KR102415948B1 - 생리학적 정보 기반 방광 기능 모니터링 장치 - Google Patents
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Abstract
생리학적 정보 기반 방광 기능 모니터링 장치가 개시된다. 생리학적 정보 기반 방광 기능 모니터링 장치는, 환자의 방광으로 다파장의 근적외선(NIR: Near Infrared)을 조사하는 적어도 하나의 측정용 광원 및 측정용 광원으로부터 순차적으로 멀어지도록 배치되어, 조사된 다파장 근적외선이 방광으로부터 반사 및 확산된 광신호의 파장별 반사신호세기를 측정하는 복수의 광센서를 포함하는 측정부, 미리 설정된 출력파장 및 출력파워를 가지는 치료용 광을 방광으로 조사하는 광조사부 및 측정된 반사신호세기를 이용하여 반사도(Reflectance)를 산출하고, 산출된 반사도를 이용하여 파장별 광흡수계수를 산출하고, 산출된 파장별 광흡수계수를 이용하여 방광의 생리학적 정보를 산출하고, 산출된 생리학적 정보를 이용하여 치료용 광의 출력파장 및 출력파워를 설정하는 제어부를 포함한다.
Description
본 발명은 생리학적 정보 기반 방광 기능 모니터링 장치에 관한 것이다.
척추손상(Spinal Cord Injury), 알츠하이머(Alzheimer Disease), 파킨슨 (Parkinson Disease) 등으로 인한 환자들의 경우, 스스로 배뇨(urination) 시점을 판단하기가 어려우므로, 환자들의 방광 내 소변량이 400~500mL가 되기 전에 카테터(Catheter)를 이용한 도뇨(Catheterization)가 시행된다. 정상 상태에서 90% 이상의 소변이 배출되어야 하기 때문에, 대략 하루 4~6회의 도뇨가 시행되어야 하며, 이에 따라 연간 2000회 이상의 도뇨가 시행될 수 있다.
이와 같은 적절한 도뇨가 시행되지 못하면, 연간 1회 이상으로 재발성 요로감염이 100% 발생한다. 그리고, 방광결석 49%, 수면 신경증 47%, 방광요관 역류 33%가 발생하는 것으로 나타났다. 나아가, 적절한 도뇨가 시행되지 못함으로 인하여 발생하는 사망 중 주요 원인은 신부전(Renal Failure)으로 나타났다.
신경인성 방광, 요실금 등의 여성 질환, 알츠하이머 파킨슨 등의 노인성 질환을 가진 환자들도 요의(Micturition desire)를 불명료하게 느끼거나 혹은 느끼지 못할 경우, 적절하게 정해진 시간에 맞춰 카테터를 이용한 도뇨를 시행할 수 있다. 이러한 환자들은 자가도뇨를 스스로 못하는 경우가 많아 가족이 도와주어야 하며, 때로는 소변줄을 차고 생활해야 한다. 하지만, 소변줄을 차는 경우, 요로 감염의 위험성이 증가하게 되어, 의료적인 부작용이 가장 적은 방법은 자가도뇨이지만 언급했듯이, 본인 스스로 하기 어려운 점으로 인해 환자 스스로 외출을 꺼려하게 되어, 집이 곧 감옥과 같이 될 수 있고, 특히 젊은 환자들에게는 삶이 마치 지옥 같은 상황이 된다. 자가도뇨는 규칙적인 시간에 4~6회를 실시하게 되지만, 사람마다 매일 먹는 양이 다르고, 매일 수분 섭취가 다른데, 정해진 시간에 맞춰 소변둘을 삽입하는 것은 때로는 불필요한 많은 에너지를 소모시킨다.
이런 환자들에게 하루에 카테터를 이용한 도뇨를 시행하는 횟수를 1~2회만 줄일 수 있어도, 환자와 그 가족의 삶의 질은 놀랍도록 개선될 수 있으며, 환자의 요로 감염 위험성도 낮출 수 있어, 환자의 합병증 및 사망률 감소에도 획기적인 도움이 될 수 있다. 뿐만 아니라, 요양병원에서도 제 시간에 관리하지 못해 발생할 수 있는 합병증을 예방할 수 있고, 요실금과 같은 여성질환의 경우도 어느정도 방광이 차게 되면 발생할 수 있는 시간을 미리 예측하여, 요실금 환자의 삶의 질을 개선시킬 수 도 있다.
