KR102463700B1 - 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치 - Google Patents

광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치는, 특정 파장을 가지는 펄스 레이저 신호를 생체에 조사하는 다이오드 레이저; 상기 펄스 레이저 신호와 상기 생체 반응에 의해 발생된 초음파 형태의 광음향 신호를 측정하는 초음파 트랜스듀서;를 포함할 수 있다.

Description

광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치{Non-invasive and continuous blood glucose measurement apparatus}
본 발명은 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저렴한 비침습 연속적 혈당측정센서를 차량에 도입하여 운전중 단시간 내에 운전자의 혈당을 측정할 수 있는 기술에 관한 것이다.
근래 당뇨병 환자의 증가 및 당뇨병으로 인한 합병증 위험에 대한 우려가 커짐에 따라 장기적 혈당 조절을 위한 혈당 측정 장치의 수요가 꾸준히 증가하고 있다. 특히 차량 운전자가 운전중에 저혈당 등으로 인한 무의식 상태로 빠져 사고가 발생하는 경우가 많아 차량에서 운전중인 운전자의 혈당을 측정하는 것이 필요하다.
이러한 혈당 측정 방법에는 크게 침습적인 방법(invasive), 최소침습적인 방법(minimally invasive), 비침습적인 방법(non-invasive)이 있다. 침습적인 방법은 혈액에 존재하는 포도당과 효소와의 반응을 통해 포도당 농도를 측정하는 것인데, 지속적인 측정이 불가능하고 측정시 소량의 피를 뽑아야 하므로 환자에게 고통을 유발한다. 최소 침습적인 방법에는 역 이온 도입법(reverse iontophoresis)이 있으며 혈관 내 흐르는 혈액의 포도당 농도를 측정하는 대신, 피하(subcutaneous)의 세포간질액(Interstitial fluid)에 존재하는 포도당 농도를 측정하는 것인데, 세포간질액의 포도당 농도가 혈관의 포도당 농도와 흡사하지만 두 농도 사이에 6분 정도의 지연시간 (lag time)이 존재한다는 것이 문제점이다.
또한, 비침습적인 방법은 비광학적 방법과 광학적 방법으로 나뉘는데, 비광학적인 방법은 체온과 몸의 움직임이 변화할 때 측정값의 오차가 큰 문제점이 있다. 광학적 방법의 경우, 광음향 효과를 이용하여 혈당을 측정하는 방법이 있는데, 종래의 광음향 효과를 이용한 혈당 측정법은 Nd:YAG 레이저나 가변 파장의 OPO 레이저(laser)를 이용하였는데 이러한 장비들은 가격이 매우 비싸고 크기가 큰 단점이 있었다.
일본공개특허 2014-184870호 한국공개특허 2015-128962호
본 발명의 실시예는 차량 내에서 운전중 단시간내에 운전자의 혈당을 정확히 측정할 수 있는 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치를 제공하고자 한다.
더욱 구체적으로, 본 발명의 실시예는 저렴하고 크기가 작은 근적외선 펄스 다이오드 레이저 또는 펄스 레이저와 광음향파를 동축, 공초점으로 정렬이 가능한 광음향 컴바이너(Optoacoustic combiner) 또는 광섬유 및 집속 초음파 변환기(focused ultrasound transducer)를 적용한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치는, 특정 파장을 가지는 펄스 레이저 신호를 생체에 조사하는 다이오드 레이저; 상기 펄스 레이저 신호와 상기 생체 반응에 의해 발생된 초음파 형태의 광음향 신호를 측정하는 초음파 트랜스듀서;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 다이오드 레이저의 동작을 제어하고 상기 초음파 트랜스듀서에서 측정된 광음향 신호를 이용하여 혈당값을 환산하는 제어기;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어기는, 상기 다이오드 레이저의 펄스폭, 조사 에너지, 펄스 반복 속도 중 적어도 하나 이상을 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 초음파 트랜스듀서에서 측정한 광음향 신호를 증폭하는 증폭기;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 초음파 트랜스듀서는 홀을 구비하고, 상기 홀에 구비되어 상기 레이저 다이오드와 연결되는 광섬유;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 레이저 다이오드에 의해 조사된 펄스 레이저신호가 투과하는 적어도 하나 이상의 프리즘; 및 상기 적어도 하나 이상의 프리즘 사이에 형성되어 상기 펄스 레이저신호를 투과하고 상기 광음향 신호는 반사시키는 실리콘 오일막;을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 초음파 트랜스듀서가 비초점 초음파 트랜스듀서인 경우, 음향 렌즈를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 음향 렌즈는 상기 프리즘 끝단에 구비될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 다이오드 레이저는, 제 1 펄스 파장을 가지는 제 1 다이오드 레이저; 및 상기 제 1 펄스와 다른 제 2 펄스 파장을 가지는 제 2 다이오드 레이저;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어기는, 상기 제 1 다이오드 레이저에 의해 조사된 펄스레이저 신호를 이용하여 측정된 혈당값을 상기 제 2 다이오드 레이저에 의해 조사된 펄스레이저신호를 이용하여 측정된 혈당값과 비교하여 보정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 다이오드 레이저 및 상기 초음파 트랜스듀서는 차량의 핸들, 변속기, 팔 받침대, 목받침대, 뒷좌석 받침대 중 적어도 하나 이상에 설치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 다이오드 레이저 및 상기 초음파 트랜스듀서는, 목걸이 또는 인이어(in ear) 형태로 생체에 탑재될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치는, 생체의 일부가 접촉되는 접촉부; 특정 파장을 가지는 펄스 레이저 신호를 상기 생체의 일부에 조사하는 다이오드 레이저; 상기 펄스 레이저 신호와 상기 생체 반응에 의해 발생된 초음파 형태의 광음향신호를 측정하는 초음파 트랜스듀서; 상기 레이저 다이오드에 의해 조사된 펄스 레이저신호 및 상기 광음향신호를 투과하여 상기 펄스 레이저신호와 상기 광음향 신호를 동축 공초점으로 정렬하는 적어도 하나 이상의 프리즘; 및 상기 적어도 하나 이상의 프리즘 사이에 형성되어 상기 펄스 레이저신호를 투과하고 상기 광음향신호는 반사시키는 실리콘 오일막; 상기 접촉부와 상기 프리즘 사이에 형성되어 상기 펄스 레이저신호 및 상기 광음향 신호를 투과시키는 매질부;를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 프리즘 상부 끝단의 상기 매질부 내에 구비되는 음향 렌즈를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 초음파 트랜스듀서는 비초점 초음파 트랜스듀서를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치는 생체의 일부가 접촉되는 접촉부; 특정 파장을 가지는 펄스 레이저 신호를 상기 생체의 일부에 조사하는 다이오드 레이저; 상기 펄스 레이저 신호와 상기 생체 반응에 의해 발생된 초음파 형태의 광음향신호를 측정하며, 상기 펄스 레이저신호와 상기 광음향 신호를 동축 공초점으로 정렬하는 초음파 트랜스듀서; 상기 접촉부와 상기 초음파 트랜스듀서 사이에 형성되어 상기 펄스 레이저신호 및 상기 광음향 신호를 투과시키는 매질부; 및 상기 초음파 트랜스듀서 내를 통과하여 상기 다이오드 레이저와 연결되는 광섬유를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 초음파 트랜스듀서는 초점 초음파 트랜스듀서를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 초음파 트랜스듀서, 상기 매질부, 상기 접촉부가 차량의 핸들 내부에 삽입되고, 상기 광섬유 및 상기 레이저 다이오드는 상기 핸들 외부에 설치될 수 있다.
일실시예에서, 상기 초음파 트랜스듀서, 상기 매질부, 상기 접촉부가 인이어 타입 장치 내에 삽입되고, 상기 광섬유 및 상기 레이저 다이오드는 인이어 타입 장치 외부의 원거리에 설치될 수 있다.
본 기술은 차량에 저렴한 비침습 연속적 혈당측정센서를 탑재하여 운전자의 혈당을 정확히 측정함으로써, 운전 중 당뇨환자가 저혈당 쇼크로 인한 사고를 미연에 방지할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 펄스 다이오드 레이저를 이용한 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치의 구성도이다.
도 1b는 도 1a의 포도당 수용액을 샘플로 한 경우의 광음향 신호의 측정 결과이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광음향 컴바이너(optoacoustic combiner)를 이용한 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 및 집속 초음파 변환기(focused ultrasound transducer)를 이용한 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치의 구성도이다.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서로 다른 파장을 가지는 복수의 다이오드 레이저를 이용한 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치의 구성도이다.
도 4b는 도 4a의 서로 다른 파장을 가지는 복수의 다이오드 레이저에 의한 광음향 신호 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치의 차량 내 탑재 위치 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량 핸들에서 혈당을 측정하는 예시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차량 변속기에서 혈당을 측정하는 예시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 차량 받침대에서 혈당을 측정하는 예시도이다.
도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 인이어 타입의 혈당 측정 예시도이다.
도 9b는 도 9a의 인이어 타입을 운전자가 장착한 예시도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 방법을 적용한 컴퓨터 시스템의 구성도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 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 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 도 1a 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명은 비침습 연속적 혈당측정 방법 중 광음향 혈당 측정 기술에 관한 것이다. 특정 파장을 가지는 펄스 레이저를 생체 내부에 조사하였을 때 그 파장에 높은 빛의 흡수를 가지는 물질만 생체 내부와 선택적으로 반응하여 짧은 시간 동안 온도가 상승하고 이에 따른 열적 팽창에 의해 초음파가 발생하게 되는데 이를 광음향 신호라고 한다. 따라서, 초음파 형태의 광음향 신호를 측정하면 신호의 크기에 따라 빛을 흡수하는 물질의 농도를 역으로 추적해 낼 수 있다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 펄스 다이오드 레이저를 이용한 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치의 구성도이다.
도 1a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치는 다이오드 레이저(110), 제어기(120), 초음파 트랜스듀서(130), 증폭기(140)를 포함한다.
다이오드 레이저(110)는 특정 파장을 가지는 펄스 레이저 신호를 생체에 조사한다.
제어기(120)는 컴퓨터로서, 다이오드 레이저(110)의 레이저의 펄스폭, 조사 에너지, 펄스 반복 속도 등을 제어하고 초음파 트랜스듀서(130)에서 측정된 광음향 신호를 이용하여 혈당값을 환산한다. 즉, 제어기(120)는 광음향 신호의 크기에 따라 빛을 흡수하는 물질의 농도를 역으로 추적함으로써 혈당값을 산출한다.
초음파 트랜스듀서(130)는 펄스 레이저 신호와 생체 반응에 의해 발생된 초음파 형태의 광음향 신호를 측정한다.
증폭기(140)는 초음파 트랜스듀서(130)에서 측정한 광음향 신호를 증폭한다. 때, 레이저 다이오드(110)에서 발생하는 한 개의 펄스는 하나의 광음향 신호를 발생하고 신호대 잡음비(SNR)를 높이기 위해 1000개의 광음향 신호를 평균하여 최종 결과를 얻는다.
도 1b는 도 1a의 포도당 수용액을 샘플로 한 경우의 광음향 신호의 측정 결과이다. 도 1b를 참조하면, 포도당 수용액의 농도를 0 내지 600 mg/dL 범위에서 변화시키면서 발생하는 광음향 신호의 피크투피크(peak to peak) 전압을 측정해서 분석한 결과, 도 1b의 그래프와 같이 농도가 증가할수록 신호의 크기가 커지는 것을 관찰할 수 있다. 특히 임상적으로 유효한 범위인 200 mg/dL 이하의 농도에서 더 큰 신호 변화를 보이는 것이 특징이다.
이러한 광음향 신호를 이용한 혈당 측정 방법은 인체에 무해한 파장대의 빛을 이용하여 안전하며 초음파 신호를 측정하기 때문에 일반적인 광학적 측정방법에 비해 피부조직의 더 깊은 곳까지 측정이 가능하다는 장점이 있다. 또한 광학적인 측정 방법과 달리 포도당이 빛을 흡수하는 성질을 직접적으로 측정하기 때문에 높은 측정 감도를 가진다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광음향 컴바이너(optoacoustic combiner)를 이용한 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치의 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 광음향 컴바이너(optoacoustic combiner)를 이용한 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치는 접촉부(21), 매질부(20), 다이오드 레이저(210), 복수개의 프리즘(220), 실리콘 오일막(silicon oil; 230), 비초점 초음파 트랜스듀서(unfocused transducer; 240), 음향렌즈(acoustic lens; 250)를 포함한다.
접촉부(21)는 생체(10)의 일부가 접촉된다.
매질부(20)는 접촉부(21)와 프리즘 사이에 형성되어 펄스 레이저신호 및 상기 광음향 신호를 투과시킨다. 이때 매질부(20)는 물 등의 매질을 포함한다.
다이오드 레이저(210)는 프리즘(220) 하단에 일정 간격 떨어진 위치에서 특정 파장을 가지는 펄스 레이저 신호를 생체의 일부에 조사한다.
복수개의 프리즘(220)은 매질부(20) 하단에 구비되어 레이저 다이오드(210)에 의해 조사된 펄스 레이저신호 및 광음향 신호를 투과하여 펄스 레이저신호와 광음향 신호를 동축 공초점으로 정렬하는 적어도 하나 이상으로 구비된다. 이때, 동축 공초점 정렬은 레이저신호의 경로(11)와 광음향 신호의 경로(12)가 동일한 것을 의미하며, 동축 공초점 정렬로 신호대잡음비(SNR)를 극대화시킬 수 있다.
실리콘 오일막(230)는 복수개의 프리즘(220) 사이에 형성되어 펄스 레이저신호를 투과하고 광음향신호는 반사시킨다.
비초점 초음파 트랜스듀서(240)는 펄스 레이저 신호와 생체 반응에 의해 발생된 초음파 형태의 광음향신호를 측정한다.
음향렌즈(250)는 저렴한 비초점 트랜스듀서를 사용하더라도 초음파 신호를 포커스(focus)할 수 있도록 한다.
비초점 초음파 트랜스듀서(240)에 의해 측정된 광음향 신호는 도 1a와 같이 증폭기(134) 및 제어기(120)를 통해 혈당값이 측정된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 및 집속 초음파 변환기(focused ultrasound transducer)를 이용한 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치의 구성도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치는 접촉부(21), 매질부(20), 다이오드 레이저(310), 초음파 트랜스듀서(320), 광섬유(330)를 포함한다.
접촉부(21)는 생체(10)의 일부가 접촉된다.
매질부(20)는 접촉부(21)와 초음파 트랜스듀서(320) 사이에 구비되어 펄스 레이저신호 및 광음향 신호를 투과시킨다.
다이오드 레이저(210)는 프리즘(220) 하단에 일정 간격 떨어진 위치에서 특정 파장을 가지는 펄스 레이저 신호를 생체의 일부에 조사한다.
초음파 트랜스듀서(320)는 펄스 레이저 신호와 생체 반응에 의해 발생된 초음파 형태의 광음향신호를 측정한다. 초음파 트랜스듀서(320)는 가운데의 구멍을 통해 광섬유(330)를 구비한다.
공섬유(330)는 다이오드 레이저(310)의 빛을 매질부(20)를 통해 생체(10)로 전달한다.
이처럼 광섬유(330)를 이용하는 경우 광섬유(330)를 통해 멀리서도 레이저신호를 전달할 수 있다. 즉, 다이오드 레이저를 원거리에 설치할 수 있어 공간사용을 최소화할 수 있어 핸들 내부에 접촉부를 구비하고 핸들 외부에 다이오드 레이저를 설치할 수 있다. 도 3에서와 같이 펄스 레이저신호 경로(13)와 광음향 신호 경로(14)가 동일하여 신호대잡음비(SNR)를 극대화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치는 접촉부(21), 매질부(20), 다이오드 레이저(310), 초음파 트랜스듀서(320), 빛과 초음파 신호의 동축 공초점 정렬이 가능하여 SNR을 증대시킬 수 있다.
초음파 트랜스듀서(320)에 의해 측정된 광음향 신호는 도 1a와 같이 증폭기(134) 및 제어기(120)를 통해 혈당값이 측정된다.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서로 다른 파장을 가지는 복수의 다이오드 레이저를 이용한 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치의 구성도이고, 도 4b는 도 4a의 서로 다른 파장을 가지는 복수의 다이오드 레이저에 의한 광음향 신호 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4a를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치는 접촉부(21), 매질부(20), 매질부(20) 내에 서로 다른 위치에 구비되는 제 1 다이오드 레이저(410), 제 2 다이오드 레이저(420), 초음파 트랜스듀서(430)를 구비한다.
제 1 다이오드 레이저(410)는 905 nm 파장을 갖는 펄스 레이저 신호(15)를 조사한다.
제 2 다이오드 레이저(420)는 1550 nm 파장을 갖는 펄스 레이저 신호(16)를 조사한다.
초음파 트랜스듀서(430)는 펄스 레이저 신호와 생체 반응에 의해 발생된 초음파 형태의 광음향 신호(17)를 측정한다.
포도당 빛 흡수율이 다른 파장을 조사하는 제 1 다이오드 레이저(410), 제 2 다이오드 레이저(420)를 동시에 사용함으로써 포도당 농도 측정값의 보정이 가능하다. 즉, 제 1 다이오드 레이저(410)에 의해 조사된 펄스레이저 신호를 이용하여 측정된 혈당값을 제 2 다이오드 레이저(420)에 의해 조사된 펄스레이저신호를 이용하여 측정된 혈당값과 비교하여 오차값을 선별함으로써 보정할 수 있다.
초음파 트랜스듀서(430)에 의해 측정된 광음향 신호는 도 1a와 같이 증폭기(134) 및 제어기(120)를 통해 혈당값이 측정된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치의 차량 내 탑재 위치 예시도이다. 도 5를 참조하면,
차량 안에서 운전 도중에 운전자의 혈당 측정을 가능하게 하는 신체 부위는 항상 피부가 드러나 있는 손과 얼굴이 있다. 손에서의 광음향 신호를 측정하기 위해 혈당 측정 장치를 설치하기 용이한 장소는 자동차의 핸들(31), 변속기(32), 그리고 팔 받침대(34)가 있다. 얼굴내 신체부위에서의 광음향 신호를 측정하기 위해 혈당 측정 장치를 운전석 목 받침대(33)에 설치할 수 있다. 이때, 얼굴내 신체부위에서의 광음향 신호를 측정하는 경우, 운전 도중 운전자의 신체가 고정되어 있고 움직임이 적다는 점에서 측정값이 정확히 측정될 수 있는 장점이 있다. 이외에 차량 동승자의 혈당 측정을 위해 뒷좌석 받침대 가운데(35)에 혈당 측정 장치를 설치할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량 핸들에서 혈당을 측정하는 예시도이다. 도 6을 참조하면 당뇨 환자가 차량 운행시 연속적으로 혈당 수치를 측정할 수 있도록 운전 시 맨 피부가 제일 오랜 시간 노출되는 차량 핸들(30) 내부에 혈당측정장치 장착할 수 있다. 이때, 초음파 트랜스듀서(320) 가운데의 구멍을 통해 광섬유(330)를 통과시켜 빛을 전달하여 접촉, 매질부, 초음파 트랜스듀서 등은 핸들 내부에 장착하고, 레이저 드라이버, 신호 증폭기 등은 핸들 외부에 별도의 공간에 설치할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차량 변속기에서 혈당을 측정하는 예시도이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 차량 받침대에서 혈당을 측정하는 예시도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 도 2의 본 발명의 실시예에 따른 혈당 측정 장치를 변속기(40) 및 뒷좌석 받침대(50) 내부에 설치한 예를 도시한다. 이때 변속기(40) 및 뒷좌석 받침대(50) 내에 도 3 및 도 4a의 구조를 갖는 혈당 측정 장치를 탑재할 수도 있다.
이러한 장소에 고정하기 쉬운 도 2의 광음향 컨바이너 구조의 혈당 측정 장치를 설치하여 광음향 신호 경로와 레이저 신호 경로가 동축 공초점으로 정렬되어 SNR을 증가시킬 수 있다.
도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 인이어 타입의 혈당 측정 예시도이고, 도 9b는 도 9a의 인이어 타입을 운전자가 장착한 예시도이다.
차량 운전시 손 이외에도 장시간 피부가 노출되는 얼굴 부위, 귀 그리고 목에서 광음향 신호를 측정할 수 있다. 해당 신체 부위에는 운전자가 운전 시 인이어, 목걸이와 같은 형태의 장치를 착용하여 혈당 농도를 측정가능하게 한다.
도 9a를 참조하면 인이어에 광섬유를 포함한 혈당측정장치를 삽입한 경우로서 귀거는 부분(60), 고정부(61), 몸체와 연결되는 케이블(62)을 포함한다.
이와 같이, 본 발명은 광음향 효과를 이용한 비 침습적이고 연속적인 혈당 측정 기술에 관한 것으로서, 차량 내 운전자의 혈당을 빠르고 편리하게 정확히 측정할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 방법을 적용한 컴퓨터 시스템의 구성도이다.
도 10을 참조하면, 컴퓨팅 시스템(1000)은 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.
프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다.
예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110, 210, 310 : 다이오드 레이저
120 : 제어기
130, 240, 320 : 초음파 트랜스듀서
140 : 증폭기
230 : 실리콘 오일막
240 : 비초음파
250 : 음향렌즈
330 : 광섬유

Claims (19)

  1. 특정 파장을 가지는 펄스 레이저 신호를 생체에 조사하는 다이오드 레이저;
    상기 펄스 레이저 신호와 상기 생체의 반응에 의해 발생된 초음파 형태의 광음향 신호를 측정하는 초음파 트랜스듀서;
    를 포함하고,
    상기 다이오드 레이저 및 상기 초음파 트랜스듀서는,
    운전자의 손에서의 광음향 신호를 측정하도록 차량의 핸들, 변속기 또는 팔 받침대 중 적어도 하나에 설치되고,
    상기 운전자의 얼굴 내 신체부위에서의 광음향 신호를 측정하도록 상기 차량의 목 받침대에 설치되고,
    동승자의 광음향 신호를 측정하도록 상기 차량의 뒷좌석에 설치되는 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 다이오드 레이저의 동작을 제어하고 상기 초음파 트랜스듀서에서 측정된 광음향 신호를 이용하여 혈당값을 환산하는 제어기;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 다이오드 레이저의 펄스폭, 조사 에너지, 펄스 반복 속도 중 적어도 하나 이상을 제어하는 것을 특징으로 하는 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 초음파 트랜스듀서에서 측정한 광음향 신호를 증폭하는 증폭기;

    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 초음파 트랜스듀서는 홀을 구비하고,
    상기 홀에 구비되어 상기 다이오드 레이저와 연결되는 광섬유;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 다이오드 레이저에 의해 조사된 펄스 레이저신호가 투과하는 적어도 하나 이상의 프리즘; 및
    상기 적어도 하나 이상의 프리즘 사이에 형성되어 상기 펄스 레이저신호를 투과하고 상기 광음향 신호는 반사시키는 실리콘 오일막;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 초음파 트랜스듀서가 비초점 초음파 트랜스듀서인 경우,
    음향 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 음향 렌즈는
    상기 프리즘 끝단에 구비되는 것을 특징으로 하는 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 다이오드 레이저는,
    제 1 펄스 파장을 가지는 제 1 다이오드 레이저; 및
    상기 제 1 펄스와 다른 제 2 펄스 파장을 가지는 제 2 다이오드 레이저;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 제 1 다이오드 레이저에 의해 조사된 펄스레이저 신호를 이용하여 측정된 혈당값을 상기 제 2 다이오드 레이저에 의해 조사된 펄스레이저신호를 이용하여 측정된 혈당값을 비교하여 보정하는 것을 특징으로 하는 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치.
  11. 삭제
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 다이오드 레이저 및 상기 초음파 트랜스듀서는,
    목걸이 또는 인이어(in ear) 형태로 생체에 탑재되는 것을 특징으로 하는 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치.
  13. 생체의 일부가 접촉되는 접촉부;
    특정 파장을 가지는 펄스 레이저 신호를 상기 생체의 일부에 조사하는 다이오드 레이저;
    상기 펄스 레이저 신호와 상기 생체의 반응에 의해 발생된 초음파 형태의 광음향신호를 측정하는 초음파 트랜스듀서;
    상기 다이오드 레이저에 의해 조사된 펄스 레이저신호 및 상기 광음향 신호를 투과하여 상기 펄스 레이저신호와 상기 광음향 신호를 동축 공초점으로 정렬하는 적어도 하나 이상의 프리즘; 및
    상기 적어도 하나 이상의 프리즘 사이에 형성되어 상기 펄스 레이저신호를 투과하고 상기 광음향신호는 반사시키는 실리콘 오일막;
    상기 접촉부와 상기 프리즘 사이에 형성되어 상기 펄스 레이저신호 및 상기 광음향 신호를 투과시키는 매질부;
    를 포함하고,
    상기 다이오드 레이저 및 상기 초음파 트랜스듀서는,
    운전자의 손에서의 광음향 신호를 측정하도록 차량의 핸들, 변속기 또는 팔 받침대 중 적어도 하나에 설치되고,
    상기 운전자의 얼굴 내 신체부위에서의 광음향 신호를 측정하도록 상기 차량의 목 받침대에 설치되고,
    동승자의 광음향 신호를 측정하도록 상기 차량의 뒷좌석에 설치되는 것을 특징으로 하는 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 프리즘 상부 끝단의 상기 매질부 내에 구비되는 음향 렌즈
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 초음파 트랜스듀서는 비초점 초음파 트랜스듀서인 것을 특징으로 하는 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치.
  16. 생체의 일부가 접촉되는 접촉부;
    특정 파장을 가지는 펄스 레이저 신호를 상기 생체의 일부에 조사하는 다이오드 레이저;
    상기 펄스 레이저 신호와 상기 생체의 반응에 의해 발생된 초음파 형태의 광음향신호를 측정하고 광음향신호를 측정하며, 상기 펄스 레이저신호와 상기 광음향 신호를 동축 공초점으로 정렬하는 초음파 트랜스듀서;
    상기 접촉부와 상기 초음파 트랜스듀서 사이에 형성되어 상기 펄스 레이저신호 및 상기 광음향 신호를 투과시키는 매질부; 및
    상기 초음파 트랜스듀서 내를 통과하여 상기 다이오드 레이저와 연결되는 광섬유
    를 포함하고,
    상기 다이오드 레이저 및 상기 초음파 트랜스듀서는,
    운전자의 손에서의 광음향 신호를 측정하도록 차량의 핸들, 변속기 또는 팔 받침대 중 적어도 하나에 설치되고,
    상기 운전자의 얼굴 내 신체부위에서의 광음향 신호를 측정하도록 상기 차량의 목 받침대에 설치되고,
    동승자의 광음향 신호를 측정하도록 상기 차량의 뒷좌석에 설치되는 것을 특징으로 하는 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 초음파 트랜스듀서는 초점 초음파 트랜스듀서인 것을 특징으로 하는 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 초음파 트랜스듀서, 상기 매질부, 상기 접촉부가 상기 차량의 핸들 내부에 삽입되고, 상기 광섬유 및 상기 다이오드 레이저는 상기 차량의 핸들 외부에 설치되는 것을 특징으로 하는 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 초음파 트랜스듀서, 상기 매질부, 상기 접촉부가 인이어 타입 장치 내에 삽입되고, 상기 광섬유 및 상기 다이오드 레이저는 인이어 타입 장치 외부의 원거리에 설치되는 것을 특징으로 하는 광음향 비침습적 연속적 혈당 측정 장치.
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