KR102436176B1 - 조직 깊이 분석을 전자적으로 선택할 수 있는 산소 측정 프로브 - Google Patents

조직 깊이 분석을 전자적으로 선택할 수 있는 산소 측정 프로브 Download PDF

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Abstract

산소 측정기 프로브가 프로브 유닛 또는 베이스 유닛, 및 프로브 선단부를 포함하고, 프로브 선단부는, 조직의 상이한 조직 깊이에서 조직 산소 포화를 측정하기 위해서 개별적으로 또는 상이한 조합들로 접근될 수 있는 많은 수의 공급원 및 검출기를 갖는다. 산소 측정기 프로브의 프로세서는 검출기에 커플링된 멀티플렉서를 제어하여, 멀티플렉서를 통해서 검출기로부터 측정 정보를 선택적으로 수집한다. 산소 측정기 프로브는, 프로세서에 의한 측정 정보 수집을 위한 특별한 공급원 및 검출기을 선택하도록, 산소 측정기 프로브 상의 하나 이상의 입력 장치를 통해서 사용자에 의해서 프로그래밍될 수 있다.

Description

조직 깊이 분석을 전자적으로 선택할 수 있는 산소 측정 프로브
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 이하의 2016년 4월 20일에 출원된 미국 특허출원 62/325,403, 62/325,416, 62/325,413, 2016년 4월 21일에 출원된 62/325,919, 2016년 4월 22일에 출원된 62/326,630, 62/326,644, 62/326,673, 및 2016년 7월 18일에 출원된 62/363,562의 이익향유를 주장한다. 이러한 출원들은 그 출원들에서 인용된 다른 모든 참조물과 함께 참조로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 콤팩트하고, 핸드헬드 산소 측정기 프로브와 같은 산소 측정기 프로브에 관한 것으로, 그러한 프로브는 상이한 조직 깊이를 규명하도록 사용자가 선택할 수 있는 공급원-대-검출기 간격을 가지는 공급원 및 검출기를 포함하고, 상이한 조직 깊이를 사용자가 선택할 수 있는 광의 파장(가시광선, IR 또는 그 둘 모두)을 방출하는 공급원을 가지고, 또는 그 둘 모두를 갖는다.
산소 측정기는 여러 가지 목적으로 인간이나 생명체 내의 조직의 조직 산소 포화를 측정하기 위해서 이용되는 의료 장치이다. 예를 들어 산소 측정기는 병원 및 다른 의료 시설에서의 의료 목적 및 진단 목적(예를 들어, 외과 수술용 수술실, 환자 모니터링을 위한 회복실, 또는 구급차 또는 예를 들어 저산소증에 대한 다른 이동 가능한 모니터링); 스포츠 경기장에서의 스포츠 및 운동 목적(예를 들어, 프로 운동선수 모니터링); 개인 또는 개인들의 재택 모니터링(예를 들어, 국소적인 조직 건강, 지역적 조직 건강, 일반 건강 모니터링, 또는 마라톤을 위한 개인 훈련); 및 수의학적 목적(예를 들어, 동물 모니터링)을 위해서 이용된다.
특히, 지역적 및 국소적 레벨 모두에서 환자의 조직 산소 포화를 평가하는 것이 중요한데, 이는, 그러한 것이 환자의 국소적 및 지역적 조직 건강의 상태에 관한 지표이고 전반적인 건강에 대한 지표가 될 수 있기 때문이다. 따라서, 산소 측정기는, 환자의 조직 산소화 상태가 불안정하다는 것을 의심할 수 있는 임상적 셋팅에서, 예를 들어 수술 및 회복 중에 종종 이용된다. 예를 들어, 수술 중에, 산소 측정기는 다양한 비-이상적 조건 하에서 정확한 조직 산소 포화 측정을 신속하게 전달할 수 있어야 한다. 기존 산소 측정기는, 절대적인 정확도가 중요치 않고 경향 데이터만으로 충분한 수술후 조직 모니터링을 위해서 충분하였으나, 조직이 생존 가능하게 유지될 수 있는지 또는 제거할 필요가 있는지의 여부를 결정하기 위해서 스폿-체킹(spot-checking)이 이용될 수 있는 수술 중에는 정확도가 요구된다.
펄스 산소 측정기 및 조직 산소 측정기는 상이한 원리들로 동작되는 2가지 유형의 산소 측정기이다. 펄스 산소 측정기는 기능하기 위해서 펄스를 필요로 한다. 펄스 산소 측정기는 전형적으로 맥동되는 동맥혈로 인한 광의 흡수도를 측정한다. 대조적으로, 조직 산소 측정기는 기능을 위해서 펄스를 필요로 하지 않고, 혈액 공급부로부터 분리된 조직 플랩(flap)의 조직 산소 포화를 측정하기 위해서 이용될 수 있다.
예로서, 인간 조직은 다양한 광-흡수 분자를 포함한다. 그러한 발색단(chromophore)은 산소화된 그리고 탈산소화된 헤모글로빈, 멜라닌, 물, 지질 및 시토크롬을 포함한다. 산소화된 그리고 탈산소화된 헤모글로빈은 대부분의 가시광선 및 근적외선 스펙트럼 범위에 대한 조직 내의 가장 지배적인 발색단이다. 광 흡수는, 광의 특정 파장에서, 산소화된 그리고 탈산소화된 헤모글로빈에서 상당히 상이하다. 조직 산소 측정기는 이러한 광-흡수 차이를 이용하여 인간 조직 내의 산소 레벨을 측정할 수 있다.
기존 산소 측정기의 성공에도 불구하고, 예를 들어, 특정 조직 깊이를 분석하기 위해서 선택할 수 있는 공급원-대-검출기 거리를 가지는, 상이한 조직 깊이를 규명하기 위해서 사용자가 선택할 수 있는 광의 파장(가시광선, IR, 또는 그 둘 모두)을 방출하는, 또는 그 둘 모두의 산소 측정기를 제공하는 것에 의해서, 산소 측정기를 개선하는 것이 계속 요구되고 있다. 그에 따라, 개선된 조직 산소 측정 장치 및 이러한 장치를 이용하여 측정하는 방법이 요구된다.
공개특허공보 제10-2015-0042261호
사용자가 선택할 수 있는 공급원-대-검출기 거리를 가지는 산소 측정기 프로브가 조직의 특정 조직 깊이를 분석하기 위해서 제공되고, 그러한 프로브는 상이한 조직 깊이를 규명하기 위해서 사용자가 선택할 수 있는 광의 파장(가시광선, IR, 또는 그 둘 모두)을 방출하고, 또는 그 둘 모두가 이루어진다. 산소 측정기 프로브는 독립적인 광학기기(공급원 및 검출기), 컴퓨터 프로세싱, 디스플레이, 및 독립적인 사용을 위한 전원(배터리)을 갖는다.
선택 가능한 조직 깊이 분석은 사용자가, 산소 측정기를 이용하는 동안 변경될 수 있는 특정 조직 깊이의 산소를 측정할 수 있게 한다. 예를 들어, 산소 측정기는, 가슴 조직과 같은 조직을 재건하기 위해서 이용되는 조직 플랩에 대한 산소를 측정할 수 있도록 설정될 수 있고, 그리고 플랩이 부착되는 조직 플랩 아래의 조직의 산소를 측정하기 위해서 이용될 수 있다. 그에 의해서, 사용자는 조직 플랩이 건강한지 그리고 재건을 위해서 이용될 수 있는지의 여부, 그리고 조직 플랩이 환자에 재부착되어 생존할 수 있도록, 조직 플랩이 연결되는 조직이 적절하게 건강한지의 여부를 결정할 수 있다.
구현예에서, 방법은 핸드헬드 산소 측정기 하우징을 제공하는 단계; 핸드헬드 산소 측정기 하우징 내에서 수용되는 프로세서를 제공하는 단계; 프로세서에 전자적으로 커플링되고, 핸드헬드 산소 측정기 하우징 내에 수용된, 메모리를 제공하는 단계; 프로세서에 전자적으로 커플링되고, 핸드헬드 산소 측정기 하우징의 외부로부터 접근할 수 있는, 디스플레이를 제공하는 단계; 핸드헬드 산소 측정기 하우징 내에 수용되는 배터리를 제공하는 단계; 및 배터리가 프로세서, 메모리 및 디스플레이에 전력을 공급할 수 있게 허용하는 단계를 포함한다.
프로브 선단부의 면 상의 제1 공급원 구조물 및 제1 프로브 선단부의 면 상의 복수의 검출기 구조물을 포함하는 프로브 선단부가 제공된다. 방법은, 공급원 구조물이 제1 파장을 가지는 제1 광 및 제2 파장을 가지는 제2 광을 피측정 조직 내로 방출할 수 있게 허용하는 단계를 포함하고, 제1 파장은 제2 파장보다 짧다.
방법은, 문턱값 거리보다 공급원 구조물에 더 근접하는 검출기 구조물에 의해서 제1 광을 검출할 수 있게 허용하는 단계 및, 프로세서를 통해서, 문턱값 거리보다 공급원 구조물에 더 근접하는 검출기 구조물에 의해서 검출된 제1 광을 기초로, 피측정 조직의 제1 조직에 관한 제1 측정 정보를 결정하는 단계를 포함한다.
방법은, 문턱값 거리보다 공급원 구조물로부터 더 먼 검출기 구조물에 의해서 제2 광을 검출할 수 있게 허용하는 단계 및, 프로세서를 통해서, 문턱값 거리보다 공급원 구조물로부터 더 먼 검출기 구조물에 의해서 검출된 제2 광을 기초로, 피측정 조직의 제2 조직에 관한 제2 측정 정보를 결정하는 단계를 포함한다. 제1 조직은 피측정 조직의 표면 아래의 제1 깊이에 있고, 제2 조직은 피측정 조직의 표면 아래의 제2 깊이에 있고, 제1 깊이는 제2 깊이보다 얕다.
구현예에서, 산소 측정기 프로브는 핸드헬드 산소 측정기 하우징; 핸드헬드 산소 측정기 하우징 내에 수용된 프로세서; 프로세서에 전자적으로 커플링된, 핸드헬드 산소 측정기 하우징 내에 수용된, 메모리; 프로세서에 전자적으로 커플링된, 핸드헬드 산소 측정기 하우징의 외부로부터 접근할 수 있는, 디스플레이; 핸드헬드 산소 측정기 하우징 내에 수용된 배터리로서, 프로세서, 메모리 및 디스플레이에 커플링되고 그에 전력을 공급하는, 배터리를 포함한다.
산소 측정기 프로브는 핸드헬드 산소 측정기 하우징 내에 적어도 부분적으로 수용된 프로브 선단부를 포함한다. 프로브 선단부는 프로브 선단부의 면 상의 제1 공급원 구조물 및 제1 프로브 선단부의 면 상의 복수의 검출기 구조물을 포함한다. 프로세서는: 공급원 구조물이 제1 파장을 가지는 제1 광 및 제2 파장을 가지는 제2 광을 피측정 조직 내로 방출할 수 있게 허용하도록 구성된다. 제1 파장은 제2 파장보다 짧다.
프로세서는 문턱값 거리보다 공급원 구조물에 더 근접하는 검출기 구조물에 의해서 제1 광을 검출할 수 있게 허용하도록, 그리고 문턱값 거리보다 공급원 구조물에 더 근접하는 검출기 구조물에 의해서 검출된 제1 광을 기초로, 피측정 조직의 제1 조직에 관한 제1 측정 정보를 결정하도록 구성된다. 프로세서는 문턱값 거리보다 공급원 구조물로부터 더 먼 검출기 구조물에 의해서 제2 광을 검출할 수 있게 허용하도록, 그리고 문턱값 거리보다 공급원 구조물로부터 더 먼 검출기 구조물에 의해서 검출된 제2 광을 기초로, 피측정 조직의 제2 조직에 관한 제2 측정 정보를 결정하도록 구성된다. 제1 조직은 피측정 조직의 표면 아래의 제1 깊이에 있고, 제2 조직은 피측정 조직의 표면 아래의 제2 깊이에 있고, 제1 깊이는 제2 깊이보다 얕다.
구현예에서, 방법은 핸드헬드 산소 측정기 하우징을 제공하는 단계; 핸드헬드 산소 측정기 하우징 내에서 수용되는 프로세서를 제공하는 단계; 프로세서에 전자적으로 커플링된, 핸드헬드 산소 측정기 하우징 내에 수용된, 메모리를 제공하는 단계로서, 메모리가 시뮬레이트된 반사도 곡선을 저장하는, 단계; 프로세서에 전자적으로 커플링된, 핸드헬드 산소 측정기 하우징의 외부로부터 접근할 수 있는, 디스플레이를 제공하는 단계; 핸드헬드 산소 측정기 하우징 내에 수용되는 배터리를 제공하는 단계; 및 배터리가 프로세서, 메모리 및 디스플레이에 전력을 공급할 수 있게 허용하는 단계를 포함한다.
핸드헬드 산소 측정기 하우징 내에 적어도 부분적으로 수용되는 프로브 선단부가 제공된다. 방법은 프로브 선단부의 면 상의 공급원 구조물을 제공하는 단계 및 제1 프로브 선단부의 면 상의 복수의 검출기 구조물을 제공하는 단계를 포함한다.
방법은 공급원 구조물이 광을 피측정 조직 내로 방출하도록 허용하는 단계; 검출기 구조물이 피측정 조직으로부터의 반사 이후에 광을 검출할 수 있게 허용하는 단계; 검출기 구조물이 검출기 구조물에 의해서 검출된 광으로부터 반사도 측정치를 생성할 수 있도록 허용하는 단계를 포함한다.
프로세서는 반사도 측정치의 제1 부분을 시뮬레이트된 반사도 곡선에 피팅(fit)시키고, 반사도 데이터의 제1 부분은, 문턱값 거리보다 공급원 구조물에 더 근접하는 검출기 구조물의 제1 부분에 의해서 생성된다.
프로세서는 반사도 측정치의 제2 부분을 시뮬레이트된 반사도 곡선에 피팅시킨다. 반사도 데이터의 제2 부분은 검출기 구조물의 제1 부분 및 검출기 구조물의 제1 부가적 검출기 구조물에 의해서 생성된다. 검출기 구조물의 제1 부가적 검출기 구조물은 문턱값 거리보다 공급원 구조물로부터 더 멀다.
프로세서는, 반사도 측정치의 제1 부분의 피팅이 반사도 측정치의 제2 부분의 피팅보다 더 근접한 피팅인지의 여부를 결정한다. 이어서, 프로세서는 반사도 데이터의 제1 부분을 이용하여 조직의 제1 광학적 성질을 결정하고, 반사도 데이터의 제1 부분의 피팅이 반사도 측정치의 제2 부분보다 더 근접한 피팅인 경우에, 제1 광학적 성질을 디스플레이 상에서 디스플레이한다.
