될 수도 있다.
흡수 스펙트럼 획득부(22)는 반사신호 획득부(21)에서 획득된 반사신호, 즉 서로 다른 거리의 위치에서 획득된 복수의 반사신호에 기초하여 대상체(1)의 피하지방에 대한 흡수 스펙트럼을 획득할 수 있다.
이때, 피하지방 모니터링 장치(20)는 제1 광섬유(11)로부터 조사되는 광 및 제2 광섬유(12)를 통해 감지되는 광의 에너지 스펙트럼을 측정할 수 있는 스펙트로미터(spectrometer, 20b)를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 광섬유(11)로부터 대상체로 조사되는 광은 입력신호라 달리 지칭되고, 제2 광섬유(12)를 통해 감지되는 광은 검출신호(검출된 반사신호)라 달리 지칭될 수 있다. 또한, 스펙트로미터(20b)를 통해 획득되는 입력신호에 대응하는 스펙트럼은 입력 스펙트럼, 감지신호에 대응하는 스펙트럼은 반사 스펙트럼이라 지칭될 수 있다. 흡수 스펙트럼은 입력신호에 대응하는 광 중 피하지방층에서 흡수한 적어도 일부의 광을 제외한 광의 스펙트럼을 의미할 수 있다.
검출신호는 제2 광섬유(12)가 감지한 광의 신호를 의미할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니고, 피하지방 모니터링 장치(20)의 반사신호 획득부(21)가 제2 광섬유(12)로부터 전달받은 제2 광섬유(12)가 감지한 광의 신호를 의미할 수 있다. 구체적인 예로, 후술할 본원의 제2 측면에 따른 설명에 의하면, 본원의 제2 측면에 따른 프로브는 제2 광섬유가 복수의 서브 광섬유를 포함할 수 있으며, 프로브가 복수의 서브 광섬유를 하나의 광섬유로 커플링하며 복수의 서브 광섬유 각각을 개별적으로 on/off하는 스위칭 모듈을 포함할 수 있다. 이때, 검출신호라 함은 스위칭 모듈이 복수의 서브 광섬유를 선택적으로 제어함으로써 획득된 적어도 하나의 반사신호를 커플링된 하나의 광섬유로 커플링하여 전달하는 신호, 즉 스펙트로미터가 커플링된 하나의 광섬유를 통해 스위칭 모듈로부터 전달받는 신호를 의미할 수 있다.
흡수 스펙트럼 획득부(22)는 입력신호와 검출신호의 차에 기초하여 흡수 스펙트럼을 획득할 수 있다. 이는 도 6을 참조하여 보다 쉽게 이해될 수 있다.
도 6은 본원의 제1 측면에 따른 피하지방 모니터링 장치(20)에서 흡수 스펙트럼의 획득 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 흡수 스펙트럼 획득부(22)는 스펙트로미터(20b)를 통해 입력신호에 대응하는 스펙트럼(즉, 입력 스펙트럼)과 감지신호에 대응하는 스펙트럼(즉, 반사 스펙트럼)을 획득할 수 있다. 또한, 흡수 스펙트럼 획득부(22)는 획득된 입력 스펙트럼과 반사 스펙트럼의 차에 기초하여 흡수 스펙트럼을 획득할 수 있다. 즉, 흡수 스펙트럼은 '입력 스펙트럼-반사 스펙트럼'을 통해 획득(산출, 추출)될 수 있다.
이러한 흡수 스펙트럼 획득부(22)는 대상체의 피하지방을 측정하기 위해, 제2 광섬유(12)로부터 전달되는 광의 신호(반사신호)를 기초로 하여 대상체의 피부조직에서의 흡수 스펙트럼을 추출할 수 있다.
또한, 흡수 스펙트럼 획득부(22)는 제1 광섬유(11)와 제2 광섬유(12) 사이의 거리가 가까워지도록 조절됨에 따라 순차 획득되는 복수의 반사신호에 대응하는 반사 스펙트럼에 대하여 미리 설정된 지방 흡수 파장 범위에 대한 반사신호의 세기 변화가 없는 것으로 판단되는 경우, 반사신호의 세기 변화가 없는 것으로 판단하는데 이용된 반사 스펙트럼을 기준으로 흡수 스펙트럼을 획득할 수 있다. 이때, 흡수 스펙트럼 획득부(22)는 순차 획득되는 복수의 반사신호에 대응하는 반사 스펙트럼에 대하여 미리 설정된 지방 흡수 파장 범위에 대한 반사신호의 세기 변화가 없는 것으로 판단되는 경우, 반사신호 획득부(21)를 통한 반사신호의 획득이 중단되도록 할 수 있으며, 이후 반사신호의 세기 변화가 없는 것으로 판단하는데 이용된 반사 스펙트럼을 기준으로 흡수 스펙트럼을 획득할 수 있다. 이에 대한 설명은 도 7 및 도 8을 참조하여 보다 쉽게 이해될 수 있다.
도 7 및 도 8은 본원의 제1 측면에 따른 피하지방 모니터링 장치(20)에서 대상체로 조사되는 광의 입사각 크기에 따른 반사신호의 경로를 개략적으로 나타낸 도면이다.
먼저 도 7을 참조하면, 제1 광섬유(11)로부터 대상체(1)로 조사되는 광(달리 표현하여, 프로브의 제1 광섬유의 끝단에서 조사되는 빛)은 광섬유 자체의 NA(numerical aperture)에 의한 최대 확산각을 가지며, 이때, NA가 클수록 광은 더 넓게 확산될 수 있다. 달리 표현하여 NA가 클수록 광의 확산각은 커질 수 있다. 여기서, NA는 sin(확산각/2)로 표현될 수 있다.
대상체(1)로 조사되는 광 중 중심으로 입사되는 제1 경로(S1)의 광은 다른 제2 경로(S2)의 광이나 제3 경로(S3)의 광에 비해 대상체(1)에 대하여 더 깊은 곳에서 반사가 이루어짐을 확인할 수 있다. 이에 따르면, 대상체(1)로 조사되는 광이 비스듬히 입사될수록(달리 표현하여, 대상체(1)로 조사되는 광의 입사각이 커질수록) 대상체(1)로 조사되는 광은 대상체(1)에 대하여 얕은 곳에서의 반사가 일어날 수 있다.
즉, 제1 경로(S1)의 광보다는 상대적으로 입사각이 큰 제2 경로(S2)의 광이, 제2 경로(S2)의 광보다는 상대적으로 입사각이 큰 제3 경로(S3)의 광이 대상체(1)의 피부에 대하여 더 얕은 곳에서의 반사가 일어날 수 있다. 대상체(1)는 대상체(1)의 피부 표면으로부터 깊이에 따라 표피와 진피층(표피+진피), 피하지방층 및 근육층으로 이루어지므로, 일예로 제1 경로(S1)의 광은 근육층에서의 반사가 이루어지고, 제2 경로(S2)의 광은 피하지방층에서의 반사가 이루어지며, 제3 경로(S3)의 광은 표피와 진피층에서의 반사가 이루어질 수 있다.
