KR102323212B1 - 위치 변동을 보상할 수 있는 분광 시스템 및 이를 이용한 분광 방법 - Google Patents

위치 변동을 보상할 수 있는 분광 시스템 및 이를 이용한 분광 방법 Download PDF

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Abstract

위치 변동을 보상할 수 있는 분광 시스템 및 분광 방법에 관하여 개시한다. 상기 분광 시스템은 복수의 측정 유닛과 정보처리 유닛을 포함한다. 상기 복수의 측정 유닛은 대상물(object)의 서로 다른 위치에 마련된 복수의 측정 영역에 대한 측정 스펙트럼들을 획득한다. 또한, 상기 정보처리 유닛은 상기 측정 유닛들로부터 얻어진 측정 스펙트럼들과 상기 측정 영역들의 위치정보들을 이용하여 원하는 타겟 영역에 대한 타겟 스펙트럼을 계산한다.

Description

위치 변동을 보상할 수 있는 분광 시스템 및 이를 이용한 분광 방법{Spectroscopy system with displacement compensation and spectroscopy method using the spectroscopy system}
위치 변동을 보상할 수 있는 분광 시스템 및 이를 이용한 분광 방법에 관한 것이다.
분광법(spectroscopy)을 이용한 피부 측정 기술은 측정 오차를 줄이고 재현성을 확보하기 위해서 고정된 초점 및 측정 영역을 활용하였다. 따라서, 만약 피부의 특정 부분에 측정이 어려운 털(hair)이나 땀샘 등과 같은 이물질이 존재하는 경우에는 측정 위치를 수동으로 변경한 다음, 다시 측정을 수행하는 것이 일반적이었다.
최근에는 근적외선 분광기나 라만 분광기의 초소형화를 통해 응용 범위를 확장하고, 측정의 편의성을 사용자에게 제공하기 위한 기술 개발이 진행되고 있다. 이러한 초소형 분광기를 활용하여 피부와 같은 생체 시료를 측정하는 기술은 기존의 제한된 위치나 영역에서만 측정이 가능하였던 측정 범위나 횟수 등을 비약적으로 향상시킬 수 있다. 다만, 손목 이나 상완(上腕) 등과 같이 신체의 움직이는 부분에 분광기가 장착될 경우에는 분광기의 상대적인 위치가 시간에 따라 무작위적으로 변화하는 문제가 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 일본 공개특허공보 제2012-050739 A (2012.03.15), 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0113136 A (2013.10,15)에 개시되어 있다.
위치 변동을 보상할 수 있는 분광 시스템 및 이를 이용한 분광 방법을 제공한다.
일 측면에 있어서,
대상물(object)의 서로 다른 위치에 마련된 복수의 측정 영역에 대한 측정 스펙트럼들(detection spectrums)을 획득하는 복수의 측정 유닛; 및
상기 측정 유닛들로부터 얻어진 측정 스펙트럼들과 상기 측정 영역들의 위치정보들을 이용하여 원하는 타겟 영역에 대한 타겟 스펙트럼(target spectrum)을 획득하는 정보처리 유닛(information processing unit);을 포함하는 분광 시스템이 제공된다.
상기 대상물의 움직임에 따라 상기 측정 영역들 중 적어도 하나는 상기 타겟 영역에 대한 상대적인 위치가 시간에 따라 변할 수 있다. 상기 정보처리 유닛은 상기 측정 스펙트럼들과 상기 타겟 영역에 대한 상기 측정 영역들의 상대적인 위치정보들을 선형적으로 조합함으로써 상기 타겟 스펙트럼을 계산할 수 있다. 상기 분광 시스템은 상기 측정 영역들의 변위(displacement)를 측정할 수 있는 적어도 하나의 변위 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 측정 영역들 각각은 상기 대상물의 표면에서 소정 깊이까지 형성된 3차원 영역을 포함할 수 있다. 상기 측정 영역들은 2차원적으로 배열된 적어도 3개의 측정 영역을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 측정 영역들은 서로 이격되도록 마련되거나 또는 서로 그 일부가 중첩되도록 마련될 수 있다. 상기 측정 유닛들은 상기 측정 영역들에 대한 상기 측정 스펙트럼들을 동시에 또는 순차적으로 측정할 수 잇다.
상기 측정 유닛들은 라만 분광법 또는 근적외선 분광법을 이용하여 상기 측정 스펙트럼을 측정할 수 있다. 상기 측정 유닛들 각각은 상기 대상물의 표면에 인접하게 마련되는 것으로, 상기 대상물의 측정영역으로부터 나오는 광신호를 수용하는 어퍼쳐(aperture)를 포함할 수 있다.
