KR102043804B1

KR102043804B1 - 측정 장치 및 그것의 당 농도 측정 방법

Info

Publication number: KR102043804B1
Application number: KR1020130076999A
Authority: KR
Inventors: 송현우
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2019-12-02
Also published as: KR20140048791A

Abstract

본 발명은 측정 장치에 관한 것이다. 본 발명의 측정 장치는 편광 성분을 포함한 제 1 광원과 미리 설정된 가간섭 길이를 갖는 가변 광원인 제 2 광원을 안구에 조사하고, 안구로부터 출력되는 제 1 출력 광원과 제 2 출력 광원으로부터 각각 광 경로 길이와 편광면의 회전량의 측정을 통해 안구액의 당 농도를 측정할 수 있다.

Description

측정 장치 및 그것의 당 농도 측정 방법{MEASURING APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING OF GLUCOSE CONCENTRATION}

본 발명은 측정 장치에 관한 것으로, 특히 안구의 전실 내 안구액의 당 농도를 측정하기 위한 측정 장치 및 그것의 당 농도 측정 방법에 관한 것이다.

일반적으로 사람이나 동물 등의 생명체에 고통을 주지 않도록 비침습적으로 농도(Concentration)를 측정하는 기술이 있다. 이와 같이 비침습적으로 농도를 측정하는 기술들은 여러 가지 방법이 있다.

예를 들어, 토끼의 안구액의 당 농도를 측정하기 위해 혈당과 안구액 당 수치의 비교를 통해 당 농도를 측정하는 방법이 제안되었다. (Borchert et al., "A Noninvasive Glucose Monitor: Preliminary Results in Rabbits," Diabetes Technology & Therapeutics, vol. 1, No. 2, 1999, pp. 145-151.)

하지만, 눈과 같이 매우 활발히 움직이는 안구로 입사되는 광의 경로는 지속적으로 동일한 광 경로를 유지하기 어렵다. 이와 같이, 광 경로가 동일하지 않을 경우, 안구액과 같은 특성을 갖는 매질의 농도를 정확히 측정할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 활발한 움직임을 갖는 눈에서 안구액의 당 농도를 비침습적으로 정밀하게 측정할 수 있는 측정 장치 및 그것의 당 농도 측정 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 측정 장치는 편광 성분을 포함한 제 1 광원과 미리 설정된 가간섭 길이를 갖는 가변 광원인 제 2 광원을 생성하는 광원 생성부, 상기 제 1 광원과 상기 제 2 광원을 혼합한 혼합 광원을 안구의 제 1 방향으로 입사시키고, 상기 제 1 방향으로부터 되돌아오는 제 1 출력 광원을 수신하는 광원 출력부, 상기 제 2 광원을 기준 반사경으로부터 반사시킨 반사 광원과 상기 제 1 출력 광원을 상호 간섭 시키는 광원 간섭부, 상기 간섭에 따른 간섭 신호를 수집하는 간섭 신호 수집부, 상기 제 1 방향과 일정한 각도를 갖는 제 2 방향으로 출력되는 제 2 출력 광원을 수신하여 편광면의 회전량을 측정하는 광 활성 측정부, 및 상기 간섭 신호에 근거하여 상기 안구 내 광 경로 길이를 측정하고, 상기 광 경로 길이와 상기 편광면의 회전량에 근거하여 상기 안구의 당 농도를 측정하는 농도 측정부를 포함한다.

이 실시예에 있어서, 상기 광원 생성부는 제 1 광원을 생성하는 제 1 광원 생성기, 상기 제 1 광원을 집속하는 제 1 렌즈, 상기 집속된 제 1 광원에 선편광 성분을 적용하는 편광기, 및 상기 제 2 광원을 생성하는 제 2 광원 생성기를 포함한다.

이 실시예에 있어서, 상기 광원 출력부는 상기 제 1 광원과 제 2 가변 광원을 혼합하여 상기 혼합 광원을 생성하고, 상기 제 1 출력 광원을 상기 광원 간섭부로 출력하는 반사경, 상기 혼합 광원을 상기 안구의 전실에 조사되도록 방향을 조절하고, 상기 제 1 출력 광원을 반사경으로 전달하는 스캐너, 및 상기 방향이 조절된 혼합 광원을 상기 안구의 전실에 조사하고, 상기 안구로부터 상기 제 1 출력 광원을 수신하는 제 4 렌즈를 포함한다.

이 실시예에 있어서, 상기 광원 간섭부는 상기 제 2 가변 광원을 분파하고, 상기 제 1 출력 광원과 상기 반사 광원을 상호 간에 간섭 시킨 상기 간섭 신호를 상기 간섭 신호 출력부로 출력하는 분파기, 상기 분파된 제 2 가변 광원을 상기 광원 출력부로 출력하는 제 3 렌즈, 상기 분파된 다른 제 2 가변 광원을 출력하고, 상기 반사 광원을 상기 분파기로 출력하는 제 2 렌즈, 및 상기 제 2 렌즈를 통해 출력되는 상기 제 2 가변 광원을 반사시켜 반사 광원을 생성하는 기준 반사경을 포함한다.

이 실시예에 있어서, 상기 간섭 신호 수집부는 상기 간섭 신호를 검출하는 광감지기, 및 상기 검출된 간섭 신호를 수집하는 데이터 수집부를 포함한다.