보다 구체적으로, 1 경로(S1)를 따르는 광(즉, 대상체에 대하여 조사된 광의 입사각이 제2 경로와 제3 경로 대비 상대적으로 작은 광)은 근육층에서 반사되는 광(빛)의 비중이 크다고 할 수 있다. 제1 경로(S1)를 따르는 광의 경우, 대상체(1)로 조사된 광이 피하지방층을 투과함에 따라 광(광량, 광 에너지)의 1차 손실이 발생하고, 이후 근육층에서 반사되어 다시 피하지방층을 투과함에 따라 광(광량, 광 에너지)의 2차 손실이 발생한 이후에 피부 표면에 도달하게 되므로, 제1 경로(S1)에 의한 광의 감소량(즉, 대상체로 조사된 광 대비 대상체로부터 반사된 광의 감소량)은 피하지방층의 두께와 비례하다고 할 수 있다. 이를 고려하여, 본원의 제1 측면에 따른 피하지방 모니터링 장치(20)는 광(광량, 광 에너지)의 손실이 나타나는 제1 경로(S1)를 따르는 광의 반사신호를 제2 광섬유(12)를 통해 감지하여 획득하고, 획득된 제1 경로(S1)를 따르는 광의 반사신호를 이용해 피하지방의 두께를 판단(추정, 측정)할 수 있다.
한편, 제2 경로(S2)를 따르는 광은 피하지방층에서 반사되는 광(빛)의 비중이 크고, 제3 경로(S3)를 따라는 광은 표피와 진피층에서 반사되는 광(빛)의 비중이 크다고 할 수 있다. 이를 고려하여, 본원의 제1 측면에 따른 피하지방 모니터링 장치(20)는 대상체(1)의 비만도와 연관된 피하지방층과는 큰 관련이 없는 제3 경로(S3)를 따라는 광의 반사신호를 제2 광섬유(12)를 통해 감지하여 획득하고, 획득된 제2 경로(S2)를 따르는 광의 반사신호를 피하지방의 두께를 판단함에 있어서 비교기준이 될 수 있는 기준 신호(기준 스펙트럼)로 이용할 수 있다. 또한, 본원의 피하지방 모니터링 장치(20)는 측정대상이 되는 피하지방층에서 반사되는 광으로서 제2 경로(S2)를 따라는 광의 반사신호를 제2 광섬유(12)를 통해 감지하여 획득하고, 기준 신호를 기준으로 하여 제2 경로(S2)를 따르는 광의 반사신호의 변화를 고려해 피하지방의 두께를 정확히 판단할 수 있다.
이러한, 본원의 제1 측면에 따른 피하지방 모니터링 장치(20)는 대상체(1)로 광을 조사하는 광원인 제1 광섬유(11)와 대상체(1)로 조사된 광의 반사신호를 감지하는 디텍터인 제2 광섬유(12) 사이의 거리를 조절함에 따라 복수의 반사신호로서 서로 다른 거리의 위치에서의 반사신호를 획득함으로써, 제2 광섬유(12)를 통해 서로 다른 대상체(1)의 피부층에서 반사되는 각각의 반사신호를 선택적으로 검출할 수 있다. 달리 말해, 피하지방 모니터링 장치(20)는 제1 광섬유(11)와 제2 광섬유(12) 사이의 거리 조절을 통해, 서로 다른 대상체(1)의 피부층으로서 표피와 진피층, 피하지방층 및 근육층에서 반사되는 각각의 반사신호를 제2 광섬유(12)를 통해 선택적으로 검출하여 획득할 수 있다.
반사신호 획득부(21)는 거리 제어부(24)에 의한 두 광섬유(11, 12) 간의 거리가 점차 가까워지도록 조절됨에 따라, 입사각이 큰 광의 반사신호(즉, 제3 경로를 따르는 광의 반사신호)를 우선하여 제2 광섬유(12)를 통해 검출하여 획득한 다음, 이후 입사각이 점차 작아지는 광의 반사신호를 순차적으로 제2 광섬유(2)를 통해 검출하여 획득할 수 있다.
달리 표현하여, 흡수 스펙트럼 획득부(22)는 제2 광섬유(12)를 통해 획득된 입사각이 큰 광의 반사신호(즉, 제3 경로를 따라는 광의 반사신호)를 스펙트로미터(20b)에 적용시킴에 따라, 입사각이 큰 광의 반사신호에 기초하여 표피와 진피층에 대한 반사 스펙트럼을 획득할 수 있다. 이후, 두 광섬유(11, 12) 간의 거리가 점차 가깝게 조절됨에 따라 반사신호 획득부(21)에서는 점차 입사각이 작아지는 광의 반사신호를 순차적으로 획득할 수 있으며, 흡수 스펙트럼 획득부(22)는 순차적으로 획득되는 점차 입사각이 작아지는 광의 반사신호(즉, 제2 경로와 제2 경로를 따라는 광의 반사신호)를 스펙트로미터(20b)에 적용시킴에 따라, 입사각이 점차 작아지는 광의 반사신호에 기초하여 피하지방층에 대한 반사 스펙트럼 내지 근육층에 대한 반사 스펙트럼을 획득할 수 있다.
이때, 흡수 스펙트럼 획득부(22)는 반사신호 획득부(21)에서 두 광섬유(11, 12) 사이의 거리에 따라 먼 거리에서부터 가까운 거리 순으로 순차 획득한 반사신호에 대응하는 반사 스펙트럼에 대하여, 미리 설정된 지방 흡수 파장 범위에 대한 반사신호의 세기 변화가 없는 것으로 판단되는 경우, 반사신호 획득부(21)를 통한 반사신호의 획득이 중단되도록 함과 더불어 반사 스펙트럼을 이용해 흡수 스펙트럼을 획득할 수 있다. 이에 대한 설명은 도 8을 참조하여 보다 쉽게 이해될 수 있다.
도 8을 참조하면, 제4 경로(S4), 제3 경로(S3), 제2 경로(S2), 제1 경로(S1) 순으로 각각에 대응하는 광의 반사신호를 순차적으로 획득함에 있어서(즉, 입사각이 큰 광의 반사신호에서부터 점차 입사각이 작은 광의 반사신호를 순차적으로 획득함에 있어서), 획득된 반사신호에서 지방 흡수 파장 범위에 대한 반사신호의 세기는, 입사광이 좁아지면서 피하지방층을 완전히 투과하는 순간부터(즉, 제2 경로(S2)에 대응하는 광의 반사신호부터) 입사광이 더 좁아지더라도 그 지방 흡수 파장 범위에서의 반사신호의 세기가 더 이상 감소하지 않게 된다.