다른 측면에 있어서,
복수의 측정 유닛을 이용하여 대상물의 서로 다른 위치에 마련된 복수의 측정 영역에 대한 측정 스펙트럼들을 획득하는 단계;
상기 측정 영역들의 위치정보들을 획득하는 단계; 및
상기 측정 유닛들로부터 얻어진 측정 스펙트럼들과 상기 측정 영역들의 위치정보들을 이용하여 원하는 타겟 영역에 대한 타겟 스펙트럼을 획득하는 단계;를 포함하는 분광 방법이 제공된다.
상기 타겟 스펙트럼으로부터 상기 타겟 영역에 위치하는 상기 대상물의 성분을 분석하는 단계가 더 포함될 수 있다.
상기 대상물의 움직임에 따라 상기 측정 영역들 중 적어도 하나는 상기 타겟 영역에 대한 상대적인 위치가 시간에 따라 변할 수 있다. 상기 타겟 스펙트럼은 상기 측정 스펙트럼들과 상기 타겟 영역에 대한 상기 측정 영역들의 상대적인 위치정보들을 선형적으로 조합함으로써 계산될 수 있다. 상기 측정 영역들의 위치정보들은 적어도 하나의 변위 센서에 의해 얻어질 수 있다.
상기 측정 영역들 각각은 상기 대상물의 표면에서 소정 깊이까지 형성된 3차원 영역을 포함할 수 있다. 상기 측정 영역들은 2차원적으로 배열된 적어도 3개의 측정 영역을 포함할 수 있다. 상기 측정 영역들은 서로 이격되도록 마련되거나 또는 서로 그 일부가 중첩되도록 마련될 수 있다. 상기 측정 유닛들은 상기 측정 영역들에 대한 상기 측정 스펙드럼들을 동시에 또는 순차적으로 측정할 수 있다.
실시예에 의하면, 대상물의 서로 다른 위치에 있는 측정 영역들에 대해 검출된 측정 스펙트럼들과 측정 영역들의 위치 정보를 이용하여 타겟 영역에 대한 타겟 스펙트럼을 유추할 수 있다. 따라서, 대상물의 측정 영역들이 시간에 따라 그 위치들이 변하는 경우에도 그 위치 변동을 보상함으로써 측정하고자 하는 특정 위치에 있는 타겟 영역에 대한 타겟 스펙트럼을 얻을 수 있다. 따라서, 대상물이 예를 들어 인체의 피부인 경우, 인체의 피부가 움직임에 따라 측정 영역들은 그 위치가 변화할 수 있지만, 측정 영역들에 대해 측정된 혈당 스펙트럼들과 측정 영역들의 변위정보들을 선형적으로 조합함으로써 측정하고자 하는 특정 위치에서의 혈당 스펙트럼을 실시간으로 계산할 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 분광 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 분광 시스템의 측정 유닛들이 대상물의 측정 영역들에마련된 모습을 도시한 것이다.
도 3은 측정 영역들과 타겟 영역의 배치 상태를 평면적으로 도시한 것이다.
도 4는 도 1에 도시된 분광 시스템을 이용하여 타켓 영역에 있는 대상물의 성분을 분석하는 분광 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5는 측정 영역들과 타켓 영역의 예시적인 배치 상태를 평면적으로 도시한 것이다.
도 6은 측정 영역들과 타켓 영역의 다른 예시적인 배치 상태를 평면적으로 도시한 것이다.
도 7은 측정 영역들과 타켓 영역의 다른 예시적인 배치 상태를 평면적으로 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 소정의 물질층이 기판이나 다른 층 에 존재한다고 설명될 때, 그 물질층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 분광 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 분광 시스템(100)은 복수의 측정 유닛(detection unit, 111,112,113)과 정보처리 유닛(information processing unit, 120)을 포함한다. 복수의 측정 유닛(111,112,113)은 대상물(object, 도 2의 50)의 서로 다른 위치에 마련된 복수의 측정 영역(도 2의 151,152,153)에 대한 측정 스펙트럼들(detection spectrums)을 획득할 수 있다. 여기서, 측정 영역들(151,152,153) 각각은 후술하는 바와 같이 대상물(50)의 표면에서 소정 깊이까지 형성된 소정 형상의 3차원 영역이 될 수 있다. 이러한 측정 영역들(151,152,153)은 시간이 경과함에 따라 대상물(50)의 움직임에 따라 그 위치가 변경될 수 있다. 예를 들어, 대상물(50)이 인체의 피부 등과 같은 생체 시료가 되는 경우에는 시간이 경과함에 따라 대상물(50)이 움직일 수 있고, 이에 따라 측정 영역들(151,152,153)의 위치도 변할 수 있다. 그리고, 측정 유닛들(111,112,113)은 대상물(50)의 표면에 접촉하도록 마련될 수 있으므로, 측정 유닛들(111,112,113)은 대상물(50)의 움직임에 따라 측정 영역들(151,152,153)과 함께 움직일 수 있다.