따라서, 신경인성 방광, 요실금 등의 여성 질환, 알츠하이머 파킨슨 등의 노인성 질환을 지닌 환자들에 대한 카테터를 이용한 도뇨가 일괄적으로 정해진 시간에 맞춰 시행되는 것이 아니라, 환자의 방광 내의 소변량에 따라 적절한 도냐 시점을 알려주어 자가도뇨가 시행되도록 하기 위해서는 환자의 방광상태를 실시간으로 모니터링하는 방안이 요구된다.
이와 더불어, 방광 상태의 모니터링을 통해 현시점에서의 방광의 건강상태에 대한 진단이 가능하고, 개인의 방광 건강상태에 대한 모니터링 데이터가 축적된다면 이를 기반으로 개인 맞춤형 저출력 광치료(Personalized Low Level Light Therapy)를 수행할 수 있으며, 본 제안된 기술을 기반으로 여러 환자의 생리학적 정보기반의 진단데이터가 축적된다면, 딥러닝 기반의 연령별 방광건강상태의 진단이 가능하며, 이를 기반으로 저출력 광치료를 포함 다양한 방식으로 환자별 맞춤치료가 가능하게 된다.
본 발명은 요의를 불분명하게 느끼거나 혹은 느끼지 못하는 환자의 방광 기능을 실시간 모니터링하기 위하여 방광의 생리학적 정보를 실시간으로 측정하고, 측정된 생리학적 정보에 따라 결정된 출력파장 및 출력파워를 갖는 치료용 광을 환자의 방광에 조사하는 생리학적 정보 기반 방광 기능 모니터링 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 생리학적 정보 기반 방광 기능 모니터링 장치가 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 생리학적 정보 기반 방광 기능 모니터링 장치는, 환자의 방광으로 다파장의 근적외선(NIR: Near Infrared)을 조사하는 적어도 하나의 측정용 광원 및 상기 측정용 광원으로부터 순차적으로 멀어지도록 배치되어, 상기 조사된 다파장 근적외선이 상기 방광으로부터 반사 및 확산된 광신호의 파장별 반사신호세기를 측정하는 복수의 광센서를 포함하는 측정부, 미리 설정된 출력파장 및 출력파워를 가지는 치료용 광을 상기 방광으로 조사하는 광조사부 및 상기 측정된 반사신호세기를 이용하여 반사도(Reflectance)를 산출하고, 상기 산출된 반사도를 이용하여 파장별 광흡수계수를 산출하고, 상기 산출된 파장별 광흡수계수를 이용하여 상기 방광의 생리학적 정보를 산출하고, 상기 산출된 생리학적 정보를 이용하여 상기 치료용 광의 출력파장 및 출력파워를 설정하는 제어부를 포함한다.
상기 생리학적 정보는 산소 헤모글로빈(O2Hb), 환원 헤모글로빈(HHb), 체수분(Water) 및 지방(Lipid)의 함량을 포함한다.
상기 생리학적 정보는 개인의 데이터가 실시간으로 측정된 개인 맞춤형 치료를 위한 스몰 데이터(small data) 및 개인별 데이터를 연령별, 그룹별 및 상태별로 분류한 빅데이터(bigl data)를 포함한다.
상기 제어부는 상기 체수분 함량으로부터 산출되는 상기 방광의 소변량이 임계치를 초과하는 경우, 상기 방광의 배뇨 동작을 개선하는 스몰 데이터 또는 빅데이터를 기반으로 맞춤형 치료를 위하여 설정된 근적외선 파장으로 상기 치료용 광의 출력파장을 설정한다.
상기 제어부는 상기 환원 헤모글로빈(HHb) 및 상기 산소 헤모글로빈(O2Hb)의 함량으로부터 산출되는 상기 방광의 혈류량이 스몰 데이터 또는 빅데이터의 건강상태 정보 기반으로 치료가 필요하다고 판단되는 경우, 상기 방광의 혈류량을 개선하는 미리 설정된 근적외선 파장으로 상기 치료용 광의 환자 맞춤형 출력파워를 설정한다.
상기 제어부는 모니터링된 피하 지방량에 따라 스몰 데이터 또는 빅데이터의 피하 지방량 정보에 따른 미리 최적화 설정된 요구 출력파워를 이용하여 상기 지방의 함량에 따라 상기 치료용 광의 환자 맞춤형 출력파워를 설정한다.
상기 제어부는 미리 설정된 복수의 피부톤 레벨별 반사신호세기와 상기 측정된 반사신호세기를 비교하여, 상기 방광이 위치하는 피부의 피부톤을 산출한다.
