KR102185556B1

KR102185556B1 - 비침습형 혈당측정기

Info

Publication number: KR102185556B1
Application number: KR1020200019525A
Authority: KR
Inventors: 박영권
Original assignee: 박영권
Priority date: 2020-02-18
Filing date: 2020-02-18
Publication date: 2020-12-02

Abstract

일반적으로 비침습 혈당 측정은 광학적인 방법을 사용하든, 전기적인 교류저항 임피던스 방식을 사용하든, 혈액 속에 포함된 혈당의 변화가 신호로 측정되기에는 매우 작기 때문에 측정에서 발생하는 노이즈와 일관성 있는 측정이 어려움에서 발생하는 측정오차에 의하여 측정결과가 부정확한 문제가 있어왔다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 비침습식 혈당측정기 측정부 몸체; 및 상기 측정부 몸체의 내부 바닥면에 구비되는 임피던스전극센서; 및
상기 임피던스전극센서에 다중 주파수를 공급하여 주파수를 스캔하며 임피던스를 측정하는 신호발생 및 측정부; 및 상기 임피던스전극센서에 접촉하는 신체부위의 접촉압력을 측정하는 압력센서; 및 상기 압력센서에서 측정된 압력에 따라 다른 색을 표시하는 상태표시 LED를 포함하는 것을 특징으로 하는 비침습식 혈당측정기를 제공한다.
본 발명은 상기와 같은 구성에 의하여 혈당을 측정하는 사용자의 신체와 본 발명의 비침습식 혈당센서와의 접촉면적과 접촉압력을 일정하고 유지하고, 손가락 등의 측정부위의 표면의 상태를 감지하여 일관성 있는 측정이 수행되도록 함으로써, 비침습적인 방법으로 정확한 혈당을 측정할 수 있는 효과가 있다.

Description

비침습형 혈당측정기{Non-Invasive Glucose Sensor}

본 발명은 무채혈 혈당측정기를 이용한 혈당측정방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 혈당 측정 시 침습적 방식에 의한 채혈이 필요하지 아니하고, 채혈 없이 혈당을 확인 가능한 무채혈 혈당측정기 및 그 측정 정확도의 향상에 관한 기술이다.

본 발명의 출원 이전의 선행기술로는 운동량 측정 기능을 가지는 무채혈 혈당측정기의 혈당 측정부를 이용하여 피부 표면으로 유출된 조직액의 임피던스를 측정한 후 상기 측정된 임피던스로부터 상기 조직액의 혈당량을 측정하는 단계와 상기 운동량 측정기능을 가지는 무채혈 혈당측정기의 운동량 측정부를 이용하여 사용자의 운동량을 측정한 후 측정된 운동량에 따른 혈당 변화량을 산출하는 단계와 상기 산출된 혈당 변화량을 상기 측정된 혈당량과 비교하여 예상 혈당량을 산출하는 단계를 포함하고, 상기 운동량 측정 기능을 가지는 무채혈 혈당측정기는 사용자의 피부 표면으로부터 조직액을 유출시켜 상기 조직액의 임피던스를 측정 가능한 혈당 측정부; 상기 사용자의 운동량을 측정하는 운동량 측정부; 및 혈당량, 운동량, 혈당 변화량 및 예상 혈당량을 측정 및 산출하는 처리부를 포함하는 기술이 개시되어 있다.

또한, 반사광을 이용해 혈당을 측정하는 비침습적 혈당측정기와 혈당측정방법에 관한 것으로, 환자들이 자신의 혈당을 측정하는데 이용되는 기존의 표준 혈액채취법을 대체하면서도 충분히 정확한 방법과, 이 방법을 이용해 혈당을 측정하는 휴대형 장치에 관한 것으로, 측정된 반사광의 신호들은 적절한 필터와 수학적 처리를 이용해 현재 혈당을 계산하는 기술이 개시되어 있다.

공개특허공보 10-2017-0135368 등록특허공보 10-1964025

일반적으로 비침습 혈당 측정은 광학적인 방법을 사용하든, 전기적인 교류저항 임피던스 방식을 사용하든, 혈액 속에 포함된 혈당의 변화가 신호로 측정되기에는 매우 작기 때문에 측정에서 발생하는 노이즈와 일관성있는 측정이 어려움에서 발생하는 측정오차에 의하여 측정결과가 부정확한 문제가 있어왔다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 혈당의 민감도가 주파수 대역 별로 차이가 있다는 특성을 이용하기 위하여 다중 주파수를 발생시켜 임피던스를 측정하는 주파수 스캐닝 기능을 갖는 신호발생기 및 신호 측정기를 이용하여, 혈액의 주파수대역 별 임피던스 변화 데이터를 측정하여 이를 혈당변화와 매칭하여 비침습형 혈당계를 제공하고자 한다.