측정 유닛들(111,112,113)은 예를 들어 라만 분광법(Raman spectroscopy) 또는 근적외선 분광법(Near infrared spectroscopy) 등과 같은 통상적인 분광법을 이용하여 대상물(50)의 내측에 형성된 측정 영역들(151,152,153)에 대한 측정 스펙트럼들을 획득할 수 있다. 이러한 측정 유닛들(111,112,113)은 측정 영역들(151,152,153)에 대한 측정 스펙트럼들을 동시에 검출하거나 또는 소정의 시간 간격을 두고 순차적으로 검출할 수 있다. 이러한 측정 스펙트럼들로부터 측정 영역들(151,152,153)에 있는 성분(analyte)을 분석할 수 있다. 예를 들어, 대상물(50)이 인체의 피부와 같은 생체 시료인 경우, 측정 유닛들(111,112,113)에 의해 측정된 측정 스펙트럼들로부터 측정 영역들(151,152,153)에 있는 혈당(blood glucose)의 농도 등이 분석될 수 있다. 한편, 도 1에는 분광 시스템(100)이 3개의 제1, 제2 및 제3 측정 유닛(111,112,113)을 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있지만, 이에 한정되는 않고 분광 시스템(100)은 다양한 개수의 측정 유닛을 포함할 수 있다. 구체적으로, 분광 시스템(100)은 3개 이상의 측정 유닛을 포함할 수 있으며, 이러한 측정 유닛들은 2차원적으로 배열될 수 있다.
정보처리 유닛(120)은 측정 유닛들(111,112,113)로부터 얻어진 측정 스펙트럼들과 측정 영역들(151,152,153)의 위치정보들을 이용하여 타겟 영역(도 3의 170)에 대한 타겟 스펙트럼(target spectrum)을 획득할 수 있다. 여기서, 타겟 영역(170)은 대상물(50)에서 측정하고자 하는 특정 위치에 형성되는 영역을 의미하는 것으로, 전술한 측정 영역들(151,152,153)과는 달리 대상물(50)의 움직임에 따라 그 위치가 변하는 것은 아니다. 한편, 타겟 영역(170)의 위치는 측정하고자 하는 특정 위치가 바뀜에 따라 변할 수는 있다. 정보처리 유닛(120)은 후술하는 바와 같이 측정 유닛들(111,112,113)에 의해 얻어진 측정 스펙트럼들과 타겟 영역(170)에 대한 측정 영역들(151,152,153)의 상대적인 위치정보들을 선형적으로 조합함으로써 특정 시점에서 타겟 영역(170)에 대한 타겟 스펙트럼을 계산할 수 있다. 그리고, 이렇게 계산된 타겟 스펙트럼으로부터 측정하고자 하는 특정 위치에 있는 대상물(50)의 성분을 분석할 수 있다.
분광 시스템(100)은 측정 영역들(151,152,153)의 위치정보들을 효과적으로 얻을 수 있도록 복수의 변위 센서(displacement sensor, 131,132,133)를 더 포함할 수 있다. 이러한 변위 센서들(131,132,133)이 측정 유닛들(111,112,113)의 움직임을 센싱함으로써 타겟 영역(170)에 대한 측정 영역들(151,152,153)의 상대적인 위치정보들을 얻을 수 있다. 구체적으로, 시간에 따라 대상물(50)이 움직이는 경우 변위 센서들(131,132,133)이 측정 유닛들(111,112,113)의 움직임을 센싱함으로써 특정 시점에서 타겟 영역(170)에 대한 측정 영역들(151,152,153)의 변위를 측정할 수 있다. 이에 따라, 특정 시점에서 타겟 영역(170)에 대한 측정 영역들(151,152,153)의 상대적인 위치정보들을 얻을 수 있다. 변위 센서(131,132,133)는 예를 들면, 광학식(optical) 변위 센서, 정전용량식(capacitive) 변위 센서, 전자유도식(electromagnetic) 변위 센서 등을 포함할 수 있으며, 이외에도 다양한 방식의 변위 센서가 포함할 수 있다.
한편, 도 1에는 3개의 제1, 제2 및 제3 변위센서(131,132,133)가 제1, 제2 및 제3 측정 유닛(111,112,113)에 마련되는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 변위 센서들(111,112,113)은 측정 유닛들(111,112,113)과 이격되도록 마련될 수도 있으며, 또한 그 개수도 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들면, 적어도 하나의 변위 센서가 측정 유닛들(111,112,113)에 이격되도록 마련되어 측정 유닛들(111,112,113)의 움직임을 센싱할 수도 있다.