이 실시예에 있어서, 상기 광 활성 측정부는 상기 혼합 광원이 상기 안구의 전실 내의 수정체로 입사되는 제 1 방향과 상기 일정한 각도를 갖는 제 2 방향으로부터 출력되는 제 2 출력 광원을 수신하는 제 5 렌즈, 상기 제 2 출력 광원에 포함된 편광 성분을 분석하는 편광 분석기, 및 상기 제 2 출력 광원에 포함된 편광 성분으로부터 상기 편광면의 회전량을 추출하는 광 감지기를 포함한다.

이 실시예에 있어서, 상기 농도 측정부는 상기 간섭 신호에 포함된 간섭 광 강도 정보를 수신하고, 간섭 광 강도 정보로부터 광 경로 길이를 측정하는 광 경로 길이 측정부, 광 경로 길이와 편광면의 회전량에 대응되는 당 농도에 대한 정보를 저장한 룩업 테이블이 저장되는 메모리, 및 상기 광 경로 길이와 상기 편광면의 회전량을 이용하여 상기 룩업 테이블로부터 당 농도를 측정하는 당 농도 측정부를 포함한다.

이 실시예에 있어서, 상기 농도 측정부는 상기 당 농도를 디스플레이되도록 출력하는 표시부를 더 포함한다.

이 실시예에 있어서, 상기 안구의 수정체 반사면의 위치와 각도를 조준하기 위한 조준 광원 생성하는 조준 광원 생성기를 더 포함한다.

본 발명의 측정 장치의 당 농도 측정 방법은 편광 성분을 포함한 제 1 광원을 생성하는 단계, 미리 설정된 가간섭 길이를 갖는 가변 광원인 제 2 광원을 생성하는 단계, 상기 제 1 광원과 상기 제 2 광원을 혼합한 혼합 광원을 안구의 제 1 방향으로 입사시키는 단계, 상기 제 2 광원을 반사시킨 반사 신호와 상기 제 1 방향으로부터 출력되는 제 1 출력 광원을 간섭하여 광 경로 길이를 측정하는 단계, 상기 제 1 방향과 일정한 각도를 갖는 제 2 방향으로 출력되는 제 2 출력 광원으로부터 편광면의 회전량을 측정하는 단계, 및 상기 광 경로 길이와 상기 편광면의 회전량에 근거하여 안구액의 당 농도를 측정한다.

이 실시예에 있어서, 상기 광 경로 길이를 측정하는 단계는 상기 제 2 광원과 상기 반사 광원을 상호 간에 간섭시켜 간섭 광원을 생성하는 단계, 및 상기 간섭 광원에 포함된 간섭 광 강도 정보를 이용하여 상기 광 경로 길이를 측정하는 단계를 포함한다.

이 실시예에 있어서, 상기 편광면의 회전량을 측정하는 단계는 상기 제 1 광원에 포함된 편광 성분과 상기 제 2 출력 광원에 포함된 편광 성분 간의 비교를 통해 편광 성분의 변화를 측정하는 단계, 및 상기 편광 성분의 변화를 통해 상기 편광면의 회전량을 측정하는 단계를 포함한다.

이 실시예에 있어서, 상기 광 농도를 측정하는 단계는 상기 광 경로 길이와 상기 편광면의 회전량에 근거하여 당 농도의 룩업 테이블로부터 당 농도를 결정한다.

이 실시예에 있어서, 상기 측정된 당 농도를 디스플레이 기기를 통해 표시하는 단계를 더 포함한다.

이 실시예에 있어서, 상기 안구의 수정체 반사면의 위치 및 각도를 조준하기 위한 조준 광원을 조사시켜 상기 편광면의 회전량의 영점을 조정하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 측정 장치는 광원이 안구 내에서 일정 각도로 반사되도록 제어하여 광원의 경로를 실시간으로 정밀하게 측정하고, 동시에 매질을 지나는 광의 선편광의 회전을 측정함으로써, 안구액의 당 농도를 비침습적으로 정밀하게 측정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 측정 장치를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 농도 측정부의 구조를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 안구에 광원이 입출력되는 동작을 도시한 도면,
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 안구의 광 단층 영상 (B 스캔)을 도시한 도면,
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 안구의 광 간섭 단층 신호 (A 스캔)를 도시한 도면, 및
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광 활성 측정부에서 측정한 편광 회전을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않도록 하기 위해 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

본 발명은 인체 또는 동물의 안구액와 같은 형태를 갖는 매질의 농도, 일예로 당 농도를 비침습적으로 정밀하게 측정하는 측정 장치를 제공한다. 특히, 본 발명의 측정 장치는 안구의 각막과 수정체 사이의 전실(anterior chamber)에 위치한 안구액(aqueous humor)의 당 농도를 광학적인 방법으로 측정한다. 이를 통해, 측정 장치는 안구의 당 농도를 비침습적으로 측정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 측정 장치를 예시적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 측정 장치(100)는 광원 생성부(110), 광원 간섭부(120), 광원 출력부(130), 간섭 신호 수집부(140), 광 활성 측정부(150), 농도 측정부(160)를 포함한다.