달리 말해, 지방 흡수 파장 범위에 한하여 지방 흡수 파장 범위에서의 반사신호의 세기는, 제4 경로(S4)에 대응하는 광의 반사신호의 세기보다 제3 경로(S4)에 대응하는 광의 반사신호의 세기가 작고, 제3 경로(S3)에 대응하는 광의 반사신호의 세기보다 제2 경로(S2)에 대응하는 광의 반사신호의 세기가 작을 수 있다. 그러나, 제2 경로(S2)에 대응하는 광의 반사신호를 기준으로 그보다 작은 입사각의 크기를 갖는 광의 반사신호들은, 입사각이 좁아지더라도 지방 흡수 파장 범위에서의 반사신호의 세기가 감소하지 않게 된다. 즉, 지방 흡수 파장 범위에서의 제1 경로(S1)에 대응하는 광의 반사신호의 세기는 지방 흡수 파장 범위에서의 제2 경로(S2)에 대응하는 광의 반사신호의 세기와 같을 수 있다.
즉, 광의 입사각 크기가 서로 다른 복수의 반사신호(달리 말해, 서로 다른 거리의 위치에서 획득되는 복수의 반사신호)의 세기는, 지방 흡수 파장 범위에 한하여 '제4 경로(S4)의 반사신호의 세기 > 제3 경로(S3)의 반사신호의 세기 > 제2 경로(S2)의 반사신호의 세기 = 제1 경로(S1)의 반사신호의 세기'의 조건을 만족할 수 있다.
따라서, 흡수 스펙트럼 획득부(22)는 흡수 스펙트럼의 획득시 지방 흡수 파장 범위에 한하여 복수의 반사신호의 세기 변화를 고려할 수 있다. 즉, 입사광의 입사각이 좁아지면서 피하지방층을 완전히 투과하는 순간부터(제2 경로에 따른 반사신호부터)는 그보다 입사각이 더 좁아지더라도 해당 파장(지방 흡수 파장)의 반사광은 더 이상 감소하지 않으므로, 흡수 스펙트럼 획득부(22)는 제2 광섬유(12)가 제1 광섬유(11)로 점점 가까워짐에도 불구하고 지방 흡수 파장 범위에서의 세기 변화가 없는 것으로 판단되는 경우, 입사광이 피하지방층을 완전히 투과한 상황인 것으로 판단하여 반사신호 획득부(21)를 통한 반사신호의 획득을 중단하고(반사신호의 스캔을 멈추고), 획득된 반사신호를 기반으로 대상체의 피하지방 레벨 판단을 위한 흡수 스펙트럼을 획득할 수 있다.
달리 표현하여, 흡수 스펙트럼 획득부(22)는, 제1 광섬유(11)와 제2 광섬유(12) 사이의 거리가 가까워지도록 조절됨에 따라 순차 획득되는 복수의 반사신호에 대응하는 반사 스펙트럼에 대하여 미리 설정된 지방 흡수 파장 범위에 대한 반사신호의 세기 변화가 없는 것으로 판단되는 경우, 대상체로 조사된 광(입사광)이 피하지방층을 완전히 투과한 상황인 것으로 판단하여, 반사신호의 세기 변화가 없는 것으로 판단하는데 이용된 반사 스펙트럼을 기준으로 흡수 스펙트럼을 획득할 수 있다. 이때, 흡수 스펙트럼은 앞서 말한 바와 같이 입력 스펙트럼과 반사 스펙트럼의 차에 기초하여 획득될 수 있다. 또한, 지방 흡수 파장 범위에 대한 설명은 앞서 자세히 설명했으므로, 이하 구체적인 생략하기로 한다.
도 9는 본원의 제1 측면에 따른 프로브(10)의 제1 광섬유(11)로부터 조사되는 광의 NA(numerical aperture)에 따른 확산각의 범위(크기)를 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, NA가 클수록(높을수록) 제1 광섬유(11)로부터 조사되는 광의 확산각이 넓어지고, NA가 작을수록(낮을수록) 제1 광섬유(11)로부터 조사되는 광의 확산각이 좁아질 수 있다. 즉, 도 9(a)와 같이 NA가 높으면(High NA), 제1 광섬유(11)로부터 조사되는 광의 확산각이 넓어져 대상체의 관심영역 바깥 부분까지 광이 조사될 수 있다. 이에 반해, 도 9(b)와 같이 NA가 낮으면(Low NA), 제1 광섬유(11)로부터 조사되는 광의 확산각이 좁아져 대상체의 관심영역에만 광이 조사될 수 있다.
따라서, 대상체로 발산되는 광의 조사각(달리 말해, 광의 발산각)이 좁을수록(즉 NA가 낮을수록) 단위 면적당 광량(광 밀도)이 높아지므로, 본원의 제1 측면에 따른 피하지방 모니터링 장치(20)는 프로브(10)의 제1 광섬유(11)로부터 대상체로 조사되는 광의 NA를 미리 설정된 값 미만으로 설정함으로써 불필요한 영역에 광이 조사되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 본원에서는 불필요한 영역에 광이 조사되는 것을 효과적으로 방지하기 위해, 본원의 제1 측면에 따른 프로브(10)에 적용되는 제1 광섬유(11)는 일예로 NA가 미리 설정된 값으로서 0.2 미만으로 설정될 수 있으며, 다만 이에만 한정되는 것은 아니다. 달리 표현하여, 제1 광섬유(11)로부터 조사되는 광의 NA는 0.2 미만의 값 중 어느 하나의 값으로 설정될 수 있다.
분석부(23)는 흡수 스펙트럼 획득부(22)에서 획득된 흡수 스펙트럼의 분석을 통해 산출된 피하지방에 의한 광의 흡수량에 기초하여 대상체(1)의 피하지방 레벨을 판단할 수 있다. 이는 도 10 및 도 11을 참조하여 보다 쉽게 이해될 수 있다.
도 10은 본원의 제1 측면에 따른 피하지방 모니터링 장치(20)에서 흡수량 산출 예를 설명하기 위한 도면으로서, 도 10에는 흡수 스펙트럼에 대하여 파장에 따른 광의 세기가 도시되어 있다.
도 10을 참조하면, 분석부(23)는 흡수 스펙트럼의 분석을 위해, 흡수 스펙트럼 획득부(22)에서 획득된 흡수 스펙트럼에 대하여 미리 설정된 지방 흡수 파장 범위의 흡수 스펙트럼을 적분함으로 피하지방에 의한 광의 흡수량을 산출할 수 있다. 여기서, 미리 설정된 지방 흡수 파장 범위는 앞서 설명한 바와 같이 920 nm 이상 940 nm 이하의 제1 파장(λ1) 범위 및 1020 nm 이상 1040 nm 이하의 제2 파장(λ2) 범위를 포함할 수 있다. 달리 표현하여, 분석부(23)는 흡수 스펙트럼에 대하여 제1 파장(930mm, λ1) 근처의 파장 대역으로서 920 nm 이상 940 nm 이하의 파장 범위를 적분하고, 제2 파장(1030nm, λ2) 근처의 파장 대역으로서 1020 nm 이상 1040 nm 이하의 파장 범위를 적분함으로써 흡수량을 산출할 수 있다.