도 2는 도 1에 도시된 분광 시스템의 측정 유닛들이 대상물의 측정 영역들에마련된 모습을 도시한 것이다. 그리고, 측정 영역들과 타겟 영역의 배치 상태를 평면적으로 도시한 것이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 제1, 제2 및 제3 측정 유닛(111,112,113)은 대상물(50)에 접촉하도록 마련될 수 있다. 여기서, 대상물(50)은 예를 들면, 인체의 피부 등과 같이 시간에 따라 그 표면이 움직일 수 있는 생체 시료를 포함할 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 제1, 제2 및 제3 측정 유닛(111,112,113)은 예를 들어 라만 분광법이나 근적외선 분광법 등과 같은 통상적인 분광법을 이용하여 대상물(50)의 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153)에 대한 제1, 제2 및 제3 측정 스펙트럼들을 검출할 수 있다. 여기서, 제1, 제2 및 제3 측정 유닛들(111,112,113)은 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153)에 대한 제1, 제2 및 제3 측정 스펙트럼들을 동시에 검출할 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며 제1, 제2 및 제3 측정 스펙트럼들은 소정의 시간 간격을 두고 순차적으로 검출될 수도 있다.
제1, 제2 및 제3 측정 유닛(111,112,113)은 대상물(50)의 표면에 접촉하는 제1, 제2 및 제3 어퍼쳐(aperture, 111a,112a,113a)를 포함할 수 있다. 제1, 제2 및 제3 어퍼처(111a,112a,113a)는 대상물의 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153)에 접촉하도록 마련되어 있다. 여기서, 제1 측정 유닛(111)에 마련된 광원(미도시)으로부터 출사된 광은 제1 어퍼처(110a)를 통해 대상물(50)의 표면에 입사되고, 이에 따라 대상물(50)의 표면에서 소정 깊이까지 형성된 제1 측정영역(151)으로부터 나오는 광신호는 제1 어퍼쳐(110a)를 통해 제1 측정 유닛(111)의 내부로 수용될 수 있다. 그리고, 제1 측정 유닛(111)은 제1 어퍼처(111a)를 통해 수용된 광신호를 이용하여 대상물(50)의 제1 측정영역(151)에 대한 제1 측정 스펙트럼을 검출할 수 있다. 또한, 제2 측정 유닛(112)은 제2 어퍼처(112a)를 통해 수용된 광신호를 이용하여 대상물(50)의 제2 측정영역(152)에 대한 제2 측정 스펙트럼을 검출할 수 있고, 제3 측정 유닛(113)은 제3 어퍼처(113a)를 통해 수용된 광신호를 이용하여 대상물(50)의 제3 측정영역(153)에 대한 제3 측정 스펙트럼을 검출할 수 있다.
제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153)은 예를 들면 2차원적으로 배치될 수 있다. 이러한 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153)은 대상물의 표면에서 소정 깊이까지 형성된 3차원 영역이 될 수 있다. 인체의 피부와 같은 대상물은 그 표면이 시간이 지남에 따라 움직일 수 있으며, 이 경우에는 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153) 중 적어도 하나가 대상물(50)의 움직임에 따라 그 위치가 변경될 수 있다.
도 3에는 임의의 시점에 대상물에 배치될 수 있는 측정 영역들과 타겟 영역이 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153)은 대상물(50)의 서로 다른 위치에 마련되어 있다. 도 3에서는 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153)이 서로 이격되게 마련된 경우가 예시적으로 도시되어 있지만, 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153) 중 적어도 하나는 다른 측정 영역과 일부가 중첩되도록 마련될 수도 있다. 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153)은 각각 제1, 제2 및 제3 어퍼쳐(111a,112a,113a)를 중심으로 일정한 형상을 가지도록 마련될 수 있다. 그리고, 대상물(50)에서 측정하고자 하는 특정 위치에 마련되는 타겟 영역(170)은 예를 들면 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153) 사이에 마련될 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3에 도시된 바와 같이 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153)이 2차원적으로 배치된 상태에서 분석하고자 하는 특정 위치에 있는 타겟 영역(170)에 대한 타겟 스펙드럼은 후술하는 바와 같이 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153)에 대한 제1, 제2 및 제3 측정 스펙트럼들과 타겟 영역(170)에 대한 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153)의 상대적인 위치 정보들을 이용하여 유추될 수 있다. 여기서, 타겟 영역(170)에 대한 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153)의 상대적인 위치 정보들은 타겟 영역(170)과 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153) 사이의 거리(d1. d2 및 d3)에 의해 결정될 수 있다. 도 3에서 참조번호 110a는 타겟 영역(170)에 대응하여 가상적으로 마련된 가상 어퍼쳐(virtual aperture)를 나타낸다.