광원 생성부(110)는 광원을 생성하고, 생성된 광원을 광원 간섭부(120)와 광원 출력부(130)로 출력한다.

광원 생성부(110)는 제 1 광원 생성기(111), 제 1 렌즈(112), 제 1 아이솔레이터(113), 편광기(114), 제 2 광원 생성기(115), 및 제 2 아이솔레이터(116)를 포함한다.

제 1 광원 생성기(111)는 제 1 광원을 생성한다. 제 1 광원은 안구의 전실에 입사되기 위한 광원이다. 제 1 광원 생성기(111)는 생성된 제 1 광원을 제 1 렌즈(112)로 출력한다.

제 1 렌즈(112)는 제 1 광원을 조절하여 제 1 아이솔레이터(113)로 출력한다.

제 1 아이솔레이터(113)는 제 1 광원을 편광기(114)로 출력한다. 여기서, 제 1 아이솔레이터(113)는 광원 출력부(130)로부터 유입되는 광을 차단한다.

편광기(114)는 제 1 광원에 선편광 성분을 적용하여 광원 출력부(130)로 출력한다. 이를 통해, 제 1 광원은 편광 성분을 포함한다.

한편, 측정 장치(100)는 제 1 광원의 반사를 통해 안구(10)의 전실 내의 안구액의 농도를 측정하게 된다. 안구(10)로부터 반사된 편광의 회전량을 극대화하기 위해 제 1 광원 생성기(111)는 중심 파장이 짧은 것을 사용하여야 한다. 하지만, 자외선 영역의 파장은 눈에 손상을 줄 수 있고, 투과율이 낮다. 이로 인해, 제 1 광원 생성기(111)는 제 1 광원을 생성할 때, 일예로 가시광선 영역의 광원을 생성할 수 있다.

또한, 제 1 광원의 생성을 위해 제 1 광원 생성기(111)는 헬륨 네온(He-Ne) 레이저, 반도체 레이저(450nm-780nm의 파장), 또는 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)를 사용할 수 있다.

제 2 광원 생성기(115)는 제 2 광원을 생성한다. 일예로, 제 2 광원은 광대역의 가변 광원이다. 제 2 광원은 동적 가간섭성(coherence)이 좋은 광원, 즉 가간섭 길이가 긴(일예로, 제 2 광원>10 mm) 광원이다.

제 2 광원은 안구의 전실에 대한 단층 신호를 획득하도록 할 수 있다. 또한, 제 2 광원은 파장 가변 속도가 수 키로헤르쯔(kHz) 이상이 되어, 안구(10)의 움직임에도 영상의 왜곡없이 실시간으로 단층 신호를 획득할 수 있도록 해야 한다.

이로 인해, 제 2 광원 생성기(115)에 파장 가변 표면 방출 레이저 광원이 이용되거나, 파장 가변 표면 방출 레이저 광원과 광 증폭기가 직렬 연결된 구조가 이용될 수 있다. 여기서, 제 2 광원 생성기(115)는 중심 파장이 적외선 영역의 제 2 광원을 생성할 수 있다. 일예로, 제 2 광원 생성기(115)는 850나노미터(nm), 980nm, 1300nm 등의 파장 근처의 중심 파장을 갖는 제 2 광원을 생성할 수 있다.

그러므로, 제 2 광원 생성기(115)는 안구(10)의 깊이 방향의 간섭 광 강도 획득을 위해서 생성되는 광원의 파장을 가변시킬 수 있다. 제 2 광원 생성기(115)는 생성된 제 2 광원을 아이솔레이터(115)로 출력한다.

아이솔레이터(115)는 제 2 광원을 광원 간섭부(120)로 출력하고, 광원 간섭부(120)로부터의 광의 유입을 차단한다.

광원 간섭부(120)는 제 2 광원을 두 개로 분파한다. 광원 간섭부(120) 분파된 하나의 제 2 광원은 광원 출력부로 출력시켜 되돌아오는 제 1 출력 광원을 수신한다. 또한, 광원 간섭부(120)는 분파된 다른 하나의 제 2 광원은 내부에서 기준 반사경을 통해 반사시켜 반사 광원을 생성한다. 이때, 광원 간섭부(120)는 제 1 출력 광원과 반사 광원을 상호 간에 간섭시켜 간섭 신호 수신부(140)로 출력한다.

광원 간섭부(120)는 분파기(121), 편광 제어기(122), 제 2 렌즈(123), 기준 반사경(124), 및 제 3 렌즈(125)를 포함한다.

분파기(121)는 제 1 경로(P1)를 통해 입사된 제 2 광원을 두 개로 분파한다. 분파기(121)는 분파된 두 개의 제 2 광원들 중 하나를 제 2 경로(P2)를 통해 편광 제어기(122)로 출력하고, 분파된 두 개의 제 2 광원들 중 나머지 하나를 제 3 경로(P3)를 통해 제 3 렌즈(125)로 출력한다.

또한, 분파기(121)는 제 2 경로(P2)를 통해 입사되는 반사 광원과 제 3 경로(P3)를 통해 입사되는 제 1 출력 광원을 상호 간섭시킨다. 분파기(121)는 간섭된 광원을 제 4 경로(P4)를 통해 간섭 신호 수집부(140)로 출력한다. 이때, 제 1 경로(P1)에 위치한 아이솔레이터(115)로 인해 간섭된 광원은 제 2 광원 생성기(115)로 유입되지 않는다.

