KR102333062B1 - Electromagnetic Wave based Non-Invasive Glucose Sensor and Sensing Method thereof - Google Patents
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Abstract
전자기파 기반의 비침습적인 방법을 사용하면서도 감도가 높은 글루코스 감지 센서 및 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 글루코스 감지 센서는 인체에 부착되는 메탈 패턴; 메탈 라인의 일측에 형성되어, 메탈 라인 측으로 전자기파를 인가하는 입력 라인; 및 메탈 라인의 타측에 형성되어, 메탈 라인을 거친 전자기파를 수신하는 출력 라인;을 포함한다.
이에 의해, 링 형상의 공진기 패턴을 이용하여, 전자기파 기반의 비침습적인 방법을 사용하면서도 높은 감도로 글루코스 농도를 감지할 수 있게 된다.A glucose sensing sensor and method with high sensitivity while using an electromagnetic wave-based non-invasive method are provided. A glucose sensor according to an embodiment of the present invention includes a metal pattern attached to the human body; an input line formed on one side of the metal line to apply an electromagnetic wave toward the metal line; and an output line formed on the other side of the metal line to receive the electromagnetic wave passing through the metal line.
Accordingly, using a ring-shaped resonator pattern, it is possible to sense the glucose concentration with high sensitivity while using an electromagnetic wave-based non-invasive method.
Description
본 발명은 센서 설계 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 당뇨와 연관된 글루코스 농도를 비침습적 방법으로 감지하는 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a sensor design technology, and more particularly, to a sensor for detecting a glucose concentration associated with diabetes in a non-invasive manner.
당뇨 환자들이 주로 사용하고 있는 기존의 글루코스 농도 측정 기기는 거의 대부분이 체혈을 통해 이루어지는 침습적인 방법을 채택하고 있는데, 환자들의 거부감과 불편함이 상당하다.Existing glucose concentration measurement devices mainly used by diabetic patients adopt an invasive method that is performed through body blood in most cases.
이에 따라, 비침습적인 방법으로 글루코스 농도를 측정하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있는데, 초음파 방식, 전자기 방식 등이 이들에 해당한다.Accordingly, various attempts have been made to measure the glucose concentration in a non-invasive manner, and the ultrasonic method, the electromagnetic method, and the like correspond to these.
전자기 방식은 전자파를 사용하여 피부에 존재하는 글루코스 농도에 따른 유전율의 변화가 주파수에 반응하는 정도가 변하는 특성을 이용하는 방식인데, 현재 측정 농도에 비해 민감도가 많이 떨어져 사용하지 못하고 있는 실정이다.The electromagnetic method is a method that uses electromagnetic waves to change the degree of response to a frequency in response to a change in permittivity according to the concentration of glucose present in the skin, but the sensitivity is much lower than that of the current measured concentration, so it cannot be used.
이에, 전자기파 기반 비침습 글루코스 감지 센서의 민감도를 향상시키기 위한 방안의 모색이 요청된다.Accordingly, there is a demand for a method for improving the sensitivity of the electromagnetic wave-based non-invasive glucose detection sensor.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 전자기파 기반의 비침습적인 방법을 사용하면서도 감도가 높은 글루코스 감지 센서 및 방법을 제공함에 있다.The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a glucose sensor and method with high sensitivity while using an electromagnetic wave-based non-invasive method.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 글루코스 감지 센서는 인체에 부착되는 메탈 패턴; 메탈 라인의 일측에 형성되어, 메탈 라인 측으로 전자기파를 인가하는 입력 라인; 및 메탈 라인의 타측에 형성되어, 메탈 라인을 거친 전자기파를 수신하는 출력 라인;을 포함한다. According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, the glucose sensor includes a metal pattern attached to the human body; an input line formed on one side of the metal line to apply an electromagnetic wave toward the metal line; and an output line formed on the other side of the metal line to receive the electromagnetic wave passing through the metal line.
