KR102339446B1 - 전혈용 so2 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 산소 농도계 센서 시스템은 발광 모듈, 광 검출기 및 큐벳 조립체를 포함하며, 발광 모듈은 광원 그룹 및 광원 하우징을 구비하고, 광원 그룹은 적어도 제1가시광 LED, 제2가시광 LED 및 적외선 LED를 적어도 포함하는 다수의 LED를 가지며, 광원 하우징은 베이스, 하나 이상의 측벽 및 발광 단부를 갖고 절두체 형상으로 구성되며, 광원 그룹은 베이스에 인접하는 한편 발광 단부 쪽을 향하도록 배치되고, 하나 이상의 측벽은 그 위에 반사 코팅을 가지며, 광 검출기는 광원 하우징의 발광 단부로부터 이격되는 한편, 발광 단부에 대향 배치되고, 큐벳 조립체는 광원 하우징의 발광 단부와 광 검출기의 사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

전혈용 SO2 센서 {WHOLE BLOOD SO2 SENSOR}
본 발명은 일반적으로 산소 포화도 측정 센서에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 전혈에 사용하기 위한 산소 포화도 측정 센서에 관한 것이다.
산소는 헤모글로빈 분자에 부착되어 혈액에서 운반된다. 산소 포화도는 혈액이 운반할 수 있는 최대 산소량을 백분율로 표시한 산소량의 척도이다. 한개의 헤모글로빈 분자는 최대 4개의 산소 분자를 운반할 수 있다.
즉, 산소 포화도는 혈액 내의 총 헤모글로빈(불포화 + 포화)에 대한 산소 포화 헤모글로빈의 비율을 나타내는 용어이다. 인체는 혈액 내 산소에 대해 매우 정확하고 구체적인 균형을 요구하고 이를 조절한다. 정상적인 사람의 동맥혈 산소 농도는 95 내지 100%로 간주되는데, 이 수치가 90% 미만일 경우에는 저혈압을 초래하는 것으로 간주된다. 동맥혈 산소 농도가 80% 미만일 경우에는, 뇌 및 심장과 같은 장기 기능의 저하를 초래할 수 있으며, 낮은 산소 농도가 지속될 경우 호흡기 정지 또는 심장의 정지로 이어질 수 있다.
산소 포화도는 상이한 조직에서 측정될 수 있다. 정맥 산소 포화도(SvO2)는 신체가 얼마나 많은 산소를 소비하는 지를 파악하기 위해 측정된다. 임상적 치료에서, 60% 미만의 SvO2는 신체가 산소 부족 상태임을 나타내는 한편, 허혈성 질환(ischemic disease)이 발생함을 나타낸다. 이러한 측정은 종종 심장-폐 기관의 치료(체외 순환)시 사용되며, 이에 의해 체외 순환사로 하여금 환자가 건강을 유지하는 데 얼마나 많은 양의 유동이 필요한 지에 대해 알 수 있게 해 준다. 조직 산소 포화도(StO2)는 근적외선 분광법으로 측정할 수 있다. 이러한 측정은 아직 광범위하게 논의되고 있으나, 다양한 조건에서 조직의 산소화에 대한 아이디어를 제공하고 있다. 말초 모세 혈관 산소 포화도(SpO2)는 일반적으로 펄스 산소 농도계(pulse oximeter device)로 측정한 산소 포화도의 추정치이다.
헤모글로빈 산소 포화도의 결정은 혈액 샘플이 환자로부터 추출되어 분석을 위해 실험실로 보내지는 생체 내(in-vivo) 기술을 포함한다. 펄스 산소 농도계는 혈액 헤모글로빈 산소 포화도의 생체 내 결정에는 사용되었으나, 헤모글로빈의 집중화에 대한 정보 제공에는 사용되지 않았다. 이러한 산소 농도계로 얻은 결과는 종종 정맥혈, 조직, 뼈, 주변의 빛 또는 환자의 동작에 의한 간섭으로 인해 바람직하지 않은 영향을 받는다.
혈액 헤모글로빈 산소 포화도의 결정에 사용되는 분광 사진 기술은 혈액 샘플에서 이질성 헤모글로빈(dyshemoglobin)의 존재로 인해 야기되는 측정 오차의 영향을 받을 수 있다. 메트 헤모글로빈 및 카복시 헤모글로빈과 같은 이질성 헤모글로빈은 산소를 운반할 수 없는 반면, 분광 흡수의 특성을 갖고 있는데, 이러한 분광 흡수는 사용된 입사광의 파장에 따라 옥시 헤모글로빈의 흡광도(absorbance)를 간섭한다.
당업자는 통상적으로, 전혈의 확산 특성으로 인해, 혈액 헤모글로빈 산소 포화도 및 비용혈성 전혈(non-hemolyzed whole blood)의 헤모글로빈 집중화에 대한 분광 광도계 측정이 어렵고 임상적 정확성을 달성할 수 없다고 여기고 있다.
실제로, 전형적인 COOx 분석기의 경우 전혈의 분광 분석에서 겪게 되는 문제점들 때문에 전혈 대신 용해 혈액을 사용한다. 용해 혈액의 측정은 상대적으로 간단한데, 그 이유는 용해 과정에서 적혈구를 용해시켜 혈액을 거의 비확산 매체로 전환시키기 때문이다. 흡광도는 산란으로 인한 빛의 손실이 거의 없는 큐벳을 통과하는 단순한 콜리메이트 빔(collimated beam)으로 측정된다. 산란으로 인한 빛의 손실이 적기 때문에, 직선적인 선형 분석을 사용하여 샘플의 산소 포화도를 찾아낼 수 있다.
전혈의 강력한 광학적 산란으로 인해, 전혈의 샘플을 사용하여 산소 포화도를 측정하는 것은 매우 도전적인 과제이다. 이와 관련하여 발생하는 문제점들은 주로 용해 혈액과 비교하여 전혈의 증가된 광 산란도를 다루는 것과 관련이 있다. 여기서는 광 손실과 함께 비선형 흡광도를 측정에 도입한다.
전혈과 같은 확산 샘플의 광학 흡광도 측정은 독특한 문제점을 제시한다. 전혈 샘플의 확산 투과율은 광원의 전형적인 불균일성에 의해 야기되는 측정 시스템의 초기 공간 광 분포를 뒤죽박죽으로 만든다. 따라서, "블랭크(blank)" 스캔의 공간 광 분포는 전혈 샘플 스캔의 것과 상당히 상이할 수 있다. 광 검출기는 공간적으로 변화하는 응답을 가지므로, 전체적인 강도가 변화하지 않더라도 입사광의 공간 분포 변화로 인해 응답이 달라질 수 있다. 블랭크 스캔에 대한 전혈 샘플 스캔의 비율에 기초한 흡광도 스캔은, 샘플 자체로 인한 흡광도에 더하여 광원의 이러한 불균일성으로 인해 상당한 흡광도 성분을 갖는다. 이로 인해 전혈 샘플 흡광도에 대한 심각한 측정 오류를 초래하는데, 이는 산소 포화도에 용납될 수 없다.
