KR102536484B1 - 광학적 혈당측정기 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학적 혈당측정기 구조물에 관한 것이다.
부연하면, 도브(Dove) 프리즘의 경사진 면에 신체의 피부를 접촉시켜, 하측에서 발광된 광원(LED, VCSEL 또는 Laser) 파장을 이용하여, 피부 안쪽(예컨대, 손가락 또는 손가락, 손목, 발목 등 피부 안쪽 부위 혈액)에 특정한 광의 세기를 반응시켜 혈당을 측정시키는, 광학적 혈당측정기 구조물에 관한 것이다.
또한, 도브 프리즘 구조를 적용함에 따라, 혈당측정의 정확도를 올리기 위해서 두 접촉신체가 도브 프리즘 면에 접촉할 수 있도록 하는, 광학적 혈당측정기 구조물에 관한 것이다. 더불어 현 구조를 최소한의 크기로 만들어 웨어러블 혈당측정기로 발전시켜 광학적 연속혈당측정기로 구현할 수 있다.

Description

광학적 혈당측정기 구조물{UNTACT OPTICS BLOOD SUGAR MEASURING APPARATUS}

본 발명은 광학적 혈당측정기 구조물에 관한 것이다.

부연하면, 도브(Dove) 프리즘의 경사진 면에 신체의 피부를 접촉시켜, 하측에서 발광된 광원(LED, VCSEL 또는 Laser) 파장을 이용하여, 피부 안쪽(예컨대, 손가락 또는 손가락, 손목, 발목 등 피부 안쪽 부위 혈액)에 특정한 광의 세기를 반응시켜 혈당을 측정시키는, 광학적 혈당측정기 구조물에 관한 것이다.

또한, 도브 프리즘 구조를 적용함에 따라, 혈당측정의 정확도를 올리기 위해서 두 접촉신체가 도브 프리즘 면에 접촉할 수 있도록 하는, 광학적 혈당측정기 구조물에 관한 것이다. 더불어 현 구조를 최소한의 크기로 만들어 웨어러블 혈당측정기로 발전시켜 광학적 연속혈당측정기로 구현할 수 있다.

2013년 전체 인구의 8.3%인 3억 8200만명에서 2035년 10.1%인 5억 9200만명까지 증가할 것으로 전망될 정도로 당뇨병은 현대사회의 큰 문제로 자리잡고 있다.

당뇨병 환자 수의 가파른 상승세에 혈당을 주기적으로 측정하여 모니터링 할 수 있는 당뇨병 진단 시스템이 필요해지고 있다. 이를 위해 편리하고 병원을 방문할 필요가 없는 혈당 측정 기기가 요구된다.

종래 피나 피부를 통해 포도당을 검출하는 센서는 많이 연구되어 왔고 연구되고 있다. 하지만 이 방법들은 채혈을 요구하기 때문에 여러 부작용들이 발생한다. 따라서, 무채혈식 혈당 측정이 요구된다.

무채혈식 혈당 측정을 위해 눈물이나 소변을 통해 혈당을 측정하는 방법도 연구되고 있지만, 눈물을 통해 측정하는 방법은 민감한 눈을 이용하기 때문에 위험하고 소변을 이용하는 방법은 혈당 측정시 용변을 보아야 한다는 제약이 있으며, 아직까지 의료기기 허가 기관에서 요구하는 정확도를 기대하기는 어렵다.

따라서, 환자 또는 대상자가 용이하게 무채혈식 혈당 측정을 할 수 있는 방법이 요구되고 있다.

이에 따라, 등록특허공보 제10-1712031호에는 무채혈식 혈당 측정 바이오센서 광학 시스템이 기재되어 있다.

상기 기술은, 무채혈식 혈당 측정 바이오센서 광학 시스템이 개시된다.

부연하면, 혈당 측정기와 분석 단말을 포함한다. 혈당 측정기는 측정 대상자로부터 채취된 침이 시료의 포도당에 선택적으로 반응하는 화학물이 포함된 감응막이 도포된 유체 채널을 통해 흐를 때, 포도당 검출 플라즈모닉 바이오센서를 투과하는 투과광을 측정한다. 분석 단말은 상기 혈당 측정기에 의해 측정되는 측정 데이터를 전달받아서 시료 분석을 통해 시료의 종류와 농도를 판단한다.

이러한 기술에 관련하여 다양한 구조가 제안되고 있다.

예컨대, 등록특허공보 제10-2225500호에는 무채혈식 휴대형 광학적 혈당 측정 장치가 기재되어 있다.

상기 기술은, 무채혈식 휴대형 광학적 혈당 측정 장치가 개시된다.