편광 제어기(122)는 입력된 제 광원의 편광을 제어하고, 편광이 제어된 제 2 광원을 제 2 렌즈(123)로 출력한다. 편광 제어기(122)는 제 2 렌즈(123)로부터 출력되는 반사 신호를 분파기(121)로 출력한다.

제 2 렌즈(123)는 분파된 제 2 광원을 조절하여 기준 반사경(124)으로 출력한다. 또한, 제 2 렌즈(123)는 기준 반사경(124)을 통해 반사된 반사 신호를 편광 제어기(122)로 출력한다.

기준 반사경(124)은 제 2 광원을 반사시켜 반사 광원을 생성한다. 기준 반사경은 생성된 반사 광원을 제 2 렌즈(123)로 출력한다.

제 3 렌즈(125)는 분파된 다른 제 2 광원을 입력 받고, 제 2 광원을 조절하여 광원 출력부(130)로 출력한다. 제 3 렌즈(125)는 안구로부터 반사되어 온 신호를 분파기(121)로 출력한다.

광원 출력부(130)는 광원 생성부(110)를 통해 생성된 제 1 광원과 제 2 광원을 혼합하고, 혼합된 혼합 광원을 안구(10)의 전실의 수정체 표면에 제 1 방향으로 입사시킨다. 또한, 광원 출력부(130)는 제 1 방향으로부터 반사되어 돌아오는 제 1 출력 광원을 수신한다.

광원 출력부(130)는 반사경(131), 스캐너(132), 및 제 4 렌즈(133)를 포함한다.

반사경(131)은 광원 생성부(110)로부터 제 1 광원을 입력받고, 광원 간섭부(120)를 통해 분파된 제 2 광원을 입력받는다. 반사경(131)은 제 1 광원과 제 2 광원을 혼합한 혼합 광원을 스캐너(132)로 출력한다. 반사경 (131)에는 제 1 광원은 투과시키며, 제 2 광원은 반사시키는 특성을 갖는 이색성 반사경(dichroic mirror)을 사용한다.

반사경(131)은 스캐너로부터 전달되는 제 1 출력 광원을 광원 간섭부(120)로 출력되도록 반사시킨다.

스캐너(132)는 혼합 광원을 안구(10)의 전실의 수정체 표면에 제 1 방향으로 입사시킨다. 스캐너(132)는 간섭 단층 영상을 획득하기 위해 이용된다. 이를 위해, 스캐너(132)는 혼합 광원의 출력 방향을 조절할 수 있고, 혼합 광원의 출력 방향을 조절하기 위한 스캐너 회전 모터 등을 포함할 수 있다. 스캐너(132)는 혼합된 광원들을 제 4 렌즈(133)로 출력한다.

또한, 스캐너(132)는 제 4 렌즈(133)로부터의 제 1 출력 광원을 반사경(131)으로 출력한다.

제 4 렌즈(133)는 혼합 광원을 한 점으로 집속시켜 안구(10)의 전실로 출력한다.

제 4 렌즈(133)는 제 2 광원의 출력에 대응되는 제 1 출력 광원을 스캐너로 전달한다. 여기서, 제 1 출력 광원은 안구(10)의 전실로부터 반사되어 되돌아오는 출력 광원이다.

간섭 신호 수집부(140)는 광원 간섭부(120)의 간섭에 따른 간섭 신호를 수집한다.

간섭 신호 수집부(140)는 광감지기(141)와 데이터 수집부(142)를 포함한다.

광감지기(141)는 반사 광원과 제 1 출력 광원의 간섭을 통한 간섭 신호를 검출한다. 광감지기(141)는 검출된 간섭 신호를 데이터 수집부(142)로 출력한다.

데이터 수집부(142)는 간섭 신호를 수집한다. 데이터 수집부(142)에서 수집된 간섭 신호는 제 4 렌즈(133)의 초점 근처에 있는 안구(10)의 전실에서 반사된 빛의 간섭 광 강도값을 포함한다.

데이터 수집부(142)는 간섭 신호를 수신하고, 간섭 신호를 사용하여 안구(10)의 전실을 통한 광 경로 상의 간섭 광 강도를 획득할 수 있다. 데이터 수집부(142)는 획득된 간섭 광 강도에 대한 정보를 농도 측정부(160)로 출력한다.

광 활성 측정부(150)는 안구(10)를 통해 출력되는 제 2 출력 광원을 수신하여 편광면의 회전량을 측정한다.

광 활성 측정부(150)는 제 5 렌즈(151), 편광 분석기(152), 및 광감지기(153)를 포함한다.

제 5 렌즈(151)는 안구(10)를 통해 출력되는 제 2 출력 광원을 수신한다. 여기서, 안구(10) 내의 수정체를 기준으로, 제 2 출력 광원은 혼합된 가변 광원이 수정체로 입사되는 제 1 방향과 일정한 각도를 갖고 출력된다. 제 5 렌즈(151)는 제 2 출력 광원을 편광 분석기(152)로 출력한다.

편광 분석기(152)는 편광 분석을 위해 편광기가 포함될 수 있다. 편광 분석기(152)는 제 2 출력 광원에 포함된 편광 성분을 추출하기 위하여 광감지기(153)로 출력한다.