현재 시중에 나와 있는 전혈에 대한 분광 광도계 측정에 사용되는 산소 포화도 센서는 전형적으로 2 파장(660nm 및 880nm)식 반사 센서이다. 이러한 2 파장식 반사 센서는 한쪽 센서에서 다른쪽 센서로 갈수록 상대적으로 커지는 기울기 및 오프셋 변화를 갖는 한편, 이러한 유형의 센서들에 대한 일반적인 습성을 나타내는 기울기 및 오프셋 변화를 갖는다. 또한, 이러한 유형의 센서들 간의 상관 계수인 r 값도 상대적으로 낮다.
본 발명의 목적은 유닛 대 유닛의 기울기 및 오프셋 변화를 현저하게 감소시킬 수 있는 전혈용 산소 포화도 센서를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 센서들 사이의 상관 계수인 r 값을 현저하게 증가시킬 수 있는 전혈용 산소 포화도 센서를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 현재 시중에 나와 있는 2 파장식 반사 센서와 거의 동일하거나 또는 그보다 더 적은 비용이 드는 전혈용 산소 포화도 센서를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 전혈의 측정시 SO2 센서들 사이의 정밀도를 향상시키는 것이다.
본 발명의 목적은, 광학 경로를 따라 광을 제공하는 발광 모듈, 광학 경로 내에 배치된 광 검출기, 및 발광 모듈과 광 검출기의 사이에 배치된 큐벳 조립체(cuvette assembly)를 포함하는 산소 농도계 센서 시스템(oximeter sensor system)의 제공에 의해 달성된다
본 발명의 일실시예에서, 발광 모듈은 적어도 하나의 제1가시광 LED(저파장 대역), 제2가시광 LED(고파장 대역) 및 적외선 LED를 포함하는 다수의 LED를 구비한 광원 그룹을 포함한다. 적외선 필터는 제1 및 제2가시광 LED 만의 앞쪽에 배치되어 가시광 LED들로부터 나온 임의의 적외선 파장 광을 필터링함으로써, 적외선 LED로부터 나온 적외선 파장 대역에 대한 영향을 회피하도록 구성된다. 많은 유형의 가시광 대역 LED들은 기생식 적외선 방사의 특성을 갖는데, 이러한 특성은 본 적용에서 제거해야 할 대상이다. 가시광 대역 LED가 이러한 기생식 적외선 방사의 특성을 갖지 않을 경우에는, 해당 LED에 필터가 필요하지 않다. 다수의 LED 및 적외선 필터는 광원 하우징 내에 배치된다. 광원 하우징은 베이스, 하나 이상의 측벽 및 발광 단부를 갖는다. 광원 하우징은 절두체 형상을 가지며, 광원 그룹은 베이스에 인접하는 한편 발광 단부 쪽을 향하도록 배치된다. 하나 이상의 측벽은 그 위에 반사 코팅을 구비하며, 이에 의해 광학 경로를 생성하는 발광 단부 쪽으로 광을 반사하도록 구성된다.
본 발명의 일실시예에서, 광원 그룹과 큐벳 조립체 사이의 광학 경로에 광 확산기가 배치된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 발광 모듈은 적외선 LED의 전방에 배치된 가시광 필터를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 제1가시광 LED는 저파장 가시광 범위를 갖고, 제2가시광 LED는 고파장 가시광 범위를 가지며, 적외선 LED는 근적외선 파장 범위를 갖는다.
본 발명의 일실시예에서, 저파장 가시광 범위는 약 593 nm 이상 및 약 620 nm 이하의 파장 범위를 갖고, 고파장 가시광 범위는 약 634 nm 이상 및 약 670 nm 이하의 파장 범위를 가지며, 적외선 LED는 940 nm 내지 960 nm의 파장 범위를 갖는 한편 950 nm의 공칭 파장을 갖는다.
광원 하우징의 일실시예에서, 절두체 형상은 원추형, 피라미드형 또는 다변형(multi-lateral shape) 중 하나로 구성된다.
본 발명의 일실시예에서, 큐벳 조립체는 약 0.009 인치(0.23 ㎜)의 공칭 경로 길이를 갖는 큐벳을 구비한 큐벳 모듈을 포함한다.
다른 실시예에서, 산소 농도계 센서 시스템은 적어도 하나의 메모리 모듈, 프로세스 모듈, 변환기 모듈, 및 흡광도 값을 산소 포화도 백분율(%)로 매핑하는 수학적 매핑기를 포함하는데, 이때 매핑기는 메모리 모듈이나 또는 프로세스 모듈에 상주하며, 변환기 모듈로부터 수신된 디지털 신호를 측정값으로 변환한다. 측정값은 큐벳 내에 배치되어 측정되는 샘플의 산소 포화도의 백분율에 비례한다.
본 발명의 일실시예에서, 수학적 매핑기는 커널 기반(kernel-based) 함수이다.
본 발명의 일실시예에서, 커널 기반 함수는 잠재 구조에 대한 커널 기반의 직교 투영 함수이다.
본 발명의 일실시예에서, 수학적 매핑기는 흡광도 값을 산소 포화도 백분율(%)로 매핑하는데, 이는 큐벳의 소정의 공칭 경로 길이에 대해 공지된 백분율의 산소 포화도를 갖는 샘플의 다수의 흡광도 값으로부터 생성된다.
또 다른 실시예에서, 다수의 LED는 제1가시광 LED 및 제2가시광 LED의 파장 범위와는 상이한 파장 범위를 커버하는 하나 이상의 추가 가시광 LED를 포함한다. 추가 가시광 LED는 총 헤모글로빈을 보정하거나 및/또는 산란 효과 제거 및 카복시 헤모글로빈 간섭의 제거에 사용된다.
다른 실시예에서, 전혈에서 산소 포화도 백분율(%)을 측정할 수 있는 시스템에 사용하기 위한 산소 농도계 센서가 개시되어 있다. 센서는 발광 모듈 및 광 검출기를 포함한다. 발광 모듈은 다수의 LED를 갖는 광원 그룹, 적외선 필터링 기능이 없는 가시광 LED로 구성된 다수의 LED 중 일부의 전방에 배치되는 선택적인 적외선 필터, 가시광 필터링 기능이 없는 적외선 LED로 구성된 다수의 LED 중 일부의 전방에 배치되는 선택적인 가시광 필터, 및 베이스, 하나 이상의 측벽 및 발광 단부를 구비하며 절두체 형상으로 구성된 광원 하우징을 포함한다. 광원 그룹은 베이스에 인접하는 한편, 발광 단부 쪽을 향하도록 배치된다. 하나 이상의 측벽은 그 위에 반사 코팅을 갖는다.