상기 제어부는 상기 복수의 피부톤 레벨별로 미리 설정된 요구 출력파워를 이용하여, 상기 산출된 피부톤에 따라 상기 치료용 광의 환자 맞춤형 최적 출력파워를 설정한다.
상기 방광 기능 모니터링 장치는 상기 생리학적 정보 및 상기 피부톤을 포함하는 개인 데이터를 사용자 단말로 전송하되, 상기 사용자 단말은 상기 개인 데이터를 축적하여 스몰 데이터(small data)를 생성하고, 상기 스몰 데이터를 이용하여 개인 맞춤형으로 상기 치료용 광의 출력파장 및 출력파워가 설정된다.
상기 사용자 단말은 상기 생성된 스몰 데이터를 건강관리 서버로 전송하되, 상기 건강관리 서버는 다수의 사용자의 스몰 데이터를 수집하고 미리 설정된 기간동안 축적하여 상기 방광의 개인별 데이터에 대한 빅데이터를 생성한다.
상기 사용자 단말은 상기 방광 기능 모니터링 장치로부터 제공되는 상기 방광의 생리학적 정보 및 피부톤을 모니터링하여, 상기 방광의 소변량이 임계치를 초과하는 경우, 환자에게 알리기 위하여 상기 사용자 단말에 구비된 출력장치를 통해 알람을 수행한다.
본 발명의 실시예에 따른 생리학적 정보 기반 방광 기능 모니터링 장치는, 요의를 불분명하게 느끼거나 혹은 느끼지 못하는 환자의 방광의 생리학적 정보를 실시간 및 주기적으로 측정하고, 측정된 생리학적 정보에 따라 결정된 출력파장 및 출력파워를 갖는 치료용 광을 환자의 방광에 조사함으로써, 환자의 방광 기능을 모니터링하고 이를 기반으로 맞춤형 치료를 하여 환자의 방광 건강에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방광 모니터링 시스템의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 생리학적 정보 기반 방광 기능 모니터링 장치의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면.
도 3 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 방광 모니터링 시스템을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 생리학적 정보 기반 방광 기능 모니터링 장치의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면.
도 3 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 방광 모니터링 시스템을 설명하기 위한 도면.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방광 모니터링 시스템의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 생리학적 정보 기반 방광 기능 모니터링 장치의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면이고, 도 3 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 방광 모니터링 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 1을 중심으로, 본 발명의 실시예에 따른 방광 모니터링 시스템에 대하여 설명하되, 도 2 내지 도 12를 참조하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 방광 모니터링 시스템은, 방광 기능 모니터링 장치(100), 건강 관리 서버(200) 및 사용자 단말(10)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 건강관리 서버(200)에는, 스몰 데이터(small data)로서, 개인별 측정 데이터 및 진단 데이터가 저장되어 있고, 개인별 데이터를 연령별, 그룹별 및 상태별로 분류한 빅데이터(bigl data)가 저장될 수 있다. 또한, 건강관리 서버(200)는 딥러닝 알고리즘 등을 이용하여, 저장된 빅데이터를 기반으로 맞춤형 분석 결과를 제공할 수 있다.
방광 기능 모니터링 장치(100)는 환자의 방광의 생리학적 정보를 실시간으로 측정하고, 측정된 생리학적 정보를 기반으로 건강관리 서버(200)의 맞춤형 분석 결과에 따라 결정된 출력파장 및 출력파워를 갖는 치료용 광을 환자의 방광에 조사한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 생리학적 정보 기반 방광 기능 모니터링 장치(100)는, 측정부(110), 광조사부(120), 출력부(130), 입력부(140), 통신부(150) 및 제어부(160)를 포함하여 구성될 수 있다.
측정부(110)는 환자의 방광으로 측정용 광을 조사하고, 환자의 방광으로부터 반사 및 확산되는 광신호를 측정한다.
즉, 측정부(110)는 환자의 배에서 방광이 위치하는 부위에서 방광으로 다파장의 근적외선(NIR: Near Infrared)을 조사하는 적어도 하나의 측정용 광원(111) 및 측정용 광원(111)으로부터 순차적으로 멀어지도록 배치되어, 측정용 광원(111)에 의하여 방광에 조사된 다파장 근적외선이 방광으로부터 반사 및 확산된 광신호의 파장별 신호세기를 측정하는 복수의 광센서(115)를 포함할 수 있다.
여기서, 측정용 광원(111)은 후술할 제어부(160)의 제어에 따라 미리 설정된 조사신호세기를 가지는 근적외선을 파장별로 조사할 수 있다.