프로세서는 반사도 측정치의 제3 부분을 시뮬레이트된 반사도 곡선에 피팅시킨다. 반사도 데이터의 제3 부분은 검출기 구조물의 제1 부분, 검출기 구조물의 제1 부가적 검출기 구조물, 및 검출기 구조물의 제2 부가적 검출기 구조물에 의해서 생성된다. 검출기 구조물의 제2 부가적 검출기 구조물은 검출기 구조물의 제1 부가적 검출기 구조물보다 공급원 구조물로부터 문턱값 거리를 지나서 더 멀다.
프로세서는, 반사도 측정치의 제2 부분의 피팅이 반사도 측정치의 제3 부분의 피팅보다 더 근접한 피팅인지의 여부를 결정한다. 프로세서는 반사도 데이터의 제2 부분을 이용하여 조직의 제2 광학적 성질을 결정하고, 반사도 데이터의 제2 부분의 피팅이 반사도 측정치의 제3 부분보다 더 근접한 피팅인 경우에, 제2 광학적 성질을 디스플레이 상에서 디스플레이한다.
프로세서는 반사도 데이터의 제3 부분을 이용하여 조직의 제3 광학적 성질을 결정하고, 반사도 데이터의 제3 부분의 피팅이 반사도 측정치의 제2 부분보다 더 근접한 피팅인 경우에, 제3 광학적 성질을 디스플레이 상에서 디스플레이한다.
구현예에서, 방법은 핸드헬드 산소 측정기 하우징을 제공하는 단계; 핸드헬드 산소 측정기 하우징 내에서 수용되는 프로세서를 제공하는 단계; 프로세서에 전자적으로 커플링된, 핸드헬드 산소 측정기 하우징 내에 수용된, 메모리를 제공하는 단계; 프로세서에 전자적으로 커플링된, 핸드헬드 산소 측정기 하우징의 외부로부터 접근할 수 있는, 디스플레이를 제공하는 단계; 핸드헬드 산소 측정기 하우징 내에 수용되는 배터리를 제공하는 단계; 및 배터리가 프로세서, 메모리 및 디스플레이에 전력을 공급할 수 있게 하는 단계를 포함한다.
제1 공급원 구조물 및 제1 배열을 가지는 제1 복수의 검출기 구조물을 포함하는, 제1 프로브 선단부가 제공된다. 방법은 제1 프로브 선단부를 핸드헬드 산소 측정기 하우징에 커플링시키는 단계를 포함한다. 제2 공급원 구조물 및 제2 배열을 가지는 제2 복수의 검출기 구조물을 포함하는 제2 프로브 선단부가 제공된다. 제1 및 제2 배열은 상이한 배열들이다. 방법은, 제1 배열이 제2 배열로 변화되도록, 제2 프로브 선단부를 핸드헬드 산소 측정기 하우징에 커플링시키는 것을 통해서, 제1 프로브 선단부를 제2 프로브 선단부로 교체하는 단계를 포함한다.
이하의 구체적인 설명 및 첨부 도면을 고려할 때 본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점이 명확해질 것이고, 도면 전반을 통해서, 유사한 참조 표시가 유사한 특징부를 나타낸다.
도 1a는 많은 수의 조직 깊이를 규명하기 위한 산소 측정기 프로브 및 방출된 복사선 및 검출된 복사선을 도시한다.
도 1b는 구현예의 프로브 선단부의 단부도를 도시한다.
도 1c는 구현예의 산소 측정기 프로브(101)의 블록도를 도시한다.
도 2는 산소 측정기 프로브에 의해서 분석될 수 있는 상이한 조직 깊이들의 도면을 도시한다.
도 3은 하나의 검출기 및 검출기들의 조합을 이용하여 산소 측정기 프로브에 의해서 규명된 조직의 상이한 조직 깊이들에 관한 다른 도면을 도시한다.
도 4는 구현예의 산소 측정기 프로브의 블록도이다.
도 5는 2개의 공급원(S1 및 S2) 및 원형 구성의 8개의 검출기(D1 내지 D8)를 포함하는 프로브 선단부의 프로브 면을 도시한다.
도 6은, 프로브 선단부가 프로브 유닛으로부터 탈착될 수 있고 프로브 유닛이 다른 프로브 선단부로 교체될 수 있는, 산소 측정기 프로브를 도시한다.
도 7은 베이스 유닛, 및 프로브 선단부를 포함하는 탈착 가능 케이블을 포함하는 조직 산소 측정기를 도시한다.
도 8은 2개의 상이한 공급원-대-검출기 간격을 가지는 2개의 상이한 프로브 선단부의 블록도를 도시한다.
도 9는 검출기 구조물 중에서 선택된 검출기에 의해서 생성된 반사도 데이터를 가중하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 10은 많은 수의 몬테 카를로(Monte Carlo)-시뮬레이트된 반사도 곡선의 예시적인 그래프이다.
도 11a는, 광학적 성질을 결정하기 위해서 조직 산소 측정 장치가 반사도 데이터 및 시뮬레이트된 반사도 곡선을 이용하는, 조직 산소 측정 장치에 의해서 조직(예를 들어, 실제 조직)의 광학적 성질을 결정하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 11b는, 일 구현예에 따라 미세 그리드(fine grid) 내의 반사도 데이터 점을 최적으로 피팅하는 특별한 시뮬레이트된 반사도 곡선을 찾기 위한 방법의 흐름도이다.
도 12는 조직 산소 측정 장치에 의해서 실제 조직의 광학적 성질 및 조직 성질을 결정하기 위한 다른 방법의 흐름도이다.
도 13은 선택 검출기에 의해서 생성된 반사도 데이터를 가중하는 방법의 흐름도이다.
본 발명은 일반적으로 조직 산소를 측정하기 위한 무선, 핸드헬드 산소 측정기 프로브에 관한 것이다. 산소 측정기 프로브는, 조직의 상이한 조직 깊이들로부터 조직 산소 포화를 측정하기 위해서 다양한 방식으로 접근될 수 있는 공급원 및 많은 수의 검출기를 갖는다.
도 1a는 핸드헬드 산소 측정기 프로브(101)을 도시한다. 이러한 산소 측정기 프로브는 표적 조직의 조직 산소 포화를 측정하기 위해서 이용된다. 구현예에서, 산소 측정기 프로브는 조직 산소 측정기이나, 다른 구현예에서 산소 측정기 프로브는 펄스 산소 측정기일 수 있다. 산소 측정기 프로브(101)은 2개의 부분, 즉 프로브 유닛(105) 및 프로브 선단부(110)를 갖는다.
핸드헬드 산소 측정기 프로브는, 수술, 스폿 측정을 위한 멸균 환경, 진료실, 스포츠 경기(예를 들어, 개인 및 프로 스포츠 용도), 가정, 퇴직 커뮤니티, 호스피스 간호, 응급 처치 요원(예를 들어, 구급 요원(paramedics), 응급 의료 기술자, 구급차 간호 및 소방관), 수술 전 간호, 수술 후 간호, 소아과 간호, 노인병 간호, 의료 재활 센터, 수의학적 용도 및 기타 사용자와 같은, 다양한 환경에서 이용될 수 있다. 사용 환경은 또한 멸균으로부터, 일반 위생 및 청정 환경(예를 들어, 병원 내의 비-멸균 회복실, 진료실, 및 다른 의료 사무실, 가정 용도, 및 다른 환경)까지, 그리고, 진흙, 먼지, 모래, 및 먼지가 많은 환경, 눈(예를 들어, 스키 지역, 스키 순찰, 및 등반), 강우, 얼음, 및 물 부근(예를 들어, 수영장, 해변, 및 보트)과 같은, 전형적으로 위생적이지 않은 환경까지의 범위를 가질 수 있다.
산소 측정기 프로브는 디스플레이(115)(예를 들어, LCD 디스플레이) 및 버튼(120)을 갖는다. 버튼이 눌릴 때, 광이 프로브 선단부로부터 피측정 표적 조직 내로 방출되고, 표적 조직으로부터의 반사된 광이 프로브 선단부에서 수신된다. 전달되고 수신된 광이 산소 측정기 프로브에 의해서 프로세스되어, 조직의 조직 산소 포화를 결정한다. 수신된 광으로부터, 프로브는 조직에 대한 측정된 조직 산소 포화를 결정한다. 측정된 조직 산소 포화에 대한 지표(예를 들어, 수치적 값)가 디스플레이 상에서 디스플레이된다.
산소 측정기 프로브가 인체공학적으로 성형되어 사용자의 손 안에 편안하게 피팅된다. 사용 중에, 프로브는 사용자의 엄지와 손가락들 사이에서 사용자의 손 안에서 유지된다. 디스플레이는, 프로브 선단부의 면(미도시)이 사용자로부터 먼 쪽으로 대면되고 피측정 표적 조직을 향해서 대면될 때, 사용자의 눈을 향해서 대면된다.
구현예에서, 광(145)이 프로브 선단부 내의 공급원으로부터 표적 조직 내로 전달되고, 광(150)이 프로브 선단부로 역으로 반사되고, 그곳에서 광이 하나 이상의 검출기에 의해서 검출된다. 검출기들은 공급원으로부터 증가되는 거리들에 위치된다. 검출기에 의해서 검출된 광은 조직 내의 깊이들로부터 역으로 반사되고, 그러한 조직 내의 깊이는 공급원으로부터의 검출기들의 거리들이 증가될수록 증가된다.
프로브 유닛은, 상이한 조직 깊이들에서의 조직 산소 포화를 측정하기 위해서, 검출기 중 하나 또는 검출기의 조합으로부터 반사 광에 대한 측정 정보를 수집할 수 있다.
도 1b는 구현예의 프로브 선단부(110)의 단부도를 도시한다. 프로브 선단부(110)는, 조직 산소가 측정되는 조직(예를 들어, 환자의 피부)에 접촉되도록 구성된다. 프로브 선단부(110)는 제1 및 제2 공급원(source) 구조물(120a 및 120b)(전반적으로, 공급원 구조물(120))을 포함하고, 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 및 제8 검출기 구조물(125a 내지 125h)(전반적으로 검출기 구조물(125))을 포함한다. 대안적인 구현예에서, 산소 측정기 프로브는 그보다 많거나 적은 공급원 구조물을 포함하고, 그보다 많거나 적은 검출기 구조물을 포함하고, 또는 그 둘 모두를 포함한다.
각각의 공급원 구조물(120)은 광(예를 들어, 적외선 광)을 방출하도록 구성되고, 하나 이상의 광원(light source), 예를 들어 방출 광을 생성하는 4개의 광원을 포함한다. 각각의 광원은 하나 이상의 광 파장을 방출할 수 있다. 각각의 광원은 발광 다이오드(LED), 레이저 다이오드, 유기 발광 다이오드(OLED), 퀀텀 닷 LED(QMLED), 또는 다른 유형의 광원을 포함할 수 있다.
각각의 공급원 구조물은, 광원을 프로브 선단부의 면(127)에 광학적으로 연계시키는 하나 이상의 광섬유를 포함할 수 있다. 구현예에서, 각각의 공급원 구조물은 4개의 LED를 포함하고, 4개의 LED를 프로브 선단부의 면에 광학적으로 커플링시키는 하나의 광섬유를 포함한다. 대안적인 구현예에서, 각각의 공급원 구조물은 LED를 프로브 선단부의 면에 광학적으로 커플링시키는 하나 초과의 광섬유(예를 들어, 4개의 광섬유)를 포함한다.
각각의 검출기(detector) 구조물은 하나 이상의 검출기를 포함한다. 구현예에서, 각각의 검출기 구조물은 공급원 구조물로부터 방출된 그리고 조직으로부터 반사된 광을 검출하도록 구성된 하나의 검출기를 포함한다. 검출기는 광검출기, 포토레지스터, 또는 다른 유형의 검출기일 수 있다. 검출기 구조물은, 둘 이상(예를 들어, 8개)의 특이적(unique) 공급원-대-검출기(source-to-detector) 거리가 생성되도록, 공급원 구조물에 대해서 배치된다.
구현예에서, 최단 공급원-대-검출기 거리들이 대략적으로 동일하다. 예를 들어, 공급원 구조물(120a)과 검출기 구조물(125d) 사이(S1-D4) 및 공급원 구조물(120b)과 검출기 구조물(125a)(S2-D8) 사이의 최단 공급원-대-검출기 거리는 대략적으로 동일하다. 공급원 구조물(120a)과 검출기 구조물(125e) 사이(S1-D5)및 공급원 구조물(120b)과 검출기 구조물(125a) 사이(S2-D1)의, 다음으로 더 긴 공급원-대-검출기 거리들(예를 들어, S1-D4 및 S2-D8 각각보다 긴)은 대략적으로 동일하다. 공급원 구조물(120a)과 검출기 구조물(125c) 사이(S1-D3) 및 공급원 구조물(120b)과 검출기 구조물(125g) 사이(S2-D7)의, 다음의 더 긴 공급원-대-검출기 거리들(예를 들어, S1-D5 및 S2-D1 각각보다 긴)은 대략적으로 동일하다. 공급원 구조물(120a)과 검출기 구조물(125f) 사이(S1-D6) 및 공급원 구조물(120b)과 검출기 구조물(125b) 사이(S2-D2)의, 다음으로 더 긴 공급원-대-검출기 거리들(예를 들어, S1-D3 및 S2-D7 각각보다 긴)은 대략적으로 동일하다. 공급원 구조물(120a)과 검출기 구조물(125c) 사이(S1-D2) 및 공급원 구조물(120b)과 검출기 구조물(125f) 사이(S2-D6)의, 다음으로 더 긴 공급원-대-검출기 거리들(예를 들어, S1-D6 및 S2-D2 각각보다 긴)은 대략적으로 동일하다. 공급원 구조물(120a)과 검출기 구조물(125g) 사이(S1-D7) 및 공급원 구조물(120b)과 검출기 구조물(125c) 사이(S2-D3)의, 다음으로 더 긴 공급원-대-검출기 거리들(예를 들어, S1-D2 및 S2-D6 각각보다 긴)은 대략적으로 동일하다. 공급원 구조물(120a)과 검출기 구조물(125a) 사이(S1-D1) 및 공급원 구조물(120b)과 검출기 구조물(125e) 사이(S2-D5)의, 다음으로 더 긴 공급원-대-검출기 거리들(예를 들어, S1-D7 및 S2-D3 각각보다 긴)은 대략적으로 동일하다. 공급원 구조물(120a)과 검출기 구조물(125h) 사이(S1-D8) 및 공급원 구조물(120b)과 검출기 구조물(125d) 사이(S2-D4)의, 다음으로 더 긴 공급원-대-검출기 거리들(예를 들어, S1-D1 및 S2-D5 각각보다 긴, 가장 긴 공급원-대-검출기 거리)은 대략적으로 동일하다. 다른 구현예에서, 공급원-대-검출기 거리는 모두 특이적일 수 있거나, 대략적으로 동일한 8개 미만의 거리를 가질 수 있다.
이하의 표 1은 구현예에 따른 8개의 특이적 공급원-대-검출기 거리를 도시한다. 가장 인접한 공급원-대-검출기 거리들 사이의 증가는 약 0.4 밀리미터이다.