이에 따르면, 피하지방에 의한 광의 흡수량의 산출 식은 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. 달리 표현하여, 분석부(23)를 통해 산출되는 피하지방에 의한 광의 흡수량은 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
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여기서, λ1은 지방 흡수 파장 범위에 속하는 제1 파장으로서 920 nm일 수 있으며, λ2는 지방 흡수 파장 범위에 속하는 제2 파장으로서 1030nm일 수 있다. m은 10일 수 있다.
분석부(23)는 지방의 광 흡수 파장 대역(λ1, λ2) 근처의 광의 흡수 스펙트럼을 적분, 즉 미리 설정된 지방 흡수 파장 범위(제1 파장 범위, 제2 파장 범위)의 흡수 스펙트럼을 적분함으로써 피하지방에 의한 광의 흡수량을 산출할 수 있다. 이때, 수학식 1을 통해 산출되는 흡수량의 값이 클수록 대상체의 피하지방이 많음(두꺼움)을 의미할 수 있다. 달리 말해, 피하지방이 많을수록(두꺼울수록) 흡수량 값이 크게 산출될 수 있다.
분석부(23)는 흡수 스펙트럼에 대하여 미리 설정된 지방 흡수 파장 범위의 흡수 스펙트럼을 적분함으로써 흡수량을 산출하고, 산출된 흡수량에 대응하는 대상체의 피하지방 레벨을 흡수량에 따라 기정의된 피하지방 레벨 지표를 고려하여 판단할 수 있다.
도 11은 본원의 제1 측면에 따른 피하지방 모니터링 장치(20)에서 고려되는 흡수량에 따라 분류되어 기정의된 피하지방 레벨 지표의 예를 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 피하지방 레벨 지표로서 흡수량에 따른 피하지방 레벨(즉, 지방 수준)은 일예로 10레벨로 분류되도록 설정될 수 있으며, 분석부(23)는 피하지방 레벨 지표를 기준으로 대상체의 피하지방 수준(피하지방 두께, 지방량, 비만도 등)을 판단할 수 있다. 이때, 피하지방 레벨 지표의 분류 범위 및 분류 개수 등의 설정은 본원의 이해를 돕기 위한 하나의 예시일 뿐, 이에 한정되는 것은 아니고 다양하게 설정 가능하다.
구체적인 예로, 분석부(23)는 일예로 수학식 1을 통해 산출된 흡수량 값이 999,999 이하이면 대상체의 피하지방 레벨을 0으로 판단할 수 있다. 또한, 분석부(23)는, 흡수량 값이 1,000,000 이상 1,999,999 이하이면 피하지방 레벨을 1, 흡수량 값이 2,000,000이상 2,999,999 이하이면 피하지방 레벨을 2, 흡수량 값이 3,000,000 이상 3,999,999 이하이면 피하지방 레벨을 3, 흡수량 값이 4,000,000 이상 4,999,999 이하이면 피하지방 레벨을 4, 흡수량 값이 5,000,000 이상 5,999,999 이하이면 피하지방 레벨을 5, 흡수량 값이 6,000,000 이상 6,999,999 이하이면 피하지방 레벨을 6, 흡수량 값이 7,000,000 이상 7,999,999 이하이면 피하지방 레벨을 7, 흡수량 값이 8,000,000 이상 8,999,999 이하이면 피하지방 레벨을 8, 흡수량 값이 9,000,000 이상이면 피하지방 레벨을 9로 판단할 수 있다.
여기서, 피하지방 레벨이 낮을수록(즉, 흡수량 값이 낮을수록) 대상체의 피하지방이 적음(피하지방 두께가 얇음)을 의미하고, 피하지방 레벨이 높을수록(즉, 흡수량 값이 높을수록) 대상체의 피하지방이 많음(피하지방 두께가 두꺼움)을 의미할 수 있다.
분석부(23)는 일예로 도 11에 도시된 피하지방 레벨 지표(즉, 흡수량에 따라 세분화하여 분류된 피하지방 레벨)에서 수학식 1을 통해 산출된 광의 흡수량과 매칭되는 피하지방 레벨을 식별할 수 있다. 이러한 피하지방 레벨의 식별을 통해 본원의 제1 측면에 따른 피하지방 모니터링 장치(20)는 대상체(1)의 지방량(피하지방량)을 추정(유추)할 수 있다.
한편, 도면에 도시하지는 않았으나, 본원의 제1 측면에 따른 피하지방 모니터링 장치(20)는 디스플레이 제어부(미도시)를 포함할 수 있으며, 디스플레이 제어부(미도시)는 분석부(23)를 통해 판단된 피하지방 레벨을 피하지방 모니터링 장치(20)의 화면 상에 디스플레이(제공)할 수 있다.
다만 이에만 한정되는 것은 아니고, 디스플레이 제어부(미도시)는 분석부(23)를 통해 판단된 피하지방 레벨을 유/무선 통신을 통해 사용자 단말의 화면 상에 디스플레이되도록 사용자 단말로 제공할 수 있다.
여기서, 사용자 단말은 일예로 PCSC(Personal Communication System), GSM(Global System for Mobile communication), PDC(Personal Digital Cellular), PHS(Personal Handyphone System), PDA(Personal Digital Assistant), IMT(International Mobile Telecommunication)-2000, CDMA(Code Division MultipleAccess)-2000, W-CDMA(WCode Division MultipleAccess), Wibro(Wireless Broadband Internet) 단말, 스마트폰(Smartphone), 스마트패드(SmartPad), 태블릿 PC, 노트북, 웨어러블 디바이스, 데스크탑 PC 등과 같은 모든 종류의 유무선 통신 장치를 포함할 수 있다.
또한, 유/무선 통신은 일예로 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 네트워크, LTE(Long Term Evolution) 네트워크, WIMAX(World Interoperability for Microwave Access) 네트워크, 인터넷(Internet), LAN(Local Area Network), Wireless LAN(Wireless Local Area Network), WAN(Wide Area Network), PAN(Personal Area Network), 블루투스(Bluetooth) 네트워크, NFC(Near Field Communication) 네트워크, 위성 방송 네트워크, 아날로그 방송 네트워크, DMB(Digital MultimediaBroadcasting) 네트워크 등의 통신을 포함될 수 있으며, 이에 한정된 것은 아니다.
이러한 본원의 제1 측면에 따른 피하지방 모니터링 장치(20)는 반사신호를 획득하고, 획득된 반사신호에 대응하는 반사 스펙트럼과 입력신호(원 신호)에 대응하는 입력 스펙트럼 간의 차에 기초하여 흡수 스펙트럼을 획득하고, 흡수 스펙트럼에서 미리 설정된 지방 흡수 파장 범위의 흡수 스펙트럼을 적분하여 흡수량을 계산하고, 계산된 흡수량에 대하여 피하지방 레벨 지표와의 매칭을 수행함으로써 대상체의 피하지방 레벨을 판단하고, 이를 디스플레이할 수 있다.
한편, 본원의 프로브의 제2 광섬유는 복수의 서브 광섬유를 포함할 수 있으며, 이에 대한 보다 구체적인 설명은 도 12 내지 도 14를 참조하여 설명하기로 한다.