예를 들어, 적어도 하나의 측정용 광원(111)은 LD(Laser Diode), LED(Light-Emitting Diode) 또는 OLED(Organic Light-Emitting Diode)로 구성될 수 있다. 그리고, 복수의 광센서(115)는 측정용 광원(111)으로부터 순차적으로 멀어지도록 배치되어 구성될 수 있으며, 각 광센서(115)는 PD(Photodiode), IR enhanced PD, APD(Avalanche Photodiode)나 CCD, CMOS로 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 방광 기능 모니터링 장치(100)는 환자의 배에서 방광이 위치하는 부위에 부착될 수 있다. 그리고, 방광 기능 모니터링 장치(100)에 구비되는 측정용 광원(111)은 방광 기능 모니터링 장치(100)의 중앙에 배치되고, 측정용 광원(111)의 양측으로 순차적으로 멀어지도록 복수의 광센서(115)가 배치될 수 있다. 그래서, 방광 기능 모니터링 장치(100)의 측정부(110)는 도 4에 도시된 바와 같이, 측정용 광이 방광에서 반사 및 확산된 광(1)을 수신할 수 있다.
광조사부(120)는 후술할 제어부(160)의 제어에 의하여 설정되는 출력파장 및 출력파워를 가지는 치료용 광을 환자의 방광으로 조사한다.
즉, 광조사부(120)는 환자의 배에서 방광이 위치하는 부위에서 방광으로 다파장의 근적외선을 조사하는 적어도 하나의 치료용 광원(121)을 포함할 수 있다. 여기서, 치료용 광원(121)은 측정부(110)의 측정용 광원(111)과 동일한 구조가 적용될 수 있으며, 치료용 광은 전술한 측정용 광과 동일한 구조가 적용될 수 있다. 다만, 치료용 광의 출력파장 및 출력파워는 제어부(160)의 제어에 의하여 가변될 수 있다.
예를 들어, 광조사부(120)의 치료용 광원(121)은 도 5에 도시된 바와 같이, 측정부(110)의 측정용 광원(111)과 함께 하나의 패키지로 구현될 수 있다. 그래서, 방광 기능 모니터링 장치(100)의 광조사부(120)는 도 6에 도시된 바와 같이, 제어부(160)에 의하여 설정되는 출력파장 및 출력파워에 따른 치료용 광(2)을 방광으로 조사할 수 있다.
이와 같은 측정부(110) 및 광조사부(120)를 포함하여 구성되는 방광 기능 모니터링 장치(100)는 환자의 배에서 방광이 위치하는 부분에 부착되기 위하여, 환자가 착용 가능한 수단에 결합될 수 있다.
예를 들어, 방광 기능 모니터링 장치(100)는 도 7에 도시된 바와 같이, 패치(500)에 구비된 결합부(510)에 삽입되어 패치(500)에 결합되며, 환자는 방광 기능 모니터링 장치(100)가 배에서 방광이 위치하는 부분에 위치하도록 패치(300)를 부착할 수 있다.
또한, 방광 기능 모니터링 장치(100)는 도 8에 도시된 바와 같이, 벨트(300)에 구비된 결합부(310)에 삽입되어 벨트(300)에 결합되며, 환자는 방광 기능 모니터링 장치(100)가 배에서 방광이 위치하는 부분에 위치하도록 벨트(300)를 착용할 수 있다.
또한, 방광 기능 모니터링 장치(100)는 도 9에 도시된 바와 같이, 반바지(400)에 구비된 결합부(410)에 삽입되어 반바지(400)에 결합되며, 환자는 방광 기능 모니터링 장치(100)가 배에서 방광이 위치하는 부분에 위치하도록 반바지(400)를 착용할 수 있다.
출력부(130)는 청각적 또는 시각적 신호를 출력한다. 예를 들어, 출력부(130)는 본 발명의 실시예에 따른 방광 기능 모니터링 장치(100)의 구동시작, 측정중, 측정완료, 치료중 등과 같은 동작상태를 표시하는 상태표시램프 및/또는 부저를 포함할 수 있다.
또한, 출력부(130)는 본 발명의 실시예에 따른 방광 기능 모니터링 장치(100)가 입력받거나 처리한 정보를 표시하여 출력하는 디스플레이 모듈(미도시)을 더 포함할 수도 있다. 즉, 디스플레이 모듈은 측정부(110)의 광센서(115)에 의하여 검출되는 확산광(Diffuse optics)에 대한 후술할 제어부(160)의 분석결과(생리학적 정보, 출력파장, 출력파워 등)를 출력할 수 있다.