또한, 동일한 사람에 대하여, 동일한 시점에 반복하여 혈당을 비침습적으로 측정하는 경우 측정부위의 접촉면적과 접촉압력 손가락 표면의 건조 상태 등에 따라 측정 결과가 달라지는 문제가 있어왔다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 하기와 같은 과제해결수단을 제공한다.

비침습식 혈당측정기 측정부 몸체; 및

상기 측정부 몸체의 내부 바닥면에 구비되는 임피던스전극센서; 및

상기 임피던스전극센서에 다중 주파수를 공급하여 주파수를 스캔하며 임피던스를 측정하는 신호발생 및 측정부; 및

상기 임피던스전극센서에 접촉하는 신체부위의 접촉압력을 측정하는 압력센서; 및

상기 압력센서에서 측정된 압력에 따라 적정 압력을 알려주는 알림부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비침습식 혈당측정기를 제공한다.

또한, 상기 상태표시 LED는 상기 압력센서의 압력에 따라, 비침습식 혈당측정에 적절한 압력이 센싱되는 경우 초록색, 압력이 부족한 경우 노란색, 압력이 강한 경우 빨간색으로 표시되는 것을 특징으로 하는 비침습식 혈당측정기를 제공한다.

또한, 상기 임피던스전극센서는 1개의 코일과 병렬로 연결된 후 1개의 캐패시턴스와 직렬로 연결되어 센서회로를 구성하는 것을 특징으로 하는 비침습식 혈당측정기를 제공한다.

또한, 1개의 코일과 병렬로 연결된 1개의 캐패시턴스와 상기 임피던스전극센서가 직렬로 연결되어 센서회로를 구성하는 것을 특징으로 하는 비침습식 혈당측정기를 제공한다.

또 다른 해결과제로는

비침습식 혈당측정기 측정부 몸체; 및

상기 임피던스전극센서에 접촉하는 신체부위의 접촉신호의 크기를 측정하기위하여 혈관에 흐르는 혈액의 양을 측정하는 혈액센서; 및

상기 혈액센서에서 측정된 혈액의 양에 따라 따라 적정 혈액량을 알려주는 알림부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비침습식 혈당측정기를 제공한다.

또한, 상기 알림부는 상태표시 LED를 사용하며, 상기 혈액센서에서 측정된 혈액의 양에 따라, 비침습식 혈당측정에 적절한 혈액 양이 센싱되는 경우 초록색, 혈액의 양이 적은 경우 노란색, 혈액의 양이 강한 경우 빨간색으로 표시되는 것을 특징으로 하는 비침습식 혈당측정기를 제공한다.

또한, 1개의 코일과 병렬로 연결된 1개의 캐패시턴스와 상기 임피던스전극센서와 직렬로 연결되어 센서회로를 구성하는 것을 특징으로 하는 비침습식 혈당측정기를 제공한다.

상기와 같은 구성에 의하여 본 발명은 혈당을 측정하는 사용자의 신체와 센서와의 접촉면적과 접촉압력을 일정하고 유지하고, 손가락 등의 측정부위의 표면의 상태를 감지하여 일관성 있는 측정이 수행되도록 함으로써, 비침습적인 방법으로 정확한 혈당을 측정할 수 있는 효과가 있다.

도1은 본 발명의 임피던스전극센서의 개념도
도2는 본 발명의 임피던스전극센서의 주변회로도
도3은 본 발명의 도2의 (a) 회로조건에서의 주파수에 따른 임피던스 변화 그래프
도4는 본 발며의 도2의 (b) 회로조건에서의 주파수에 따른 임피던스 변화 그래프
도5는 본 발명의 측정부 몸체와 상태표시 LED 사시도
도6은 본 발명의 측정부 몸체와 임피던스전극센서
도7은 본 발명의 비침습식 혈당측정기 전체 구성도
도8은 기존의 방법을 사용한 혈당 임피던스 측정 값
도9는 본 발명의 혈당 값을 계산하는 M 함수의 개념도

과학기술과 의학기술의 발달에 따라 병을 치료하기가 쉬워져 현대인의 기대수명이 늘어나 현대사회는 고령화 사회로 접어들었다. 그에 따라 현대인들의 관심은 병을 치료하는 것뿐만 아니라 미리 예방하는 것으로 확장되었다. 현대 질병의 가장 대표적인 예는 당뇨병이다. 당뇨병은 만성질환으로 수많은 합병증을 야기하기 때문에 한번 발병하면 평생을 꾸준히 관리해주어야 한다. 그러기 위해서는 혈당을 주기적으로 측정하는 것이 필수적이다.