공급원-대-검출기 쌍 공급원-대-검출기 거리
밀리미터
(S1-D4) 1.005
(S2-D8) 1.005
(S1-D5) 1.446
(S2-D1) 1.446
(S1-D3) 1.883
(S2-D7) 1.883
(S1-D6) 2.317
(S2-D2) 2.317
(S1-S2) 2,749
(S1-S2) 2.749
(S1-D7) 3.181
(S2-D3) 3.181
(S1-D1) 3.613
(S2-D5) 3.613
(S1-D8) 4.004
(S2-D4) 4.004
구현예에서, 검출기 구조물(125a 및 125e)은, 공급원(120a 및 120b)을 연결하는 직선 상에 있는 점을 중심으로 대칭적으로 배치된다. 검출기 구조물(125b 및 125f)은 그 점을 중심으로 대칭적으로 배치된다. 검출기 구조물(125c 및 125g)은 그 점을 중심으로 대칭적으로 배치된다. 검출기 구조물(125d 및 125h)은 그 점을 중심으로 대칭적으로 배치된다. 그러한 점은 연결선 상에서 공급원 구조물(120a 및 120b) 사이의 중심에 위치될 수 있다.
공급원-대-검출기 거리 대 검출기 구조물(125)에 의해서 검출된 반사도의 플롯(plot)이 반사도 곡선을 제공할 수 있고, 데이터 점들은 x-축을 따라서 충분히 이격된다. 공급원 구조물(120a 및 120b)과 검출기 구조물(125) 사이의 거리의 이러한 간격은 데이터 과잉성(redundancy)을 감소시키고, 비교적 정확한 반사도 곡선의 생성을 유도할 수 있다.
구현예에서, 공급원 구조물 및 검출기 구조물은 요구되는(이를테면, 위에서 표시된) 거리를 제공하기 위해 프로브 표면 상의 다양한 위치에 배열될 수 있다. 예를 들어, 2개의 공급원이 선을 형성하고, 이러한 선 위와 아래에 동일한 수의 검출기가 존재할 것이다. 그리고 (선 위의) 검출기의 위치는, 2개의 공급원의 선 상의 선택된 점을 중심으로, (선 아래의) 다른 검출기와 대칭점을 가질 것이다. 예로서, 선택된 점은 2개의 공급원 사이의 중간에 있을 수 있으나, 이는 필수적인 것이 아니다. 다른 구현예에서, 위치는, 원, 타원, 난형, 무작위적, 삼각형, 직사각형, 정사각형, 또는 다른 형상과 같은 형상을 기초로 배열될 수 있다.
이하의 특허출원은 여러 가지 산소 측정기 장치 및 산소 측정 동작을 설명하며, 이하의 출원에서의 설명은 본원에서 설명된 본 발명의 양태와, 임의의 조합으로, 조합될 수 있다. 2015년 11월 17일에 출원된 14/944,139, 2013년 5월 3일에 출원된 13/887,130, 2016년 5월 24일에 출원된 15/163,565, 2013년 5월 3일에 출원된 13/887,220, 2016년 7월 19일에 출원된 15/214,355, 2013년 5월 3일에 출원된 13/887,213, 2015년 12월 21일에 출원된 14/977,578, 2013년 6월 7일에 출원된 13/887,178, 2016년 7월 26일에 출원된 15/220,354, 2013년 8월 12일에 출원된 13/965,156, 2016년 11월 22일에 출원된 15/359,570, 2013년 5월 3일에 출원된 13/887,152, 2016년 4월 16일에 출원된 29/561,749, 2012년 5월 3일에 출원된 61/642,389, 61/642,393, 61/642,395, 61/642,399, 및 2012년 8월 10일에 출원된 61/682, 146의 특허출원은, 그러한 출원에서 인용된 모든 참조물과 함께 참조로 포함된다.
도 1c는 구현예의 산소 측정기 프로브(101)의 블록도를 도시한다. 산소 측정기 프로브(101)은 디스플레이(115), 프로세서(116), 메모리(117), 스피커(118), 하나 이상의 사용자-선택 장치(119)(예를 들어, 하나 이상의 버튼, 스위치, 디스플레이(115)와 연관된 터치 입력 장치), 공급원 구조물(120)의 세트, 검출기 구조물(125)의 세트, 및 전원(예를 들어, 배터리)(127)을 포함한다. 앞서 나열된 구성요소는, 산소 측정기 프로브(101)의 시스템 버스 아키텍처일 수 있는, 버스(128)를 통해서 함께 연계될 수 있다. 비록 이러한 도면이 각각이 구성요소에 연결되는 하나의 버스를 도시하지만, 그러한 버스 연결(busing)은 산소 측정기 프로브(101) 내에 포함된 이러한 구성요소 또는 다른 구성요소를 연계하는 역할을 하는 임의의 상호 연결 체계의 예시이다. 예를 들어, 스피커(118)가 포트를 통해서 하위시스템에 연결될 수 있거나, 프로세서(116)로의 내부 직접 연결을 가질 수 있다. 또한, 설명된 구성요소는 구현예에서 산소 측정기 프로브(101)의 모바일 하우징(도 1 참조) 내에 수용된다.
프로세서(116)는 마이크로프로세서, 마이크로제어기, 다중-코어 프로세서, 또는 다른 프로세서 유형을 포함할 수 있다. 메모리(117)는, 휘발성 메모리(117a)(예를 들어, RAM), 비휘발성 메모리(117b)(예를 들어, 디스크 또는 FLASH)와 같은 다양한 메모리를 포함할 수 있다. 산소 측정기 프로브(101)의 상이한 구현예들은 나열된 구성요소 중 임의의 수를, 임의 조합 또는 구성으로, 포함할 수 있고, 또한 도시되지 않은 다른 구성요소를 포함할 수 있다.
전원(127)은 일회용 배터리와 같은 배터리일 수 있다. 일회용 배터리는, 그 저장 전하의 소비 후에 폐기된다. 일부 일회용 배터리 화학 기술이 알칼라인, 아연 탄소, 또는 은 산화물을 포함한다. 배터리는, 몇 시간 동안 핸드헬드 장치를 사용할 수 있게 하기에 충분한 저장된 전하를 갖는다
다른 구현예에서, 배터리는 재충전될 수 있고, 그러한 배터리는 저장된 전하가 소비된 후에 몇 차례 재충전될 수 있다. 일부 재충전 가능 배터리 화학 기술은 니켈 카드뮴(NiCd), 니켈 금속 수소화물(NiMH), 리튬 이온(Li-ion), 및 아연 공기(zinc air)를 포함한다. 배터리는, 예를 들어, 핸드헬드 유닛에 연결되는 코드를 갖는 AC 어댑터를 통해서 재충전될 수 있다. 핸드헬드 유닛 내의 회로망이 재충전기 회로(미도시)를 포함할 수 있다. 재충전 가능 배터리 화학물질을 갖는 배터리가 종종 일회용 배터리로서 이용될 있고, 그러한 배터리는 사용 후에 재충전되지 않고 폐기된다.
도 2는 구현예에서 하나의 공급원(S) 및 4개의 검출기(Dl, D2, D3, 및 D4)를 포함하는 프로브 선단부의 도면을 도시한다. 검출기들은 공급원으로부터 증가되는 고정된 거리들(R1<R2<R3<R4)에 위치된다. R1에 위치된 검출기(Dl)는 공급원에 가장 근접하고, 조직 표면으로부터 제1 조직 깊이까지 연장되는 제1 조직 층 내에서 반사되는 광을 검출한다. R2에 위치되는 검출기(D2)는, 제1 조직 깊이로부터 제2 조직 깊이까지 연장되는 제2 조직 층 내에서 반사되는 광을 검출한다. 제2 조직 깊이는 제1 조직 깊이보다 조직 표면으로부터 더 깊다. R3에 위치되는 검출기(D3)는, 제2 조직 깊이로부터 제3 조직 깊이까지 연장되는 제3 조직 층 내에서 반사되는 광을 검출한다. 제3 조직 깊이는 제2 조직 깊이보다 조직 표면으로부터 더 깊다. R4에 위치되는 검출기(D4)는, 제3 조직 깊이로부터 제4 조직 깊이까지 연장되는 제4 조직 층 내에서 반사되는 광을 검출하고, 제4 조직 깊이는 제3 조직 깊이보다 조직 표면으로부터 더 깊다. 산소 측정기 프로브는 하나 이상의 이러한 검출기로부터 수집된 측정 정보를 이용하여 하나 이상의 조직 깊이에 대한 조직 산소 포화를 결정한다.
도 2가, 프로브 선단부가 각각의 조직 층을 위한 하나의 검출기를 포함한다는 것을 도시하지만, 프로브 선단부는 각각의 조직 층을 위한 많은 수의 검출기, 예를 들어 각각의 조직 층을 위한 2개의 검출기, 3개의 검출기, 4개의 검출기, 5개의 검출기, 6개의 검출기, 7개의 검출기, 8개의 검출기, 9개의 검출기, 10개의 검출기, 또는 그보다 많은 검출기를 포함할 수 있다. 프로브 선단부는 또한 하나 초과의 공급원, 예를 들어 2개의 공급원, 3개의 공급원, 4개의 공급원, 5개의 공급원, 6개의 공급원, 7개의 공급원, 8개의 공급원, 9개의 공급원, 10개의 공급원, 또는 그보다 많은 공급원을 포함할 수 있다. 공급원 및 검출기의 배열은 도 1b의 배열일 수 있고, 여기에서 검출기 거리를 검출하기 위한 8개의 특이적 공급원이 있고, 각각의 공급원 대 검출기 거리는 적어도 한차례 복제된다.
도 3은, 복수의 상이한 조직 깊이들이 산소 측정기 프로브에 의해서 하나의 검출기 또는 검출기의 조합에 의해서 수집된 측정 정보에 대해서 분석될 수 있다는 것을 보여준다. 예를 들어, 검출기(Dl, D2, D3, 및 D4)로부터 측정 정보를 각각 수집하는 것에 의해서 제1, 제2, 제3, 및 제4 조직 층에 대해서 조직 산소 포화가 결정될 수 있다. 검출기의 조합(D1-D2; D2-D3; D3-D4; 및 D1-D4)으로부터 측정치를 각각 수집하는 것에 의해서, 제5, 제6, 제7, 및 제8 조직 층에 대해서 조직 산소 포화가 또한 결정될 수 있다.
여러 조직 깊이에 대한 조직 산소 포화를 결정하기 위해서, 프로브 선단부가 하나 초과의 공급원 및 4개 초과 또는 미만의 검출기를 포함할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 공급원-대-검출기 거리 중 둘 이상이 동일할 수 있다는 것이 또한 이해될 수 있다. 예를 들어, 교정 목적을 위해서 또는 수집된 데이터의 자기-체크를 위해서, 과잉 공급원-대-검출기 거리를 이용할 수 있다.
구현예에서, 산소 측정기 프로브는 공간 분해 분광학(spatially resolved spectroscopy)을 이용하여, 상이한 조직 깊이들에 대한 조직 산소 포화 정보를 결정한다. 구체적으로, 산소 측정기 프로브는: 공급원 및 검출기에 대한 저장된 공급원-대-검출기 거리, 하나 이상의 검출기로부터 수집된 반사 광에 대한 측정 정보, 및 조직 산소 포화 정보를 계산하기 위한 공간 분해 분광학 방법을 이용한다.
도 4는 구현예의 산소 측정기 프로브의 블록도이다. 산소 측정기 프로브의 프로브 유닛은 프로세서 및 프로세서에 전자적으로 커플링된 멀티플렉서(multiplexer)를 포함한다. 프로브 선단부는 공급원(S) 및 검출기(D1-D4)를 포함한다. 프로브 유닛은 또한 검출기와 프로세서 사이의 전자 경로 내에서 아날로그-대-디지털 변환기(미도시)를 포함한다. 프로브 선단부는, 도 1b에 도시되고 전술된 2개의 공급원 및 8개의 검출기의 구성과 같이, 더 많은 공급원 및 더 많거나 적은 검출기를 포함할 수 있다.
프로세서는 멀티플렉서를 제어하여, 하나 이상의 검출기에 의해서 검출된 반사 광에 대한 측정 정보를 선택적으로 수집한다. 프로세서는 측정 정보를 이용하여, 조직의 조직 깊이 중 하나 이상에 대한 조직 산소 포화를 결정한다.
하나 초과의 공급원을 포함하는 구현예에서, 하나의 공급원이 광 방출을 위해서 활성화되도록, 2개의 공급원이 광 방출을 위해서 활성화되도록, 3개의 공급원이 광 방출을 위해서 활성화되도록, 또는 더 많은 수의 공급원이 광 방출을 위해서 활성화되도록, 공급원이 프로세서에 의해서 제어될 수 있다. 프로세서는 광을 방출하는 공급원 중 하나 이상에 대한 검출기 중 하나 이상으로부터의 데이터 수집을 허용할 수 있고, 그에 따라, 도 2 및 도 3에 대해서 전술한 바와 같이, 조직이 상이한 깊이들에서 규명될 수 있고 그에 의해서 상이한 조직 깊이들에서의 산소 포화를 결정할 수 있다.
도 5는 구현예에서 2개의 공급원(S1 및 S2) 및 8개의 검출기(D1-D8)를 포함하는 프로브 선단부의 프로브 면을 도시한다. 공급원 및 검출기는 원형 구성으로 배열된다. 프로브 면은 더 많거나 적은 공급원 및 더 많거나 적은 검출기를 포함할 수 있다. 프로세서가 멀티플렉서를 제어하여, 하나의 또는 둘 모두의 공급원으로부터 방출된 광에 대한 하나 이상의 검출기로부터의 측정 정보를 프로세서에 송신한다. 대안적인 구현예에서, 공급원 및 검출기가 다른 구성으로, 예를 들어, 사다리꼴, 직사각형, 정사각형, 삼각형, 선형, 임의 형상, 난형, 타원형, 이러한 형상의 하나 이상의 조합, 또는 다른 형상으로 배열된다. 공급원 및 검출기는 또한 비평면형 구성으로, 예를 들어 곡선형 표면 상에 배열될 수 있고, 곡선형 표면의 곡선은, 공급원 및 검출기를 곡선형 형상에 일치시키기 위해서, 목, 머리, 무릎, 팔꿈치, 발, 또는 다른 신체 부분의 곡선과 같은, 신체 부분의 형상을 보상할 수 있다.
도 6은 산소 측정기 프로브(601)을 도시하고, 여기에서 프로브 선단부(605)는 프로브 유닛(610)으로부터 탈착될 수 있다. 프로브 선단부(605)는 탈착될 수 있고 다른 프로브 선단부(615)와 교체될 수 있으며, 여기에서 2개의 프로브 선단부는 상이한 공급원-대-검출기 거리를 갖는다. 예를 들어, 제1 프로브 선단부가 도 1b에 도시된 프로브 선단부의 공급원 및 검출기의 구성을 가질 수 있고, 제2 프로브 선단부는 도 5에 도시된 프로브 선단부의 공급원 및 검출기의 구성을 가질 수 있다. 2개의 상이한 프로브 선단부가, 상이한 조직 깊이들에 대한 조직 산소 포화를 결정하기 위한 형성된 산소 측정기 프로브로서, 프로브 유닛과 함께 이용될 수 있다. 구현예에서, 상이한 프로브 선단부가 상이한 수의 공급원, 상이한 수의 검출기, 또는 상이한 수의 공급원 및 상이한 수의 검출기 모두를 가질 수 있다.