산소 농도계 센서의 일실시예에서, 제1가시광 LED는 저파장 가시광 범위를 갖고, 제2가시광 LED는 고파장 가시광 범위를 가지며, 적외선 LED는 근적외선 파장 범위의 파장 영역을 갖는다.
산소 농도계 센서의 일실시예에서, 저파장 가시광 LED는 약 593 ~ 620nm의 범위를 갖고, 고파장 가시광 LED는 약 643 ~ 669nm의 범위를 가지며, 적외선 LED의 파장은 약 950 nm이다.
다른 실시예에서, SO2 센서에 사용하기 위한 발광 모듈이 개시된다. 발광 모듈은 제1가시광 LED, 제2가시광 LED, 및 제1가시광 LED와 제2가시광 LED에 인접한 적외선 LED로 구성된 다수의 LED를 갖는 광원 그룹, 및 베이스, 하나 이상의 측벽 및 발광 단부를 갖는 광원 하우징을 포함하며, 이때 광원 하우징은 절두체 형상을 갖고, 광원 그룹은 베이스에 인접하는 한편 발광 단부 쪽을 향하도록 배치되며, 하나 이상의 측벽은 그 위에 반사 코팅을 갖는다.
일실시예에서, 광학 흡광도를 사용하여 전혈 샘플에서 산소 포화도 백분율(%)을 측정하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 공지된 광학 경로 길이를 갖는 광학 경로를 구비한 큐벳 모듈을 통해 광을 투과시킴으로써 측정 범위 내 다수의 파장에 대한 투과광의 강도를 스캔하여 측정 및 기록하는 단계를 포함하고, 이때 큐벳 모듈은 투명 유체로 채워지며, 투과광의 강도 스캔에 사용된 투과광은 절두체 형상을 구성하는 하나 이상의 측벽을 갖는 광원 하우징에 배치된 광원 그룹으로부터 유래하며, 하나 이상의 측벽은 그 위에 반사 코팅을 갖고, 큐벳 모듈을 통과하는 투과광은 광 검출기에 의해 수용된다. 또한, 상기 방법은 큐벳 모듈을 통해 광을 2회 통과시킴으로써, 측정 범위 내 다수의 파장에 대한 투과광의 강도를 스캔하여 측정 및 기록하는 단계를 포함하고, 이때 큐벳 모듈은 전혈 샘플로 채워지며, 투명 유체 및 전혈 샘플의 각 측정 및 기록 단계는 큐벳 모듈을 통해 광을 투과시키기 전에 투과광을 확산시키는 단계, 및 그런 다음 투명 유체의 투과광 강도 스캔에 대한 전혈 샘플의 투과광 강도 스캔의 비율에 기초하여 측정 범위 내 다수의 파장에서 각 파장의 분광 흡수도를 결정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 컴퓨터 계산식 매핑 함수를 이용하여 측정 범위 내 다수의 파장에서 각 파장의 흡광도를 전혈 샘플의 산소 포화도 백분율(%) 값과 상관시키는 단계를 더 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 방법은 커널 기반 매핑 함수로 구성된 컴퓨터 계산식 매핑 함수를 선택하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 매핑 함수는 잠재 구조에 대한 커널 기반의 직교 투영 함수이다. 상기 방법은 산소 포화도 백분율(%) 값을 혈액 내 각각의 공지된 산소 포화도 백분율(%) 값으로 매핑하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따라, 유닛 대 유닛 기울기 및 오프셋 변화를 상당히 감소시키고, 센서들 사이의 상관 계수인 r 값을 상당히 증가시키며, 현재 시중에 나와 있는 2 파장 반사 센서와 거의 동일하거나 또는 그보다 더 적은 비용이 드는 전혈용 산소 포화도 측정 센서가 제공된다.
도 1은 산소 농도계 센서, 큐벳, 광 검출기 및 프로세서 모듈을 도시하는 본 발명의 일실시예의 정면 사시도이다.
도 2는 도 1의 실시예에 대한 배면 사시도이다.
도 3은 도 1의 실시예의 측면도로서, 산소 농도계 센서의 단면도를 도시한다.
도 4는 도 3에 도시된 산소 농도계 센서의 확대된 측면도로서, 광학 경로를 형성하는 다수의 LED로부터 나온 광선을 도시한다.
도 5는 도 3에 도시된 산소 농도계 센서의 평면도이다.
도 6은 도 3의 산소 농도계 센서의 단면도로서, LED, 적외선 필터 및 선택적 가시광 필터의 위치를 도시한다.
도 7은 도 3의 산소 농도계 센서의 광원 하우징의 후방 사시도로서, 적외선 필터 및 광 확산기를 도시한다.
도 8은 도 7에 도시된 광원 하우징의 배면도이다.
도 9는 도 7에 도시된 광원 하우징의 분해도이다.
도 10은 도 9에 도시된 광원 하우징의 배면도이다.
도 11은 도 10에 도시된 광원 하우징의 정면도이다.
도 12는 도 2 내지 5에 도시된 절두체 형상의 광원 하우징을 갖는 센서에 대한 상관 관계 플롯 및 데이터에 대한 그래프이다.
도 1 내지 도 12에 본 발명의 실시예들이 도시된다. 도 1은 산소 농도계 센서 서브 시스템(10)의 일실시예를 도시한다. 센서 서브 시스템(10)은 발광 모듈(20), 광 검출기(80), 및 발광 모듈(20)과 광 검출기(80)의 사이에 배치된 큐벳 조립체(100)를 포함한다. 센서 서브 시스템(10)은 선택적으로 프로세서 모듈(150)을 포함할 수 있거나, 또는 산소 농도계 센서 서브 시스템(10)이 일부 파트로 들어 있는 진단 시스템의 전자 회로에 프로세서 모듈(150)이 선택적으로 포함되게 할 수도 있다. 5번으로 표기된 선은 프로세서 모듈(150)이 산소 농도계 센서 서브 시스템(10)의 일부 파트일 수도 있고 아닐 수도 있다는 것을 나타내도록 포함된다. 프로세서 모듈(150)은 마이크로 프로세서 모듈(160) 및 메모리 모듈(170)을 포함하지만 이에만 한정되지는 않는다. 또한 선택적으로, 프로세서 모듈(150)은 변환기 모듈(180)을 포함할 수도 있고, 또는 변환기 모듈(180)이 산소 농도계 센서 서브 시스템(10)의 외부에 배치되게 할 수도 있다. 산소 농도계 센서 서브 시스템(10)은 광학 흡광도를 사용하여 전혈의 산소 포화도(SO2)를 측정하는데 사용된다.