도 12는 본원의 제2 측면에 따른 피하지방 모니터링 시스템(200)의 개략적인 구성을 나타낸 도면이고, 도 13은 본원의 제2 측면에 따른 피하지방 모니터링 시스템(200)에서 스위칭 모듈을 설명하기 위한 도면이고, 도 14는 본원의 제2 측면에 따른 프로브(10)를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하 본원의 제2 측면에 따른 피하지방 모니터링 시스템(200), 피하지방 모니터링 장치(20) 및 프로브(10)를 설명함에 있어서, 이하 생략된 내용이라고 하더라도 앞서 본원의 제1 측면에 따른 피하지방 모니터링 시스템(100), 피하지방 모니터링 장치(10) 및 프로브(10)에 대하여 설명된 내용은 본원의 제2 측면에 따른 피하지방 모니터링 시스템(200), 피하지방 모니터링 장치(20) 및 프로브(10)에 대한 설명에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 12 내지 도 14를 참조하면, 본원의 제2 측면에 따른 피하지방 모니터링 시스템(200)은 프로브(10) 및 피하지방 모니터링 장치(20)을 포함할 수 있다.
프로브(10)는 대상체(1)로 광을 조사하는 제1 광섬유(11)와 대상체(2)로 조사된 광의 반사신호를 획득하는 제2 광섬유(12)를 포함할 수 있다. 또한, 프로브(10)는 제2 광섬유(12)가 복수의 서브 광섬유(12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f)를 포함하는 경우, 복수의 서브 광섬유(12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f)를 하나의 광섬유(13)로 커플링하고 복수의 서브 광섬유(12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f) 각각을 개별적으로 on/off하는 스위칭 모듈(20c)을 포함할 수 있다. 피하지방 모니터링 장치(20)는 반사신호 획득부(21), 흡수 스펙트럼 획득부(22), 분석부(23), 컨트롤러(20a), 스펙트로미터(20b)를 포함할 수 있다. 또한, 피하지방 모니터링 장치(20)는 스위칭 모듈(20c)에 의해 커플링된 하나의 광섬유(13)와 연결되고, 제2 광섬유(12)를 통해 획득된 반사신호에 대응하는 반사 스펙트럼을 생성하는 스펙트로미터(20b)를 포함할 수 있다. 보다 구체적인 설명은 다음과 같다.
본원의 제2 측면에 따른 프로브(10)는 제1 광섬유(11) 및 제2 광섬유(12)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 광섬유(11)는 프로브(10)의 전면 영역의 중심에 배치되는 광 조사용 광섬유일 수 있다. 제2 광섬유(12)는 제1 광섬유(11)로부터 방사형으로 서로 다른 거리의 위치에 배치되는 복수의 서브 광섬유(12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f)를 포함할 수 있으며, 복수의 서브 광섬유(12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f)는 반사신호 획득용 광섬유일 수 있다.
일예로, 도 14에 도시된 바와 같이, 본원의 제2 측면에 따른 프로브(10)는 복수의 서브 광섬유(12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f)는 일예로 6개일 수 있다. 또한, 복수의 서브 광섬유(12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f)는 제1 광섬유(11)로부터 방사형으로 2.0mm 내지 4.5mm 사이의 각기 다른 간격을 두고 배치될 수 있다. 특히, 복수의 서브 광섬유(12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f)는 제1 광섬유(11)로부터 방사형으로 배치되되, 제1 광섬유(11)로부터 2.0mm 내지 4.5mm 사이의 각기 다른 간격으로 시계 방향(또는 반시계 방향)에 대하여 순차적으로 멀어지도록 배치될 수 있다. 구체적인 예로, 복수의 서브 광섬유(12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f)은 각각 제1 광섬유(11)로부터 2.0mm, 2.5mm, 3.0mm, 3.5mm, 4.0mm 및 4.5mm의 간격을 두고 시계 방향(또는 반시계방향)을 따라 순차적으로 멀어지도록 배치될 수 있다.
이때, 도 14에 도시된 예에서는 복수의 서브 광섬유가 6개이고, 0.5mm의 서로 다른 간격을 두고 배치되는 것으로 예시하였으나, 이는 본원의 이해를 돕기 위한 하나의 예시일 뿐, 이에만 한정되는 것은 아니고, 복수의 서브 광섬유의 개수, 각 광섬유의 배치 간격 등은 다양하게 설정 가능하다.
일예로 도 14에 도시된 프로브(10)는 1-in & 6-out 형태의 프로브일 수 있다. 달리 말해, 본원의 제2 측면에 따른 프로브(10)는 복수의 광섬유로 이루어질 수 있으며, 상기 복수의 광섬유는 하나의 광 조사용 광섬유(1-in)로서 제1 광섬유(11)와 6개의 반사신호 획득용 광섬유(6-out)로서 복수의 서브 광섬유(12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f)를 포함할 수 있다. 프로브(10)는 광섬유 번들 프로브라 달리 지칭될 될 수 있다.
반사신호 획득부(21)는 컨트롤러(20a)를 제어함에 따라 프로브(10)의 제1 광섬유(11)로부터 대상체(1)를 향하여 광이 조사되도록 제어할 수 있으며, 복수의 서브 광섬유(12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f) 중 적어도 일부의 서브 광섬유를 통해 감지된 대상체(1)로 조사된 광의 반사신호를 획득할 수 있다.
반사신호 획득부(21)는 복수의 서브 광섬유(12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f) 중 적어도 일부의 서브 광섬유를 통해 대상체(1)로 조사된 광의 반사신호를 서로 다른 거리의 위치에서 획득할 수 있다. 구체적으로, 반사신호 획득부(21)는 대상체(1)로 조사된 광에 대하여 서로 다른 거리의 위치에서 반사되는 광의 반사신호(달리 말해, 입사각이 다른 광의 반사신호)를 복수의 서브 광섬유(12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f)를 통해 적어도 하나 이상 획득할 수 있으며, 둘 이상의 반사신호를 획득하는 경우, 이러한 둘 이상의 반사신호를 동시에(함께) 획득할 수 있다.
복수의 서브 광섬유(12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f)가 제1 프로브(11)로부터 서로 다른 거리의 위치에 배치되어 있음에 따라, 본원의 제2 측면에 따른 피하지방 모니터링 장치(10)는 복수의 서브 광섬유(12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f)로 하여금 서로 다른 입사각의 크기를 갖는 광의 반사신호를 적어도 하나 이상 동시에(함께) 획득할 수 있다.
또한, 본원의 제2 측면에 따른 프로브(10)는 복수의 서브 광섬유(12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f)를 하나의 광섬유(13)로 커플링하고, 복수의 서브 광섬유(12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f) 각각을 개별적으로 on/off 하는 스위칭 모듈(20c)을 포함할 수 있다. 또한, 본원의 제2 측면에 따른 피하지방 모니터링 장치(20)는 커플링된 하나의 광섬유(13)와 연결되고, 하나의 광섬유(13)로부터 전달된 반사신호에 대응하는 반사 스펙트럼을 생성하는 스펙트로미터(20b)를 포함할 수 있다.