광 감지기(153)는 편광 분석기로부터 출력된 빛을 측정하며, 측정값의 직류(DC: Direct Current) 성분과 교류(AC: Alternating Current) 성분 비율을 이용하여 편광의 회전량을 계산한다.

편광 분석기(152)와 광감지기(153)는 제 2 출력 광원의 편광 성분과 제 1 광원에 적용된 편광 성분 간의 비교를 통해 편광면의 회전량을 측정한다.

여기서, 각막 매질과 반사면에서 복굴절과 편광 영향을 제거하도록 하는 알고리즘을 포함한 편광 분석기(152)는 편광 성분들 간의 비교 결과를 통해 안구액에 의한 편광면의 회전 각도를 측정할 수 있다. 안구(10)에서 각막은 복굴절을 가진 매질이며 선편광을 타원 편광으로 만든다. 또한, 반사에 의해서도 편광의 변화가 발생한다. 편광 분석기(152)는 이와 같은 타원 편광 성분들도 모두 분석할 수 있다.

광 활성 측정부(150)는 편광면의 회전량을 농도 측정부(160)로 출력한다.

농도 측정부(160)는 간섭 광 강도 정보를 사용하여 광원 출력부의 혼합 광원이 안구(10)를 통과하는 경로 상의 길이를 측정한다. 또한, 농도 측정부(160)는 측정된 길이와 편광면의 회전량을 이용하여 안구(10)의 당 농도를 계산할 수 있다. 이를 위해, 농도 측정부(160)는 내부에 길이 정보와 광 활성 정보에 대응되는 당 농도 정보를 포함한 테이블 등을 저장할 수 있다. 또한, 농도 측정부(160)는 측정된 당 농도를 표시부 등을 통해 출력할 수 있다.

또한, 본 발명의 측정 장치(100)는 조준 광원 생성기(170)를 추가로 포함할 수 있다. 조준 광원 생성기(170)는 안구(10)의 수정체 반사면의 위치 및 각도를 용이하게 조준하기 위한 조준 광원(aiming beam)을 생성한다. 따라서, 조준 광원 생성기(170)는 안구(10)의 정면에 위치할 수 있고, 광원 출력부(130)과 광 활성 측정부(150)의 사이에 위치할 수 있다.

한편, 본 발명의 측정 장치(100)에서 광원 생성부(110)의 제 1 광원 생성기(111)와 제 2 광원 생성기(114)가 하나의 광원 생성기로 구성되는 경우, 반사경(131) 대신에 편광자를 위치시켜 구성할 수도 있다. 이때, 측정장치는 제 1 콜리메이터(112)와 반사경(131)을 필요로 하지 않는다.

이와 같이, 본 발명의 측정 장치(100)는 비침습적인 방법으로 안구(10)의 광경로 길이와 편광면의 회전량을 동시에 측정하여 당 농도를 얻는다. 따라서, 측정 장치(100)는 안구의 구조와 크기에 있어서 개인별 차이와, 측정 도중에 발생하는 심박이나 호흡으로 인한 안구(10)의 움직임에 따른 영향 등을 최소화하여 당 농도를 측정할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 농도 측정부의 구조를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 농도 측정부(160)는 광 경로 길이 측정부(161), 메모리(162), 당 농도 계산부(163), 및 표시부(164)를 포함한다.

광 경로 길이 측정부(161)는 간섭 광 강도 정보를 수신한다. 이때, 간섭 광 강도 정보는 안구(10)를 통해 입사된 빛이 출력될 때까지의 길이 정보를 포함한다. 광 경로 길이 측정부(161)는 간섭 광 강도 정보를 이용하여 간섭 단층 영상을 획득할 수 있고, 이를 통해 광 경로 길이를 측정할 수 있다. 광 경로 길이 측정부(161)는 측정된 광 경로 길이를 당 농도 계산부(163)로 출력한다.

예를 들어, 광 경로 길이 측정부(161)는 안구(10)의 전실 내에서 반사되어 출력되는 혼합 광원의 알짜 경로 길이를 추출하기 위해 단층의 에이(A)-스캔 신호를 획득하고 분석하는 알고리즘을 이용할 수 있다.

광 경로 길이 측정부(161)는 각 반사면에서의 신호를 이용하여 측정하는 광의 알짜 광 경로를 각 반사면 사이의 직선 광학 거리(optical path length)를 추출하도록 한다.

메모리(162)에 광 경로 길이와 편광면의 회전량에 대응되는 당 농도의 정보를 포함한 룩업 테이블이 저장된다.

당 농도 계산부(163)는 편광면의 회전량 광 경로 길이로부터 당 농도를 측정하기 위해 메모리(162)에 저장된 룩업 테이블을 로딩한다. 당 농도 계산부(163)는 편광면의 회전량과 광 경로 길이에 대응되는 룩업 테이블의 당 농도로부터 당 농도를 획득할 수 있다. 당 농도 계산부(163)는 계산된 당 농도를 표시부(164)로 출력한다.