이하에서는 도 1에 도시된 분광 시스템(100)을 이용하여 대상물(50)에서 측정하고자 하는 특정 위치에 있는 타겟 영역(170)에 대한 타겟 스펙트럼을 얻을 수 있는 분광 방법에 대해 상세히 설명한다. 도 4는 도 1에 도시된 분광 시스템을 이용하여 대상물의 성분을 분석하는 분광 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 대상물(50)의 서로 다른 위치에 마련된 복수의 측정 영역(151,152,153)에 대한 측정 스펙트럼들을 획득한다(201). 구체적으로, 도 3에서 대상물(50)의 서로 다른 위치에 있는 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153)에 대한 제1, 제2 및 제3 측정 스펙트럼들을 제1, 제2 및 제3 측정 유닛(111,112,113)을 통해 검출한다. 제1, 제2 및 제3 측정 유닛(111,112,113)은 예를 들어 라만 분광법 또는 근적외선 분광법 등을 통해 제1, 제2 및 제3 측정 스펙트럼들을 얻어질 수 있다. 여기서, 제1, 제2 및 제3 측정 유닛들(111,112,113)은 제1, 제2 및 제3 측정 스펙트럼들을 동시에 검출하거나 또는 소정의 시간 간격을 두고 순차적으로 검출할 수 있다.
이어서, 복수의 측정 영역(151,152,153)에 대한 위치 정보들을 획득한다(202). 구체적으로, 도 3에서 분광 시스템(100)에 마련된 제1, 제2 및 제3 변위 센서(131,132,133)를 이용하여 타겟 영역(170)에 대한 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153)의 상대적인 위치 정보들을 얻을 수 있다. 이러한 타겟 영역(170)에 대한 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153)의 상대적인 위치 정보들은 타겟 영역(170)과 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153) 사이의 거리(d1. d2 및 d3)에 의해 결정될 수 있다.
다음으로, 정보처리 유닛(120)이 측정 스펙트럼들과 타겟 영역(170)에 대한 측정 영역(151,152,153)의 상대적인 위치 정보들을 이용하여 분석하고자 하는 특정 위치에 있는 타겟 영역(170)에 대한 타겟 스펙트럼을 계산한다. 구체적으로, 도 3에서 제1, 제2 및 제3 측정 스펙트럼들과 타겟 영역(170)에 대한 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153)의 상대적인 위치 정보들을 선형적으로 조합함으로써(302), 타겟 영역(170)에 대한 타겟 스펙트럼을 계산한다(303).
타겟 영역(170)에 대한 타겟 스펙트럼은 아래의 식 (1)에 의해 계산될 수 있다.
ST = αx S1 + βx S2 + γx S3 ---------------------- 식 (1)
여기서, α+ β+ γ= 1을 만족한다.
ST는 타겟 영역(170)에 대해 계산된 타겟 스펙트럼을 나타내며, S1, S2 및 S3는 각각 제1, 제2 및 제3 측정 스펙트럼을 나타낸다. 그리고, α는 타겟 스펙트럼(ST)에 대해 제1 측정 스펙트럼(S1)이 기여하는 제1 기여도를 나타내고, β는 타겟 스펙트럼(ST)에 대해 제2 측정 스펙트럼(S2)이 기여하는 제2 기여도를 나타내며, γ는타겟 스펙트럼(ST)에 대해 제3 측정 스펙트럼(S3)이 기여하는 제3 기여도를 나타낸다.
α, β 및 γ는 타겟 영역(170)에 대한 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153)의 상대적인 위치 정보들에 의해 결정될 수 있다. 구체적으로, α, β 및 γ는 타겟 영역(170)과 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153) 사이의 거리에 의해 결정될 수 있다. 예를 들면, 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153) 중 제1 측정 영역(151)이 타겟 영역(170)으로부터 가장 가까운 거리에 있으면 제1, 제2 및 제3 측정 스펙트럼(S1,S2,S3) 중 제1 측정 스펙트럼(S1)이 타겟 스펙트럼(ST)에 가장 크게 기여할 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 이 경우에는 α, β 및 γ 중에서 α가 가장 큰 값을 가질 수 있다. 이와 같이 타겟 영역(170)과 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153) 사이의 거리에 의해 타겟 스펙트럼(ST)에 대한 측정 스펙트럼들(S1,S2,S3)의 기여도를 나타내는 α, β 및 γ를 결정할 수 있으며, 이에 따라 분석하고자 하는 특정 위치에 있는 타겟 영역(170)에 대한 타겟 스펙트럼(ST)을 상기한 식 (1)과 같은 선형 조합을 통해 얻을 수 있다.