메탈 패턴은, 링 형상의 패턴일 수 있다. The metal pattern may be a ring-shaped pattern.
입력 라인은, 메탈 패턴의 일측에 정해진 간격으로 대향하도록, 양측으로 일정 길이 만큼씩 연장되어 있고, 출력 라인은, 메탈 패턴의 타측에 정해진 간격으로 대향하도록, 양측으로 일정 길이 만큼씩 연장되어 있을 수 있다. The input line may extend by a predetermined length on both sides to face one side of the metal pattern at a predetermined interval, and the output line may extend by a predetermined length on both sides to face the other side of the metal pattern at a predetermined interval have.
메탈 패턴의 공진 주파수는, 링의 길이에 따라 결정될 수 있다. The resonant frequency of the metal pattern may be determined according to the length of the ring.
메탈 패턴에서는, 글루코스 농도에 따라 변화되는 인체 내 혈액의 유전율로 인해, 공진 주파수 변화가 유발될 수 있다. In the metal pattern, a resonant frequency change may be induced due to the dielectric constant of blood in the human body that is changed according to the glucose concentration.
메탈 패턴에서는, 기본 공진 주파수와 하모닉들의 주파수들의 변화가 유발될 수 있다. In the metal pattern, changes in the fundamental resonance frequency and frequencies of harmonics may be induced.
본 발명에 따른 글루코스 감지 센서는 전자기파의 주파수를 스윕시키면서 측정한 메탈 패턴의 공진 주파수 변화를 통해, 글루코스 농도를 측정하는 측정기;를 더 포함할 수 있다. The glucose sensor according to the present invention may further include a measuring device that measures the glucose concentration through a change in the resonance frequency of the metal pattern measured while sweeping the frequency of the electromagnetic wave.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 인체에 부착되는 메탈 패턴의 일측에 형성되어 입력 라인을 통해, 메탈 라인 측으로 전자기파를 인가하는 단계; 메탈 라인의 타측에 형성된 출력 라인을 통해, 메탈 라인을 거친 전자기파를 수신하는 단계; 및수신한 전자기파의 공진 주파수 변화를 통해, 글루코스 농도를 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 글루코스 감지 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, the method comprising: applying an electromagnetic wave formed on one side of a metal pattern attached to the human body to the metal line through an input line; Receiving the electromagnetic wave passing through the metal line through the output line formed on the other side of the metal line; and measuring a glucose concentration through a change in the resonance frequency of the received electromagnetic wave.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 링 형상의 공진기 패턴을 이용하여, 전자기파 기반의 비침습적인 방법을 사용하면서도 높은 감도로 글루코스 농도를 감지할 수 있게 된다.As described above, according to embodiments of the present invention, it is possible to detect a glucose concentration with high sensitivity while using an electromagnetic wave-based non-invasive method using a ring-shaped resonator pattern.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 글루코스 감지 센서의 구조를 나타낸 도면,
도 2는 컴퓨터 시물레이션된 링 타입 공진기의 주파수 특성을 나타낸 그래프, 그리고,
도 3은 글루코스 농도의 변화(100-400mg/dl)에 따른 공진 주파수들의 변화를 나타낸 그래프이다.1 is a view showing the structure of a glucose sensor according to an embodiment of the present invention;
2 is a graph showing the frequency characteristics of a computer-simulated ring-type resonator, and,
3 is a graph showing changes in resonant frequencies according to changes in glucose concentration (100-400 mg/dl).
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
본 발명의 실시예에서는, 전자기파 기반 비침습적 글루코스 감지 센서를 제시한다.In an embodiment of the present invention, an electromagnetic wave-based non-invasive glucose detection sensor is provided.