표시부(164)는 당 농도를 디스플레이 화면을 통해 출력한다. 표시부(164)는 영상 데이터를 출력하기 위한 다양한 디스플레이 기기로 구성될 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 안구에 광원이 입출력되는 동작을 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 안구(10)는 시신경(Optic Nerve)(11), 망막(Retina)(12), 수정체(Lens)(13), 공막(Sclera)(14), 각막(Cornea)(15), 결막(Conjunctiva)(16), 홍채(Iris)(17), 및 동공(Pupil)(18)으로 구성된다.

이때, 본 발명의 측정 장치(100)는 각막(15)과 수정체(13) 사이의 전실(anterior chamber)에 위치한 안구액(aqueous humor)의 당 농도를 측정한다.

이를 위해, 측정 장치(100)의 광원 출력부(130)는 제 1 방향으로 제 1 광원과 제 2 광원을 혼합한 혼합 광원을 각막(15)을 통해 수정체(13)로 출력한다. 이때, 광원 출력부(130)는 혼합 광원이 각막을 통과할 때, 혼합 광원이 굴절될 수 있다.

광원 출력부(130)는 혼합 광원의 출력에 따라 제 1 방향으로부터 되돌아오는 제 1 출력 광원을 수신한다. 광원 출력부(130)에서 혼합 광원를 출력하는 출력 방향이 화살표(R1)로 도시되어 있고, 제 1 출력 광원을 입력받는 입력 방향이 화살표(R2)로 도시되어 있다.

광 활성 측정부(150)는 수정체를 기준으로 제 1 방향과 일정한 각도(

))를 갖는 제 2 방향으로부터 제 2 출력 광원을 수신한다. 광 활성 측정부(150)는 제 2 출력 광원으로부터 편광면의 회전량을 측정한다. 일정한 각도(

)는 제 1 출력 광원과 제 2 출력 광원이 서로 다른 방향으로 출력되도록 형성된다.

광 활성 측정부(150)에서 제 2 출력 광원을 입력받는 입력 방향(R3)이 화살표로 도시되어 있다.

광 경로 길이 측정부(161)에서 측정한 직선 광학 거리(d)가 도시되어 있다.

또한, 혼합 광원이 입력되는 방향으로부터 제 2 출력 광원이 출력되는 방향으로 광원과 안구의 경계 지점들 각각에 접점들(a1, a2, a3, a4, a5)이 표시되어 있다. 각 접점들(a1, a2, a3, a4, a5)은 광 경로 상의 광원이 지나가는 경로 상의 각막(15)과 수정체(13) 상의 접점들이고, 각 접점들(a1, a2, a3, a4, a5)에 의해 발생되는 간섭 신호에 따라 광 경로 길이를 측정할 수 있다.

또한, 혼합 광원이 입력되는 방향을 기준으로 혼합 광원의 일부는 수정체를 통과할 수 있고, 이때 수정체를 통과할 때의 접점(a6)이 표시되어 있다.

도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 광학 단층 영상(B스캔)을 도시한 도면이다.

도 4a를 참조하면, 광 경로 길이 측정부(161)는 광학 단층 영상, 즉 B 스캔 단층 영상을 통해 안구(10)의 각 경계면의 입사 방향에 대한 각도를 확인할 수 있다. 예를 들어, 수정체 면의 각도(

)는 입사 방향에 대하여

의 각도를 이루고 있음을 확인할 수 있다. 즉, 세로축과 가로축의 스케일이 동일한 경우, 표시된 각도 (

)는

의 각도를 형성할 것이다.

도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 안구의 광 간섭 단층 신호(A 스캔)를 도시한 도면이다.

도 4b를 참조하면, 도 4a의 B 스캔 단층 영상의 일부인 점선으로부터 광 경로 길이 측정부(161)는 광 간섭 단층 신호(A 스캔 신호)를 획득할 수 있다. 그래프의 가로축은 광 경로 거리(OPL: Optical Path Length)를 나타내고, 세로축은 신호의 크기를 나타낸다. 농도 측정부(160)에서 간섭 신호들에 따른 스팩트럼을 확인할 수 있다. 광 간섭 길이 측정부(161)는 혼합 광원이 지나가는 경로 상의 접점들(a1, a2, a3, a4, a5)에서 간섭 신호(일예로, 피크값 형태)를 얻는다.

일예로, 제 1 접점(a1)과 제 2 접점(a2) 간의 광 경로 거리는 혼합 광원이 각막(15)을 통과하는 거리와 각막의 평균 굴절률의 곱이다. 제 2 접점(a2)과 제 3 접전(a3) 간의 광 경로 거리는 각막(15)을 통과한 혼합 광원이 수정체(13)의 표면에 도달하기까지의 거리와 안구액 굴절률의 곱이다. 제 3 접점(a3)과 제 4 접점(a4) 간의 광 경로 거리는 수정체의 표면으로부터 반사된 혼합 광원이 각막(15)에 도달하기까지의 거리와 안구액 굴절률의 곱이다. 제 4 접점(a4)과 제 5 접점(a5) 간의 광 경로 거리는 혼합 광원이 각막(15)을 통과하는 거리와 각막의 평균 굴절률의 곱이다.

즉, 농도 측정부(160)는 혼합 광원이 수정체에서 반사되어 출력되는 경로 상의 경계면을 간섭 신호를 포함한 스팩트럼을 통해 확인할 수 있다. 이러한 스팩트럼의 분석(일예로, 퓨리에 변환)을 통해 농도 측정부(160)는 혼합 광원이 지나가는 경로의 길이를 도 4a와 도 4b에서와 같이 측정할 수 있다.