일반적인 혈당계는 대부분 손가락 끝에서 채혈 한 혈액 샘플을 가지고 직접 측정한다. 사용자는 란셋(lancet)으로 피부를 관통시킨 다음, 적절한 테스트 스트립에 상당한 양의 혈액이 채취 될 때까지 손가락을 쥐어짠다. 스트립(strip)을 포도당 농도를 결정하는 루코 미터 (lucometer)에 넣는다. 이러한 직접 채혈 혈당계는 유형에 따라 글루코스 농도를 결정하는데 반사광 측광, 흡광도 측광 또는 전기 화학적 방법을 사용됩니다. 이들 방법은 피부에 직접 구멍을 뚫어 얻어 혈액 샘플을 얻기 때문에, 젊고 오래 당뇨병을 앓고 있는 환자들은 대부분이 이러한 직접 채혈 방식인 "침습적인(invasive)"방법의 불편함을 호소하고 있으며, 이러한 방식은 감염에도 노출될 가능성도 있는 실정이다.

이 분야의 큰 이슈는 낮은 단계의 농도 수준인 0～1,000 mg/dL 구간을 세밀하게 구분할 수 있는 민감도이다. 현재, 타액, 눈물, 땀 등을 이용한 비침습적인 글루코오스 모니터링 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으나, 아직 많은 비침습적 기술은 비싸고 복잡하다. 최근에는 피 측정 물체에 대한 전자파 센서의 비파괴(Non- destructive) 특성은 의료 분야에 큰 잠재력을 갖고 있어 많은 연구가 이루어지고 있다. 이를 위해 전자파와 생체 조직 간의 상호작용이 성능 개선을 위해 매우 중요하다. 이들 방법은 혈당농도와 유전율 상수 사이의 연관성을 이용하여. 전자파의 근접 장(near field)에서 혈당 농도를 완전한 비 침습 방식으로 측정하는 방법이 대부분이다. 이와 같은 방법에서는 생체조직에 전자파가 얼마나 깊이 침투할 수 있느냐가 우수한 민감도를 위해 중요한 설계변수이다. 최근, 구체적인 방법으로 인체에 비 침습 무선방식을 이용하여 혈당측정을 편리하기 위한 시도들의 일환으로 인체에 쉽게 접촉할 수 있는 소형 평면형 공진기(planar resonator)나 방사체(radiator)들에 대한 연구들도 보고되고 있다.

그러나 이러한 비습식 혈당 검출 방법은 대부분은 피부나 피하조직 근처에서 반사되거나 공진주파수 이동이 심해 민감도 개선에 제한적이다. 혈당을 측정하기 위해서는 혈액을 다량 포함하는 혈관이나 근육들이 위치한 곳에 공진기를 위치시키는데 이들 조직들은 큰 유전상수를 가질 뿐 아니라, 높은 전도도(conductivity)로 인해 손실이 크기 때문이다.

본 발명에서는 공진기 센서 및 센서의 다중 공진 주파수에서 임피던스 변화를 측정 방법을 이용하여 간단하고 경제적인 비침습적 혈당계와 측정된 임피던스 비선형적 데이터를 피측정자의 혈당값과 매핑(mapping)하는 기술을 이용하고자 한다.

이하 도면을 이용하여 본 발명의 작용효과를 설명하면 하기와 같다.

도1은 본 발명의 임피던스전극센서에 관한 것으로, 깍지형(interdigiral) 전극구조를 가지고 있다. 각 선로는 서로 다른 극성을 가지게 함으로써 선로 외부로 나가는 전자계의 방향성을 극대화 시킨 구조이다. 선로 위로 손가락을 놓으면 신체 내부로 전자계를 최대로 침투 시켜 피부 속의 혈관내의 혈당에 의한 임피던스 변화를 효과적으로 측정하고자 하는 구조이다. 전극 두께와 전극간의 거리를 조절함으로써 임피던스전극센서(깍지형 전극 )의 전체 커패시턴스의 용량을 조절할 수 있다. 그리고 이러한 깍지형 전극 구조에 병렬이나 직렬로 자기 공진을 일으키기 위한 회로를 부착하여 자기 공진 주파수를 원하는 주파수에 공진이 되도록 할 수 있다.