예를 들어, 디스플레이 모듈은 액정 디스플레이(liquid crystal display) 등으로 구현될 수 있다. 또한, 디스플레이 모듈과 터치 동작을 감지하는 센서가 상호 레이어 구조를 이루는 경우(즉, 터치 스크린), 디스플레이 모듈은 출력 장치 이외에 입력 장치로도 사용될 수 있다. 이하, 디스플레이 모듈로 터치 스크린이 사용되는 경우, 터치 동작을 감지하는 센서는 후술할 입력부(140)로 지칭하도록 한다.
입력부(140)는 사용자로부터 각종 명령을 입력받기 위한 사용자 인터페이스(user interface)로서, 그 구현 방식에는 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 입력부(140)는 복수의 조작 유닛들을 포함할 수 있으며, 이러한 조작 유닛들은 키 패드(key pad), 터치 패드(정압/정전), 휠 키, 조그 스위치 등으로 제작될 수 있다.
통신부(150)는 도 1에 도시된 바와 같이, 건강관리 서버(200) 및 사용자 단말(10)과 유무선 통신을 수행한다.
예를 들어, 통신부(150)는 USB(Universal Serial Bus) 모듈, 블루투스(Bluetooth) 모듈, 와이파이(wifi) 모듈 등을 포함할 수 있으며, 블루투스(Bluetooth) 또는 와이파이(wifi)와 같은 근거리 무선통신이나 USB와 같은 근거리 유선통신을 이용하여, 스마트폰이나 데스크탑 PC와 같은 사용자 단말(10)이나 건강관리 서버(200)로 데이터를 전송할 수 있다.
제어부(160)는 기본적으로, 본 발명의 실시예에 따른 방광 기능 모니터링 장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다.
즉, 제어부(160)는 측정부(110)가 방광 부위에 다파장의 근적외선을 조사하고, 방광 부위로부터 반사 및 확산된 광신호의 파장별 반사신호세기를 측정하도록 제어한다.
그리고, 제어부(160)는 측정된 광신호의 파장별 신호세기를 이용하여 검출되는 확산광(Diffuse optics)의 분석을 통해 방광의 생리학적 정보를 산출한다. 여기서, 생리학적 정보는 산소 헤모글로빈(O2Hb), 환원 헤모글로빈(HHb), 체수분(Water) 및 지방(Lipid)의 함량을 포함할 수 있다.
도 10을 참조하면, 근적외선 대역에는, 콜라겐(Collagen), 체수분(Water), 지방(Lipid), 환원 헤모글로빈(HHb), 산소 헤모글로빈(O2Hb) 등의 85% 이상의 생체조직 성분의 광흡수 피크가 존재한다. 여기서, 환원 헤모글로빈(HHb) 및 산소 헤모글로빈(O2Hb)는 혈류량 지표이다. 따라서, 방광 내의 수분함량의 측정을 통해 방광 내에 채워진 소변의 양 측정이 가능하며, 방광의 환원 헤모글로빈(HHb) 및 산소 헤모글로빈(O2Hb)의 양 측정을 통해 방광의 혈류량이 산출될 수 있다.
다시 말해, 제어부(160)는 반사 및 확산된 광신호의 측정된 파장별 반사신호세기를 이용하여 반사도(Reflectance)를 산출하고, 산출된 반사도를 이용하여 파장별 광흡수계수를 산출하고, 산출된 파장별 광흡수계수를 이용하여 방광의 생리학적 정보를 산출할 수 있다.
제어부(160)는 측정부(110)의 측정용 광원(111)이 조사하는 근적외선의 조사신호세기에 대하여, 측정부(110)의 광센서(115)가 수신하는 방광으로부터 반사 및 확산된 광신호의 반사신호세기의 비율을 반사도로 산출할 수 있다.
그리고, 제어부(160)는 하기 수학식을 이용하여 파장별 광흡수계수를 산출할 수 있다.
여기서, R(ρ)는 반사도이고, ρ=(x, y)이고, a'는 표면에서의 반사율을 나타내는 알베도(albedo)로서, a' = μ's / (μa + μ's)이고, μa는 광흡수계수이고, μ's는 광산란계수이고, z0는 관심영역(ROI: Region of Interest)으로부터 측정표면(방광 부위의 피부표면) 까지의 거리로서, z0 = (μa + μ's)-1이고, μeff는 유효감쇄계수(effective attenuation coefficient)로서, μeff = [3 μa (μa + μ's)]1/2이고, r1는 관심영역으로부터 양의 광소스(positive impulse source)까지의 거리로서, r1 = [(z - z0)2 + ρ 2]1/2이고, zb는 Extrapolate boundary condition의 핵심으로서, 광자의 Flux가 사라진다고 가정하는 가상경계의 값이고, r2는 관심영역으로부터 음의 광소스(negative impulse source)까지의 거리로서, r2 = [(z + z0 + 2zb)2 + ρ 2]1/2이다.