도 4a와 도 4b로부터 얻어진 입사각(

)과 광학 경로 길이 (예를 들어, a2와 a3 사이의 거리) 값으로부터 직선 광학 거리(d)를 계산할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 편광면의 회전량의 측정을 위한 편광 성분들을 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 편광면의 회전량은 안구(10)로 입사된 광원과 안구(10)로부터 출력되는 광원 각각에 포함된 편광 성분으로부터 측정될 수 있다. 이를 위해, 가로축(x축)과 세로축(y축)을 기준으로 편광 특성이 도시되어 있다

여기서, 제 1 광원의 제 1 편광 성분(210)과 제 2 출력 광원의 제 2 편광 성분(220)이 도시되어 있다. 제 1 광원이 안구(10)의 안구액을 통과하면, 제 1 편광 성분(210)은

만큼 변화한다. 이와 같은 제 1 편광 성분(210)의 회전은 안구액의 당 성분에 의한 것이다.

광 활성 측정부(150)는 제 1 편광 성분(210)과 제 2 편광 성분(220)에 의한 선편광의 회전(

)으로부터 편광면의 회전량(또는, 광 활성)을 측정할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에서 제안된 측정 장치(100)는 움직임이 활발한 사람 또는 동물의 안구에서 안구액의 당농도를 비침습적으로 측정하는데 활용될 수 있다. 또한, 측정 장치(100)는 광 경로의 길이와 편광면의 회전량을 동시에 측정함으로써 혼합 광원이 안구액을 통과하는 경로 길이와 선 편광의 회전으로부터 당 농도를 실시간으로 정밀하게 측정할 수 있다.

이와 같은 광 활성 측정을 위해서 측정 장치(100)에서 선편광의 회전량의 영점을 획득할 수 있다. 조준 광원 생성기(170)의 조준 광원을 통해 안구(10)의 수정체(15) 면이 놓일 위치에 반사면을 두어 측정함으로써 선편광 회전 영점(zero)을 교정(calbration)할 수 있다. 이를 통해, 선편광 면의 회전을 정밀하게 측정할 수 있다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 측정 장치 110: 광원 생성부
111: 제 1 광원 생성기 112: 제 1 렌즈
113: 제 1 아이솔레이터 114: 편광기
115: 제 2 광원 생성기 116: 제 2 아이솔레이터
120: 광원 간섭부 121: 분파기
122: 편광 제어기 123: 제 2 렌즈
124: 기준 반사경 125: 제 3 렌즈
130: 광원 출력부 131: 반사경
132: 스캐너 133: 제 4 렌즈
140: 간섭 신호 수집부 141: 광감지기
142: 데이터 수집부 150: 광 활성 측정부
151: 제 5 렌즈 152: 편광 분석기
153: 광감지기 160: 농도 측정부
161: 광 경로 길이 측정부 162: 메모리
163: 당 농도 계산부 164: 표시부
170: 조준 광원 생성기