도 7은 베이스 유닛(705), 및 케이블의 단부에 부착된 프로브 선단부(710)를 포함하는 탈착 가능 케이블(712)을 포함하는 조직 산소 측정기(710)를 도시한다. 프로브 선단부는 하나 이상의 공급원 및 하나 이상의 검출기를 포함한다. 하나 이상의 공급원 및 하나 이상의 검출기는 많은 수의 상이한 공급원-대-검출기 거리에 의해서 분리된다. 광을 방출하는 공급원과 광을 검출하는 검출기 사이의 공급원-대-검출기 거리는, 조직 표면 아래의 상이한 조직 깊이들에서 조직을 규명하기 위해서 다양하게 설정될 수 있다. 공급원 중 하나 이상이 광을 전달하게 구성되도록 그리고 검출기의 하나 이상이 반사 후에 광을 검출하게 구성되도록, 베이스 유닛이 예를 들어 사용자에 의해서 구성될 수 있다.
베이스 유닛은, 광 방출을 위한 하나 이상의 공급원을 선택하기 위한 사용자 입력을 수신하기 위해서 그리고 광 검출을 위한 검출기 중 하나 이상을 선택하기 위한 사용자 입력을 수신하기 위해서 하나 이상의 사용자 인터페이스를 포함한다. 사용자 입력을 수신하도록 구성된 베이스 유닛의 하나 이상의 사용자 인터페이스는 버튼, 터치 인터페이스 디스플레이, 다이얼, 스위치, 또는 다른 인터페이스를 포함할 수 있다. 베이스 유닛은, 광 방출을 위한 하나 이상의 공급원 및 광 검출을 위한 하나 이상의 검출기를 선택하기 위해서, 연결된 컴퓨팅 장치로부터 정보를 수신하도록 구성된 하나 이상의 통신 포트를 포함할 수 있다.
구현예에서, 케이블 및 프로브 선단부가 베이스 유닛으로부터 탈착될 수 있고 다른 케이블 및 프로브 선단부와 교체될 수 있다. 2개의 상이한 케이블의 2개의 상이한 프로브 선단부가, 상이한 조직 깊이들을 규명하기 위해서, 하나 이상의 공급원과 하나 이상의 검출기 사이의 하나 이상의 상이한 공급원-대-검출기 거리를 갖는다.
도 8은 2개의 상이한 공급원-대-검출기 간격을 가지는 2개의 상이한 프로브 선단부의 블록도를 도시한다. 프로브 선단부는 하나의 공급원 및 4개의 검출기를 포함한다. 조직의 상이한 조직 깊이들이 조직 산소 측정기에 의해서 규명될 수 있도록, 프로브 선단부가 스위칭될 수 있다. 예를 들어, 제1 프로브 선단부를 갖는 산소 측정기 프로브가 비교적 얕은 그리고 깊은 조직 깊이들을 규명할 수 있는 반면, 제2 프로브 선단부를 갖는 산소 측정기 프로브는 비교적 깊은 그리고 중간의 조직 깊이들을 규명할 수 있다. 프로브 선단부가 하나 초과의 공급원 및 더 적거나 많은 검출기를 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 구현예에서, 각각의 프로브 선단부는, 원형 배열의, 하나 이상의 공급원 및 하나 이상의 검출기의 배열을 갖는다.
구현예에서, 적어도 하나의 공급원과 적어도 하나의 검출기 사이의 거리가 약 200 마이크로미터 이하, 예를 들어 150 마이크로미터 이하, 100 마이크로미터 이하, 또는 75 마이크로미터 이하, 또는 다른 거리이다. 하나 이상의 검출기로부터 200 마이크로미터 이하에 위치되는 공급원 중 적어도 하나가 가시광선, 적외선 광, 또는 둘 모두를 방출한다. 가시광선 스펙트럼으로 방출되는 광은 청색 광과 적색 광 사이의 파장 또는 580 나노미터 미만의 파장을 가지는 광, 또는 그 둘 모두, 예를 들어, 녹색 광, 오렌지색 광, 황색 광, 또는 청색 광 파장과 적색 광 파장 사이의 파장을 가지는 다른 색채의 광을 포함할 수 있다.
비교적 짧은 파장(예를 들어, 청색 광과 적색 광 사이의 파장)의 광이, 조직의 얇은 상단 층(예를 들어, 20 마이크로미터 내지 약 150 마이크로미터, 또는 그 미만), 예를 들어 상피를 규명하기 위해서, 프로브 선단부로부터 전달될 수 있다. 광의 이러한 비교적 짧은 파장은 진피 내로 덜 깊게 침투하는 경향을 가지거나 진피에 침투하지 못하는 경향을 가지며, 그에 따라 광의 이러한 짧은 파장으로부터의 진피로부터의 측정 정보는 상피로부터의 측정 정보에 크게 기여하지 않는다. 그에 따라, 멜라닌과 같은, 상피 내의 발색단이 산소 측정기 프로브에 의해서 규명될 수 있고, 진피 내의 발색단은 상피 내의 멜라닌에 대한 측정에 기여하지 않을 것이다.
비교적 긴 파장을 갖는 광은, 비교적 더 깊은, 예를 들어 약 20 마이크로미터 보다 더 깊은, 약 50 마이크로미터 보다 더 깊은, 약 75 마이크로미터 보다 더 깊은, 약 100 마이크로미터 보다 더 깊은, 약 125 마이크로미터 보다 더 깊은, 약 150 마이크로미터 보다 더 깊은 (예를 들어, 상피의 조직 깊이보다 더 깊은, 예를 들어, 진피, 피하지방 또는 둘 모두의) 조직을 규명하기 위해서 선택될 수 있다.
구현예에서, 실질적으로 광의 모든 파장(예를 들어, 가시광선, IR, 또는 그 둘 모두)에 대한 측정 정보가 공급원으로부터 조직 내로 전달되고 검출기에 의해서 검출된다. 예를 들어 측정 값(예를 들어, 흡수 계수, 감소된 산란 계수, 멜라닌 농도, 산소 포화, 혈액량, 이러한 측정치의 임의의 조합, 또는 다른 측정치)을 결정하기 위해서 반사도 데이터를 시뮬레이트된 반사도 곡선에 피팅함으로써, 각각의 파장에 대해서 검출기에 의해서 생성된 반사도 데이터가 분석될 수 있다. 그 후에, 프로세서는 측정된 값, 반사도 데이터, 또는 다른 정보를 이용하여, 여러 조직 깊이에서의 여러 조직 층에 대한 측정된 값을 결정할 수 있다. 예를 들어, 이어서, 프로세서는, 진피 내의 발색단에 대한 측정 값과 실질적으로 무관한 상피에 대한 하나 이상의 측정 값(예를 들어, 흡수 계수, 감소된 산란 계수, 멜라닌 농도, 산소 포화, 혈액량, 이들 측정치의 임의의 조합, 또는 다른 측정치)을 결정할 수 있다. 반사도 데이터를 시뮬레이트된 반사도 곡선에 피팅하는 것이 이하에서 더 설명된다.
프로세서는 또한, 상피 내의 발색단에 대한 측정 값과 실질적으로 무관한 진피에 대한 하나 이상의 측정 값(예를 들어, 산소 포화 값)을 결정할 수 있다.
구현예에서, 선택 파장(예를 들어, 청색과 적색 사이와 같은 비교적 짧은 파장, 또는 적색, IR과 같은 비교적 긴 파장, 또는 그 둘 모두)가 공급원으로부터 전달될 수 있고 검출기 중에서 선택된 검출기(예를 들어, 20개의 검출기 중의 선택 검출기(2개 내지 5개 및 11개 내지 20개), 또는 20개의 검출기 중의 선택 검출기(1개 및 6개 내지 8개), 또는 20개의 검출기 또는 일부 다른 수의 검출기 중의 선택 검출기(9개 내지 13개)에 의해서 검출되어, 상피 또는 진피와 같은 조직을 규명할 수 있고, 여기에서 상피에 대한 측정 정보는 진피에 대한 측정 정보와 실질적으로 무관하고, 진피에 대한 측정 정보는 상피, 또는 이러한 조직 층의 더 미세한 그라데이션(finer gradation)에 대한 측정 정보와 실질적으로 무관하다. 예를 들어, 청색과 적색 사이의 가시 광선의 비교적 짧은 파장이 공급원으로부터 전달될 수 있고, 공급원에 비교적 근접한(예를 들어, 공급원까지 100 마이크로미터 또는 그보다 가까운) 검출기에 의해서 검출되어 상피를 규명할 수 있다.
광의 비교적 긴 파장(예를 들어, 적색, IR, 또는 그 둘 모두)이 공급원으로부터 전달될 수 있고, 공급원으로부터 비교적 먼(예를 들어, 공급원으로부터 100 마이크로미터 또는 그보다 먼) 검출기에 의해서 검출되어, 진피 또는, 예를 들어, 가슴 재건을 위한 플랩 대체 수술에서 이용되는 매립형 피부 플랩과 같은, 그보다 깊은 곳을 규명할 수 있다. 산소 측정기 프로브는, 선택 파장(예를 들어, 짧거나 긴) 및 선택 검출기(예를 들어, 100 마이크로미터보다 더 가깝게 공급원에 근접한, 또는 100 마이크로미터보다 멀게 공급원으로부터 떨어진)의 조합들의 선택을 위한 입력을 수신하도록 구성되고, 여기에서 선택된 조합은, 상피 또는 진피와 같은, 조직의 상이한 조직 층들을 규명하기 위한 프로브에 의해서 이용된다. 산소 측정기 프로브는, 규명을 위해서 사용자가 선택한 선택 조직 깊이를 기초로 또는 실질적으로 자동적으로 이러한 파장 및 검출기의 선택을 하도록 구성된다.
구현예에서, 하나 이상의 공급원이, 제2 스펙트럼 범위가 아닌 제1 스펙트럼 범위 내의 광의 파장을 방출하도록, 또는 제1 스펙트럼 범위가 아닌 제2 스펙트럼 범위 내의 광을 방출하도록 구성될 수 있고, 여기에서 제1 및 제2 스펙트럼 범위들은 중첩되지 않을 수 있다. 제1 스펙트럼 범위는, 청색 광과 적색 광 사이의 파장과 같은, 가시광선 범위 내의 광을 포함할 수 있다. 제2 스펙트럼 범위는 적색 광, IR, 또는 그 둘 모두를 포함할 수 있다.
데이터 가중 검출기 구조물들. 공급원 구조물들(120)로부터 증가되는 거리들에 배치되는 검출기 구조물들(125)은 감소되는 양의 반사도를 조직으로부터 수신한다. 그에 따라, 비교적 짧은 공급원-대-검출기 거리(예를 들어, 도 1b의 S1-D4 및 S2-D8)를 가지는 검출기 구조물(125)에 의해서 생성된 반사도 데이터는, 비교적 긴 공급원-대-검출기 거리(예를 들어, 도 1b의 S1-D8 및 S2-D4)를 가지는 검출기 구조물에 의해서 생성된 반사도 데이터에 비해서, 본질적으로 더 큰 신호를 나타내는 경향이 있다. 그에 따라, 피팅 알고리즘이 시뮬레이트된 반사도 곡선을, 비교적 긴 공급원-대-검출기 거리(예를 들어, 공급원 구조물과 검출기 구조물 사이의 평균 거리 초과의 공급원-대-검출기 거리)를 가지는 검출기 구조물(125)에 의해서 생성된 반사도 데이터보다 더 타이트하게(tightly), 비교적 짧은 공급원-대-검출기 거리(예를 들어, 공급원 구조물과 검출기 구조물 사이의 평균 거리 이하의 공급원-대-검출기 거리)를 가지는 검출기 구조물(125)에 의해서 생성된 반사도 데이터에 우선적으로 피팅할 수 있다. 반사도 데이터로부터의 광학적 성질에 관한 비교적 정확한 결정에서, 이러한 거리-비례 왜곡(skew)은 바람직하지 못할 수 있고 바로 밑에서 설명되는 바와 같은 반사도 데이터 가중에 의해서 교정될 수 있다.
도 9는 선택된 검출기 구조물(125)에 의해서 생성된 반사도 데이터를 가중하는 방법의 흐름도를 도시한다. 그러한 흐름도는 하나의 예시적인 구현예를 나타낸다. 구현예의 범위로부터 벗어나지 않고도, 단계가 흐름도에 부가되거나, 그로부터 배제되거나, 그러한 흐름도 내에서 조합될 수 있다.
1400에서, 산소 측정기 프로브(101)은, 공급원 구조물(120a)과 같은 공급원 구조물 중 하나로부터 조직 내로 광을 방출한다. 방출 광이 조직으로부터 반사된 후에, 검출기 구조물(125)은 광을 검출하고(단계(1405)), 조직에 대한 반사도 데이터를 생성한다(단계(1410)). 단계(1400, 1405, 및 1410)는 다수의 광 파장에 대해서 그리고 하나 초과의 다른 공급원 구조물, 예를 들어 공급원 구조물(120b)에 대해서 반복될 수 있다. 1415에서, 산소 측정기 프로브(101)은 반사도 데이터의 제1 부분을 시뮬레이트된 반사도 곡선(315)에 피팅시킨다. 반사도 데이터의 제1 부분은, 공급원 구조물로부터 문턱값 거리 미만에 있는 검출기 구조물의 제1 부분에 의해서 생성된다. 문턱값 거리는 공급원 구조물과 검출기 구조물 사이의 평균 거리(즉, 대략적으로 중간-범위 거리)일 수 있다. 1420에서, 반사도 데이터의 제2 부분에 대한 반사도 데이터가 시뮬레이트된 반사도 곡선에 피팅된다. 반사도 데이터의 제2 부분은 검출기 구조물의 제1 부분, 및 문턱값 거리에 비해서 다음의 가장 먼 공급원으로부터의 공급원-대-검출기 거리에 있는 다른 검출기 구조물에 의해서 생성된다. 예를 들어, 검출기 구조물의 제1 부분이 검출기 구조물(125c, 125d, 125e, 및 125f)을 포함한다면, 다음의 가장 먼 공급원-대-검출기 거리에 있는 검출기 구조물은 검출기 구조물(125g)이다(표 1 참조).