도 1 및 도 2는 일실시예의 큐벳 조립체(100)의 전방 및 후방 사시도를 나타낸다. 큐벳 조립체(100)는 큐벳 기판(110) 및 큐벳 모듈(120)을 포함한다. 큐벳 기판(110)은 산소 농도계 센서 서브 시스템(10) 내에 큐벳 조립체(100)를 고정하기 위한 지지부를 제공하며, 광학 경로(21) 내에 배치되는 한편 발광 모듈(20)로부터 방출된 광선과 정렬되도록 구성된 큐벳 광학 경로 개구(112)를 포함한다. 큐벳 모듈(120)은 샘플 수용 리세스(135)(도시 생략), 샘플 유입구(122), 샘플 유출구(124), 전자 칩 어셈블리(126) 및 제1큐벳창(129)을 포함하는 제1큐벳부(130), 및 제1큐벳창(129)에 대향하는 한편 제1큐벳창과 정렬 배치된 제2큐벳창(142)을 갖는 제2큐벳부(140)를 포함하며, 이때 제1 및 제2큐벳창(129, 142)은 광학 경로(21)와 정렬되는 한편 광학 경로(21) 내에 배치된다. 제1큐벳부(130) 및 제2큐벳부(140)는 제1 및 제2큐벳부(130, 140)의 사이에 개스킷을 갖고 서로 결합되거나 또는 개스킷을 갖지 않고 서로 결합된다. 이러한 결합은 당 업계에 공지된 바와 같은 접착제, 초음파 기술, 용매 기반 기술 등의 모든 수단을 사용하여 달성될 수 있다. 조립시, 제1큐벳부(130) 및 제2큐벳부(140)는 샘플 유입구 및 유출구(122, 124)와 유체 연통하는 샘플 수용 챔버(102)(도시 생략)를 형성한다. 샘플 수용 챔버(102)의 제1큐벳창(129)과 제2큐벳창(142)의 사이의 거리에 의해 큐벳 광학 경로 길이가 규정되는데, 이는 전자 칩 조립체(126) 내에서 정확하게 측정되고 저장됨으로써 프로세서 모듈(150)에 의해 추후 인출되도록 구성된다. 본 발명에 따른 실시예에서 사용된 전형적인 광학 경로 길이는 0.009 인치(0.23 mm)이다.
도 3은 산소 농도계 센서 서브 시스템(10)의 측면도를 도시한다. 이 도면에서, 발광 모듈(20)의 단면은 발광 모듈(20)을 구성하는 다양한 구성 요소들을 도시한다. 발광 모듈(20)은 광원 그룹(30), 및 발광 단부(60)와 베이스(52)를 구비한 절두체 형상을 갖는 광원 하우징(50)을 포함한다. 광원 그룹(30)은 다수의 LED(32)를 포함한다. 특히, 본 실시예에서, 다수의 LED(32)는 3개의 LED, 즉 2개의 가시광 LED(34, 36) 및 적외선 LED(38)를 포함한다. 가시광 LED(34)는 약 593 nm 내지 약 620 nm 범위의 저파장 가시광 대역 LED이다. 저파장 가시광 대역용으로 사용할 수 있는 LED의 일례는 LED 부품 번호 Vishay TLCO5100이며, 비쉐이사(Vishay Intertechnology, Inc., 미국 Malvern, PA 소재)에서 구입 가능하다. 가시광 LED(36)는 약 634 nm 내지 약 669 nm 범위의 고파장 가시광 대역 LED이다. 660 nm 범위의 LED는 특정 파장 범위를 갖지 않지만 일반적으로 ± 15 nm의 범위를 갖는 것으로 알려져 있다. 고파장 가시광 대역용으로 사용 가능한 LED의 일례는 LED 부품 번호 Kingbright WP1503이며, 킹브라이트사(Kingbright, City of Industry, 미국 CA 소재)로부터 구입 가능하다. 적외선 LED(38)는 약 940 내지 960nm의 파장 범위를 가지며, 공칭 파장은 950nm이다. 넓은 범위의 근적외선 파장은 필요하지 않은데, 그 이유는 이러한 범위 내의 혈액 흡광도 스펙트럼의 평탄성으로 인해, 약 950nm 적외선 영역에서의 SO2 측정 민감도가 파장에 훨씬 덜 민감하기 때문이다. 통상적인 종래 기술의 산소 포화도 센서는 2개의 파장을 갖는 광을 사용하여 측정하나, 몇몇 새로운 유형에서는 종래의 2개의 파장에 더하여 측정 파장을 추가하여 %SO2 외에도 추가 매개 변수의 측정이 가능하도록 구성된다. 본 발명에서는 3개의 파장을 사용하되, %SO2 이외에 다른 혈액 파라미터를 측정하는 것을 목적으로 하지 않고, 총 헤모글로빈 보정 및/또는 직교 성분 제거(산란 효과 및 카복시 헤모글로빈 간섭)의 제공과 같이 %SO2의 정확도를 증가시키는 것을 목적으로 하며, 추가의 피분석물 매개변수의 측정에 대해서는 고려하지 않는다.
광원 하우징(50)은 반사 코팅(70)이 구비된 내표면(54a)을 갖는 하나 이상의 측벽(54)을 포함한다. 반사 코팅(70)은 하나 이상의 측벽(54)에 대해 위치하고 및/또는 부착되는 반사 금속 호일로 구성된 박막 위에 페인트 칠되거나 또는 스프레이되며, 또는 단순히 반사 금속 호일로 구성된 박막일 수 있다. 광원 하우징(50)의 절두체 형상은 원추형 또는 피라미드형일 수 있거나 또는 절두체 형상을 구성하도록 함께 조립되는 임의의 수의 측벽(54)(즉, 다변형)을 구비할 수도 있다. 광원 그룹(30)은 광원 기판(31)에 의해 지지되는 다수의 LED(32)를 구비하며, 이때 광원 하우징(50)의 다수의 LED(32)로부터 나온 광은 발광 단부(60)를 빠져나오는데, 발광 단부는 큐벳 조립체(100)의 제1 및 제2큐벳창(129, 142)과 정렬되도록 구성된다. 발광 모듈(20)로부터 큐벳 조립체(100)의 반대측에는 광 검출기(80)가 위치한다. 광 검출기(80)는 큐벳 조립체(100)의 제1 및 제2큐벳창(129, 142)과 정렬됨으로써, 큐벳 조립체(100)의 큐벳 모듈(120)을 통해 투과된 발광 모듈(20)로부터의 광을 수용하도록 구성된다. 발광 모듈(20)의 절두체 형상에 의해 광 검출기(80)로서 단일 포토다이오드의 사용이 가능하다는 점은 중요한 사항이기는 하나, 필수 조건은 아니다.
도 4는 발광 모듈(20)의 확대 단면도이다. 도 4는 다수의 LED(32)로부터 도출된 다수의 광선(200)이 어떻게 표현되는지를 도시한다. 반사 코팅(70) 및 광원 하우징(50)의 절두체 형상에 의해 다수의 광선(200)을 집중시킴으로써 발광 단부(60)로부터 방출하는데, 발광 단부는 하우징 베이스(52) 및 광원 그룹(30)보다 작도록 구성된다. 반사 코팅(70)과 더불어 광원 하우징의 형상에 의해, 전혈 샘플을 통해 광을 전송시 공간 광 분포의 혼합 및 균일성에 있어 추가적인 이점을 제공하도록 구성된다.
도 5는 발광 모듈(20)의 확대 평면도이다. 도시된 바와 같이, 적외선 필터(40)는 제1 및 제2가시광 LED(34, 36)의 전방에 위치한다. 적외선 광 LED(38)는 제1 및 제2가시광 LED에 인접 배치된다. 적외선 필터(40)는 제1 및 제2가시광 LED(34,36)로부터 방출된 적외선이 큐벳 모듈(120)로 전송되는 것을 방지함으로써, 적외선 광 LED(38)로부터 방출된 적외선 파장 만이 큐벳 모듈(120)을 통해 전송되도록 구성된다. 광 확산기(90)는 발광 모듈(20)의 발광 단부(60)에 배치되거나, 또는 발광 단부(60)에 인접 배치된다. 광 확산기(90)는 발광 단부(60)의 단면 영역에 걸쳐 광 투과율 강도가 일정하도록 발광 단부(60)로부터 방출된 광을 확산시키는 역할을 한다. 수용 가능한 광 확산기(90)의 일례는 두께가 약 3mm 인 오팔 확산 글라스이다(Edmund Optics 부품 번호 46166가 이러한 글라스의 예임).
도 6은 적외선 필터(40)를 구비한 광원 그룹(30)의 단부쪽 도시이다. 적외선 필터(40)는 제1가시광 LED(34)의 전방 및 제2가시광 LED(36)의 전방에만 위치한다는 것을 알 수 있다. 일실시예에서, 적외선 광 LED(38)는 가시광 필터로 기능하는 커버를 가지므로, 적외선 광 LED(38)로부터 가시광이 방출되지 않기 때문에 제1 및 제2가시광 LED(34, 36)의 부정확한 상관 관계를 초래한다. 다른 실시예에서, 커버가 가시광 필터로 기능하지 않는 적외선 광 LED(38)를 사용하는 경우, 별도의 가시광 필터(44)가 발광 모듈(20)에 포함되고 적외선 광 LED(38)의 전방에 배치되는데, 도 6에서는 가시광 필터(40)에 인접한 선택적 가시광 필터(44)로 도시되어 있다. 필터(44)는 일반적으로 사이로사(CYRO Industries)의 ACRYLITE® GP 부품 번호 1146-0(IRT)과 같은 아크릴 재료로 제조된다. 필터(40)는 두께가 3 mm 인 Schott 부품 번호 KG5 글라스로 제조될 수 있다.
이제 도 7을 참조하면, 가시광 필터(40) 및 광 확산기(90)를 구비한 광원 하우징(50)의 투시도가 도시되어 있다. 가시광 필터(40)는 하우징 베이스(52)로부터 소정의 거리에 배치된 필터 지지체(42)에 고정된다. 필터 지지체(42)는 가시광 필터(40)가 제1 및 제2가시광 LED(34, 36)의 바로 앞에 위치하도록 배치된다. 본 실시예에서, 광 확산기(90)는 발광 단부(60)의 하우징 단부 리세스(62) 내에 위치한다. 측면(54)의 내표면(54a)에는 반사 코팅(70)이 배치된다.
도 8은 베이스(52) 쪽에서 바라본 도 7의 광원 하우징(50)의 평면도이다. 본 실시예에서, 필터 지지체(42)는 측면(54)의 내표면(54a) 상에 배치된 지지부(42a, 42b, 42c)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 가시광 필터(40)는 가시광 필터(40)의 대응 측면을 따라 지지부(42a, 42b, 42c)에 부착된다.
도 9는 도 7에 도시된 광원 하우징(50)의 분해 사시도이다. 가시광 필터(40)는 하우징 베이스(52)를 거쳐 필터 지지체(42) 상에 배치되는 한편 필터 지지체에 의해 지지된다. 가시광 필터(40)를 필터 지지체(42)에 고정시키기 위해 임의의 적절한 접착제가 사용될 수 있다. 또한 본 실시예에서, 광 확산기(90)는 발광 단부(60)의 하우징 단부 리세스(62) 내에 배치된다. 가시광 필터(40)에 대해 설명된 바와 같이, 임의의 적절한 접착제가 광 확산기(90)를 발광 단부(60)에 고정시키는데 사용될 수 있다.
도 10은 도 9에 도시된 광원 하우징(50)의 평면도이다. 측벽(54)은 베이스 (52)로부터 발광 단부(60)의 광출사구(64) 쪽으로 테이퍼진다. 도 11은 도 9에 도시된 광원 하우징(50)의 단부쪽 평면도이다. 이 관점에서 도시된 하우징 단부 리세스(62)는 광출사구(64)보다 크지만 발광 단부(60)보다는 작도록 구성된다. 하우징 단부 리세스(62)는 내부에 광학 디퓨저(90)를 수용하도록 구성된다. 광 확산기(90)가 발광 단부(60) 내에 배치될 필요는 없으나, 광 확산기(90)가 광원 하우징(50)과 큐벳 모듈(120) 사이의 광학 경로(21) 내에 배치되는 한, 광원 하우징(50)으로부터 별도의 지지 구조체에 의해 지지될 수 있고, 광 확산기(90)의 크기는 광 확산기(90)를 통과하지 않고 큐벳 모듈(120)의 제1 및 제2큐벳창(129, 142)에 충돌하는 발광 모듈(20)로부터 출사된 임의의 광을 차단하기에 충분하도록 구성되어야 한다는 것이 이해되어야 한다.