여기서, R(ρ)는 반사도이고, Rexp(ρ)는 실험시스템을 이용하여 생리학적인 조직에서 측정된 반사도의 실험값(experimental R)이고, α는 실험시스템에 설정된 시스템파라미터이다.
수학식 1과 수학식 2에서, 광흡수계수 μa, 광산란계수 μ's 및 시스템파라미터 α는 미지수이다. 이러한 3개의 미지수의 해를 계산하기 위해서는 적어도 3개의 방정식이 필요하므로, 적어도 하나의 측정용 광원(111) 및 최소 3개의 광센서(115)가 필요하다. 즉, 3개의 지점에서 측정된 반사신호세기를 이용하여, 수학식 1 및 2로부터, 광흡수계수 μa, 광산란계수 μ's 및 시스템파라미터 α의 3개 미지수에 대한 3개의 방정식이 생성될 수 있고, 생성된 3개의 방정식으로부터, 미지수인 광흡수계수 μa, 광산란계수 μ's 및 시스템파라미터 α의 값이 산출될 수 있다.
그리고, 제어부(160)는 산출된 광흡수계수로부터 하기 수학식을 이용하여 생리학적 정보를 산출할 수 있다.
여기서, 
, 
, 
및 
는 각각 산소 헤모글로빈(O2Hb), 환원 헤모글로빈(HHb), 체수분(Water) 및 지방(Lipid)의 파장별 광소멸계수(extinction rate)이고, [O2Hb], [HHb], [water] 및 [lipid]는 각각 산소 헤모글로빈(O2Hb), 환원 헤모글로빈(HHb), 체수분(Water) 및 지방(Lipid)의 함량이고, 
는 파장별 광흡수계수이다.
수학식 3에서, 산소 헤모글로빈(O2Hb), 환원 헤모글로빈(HHb), 체수분(Water) 및 지방(Lipid)의 함량은 최소자승법을 이용하여 산출될 수 있으며, 산소 헤모글로빈(O2Hb)과 환원 헤모글로빈(HHb)의 함량은 mol 단위의 절대값으로 산출되고, 체수분(Water)과 지방(Lipid)의 함량은 % 단위의 상대값으로 산출될 수 있다.
한편, 제어부(160)는 반사도를 이용하여 방광이 위치하는 부위의 피부톤을 산출한다. 피부톤이 어두운 경우 측정용 광의 흡수율이 높아져 광신호의 크기는 감소하고, 피부톤이 밝은 경우 측정용 광의 흡수율은 낮아져 광신호의 크기는 거의 감소하지 않는다. 따라서, 제어부(160)는 측정용 광의 흡수율이나 반사율을 기반으로 방광이 위치하는 피부의 피부톤을 산출할 수 있다.
예를 들어, 도 11을 참조하면, 복수의 광센서(115)는 6개의 피부톤 레벨 별로 측정용 광원(111)과의 거리에 따라 반사신호세기가 설정될 수 있다. 그래서, 제어부(160)는 복수의 광센서(115)에 의하여 측정된 반사신호세기와 6개의 피부톤 레벨 별로 설정된 반사신호세기를 비교하여 6개의 피부톤 레벨 중에서 피부톤을 결정할 수 있다. 즉, 제어부(160)는 6개의 피부톤 레벨 별로 설정된 반사신호세기의 그래프와 측정된 반사신호세기의 그래프를 비교하여, 가장 유사도가 높은 피부톤 레벨 범위를 방광이 위치하는 피부의 피부톤으로 결정할 수 있다.
그리고, 제어부(160)는 앞서 산출한 방광의 생리학적 정보 및 피부톤을 이용하여 광조사부(120)가 방광으로 조사하는 치료용 광(2)의 출력파장 및 출력파워를 제어한다.