이 장치는 포도당에 반응하는 정량의 화학물질을 저장하고 사용자로부터 채취된 타액 시료가 저장되는 경우 내부에서 화학물질과 타액 시료를 혼합하여 반응시킬 수 있는 혈당 측정용 스트립; 광원과 수광부 사이에 스트립이 삽입되는 경우 광원으로부터 조사되는 광이 스트립을 통해 투과하도록 하여 스트립 내에 포함된 타액 시료와 화합물질의 화합물에서 포도당의 양에 따라 투과광의 변화를 측정하는 광학계; 및 광학계에 의해 측정되는 투과광의 변화에 관한 데이터를 분석하여 혈당 측정을 수행하는 분석부를 포함한다. 여기서, 스트립은, 하부에 포도당에 선택적으로 반응하는 화학물질을 저장하는 제1 저장부; 상부에 혈당 측정에 사용되는 타액 시료를 저장하는 제2 저장부; 제1 저장부와 제2 저장부 사이에 위치하며, 제1 저장부로부터 유입되는 화학물질과 제2 저장부로부터 유입되는 타액 시료의 화학반응에 의해 생성되어 광학계에 의한 혈당 측정에 사용되는 화합물이 저장되는 측정부를 포함하는 스트립 본체; 제1 저장부의 하부를 통해 삽입되어 제1 저장부 내에 저장된 화학물질의 하부 유출을 차단하는 하부 고무마개; 및 제2 저장부의 상부를 통해 삽입되어 제1 저장부 내에 저장된 화학 물질의 상부 유출을 차단하는 상부 고무마개를 포함한다.

또한, 공개특허공보 제10-2002-0055364호에는 분광광학적 혈당치 측정장치가 기재되어 있다.

상기 기술은, 혈액중의 글루코스를 측정할 때, 광학적 관찰에 의한 침습 또는 비침습 측정장치 및 측정방법으로서, 측정 정밀도 및 재현성이 뛰어난 휴대형 혈당치 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다.

상기 기술은, 혈액중의 글루코스 농도를 측정하는 근적외 정량 분석장치로서, (1) 파장범위 0.8-2.5㎛의 근적외광 파장을 연속적으로 미세 분할하여 피측정 대상물에 조사하는 근적외 조사수단과, (2) 상기 근적외 조사수단에 의해 조사되어 상기 피측정 대상물을 투과한 광을 수광하여 광전 변환하는 광전변환수단과, (3)상기 광전변환수단에 의해 광전 변환된 검출 신호에 기초하여 얻어진 흡광도 스펙트럼을 해석 연산함으로써, 상기 피측정 대상물내의 혈액중 글루코스 농도를 정량하는 글루코스 농도 산출수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 분광 광학적 혈당치 측정장치 및 상기 각 수단을 이용한 각 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 분광 광학적 혈당치 측정방법을 제공한다.

마지막으로, 공개특허공보 제10-2007-0087341호에는 무채혈 혈당농도측정장치 및 방법이 기재되어 있다.

상기 기술은, 무채혈 혈당농도 측정장치는 광원과, 2광선속으로 분리하는 분할기와, 분할기를 통해 분리된 광을 검출하는 검출기와, 검출기에서 검출된 신호를 혈당 데이터로 산출하는 산출기와, 광원에서 조사된 광을 집광하는 집광기와, 집광기에서 집광된 광과 피부에서 반사된 광을 수광하는 지향기 및 지향기를 통해 집광된 광을 피부로 조사시키는 Z축 스캔 광학기를 포함하므로, 채혈하지 않고도 정확한 혈당농도를 측정할 수 있는 이점이 있다.

등록특허공보 제10-1712031호(2017.03.03. 공고) 등록특허공보 제10-2225500호(2021.03.09. 공고) 공개특허공보 제10-2002-0055364호(2002.07.08.) 공개특허공보 제10-2007-0087341호(2007.08.28.)

본 발명의 목적은, 도브(Dove) 프리즘의 경사진 면에 손라락(피부면)을 접촉시켜, 하측에서 발광된 광원(LED, VCSEL 또는 Laser) 파장을 이용하여, 피부 안쪽(예컨대, 손가락 또는 손가락, 손목, 발목 등 피부 안쪽 부위 혈액)에 특정한 광의 세기를 반응시켜 혈당의 정도를 광의 세기로 측정시키는, 광학적 혈당측정기 구조물을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 도브 프리즘 구조를 적용함에 따라, 혈당측정의 정확도를 높이기 위해 피부면을 두 번 접촉할 수 있도록 하는, 광학적 혈당측정기 구조물을 제공하는데 있다.