본 발명의 실시예에 따른 글루코스 감지 센서는, 당뇨와 연관된 글루코스 농도를 비침습적인 방법으로 감지하기 위한 센서로, 전자기파 기반의 글루코스 농도 센싱을 수행한다.A glucose sensor according to an embodiment of the present invention is a sensor for detecting a glucose concentration associated with diabetes in a non-invasive manner, and performs electromagnetic wave-based glucose concentration sensing.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 글루코스 감지 센서는, 링 타입의 공진기를 사용하여 기본 공진 주파수 외에 하모닉들의 주파수까지 이용하여 센싱을 수행함으로써, 감도를 향상시킬 수 있다.Specifically, the glucose sensor according to an embodiment of the present invention may improve sensitivity by performing sensing using a frequency of harmonics in addition to a fundamental resonance frequency using a ring-type resonator.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 글루코스 감지 센서의 구조를 나타낸 도면이다. 본 발명의 실시예에 따른 글루코스 감지 센서는. 도 1에 도시된 바와 같이, 입력 라인(110), 메탈 패턴(120) 및 출력 라인(130)을 포함하여 구성된다.1 is a view showing the structure of a glucose sensor according to an embodiment of the present invention. A glucose sensor according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1 , it is configured to include an
메탈 패턴(120)은 글루코스 농도 측정을 위해 혈관이 지나가는 인체에 부착되는 부분으로, 도시된 바와 같이 링(Ring) 형상의 패턴으로 구현된다. 메탈 패턴(120)은 링 타입의 공진기로 기능한다.The
입력 라인(110)은 메탈 패턴(120)의 일측에 형성되는 라인으로, 메탈 라인(120) 측으로 전자기파를 인가하는 입력단으로 기능한다.The
입력 라인(110)의 끝 단은, 도 1에 도시된 바와 같이, 메탈 패턴(120)의 일측에 정해진 간격으로 대향하도록, 상하 양측으로 일정 길이 만큼씩 연장되어 있다.As shown in FIG. 1 , the end of the
도 1에 도시된 바에 따르면, 입력 라인(110)의 연장 길이는 각각 4mm 이고, 입력 라인(110)과 메탈 패턴(120)의 간격은 0.2mm 인데, 이는 예시적인 것이다. 필요와 사양에 따라 이 길이들은 변경이 가능하다.As shown in FIG. 1 , the extended length of the
출력 라인(130)은 메탈 패턴(120)의 타측에 형성되는 라인으로, 메탈 라인(120)을 거친 전자기파를 수신하여, 글루코스 농도를 계산하기 위한 계측기(미도시)로 전달하는 출력단으로 기능하다.The
입력 라인(110)과 마찬가지로, 출력 라인(130)의 끝 단도, 도 1에 도시된 바와 같이, 메탈 패턴(120)의 일측에 정해진 간격으로 대향하도록, 상하 양측으로 일정 길이 만큼씩 연장되어 있다.Like the
도 1에 도시된 바에 따르면, 입력 라인(110)과 마찬가지로, 출력 라인(130)의 연장 길이도 각각 4mm 이고, 출력 라인(130)과 메탈 패턴(120)의 간격도 0.2mm 인데, 이 역시 예시적인 것에 불과하다. 필요와 사양에 따라 이 길이들은 변경이 가능하다.As shown in FIG. 1 , like the
링 타입의 공진기로 기능하는 메탈 패턴(120)의 공진 주파수는 링의 길이에 따라 결정된다. 메탈 패턴(120)의 링 길이는 공진 주파수의 lamda/2의 길이로 제작한다.The resonant frequency of the
한편, 메탈 패턴(120)은 기본 공진 주파수 외에 n차 하모닉 주파수에서까지 공진하는 특성을 가지고 있다. 도 2에서는 메탈 패턴(120)에 의한 링 공진기의 공진 주파수가 n차 하모닉에서까지 발생하고 있음을 보여준다. 도 2는 컴퓨터 시물레이션된 링 타입 공진기의 주파수 특성을 나타낸 그래프이다.Meanwhile, the
또한, 링 타입 공진기는 링 주변 물질의 특성에 따라서 electrical length가 변화하며, 이로 인해 공진 주파수가 변화하는 특성을 가지고 있다.In addition, the ring-type resonator has a characteristic that the electrical length changes according to the characteristics of the material around the ring, which causes the resonance frequency to change.