학습 데이터:
약 10 명의 상이한 개체로부터 약 40 개의 혈액 샘플에 대한 데이터 세트가 개발되었다. 혈압계를 사용하여 각 혈액 샘플의 산소 농도를 조절하였다. 혈장을 샘플에서 제거하거나 또는 첨가함으로써 총 헤모글로빈(tHb) 농도를 변경하였다. 혈액 샘플은 총 헤모글로빈(tHb), 카복시 헤모글로빈(COHb), 데옥시 헤모글로빈(HHb) 및 옥시 헤모글로빈(O2Hb) 값의 소정 범위를 커버하도록 조절되었다. COHb 가 15% 이상이거나 %SO2가 20% 미만인 샘플은 모델 개발 데이터에 포함되지 않았다. 샘플은 설명된 바와 같이 SO2 센서로 측정되었다. 사용된 큐벳은 0.009 인치(0.23 mm)의 경로 길이를 갖는다. 본 데이터 세트는 매트랩 스크립트(Matlab script)와 함께 사용하도록 하기 위해 매트랩 셀 어레이 파일(Matlab cell array file)로 변환되었다. 또한, 혈액 샘플의 SO2 농도는 COOx 분석기 및 분석 소프트웨어가 장착된 참조 용해성 pHOx Ultra 분석기(Nova Biomedical)에서 측정되었다.
예측 모델:
계산의 다음 단계는 예측 모델을 생성하는 것이다. 기계 학습식 알고리즘으로 구성된 교정 시퀀스는 초기 교정 데이터 세트를 사용하여, 공지된 샘플 특성의 매트릭스(Y 매트릭스)와, 여러 흡광도 값에서 측정된 산소 포화도 백분율(%) 값 및 잠재적인 다른 측정값의 매트릭스(X 매트릭스) 사이의 관계를 설정한다. 각 파장에서의 흡광도는 독립적인 값으로 간주되어 개별로 사용될 수 있는 반면, 함께 사용될 수도 있다. 이러한 관계가 설정되면, 분석기를 사용하여 샘플의 X 값을 새로 측정함으로써 언노운(Y) 값을 예측한다. 교정 세트인 Y 매트릭스는 n 개의 혈액 샘플로 구성된 교정 샘플 세트의 공지된 값으로부터 다음과 같이 설정된다:
Figure 112021015694079-pat00001
여기서, %SO2 는 산소 포화도의 백분율이며, tHb는 특정 샘플 n에 대한 총 헤모글로빈임.
총 헤모글로빈(tHb)을 생략해도 본 발명의 유용성에는 악영향을 미치지 않지만, %SO2 값을 보정할 필요성에 의해 총 헤모글로빈(tHb)을 예측 성분으로 첨가하였다는 점에 주목할 필요가 있다.
X 매트릭스의 행은 다음과 같이 구성된다:
Figure 112021015694079-pat00002
및:
Figure 112021015694079-pat00003
여기서, An,λ1 및 An,λ2 는 특정 샘플 n에 대한 가시광 LED의 흡광도 값을 각각 나타내며, An.950nm 은 특정 샘플 n에 대한 적외선 LED의 흡광도 값을 나타낸다.
기계 학습식 알고리즘으로 구성된 교정 시퀀스는 초기 교정 데이터 세트를 사용하여, 공지된 샘플 특성의 매트릭스(Y 매트릭스)와, 다양한 파장에서 측정된 여러 흡광도 값 및 파장 대 흡광도에 기초한 잠재적인 다른 측정값의 매트릭스(X 매트릭스) 사이의 관계를 설정한다. 이러한 관계가 설정되면, 분석기를 사용하여 전혈 샘플의 X 값을 새로 측정함으로써 언노운(Y) 값을 예측한다.
이러한 매트릭스들이 형성되면, 이들은 교정 세트로서 사용되며, 매핑 함수는 특정한 절차, 즉 선택된 기계 학습 알고리즘에 따라 계산된다.
종래의 부분 최소 자승, 선형 회귀, 선형 대수, 신경망, 다변수 적응 회귀 스플라인, 잠재 구조에 대한 커널 기반 직각 투영, 또는 기타의 기계 학습식 수학법을 교정 데이터 세트로부터 얻어진 결과와 함께 사용함으로써, 흡광도 값과 산소 포화도 백분율(%) 사이의 경험적 관계(또는 매핑 함수)를 결정하도록 구성된다. 일반적으로는 수학적 패키지를 사용하여 결과물을 생성하며, 이때 패키지는 일반적으로 당업자에게 공지된 기계 학습식 수학적 패키지 중 하나를 선택하는 옵션을 갖는다. 다양한 수학적 패키지가 존재하지만 몇가지 예를 들자면, Natick, MA의 MatWork에 의한 Matlab, 통계 컴퓨팅을 위한 R 프로젝트의 "R"(인터넷 www.r-project.org을 통해 사용 가능), 및 Python(Python Software Foundation, 인터넷 www.python.org을 통해 사용 가능하며, 인터넷 orange.biolab.si을 통해 제공되는 Orange Bioinformatics의 Orange 데이터 마이닝 소프트웨어와 함께 사용 가능)를 포함하며, 이들에만 제한되지는 않는다.
KOPLS(Kernel-Based Orthogonal Projection to Latent Structures)의 방법은 매핑 함수를 생성하는 기계 학습식 알고리즘의 한가지 유형으로 사용될 수 있음을 알 수 있다. KOPLS에 대한 설명과 기술은 다음의 참고 문헌에서 가장 잘 예시되며, 이들은 본 명세서에 참조로 인용된다:
- Johan Trygg 및 Svante Wold, "잠재 구조에 대한 직교 투영(O-PLS)", J. Chemometrics 2002; 16: 119-128;
*- Mattias Rantalainen 외, "잠재 구조에 대한 커널 기반 직교 투영(K-OPLS).", J. Chemometrics 2007; 21: 376-385; 및
- Max Bylesjo 외, "K-OPLS 패키지: 피처 공간에서의 예측 및 해석을 위한 잠재 구조에 대한 커널 기반 직각 투영", BMC Bioinformatics 2008, 9: 106.
커널 기반 수학법은 커널 함수를 사용하여 원본 데이터를 고차원 공간에 매핑함으로써 시스템의 비선형 동작을 처리하는 데 유용하다. 전술한 기계 학습식 수학적 패키지 중 임의의 것을 사용하여 본 기술 분야의 당업자로 하여금 본 발명을 실시할 수 있게 할 수 있지만, KOPLS는 예컨대 종래의 부분 최소 자승과 같이, 다른 계산법에 비해 추가의 이점을 갖는데, 왜냐하면 정량화된 변이성과 결정되어야 할 피분석물 값 사이의 관계를 수립할 수 있을 뿐만 아니라, 원래의 데이터에서 아직 정량화되지는 않으나 일관되게 존재하는 변이성을 제거할 수 있기 때문이다. 이러한 정량화되지 않은 변이성은 샘플 특성, 분석기의 기본 변이 특성, 드리프트 등으로 인한 것일 수 있다.
KOPLS 모델은 초기 학습 데이터 세트를 사용하여, 커널 함수를 통해 처리되고 KOPLS 방법에 의해 규정된 바와 같이, 공지된 샘플 특성의 매트릭스(Y 매트릭스)와, 여러 파장에서 측정된 흡광도 값 및 잠재적인 다른 측정값의 매트릭스(X 매트릭스) 사이의 관계(매핑 함수)를 설정한다. 각 파장에서의 흡광도 값은 독립적인 값으로 간주되어 개별로 사용될 수도 있고 함께 사용돨 수도 있다. 이러한 관계의 KOPLS 계수가 설정되면, 분석기를 사용하여 샘플의 X 값을 새로 측정함으로써 언노운(Y) 값을 예측한다.
본 예에서 사용된 커널 함수는 상기에 참조로 언급된 Mattias Rantalainen 외에서 기술된 간단한 선형 커널 함수로서, 다음과 같은 방정식으로 표현된다:
Figure 112021015694079-pat00004
여기서, 측정값 X의 매트릭스는 상기 참조로 인용된 KOPLS 참조 문헌에 명시된 바와 같이 커널 함수에 입력 및 추가의 처리를 거침으로서 KOPLS 학습 계수를 생성하도록 구성된다.
학습 계수의 세트 또는 매핑 함수가 설정되면, 이들은 후속 측정에서 혈액 샘플의 %SO2 값을 예측하는 데 사용된다. 새로운 측정치로부터 단일 행의 X 매트릭스가 생성된 다음, 이러한 단일 행의 X 매트릭스 값이 커널 및 매핑 함수로 입력됨으로써, 기공개된 KOPLS 참조 문헌에 상세히 기술된 KOPLS 방식에 따라, 사용된 매핑 함수에서 요구하는 절차에 따라 %SO2 값을 산출하도록 구성된다.
상기 기술된 혈액 샘플로부터 수집된 데이터는 KOPLS 방법을 거쳐 교차 유효성 확인 절차로 넘어간다. 교차 유효성 확인은 데이터 세트를 사용하여 방법을 테스트하는 절차이다. 여러 데이터 행을 별도로 설정하고 나머지는 매핑 함수를 만드는 데 사용한다. 별도로 설정된 값은 "새로운" 측정값에 사용되고 해당 Y 매트릭스 값이 계산된다. 본 절차는 다른 측정값의 별도 설정 및 다른 매핑 함수의 계산으로 반복된다. 공지된 혈액 데이터 대 계산 값을 플로팅하고, 이러한 플롯을 검사함으로써 본 방법의 유효성을 확인할 수 있다. X-데이타 배열은 두개의 가시광 파장 대역과 하나의 적외선 파장에서 측정된 흡광도로부터 생성된 식으로 구성되었다. 593 ~ 620 nm 범위의 저파장 가시광 대역을 사용하는 LED, 634 ~ 669 nm 범위의 고파장 가시광 대역을 사용하는 LED, 및 공칭 950 nm의 적외선 파장을 가진 적외선 LED가 사용되었다.
상이한 세트의 LED로 제조된 센서의 게인(Gain) 및 오프셋(Offset)이 특정 가시광 대역의 LED 파장에 따라 변화하는 것으로 알려짐에 따라, 각각의 LED의 특정 파장에 기초하여 각 센서의 게인 및 오프셋을 보정하는 수단이 개발되었다. 각 센서에 대한 교차 유효성 확인 상관 관계 라인은 각 센서마다 별도의 게인 및 오프셋을 갖는다. 각기 다른 센서에 적용될 게인 및 오프셋 보정에 대한 평균 LED 저파장 가시광 대역(λ1)과 평균 LED 고파장 가시광 대역(λ2)과 관련된 2축 다항식 함수의 계수가 모든 센서의 게인 및 오프셋 대 파장 데이터에 적용되었다. 다항식 적용 절차는 Matlab, Python, R과 같은 많은 표준적 수학 소프트웨어 패키지 중 하나, 또는 FORTAN 또는 C와 같은 컴퓨터 언어 중 하나를 사용하여 구현될 수 있다. SO2 예측은 이러한 다항식 계수를 사용하여 게인 및 오프셋을 보정하였다(아래의 수식 1 및 2).
Figure 112021015694079-pat00005
(수식 1)
Figure 112021015694079-pat00006
(수식 2)
게인 및 오프셋의 보정 방법에 의해, 센서들 사이의 정밀도를 1% 표준 편차 내에서 제공할 수 있다. 앞서 설명된 SO2 센서(즉, 절두체 형상의 광원 하우징)의 구조에 의해 센서들 사이의 데이터에서 포인트들에 대한 분산을 감소시킴으로써, 샘플의 tHb 농도에 대한 추가적인 오프셋 의존성을 식별할 수 있도록 구성된다. 이에 따라 tHb 오프셋이 결과로부터 결정되어, 예측된 %SO2 값에 더해졌다. 이러한 오프셋을 계산하기 위해 아래의 수식 3이 사용되었다.
0.5714 x Y tHb + 7.856 (수식 3)
여기서, YtHb 값(Y 매트릭스와 혼동하지 말 것)은 KOPLS 모델로부터 예측된 tHb 값임.
도 12는 절두체 형상의 광원 하우징을 갖는 센서에 대한 상관 관계 플롯 및 데이터를 도시한다. 도 12에서는 데이터 포인트들이 거의 분산되어 있지 않은 것으로 도시되어 있는데, 이는 데이터 포인트들이 기울선 선에 매우 가깝다는 것을 의미한다.
Nova Biomedical의 CCX 및 pHOx Ultra 분석기에 사용된 것과 같은 전형적인 SO2 센서는 센서들 사이에 상당한 기울기 및 오프셋 변동을 갖는다는 것을 주목할 필요가 있다. 테스트된 3개의 pHOx Ultra 센서의 95% 신뢰 한계는 4.8 ~ 7.2 %SO2 범위이다.
또한, 본 발명의 SO2 센서에 대한 정밀도가 공통 광학 경로를 갖는 3개의 상이한 %SO2 농도에서 20개의 연속 샘플에 대해 수행되었다. 표 1은 이러한 20개의 연속 샘플에 대한 평균 정밀도를 나타낸다.