Claims

편광 성분을 포함한 제 1 광원과 미리 설정된 가간섭 길이를 갖는 가변 광원인 제 2 광원을 생성하는 광원 생성부;
상기 제 1 광원과 상기 제 2 광원을 혼합한 혼합 광원을 안구의 제 1 방향으로 입사시키고, 상기 제 1 방향으로부터 되돌아오는 제 1 출력 광원을 수신하는 광원 출력부;
상기 제 2 광원을 기준 반사경으로부터 반사시킨 반사 광원과 상기 제 1 출력 광원을 상호 간섭 시키는 광원 간섭부;
상기 상호 간섭에 따른 간섭 신호를 수집하는 간섭 신호 수집부;
상기 제 1 방향과 일정한 각도를 갖는 제 2 방향으로 출력되는 제 2 출력 광원을 수신하여 편광면의 회전량을 측정하는 광 활성 측정부; 및
상기 간섭 신호에 근거하여 상기 안구 내 광 경로 길이에 대한 알짜 광 경로 길이를 측정하고, 상기 알짜 광 경로 길이와 상기 편광면의 회전량에 근거하여 상기 안구의 당 농도를 측정하는 농도 측정부를 포함하되,
상기 농도 측정부는, 상기 간섭 신호로부터 획득된 광 간섭 단층 신호에 기초하여 상기 제1 방향에 대한 수정체 면의 각도를 측정하고, 상기 광 경로 길이의 일부 및 상기 수정체 면의 상기 각도에 기초하여 상기 알짜 광 경로 길이를 추출하는 측정 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광원 생성부는
제 1 광원을 생성하는 제 1 광원 생성기;
상기 제 1 광원을 집속하는 제 1 렌즈;
상기 집속된 제 1 광원에 선편광 성분을 적용하는 편광기; 및
상기 제 2 광원을 생성하는 제 2 광원 생성기를 포함하는 측정 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광원 출력부는
상기 제 1 광원과 제 2 가변 광원을 혼합하여 상기 혼합 광원을 생성하고, 상기 제 1 출력 광원을 상기 광원 간섭부로 출력하는 반사경;
상기 혼합 광원을 상기 안구의 전실에 조사되도록 방향을 조절하고, 상기 제 1 출력 광원을 반사경으로 전달하는 스캐너; 및
상기 방향이 조절된 혼합 광원을 상기 안구의 전실에 조사하고, 상기 안구로부터 상기 제 1 출력 광원을 수신하는 제 4 렌즈를 포함하는 측정 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 광원 간섭부는
상기 제 2 가변 광원을 분파하고, 상기 제 1 출력 광원과 상기 반사 광원을 상호 간에 간섭 시킨 상기 간섭 신호를 상기 간섭 신호 출력부로 출력하는 분파기;
상기 분파된 제 2 가변 광원을 상기 광원 출력부로 출력하는 제 3 렌즈;
상기 분파된 다른 제 2 가변 광원을 출력하고, 상기 반사 광원을 상기 분파기로 출력하는 제 2 렌즈; 및
상기 제 2 렌즈를 통해 출력되는 상기 제 2 가변 광원을 반사시켜 반사 광원을 생성하는 기준 반사경을 포함하는 측정 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 간섭 신호 수집부는
상기 간섭 신호를 검출하는 광감지기; 및
상기 검출된 간섭 신호를 수집하는 데이터 수집부를 포함하는 측정 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광 활성 측정부는
상기 혼합 광원이 상기 안구의 전실 내의 수정체로 입사되는 제 1 방향과 상기 일정한 각도를 갖는 제 2 방향으로부터 출력되는 제 2 출력 광원을 수신하는 제 5 렌즈;
상기 제 2 출력 광원에 포함된 편광 성분을 분석하는 편광 분석기; 및
상기 제 2 출력 광원에 포함된 편광 성분으로부터 상기 편광면의 회전량을 추출하는 광 감지기를 포함하는 측정 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 농도 측정부는
상기 간섭 신호에 포함된 간섭 광 강도 정보를 수신하여 상기 광 간섭 단층 신호를 획득하고, 상기 광 간섭 단층 신호에 기초하여 상기 알짜 광 경로 길이를 측정하는 광 경로 길이 측정부;
광 경로 길이와 편광면의 회전량에 대응되는 당 농도에 대한 정보를 저장한 룩업 테이블이 저장되는 메모리; 및
상기 광 경로 길이와 상기 편광면의 회전량을 이용하여 상기 룩업 테이블로부터 당 농도를 측정하는 당 농도 계산부를 포함하는 측정 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 농도 측정부는
상기 당 농도를 디스플레이되도록 출력하는 표시부를 더 포함하는 측정 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 안구의 수정체 반사면의 위치와 각도를 조준하기 위한 조준 광원 생성하는 조준 광원 생성기를 더 포함하는 측정 장치.
측정 장치의 당 농도 측정 방법에 있어서,
편광 성분을 포함한 제 1 광원을 생성하는 단계;
미리 설정된 가간섭 길이를 갖는 가변 광원인 제 2 광원을 생성하는 단계;
상기 제 1 광원과 상기 제 2 광원을 혼합한 혼합 광원을 안구의 제 1 방향으로 입사시키는 단계;
상기 제 2 광원을 반사시킨 반사 광원과 상기 제 1 방향으로부터 출력되는 제 1 출력 광원을 간섭하여 알짜 광 경로 길이를 측정하는 단계;
상기 제 1 방향과 일정한 각도를 갖는 제 2 방향으로 출력되는 제 2 출력 광원으로부터 편광면의 회전량을 측정하는 단계; 및
상기 알짜 광 경로 길이와 상기 편광면의 회전량에 근거하여 안구액의 당 농도를 측정하는 단계를 포함하되,
상기 알짜 광 경로 길이를 측정하는 단계는,
상기 제 1 출력 광원 및 상기 반사 광원 사이의 간섭에 의한 간섭 광원을 생성하는 단계;
상기 간섭 광원으로부터 획득된 광 간섭 단층 신호에 기초하여 상기 제1 방향에 대한 수정체 면의 각도를 측정하는 단계; 및
상기 안구에서 진행되는 상기 혼합 광원의 광 경로 길이의 일부 및 상기 수정체 면의 상기 각도에 기초하여 상기 광 경로 길이에 대한 상기 알짜 광 경로 길이를 추출하는 단계를 포함하는 당 농도 측정 방법.
삭제
제 10 항에 있어서,
상기 편광면의 회전량을 측정하는 단계는
상기 제 1 광원에 포함된 편광 성분과 상기 제 2 출력 광원에 포함된 편광 성분 간의 비교를 통해 편광 성분의 변화를 측정하는 단계; 및
상기 편광 성분의 변화를 통해 상기 편광면의 회전량을 측정하는 단계를 포함하는 당 농도 측정 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 당 농도를 측정하는 단계는
상기 알짜 광 경로 길이와 상기 편광면의 회전량에 근거하여 당 농도의 룩업 테이블로부터 당 농도를 결정하는 단계를 더 포함하는 당 농도 측정 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 측정된 당 농도를 디스플레이 기기를 통해 표시하는 단계를 더 포함하는 당 농도 측정 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 안구의 수정체 반사면의 위치 및 각도를 조준하기 위한 조준 광원을 조사시켜 상기 편광면의 회전량의 영점을 조정하는 단계를 더 포함하는 당 농도 측정 방법.