도1의 (a)는 기본 전극에 관한 것이고, (b)와 (c)와 (d)는 전극의 면적을 늘리면서 혈당변화에 의한 측정 임피던스의 변화를 도2에 결합되는 회로와 함께 크게 만들기 위하여 본 발명의 임피던스전극센서를 직렬(b), 병렬(c) 및 직렬과 병렬의 혼합(d)으로 구비한 도면이다. 또한 각각의 임피던스전극센서의 크기는 달리 구성할 수 있음은 물론이다.

도2의 왼쪽 회로는 일반적으로 탱크 회로라 불리는 주파수 동조회로이다.

여기에 본 발명의 임피던스전극센서를 상기 주파수 동조회로의 커패시턴스와 치환하여 사용하고자 한다. 도2의 (a)는 왼쪽 회로도의 C1 자리에 본 발명의 임피던스전극센서를 적용한 회로이고, 도2의(b)는 왼쪽 회로도의 C2 자리에 본 발명의 임피던스전극센서를 적용한 회로이다. 이상적으로는 전력손실이 없는 소자로 구성되어 있으나, 실질적으로는 곳곳에 저항성분, 커패시턴스 성분 및 인덕턴스 성분이 기생하여 발생한다.

도 3과 도4를 이용하여 도1의 임피던스전극센서를 구비한 도2의 회로가 동작하는 원리를 설명하면 다음과 같다.

도1에 도시된 본 발명의 임피던스전극센서는 회로에서와 같이 커패시턴스로 동작하는 것을 그 동작원리도 한다. 서로 깍지형태로 맞물려진 전극위로 전자기장이 형성되고 그 공간에 채워지는 물질의 유전율에 따라 상기 임피던스전극센서의 정전용량이 변화되며, 이 변화되는 정전용량을 상기 회로와 연결된 측정부에서 그 신호를 측정하여 상기 물질의 유전율을 측정하는 것이다. 혈당을 측정하는 경우 상기 임피던스전극센서 위에 놓이는 물체가 손가락 또는 신체의 일부가 되는 것이고, 혈당의 변화에 따라 상기 손가락 또는 신체의 일부에 포함된 혈액의 유전율이 변화되고 이 혈액의 유전율을 측정하는 것이다.

그러나, 기존의 임피던스 측정방식은 도2와 같은 회로를 사용하지 않고, 바로 센서의 임피던스를 측정하는 방식을 사용하기 때문에 도8과 같이 임피던스에 따라 작은 차이만 측정가능하고 이러한 측정은 외부에 노이즈와 측정조건에 따라 오차가 크게 발생하는 문제가 있어왔다. 여기서 외부 노이즈로 볼 수 있는 것은 상기 손가락 또는 신체부위가 상기 임피던스전극센서에 접촉하는 경우 접촉면적, 접촉압력 및 접촉면의 수분함량 등이 될 수 있다. 즉, 혈액 내의 당(Glucose) 성분 말고, 유전율 측정에 영향을 주는 모든 것이 외부 노이즈라 할 수 있다.

그래서 본 발명은 상기 혈액 내의 당의 변화에 의한 측정신호를 증폭하고, 혈액 이외의 유전율 변화를 제거하는 기술을 개발하고자 하였다. 이를 위하여 도2의 동조회로에 임피던스전극센서를 커패시턴스 자리에 치환된 회로를 사용하여 혈액 내의 혈당변화를 증폭하여 측정하고자 한다.

도2의 (a)에 도시된 회로의 경우 동조회로에 직렬로 구비된 커패시턴스를 본 발명의 임피던스전극센서로 대체하였다. 이 회로는 도3에 도시된 바와 같이 임피던스전극센서의 커패시턴스 값이 커질수록 출력 임피던스를 50 Ω으로 매칭하는 동조 주파수가 낮아지는 경향을 확인할 수 있다. 따라서 이러한 성질을 이용하여 측정자의 혈당이 높아질수록 동조 주파수가 작아지는 현상을 이용하여 도8과 같이 신호의 크기를 측정하여 혈당을 측정하는 방식과 비교하여 더욱 정확하게 혈당을 측정할 수 있다.

도2의 (b)의 회로는 상기 동조회로의 병렬로 구비된 커패시턴스를 본 발명의 임피던스전극센서로 대체하여 사용한 회로이다. 이회로는 도4에 도시된 바와 같이 임피던스전극센서의 커패시턴스 값이 커질수록 50 Ω으로 매칭하는 동조 주파수의 변화는 적고, 상기 커패시턴스 값이 커질수록 상기 동조회로의 Q 값이 커지는 것을 확인할 수 있다.