SO2 센서의 정밀도
%SO 2 값 %SO 2 = 94% %SO 2 = 84% %SO 2 = 30%
정밀도 0.16% 0.29% 0.69%
본 발명의 SO2 센서에 대한 95% 신뢰 한계는 1.1 %SO2 로서, 이는 pHOx Ultra SO2 센서에 대한 4.8 ~ 7.2 %SO2 농도로부터 상당히 감소된다.본 발명의 SO2 센서는 종래의 SO2 센서에 비해 몇가지 장점을 갖는다. 본 발명에서는 SO2 센서의 유닛 대 유닛의 기울기 및 오프셋 변화를 상당히 감소시킨다. 또한, 본 발명의 경우 SO2 센서의 상관 계수(r) 값을 크게 증가시킨다. 또한, 본 발명의 경우 센서들간의 %SO2 측정에서 상당히 향상된 정밀도를 제공한다.
본 발명은 또한, 전혈 샘플에서 산소 포화도 백분율(%)를 측정하는 방법을 포함한다. 상기 방법은 발광 모듈(20)을 포함하는 산소 농도계 센서 시스템(10)을 사용하여 다수의 가시광 파장 및 적외선 파장에서 전혈 샘플의 광학 흡광도를 측정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 전혈 샘플을 포함하는 큐벳 모듈(120) 쪽으로 향한 광학 경로(21)를 따라, 절두체 형상을 갖는 하우징(50)의 베이스(52)에 위치한 다수의 LED(32)로부터, 발광 단부(60)에서 하우징(50)의 외부로 다수의 파장에서 광을 가이드하는 단계를 포함한다. 광은 큐벳 모듈(120)로부터 나와 광 검출기(80)로 향한다. 상기 방법은 다수의 가시광 파장 및 적외선 파장 각각에 대한 흡광도 값을 계산하고, 이전 단계에서 계산된 각 흡광도 값을 커널 기반 함수에 매핑함으로써, 흡광도 값을 산소 포화도 백분율(%)로 매핑하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예들이 본 명세서에서 설명되었지만, 상기 설명은 단지 예시적일 뿐이다. 본원에서 개시된 본 발명의 내용에 대한 추가의 변형 및 수정이 각각의 기술 분야의 당업자에게 발생할 것이며, 이러한 모든 변형 및 수정도 첨부된 청구 범위에 의해 정의되는 본 발명의 범위 내에 해당하는 것으로 간주된다.
10 : 산소 농도계 센서 서브 시스템
20 : 발광 모듈
21 : 광학 경로
80 : 광 검출기
100 : 큐벳 조립체
110 : 큐벳 기판
120 : 큐벳 모듈
122 : 큐벳 광학 경로 개구

Claims (3)

  1. 전혈 샘플에서 산소 포화도 백분율(%)을 측정하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
    a. 산소 농도계 센서 시스템을 사용하여 다수의 가시광 파장 및 적외선 파장에서 혈액 샘플의 광학 흡광도를 측정하는 단계;
    b. 다수의 가시광 파장 각각 및 적외선 파장에 대한 흡광도 값을 계산하는 단계; 및
    c. 단계 b에서 계산된 각각의 흡광도 값을 잠재 구조에 대한 커널 기반 직각 투영 함수로 매핑함으로써, 흡광도 값을 산소 포화도 백분율(%)로 매핑하는 하는 단계;를 포함하고,
    산소 농도계 센서 시스템은:
    발광 모듈, 광 검출기 및 큐벳 조립체를 포함하고,
    발광 모듈은 적어도 하나의 저파장 가시광 범위를 갖는 제1가시광 LED, 고파장 가시광 범위를 갖는 제2가시광 LED 및 근적외선 파장 범위를 갖는 적외선 LED를 포함하는 다수의 LED를 구비한 광원 그룹; 베이스, 하나 이상의 측벽 및 베이스의 반대쪽에 배치되는 한편 베이스보다 작은 크기를 갖는 발광 단부를 구비한 광원 하우징;을 포함하며, 광원 하우징은 절두체 형상을 갖고, 광원 그룹은 베이스에 인접하는 한편 발광 단부 쪽을 향하도록 배치되며, 하나 이상의 측벽은 그 위에 반사 코팅을 갖고,
    광 검출기는 광원 하우징의 발광 단부로부터 이격되는 한편, 발광 단부 쪽을 향해 발광 단부와 대향 배치되며,
    큐벳 조립체는 광원 하우징의 발광 단부와 광 검출기의 사이에 배치되고, 큐벳 조립체는 전혈 샘플을 수용하도록 구성되며,
    상기 큐벳 조립체는 큐벳 기판과 큐벳 모듈을 포함하고,
    상기 저파장 가시광 범위는 593 nm 이상 및 620 nm 이하의 파장 범위를 갖고, 고파장 가시광 범위는 634 nm 이상 및 669 nm 이하의 파장 범위를 가지며, 적외선 LED는 940 nm 이상의 파장 범위를 갖는 것이며,
    상기 광원 하우징의 절두체 형상은 원추형, 피라미드형 또는 다변형(multi-lateral shape) 중 하나인 것을 특징으로 하는,
    전혈 샘플에서 산소 포화도 백분율(%)을 측정하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방법은:
    - 큐벳 모듈을 통해 광을 투과시킴으로써, 측정 범위 내의 다수의 파장에 대해 투과광 강도 스캔을 측정 및 기록하는 단계; 이때 큐벳 모듈은 공지된 광학 경로 길이를 구비한 광학 경로를 갖고, 큐벳은 투명한 유체로 충전되며, 투과광 강도 스캔을 위해 사용되는 투과광은 광원 그룹으로부터 유래하고, 큐벳 모듈을 통해 투과된 광은 광 검출기에 의해 수용되고,
    - 공지된 광학 경로 길이를 구비한 광학 경로를 갖는 큐벳 모듈을 통해 광을 2회 투과시킴으로써, 측정 범위 내의 다수의 파장에 대해 또 다른 투과광 강도 스캔을 측정 및 기록하는 단계; 이때 큐벳 모듈은 전혈 샘플로 충전되고, 투명한 유체 및 전혈 샘플에 대한 각각의 측정 및 기록 단계는 투과광을 큐벳 모듈을 통해 투과시키기 전에 투과광을 확산시키는 단계를 포함하고,
    - 투명한 유체의 투과광 강도 스캔에 대한 전혈 샘플의 투과광 강도 스캔의 비율에 기초하여 측정 범위의 다수의 파장 중 각각의 파장에서의 분광 흡광도를 결정하는 단계; 및
    - 컴퓨터 계산식 매핑 함수를 사용하여, 측정 범위의 다수의 파장 중 각각의 파장에서의 흡광도를 혈액 샘플의 산소 포화도 백분율 값과 상관시키는 단계;를 더 포함하는
    전혈 샘플에서 산소 포화도 백분율(%)을 측정하는 방법.
  3. 삭제
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