여기서, 스위칭 모듈(20c)은 프로브(10) 내에 구비되는 것으로 예시하였으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 다른 일예로, 스위칭 모듈(20c)은 도 12에 도시된 것과 같이 피하지방 모니터링 장치(20)나 프로브(1)와는 별개의 구성으로 구비될 수 있다. 또 다른 일예로 스위칭 모듈(20c)은 피하지방 모니터링 장치(20) 내에 구비될 수 있다.
스위칭 모듈(20c)은 복수의 서브 광섬유(12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f)를 통해 검출된 반사신호를 피하지방 모니터링 장치(20), 특히 피하지방 모니터링 장치(20)의 스펙트로미터(20b)로 전달(전송)할 수 있다.
이때, 스위칭 모듈(20c)은 복수의 서브 광섬유(12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f) 각각을 개별적으로 on/off함에 따라, 복수의 서브 광섬유(12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f) 각각으로부터 감지된 반사신호를 커플링된 하나의 광섬유(13)를 통해 스펙트로미터(20b)로 선택적으로 전달(전송)하거나 또는 복수의 서브 광섬유(12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f) 각각으로부터 감지된 반사신호를 커플링된 하나의 광섬유(13)를 통해 스펙트로미터(20b)로 전체 하나로 묶어 전달(전송)할 수 있다. 즉, 스위칭 모듈(20c)은 복수의 서브 광섬유(12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f)를 통해 감지(획득)되는 복수의 반사신호를 선택적으로 스펙트로미터(20b)로 전달하거나, 복수의 반사신호를 하나로 묶어 스펙트로미터(20b)로 전달할 수 있다.
반사신호 획득부(21)는 복수의 서브 광섬유(12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f) 중 스위칭 모듈(20c)에 의한 적어도 일부의 서브 광섬유의 선택적 제어에 의하여 서로 다른 거리의 위치에서의 반사신호를 선택적으로 획득할 수 있다.
흡수 스펙트럼 획득부(22)는 스펙트로미터(20b)를 통해 입력신호에 대응하는 스펙트럼(즉, 입력 스펙트럼)과 감지신호에 대응하는 스펙트럼(즉, 반사신호에 대응하는 스펙트럼인 반사 스펙트럼)을 획득할 수 있다. 구체적으로, 흡수 스펙트럼 획득부(22)는 스펙트로미터(20b)를 통해 획득한 대상체(1)로 조사된 광에 대응하는 입력 스펙트럼과 하나의 광섬유(13)로부터 전달받은 반사신호에 대응하는 반사 스펙트럼의 차에 기반하여, 대상체(1)의 피하지방에 대한 흡수 스펙트럼을 획득할 수 있다. 이때 흡수 스펙트럼에 대해서는 앞서 도 6을 참조한 설명에서 자세히 설명했으므로, 이하 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이후, 본원의 제2 측면에 따른 피하지방 모니터링 장치(20)에서, 분석부(23)는 흡수 스펙트럼 획득부(22)에 의해 획득된 흡수 스펙트럼에 대하여 미리 설정된 지방 흡수 파장 범위의 흡수 스펙트럼을 적분함으로써 흡수량을 산출하고, 산출된 흡수량에 대응하는 대상체의 피하지방 레벨을 흡수량에 따라 분류되어 기정의된 피하지방 레벨 지표를 고려해 판단할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 앞서 설명했으므로, 이하 생략하기로 한다.
또한, 본원의 제2 측면에 따른 피하지방 모니터링 장치(20)는 분석부(23)를 통해 판단된 피하지방 레벨을 피하지방 모니터링 장치(20)의 화면 상에 디스플레이(제공)하는 디스플레이 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.
이러한 본원의 일 실시예에 따른 피하지방 모니터링 장치(제1,2 측면에 따른 피하지방 모니터링 장치, 20)는 제2 광섬유(12)를 통해 획득된 반사신호(광섬유 신호)로부터 대상체(1)의 피부조직에서의 흡수 스펙트럼을 추출하고, 추출된 흡수 스펙트럼에서 지방의 흡수 파장인 930nm 근처와 1030nm 근처의 광의 흡수 스펙트럼을 적분함으로써 대상체(1)의 피하지방 레벨을 분석해 제공할 수 있다. 즉, 본원의 일 실시예에 따른 피하지방 모니터링 장치(20)는 대상체(1)의 피부에 광(빛)을 조사한 후 반사되는 광의 스펙트럼을 분석함으로써 대상체(1)의 지방량을 추정(유추)할 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따른 피하지방 모니터링 장치(20)는 거리 제어부(24)에 의한 제1 광섬유(11)와 제2 광섬유(12) 사이의 거리 조절 또는 스위칭 모듈(20c)에 의한 복수의 서브 광섬유(12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f) 중 적어도 일부의 서브 광섬유의 제어를 통해, 서로 다른 거리의 위치에서의 반사신호로서 표피와 진피층, 피하지방층 및 근육층의 반사신호(반사광)를 선택적으로 선별하여 측정할 수 있으며, 이를 통해 대상체의 피하지방의 두께, 비만도 등을 파악할 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따른 피하지방 모니터링 장치(20)는 서로 다른 거리의 위치에서의 복수의 반사신호를 함께 이용함으로써 대상체의 지방 변화량을 추정(추적)할 수 있다. 구체적으로, 본원의 일 실시예에 따른 피하지방 모니터링 장치(20)는 서로 다른 위치에서 획득된 서로 다른 입사각 크기를 갖는 복수의 반사신호에 대하여 신호세기를 적분한 후 전후 비교(이전값과 비교)함으로써, 시간에 따른 대상체의 비만도 변화를 확인(파악)할 수 있다.
이하에서는 상기에 자세히 설명된 내용을 기반으로, 본원의 동작 흐름을 간단히 살펴보기로 한다.
도 15는 본원의 일 실시예에 따른 피하지방 모니터링 방법에 대한 동작 흐름도이다.
도 15에 도시된 피하지방 모니터링 방법은 앞서 설명된 피하지방 모니터링 장치(20)에 의하여 수행될 수 있다. 따라서, 이하 생략된 내용이라고 하더라도 피하지방 모니터링 장치(20)에 대하여 설명된 내용은 피하지방 모니터링 방법에 대한 설명에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 15를 참조하면, 단계S11에서 반사신호 획득부(21)는 프로브의 제1 광섬유로부터 대상체로 조사된 광의 반사신호를 프로브의 제2 광섬유를 통해 제1 광섬유로부터 서로 다른 거리의 위치에서 획득할 수 있다.