즉, 제어부(160)는 산출된 방광의 생리학적 정보 중 체수분 함량으로부터 산출된 방광의 소변량 및 방광의 환원 헤모글로빈(HHb) 및 산소 헤모글로빈(O2Hb)의 양 측정을 통해 산출된 방광의 혈류량에 따라 치료용 광(2)의 출력파장 및 출력파워를 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(160)는 방광의 소변량이 임계치를 초과하는 경우, 방광의 배뇨 동작을 개선하는 미리 설정된 근적외선 파장으로 치료용 광(2)의 출력파장 및 출력파워를 설정할 수 있다. 또한, 제어부(160)는 방광의 혈류량이 임계치 미만인 경우, 방광의 혈류량을 개선하는 미리 설정된 근적외선 파장으로 치료용 광(2)의 출력파장 및 출력파워를 설정할 수 있다.
한편, 제어부(160)는 산출된 방광의 생리학적 정보 중 방광 부위의 지방 함량 및 결정된 피부톤에 따라 치료용 광(2)의 출력파워를 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(160)는 피하 지방량에 따라 미리 설정된 요구 출력파워를 이용하여, 산출된 방광의 지방 함량에 따라 치료용 광(2)의 출력파워를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(160)는 피부톤 레벨별로 미리 설정된 요구 출력파워를 이용하여, 피부톤에 따라 치료용 광(2)의 출력파워를 제어할 수 있다. 즉, 제어부(160)는 도 10에 도시된 바와 같이, 피부톤으로 결정된 피부톤 레벨 범위의 상위 레벨 및 하위 레벨에 설정된 요구 출력파워의 중간값을 치료용 광(2)의 출력파워로 설정할 수 있다. 최종적으로 설정되는 치료용 광(2)의 출력파워는 지방 함량에 따라 결정된 출력파워와 피부톤에 따라 결정된 출력파워를 합한 것일 수 있다.
제어부(160)는 산출한 방광의 생리학적 정보 및 피부톤을 출력부(130)를 통해 출력하고, 통신부(150)를 통해 건강관리 서버(200) 및 사용자 단말(10)로 전송한다.
특히, 제어부(160)는 방광의 소변량이 임계치를 초과하는 경우, 이를 환자에게 알리기 위하여 출력부(130)를 통해 시각 및 청각적인 알람신호를 출력할 수 있다.
사용자 단말(10)도 방광 기능 모니터링 장치(100)로부터 제공되는 방광의 생리학적 정보 및 피부톤을 모니터링하여, 방광의 소변량이 임계치를 초과하는 경우, 이를 환자에게 알리기 위하여 사용자 단말(10)에 구비된 출력장치를 통해 알람을 수행할 수 있다.
예를 들어, 사용자 단말(10)은 도 12에 도시된 바와 같은 혈류량 변화 그래프로 혈류량 변화를 나타낼 수 있다.
도 12에 도시된 그래프는 연령에 따른 환원 헤모글로빈(HHb) 및 산소 헤모글로빈(O2Hb)의 양 변화를 나타낸다. 즉, 도 12의 (a)는 7세 여야, 도 12의 (b)는 37세 남자, 도 12의 (c)는 43세 여자의 소변 배출 시 측정된 혈류량 변화를 나타낸다. 도 12에 도시된 바와 같이, 나이가 많을수록 소변 배출 중 방광의 혈류 움직임이 약한 것을 알 수 있다.
사용자 단말(10)은 방광 모니터링 어플리케이션을 탑재할 수 있으며, 이를 통해 방광 모니터링을 수행하는 한편, 해당 사용자의 방광의 생리학적 정보 및 피부톤을 축적하여 개인화 데이터를 생성할 수 있다. 여기서, 개인화 데이터는 스몰 데이터(small data)라 할 수 있다. 이 스몰 데이터를 이용하여 개인 맞춤형 치료용 광(2)의 출력파장 및 출력파워가 설정될 수 있다.