이하에서는 측정 영역들(151,152,153)과 타겟 영역(170)의 배치 상태에 따라 타겟 스펙트럼을 계산하는 예시들을 설명한다. 도 5는 측정 영역들과 타켓 영역의 예시적인 배치 상태를 평면적으로 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153)이 서로 이격되어 2차원 적으로 배열되어 있다. 여기서, 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153)은 정삼각형 형태로 배열되어 있으며, 이러한 정삼각형 형태의 중심에 타겟 영역(170)이 마련되어 있다. 따라서, 타겟 영역(170)은 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153)에서 동일한 거리만큼 이격되어 위치하고 있다. 즉, 타겟 영역(170)과 제1 측정 영역(151) 사이의 거리(d1), 타겟 영역(170)과 제2 측정 영역(152) 사이의 거리(d2) 및 타겟 영역(170)과 제3 측정 영역(153) 사이의 거리(d3)는 모두 동일하다.
도 5에 도시된 바와 같은 제1, 제2 및 제3 측정영역(151,152,153)과 타겟 영역(170)의 배치 상태에서 타겟 영역(170)에 대한 타겟 스펙트럼(ST)은 식(1)을 통해 다음과 같이 계산될 수 있다. 먼저, 제1, 제2 및 제3 측정 유닛(111,112,113)에 의해 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153)에 대한 제1, 제2 및 제3 측정 스펙트럼(S1,S2,S3)을 검출한다. 여기서, 제1, 제2 및 제3 측정 유닛(111,112,113)은 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153)에 대한 제1, 제2 및 제3 측정 스펙트럼(S1,S2,S3)을 동시에 검출하거나 또는 소정의 시간 간격을 두고 순차적으로 검출할 수 있다.
이어서, 타겟 영역(170)에 대한 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153)의 상대적인 위치 정보들을 이용하여 타겟 스펙트럼(ST)에 대한 측정 스펙트럼들(S1,S2,S3)의 기여도를 나타내는 α, β 및 γ를 결정한다. 도 5에 도시된 측정 영역들(151,152,153)과 타겟 영역(170)의 배치 상태에서는 전술한 바와 같이 타겟 영역(170)과 제1 측정 영역(151) 사이의 거리(d1), 타겟 영역(170)과 제2 측정 영역(152) 사이의 거리(d2) 및 타겟 영역(170)과 제3 측정 영역(153) 사이의 거리(d3)는 모두 동일하다. 즉, 타겟 스펙트럼(ST)에 대해 제1, 제2 및 제3 측정 스펙트럼(S1,S2,S3)이 기여하는 정도는 모두 동일하므로, 식 (1)에서 α, β 및 γ는 모두 동일하게 1/3이 된다. 그 결과, 도 5에 도시된 배치 상태에서 측정하고자 하는 특정 위치에 있는 타겟 영역(170)에 대한 타겟 스펙트럼(ST)은 1/3 x S1 + 1/3 x S2 + 1/3 x S3으로 계산될 수 있다.
도 6은 측정 영역들과 타켓 영역의 다른 예시적인 배치 상태를 평면적으로 도시한 것이다. 도 6에 도시된 배치 상태는 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153)이 일부가 서로 중첩되었다는 점을 제외하면 도 5에 도시된 배치상태와 동일하다. 도 6에 도시된 바와 같이 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153) 중 적어도 하나가 일부 중첩되는 경우에는 제1, 제2 및 제3 측정 유닛들(111,112,113)이 제1, 제2 및 제3 측정 스펙트럼(S1,S2,S3)을 소정의 시간 간격을 두고 순차적으로 검출할 수 있다. 하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제1, 제2 및 제3 측정 스펙트럼(S1,S2,S3)이 동시에 검출될 수 있다. 도 6에 도시된 배치 상태에서는 도 5와 마찬가지로 타겟 영역(170)과 제1 측정 영역(151) 사이의 거리(d1), 타겟 영역(170)과 제2 측정 영역(152) 사이의 거리(d2) 및 타겟 영역(170)과 제3 측정 영역(153) 사이의 거리(d3)는 모두 동일하므로, 타겟 스펙트럼(ST)에 대해 제1, 제2 및 제3 측정 스펙트럼(S1,S2,S3)이 기여하는 정도는 모두 동일하다. 따라서, 측정하고자 하는 특정 위치에 있는 타겟 영역(170)에 대한 타겟 스펙트럼(ST)은 1/3 x S1 + 1/3 x S2 + 1/3 x S3으로 계산될 수 있다.
도 7은 측정 영역들과 타켓 영역의 다른 예시적인 배치 상태를 평면적으로 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 3개의 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153)이 서로 이격되어 2차원 적으로 배열되어 있다. 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153)은 각각 그 일부가 서로 중첩되도록 마련되어 있다. 하지만, 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153) 은 서로 이격되도록 마련되는 것도 가능하다. 그리고, 도 7에 도시된 배치 상태에서는 타겟 영역(170) 전체가 제1 측정 영역(151)과 중첩하고 있다.