이러한 변화를 이용하기 위하여 상기 도2와 같이 1개의 상기 임피던스전극센서를 이용할 수 있으나, 2개 이상의 임피던스전극센서를 이용하여 상기 도2의 (a)와 (b)의 변화를 동시에 이용하는 것도 가능하다.

상기 도2 (a)의 회로를 사용하는 비침습식 혈당측정기의 혈당 변화에 따른 임피던스측정방법을 상술하면,

A1 단계 ; 상기 임피던스전극센서에 평상시 또는 기준이 되는 혈당의 사용자 또는 환자의 손가락 또는 신체의 일부를 접촉한다. 일반적으로 검지 손가락이 적절하다.

A2 단계 ; 이때의 50 Ω 동조주파수(또는 50 Ω 피크 주파수)를 주파수 스캔 및 임피던스 측정회로에서 측정한다.

A3 단계 ; 정확한 혈당측정방법을 사용하여 상기 사용자 또는 환자의 혈당을 측정하여 제A1 기준으로 삼는다.

A4단계 ; 상기 사용자 또는 환자가 식사를 하지 않은 상태에서 1 내지 3 시간 후에 혈당 변화를 기다려 상기 1단계에서 3단계의 과정을 반복하고, 제A2 기준으로 삼는다.

A5단계 ; 상기 사용자 또는 환자가 식사를 한 후 30분 경과 후에 상기 1단계에서 3단계의 과정을 반복하고, 제A3 기준으로 삼는다.

A6단계 ; 상기 제A1기준 내지 제A3기준으로 삼은 혈당 값과 50 Ω 동조주파수(피크 주파수)를 본 발명의 비침습식 혈당측정장치에 입력하여 본 비침습식 혈당측정장치의 혈당값 측정 교정곡선으로 사용한다.

상기 주파수 스캔 및 임피던스 측정회로에서 스캔하는 주파수는 1 내지 100MHz 이내를 스캔하며, 빠른 주파수 스캔을 위하여 10 내지 50MHz 사이의 주파수를 스캔하는 것을 특징으로 한다.

상기 도2 (b)의 회로를 사용하는 비침습식 혈당측정기의 혈당 변화에 따른 임피던스측정방법을 상술하면,

B1 단계 ; 상기 임피던스전극센서에 평상시 또는 기준이 되는 혈당의 사용자 또는 환자의 손가락 또는 신체의 일부를 접촉한다. 일반적으로 검지 손가락이 적절하다.

B2 단계 ; 이때의 50 Ω 동조주파수(또는 50 Ω 피크 주파수)와 상기 동조주파수 좌측 및/또는 우측으로 2 MHz 내지 10 Mhz 이내의 특정 주파수를 1개 이상 설정하여 주파수 스캔 및 임피던스 측정회로에서 동조주파수와 특정 주파수에서의 임피던스 값을 측정한다.

B3 단계 ; 정확한 혈당측정방법을 사용하여 상기 사용자 또는 환자의 혈당을 측정하여 제B1 기준으로 삼는다.

B4단계 ; 상기 사용자 또는 환자가 식사를 하지 않은 상태에서 1 내지 3 시간 후에 혈당 변화를 기다려 상기 1단계에서 3단계의 과정을 반복하고, 제B2 기준으로 삼는다.

B5단계 ; 상기 사용자 또는 환자가 식사를 한 후 30분 경과 후에 상기 1단계에서 3단계의 과정을 반복하고, 제B3 기준으로 삼는다.

B6단계 ; 상기 제B1기준 내지 제B3기준으로 측정된 혈당 값과 50 Ω 동조주파수(피크 주파수)와 상기 설정 주파수에서의 임피던스 값을 이용하여 혈당 값의 변화에 따른 동조주파수 변화와 설정 주파수에서의 임피던스 값으로부터 Q 값을 계산하여 본 발명의 비침습식 혈당측정장치의 교정곡선으로 사용한다.

또한 위에서 기술한 바와 같이 임피던스전극센서를 2개 이상 사용하는 경우 동조주파수, 설정 주파수에서의 임피던스 값 그때의 혈당 값을 측정하여, 딥러닝, AI 학습, 다중회귀분석 등을 사용하여 교정곡선을 생성하여 본 발명의 비침습식 혈당측정 장치에 입력할 수 있다.