1425에서, 단계(1415)에서 생성된 피팅을 단계(1420)에서 생성된 피팅에 비교하여, 단계(1420)에서 생성된 피팅이 1415에서 생성된 피팅보다 더 양호한지의 여부를 결정한다. 당업자에 의해서 이해될 수 있는 바와 같이, 곡선에 대한 데이터의 피팅의 "근접성"은 다양한 매개변수를 기초로 정량화될 수 있고, 곡선에 대한 더 근접한 피팅을 가지는 데이터를 결정하기 위해서 피팅들의 근접성은 직접 비교될 수 있다. 더 이해될 수 있는 바와 같이, 더 근접한 피팅은 종종 보다 양호한 피팅 또는 더 타이트한 피팅으로 지칭된다. 단계(1420)에서 생성된 피팅이 단계(1415)에서 생성된 피팅보다 더 양호한 경우에, 단계(1420 및 1425)가, 다음의 증가된 공급원으로부터의 공급원-대-검출기 거리에 위치된 부가적 검출기 구조물(고려되는 예에 따라, 검출기 구조물(125c))을 포함하는 검출기 구조물에 의해서 생성된 반사도 데이터를 이용하여 반복된다. 대안적으로, 단계(1420)에서 생성된 피팅이 단계(1415)에서 생성된 피팅보다 양호하지 않다면, 문턱값 거리보다 먼 공급원-대-검출기 거리에 배치된 검출기 구조물(125)에 대한 반사도 데이터가 피팅에서 이용되지 않는다. 그 후에, 산소 측정기 프로브(101)은 단계(1415) 또는 단계(1420)(단계(1415)에서 결정된 피팅보다 양호한 경우)에서 생성된 피팅을 이용하여, 광학적 성질 및 조직의 산소 포화를 결정한다(단계(1430)). 그 후에, 산소 포화가 산소 측정기 프로브(101)에 의해서, 예를 들어 디스플레이(115) 상에서 보고된다(단계(1435)).
대안적인 구현예에 따라, 단계(1420)에서 생성된 피팅이 단계(1415)에서 생성된 피팅보다 양호하지 않다면, 문턱값 거리보다 먼 공급원-대-검출기 거리를 갖는 검출기 구조물에 대한 가중 인자만큼 반사도 데이터가 가중되고, 그에 따라 이러한 가중된 반사도 데이터가 피팅에 미치는 영향이 감소된다. 피팅에서 이용되지 않은 반사도 데이터는 0의 가중치를 가지는 것으로 간주될 수 있고, 관심 조직 층 아래의 조직으로부터의 반사도와 연관될 수 있다. 관심 조직 층 아래의 조직으로부터의 반사도는 이러한 특별한 반사도를 나타내는 반사도 곡선 내의 특징적인 꺽임(kink)을 나타낸다고 말할 수 있다.
반사도 데이터를 시뮬레이트된 반사도 곡선에 피팅하는 곡선-피팅 알고리즘이 반사도 데이터의 절대 위치뿐만 아니라 반사도 데이터의 소정량의 불확실성을 고려할 수 있다는 것을 주목하여야 한다. 반사도 데이터 내의 불확실성은 검출기 구조물 중 하나에 의한 반사도 데이터의 생성으로부터의 노이즈의 양에 상응하고, 노이즈의 양은 반사도 데이터의 크기의 제곱근으로서 스케일링할(scale) 수 있다.
추가적인 구현예에 따라, 산소 측정기 프로브(101)은 반사도 데이터의 측정과 연관된 노이즈의 양을 기초로 반사도 데이터를 반복적으로 가중한다. 구체적으로, 비교적 먼 공급원-대-검출기 거리를 가지는 검출기 구조물에 의해서 발생된 반사도 데이터는 일반적으로, 비교적 짧은 공급원-대-검출기 거리를 가지는 검출기 구조물에 의해서 생성된 반사도 데이터에 비해서, 작은 신호-대-노이즈비를 갖는다. 비교적 먼 공급원-대-검출기 거리를 가지는 검출기 구조물에 의해서 발생된 반사도 데이터를 가중하는 것은 이러한 데이터가 다른 반사도 데이터와 실질적으로 동일하게 피팅하는 것에 기여할 수 있게 한다.
저장된 시뮬레이트된 반사도 곡선 특정 실시예에 따라, 메모리는, 메모리 내의 후속 저장을 위해서 컴퓨터에 의해서 생성될 수 있는, 많은 수의 몬테 카를로-시뮬레이트된 반사도 곡선(315)("시뮬레이트된 반사도 곡선")을 저장한다. 각각의 시뮬레이트된 반사도 곡선(315)은 하나 이상의 시뮬레이트된 광원으로부터 시뮬레이트된 조직 내로 방출되고 시뮬레이트된 조직으로부터 하나 이상의 시뮬레이트된 검출기로부터 반사된 광(예를 들어, 근적외선 광)의 시뮬레이션을 나타낸다. 시뮬레이트된 반사도 곡선(315)은, 조직 산소 측정기 프로브(127) 내의 광원(120) 및 검출기(125)의 구성 등과 같은, 시뮬레이트된 광원 및 시뮬레이트된 검출기의 특정 구성을 위한 것이다. 그에 따라, 시뮬레이트된 반사도 곡선(315)은 조직 산소 측정 장치(100)로부터 방출되고 그에 의해서 수집되는 광을 모델링한다. 또한, 시뮬레이트된 반사도 곡선(315)의 각각은, 특별한 조직 발색단의 농도 및 조직 산란체의 밀도와 관련되는 특정 조직 흡수 및 조직 산란 값과 같은, 특이적인 실제 조직 조건을 나타낸다. 메모리(117) 내에 저장된 시뮬레이트된 반사도 곡선의 수가 비교적 많을 수 있고, 조직 산소 측정 장치(100)에 의해서 생존 가능성이 분석되는 실제 조직 내에 존재할 수 있는 조직 성질 및 광학적 성질의 실질적 조합의 전부 또는 거의 전부를 나타낼 수 있다. 본원에서 메모리(117)가 몬테 카를로-시뮬레이트된 반사도 곡선을 저장하는 것으로 설명되지만, 메모리(117)는, 확산 개산(approximation)을 이용하는 것과 같이, 몬테 카를로 방법 이외의 방법에 의해서 생성된 시뮬레이트된 반사도 곡선을 저장할 수 있다.
도 10은, 조직 산소 측정기 프로브(127)의 광원 및 검출기의 구성 중 하나 등과 같은, 광원(120) 및 검출기(125)의 특정 구성에 대한 것일 수 있는, 반사도 곡선의 예시적인 그래프이다. 그래프의 수평 축은 광원(120)과 검출기(125) 사이의 거리(즉, 공급원-검출기 거리)를 나타낸다. 광원(120)과 검출기(125) 사이의 거리가 적절하게 선택되고 시뮬레이트된 반사도 곡선이 광원(120) 및 검출기(125)에 대한 시뮬레이션인 경우에, 시뮬레이트된 반사도 곡선 내의 데이터 점들 사이의 측방향 간격이 비교적 일정할 것이다. 그러한 비교적 균일한 간격은 도 4의 시뮬레이트된 반사도 곡선에서 확인될 수 있다. 그래프의 수직 축은, 조직으로부터 반사되고 검출기(125)에 의해서 검출된 광의 시뮬레이트된 반사도를 나타낸다. 시뮬레이트된 반사도 곡선에 의해서 보여진 바와 같이, 검출기(125)에 도달하는 반사도는 광원(120)과 검출기(125) 사이의 거리에 따라 달라진다.
일 구현예에 따라, 메모리(117)는 각각의 시뮬레이트된 반사도 곡선(315)에 대한 선택된 수의 점을 저장하고, 시뮬레이트된 반사도 곡선의 전체를 저장하지 않을 수 있다. 각각의 시뮬레이트된 반사도 곡선(315)의 각각에 대해서 저장된 점의 수가 공급원-검출기 쌍의 수와 정합될 수 있다. 예를 들어, 조직 산소 측정기 프로브(115)이 2개의 광원(120a 및 120c)을 포함하고 8개의 검출기(125a 내지 125h)를 포함하는 경우에, 조직 산소 측정기 프로브(100)은 16개의 공급원-검출기 쌍을 포함하고, 메모리(117)는 그에 따라 시뮬레이트된 반사도 곡선의 각각을 위한 16개의 선택 데이터 점을 저장하고, 저장된 데이터 점은 특정 공급원-검출기 거리(즉, 광원과 검출기 사이의 거리)에 대한 것이다.
따라서, 메모리(117) 내에 저장된 시뮬레이트된 반사도 곡선 데이터베이스가 16 x 3 x 5850 크기일 수 있고, 16개의 점이, 각각의 광원(210)에 의해서 생성되고 방출될 수 있는 3개의 상이한 파장들에 대한 곡선 마다 저장될 수 있고, 광학적 성질 범위에 걸쳐진 총 5850개의 곡선이 존재한다. 대안적으로, 메모리(117) 내에 저장된 시뮬레이트된 반사도 곡선 데이터베이스가 16 x 4 x 5850 크기일 수 있고, 16개의 점이, 각각의 광원에 의해서 생성되고 방출될 수 있는 4개의 상이한 파장들에 대한 곡선 마다 저장될 수 있고, 광학적 성질 범위에 걸쳐진 총 5850개의 곡선이 존재한다. 5850개의 곡선은, 예를 들어, 39개의 흡수 계수(μs') 값 및 150개의 흡수 계수(μa) 값의 행렬로부터 기원한다. μs' 값은 5:5:24 센티미터-1(μs'는 g에 대한 값에 의존한다) 범위일 수 있다. μa 값은 0.01:0.01:1.5의 범위일 수 있다. 전술된 범위는 예시적인 범위이고, 공급원-검출기 쌍의 수, 각각의 광원에 의해서 생성된 파장의 수, 및 시뮬레이트된 반사도 곡선의 수가 더 적거나 많을 수 있다는 것이 이해될 것이다.
조직 분석. 도 11a는, 광학적 성질을 결정하기 위해서 조직 산소 측정 장치가 반사도 데이터 및 시뮬레이트된 반사도 곡선(315)을 이용하는, 조직 산소 측정 장치(100)에 의해서 조직(예를 들어, 실제 조직)의 광학적 성질을 결정하기 위한 방법의 흐름도이다. 광학적 성질은 조직의 흡수 계수(μa) 및 산란 계수(μs)를 포함할 수 있다. 조직의 흡수 계수(μa) 및 산란 계수(μs)를 조직에 대한 산소 포화 값으로 변환하는 추가적인 방법이 이하에서 더 구체적으로 설명된다. 그러한 흐름도는 하나의 예시적인 실시예를 나타낸다. 실시예의 범위로부터 벗어나지 않고도, 단계가 흐름도에 부가되거나, 그로부터 배제되거나, 그러한 흐름도 내에서 조합될 수 있다.
500에서, 조직 산소 측정 장치(100)는, 광원(120a)과 같은, 광원(120) 중 하나로부터 조직 내로 광(예를 들어, 근적외선 광)을 방출한다. 광이 광원으로부터 방출될 때, 조직 산소 측정 장치는 일반적으로 조직과 접촉된다. 방출 광이 조직으로부터 반사된 후에, 검출기(125)가 이러한 광의 일부를 검출하고(단계(505)), 조직에 대한 반사도 데이터 점을 생성한다(단계(510)). 단계(500, 505, 및 510)가 다수의 광 파장(예를 들어, 적색 광, 근적외선 광, 또는 그 둘 모두)에 대해서 그리고 하나 초과의 다른 광원, 예를 들어 광원(120c)에 대해서 반복될 수 있다. 예를 들어, 조직 산소 측정기 프로브(115)이 16개의 공급원-검출기 거리를 갖는 경우에, 단일 파장에 대한 반사도 데이터 점이 16개의 반사도 데이터 점을 포함할 수 있다. 반사도 데이터 점은 종종 반사도 데이터 점의 N-벡터로서 지칭된다.
515에서, 반사도 데이터 점(예를 들어, 미가공(raw) 반사도 데이터 점)이 공급원-검출기 쌍의 이득(gain)에 대해서 교정된다. 공급원-검출기 쌍의 보정 중에, 이득 교정이 공급원-검출기 쌍에 대해서 생성되고 메모리(117) 내에 저장된다. 이득 교정의 생성이 이하에서 더 구체적으로 설명된다.
520에서, 프로세서(116)는 (예를 들어, 오류 제곱 합계 계산(sum of squares error calculation)을 통해서) 반사도 데이터 점을 시뮬레이트된 반사도 곡선(315)에 피팅시켜, 반사도 데이터 점을 가장 잘 피팅시키는(즉 가장 작은 피팅 오류를 가지는) 특별한 반사도 데이터 곡선을 결정한다. 하나의 특정 구현예에 따라, 시뮬레이트된 반사도 곡선의 데이터베이스의 "조대(coarse)" 그리드인 시뮬레이트된 반사도 곡선의 비교적 작은 세트가 선택되고 피팅 단계(520)를 위해서 이용된다. 예를 들어, 39개의 산란 계수(μs) 값 및 150개의 흡수 계수(μa) 값이 주어지면, 조대 그리드 내의 총 40개의 시뮬레이트된 반사도 곡선에 대해서 모든 5번째의 산란 계수(μs') 값 및 모든 8번째 흡수 계수(μa)를 취함으로써, 시뮬레이트된 반사도 곡선의 조대 그리드가 프로세서(116)에 의해서 결정될 수 있다. 전술한 특정 값이 예시적인 실시예에 대한 것이고 다른 크기의 조대 그리드가 프로세서(116)에 의해서 이용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 조대 그리드에 대한 반사도 데이터 점의 피팅의 결과는, 최적 피팅 시뮬레이트된 반사도 곡선의 조대 그리드(μa, μs')coarse 내의 좌표이다.
525에서, 시뮬레이트된 반사도 곡선의 "미세" 그리드를 규정하기 위해서, 가장 작은 피팅 오류를 가지는 조대 그리드로부터의 특별한 시뮬레이트된 반사도 곡선이 프로세서(116)에 의해서 이용되고, 미세 그리드 내의 시뮬레이트된 반사도 곡선은 가장 작은 피팅 오류를 가지는 조대 그리드로부터의 시뮬레이트된 반사도 곡선 주위에 위치된다.
즉, 미세 그리드는 규정된 크기이고, 조대 그리드로부터의 가장 작은 오류의 시뮬레이트된 반사도 곡선이 미세 그리드의 중심을 규정한다. 미세 그리드가 조대 그리드와 동일한 수의 시뮬레이트된 반사도 곡선을 가질 수 있거나, 더 많거나 적은 시뮬레이트된 반사도 곡선을 가질 수 있다. 미세 그리드는, 미세 그리드 내의 주변 흡수 계수(μa) 값 및 산란 계수(μs') 값의 피크 표면 어레이를 결정하기 위한(단계 530) 충분한 수의 점을 제공하도록, 실질적으로 미세하다. 구체적으로, 조대 그리드로부터의 가장 작은 오류 값 더하기 특정 오프셋을 이용하여, 문턱값이 프로세서(116)에 의해서 설정될 수 있다. 문턱값 미만의 오류를 가지는 미세 그리드 상의 산란 계수(μs') 및 흡수 계수(μa)의 위치 모두가, 반사도 데이터에 대한 산란 계수(μs') 및 흡수 계수(μa)를 더 결정하기 위한 피크 표면 어레이 결정에서 이용되도록, 식별될 수 있다. 구체적으로, 피크에서 흡수 계수(μa) 및 산란 계수(μs') 값을 결정하기 위해서, 오류 피팅이 피크에 대해서 이루어진다. 피크에서의 흡수 계수(μa) 및 산란 계수(μs') 값의 가중 평균(예를 들어, 중심 계산(centroid calculation))이 조직 산소 측정 장치에 의해서 이용되어, 조직에 대한 반사도 데이터 점에 대한 흡수 계수(μa) 및 산란 계수(μs') 값을 결정할 수 있다(단계(540)).