글루코스 농도에 따라서 유전율의 특성이 달라지게 되며 센서 부분이 피부에 가깝게 부착되는 경우 공진기 주변에 전자기파가 유전율의 변화에 따라서 그 속도가 변화하게 되며 이는 공진 주파수의 변화를 가져오게 된다.The characteristics of the dielectric constant vary according to the concentration of glucose, and when the sensor part is attached close to the skin, the speed of electromagnetic waves around the resonator changes according to the change in dielectric constant, which causes a change in the resonance frequency.
그리고, 이 공진 주파수 변화는 기본 공진 주파수는 물론 n차 하모닉들에 대해서도 주파수 변화가 n배 증가하여 나타나게 된다.In addition, the resonance frequency change appears by increasing the frequency change n times not only for the fundamental resonance frequency but also for the nth harmonics.
따라서, 글루코스 농도에 따라 변화되는 인체 내 혈액의 유전율로 인해, 본 발명의 실시예에 따른 글루코스 감지 센서의 메탈 패턴(120)에서 전자기파의 진행 속도가 변화된다.Therefore, due to the dielectric constant of blood in the human body that is changed according to the glucose concentration, the propagation speed of electromagnetic waves in the
그리고, 전자기파의 진행 속도 변화는 메탈 패턴(120)의 공진 주파수 변화와 하모닉들의 주파수 변화를 유발한다. 도 3의 그래프에는 글루코스 농도의 변화(100-400mg/dl)에 따른 공진 주파수들의 변화를 나타내었다.In addition, a change in the propagation speed of the electromagnetic wave causes a change in the resonance frequency of the
본 발명의 다른 실시예에 따른 글루코스 감지 장치는, 전자기파의 주파수를 스윕시키면서 입력 라인(110)을 통해 인체에 부착된 메탈 패턴(120)으로 인가하고, 메탈 패턴(120)에서 하모닉의 공진 주파수들까지 변경된 전자기파를 출력 라인(130)을 통해 계측기로 인가한다. 그러면, 계측기는 메탈 패턴(120)에서의 공진 주파수 변화를 통해, 글루코스 농도를 측정한다.A glucose sensing device according to another embodiment of the present invention applies the frequency of electromagnetic waves to the
하모닉들의 공진 주파수 변화까지 참조한다는 점에서, 본 발명의 실시예에 따른 글루코스 감지 센서/장치는 높은 감도로 글루코스 농도를 측정할 수 있다.Since the change in the resonance frequency of harmonics is also referred to, the glucose sensor/device according to the embodiment of the present invention can measure the glucose concentration with high sensitivity.
지금까지, 전자기파 기반 비침습 글루코스 감지 센서 및 방법에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.So far, a preferred embodiment of the electromagnetic wave-based non-invasive glucose sensing sensor and method has been described in detail.
본 발명의 실시예에서는, 링 형상의 공진기 패턴을 이용하여, 전자기파 기반의 비침습적인 방법을 사용하면서도 높은 감도로 글루코스 농도를 감지할 수 있게 하였다.In an embodiment of the present invention, a glucose concentration can be detected with high sensitivity while using an electromagnetic wave-based non-invasive method by using a ring-shaped resonator pattern.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.In addition, although preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the technical field to which the present invention belongs without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims Various modifications are possible by those of ordinary skill in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or prospect of the present invention.