여기서, 제1 광섬유는 프로브의 전면 영역의 중심에 배치되는 광 조사용 광섬유이고, 제2 광섬유는 제1 광섬유와 이웃하여 배치되는 반사신호 획득용 광섬유일 수 있으며, 프로브에 대한 구체적인 설명은 앞서 자세히 설명했으므로, 이하 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 도면에 도시하지는 않았으나, 본원의 일 실시예에 따른 피하지방 모니터링 방법은, 거리 제어부(24)가 제2 광섬유의 이동을 제어하여 프로브의 제1 광섬유와 제2 광섬유 사이의 거리를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 단계S11에서는 상기 거리를 조절하는 단계에서의 제1 광섬유와 제2 광섬유 사이의 거리 조절을 통해 서로 다른 위치에서 획득되는 반사신호를 복수의 반사신호로서 획득할 수 있다.
또한, 상기 거리를 조절하는 단계에서는, 제1 광섬유와 제2 광섬유 사이의 거리가 제1 거리에서부터 제2 거리로 줄어들게 조절되도록 제2 광섬유의 이동을 제어할 수 있다. 이때, 제2 거리는 제1 거리보다 작을 수 있다.
이에 따라, 단계S11에서는 제1 광섬유와 제2 광섬유 사이의 거리가 가까워지도록 조절됨에 따라, 서로 다른 거리의 위치에서 획득되는 복수의 반사신호로서 대상체로 조사되는 광에 대하여 입사각이 큰 광의 반사신호부터 입사각이 작은 광의 반사신호까지 순차적으로 획득할 수 있다.
다음으로, 단계S12에서 흡수 스펙트럼 획득부(22)는, 단계S11을 통해 서로 다른 거리의 위치에서 획득된 복수의 반사신호에 기초하여 대상체의 피하지방에 대한 흡수 스펙트럼을 획득할 수 있다.
또한, 단계S12에서는 제1 광섬유와 제2 광섬유 사이의 거리가 가까워지도록 조절됨에 따라 순차 획득되는 복수의 반사신호에 대응하는 반사 스펙트럼에 대하여 미리 설정된 지방 흡수 파장 범위에 대한 반사신호의 세기 변화가 없는 것으로 판단되는 경우, 반사신호의 세기 변화가 없는 것으로 판단하는데 이용된 반사 스펙트럼을 기준으로 흡수 스펙트럼을 획득할 수 있다.
여기서, 지방 흡수 파장 범위는 대상체로 조사된 광의 파장 범위 중 피하지방에 의하여 광의 흡수가 이루어지는 파장 범위이고, 미리 설정된 지방 흡수 파장 범위는, 920 nm 이상 940 nm 이하의 파장 범위 및 1020 nm 이상 1040 nm 이하의 파장 범위를 포함할 수 있다.
다음으로, 단계S13에서 분석부(23)는 단계S12에서 획득된 흡수 스펙트럼의 분석을 통해 산출된 피하지방에 의한 광의 흡수량에 기초하여 대상체의 피하지방 레벨을 판단할 수 있다.
이때, 단계S13에서는, 흡수 스펙트럼에 대하여 미리 설정된 지방 흡수 파장 범위의 흡수 스펙트럼을 적분함으로써 흡수량을 산출하고, 산출된 흡수량에 대응하는 대상체의 피하지방 레벨을 흡수량에 따라 기정의된 피하지방 레벨 지표를 고려하여 판단할 수 있다.
한편, 단계S11에서는 프로브의 제2 광섬유가 제1 광섬유로부터 방사형으로 서로 다른 거리의 위치에 배치되는 복수의 서브 광섬유를 포함하는 경우, 복수의 서브 광섬유 중 적어도 일부의 서브 광섬유를 통해 대상체로 조사된 광의 반사신호를 서로 다른 거리의 위치에서 획득할 수 있다.
이때, 단계S11에서는 복수의 서브 광섬유를 하나의 광섬유로 커플링하고, 복수의 서브 광섬유 각각을 개별적으로 on/off 하는 프로브에 포함된 스위칭 모듈에 의한 복수의 서브 광섬유 중 적어도 일부의 서브 광섬유의 선택적 제어에 의하여, 서로 다른 거리의 위치에서의 반사신호를 선택적으로 획득할 수 있다.
또한, 단계S12에서는 하나의 광섬유와 연결되는 스펙트로미터를 통해 하나의 광섬유로부터 전달받은 반사신호에 대응하는 반사 스펙트럼을 생성하고, 대상체로 조사된 광에 대응하는 입력 스펙트럼과 하나의 광섬유로부터 전달받은 반사신호에 대응하는 반사 스펙트럼의 차에 기반하여 대상체의 피하지방에 대한 흡수 스펙트럼을 획득할 수 있다.
상술한 설명에서, 단계 S11 내지 S13은 본원의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다.
본원의 일 실시 예에 따른 피하지방 모니터링 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
또한, 전술한 피하지방 모니터링 방법은 기록 매체에 저장되는 컴퓨터에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램 또는 애플리케이션의 형태로도 구현될 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100, 200: 피하지방 모니터링 시스템
10: 프로브
11: 제1 광섬유
12: 제2 광섬유
12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f: 서브 광섬유
20: 피하지방 모니터링 장치
21: 반사신호 획득부
22: 흡수 스펙트럼 획득부
23: 분석부
24: 거리 제어부

Claims (15)

  1. 피하지방 모니터링 장치에 있어서,
    프로브의 제1 광섬유로부터 대상체로 조사된 광의 반사신호를 상기 프로브의 제2 광섬유를 통해 상기 제1 광섬유로부터 서로 다른 거리의 위치에서 획득하는 반사신호 획득부;
    상기 서로 다른 거리의 위치에서 획득된 복수의 반사신호에 기초하여 상기 대상체의 피하지방에 대한 흡수 스펙트럼을 획득하는 흡수 스펙트럼 획득부; 및
    획득된 상기 흡수 스펙트럼의 분석을 통해 산출된 상기 피하지방에 의한 광의 흡수량에 기초하여 상기 대상체의 피하지방 레벨을 판단하는 분석부,
    를 포함하고,
    상기 제1 광섬유는 상기 프로브의 전면 영역의 중심에 배치되는 광 조사용 광섬유이고, 상기 제2 광섬유는 상기 제1 광섬유와 이웃하여 배치되는 반사신호 획득용 광섬유이고,
    상기 흡수 스펙트럼 획득부는,
    상기 제1 광섬유와 상기 제2 광섬유 사이의 거리가 가까워지도록 조절됨에 따라 순차 획득되는 상기 복수의 반사신호에 대응하는 반사 스펙트럼에 대하여 미리 설정된 지방 흡수 파장 범위에 대한 반사신호의 세기 변화가 없는 것으로 판단되는 경우, 상기 반사신호의 세기 변화가 없는 것으로 판단하는데 이용된 반사 스펙트럼을 기준으로 상기 흡수 스펙트럼을 획득하는 것인, 피하지방 모니터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 광섬유의 이동을 제어하여 상기 프로브의 제1 광섬유와 상기 제2 광섬유 사이의 거리를 조절하는 거리 제어부를 더 포함하고,
    상기 반사신호 획득부는,