또한, 부가적으로 상기 임피던스 전극센서는 상기 동조회로에 연결하지 않고 별도의 피부표면의 습도를 측정하는 습도측정 센서로 이용할 수 있다. 이는 피부표면의 임피던스만을 측정하여 피부의 건조정도를 측정함으로써 상기 임피던스전극센서에서 측정된 임피던스 값이 혈액에 의한 유전율의 변화만 있는 것인지, 피부표면의 습도에 의한 유전율의 변화에 의한 임피던스 변화인지를 구분하기 위한 수단으로 사용될 수 있으며, 이렇게 피부표면의 임피던스가 측정되면 이를 상기 혈액의 임피던스 측정결과에서 보상하여 혈당 측정 정밀도를 높일 수 있음은 물론이다. 이를 위하여 피부표면의 습도를 측정하기위한 임피던스 측정은 주파수를 스캔하지 않고 단순히 설정된 주파수에서 임피던스를 측정하는 방법을 사용할 수 있다. 상기 피부 수분 측정을 위한 주파수는 수백 kHz의 낮은 주파수를 사용하여 피부침투 깊이를 낮게 사용하는 것을 특징으로 한다.

도5는 본 발명의 또 하나의 해결과제인 측정의 반복정밀도를 확보하기위한 방법에 관한 것이다. 혈당을 혈액 속에 포함된 포도당의 농도를 측정하는 것으로 측정자의 신체의 측정부와 측정 장치와의 접촉부위의 압력과 접촉면적 및 표면의 상태 등이 측정 결과에 큰 영향을 미친다. 본 발명은 이러한 측정에 있어서, 측정자의 신체접촉부위와 측정기기 사이의 일관성 있는 측정조건을 부여할 수 있는 수단을 제공하고자 한다.

이를 위하여 측정자의 신체부위와 측정기기 사이에 측정에 필요한 정확한 압력이 형성되면 초록색, 압력이 부족하면 노란색 및 압력이 과하면 빨간색을 표시하는 상태표시 LED와 같은 알림부를 구비한 측정부 몸체가 도시되어 있다.

상기 알림부는 광, 색, 소리, 진동, LCD 표시부 중 어느하나 이상일 수 있다. 상기 알림부는 사용자에게 적절한 측정압력임을 알려주는 것으로 신체부위에서 가해주는 압력이 높은 것과 낮은 것을 알려줄 수 있는 수단이면 가능하다. 광을 짧은 주기로 깜빡이면 압이 높고, 긴 주기로 깜빡이면 낮은 압력이고, 꺼지거나, 계속 켜있으면 적정압력임을 표시할 수 있다. 진동을 이용한 알림부도 동일한 방법을 사용할 수 있다. LCD 표시부 등은 글 또는 문자, 기호로 표시할 수 있음은 물론이다.

도6은 본 발명의 임피던스전극센서를 측정부 몸체 하부안쪽에 구비한 도면이다. 임피던스전극센서는 하부에만 구비할 수도 있고, 측정부 몸체 전체에 걸쳐 구비할 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같이 하나 뿐 아니라, 여러 조각으로 나누어 구비할 수 있다. 즉, 도2에서 커패시터, C1과 C2 중 하나를 임피던스전극센서로 구비한 회로가 도2의 (a)와 (b)로 도시되어 있으나, 상기 C1과 C2를 모두 임피던스전극센서로 치환할 수도 있고, 상기 여러 조각으로 구비된 임피던스전극센서들의 직렬 또는 병렬로 조합하여 혈당 변화에 따른 임피던스측정을 증폭할 수 있도록 설계할 수 있음은 물론이다. 각각의 조합에 따른 상이한 교정 방법이 필요하며, 이를 위하여 다중회귀분석, 딥러닝, 역전파학습, 온라인 러닝 등의 방법이 사용될 수 있다.

도7은 본 발명의 임피던스전극센서와 압력센서를 동시에 도시한 사시도와 평면도이다. 측정기와 접촉하는 부위에 압력센서를 구비하여 접촉압력을 측정함으로써, 매 측정마다 동일한 접촉압력을 유지함으로써 동일한 측정조건에서 혈당이 측정될 수 있는 수단을 구비하였다. 즉, 혈당은 혈액 속의 포도당의 농도를 측정하는 것으로 측정 장치와 신체측정부위와 압력에 따라 신체측정부위에 포함된 혈액의 양이 변화되어 측정결과에 영향을 미치기 때문이다. 즉, 압력이 너무 낮으면 측정이 불가하고, 압력이 너무 높으면 측정부위에 혈액이 압력에 의하여 빠져나가기 때문에 측정이 부정확해지는 문제가 발생한다. 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여 압력센서를 구비하고, 누르는 압력이 적절한 경우에 측정값을 읽어올 수 있는 수단을 제공하고 있다.