110 : 입력 라인
120 : 메탈 패턴
130 : 출력 라인110: input line
120: metal pattern
130: output line
Claims (8)
메탈 라인의 일측에 형성되어, 메탈 라인 측으로 전자기파를 인가하는 입력 라인; 및
메탈 라인의 타측에 형성되어, 메탈 라인을 거친 전자기파를 수신하는 출력 라인;을 포함하고,
메탈 패턴은,
닫혀 있는 링 형상의 패턴이며,
입력 라인은,
메탈 패턴의 일측에 정해진 간격 만큼 이격되어 있고,
출력 라인은,
메탈 패턴의 타측에 정해진 간격 만큼 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 글루코스 감지 센서.
a metal pattern attached to the human body;
an input line formed on one side of the metal line to apply an electromagnetic wave toward the metal line; and
an output line formed on the other side of the metal line to receive the electromagnetic wave passing through the metal line;
metal pattern,
It is a closed ring-shaped pattern,
The input line is
It is spaced apart by a predetermined interval on one side of the metal pattern,
The output line is
Glucose sensor, characterized in that spaced apart by a predetermined interval on the other side of the metal pattern.
입력 라인은,
메탈 패턴의 일측에 정해진 간격으로 대향하도록, 양측으로 일정 길이 만큼씩 연장되어 있고,
출력 라인은,
메탈 패턴의 타측에 정해진 간격으로 대향하도록, 양측으로 일정 길이 만큼씩 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 글루코스 감지 센서.
The method according to claim 1,
The input line is
It extends by a predetermined length on both sides to face one side of the metal pattern at a predetermined interval,
The output line is
Glucose sensor, characterized in that extending by a predetermined length on both sides so as to face the other side of the metal pattern at a predetermined interval.
메탈 패턴의 공진 주파수는,
링의 길이에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 글루코스 감지 센서.
The method according to claim 1,
The resonance frequency of the metal pattern is
Glucose sensor, characterized in that determined according to the length of the ring.
메탈 패턴에서는,
글루코스 농도에 따라 변화되는 인체 내 혈액의 유전율로 인해, 공진 주파수 변화가 유발되는 것을 특징으로 하는 글루코스 감지 센서.
5. The method according to claim 4,
In the metal pattern,
A glucose sensor, characterized in that the resonance frequency change is induced due to the dielectric constant of blood in the human body that is changed according to the glucose concentration.
메탈 패턴에서는,
기본 공진 주파수와 하모닉들의 주파수들의 변화가 유발되는 것을 특징으로 하는 글루코스 감지 센서.
6. The method of claim 5,
In the metal pattern,
A glucose sensor, characterized in that a change in frequencies of the fundamental resonance frequency and harmonics is induced.
전자기파의 주파수를 스윕시키면서 측정한 메탈 패턴의 공진 주파수 변화를 통해, 글루코스 농도를 측정하는 측정기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 글루코스 감지 센서.
6. The method of claim 5,
A glucose sensor further comprising a; measuring device for measuring the glucose concentration through a change in the resonance frequency of the metal pattern measured while sweeping the frequency of the electromagnetic wave.
메탈 라인의 타측에 형성된 출력 라인을 통해, 메탈 라인을 거친 전자기파를 수신하는 단계; 및
수신한 전자기파의 공진 주파수 변화를 통해, 글루코스 농도를 측정하는 단계;를 포함하고,
메탈 패턴은,
닫혀 있는 링 형상의 패턴이며,
입력 라인은,
메탈 패턴의 일측에 정해진 간격 만큼 이격되어 있고,
출력 라인은,
메탈 패턴의 타측에 정해진 간격 만큼 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 글루코스 감지 방법.
Formed on one side of the metal pattern attached to the human body, through the input line, applying an electromagnetic wave to the metal line side;
Receiving the electromagnetic wave passing through the metal line through the output line formed on the other side of the metal line; and
Including; measuring the glucose concentration through a change in the resonance frequency of the received electromagnetic wave;
metal pattern,
It is a closed ring-shaped pattern,
The input line is
It is spaced apart by a predetermined interval on one side of the metal pattern,
The output line is
Glucose sensing method, characterized in that spaced apart by a predetermined interval on the other side of the metal pattern.
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |