KR102371700B1

KR102371700B1 - 비침습형 혈액 검사 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR102371700B1
Application number: KR1020190165115A
Authority: KR
Inventors: 이성철; 한철구; 박원기; 김경국; 권순환; 노범래; 이원석; 임광균; 최희정
Original assignee: 한국전자기술연구원
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2022-03-08
Also published as: KR20200076601A

Abstract

본 발명의 비침습형 혈액 검사 장치에서의 혈액 검사 방법은, 특정 신체 부위를 사이에 두고 서로 마주하는 제1 및 제2 광학 모듈 중에서, 제1 광학 모듈에 포함된 제1 LED 소자가 제1 광 신호를 출력하는 단계; 제1 광학 모듈에 포함된 포토다이오드 소자가 상기 특정 신체 부위에 반사된 상기 제1 광 신호를 수신하는 단계; 제1 광학 모듈에 포함된 제2 LED 소자가 제2 광 신호를 출력하는 단계; 제1 광학 모듈에 포함된 포토다이오드 소자가 상기 특정 신체 부위를 투과한 상기 제2 광 신호를 수신하는 단계; 상기 제1 광학 모듈에 포함된 컨트롤 IC가 상기 포토다이오드 소자가 수신한 상기 제1 및 제2 광 신호를 디지털 형태의 반사 데이터와 투과 데이터로 각각 변환하는 단계; 및 상기 컨트롤 IC가 상기 반사 데이터와 상기 투과 데이터를 분석하여, 혈액 성분을 분석하는 단계를 포함한다.

Description

비침습형 혈액 검사 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR NONINVASIVELY EXAMINING BLOOD}

본 발명은 광을 이용하여 비침습 방식으로 혈액 속의 혈당, 요소, 콜레스테롤과 같은 미소 성분을 검사하는 기술에 관한 것이다.

현재 혈액 속 혈당 등의 성분을 검사하는 대표적인 방식은 혈액 샘플을 추출하여 전용 검사기를 이용하여 측정하는 침습 방식이다. 이러한 침습 방식과는 다르게, 혈당과 같은 혈액 상태를 상시 확인해야 하는 환자들의 심리적 안정, 검사 소요시간 및 불편함 해소하기 위한 비침습 방식의 혈액 검사 기술이 현재 활발히 연구되고 있다.

비침습형 혈액 검사기술 중에서 광을 이용한 비침습형 기술이 있다.

비침습형 혈액 검사기로서는 적외선 광원을 이용한 검출 방식이 알려져 있다. 이 검출 방식에서는 혈액 속 Glucose와 반응하는 적외선 파장을 혈액에 조사하였을 때 투과된 적외선의 강도를 정상인의 혈액과 당뇨병 환자의 혈액을 비교하는 방식으로 혈액 상태를 검출한다. 이러한 방식에는 하나의 포토다이오드(Photo Diode) 소자와 복수의 LED소자를 이용한 광학 모듈(이하, 광학식 비침습 혈액 검사 장치라 함)로 구현되고 있다.

이러한 광학식 비침습 혈액 검사 장치는 그 동작원리에 따라 크게 반사형 및 투과형으로 구분할 수 있다.

반사형 광학식 비침습 혈액 검사 장치는 개개인의 피부상태(색, 두께 등)에 따른 빛의 반사 특성이 달라 측정값에 대한 기준점을 설정하기가 매우 어려운 단점이 있다.

투과형 광학식 비침습 혈액 검사 장치는 피하지방 등 인체 내부에 존재하는 다양한 광학적 감쇄 및 잡음원으로 인해 그 정밀도를 확보하기가 어려운 단점이 있다.

이러한 이유로 현재, 광을 이용한 비침습형 혈액 검사 제품들은 산소 포화도나 맥박 등 단순한 검사를 제외한 혈당, 요소 등의 다른 성분 검사에는 적용하기 어려운 단점이 잇다.

이러한 단점들을 극복하기 위해, 최근 할로겐 램프 등의 연속 광원을 활용한 고정밀 광학 혈액 검사 장치가 개발된바 있다. 그러나, 이 검사 장치는 스펙트럼 분석기 등 고가의 부품을 필요로 하고, 측정 기기의 크기가 크기 때문에 개인이 활용하거나 웨어러블(wearable) 기기로 구현하는데 한계가 있다.
[선행기술의 문헌번호]
출원번호 10-2009-0130819
출원인 주식회사 에이치엔엘
발명의 명칭 근적외선과 부압을 이용한 비침습형 자가 혈당 측정기

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본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 웨어러블(wearable) 기기로 활용하기 위해 소형화 및 저가로 구현 가능하며, 측정값의 오차를 줄일 수 있는 비침습형 혈액 검사 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 전술한 목적들 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해진다.

본 발명의 비침습형 혈액 검사 장치는 특정 신체 부위를 사이에 두고 서로 마주하는 제1 및 제2 광학 모듈을 포함하고, 상기 제1 광학 모듈은 제1 LED 소자, 제1 포토다이오드 소자 및 컨트롤 IC를 포함하고, 상기 제2 광학 모듈은 제2 LED 소자 및 제2 포토다이오드 소자를 포함하고, 상기 제1 포토다이오드 소자는, 상기 제1 LED 소자에서 출력한 제1 광 신호가 상기 특정 신체 부위에 반사된 상기 제1 광 신호를 수신하고, 상기 제2 LED 소자에서 출력한 제2 광 신호가 상기 특정 신체 부위를 투과한 상기 제2 광 신호를 각각 수신하고, 상기 컨트롤 IC는, 상기 제1 포토다이오드 소자가 수신한 상기 제1 및 제2 광 신호를 디지털 형태의 반사 데이터와 투과 데이터로 각각 변환하고, 상기 반사 데이터와 상기 투과 데이터를 이용하여, 혈액 성분을 검사한다.

본 발명의 비침습형 혈액 검사 장치에 따르면, 혈액 성분에 따라서 투과형 검사 모드 및 반사형 검사 모드 중 어느 하나의 검사 모들의 선택이 가능하도록 듀얼 모드를 지원하며, 어느 한 검사 모드에서 측정된 측정 데이터를 다른 검사 모드에서 측정된 측정 데이터를 보정하기 위한 데이터로 활용함으로써, 측정 데이터의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명의 비침습형 혈액 검사 장치에 따르면, 하나의 포토 다이오드 소자와 복수의 LED 소자를 하나의 기판 상에 실장하여 하나의 모듈로 구현한 기존과는 다르게, 복수의 LED 소자를 적절한 개수로 분리하여 2개의 모듈들로 구현함으로써, 기판 사이즈를 줄일 수 있고, 이에 따라 웨어러블 기기로 설계가 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 비침습형 혈액 검사 장치의 단면도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 비침습형 혈액 검사 장치의 블록도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 다른 컨트롤 IC의 내부 구성을 나타내는 블록도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 비침습형 혈액 검사 방법을 나타내는 흐름도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명은 광학모듈 구현방법에 관한 것으로, 2개의 광학 모듈들로 설계되고, 각 모듈은 투과형 검사 모드 및 반사형 검사 모드로 이루어진 듀얼 모드로 동작하여, 각 모드에서의 측정결과를 상호 reference로 활용하여 측정결과의 신뢰성을 향상시키는 데 종래와 차별성이 있다. 이때, 각 광학 모듈에 분산 배치된 발광 소자들은 다양한 파장을 갖는 광 신호(광원)를 출력함으로써, 다양한 파장들에 따라 다양한 혈액 성분을 분석할 수 있다. 즉, 혈액 성분 중 측정하고자 하는 성분의 특성 파장을 단수 혹은 복수개로 구성하여, 혈당, 요소, 콜레스테롤, 산소포화도 등 다수의 반응 파장으로 다양한 혈액 성분을 분석할 수 있다. 또한, 본 발명은 반도체 기반의 저가의 광학 소자들을 2개의 광학 모듈에 분산 배치함으로써, 소형화로 구현이 가능하며, 귓불, 손아귀 등 다양한 신체 부위를 측정대상으로 할 수 있어 개인 맞춤형 건강관리(health care)에 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 비침습형 혈액 검사 장치의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 비침습형 혈액 검사 장치(300)는 2개의 광학 모듈들(100, 200)을 포함한다.

2개의 광학 모듈들(100, 200)은 사람의 특정 신체 부위를 나타내는 측정 대상체(10)를 사이에 두고 서로 마주하는 방향으로 배치된다. 특정 신체 부위는, 예를 들면, 귓볼, 손가락 등일 수 있다.

제1 광학 모듈(100)은 제1 기판(110)과 상기 제1 기판(110) 상에 실장되는 발광 소자(111)와 수광 소자(113)를 포함한다. 제1 기판(110)은 인쇄회로기판(PCB)일 수 있다. 발광 소자(111)는 다수의 LED 소자들을 포함한다. 도면의 간략화를 위해, 도 1에서는 하나의 LED 소자만이 도시된다. 수광 소자(113)는 포토다이오드 소자일 수 있다. 다수의 LED 소자들은 서로 다른 파장을 갖는 광 신호(광원)를 각각 출력한다. 포토다이오드 소자(113)는 각 LED 소자로부터 출력된 광 신호가 측정 대상체(10)에 반사된 광 신호를 수신할 수 있다. 또한, 포토다이오드 소자(113)는 제2 광학 모듈(200)에 포함된 발광 소자(211)로부터 출력된 광 신호(광원)가 측정 대상체(10)를 투과한 광 신호를 수신할 수 있다. 포토다이오드 소자(113)가 상기 반사된 광 신호를 수신하는 경우를 '반사형 검사 모드'로 정의하고, 포토다이오드 소자(113)가 상기 투과한 광 신호를 수신하는 경우를 '투과형 검사 모드'로 정의한다. 도 1에서 점선 화살표는 반사형 검사 모드에서 광 신호의 이동 경로를 나타내고, 실선 화살표는 투과형 검사 모드에서 광 신호의 이동 경로를 나타낸다. 포토다이오드 소자(113)는 반사형 검사 모드 또는 투과형 검사 모드에서 수신한 광 신호를 전기적 신호를 변환한다. 이렇게 변환된 전기적 신호는 산소 포화도, 혈당, 요소 등과 같은 혈액 성분 검사에 이용된다.

상기 제1 광학 모듈(100)과 유사하게, 제2 광학 모듈(200)은 제2 기판(210)과 상기 제2 기판(210) 상에 실장되는 발광 소자와 수광 소자를 포함한다. 제2 기판(210)은 인쇄회로기판일 수 있다. 발광 소자(211)는 다수의 LED 소자들을 포함한다. 도면의 간략화를 위해, 도 1에서는 하나의 LED 소자만이 도시된다. 수광 소자(213)는 포토다이오드 소자일 수 있다. 다수의 LED 소자들은 서로 다른 파장을 갖는 광 신호(광원)를 각각 출력한다. 포토다이오드 소자(213)는 각 LED 소자로부터 출력된 광 신호가 측정 대상체(10)에 반사된 광 신호를 수신할 수 있다. 또한, 포토다이오드 소자(213)는 제2 광학 모듈(200)에 포함된 발광 소자(111)로부터 출력된 광 신호(광원)가 측정 대상체(10)를 투과한 광 신호를 수신할 수 있다. 포토다이오드 소자(213)가 상기 반사된 광 신호를 수신하는 경우를 '반사형 검사 모드'로 정의하고, 포토다이오드 소자(213)가 상기 투과한 광 신호를 수신하는 경우를 '투과형 검사 모드'로 정의한다. 포토다이오드 소자(213)는 반사형 검사 모드 또는 투과형 검사 모드에서 수신한 광 신호를 전기적 신호를 변환한다. 이렇게 변환된 전기적 신호는 산소 포화도, 혈당, 요소 등과 같은 혈액 성분 검사에 이용된다.

이처럼 본 발명의 실시 예에 따른 비침습형 혈액 검사 장치는 하나의 광학 모듈로 구현된 종래의 비침습형 혈액 검사 장치와는 다르게 2개의 광학 모듈(100, 200)로 구현된다.

즉, 종래의 비침습형 혈액 검사 장치는 하나의 기판 상에 실장된 하나의 포토다이오드 소자와 복수의 LED 소자들을 포함하는 하나의 광학 모듈로 설계되는 반면, 본 발명의 실시 예에 따른 비침습형 혈액 검사 장치(300)는 복수의 LED 소자들이 2개의 기판에 분산 배치되고, 각 기판에 포토다이오드가 하나씩 실장되는 2개의 광학 모듈들(100, 200)을 포함하도록 구성된다.

이러한 본 발명에서는, 광학 소자들이 2개의 기판에 분산 배치되므로, 기판 사이즈를 줄일 수 있고, 이로 인해 제품 소형화 및 웨어러블 기기로 설계가 가능하다.

이하, 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 비침습형 혈액 검사 장치에 대해 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 비침습형 혈액 검사 장치의 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 비침습형 혈액 검사 장치는 물리적으로 분리된 2개의 광학 모듈들(100, 200)과 이들을 연결하는 연결부재(150)를 포함한다. 이때, 연결 부재는 2개의 광학 모듈들(100, 200)을 전기적으로 연결하기 위한 플렉서블 케이블을 포함할 수 있다.

도 1에서 설명한 바와 같이, 각 광학 모듈은 복수의 LED 소자들과 하나의 포토다이오드 소자를 포함한다. 본 실시 예에서는 각 광학 모듈에 탑재되는LED 소자들의 개수를 3개로 한정한다. 그러나 이를 한정하는 것은 아니며, 각 광학 모듈에 탑재되는LED 소자들의 개수는 설계 비용 및 기판 사이즈 등과 같은 설계 변수 등을 적절히 고려하여 4개 이상으로 결정될 수도 있다.

제1 광학 모듈(100)은 제1 기판(110)과, 제1 기판(110) 상에 실장된 제1-1 내지 제1-3 LED 소자들(111A, 111B 및 111C)과 제1 포토다이오드 소자(113, PD1)를 포함하며, 추가로, 제1 기판(110) 상에는 컨트롤 IC(119)가 더 실장 된다. 본 실시 예에서는, 컨트롤 IC(119)가 제1 광학 모듈(100)에 포함된 것으로 설명하고 있으나, 제2 광학 모듈(200)에 포함될 수도 있다. 즉, 컨트롤 IC(119)는 제2 광학 모듈(210)의 제2 기판(210) 상에 실장될 수도 있다.

제2 광학 모듈(200)은 제2 기판(210)과, 제2 기판(210) 상에 실장되는 제2-1 내지 제2-3 LED 소자들(111A, 111B 및 111C)과 제2 포토 다이오드 소자(213, PD2)을 포함한다.

제1 광학 모듈(100)에 포함된 제1-1 내지 제1-3 LED 소자들(111A, 111B 및 111C)과 제1 포토다이오드 소자(113)는 제1 기판(110) 상에 패터닝된 신호 배선에 의해 컨트롤 IC(119)와 전기적으로 연결된다.

제2 광학 모듈(200)에 포함된 제2-1 내지 제2-3 LED 소자들(211A, 211B 및 211C)과 제2 포토 다이오드 소자(213)는 제2 기판(110) 상에 패터닝된 신호 배선, 연결 부재(150)에 포함된 플렉서블 케이블 및 제1 기판(110) 상에 패터닝된 신호 배선에 컨트롤 IC(119)와 전기적으로 연결된다.

LED 소자들(111A, 111B, 111C, 211A, 211B 및 211C)은 발광 소자로서, 서로 다른 특정 파장을 갖는 광 신호를 각각 출력한다. 이를 위해, 도시하지는 않았으나, 각 LED 소자는 베이스 기판, 상기 베이스 기판 상에 배치되는 LED 칩 및 상기 LED 칩 상에 배치되는 필터층을 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 LED 칩은 상부 반도체층, 활성층 및 하부 반도체층을 포함한다. 상기 활성층은 광을 방출하도록 질화갈륨계 화합물로 이루어질 수 있다. 필터층은 특정 파장 대역의 광 신호를 선택적으로 투과시키기 위한 필터층일 수 있다. 본 실시 예에서는, 상기 필터층에 의해, 상기 활성층에서 방출하는 광의 스펙트럼 폭이 특정 파장을 중심으로 하는 상기 특정 파장 대역(예, 10nm 이하)으로 설정될 수 있다. 이러한 필터층은, 예를 들면, 단파장 투과 필터층(short-wave pass filter layer), 장파장 투과 필터층(long-wave pass filter layer), 대역 투과 간섭 필터층(bandpass filter layer)중 어느 하나로 구현될 수 있다.

제1 및 제2 포토다이오드 소자들(113, 213) 각각은 수광 소자로서, 인듐갈륨아세나이드(indium gallium arsenide, InGaAs) 또는 실리콘(silicon) 계열의 포토다이오드 소자가 이용될 수 있다. InGaAs 계열의 포토다이오드 소자의 경우, 700 ~ 1800nm의 광 신호를 수신하고, 실리콘 계열의 포토다이오드의 경우, 400 ~ 1000nm 의 광 신호를 수신한다. 이에 따라, 각 LED 소자들에서 선택적으로 출력되는 광 신호는 상기 범위 내의 파장으로 설정된다.

컨트롤 IC(119)은 LED 소자들(111A, 111B, 111C, 211A, 211B 및 211C)과 포토다이오드 소자들(113, 213)의 전반적인 동작(예를 들면, 듀얼 모드, 동작 타이밍)을 제어하는 동시에, 상기 광학 소자들에 의해 측정된 측정 데이터에 대한 분석 작업을 처리한다.

이하, 도 3을 참조하여, 컨트롤 IC(119)에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 다른 컨트롤 IC의 내부 구성을 나타내는 블록도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 컨트롤 IC(119)는 입력 인터페이스(31), 프로세서(32), 구동부(33), A/D 변환부(34), 통신부(35) 및 메모리(36)를 포함한다.

입력 인터페이스(31)는 사용자 입력에 응답하여 비침습형 혈액 검사 장치(300)의 동작 시작을 나타내는 온(ON) 신호를 생성하고, 이를 프로세서(32)로 입력한다.

프로세서(32)는 주변 구성들(31, 33, 34, 35 및 36)의 전반적인 동작을 제어 및 관리한다. 프로세서(32)는 타이밍 제어 로직(32A), 데이터 보상 로직(32B) 및 데이터 분석 로직(32C)를 포함한다.

타이밍 제어 로직(32A)은 상기 입력 인터페이스로부터 입력된 상기 온 신호에 응답하여 LED 소자들(111A, 111B, 111C, 211A, 211B 및 211C)과 포토다이오드 소자들(113, 213)의 동작 타이밍을 제어한다. 여기서, 동작 타이밍은 반사형 검사 모드에 대응하는 동작 타이밍과 투과형 검사 모드에 대응하는 동작 타이밍을 포함한다. 반사형 검사 모드에 대응하는 동작 타이밍과 투과형 검사 모드에 대응하는 동작 타이밍은 교대로 발생할 수 있다.

반사형 검사 모드에 대응하는 동작 타이밍은 제1 광학 모듈(100)의 동작 타이밍 및 제2 광학 모듈(200)의 동작 타이밍으로 구분할 수 있다. 반사형 검사 모드의 제1 광학 모듈(100)의 동작 타이밍에서는, LED 소자들(111A, 111B 및 111C)과 포토다이오드 소자(113)가 활성화되고, LED(211A, 211B 및 211C)과 포토다이오드 소자(213)가 비활성화된다. 또한, 반사형 검사 모드의 제1 광학 모듈(100)의 동작 타이밍에서는, LED 소자들(111A, 111B 및 111C)이 일정 시간 간격을 두고 서로 다른 파장을 갖는 광 신호를 순차적으로 방출하고, 포토다이오드 소자(113)는 LED 소자들(111A, 111B 및 111C)이 방출한 광 신호가 특정 신체 부위(도 1의 10)에 반사된 광 신호를 순차적으로 수신한다. 여기서, 광 신호를 동시에 방출하면, 광 신호 간의 간섭이 일어날 수 있다. 따라서, 광 신호 간의 간섭을 없애기 위해, LED 소자들(111A, 111B 및 111C)은 상기 광 신호를 순차적으로 방출하도록 제어되는 것이 바람직하다.

유사하게, 반사형 검사 모드의 제2 광학 모듈(200)의 동작 타이밍에서는, LED 소자들(111A, 111B 및 111C)과 포토다이오드 소자(113)가 비활성화되고, LED 소자들(211A, 211B 및 211C)과 포토다이오드 소자(213)가 활성화된다. 또한, 반사형 검사 모드의 제2 광학 모듈(200)의 동작 타이밍에서는, LED 소자들(211A, 211B 및 211C)이 일정 시간 간격을 두고 서로 다른 파장을 갖는 광 신호를 순차적으로 방출하고, 포토다이오드 소자(213)가 LED 소자들(211A, 211B 및 211C)이 방출한 광 신호가 특정 신체 부위에 반사된 광 신호를 순차적으로 수신한다. 이러한 제1 광학 모듈(100)의 동작 타이밍 및 제2 광학 모듈(200)의 동작 타이밍은 교대로 발생할 수 있다.

투과형 검사 모드에 대응하는 제1 동작 타이밍에서는, 제1 광학 모듈(100)의 LED 소자들(111A, 111B, 111C)과 제2 광학 모듈(200)의 포토다이오드 소자(213)가 활성화되고, 제1 광학 모듈(100)의 포토다이오드(113)와 제2 광학 모듈(200)의 LED 소자들(211A, 211B, 211C)이 비활성화된다. 투과형 검사 모드에 대응하는 제2 동작 타이밍에서는, 반대로 제1 광학 모듈(100)의 LED 소자들(111A, 111B, 111C)과 제2 광학 모듈(200)의 포토다이오드 소자(213)가 비활성화되고, 제1 광학 모듈(100)의 포토다이오드(113)와 제2 광학 모듈(200)의 LED 소자들(211A, 211B, 211C)이 활성화된다. 투과형 검사 모드에 대응하는 제1 및 제2 동작 타이밍은 교대로 발생할 수 있다.

타이밍 제어 로직(32A)는 각 검사 모드에 대응하는 동작 타이밍에 대응하는 타이밍 신호를 구동부(33)로 입력한다.

구동부(33)는 타이밍 제어 로직(32A)로부터 입력된 타이밍 신호에 응답하여 반사형 검사 모드에 대응하는 제1 구동 신호와 투과형 검사 모드에 대응하는 제2 구동 신호를 LED 소자들(111A, 111B, 111C, 211A, 211B 및 211C)과 포토다이오드 소자들(113, 213)로 출력한다. 이때, 구동부(33)는 타이밍 제어 로직 의해 결정된 동작 타이밍에 따라 제1 및 제2 구동 신호를 교대로 출력할 수 있다.

A/D 변환부(34)는 상기 동작 타이밍에 따라 제1 포토다이오드 소자(113)가 측정한 광 신호에 대응하는 제1 전기적 신호와 제2 포토 다이오드가 측정한 광 신호에 대응하는 제2 전기적 신호를 순차적으로 수신하고, 제1 및 제2 전기적 신호를 샘플링하여 디지털 형태의 제1 및 제2 측정 데이터를 생성하고, 이를 프로세서(32) 내의 데이터 보상 로직(32B)으로 입력한다.

여기서, 제1 및 제2 측정 데이터 각각은 반사형 검사 모드에서 측정된 데이터(이하, 반사 데이터)와 투과형 검사 모드에서 측정된 데이터(투과 데이터)를 포함한다. 또한, 반사 데이터 및 투과 데이터 각각은 서로 다른 파장을 갖는 3개의 광 신호(광원)에 대응하는 3개의 측정 데이터를 포함한다.

프로세서(32) 내의 데이터 보상 로직(32B)은 A/D 변환부(34)로부터 입력된 제1 및 제2 측정 데이터를 각각 보상하고, 보상된 각 측정 데이터를 데이터 분석 로직(32C)으로 입력한다. 보상 방법은, 예를 들면, 제1 측정 데이터에 포함된 반사 데이터를 이용하여 제1 측정 데이터에 포함된 투과 데이터를 보상할 수 있다. 예를 들면, 반사 데이터를 나타내는 측정값과 투과 데이터를 나타내는 측정값 간의 차이값을 계산한 후, 계산된 차이값을 가중치로 설정하고, 설정된 가중치를 이용하여 반사 데이터를 나타내는 측정값 또는 투과 데이터를 나타내는 측정값을 보상할 수 있다. 또는 반사 데이터를 나타내는 측정값과 투과 데이터를 나타내는 측정값 간의 평균치를 제1 측정 데이터를 보상한 데이터로 활용할 수 있다. 이와 유사한 방식으로, 제2 측정 데이터도 보상될 수 있다. 이처럼 각 포토다이오드로부터 수집되는 측정 데이터를 보상함으로써, 측정 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

데이터 분석 로직(32C)은 데이터 보상 로직(32B)에 의해 보상된 제1 및 제2 측정 데이터를 기반으로 혈액 성분을 분석한다. 이때 보상된 각 측정 데이터는 서로 다른 파장을 갖는 광 신호를 기반으로 측정된 것이기 때문에, 복수개의 파장으로 서로 다른 혈액의 특성 파장으로 활용할 수 있어 다종의 혈액성분 분석이 가능하다. 이처럼 동일 생체물질의 측정을 위한 서로 다른 파장을 갖는 광 신호를 조합하는 경우, 준 스펙트럼 분석기로 활용되어 측정 신뢰도를 더욱 향상시킬 수 있다.

데이터 분석 로직(32C)이 상기 보상된 제1 및 제2 측정 데이터를 분석하여 획득한 분석 결과 데이터는 메모리(36)에 일시적 또는 영구적으로 저장될 수 있다.

분석 결과 데이터가 메모리(36)에 일시적으로 저장되는 경우, 일시적으로 저장된 분석 결과 데이터는 다음 측정 시에 획득한 분석 결과 데이터로 업데이트된다.

또한, 분석 결과 데이터는 통신부(35)로 입력되고, 통신부(35)는 분석 결과 데이터를 무선 통신 방식으로 사용자 단말로 무선 전송하고, 사용자는 사용자 단말을 통해 제공되는 분석 결과 데이터를 기반으로 자신의 건강 상태를 모니터링 할 수 있다. 무선 통신 방식은 블루투스, 와이파이 등과 같은 근거리 무선 통신일 수 있다. 통신부(35)는 무선 통신을 지원하기 위해, 변조기, 증폭기, 필터와 같은 하드웨어 구성요소들을 포함하도록 구성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 비침습형 혈액 검사 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 먼저, 단계 S410에서, 특정 신체 부위(10)를 사이에 두고 서로 마주하는 제1 및 제2 광학 모듈(100, 200) 중에서, 제1 광학 모듈(100)에 포함된 제1 LED 소자(111)가 제1 광 신호를 출력한다.

여기서, 제1 LED 소자(111)는 복수의 LED 소자들을 포함할 수 있으며, 이 경우, 상기 복수의 LED 소자들은 다양한 혈액 성분 검사를 위해 서로 다른 파장을 갖는 복수의 광 신호를 출력하고, 광 신호 간의 간섭을 방지하기 위해, 복수의 광 신호가 순차적으로 출력(방출)되는 동작 타이밍에 따라, 상기 복수의 LED 소자들의 온/오프가 컨트롤 IC(119)에 의해 제어될 수 있다.

이어, 단계 S420에서, 제1 광학 모듈(100)에 포함된 포토다이오드 소자(113)가 상기 특정 신체 부위에 반사된 상기 제1 광 신호를 수신한다.

이어, 단계 S430에서, 제2 광학 모듈(200)에 포함된 제2 LED 소자(211)가 제2 광 신호를 출력한다. 여기서, 제2 LED 소자(211)도 복수의 LED 소자로 구성될 수 있으며, 광 신호 간의 간섭을 방지하기 위해, 복수의 광 신호가 순차적으로 출력(방출)되는 동작 타이밍에 따라, 상기 복수의 LED 소자들의 온/오프가 컨트롤 IC(119)에 의해 제어될 수 있다.

이어, 단계 S440에서, 제1 광학 모듈(100)에 포함된 포토다이오드 소자(113)가 상기 특정 신체 부위(10)를 투과한 상기 제2 광 신호를 수신한다.

이어, 단계 S450에서, 상기 제1 광학 모듈에 포함된 컨트롤 IC(119)가 상기 포토다이오드 소자(113)가 수신한 상기 제1 및 제2 광 신호를 디지털 형태의 반사 데이터와 투과 데이터로 각각 변환한다.

이어, 단계 S460에서, 상기 컨트롤 IC(119)가 상기 반사 데이터와 상기 투과 데이터를 분석하여, 혈액 성분을 검사한다. 여기서, 상기 컨트롤 IC(119)는 상기 반사 데이터를 이용하여 상기 투과 데이터를 보상하거나, 상기 투과 데이터를 이용하여 상기 반사 데이터를 보상할 수 있으며, 상기 보상된 반사 데이터 또는 상기 보상된 투과 데이터를 이용하여 상기 혈액 성분을 분석한다. 보상 방법은, 전술한 바와 같이, 상기 반사 데이터를 나타내는 측정값과 상기 투과 데이터를 나타내는 측정값간의 차이값을 가중치로 이용하여 상기 반사 데이터를 나타내는 측정값 또는 상기 투과 데이터를 나타내는 측정값을 보상할 수 있다.

본 발명은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예 들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims

비침습형 혈액 검사 장치에서의 혈액 검사 방법에서,
특정 신체 부위를 사이에 두고 서로 마주하는 제1 및 제2 광학 모듈 중에서, 제1 광학 모듈에 포함된 제1 LED 소자가 제1 광 신호를 출력하는 단계;
제1 광학 모듈에 포함된 포토다이오드 소자가 상기 특정 신체 부위에 반사된 상기 제1 광 신호를 수신하는 단계;
상기 제2 광학 모듈에 포함된 제2 LED 소자가 제2 광 신호를 출력하는 단계;
상기 제1 광학 모듈에 포함된 포토다이오드 소자가 상기 특정 신체 부위를 투과한 상기 제2 광 신호를 수신하는 단계;
상기 제1 광학 모듈에 포함된 컨트롤 IC가 상기 포토다이오드 소자가 수신한 상기 제1 및 제2 광 신호를 디지털 형태의 반사 데이터와 투과 데이터로
각각 변환하는 단계; 및
상기 컨트롤 IC가 상기 반사 데이터를 이용하여 상기 투과 데이터를 보상하거나, 상기 투과 데이터를 이용하여 상기 반사 데이터를 보상하고, 상기 보상된 반사 데이터 또는 상기 보상된 투과 데이터를 이용하여 혈액 성분을 검사하는 단계를 포함하고,
상기 혈액 성분을 검사하는 단계는,
상기 반사 데이터와 상기 투과 데이터의 차이값을 계산한 후, 상기 계산된 차이값을 가중치로 설정하고, 상기 설정된 가중치를 이용하여 상기 반사 데이터 또는 상기 투과 데이터를 보상하는 것인 비침습형 혈액 검사 장치에서의 혈액 검사 방법.
제1항에서,
상기 제1 및 제2 LED 소자는 복수의 LED 소자들을 포함하고,
상기 제1 LED 소자가 제1 광 신호를 출력하는 단계는,
상기 복수의 LED 소자들이 서로 다른 파장을 갖는 복수의 광 신호를 포함하는 상기 제1 광 신호를 출력하는 단계이고,
상기 제2 LED 소자가 제2 광 신호를 출력하는 단계는,
상기 복수의 LED 소자들이 서로 다른 파장을 갖는 복수의 광 신호를 포함하는 상기 제2 광 신호를 출력하는 단계
인 것인 비침습형 혈액 검사 장치에서의 혈액 검사 방법.
제2항에서,
상기 복수의 LED 소자들은 순차적으로 온/오프 되어, 상기 복수의 광 신호를 순차적으로 출력하는 것인 비침습형 혈액 검사 장치에서의 혈액 검사 방법.
삭제
특정 신체 부위를 사이에 두고 서로 마주하는 제1 및 제2 광학 모듈을 포함하고,
상기 제1 광학 모듈은 제1 LED 소자, 제1 포토다이오드 소자 및 컨트롤 IC를 포함하고, 상기 제2 광학 모듈은 제2 LED 소자 및 제2 포토다이오드 소자를 포함하고,
상기 제1 포토다이오드 소자는,
상기 제1 LED 소자에서 출력한 제1 광 신호가 상기 특정 신체 부위에 반사된 상기 제1 광 신호를 수신하고, 상기 제2 LED 소자에서 출력한 제2 광 신호가 상기 특정 신체 부위를 투과한 상기 제2 광 신호를 각각 수신하고,
상기 컨트롤 IC는,
상기 제1 포토다이오드 소자가 수신한 상기 제1 및 제2 광 신호를 디지털 형태의 반사 데이터와 투과 데이터로 각각 변환하고, 상기 반사 데이터와 상기 투과 데이터를 이용하여, 혈액 성분을 검사하고,
상기 반사 데이터와 상기 투과 데이터의 차이값을 계산한 후, 상기 계산된 차이값을 가중치로 설정하고, 상기 설정된 가중치를 이용하여 상기 반사 데이터 또는 상기 투과 데이터를 보상하여, 상기 보상된 반사 데이터 또는 상기 보상된 투과 데이터를 이용하여, 혈액 성분을 검사하
는 것인 비침습형 혈액 검사 장치.
제5항에서,
상기 제1 및 제2 LED 소자 각각은 복수의 LED 소자들을 포함하고,
상기 복수의 LED 소자들은 서로 다른 파장을 갖는 복수의 광 신호를 출력하는 것인 비침습형 혈액 검사 장치.
제5항에서,
상기 복수의 LED 소자들은 순차적으로 상기 복수의 광 신호를 순차적으로 출력하는 것인 비침습형 혈액 검사 장치.
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