    상기 거리 제어부에 의한 상기 제1 광섬유와 상기 제2 광섬유 사이의 거리 조절을 통해 상기 서로 다른 위치에서 획득되는 반사신호를 상기 복수의 반사신호로서 획득하는 것인, 피하지방 모니터링 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 거리 제어부는,
    상기 제1 광섬유와 상기 제2 광섬유 사이의 거리가 제1 거리에서부터 제2 거리로 조절되도록 상기 제2 광섬유의 이동을 제어하되,
    상기 제2 거리는 상기 제1 거리보다 작고,
    상기 반사신호 획득부는,
    상기 제1 광섬유와 상기 제2 광섬유 사이의 거리가 가까워지도록 조절됨에 따라, 상기 서로 다른 거리의 위치에서 획득되는 상기 복수의 반사신호로서 상기 대상체로 조사되는 광에 대하여 입사각이 큰 광의 반사신호부터 입사각이 작은 광의 반사신호까지 순차적으로 획득하는 것인, 피하지방 모니터링 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지방 흡수 파장 범위는 상기 대상체로 조사된 광의 파장 범위 중 피하지방에 의하여 광의 흡수가 이루어지는 파장 범위이고,
    상기 미리 설정된 지방 흡수 파장 범위는, 920 nm 이상 940 nm 이하의 파장 범위 및 1020 nm 이상 1040 nm 이하의 파장 범위를 포함하는 것인, 피하지방 모니터링 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 분석부는,
    상기 흡수 스펙트럼에 대하여 미리 설정된 지방 흡수 파장 범위의 흡수 스펙트럼을 적분함으로써 상기 흡수량을 산출하고, 산출된 상기 흡수량에 대응하는 대상체의 피하지방 레벨을 흡수량에 따라 기정의된 피하지방 레벨 지표를 고려하여 판단하는 것인, 피하지방 모니터링 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 프로브의 상기 제2 광섬유는, 상기 제1 광섬유로부터 방사형으로 서로 다른 거리의 위치에 배치되는 복수의 서브 광섬유를 포함하고,
    상기 반사신호 획득부는,
    상기 복수의 서브 광섬유 중 적어도 일부의 서브 광섬유를 통해 상기 대상체로 조사된 광의 반사신호를 서로 다른 거리의 위치에서 획득하는 것인, 피하지방 모니터링 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 프로브는,
    상기 복수의 서브 광섬유를 하나의 광섬유로 커플링하고, 상기 복수의 서브 광섬유 각각을 개별적으로 on/off 하는 스위칭 모듈을 포함하고,
    상기 반사신호 획득부는,
    상기 스위칭 모듈에 의한 상기 복수의 서브 광섬유 중 적어도 일부의 서브 광섬유의 제어에 의하여 서로 다른 거리의 위치에서의 반사신호를 선택적으로 획득하는 것인, 피하지방 모니터링 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    커플링된 상기 하나의 광섬유와 연결되고, 상기 하나의 광섬유로부터 전달된 반사신호에 대응하는 반사 스펙트럼을 생성하는 스펙트로미터를 더 포함하고,
    상기 흡수 스펙트럼 획득부는,
    상기 대상체로 조사된 광에 대응하는 입력 스펙트럼과 상기 하나의 광섬유로부터 전달받은 반사신호에 대응하는 반사 스펙트럼의 차에 기반하여 상기 대상체의 피하지방에 대한 흡수 스펙트럼을 획득하는 것인, 피하지방 모니터링 장치.
  10. 피하지방 모니터링 시스템에 있어서,
    제1항의 피하지방 모니터링 장치; 및
    대상체로 광을 조사하는 제1 광섬유와 대상체로 조사된 광의 반사신호를 획득하는 제2 광섬유를 포함하는 프로브를 포함하고,
    상기 프로브는, 상기 제2 광섬유가 복수의 서브 광섬유를 포함하는 경우, 상기 복수의 서브 광섬유를 하나의 광섬유로 커플링하고 상기 복수의 서브 광섬유 각각을 개별적으로 on/off 하는 스위칭 모듈을 포함하며,
    상기 피하지방 모니터링 장치는, 상기 커플링된 하나의 광섬유와 연결되고, 상기 제2 광섬유를 통해 획득된 반사신호에 대응하는 반사 스펙트럼을 생성하는 스펙트로미터를 포함하는 것인, 피하지방 모니터링 시스템.
  11. 피하지방 모니터링 방법에 있어서,
    프로브의 제1 광섬유로부터 대상체로 조사된 광의 반사신호를 상기 프로브의 제2 광섬유를 통해 상기 제1 광섬유로부터 서로 다른 거리의 위치에서 획득하는 단계;
    상기 서로 다른 거리의 위치에서 획득된 복수의 반사신호에 기초하여 상기 대상체의 피하지방에 대한 흡수 스펙트럼을 획득하는 단계; 및
    획득된 상기 흡수 스펙트럼의 분석을 통해 산출된 상기 피하지방에 의한 광의 흡수량에 기초하여 상기 대상체의 피하지방 레벨을 판단하는 단계,
    를 포함하고,
    상기 제1 광섬유는 상기 프로브의 전면 영역의 중심에 배치되는 광 조사용 광섬유이고, 상기 제2 광섬유는 상기 제1 광섬유와 이웃하여 배치되는 반사신호 획득용 광섬유이고,
    상기 흡수 스펙트럼을 획득하는 단계는,
    상기 제1 광섬유와 상기 제2 광섬유 사이의 거리가 가까워지도록 조절됨에 따라 순차 획득되는 상기 복수의 반사신호에 대응하는 반사 스펙트럼에 대하여 미리 설정된 지방 흡수 파장 범위에 대한 반사신호의 세기 변화가 없는 것으로 판단되는 경우, 상기 반사신호의 세기 변화가 없는 것으로 판단하는데 이용된 반사 스펙트럼을 기준으로 상기 흡수 스펙트럼을 획득하는 것인, 피하지방 모니터링 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 광섬유의 이동을 제어하여 상기 프로브의 제1 광섬유와 상기 제2 광섬유 사이의 거리를 조절하는 단계를 더 포함하고,
    상기 반사신호를 획득하는 단계는,
    상기 거리를 조절하는 단계에서의 상기 제1 광섬유와 상기 제2 광섬유 사이의 거리 조절을 통해 상기 서로 다른 위치에서 획득되는 반사신호를 상기 복수의 반사신호로서 획득하는 것인, 피하지방 모니터링 방법.
  13. 삭제
  14. 제11항에 있어서,
    상기 반사신호를 획득하는 단계는,
    상기 프로브의 상기 제2 광섬유가 상기 제1 광섬유로부터 방사형으로 서로 다른 거리의 위치에 배치되는 복수의 서브 광섬유를 포함하는 경우, 상기 복수의 서브 광섬유 중 적어도 일부의 서브 광섬유를 통해 상기 대상체로 조사된 광의 반사신호를 서로 다른 거리의 위치에서 획득하는 것인, 피하지방 모니터링 방법.
  15. 제11항, 제12항 및 제14항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체.
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