도 5에 도시된 바와 같은 제1, 제2 및 제3 측정영역(151,152,153)과 타겟 영역(170)의 배치 상태에서 타겟 영역(170)에 대한 타겟 스펙트럼(ST)은 식(1)을 통해 다음과 같이 계산될 수 있다. 먼저, 제1, 제2 및 제3 측정 유닛(111,112,113)에 의해 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153)에 대한 제1, 제2 및 제3 측정 스펙트럼(S1,S2,S3)을 검출한다. 이어서, 타겟 영역(170)에 대한 제1, 제2 및 제3 측정 영역들(151,152,153)의 상대적인 위치 정보들을 이용하여 타겟 스펙트럼(ST)에 대한 측정 스펙트럼들(S1,S2,S3)의 기여도를 나타내는 α, β 및 γ를 결정한다. 도 5에 도시된 측정 영역들(151,152,153)과 타겟 영역(170)의 배치 상태에서는 전술한 바와 같이 타겟 영역(170)이 제1 측정 영역(151)과 일치하고 있다. 따라서, 타겟 스펙트럼(ST)에 대해 제1 측정 스펙트럼(S1)이 기여하는 제1 기여도(α)는 1이 되며, 타겟 스펙트럼(ST)에 대해 제2 및 제3 측정 스펙트럼(S2,S3)이 기여하는 제2 및 제3 기여도( β, γ)는 0이 된다. 그 결과, 도 7에서는 측정하고자 하는 특정 위치에 있는 타겟 영역(170)에 대한 타겟 스펙트럼(ST)은 제1 측정 스펙트럼(S1)과 동일하게 된다.
이상과 같이, 타겟 영역(170)의 주위에 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153)이 다양한 형태로 배치되는 경우에 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153)에 대해 검출된 제1, 제2 및 제3 측정 스펙트럼(S1,S2,S3)과, 타겟 영역(170)에 대한 제1, 제2 및 제3 측정 영역(151,152,153)의 상대적인 위치 정보들을 통해 측정하고자 하는 특정 위치에 있는 타겟 영역(170)에 대한 타겟 스펙트럼(ST)을 계산할 수 있다. 한편, 이상에서는 3개의 측정 영역들(151,152,153)이 2차원적으로 배열된 상태를 예시적으로 설명하였으나, 이외에도 4개 이상의 측정 영역들이 2차원적으로 배열된 경우에도 얼마든지 타겟 영역(170)에 대한 타겟 스펙트럼(ST)을 계산할 수 있다. 이상과 같이, 측정 영역들(151,152,153)이 시간에 따라 그 위치가 변동되는 경우에도 측정 영역들(151,152,153)에 대한 위치 정보들을 이용하여 위치 변동을 보상함으로써 측정하고자 하는 특정 위치에 있는 타겟 영역(170)에 대한 타겟 스펙트럼(sT)을 계산할 수 있다.
도 4를 참조하면, 정보처리 유닛(120)에 의해 계산된 타겟 스펙트럼(ST)을 분석하면 타겟 영역(170)에서의 대상물(50)의 성분(analyte)을 분석할 수 있다(205). 즉, 측정영역들(151,152,153)에 대한 측정 스펙트럼들(S1,S2,S3)과, 타겟 영역(170)에 대한 측정 영역들(151,152,153)의 상대적인 위치 정보를 선형적으로 조합함으로써 계산된 타겟 스펙트럼(ST)은 특정 시점에서 측정하고자 하는 특정 위치에 있는 대상물(50)의 성분을 분석하는데 사용될 수 있다.
이상과 같은 실시예에 따르면, 대상물의 서로 다른 위치에 있는 측정 영역들에 대해 검출된 측정 스펙트럼들과 측정 영역들의 위치 정보를 이용하여 타겟 영역에 대한 타겟 스펙트럼을 유추할 수 있다. 따라서, 대상물의 측정 영역들이 시간에 따라 그 위치들이 변하는 경우에도 그 위치 변동을 보상함으로써 측정하고자 하는 특정 위치에 있는 타겟 영역에 대한 타겟 스펙트럼을 얻을 수 있다. 따라서, 대상물이 예를 들어 인체의 피부인 경우, 인체의 피부가 움직임에 따라 측정 영역들은 그 위치가 변화할 수 있지만, 측정 영역들에 대해 측정된 혈당 스펙트럼들과 측정 영역들의 변위정보들을 선형적으로 조합함으로써 측정하고자 하는 특정 위치에서의 혈당 스펙트럼을 실시간으로 계산할 수 있다.