가중 평균을 위한 흡수 계수(μa) 및 산란 계수(μs') 값에 대한 가중치는 프로세서(116)에 의해서 문턱값 빼기 미세 그리드 오류로서 결정될 수 있다. 미세 그리드 상의 점이 문턱값 미만의 오류로 선택되기 때문에, 이는 양의 가중치를 제공한다. 가중 평균(예를 들어, 중심 계산)의 가중된 계산은 조직에 대한 반사도 데이터 점에 대한 예상 산란 계수(μs') 및 흡수 계수(μa)(즉, μa, μs')fine)를 제공한다. 산란 계수(μs') 에 대한 진정한 최소 오류 피크를 결정하기 위해서 다양한 비-선형 최소 제곱 중 하나 이상으로 피팅하는 것과 같은, 다른 방법이 조직 산소 측정 장치에 의해서 이용될 수 있다.
일 구현예에 따라, 프로세서(116)는 반사도 데이터 점 및 시뮬레이트된 반사도 곡선의 로그를 계산하고, 각각의 로그를 공급원-검출기 거리(예를 들어, 센티미터)의 제곱근으로 나눈다. 반사도 데이터 점의 시뮬레이트된 반사도 곡선에 대한 피팅을 개선하기 위해서 전술한 단계(예를 들어, 단계(515, 520, 525, 및 530)에서 반사도 데이터 점 및 시뮬레이트된 반사도 곡선에 대해서, 공급원-검출기 거리의 제곱근으로 나눈 이러한 로그 값이 프로세서(116)에 의해서 이용될 수 있다.
다른 구현예에 따라, 오프셋이 본질적으로 0으로 설정되고, 이는 조대 그리드 최소치 및 미세 그리드 최소치 사이의 차이의 오프셋을 효과적으로 제공한다. 도 11a에 대해서 전술한 방법은 조대 그리드로부터의 최소 피팅 오류에 의존하고, 그에 따라 미세 그리드 상의 진정한 최소 오류는 전형적으로 작다. 이상적으로, 문턱값은 미세 그리드 상의 최소 오류로부터 결정되고, 이는 프로세서에 의한 부가적인 연산을 전형적으로 필요로 할 수 있다.
이하는, 일 구현예에 따라 파인 그리드 내에서 반사도 데이터 점을 최적으로 피팅하는 특별한 시뮬레이트된 반사도 곡선을 찾는 것에 대한 더 구체적인 설명이다. 도 11b는, 일 구현예에 따라 미세 그리드 내의 반사도 데이터 점에 최적으로 피팅되는 특별한 시뮬레이트된 반사도 곡선을 찾기 위한 방법의 흐름도이다. 그러한 흐름도는 하나의 예시적인 실시예를 나타낸다. 실시예의 범위로부터 벗어나지 않고도, 단계가 흐름도에 부가되거나, 그로부터 배제되거나, 그러한 흐름도 내에서 조합될 수 있다.
단계(525)에서 반사도 데이터 점을 최적으로 피팅하는 조대 그리드로부터의 특별한 시뮬레이트된 반사도 곡선(μa, μs')coarse을 결정하는 것에 이어서, 프로세서(116)는 시뮬레이트된 반사도 곡선의 완전한 시뮬레이트된 반사도 곡선 데이터베이스 (즉，16 x 3 x 5850(μa, μs') 데이터베이스에서 (μa, μs')coarse에 관한 영역 내의 오류 표면을 연산한다(단계(550)). 오류 표면은 err(μa, μs')로서 표시된다. 그 후에, 프로세서(116)는 errmin으로서 지칭되는 최소 오류 값을 err(μa, μs') 내에 위치시킨다(단계(555)). 이어서, 프로세서(116)는, 피크 표면이 0보다 큰 경우에
Figure 112018111276832-pct00001
에 의해서, 또는 피크 표면이 0 이하인 경우에
Figure 112018111276832-pct00002
에 의해서 표시되는 err(μa, μs')로부터 피크 표면 어레이를 생성한다(단계(560)). 표현 k는 약 10개의 요소의 0 초과의 폭을 갖는 err(μa, μs')의 최소 점에서의 피크로부터 선택된다.
Figure 112018111276832-pct00003
내의 피크의 질량 중심(즉, 중심 계산)은 가중치로서 점의 높이를 이용한다(단계(565)). 질량 중심의 위치는 조직에 대한 반사도 데이터 점에 대한 흡수 계수(μa) 및 산란 계수(μs')에 대해서 내삽된 결과이다.
조직에 대한 반사도 데이터 점에 대한 흡수 계수(μa) 및 산란 계수(μs')를 결정하기 위한 도 5a 및 도 5b에 대해서 전술한 방법이, 각각의 광원(120)에 의해서 생성된 파장(예를 들어, 3개 또는 4개 파장)의 각각에 대해서 반복될 수 있다.
산소 포화 결정. 제1 구현예에 따라, 프로세서(116)는, 각각의 광원(120)에 의해서 생성된 광의 3개 또는 4개의 파장에 대해서 (전술한 바와 같이) 결정된 흡수 계수(μa)(예를 들어, 3개 또는 4개의 흡수 계수(μa))를 이용함으로써 조직 산소 측정 장치(100)에 의해서 규명되는 조직에 대한 산소 포화를 결정한다. 제1 구현예에 따라, 산소 포화에 대한 흡수 계수(μa)의 최적 피팅을 찾기 위해서 산호 포화 값의 대조표가 생성된다. 그러한 대조표는, 가능성 있는 총 헤모글로빈, 멜라닌, 및 산소 포화 값의 범위를 가정하는 것 그리고 이러한 시나리오의 각각에 대해서 μa를 계산하는 것에 의해서 생성될 수 있다. 이어서, 계통적 오차를 감소시키기 위해서 그리고 곡선의 상대적인 형상에만 의존하도록, 단위 벡터의 놈(norm)으로 나누는 것에 의해서, 흡수 계수(μa) 점이 단위 벡터로 변환된다. 이어서, 단위 벡터를 대조표와 비교하여, 산소 포화를 제공하는 최적 피팅을 찾는다.
제2 구현예에 따라, 프로세서(116)는, 탈산소화된 헤모글로빈 및 산소화된 헤모글로빈의 순 분석체 신호(NAS)를 계산함으로써, 조직에 대한 산소 포화를 결정한다. NAS는, 시스템 내의 다른 스펙트럼 성분에 수직인 스펙트럼의 부분으로서 규정된다. 예를 들어, 탈산소화된 헤모글로빈의 NAS는, 산소화된 헤모글로빈 스펙트럼 및 멜라닌 스펙트럼에 수직인 스펙트럼의 부분이다. 이어서, 탈산소화된 그리고 산소화된 헤모글로빈의 농도가, 각각의 NAS를 벡터 곱하고 NAS 제곱의 놈으로 나누는 것에 의해서 계산될 수 있다. 이어서, 산소 포화는 산소화된 헤모글로빈 및 탈산소화된 헤모글로빈의 합으로 나눈 산소화된 헤모글로빈의 농도로서 용이하게 계산된다. Lorber의 Anal. Chem. 58: 1167-1172 (1986)가 본원에서 참조로 포함되고, 조직에 대한 산소 포화 결정을 위한 제2 구현예에 관한 추가적인 구체적인 이해를 위한 뼈대를 제공한다.
조직 산소 측정 장치(100)의 일 실시예에 따라, 반사도 데이터가 30 Hertz에서 검출기(125)에 의해서 생성되고, 산소 포화 값이 약 3 Hertz에서 계산된다. 결정된 산소 포화 값(예를 들어, 적어도 3개의 산소 포화 값)의 이동 평균이 디스플레이(112) 상에서 디스플레이될 수 있고, 이는 1 Hertz의 업데이트 비율을 가질 수 있다.
광학적 성질. 간략히 전술한 바와 같이, 메모리(117) 내에 저장된 각각의 시뮬레이트된 반사도 곡선(315)은 조직의 특이적인 광학적 성질을 나타낸다. 더 구체적으로, 시뮬레이트된 반사도 곡선의 특이적 형상은, 주어진 파장에서, 조직의 광학적 성질의 특이적 값, 즉 산란 계수(μs), 흡수 계수(μa), 조직의 이방성(g), 조직의 굴절률을 나타내고, 이로부터 조직 성질이 결정될 수 있다.
비교적 짧은 공급원-대-검출기 거리에 대해서 검출기(125)에 의해서 검출된 반사도는, 일차적으로, 감소된 산란 계수(μs')에 따라 달라진다. 감소된 산란 계수는, 산란 계수(μs) 및 조직의 이방성(g)을 포함하는 "합쳐진(lumped)" 성질(μs' = μs(1-g))이고, 1/μs' 크기의 많은 단계의 랜덤 워크(random walk) 내의 광자의 확산을 설명하기 위해서 이용되며, 여기에서 각각의 단계는 등방적 산란을 포함한다. 그러한 설명은, 흡수 이벤트 전에 많은 산란 이벤트가 있는 경우에, 즉 μa << μs' 인 경우에, 부분적인 편향 각도만을 각각 포함하는 많은 작은 단계(1/μs)를 이용한 광자 이동에 관한 설명과 같다.
대조적으로, 비교적 먼 공급원-대-검출기 거리에 대해서 검출기(125)에 의해서 검출된 반사도는, 일차적으로, μa 및 μs' 모두의 함수인,
Figure 112018111276832-pct00004
로서 규정된, 유효 흡수 계수(μeff)에 따라 달라진다.
따라서, 비교적 짧은 공급원-검출기 거리(예를 들어, 광원(120a)과 검출기(125e) 사이의 Dl 및 광원(120c)과 검출기(125a) 사이의 D9) 및 비교적 먼 공급원-검출기 거리(예를 들어, 광원(120a)과 검출기(125a) 사이의 D5 및 광원(120c)과 검출기(125e) 사이의 D10)에서 반사도를 측정함으로써, μa 및 μs' 모두가 서로 독립적으로 결정될 수 있다. 조직의 광학적 성질은 다시 산소화된 헤모글로빈 및 탈산소화된 헤모글로빈 농도 그리고 그에 따라 조직의 산소 포화의 계산을 위한 충분한 정보를 제공할 수 있다.
데이터 수집 최적화를 위한 반복적 피팅 도 12는 조직 산소 측정 장치(100)의 광학적 성질을 결정하기 위한 다른 방법의 흐름도이다. 그러한 흐름도는 하나의 예시적인 실시예를 나타낸다. 실시예의 범위로부터 벗어나지 않고도, 단계가 흐름도에 부가되거나, 그로부터 배제되거나, 그러한 흐름도 내에서 조합될 수 있다.
600에서, 조직 산소 측정 장치(100)는, 광원(120a)과 같은, 광원 중 하나로부터 조직 내로 광(예를 들어, 근적외선 광)을 방출한다. 방출 광이 조직으로부터 반사된 후에, 검출기(125)는 광을 검출하고(단계(605)), 조직에 대한 반사도 데이터를 생성한다(단계(610)). 단계(600, 605, 및 610)는 다수의 광 파장에 대해서 그리고 하나 이상의 다른 광원, 예를 들어 광원(120c)에 대해서 반복될 수 있다. 615에서, 조직 산소 측정 장치(100)는 반사도 데이터를 시뮬레이트된 반사도 곡선(315)에 피팅하고, 반사도 데이터가 최적으로 피팅되는 시뮬레이트된 반사도 곡선을 결정한다. 그 후에, 조직 산소 측정 장치(100)는, 반사도 데이터에 최적 피팅되는 시뮬레이트된 반사도 곡선의 광학적 성질을 기초로 조직에 대한 광학적 성질(예를 들어, μa 및 μs')을 결정한다(단계(620)).
625에서, 조직 산소 측정 장치(100)는 단계(620)에서 결정된 광학적 성질(예를 들어, mfp = 1/(μa + μs'))로부터 조직 내의 광의 평균 자유 경로를 결정한다. 구체적으로, 평균 자유 경로는, 모든 공급원-검출기 쌍(예를 들어, 쌍 1 : 광원(120a)-검출기(125e); 쌍 2: 광원(120a)-검출기(125f); 쌍 3 : 광원(120a)-검출기(125g); 쌍 4: 광원(120a)-검출기(125h); 쌍 5: 광원(120a)-검출기(125a); 쌍 6: 광원(120a)-검출기(125b); 쌍 7: 광원(120a)-검출기(125c); 쌍 8: 광원(120a)-검출기(125d); . . . 쌍 9: 광원(120c)-검출기(125e), 쌍 10: 광원(120b)-검출기(125f) . . . 및 기타)에 대한 반사도 데이터를 포함하는 누적 반사도 곡선으로부터 획득된 광학적 성질로부터 결정될 수 있다..
630에서, 조직 산소 측정 장치(100)는, 조직의 주어진 영역에 대해서 계산된 평균 자유 경로가 가장 짧은 공급원-대-검출기 거리(예를 들어, 광원(120a)과 검출기(125e) 사이의 Dl, 및 광원(120c)과 검출기(125a) 사이의 D9)의 2배보다 더 긴지의 여부를 결정한다. 만약 평균 자유 경로가 가장 짧은 공급원-대-검출기 거리의 2배보다 길다면, 수집된 반사도 데이터는, 가장 짧은 공급원-대-검출기 거리를 가지는 공급원-검출기 쌍(예를 들어, 쌍 1: 광원(120a)-검출기(125e) 및 쌍 9 광원(120c)-검출기(125a)에 대해서 검출기로부터 수집된 반사도 데이터를 이용하지 않고, 시뮬레이트된 반사도 곡선에 대해서 재-피팅된다(즉, 재분석된다). 검출기(125e)를 위한 광원으로 작용하는 광원(120a)과 함께 검출기(125e)로부터의 반사도 데이터를 이용하지 않고, 그리고 검출기(125a)를 위한 광원으로 작용하는 광원(120a)과 함께 검출기(125a)로부터의 반사도 데이터를 이용하지 않고, 예를 들어, 단계(615 내지 630)가 반복된다. 피팅에 대한 반사도 데이터에 기여하는 공급원-검출기 쌍이, 계산된 평균 자유 경로의 절반보다 짧은 공급원-대-검출기 거리를 가지지 않을 때까지, 평균 자유 경로를 계산하고 하나 이상의 공급원-검출기 쌍에 대한 반사도 데이터를 폐기하는 프로세스가 반복될 수 있다. 그 후에, 산소 포화가 최적 피팅 시뮬레이트된 반사도 곡선으로부터 결정되고, 조직 산소 측정 장치(110)에 의해서 예를 들어 디스플레이(112) 상에서 보고된다(단계(635)).
광원(120) 중 하나로부터 조직 내로 방출된 그리고 평균 자유 경로의 절반 미만으로 이동되는 광은 실질적으로 비-확산 반사된다. 이러한 광에 대한 재-방출 거리는 조직 상(phase) 함수 및 국소적인 조직 조성에 따라 크게 달라진다. 그에 따라, 이러한 광에 대한 반사도 데이터를 이용하는 것은, 다수의 산란 이벤트를 겪은 광에 대한 반사도 데이터와 비교할 때, 광학적 성질 및 조직 성질에 관한 덜 정확한 결정을 초래하는 경향이 있다.
데이터 가중. 광원들(120)로부터 증가되는 거리들에 배치되는 검출기들(125)이 감소되는 양의 반사도를 조직으로부터 수신한다. 그에 따라, 비교적 짧은 공급원-대-검출기 거리(예를 들어, D)를 가지는 검출기(125)에 의해서 생성된 반사도 데이터는, 비교적 긴 공급원-대-검출기 거리(예를 들어, D5 및 D10)를 가지는 검출기에 의해서 생성된 반사도 데이터에 비해서, 본질적으로 더 작은 노이즈를 나타내는 경향이 있다. 그에 따라, 피팅 알고리즘이 시뮬레이트된 반사도 곡선을, 비교적 긴 공급원-대-검출기 거리(예를 들어, 광원과 검출기 사이의 평균 거리 초과의 공급원-대-검출기 거리)를 가지는 검출기에 의해서 생성된 반사도 데이터보다 더 타이트하게, 비교적 짧은 공급원-대-검출기 거리(예를 들어, 광원과 검출기 사이의 평균 거리 이하의 공급원-대-검출기 거리)를 가지는 검출기(125)에 의해서 생성된 반사도 데이터에 우선적으로 피팅할 수 있다. 반사도 데이터로부터의 광학적 성질에 관한 비교적 정확한 결정에서, 이러한 거리-비례 왜곡은 바람직하지 못할 수 있고 바로 밑에서 설명되는 바와 같은 반사도 데이터 가중에 의해서 교정될 수 있다.
도 13은 선택 검출기(125)에 의해서 생성된 반사도 데이터를 가중하는 방법의 흐름도이다. 그러한 흐름도는 하나의 예시적인 실시예를 나타낸다. 실시예의 범위로부터 벗어나지 않고도, 단계가 흐름도에 부가되거나, 그로부터 배제되거나, 그러한 흐름도 내에서 조합될 수 있다.
700에서, 조직 산소 측정 장치(100)는, 광원(120a)과 같은, 광원 중 하나로부터 조직 내로 광을 방출한다. 방출 광이 조직으로부터 반사된 후에, 검출기(125)는 광을 검출하고(단계(705)), 조직에 대한 반사도 데이터를 생성한다(단계(710)). 단계(700, 705, 및 710)는 다수의 광 파장에 대해서 그리고 하나 이상의 다른 광원, 예를 들어 광원(120c)에 대해서 반복될 수 있다. 715에서, 조직 산소 측정 장치(100)는 반사도 데이터의 제1 부분을 시뮬레이트된 반사도 곡선에 피팅시킨다. 반사도 데이터의 제1 부분은, 광원으로부터 문턱값 거리 미만에 있는 검출기의 제1 부분에 의해서 생성된다. 문턱값 거리는 광원과 검출기 사이의 평균 거리(예를 들어, 대략적으로 중간-범위 거리)일 수 있다. 720에서, 반사도 데이터의 제2 부분에 대한 반사도 데이터가 시뮬레이트된 반사도 곡선에 피팅된다. 반사도 데이터의 제2 부분은 검출기의 제1 부분, 및 문턱값 거리에 비해서 다음의 가장 큰 공급원으로부터의 공급원-대-검출기 거리에 있는 다른 검출기에 의해서 생성된다. 예를 들어, 검출기의 제1 부분이 검출기(125c, 125d, 125e, 및 125f)를 포함한다면, 다음의 가장 큰 공급원-대-검출기 거리에 있는 검출기는 검출기(125g)이다(예를 들어, 검출기(125c)보다 광원(120a)에 더 근접한다, 도 2a 및 도 2b 참조).
725에서, 단계(715)에서 생성된 피팅을 단계(720)에서 생성된 피팅에 비교하여, 단계(720)에서 생성된 피팅이 715에서 생성된 피팅보다 더 양호한지의 여부를 결정한다. 당업자에 의해서 이해될 수 있는 바와 같이, 곡선에 대한 데이터의 피팅의 "근접성"은 다양한 매개변수를 기초로 정량화될 수 있고, 곡선에 대한 더 근접한 피팅(더 근접한 피팅)을 가지는 데이터를 결정하기 위해서 피팅들의 근접성은 직접 비교될 수 있다. 더 이해될 수 있는 바와 같이, 더 근접한 피팅은 종종 보다 양호한 피팅 또는 더 타이트한 피팅으로 지칭된다. 단계(720)에서 생성된 피팅이 단계(715)에서 생성된 피팅보다 더 양호한 경우에, 단계(720 및 725)가, 다음의 증가된 공급원으로부터의 공급원-대-검출기 거리에 위치된 부가적 검출기(고려되는 예에 따라, 검출기(125c))를 포함하는 검출기에 의해서 생성된 반사도 데이터를 이용하여 반복된다. 대안적으로, 단계(720)에서 생성된 피팅이 단계(715)에서 생성된 피팅보다 양호하지 않다면, 문턱값 거리보다 먼 공급원-대-검출기 거리에 배치된 검출기(125)에 대한 반사도 데이터가 피팅에서 이용되지 않는다. 그 후에, 조직 산소 측정 장치(100)는 단계(715) 또는 단계(720)(단계(715)에서 결정된 피팅보다 양호한 경우)에서 생성된 피팅을 이용하여, 광학적 성질 및 조직의 산소 포화를 결정한다(단계(730)). 그 후에, 산소 포화가 조직 산소 측정 장치(110)에 의해서, 예를 들어 디스플레이(112) 상에서 보고된다(단계(735)).
대안적인 실시예에 따라, 단계(720)에서 생성된 피팅이 단계(715)에서 생성된 피팅보다 양호하지 않다면, 문턱값 거리보다 먼 공급원-대-검출기 거리를 갖는 검출기에 대한 가중 인자만큼 반사도 데이터가 가중되고, 그에 따라 이러한 가중된 반사도 데이터가 피팅에 미치는 영향이 감소된다. 피팅에서 이용되지 않은 반사도 데이터는 0의 가중치를 가지는 것으로 간주될 수 있고, 관심 조직 층 아래의 조직으로부터의 반사도와 연관될 수 있다. 관심 조직 층 아래의 조직으로부터의 반사도는 이러한 특별한 반사도를 나타내는 반사도 곡선 내의 특징적인 꺽임을 나타낸다고 말할 수 있다.
반사도 데이터를 시뮬레이트된 반사도 곡선에 피팅하는 곡선-피팅 알고리즘이 반사도 데이터의 절대 위치뿐만 아니라 반사도 데이터의 소정량의 불확실성을 고려할 수 있다는 것을 주목하여야 한다. 반사도 데이터 내의 불확실성은 검출기 중 하나에 의한 반사도 데이터의 생성으로부터의 노이즈의 양에 상응하고, 노이즈의 양은 반사도 데이터의 크기의 제곱근으로서 스케일링할 수 있다.
추가적인 실시예에 따라, 조직 산소 측정 장치(100)는 반사도 데이터의 측정과 연관된 노이즈의 양을 기초로 반사도 데이터를 반복적으로 가중한다. 구체적으로, 비교적 먼 공급원-대-검출기 거리를 가지는 검출기에 의해서 발생된 반사도 데이터는 일반적으로, 비교적 짧은 공급원-대-검출기 거리를 가지는 검출기에 의해서 생성된 반사도 데이터에 비해서, 큰 신호-대-노이즈비를 갖는다. 비교적 먼 공급원-대-검출기 거리를 가지는 검출기에 의해서 발생된 반사도 데이터를 가중하는 것은 이러한 데이터가 다른 반사도 데이터와 실질적으로 동일하게 피팅하는 것에 기여할 수 있게 한다.
본 발명의 이러한 설명은 묘사 및 설명의 목적을 위해서 제공되었다. 본 발명을 설명된 정확한 형태로 제한하는 것 또는 배타적인 것으로 의도되지 않으며, 전술한 교시 내용을 반영하여 많은 수정 및 변경이 이루어질 수 있다. 본 발명의 원리 및 그 실제 적용을 최적으로 설명하도록, 실시예가 선택되고 설명되었다. 이러한 설명은 다른 당업자가, 특별한 용도에 적합한 다양한 수정과 함께, 여러 실시예의 본 발명을 최적으로 이용 및 실시하게 할 수 있을 것이다. 여러 가지 설명된 구현예의 요소가 임의 조합으로 조합될 수 있다. 본 발명의 범위는 이하의 청구범위에 의해서 규정된다.

Claims (21)

  1. 사용자에 의해, 핸드헬드 산소 측정기 하우징을 제공하는 단계;
    상기 사용자에 의해, 상기 핸드헬드 산소 측정기 하우징 내에서 수용되는 프로세서를 제공하는 단계;
    상기 사용자에 의해, 상기 프로세서에 커플링되고, 상기 핸드헬드 산소 측정기 하우징 내에 수용된, 메모리를 제공하는 단계;
    상기 사용자에 의해, 상기 프로세서에 커플링되고, 상기 핸드헬드 산소 측정기 하우징의 외부로부터 접근할 수 있는, 디스플레이를 제공하는 단계;
    상기 사용자에 의해, 상기 핸드헬드 산소 측정기 하우징 내에 수용되는 배터리를 제공하는 단계;
    상기 배터리가 상기 프로세서, 상기 메모리 및 상기 디스플레이에 전력을 공급하는 단계;
    상기 사용자에 의해, 상기 핸드헬드 산소 측정기 하우징 내에 적어도 부분적으로 수용되는 프로브 선단부를 제공하는 단계;
    상기 사용자에 의해, 상기 프로브 선단부의 면 상에 공급원 구조물을 제공하는 단계;
    상기 사용자에 의해, 상기 프로브 선단부의 면 상에 복수의 검출기 구조물을 제공하는 단계;
    상기 공급원 구조물이 제1 파장을 가지는 제1 광 및 제2 파장을 가지는 제2 광을 피측정 조직 내로 방출하는 단계로서, 상기 제1 파장이 상기 제2 파장보다 짧은, 단계;
    문턱값 거리보다 상기 공급원 구조물에 더 근접한 상기 검출기 구조물에 의해서 상기 제1 광을 검출하는 단계;
    상기 프로세서에 의해서, 상기 검출된 제1 광을 기초로 상기 문턱값 거리보다 상기 공급원 구조물에 더 근접하는 상기 검출기 구조물에 의해서 생성된 제1 검출기 응답을 상기 메모리 내에 저장된 복수의 시뮬레이트된 반사도 곡선에 피팅하는 단계;
    상기 제1 검출기 응답에 대한 상기 시뮬레이트된 반사도 곡선 중의 시뮬레이트된 반사도 곡선의 하나 이상의 최적 피팅을 기초로, 상기 프로세서에 의해서, 상기 피측정 조직의 제1 조직에 대한 제1 측정 정보를 결정하는 단계;
    상기 문턱값 거리보다 상기 공급원 구조물로부터 더 먼 상기 검출기 구조물에 의해서 상기 제2 광을 검출하는 단계;
    상기 프로세서에 의해서, 상기 검출된 제2 광을 기초로 상기 문턱값 거리보다 상기 공급원 구조물로부터 더 먼 상기 검출기 구조물에 의해서 생성된 제2 검출기 응답을 상기 메모리 내에 저장된 상기 복수의 시뮬레이트된 반사도 곡선에 피팅하는 단계;
    상기 제2 검출기 응답에 대한 상기 시뮬레이트된 반사도 곡선 중의 시뮬레이트된 반사도 곡선의 하나 이상의 최적 피팅을 기초로, 상기 프로세서에 의해서, 상기 피측정 조직의 제 2 조직에 대한 제2 측정 정보를 결정하는 단계;
    상기 제1 측정 정보에 기초하여, 제1 깊이에서 상기 조직의 표면 아래의 제1 조직 영역에 대한 제1 산소 포화도 측정을 계산하고 상기 디스플레이 상에서 디스플레이하는 단계;
    상기 제2 측정 정보에 기초하여, 제2 깊이에서 상기 조직의 표면 아래의 제2 조직 영역에 대한 제2 산소 포화도 측정을 계산하고 상기 디스플레이 상에서 디스플레이하는 단계; 및
    상기 제1 측정 정보 및 상기 제2 측정 정보에 기초하여, 상기 제1 깊이 및 상기 제2 깊이의 조합에서 상기 조직의 표면 아래의 제3 조직 영역에 대한 제3 산소 포화도 측정을 계산하고 상기 디스플레이 상에서 디스플레이하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 깊이는 상기 제2 깊이보다 얕은, 산소 측정기 작동 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 측정 정보가 제1 산소 측정 정보이고, 상기 제2 측정 정보가 제2 산소 측정 정보인, 산소 측정기 작동 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 사용자에 의해, 상기 프로세서에 커플링된, 상기 핸드헬드 산소 측정기 하우징 내에 수용된, 멀티플렉서를 제공하는 단계; 및
    상기 프로세서에 의해, 상기 멀티플렉서가, 상기 문턱값 거리보다 상기 공급원 구조물에 더 근접한 상기 검출기 구조물로부터 상기 프로세서로 신호를 라우팅하는 단계를 포함하는, 산소 측정기 작동 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서에 의해, 상기 멀티플렉서가, 상기 문턱값 거리보다 상기 공급원 구조물로부터 더 먼 상기 검출기 구조물로부터 상기 프로세서로 신호를 라우팅하지 않는 단계를 포함하는, 산소 측정기 작동 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 검출기 구조물은 상기 공급원 구조물로부터 평균 거리를 가지고, 상기 문턱값 거리가 상기 평균 거리인, 산소 측정기 작동 방법.
  6. 핸드헬드 산소 측정기 하우징;
    상기 핸드헬드 산소 측정기 하우징 내에서 수용되는 프로세서;
    상기 프로세서에 커플링되고 복수의 시뮬레이트된 반사도 곡선을 저장하는, 상기 핸드헬드 산소 측정기 하우징 내에 수용된, 메모리;
    상기 프로세서에 커플링된, 상기 핸드헬드 산소 측정기 하우징의 외부로부터 접근할 수 있는, 디스플레이;
    상기 핸드헬드 산소 측정기 하우징 내에 수용된 배터리로서, 상기 배터리가 상기 프로세서, 상기 메모리, 및 상기 디스플레이에 커플링되고 전력을 공급하는, 배터리;
    상기 핸드헬드 산소 측정기 하우징 내에 적어도 부분적으로 수용되는 프로브 선단부;
    상기 프로브 선단부의 면 상에 공급원 구조물; 및
    상기 프로브 선단부의 면 상의 복수의 검출기 구조물을 포함하고;
    상기 프로세서는:
    문턱값 거리보다 상기 공급원 구조물에 더 근접한 상기 검출기 구조물에 의해서 제1 광을 검출하도록;
    상기 프로세서에 의해서, 상기 검출된 제1 광을 기초로 상기 문턱값 거리보다 상기 공급원 구조물에 더 근접하는 상기 검출기 구조물에 의해서 생성된 제1 검출기 응답을 상기 메모리 내에 저장된 상기 복수의 시뮬레이트된 반사도 곡선에 피팅하도록;
    제1 검출기 응답에 대한 상기 시뮬레이트된 반사도 곡선 중의 시뮬레이트된 반사도 곡선의 하나 이상의 최적 피팅을 기초로, 프로세서에 의해서, 피측정 조직의 제1 조직에 대한 제1 측정 정보를 결정하도록;
    상기 문턱값 거리보다 상기 공급원 구조물로부터 더 먼 상기 검출기 구조물에 의해서 제2 광을 검출하도록; 그리고
    상기 프로세서에 의해서, 상기 검출된 제2 광을 기초로 상기 문턱값 거리보다 상기 공급원 구조물로부터 더 먼 상기 검출기 구조물에 의해서 생성된 제2 검출기 응답을 상기 메모리 내에 저장된 상기 복수의 시뮬레이트된 반사도 곡선에 피팅하도록;
    상기 제2 검출기 응답에 대한 상기 시뮬레이트된 반사도 곡선 중의 시뮬레이트된 반사도 곡선의 하나 이상의 최적 피팅을 기초로, 상기 프로세서에 의해서, 상기 피측정 조직의 제 2 조직에 대한 제2 측정 정보를 결정하도록;
    상기 제1 측정 정보에 기초하여, 제1 깊이에서 상기 조직의 표면 아래의 제1 조직 영역에 대한 제1 산소 포화도 측정을 계산하고 상기 디스플레이 상에서 디스플레이하도록;
    상기 제2 측정 정보에 기초하여, 제2 깊이에서 상기 조직의 표면 아래의 제2 조직 영역에 대한 제2 산소 포화도 측정을 계산하고 상기 디스플레이 상에서 디스플레이하도록;
    상기 제1 측정 정보 및 상기 제2 측정 정보에 기초하여, 상기 제1 깊이 및 상기 제2 깊이의 조합에서 상기 조직의 표면 아래의 제3 조직 영역에 대한 제3 산소 포화도 측정을 계산하고 상기 디스플레이 상에서 디스플레이하도록 구성되고,
    상기 제1 깊이는 상기 제2 깊이보다 얕은, 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 측정 정보가 제1 산소 측정 정보이고, 상기 제2 측정 정보가 제2 산소 측정 정보인, 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 프로세서에 커플링된, 상기 핸드헬드 산소 측정기 하우징 내에 수용된, 멀티플렉서를 포함하고, 상기 프로세서에 의해, 상기 멀티플렉서가, 상기 문턱값 거리보다 상기 공급원 구조물에 더 근접한 상기 검출기 구조물로부터 상기 프로세서로 신호를 라우팅하도록 구성되는, 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 프로세서에 의해, 상기 멀티플렉서가, 상기 문턱값 거리보다 상기 공급원 구조물에서 더 먼 상기 검출기 구조물로부터 상기 프로세서로 신호를 라우팅하지 않도록 구성되는, 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 검출기 구조물은 상기 공급원 구조물로부터 평균 거리를 가지고, 상기 문턱값 거리가 상기 평균 거리인, 장치.
  11. 사용자에 의해, 핸드헬드 산소 측정기 하우징을 제공하는 단계;
    상기 사용자에 의해, 상기 핸드헬드 산소 측정기 하우징 내에서 수용되는 프로세서를 제공하는 단계;
    상기 사용자에 의해, 상기 프로세서에 커플링되고, 상기 핸드헬드 산소 측정기 하우징 내에 수용된, 메모리를 제공하는 단계로서, 상기 메모리는 시뮬레이트된 반사도 곡선을 저장하는, 단계;
    상기 사용자에 의해, 상기 프로세서에 커플링된, 상기 핸드헬드 산소 측정기 하우징의 외부로부터 접근할 수 있는, 디스플레이를 제공하는 단계;
    상기 사용자에 의해, 상기 핸드헬드 산소 측정기 하우징 내에 수용되는 배터리를 제공하는 단계;
    상기 배터리가 상기 프로세서, 상기 메모리 및 상기 디스플레이에 전력을 공급하는 단계;
    상기 사용자에 의해, 상기 핸드헬드 산소 측정기 하우징 내에 적어도 부분적으로 수용되는 프로브 선단부를 제공하는 단계;
    상기 사용자에 의해, 상기 프로브 선단부의 면 상에 공급원 구조물을 제공하는 단계;
    상기 사용자에 의해, 상기 프로브 선단부의 면 상에 복수의 검출기 구조물을 제공하는 단계;
    상기 공급원 구조물이 피측정 조직 내로 광을 방출하는 단계;
    상기 검출기 구조물이, 상기 피측정 조직으로부터의 반사 후에, 상기 광을 검출하는 단계;
    상기 검출기 구조물이 상기 검출기 구조물에 의해서 검출된 상기 광으로부터 반사도 측정치를 생성하는 단계;
    상기 프로세서가, 상기 반사도 측정치의 제1 부분을 상기 시뮬레이트된 반사도 곡선에 피팅하는 단계로서, 상기 반사도 측정치의 제1 부분이, 문턱값 거리보다 상기 공급원 구조물에 더 근접하는 검출기 구조물의 제1 부분에 의해서 생성되는, 단계;
    상기 프로세서가, 상기 반사도 측정치의 제2 부분을 상기 시뮬레이트된 반사도 곡선에 피팅하는 단계로서, 상기 반사도 측정치의 제2 부분이, 상기 검출기 구조물의 제1 부분 및 상기 검출기 구조물 중의 제1 부가적 검출기 구조물에 의해서 생성되고, 상기 검출기 구조물 중의 제1 부가적 검출기 구조물이 상기 공급원 구조물로부터 상기 문턱값 거리보다 더 먼, 단계;
    상기 프로세서가, 상기 반사도 측정치의 제1 부분의 피팅이 상기 반사도 측정치의 제2 부분의 피팅보다 더 근접한 피팅인지의 여부를 결정하는 단계;
    상기 프로세서가, 상기 반사도 측정치의 제1 부분을 이용하여 상기 피측정 조직의 제1 광학적 성질을 결정하고, 그리고 상기 반사도 측정치의 제1 부분의 피팅이 상기 반사도 측정치의 제2 부분보다 더 근접한 피팅인 경우에, 상기 제1 광학적 성질을 상기 디스플레이 상에서 디스플레이하는 단계;
    상기 프로세서가, 상기 반사도 측정치의 제3 부분을 상기 시뮬레이트된 반사도 곡선에 피팅하는 단계로서, 상기 반사도 측정치의 제3 부분이, 상기 검출기 구조물의 제1 부분, 상기 검출기 구조물 중의 제1 부가적 검출기 구조물, 및 상기 검출기 구조물 중의 제2 부가적 검출기 구조물에 의해서 생성되고, 상기 검출기 구조물 중의 제2 부가적 검출기 구조물이, 상기 검출기 구조물 중의 제1 부가적 검출기 구조물보다, 상기 공급원 구조물로부터 상기 문턱값 거리를 지나서 더 먼, 단계;
    상기 프로세서가, 상기 반사도 측정치의 제2 부분의 피팅이 상기 반사도 측정치의 제3 부분의 피팅보다 더 근접한 피팅인지의 여부를 결정하는 단계;
    상기 프로세서가, 상기 반사도 측정치의 제2 부분을 이용하여 상기 피측정 조직의 제2 광학적 성질을 결정하고, 그리고 상기 반사도 측정치의 제2 부분의 피팅이 상기 반사도 측정치의 제3 부분보다 더 근접한 피팅인 경우에, 상기 제2 광학적 성질을 상기 디스플레이 상에서 디스플레이하는 단계;
    상기 프로세서가, 상기 반사도 측정치의 제3 부분을 이용하여 상기 피측정 조직의 제3 광학적 성질을 결정하도록, 그리고 상기 반사도 측정치의 제3 부분의 피팅이 상기 반사도 측정치의 제2 부분보다 더 근접한 피팅인 경우에, 상기 제3 광학적 성질을 상기 디스플레이 상에서 디스플레이하는 단계;를 포함하는 산소 측정기 작동 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 문턱값 거리가 상기 공급원 구조물로부터의 상기 검출기 구조물의 평균 거리인, 산소 측정기 작동 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 반사도 측정치의 제2 부분을 상기 시뮬레이트된 반사도 곡선에 피팅하기에 앞서서, 상기 프로세서가, 상기 검출기 구조물 중의 제1 부가적 검출기 구조물에 의해서 생성된 반사도 측정치에 가중 인자를 적용하고, 그에 따라 상기 가중 인자에 의해서 가중된 반사도 측정치가 상기 시뮬레이트된 반사도 곡선에 대한 상기 반사도 측정치의 제2 부분의 피팅에 미치는 영향이 감소되는, 단계를 포함하는, 산소 측정기 작동 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 반사도 측정치의 제3 부분을 상기 시뮬레이트된 반사도 곡선에 피팅하기에 앞서서, 상기 프로세서가, 상기 검출기 구조물 중의 제2 부가적 검출기 구조물에 의해서 생성된 반사도 측정치에 가중 인자를 적용하고, 그에 따라 상기 가중 인자에 의해서 가중된 반사도 측정치가 상기 시뮬레이트된 반사도 곡선에 대한 상기 반사도 측정치의 제2 부분의 피팅에 미치는 영향이 감소되는, 단계를 포함하는, 산소 측정기 작동 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 반사도 측정치의 제2 부분을 상기 시뮬레이트된 반사도 곡선에 피팅하기에 앞서서, 상기 프로세서가, 상기 검출기 구조물 중의 제1 부가적 검출기 구조물에 의해서 생성된 반사도 측정치에 대한 신호-대-노이즈비가 문턱값 신호-대-노이즈비보다 작은 경우에, 상기 검출기 구조물 중의 제1 부가적 검출기 구조물에 의해서 생성된 반사도 측정치에 가중 인자를 적용하고, 그에 따라 상기 검출기 구조물 중의 제1 부가적 검출기 구조물에 의해서 생성된 반사도 측정치는 상기 검출기 구조물의 제1 부분에 의해서 생성된 반사도 측정치와 실질적으로 동일하게 피팅하는 것에 기여하는, 단계를 포함하는, 산소 측정기 작동 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 반사도 측정치의 제3 부분을 상기 시뮬레이트된 반사도 곡선에 피팅하기에 앞서서, 상기 프로세서가, 상기 검출기 구조물 중의 제2 부가적 검출기 구조물에 의해서 생성된 반사도 측정치에 대한 신호-대-노이즈비가 문턱값 신호-대-노이즈비보다 작은 경우에, 상기 검출기 구조물 중의 제2 부가적 검출기 구조물에 의해서 생성된 반사도 측정치에 가중 인자를 적용하고, 그에 따라 상기 검출기 구조물 중의 제2 부가적 검출기 구조물에 의해서 생성된 반사도 측정치는 상기 검출기 구조물의 제1 부분에 의해서 생성된 반사도 측정치와 실질적으로 동일하게 피팅하는 것에 기여하는, 단계를 포함하는, 산소 측정기 작동 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 문턱값 거리가 상기 공급원 구조물로부터의 상기 검출기 구조물의 평균 거리인, 산소 측정기 작동 방법.
  18. 사용자에 의해, 핸드헬드 산소 측정기 하우징을 제공하는 단계;
    상기 사용자에 의해, 상기 핸드헬드 산소 측정기 하우징 내에서 수용되는 프로세서를 제공하는 단계;
    상기 사용자에 의해, 상기 프로세서에 커플링되고, 상기 핸드헬드 산소 측정기 하우징 내에 수용된, 메모리를 제공하는 단계;
    상기 사용자에 의해, 상기 프로세서에 커플링된, 상기 핸드헬드 산소 측정기 하우징의 외부로부터 접근할 수 있는, 디스플레이를 제공하는 단계;
    상기 사용자에 의해, 상기 핸드헬드 산소 측정기 하우징 내에 수용되는 배터리를 제공하는 단계;
    상기 배터리가 상기 프로세서, 상기 메모리 및 상기 디스플레이에 전력을 공급하는 단계;
    상기 사용자에 의해, 제1 공급원 구조물, 및 제1 배열을 가지는 제1 복수의 검출기 구조물을 포함하는, 제1 프로브 선단부를 제공하는 단계;
    상기 사용자에 의해, 상기 제1 프로브 선단부를 상기 핸드헬드 산소 측정기 하우징에 커플링시키는 단계;
    상기 사용자에 의해, 제2 공급원 구조물, 및 제2 배열을 가지는 제2 복수의 검출기 구조물을 포함하는, 제2 프로브 선단부를 제공하는 단계로서, 상기 제1 및 제2 배열이 상이한 배열들인, 단계; 및
    상기 사용자에 의해, 상기 제1 배열이 상기 제2 배열로 변화되도록, 상기 제2 프로브 선단부를 상기 핸드헬드 산소 측정기 하우징에 커플링시키는 것을 통해서, 상기 제1 프로브 선단부를 상기 제2 프로브 선단부로 교체하는 단계;를 포함하고,
    상기 핸드헬드 산소 측정기 하우징에 부착되는 상기 제1 프로브 선단부를 가지는 핸드헬드 산소 측정기는 조직의 제1 영역에 대한 상기 제1 배열에 기초하여 제1 산소 측정 정보를 생성하고,
    상기 조직의 제1 영역은 상기 조직의 표면 아래의 제 1 깊이를 가지고,
    상기 핸드헬드 산소 측정기 하우징에 부착되는 상기 제2 프로브 선단부를 가지는 상기 핸드헬드 산소 측정기는 조직의 제2 영역에 대한 상기 제2 배열에 기초하여 제2 산소 측정 정보를 생성하고,
    상기 조직의 제 2 영역은 상기 조직의 표면 아래의 제 2 깊이를 가지고, 상기 조직의 표면 아래에서 상기 제 1 깊이와 상기 제 2 깊이는 다른 깊이인, 산소 측정을 위한 핸드헬드 산소 측정기를 구성하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 공급원 구조물 및 상기 제1 복수의 검출기 구조물을 상기 제1 프로브 선단부의 제1 면 상에 제공하는 단계; 및
    상기 제2 공급원 구조물 및 상기 제2 복수의 검출기 구조물을 상기 제2 프로브 선단부의 제2 면 상에 제공하는 단계를 포함하는, 산소 측정을 위한 핸드헬드 산소 측정기를 구성하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 복수의 검출기 구조물이 상이한 수의 검출기 구조물을 복수로 가지는, 산소 측정을 위한 핸드헬드 산소 측정기를 구성하는 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 제1 프로브 선단부가 제2 공급원 구조물을 포함하고, 상기 제2 프로브 선단부는 제2 공급원 구조물을 포함하지 않는, 산소 측정을 위한 핸드헬드 산소 측정기를 구성하는 방법.
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