도7의 혈액센서를 이용한 다른 실시예를 설명하면,

도7의 (a)는 본 발명의 임피던스전극센서와 혈액센서를 동시에 도시한 사시도와 평면도이다. 사용자의 신체와 측정기가 접촉하는 부위에 혈액센서를 구비하여, 사용자의 신체와 본 발명의 비침습식 혈당센서의 접촉압력을 혈액량을 측정할 수 있는 혈액센서를 이용하여 측정함으로써, 매 측정마다 동일한 접촉압력을 유지함으로써 동일한 측정조건에서 혈당이 측정될 수 있는 수단을 구비하였다. 즉, 혈당은 혈액 속의 포도당의 농도를 측정하는 것으로 측정 장치와 신체측정부위와 접촉 압력에 따라 신체측정부위에 포함된 혈액의 양이 변화되어 측정결과에 영향을 미치기 때문이다. 즉, 압력이 너무 낮으면 측정이 불가하고, 압력이 너무 높으면 측정부위에 혈액이 압력에 의하여 빠져나가기 때문에 측정이 부정확해지는 문제가 발생한다. 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여 혈액량을 측정하는 혈액센서를 구비하고, 사용사의 신체가 본 발명의 비침습식 혈당측정기를 누르는 압력이 적절한 경우에 측정값을 읽어올 수 있는 수단을 제공하고 있다. 도7의 (b)에 도시된 본 발명의 혈액센서는 적외선 LED(221) 2개 사이에 적외선 포토센서(222)을 구비하여 사용자의 신체에 적외선 LED가 조사되면, 혈액이 많이 지나가는 혈관에 적외선 LED가 비춰지고, 적외선이 반사되는 빛을 상기 적외선 포토센서가 측정한다.

상기 적외선 포토센서는 실질적으로 혈관에 반사되는 적외선 광을 주로 측정하게 되며, 심장의 박동에 의하여 주기적으로 혈액의 양이 변화되어 심박의 변화에 맞추어 측정값도 변화된다. 따라서, 상기 혈액의 양이 심장의 박동과 함께 변화되기 때문에 임피던스 방식으로 혈당을 정확하게 측정하기 위해서는 측정된 임피던스 값을 혈액의 양으로 보상할 필요가 있다.

이를 위하여 본 발명에서는 상기 적외선포토센서에서 측정된 신호의 크기를 측정하고, 상기 주파수 스캔 및 임피던스 측정회로에서 측정한 임피던스 값과, 동조주파수 값과 함께 저장하여 혈액의 양에 따른 임피던스 변동을 보정한다.

상기 혈액의 양에 따른 임피던스 값 변동 보정방법은 유전율의 값이 커진 것으로 계산하며, 심장의 박동에 따라 다르게 측정된 적외선 포토센서 값의 최대신호 크기와 최소신호 크기의 평균값을 이용한다. 그러나, 최대 신호크기가 너무 작은 경우 상기 상태표시 LED를 적색으로, 최소 신호크기가 너무적은 경우 상태표시 LED를 노란색으로 표시하여, 상기 상태표시 LED가 초록색일 때 측정할 수 있도록 사용자에게 알려준다. 상기 사용자는 LED 표시에 따라, 사용자 신체부위 (일반적으로 손가락)의 본 발명의 비침습식 혈당측정 장치와의 접촉압력을 조절하여 임피던스 측정 시 혈액의 양이 일정하게 함으로써 일관성 있는 측정이 가능하도록 한다.

또 다른 혈액센서를 이용한 비침습식 혈당측정 방법으로는 혈액센서의 신호가 최대가 되는 순간 주파수를 스캔하며 혈당을 측정함으로써 손가락에 최대 혈액이 있을 때 임피던스를 측정함으로써 신호를 크게 측정하는 방법을 사용하는 것이다. 이때 혈액센서의 절대크기를 저장하여 다음 측정에도 사용할 수 있도록 함으로써 측정의 일관성을 유지할 수 있도록 한다.

상기 신체부위는 일반적으로 손가락이며, 손가락과 임피던스 전극과 접촉하는 부위의 압력을 측정하는 수단은 압력센서, 혈액센서, 피에조센서, 로드셀 또는 광센서 일 수 있으며, 접촉 압력을 측정할 수 있는 수단이면 어떠한 것을 사용하여도 무방함은 물론이다.