그리고, 건강관리 서버(200)는 다수의 방광 기능 모니터링 장치(100)로부터 방광의 생리학적 정보 및 피부톤을 제공받거나, 또는 사용자 단말(10)로부터 스몰 데이터를 수신하여 빅데이터를 생성할 수 있다. 즉, 건강관리 서버(200)는 다수의 방광 기능 모니터링 장치(100) 또는 다수의 사용자 단말(10)로부터 여러 사용자의 스몰 데이터를 축적함으로써, 방광에 대한 빅데이터를 생성할 수 있다. 이를 이용하여, 다양한 연령, 성별 등에 따른 방광 기능의 진단 및 치료가 수행될 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10: 사용자 단말
100: 방광 기능 모니터링 장치
110: 측정부
120: 광조사부
130: 출력부
140: 입력부
150: 통신부
160: 제어부
200: 건강 관리 서버
100: 방광 기능 모니터링 장치
110: 측정부
120: 광조사부
130: 출력부
140: 입력부
150: 통신부
160: 제어부
200: 건강 관리 서버
Claims (10)
- 생리학적 정보 기반 방광 기능 모니터링 장치에 있어서,
환자의 방광으로 다파장의 근적외선(NIR: Near Infrared)을 조사하는 적어도 하나의 측정용 광원 및 상기 측정용 광원으로부터 순차적으로 멀어지도록 배치되어, 상기 조사된 다파장 근적외선이 상기 방광으로부터 반사 및 확산된 광신호의 파장별 반사신호세기를 측정하는 복수의 광센서를 포함하는 측정부;
미리 설정된 출력파장 및 출력파워를 가지는 치료용 광을 상기 방광으로 조사하는 광조사부;
상기 측정된 반사신호세기를 이용하여 반사도(Reflectance)를 산출하고, 상기 산출된 반사도를 이용하여 파장별 광흡수계수를 산출하고, 상기 산출된 파장별 광흡수계수를 이용하여 상기 방광의 생리학적 정보를 산출하고, 미리 설정된 복수의 피부톤 레벨별 반사신호세기와 상기 측정된 반사신호세기를 비교하여, 상기 방광이 위치하는 피부의 피부톤을 산출하고, 상기 산출된 생리학적 정보 및 상기 피부톤을 이용하여 상기 치료용 광의 출력파장 및 출력파워를 설정하는 제어부; 및
사용자 단말 및 건강관리 서버와 통신을 수행하는 통신부를 포함하되,
상기 생리학적 정보는 산소 헤모글로빈(O2Hb), 환원 헤모글로빈(HHb), 체수분(Water) 및 지방(Lipid)의 함량을 포함하고,
상기 제어부는,
상기 체수분 함량으로부터 산출되는 상기 방광의 소변량이 임계치를 초과하는 경우, 상기 방광의 배뇨 동작을 개선하는 미리 설정된 근적외선 파장으로 상기 치료용 광의 출력파장을 설정하고,
상기 환원 헤모글로빈(HHb) 및 상기 산소 헤모글로빈(O2Hb)의 함량으로부터 산출되는 상기 방광의 혈류량이 임계치 미만인 경우, 상기 혈류량을 개선하는 미리 설정된 근적외선 파장으로 상기 치료용 광의 출력파장을 설정하고,
피하 지방량에 따라 미리 설정된 요구 출력파워를 이용하여 상기 지방의 함량에 따라 상기 치료용 광의 출력파워를 설정하고,
상기 복수의 피부톤 레벨별로 미리 설정된 요구 출력파워를 이용하여, 상기 산출된 피부톤에 따라 상기 치료용 광의 출력파워를 설정하고,
최종적으로 설정되는 상기 치료용 광의 출력파워는 상기 지방 함량에 따라 결정된 출력파워와 상기 피부톤에 따라 결정된 출력파워를 합한 것이고,
상기 방광 기능 모니터링 장치는 상기 생리학적 정보 및 상기 피부톤을 포함하는 개인 데이터를 출력하고, 상기 사용자 단말 및 건강관리 서버로 전송하되, 상기 방광의 소변량이 임계치를 초과하는 경우, 환자에게 알리기 위하여 시각 및 청각적인 알람신호를 출력하고,
상기 사용자 단말은 상기 개인 데이터를 축적하여 스몰 데이터(small data)를 생성하고, 상기 생성된 스몰 데이터를 건강관리 서버로 전송하고, 상기 방광 기능 모니터링 장치로부터 제공되는 상기 방광의 생리학적 정보 및 피부톤을 모니터링하여, 상기 방광의 소변량이 임계치를 초과하는 경우, 환자에게 알리기 위하여 상기 사용자 단말에 구비된 출력장치를 통해 알람을 수행하고,
상기 스몰 데이터를 이용하여 개인 맞춤형으로 상기 치료용 광의 출력파장 및 출력파워가 설정되고,
상기 건강관리 서버는 다수의 사용자의 스몰 데이터를 수집하고 미리 설정된 기간동안 축적하여 상기 방광의 개인별 데이터에 대한 빅데이터를 생성하고,
상기 방광 기능 모니터링 장치는 벨트 또는 반바지에 구비된 결합부에 삽입되어 상기 벨트 또는 반바지에 결합되며, 환자가 상기 방광 기능 모니터링 장치가 배에서 방광이 위치하는 부분에 위치하도록 상기 벨트 또는 반바지를 착용하는 것을 특징으로 하는 생리학적 정보 기반 방광 기능 모니터링 장치. - 삭제
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