50.. 대상물 100.. 분광 시스템
110a.. 가상 어퍼쳐
111,112,113.. 제1, 제2, 제3 측정 유닛
111a,112a,113a.. 제1, 제2, 제3 어퍼쳐
120.. 정보처리 유닛
131,132,133.. 제1, 제2, 제3 변위 센서
151,152,153.. 제1, 제2, 제3 측정 영역
170.. 타겟 영역

Claims (20)

  1. 대상물(object)의 서로 다른 위치에 마련된 복수의 측정 영역에 대한 측정 스펙트럼들을 획득하는 복수의 측정 유닛; 및
    상기 측정 유닛들로부터 얻어진 측정 스펙트럼들과 상기 측정 영역들의 위치정보들을 이용하여 원하는 타겟 영역에 대한 타겟 스펙트럼을 획득하는 정보처리 유닛(information processing unit);을 포함하고,
    상기 대상물의 움직임에 따라 상기 타겟 영역에 대한 상기 측정 영역들 중 적어도 하나의 상대적인 위치는 시간에 따라 변화하며,
    상기 정보처리 유닛은 상기 타겟 영역에 대한 상기 측정 영역들의 상대적인 위치정보들을 토대로 한 가중치를 이용하여 상기 측정 스펙트럼들을 선형적으로 조합함으로써 상기 타겟 스펙트럼을 계산하는 분광 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 분광 시스템은 상기 측정 영역들의 변위(displacement)를 측정할 수 있는 적어도 하나의 변위 센서를 더 포함하는 분광 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서
    상기 측정 영역들 각각은 상기 대상물의 표면에서 소정 깊이까지 형성된 3차원 영역을 포함하는 분광 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 측정 영역들은 2차원적으로 배열된 적어도 3개의 측정 영역을 포함하는 분광 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 측정 영역들은 서로 이격되도록 마련되거나 또는 서로 그 일부가 중첩되도록 마련되는 분광 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 측정 유닛들은 상기 측정 영역들에 대한 상기 측정 스펙트럼들을 동시에 또는 순차적으로 측정하는 분광 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 유닛들은 라만 분광법 또는 근적외선 분광법을 이용하여 상기 측정 스펙트럼을 측정하는 분광 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 유닛들 각각은 상기 대상물의 표면에 인접하게 마련되는 것으로, 상기 대상물의 측정영역으로부터 나오는 광신호를 수용하는 어퍼쳐(aperture) 및 상기 어퍼처를 통해 광을 상기 대상물에 출사하는 광원을 포함하는 분광 시스템.
  11. 대상물(object)의 복수의 측정 영역에 대응하여 마련되는 복수의 측정 유닛및 정보처리 유닛을 포함하는 분광 시스템을 이용한 분광 방법에 있어서,
    상기 복수의 측정 유닛이 상기 복수의 측정 영역에 대한 측정 스펙트럼들을 획득하는 단계;
    상기 측정 영역들의 위치정보들을 획득하는 단계; 및
    상기 정보처리 유닛이 상기 측정 유닛들로부터 얻어진 측정 스펙트럼들과 상기 측정 영역들의 위치정보들을 이용하여 원하는 타겟 영역에 대한 타겟 스펙트럼을 획득하는 단계;를 포함하고,
    상기 대상물의 움직임에 따라 상기 타겟 영역에 대한 상기 측정 영역들 중 적어도 하나의 상대적인 위치는 시간에 따라 변화하며,
    상기 정보처리 유닛은 상기 타겟 영역에 대한 상기 측정 영역들의 상대적인 위치정보들을 토대로 한 가중치를 이용하여 상기 측정 스펙트럼들을 선형적으로 조합함으로써 상기 타겟 스펙트럼을 계산하는 분광 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 타겟 스펙트럼으로부터 상기 타겟 영역에 위치하는 상기 대상물의 성분(analyte)을 분석하는 단계를 더 포함하는 분광 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 측정 영역들의 위치정보들은 적어도 하나의 변위 센서에 의해 얻어지는 분광 방법.
  16. 제 11 항에 있어서
    상기 측정 영역들 각각은 상기 대상물의 표면에서 소정 깊이까지 형성된 3차원 영역을 포함하는 분광 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 측정 영역들은 2차원적으로 배열된 적어도 3개의 측정 영역을 포함하는 분광 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 측정 영역들은 서로 이격되도록 마련되거나 또는 서로 그 일부가 중첩되도록 마련되는 분광 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 측정 유닛들은 상기 측정 영역들에 대한 상기 측정 스펙트럼들을 동시에 또는 순차적으로 측정하는 분광 방법.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 측정 유닛들은 라만 분광법 또는 근적외선 분광법을 이용하여 상기 측정 스펙트럼들을 측정하는 분광 방법.
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