본 발명의 상기 주파수 스캔 및 임피던스 측정회로를 이용한 혈당의 측정 원리는 도 9와 같다. 혈당 값을 계산하는 M 함수는 다차원 임피던스 값

과 각 임피던스 측정치의 가중치를 조절하기 위한 가중 함수(W: Weighting function)를 변수로 사용하여, 주파수 별로 측정된 임피던스 값으로부터 혈당 값을 매핑(Mapping)하는 함수이다. 여기서, W는 가중함수로 주파수 변화에 따라 민감도가 다른 혈당 값 변화를 혈당측정에 반형하기 위한 함수이다. Z는 각 공진 주파수 대역 별로 얻어진 다차원의 임피던스 값이다. 즉. 혈당을 측정하기위하여 설정된 주파수 대역을 공진주파수 대역 1 부터 N으로 설정하고 주파수를 스캔하며 상기 임피던스전극센서가 포함된 회로의 임피던스를 측정한다. 이렇게 측정한 주파수별 임피던스 값을 내장된 각 주파수별 민감도에 따른 가중치함수 W와 곱하여 임피던스 값을 계산하는 방식이다.

이 방식은 본 발명의 임피던스전극센서를 이용하여 혈당을 측정하는 방법의 하나일 뿐 여기에 본 발명의 측정방법이 한정되는 것은 아니다.

상기 가중치 함수는 실험에 의하여 결정할 수도 있고, 다중회귀, 딥러닝 등의 통계적, 수학적, 컴퓨터 공학적인 방법을 이용하여 결정할 수 있다.

상기와 같은 작용효과를 나타내기 위한 발명의 해결수단은 하기와 같다.

비침습식 혈당측정기 측정부 몸체; 및

또한, 상기 알림부는 상태표시 LED를 사용하며, 상기 압력센서의 압력에 따라, 비침습식 혈당측정에 적절한 압력이 센싱되는 경우 초록색, 압력이 부족한 경우 노란색, 압력이 강한 경우 빨간색으로 표시되는 것을 특징으로 하는 비침습식 혈당측정기를 제공한다.

본 발명의 또 다른 과제해결 수단은,

비침습식 혈당측정기 측정부 몸체; 및

100 : 비침습식 혈당측정기
110 : 측정부 몸체
120 : 상태표시 LED
210 : 임피던스 센서
220 : 압력센서, 혈액센서

Claims

비침습식 혈당측정기 측정부 몸체; 및
상기 측정부 몸체의 내부 바닥면에 구비되는 임피던스전극센서; 및
상기 임피던스전극센서에 다중 주파수를 공급하여 주파수를 스캔하며 임피던스를 측정하는 신호발생 및 측정부; 및
상기 임피던스전극센서에 접촉하는 신체부위의 접촉압력을 측정하는 압력센서; 및
상기 압력센서에서 측정된 압력에 따라 비침습식 혈당측정에 적절한 압력이 센싱되는 경우 초록색, 압력이 부족한 경우 노란색, 압력이 강한 경우 빨간색을 표시하는 알림부; 및
상기 임피던스전극센서는 1개의 코일과 병렬로 연결된 후 1개의 캐패시턴스와 직렬로 연결되어 센서회로를 구성하여
측정자의 혈당이 높아질수록 동조 주파수가 작아지는 현상을 이용하여 혈당을 측정하는 것을 특징으로 하는 비침습식 혈당측정기.
비침습식 혈당측정기 측정부 몸체; 및
상기 측정부 몸체의 내부 바닥면에 구비되는 임피던스전극센서; 및
상기 임피던스전극센서에 다중 주파수를 공급하여 주파수를 스캔하며 임피던스를 측정하는 신호발생 및 측정부; 및
상기 임피던스전극센서에 접촉하는 신체부위의 접촉압력을 측정하는 압력센서; 및
상기 압력센서에서 측정된 압력에 따라 비침습식 혈당측정에 적절한 압력이 센싱되는 경우 초록색, 압력이 부족한 경우 노란색, 압력이 강한 경우 빨간색을 표시하는 알림부; 및
상기 임피던스전극센서는 1개의 코일과 병렬로 연결된 1개의 캐패시턴스와 상기 임피던스전극센서가 직렬로 연결되어 센서 회로를 구성하여,
측정자의 혈당이 높아질수록 Q 값이 커지는 것을 이용하여 혈당을 측정하는 것을 특징으로 하는 비침습식 혈당측정기.
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