상술된 목적을 달성하기 위하여 만들어진 것으로 본 발명에 따른 광학적 혈당측정기 구조물는, PCB(1)와; 상기 PCB(1) 상측에 일정높이를 가지도록 돌출된 2개 이상의 지지대(2)와; 상기 PCB(1)의 다른 상측에 설치되어 광원을 발광하는 발광체(3)와; 상기 PCB(1)의 또 다른 상측에 설치되어 반사된 광원을 수신하는 수신체(4)와; 상기 지지대(2)에 의해 지지되도록 설치된 도브프리즘(5);을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 도브프리즘(5)은 사다리꼴 형상을 가짐에 의해 형성된 제1 접촉부(5a)와 제2 접촉부(5b)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 혈당측정기는,

제1 접촉부(5a)에 하나의 신체 일부(피부안쪽, 예컨대 손가락, 손목, 발목 등 피하 모세혈관 혈액이 존재하는 신체부위)를 접촉하고, 제2 접촉부(5b)에 다른 하나의 신체를 접촉한 경우, 발광체(3)로부터 발광된 광원(LED, VCSEL 또는 Laser Diode 등)이 제1 접촉부(5a)에 접촉된 손가락에 조사되되,

선택되어 조사된 연속적 광원 중 글루코스(Glucose) 성분에 반응하는 광파워 일부 광원은 손가락 피부로 투과되고, 투과되지 않은 나머지 일부 광원은 도브프리즘(5)의 구조에 의해 반사되어 제2 손가락 접촉부(5b)로 반사된 후, 제2 손가락 접촉부(5b)에 접촉된 손가락에서 마찬가지로 일부 광원은 투과되고, 나머지 광원 일부는 다시 반사되어, 수신체(4)로 수신되어 혈당측정을 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 접촉부(5a)와 제2 접촉부(5b)는, 소정의 경사(예컨대, 45°)를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 광학적 혈당측정기 구조물에 따르면, 도브(Dove) 프리즘의 경사진 면에 손가락을 접촉시켜, 하측에서 발광된 광원(LED, VCSEL 또는 Laser Diode, 등) 파장을 이용하여, 피부 안쪽(예컨대, 손가락 또는 손가락, 손목, 발목 등 피부 안쪽 부위 혈액)에 상기 파장을 응답시켜 혈당의 정도를 빛의 세기로 측정할 수 있으며 이에 따르면, 도브 프리즘 구조를 적용함에 따라, 혈당측정의 정확도를 높이기 위하여 측정 피부면이 두 번 접촉할 수 있는 장점을 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 광학적 혈당측정기 구조물을 나타낸 것이다.
도 2는 도 1의 광학적 혈당측정기 구조물을 사시도로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 광학적 혈당측정기 구조물의 혈액 내 포도당의 농도, 즉 혈당에 따라 파장대에서 다른 측정값을 보이는 것을 실험하기 위한 측정장치를 나타낸 것이다.
도 4는 도 3의 측정장치를 이용한 결과값을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 광학적 혈당측정기 구조물의 다른 일예에 따른 구성을 나타낸 것이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.

본 발명은 광학적 혈당측정기 구조물에 관한 것이다.

부연하면, 도브(Dove) 프리즘의 경사진 면에 신체의 피부를 접촉시켜, 하측에서 발광된 광원(LED, VCSEL 또는 Laser) 파장을 이용하여, 피부 안쪽(예컨대, 손가락 또는 손가락, 손목, 발목 등 피부 안쪽 부위 혈액)에 특정한 광의 세기를 반응시켜 혈당을 측정시키는, 광학적 혈당측정기 구조물에 관한 것이다.

또한, 도브 프리즘 구조를 적용함에 따라, 혈당측정의 정확도를 올리기 위해서 두 접촉신체가 도브 프리즘 면에 접촉할 수 있도록 하는, 광학적 혈당측정기 구조물에 관한 것이다. 더불어 현 구조를 최소한의 크기로 만들어 웨어러블 혈당측정기로 발전시켜 광학적 연속혈당측정기로 구현할 수 있다.

또한, 상술된 도프 프리즘은, 통상의 프리즘으로 대체될 수도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 광학적 혈당측정기 구조물을 나타낸 것이고, 도 2는 도 1의 광학적 혈당측정기 구조물을 사시도로 나타낸 것이다.

첨부된 도면의 도 1에 따른 광학적 혈당측정기 구조물는, PCB(1)와; 상기 PCB(1) 상측에 일정높이를 가지도록 돌출된 2개 이상의 지지대(2)와; 상기 PCB(1)의 다른 상측에 설치되어 광을 발광하는 발광체(3)와; 상기 PCB(1)의 또 다른 상측에 설치되어 반사된 광을 수신하는 수신체(4)와; 상기 지지대(2)에 의해 지지되도록 설치된 도브프리즘(5);을 포함하여 구성된다.

이때, 발광체(3)나 수신체(4)는 다이오드 형태로 일반적으로 PCB에 설치되는 구조를 가지고, 지지대(2)는 볼팅이나 용접, 납땜 등으로 설치된다.

또한, 상기 지지대(2)에 설치되는 도브프리즘(5) 역시 볼팅이나 용접, 납땜 등으로 설치된다.

또한, 발광체(3)와 수신체(4)는 일정간격을 가지면서 다수 개 배열되는데, 이러한 배열의 기술적 의의는, 포도당에 흡수가 잘되는 파장 대역(1500nm, 2100nm 근처의 대역 광원소자들)과 흡수가 잘 되지 않는 파장 대역(1900nm 근처의 대역 ref. Journal of Biomedical Engineering Research 33: 114-127 (2012))의 소자를 일정 간격으로 배열하여, 흡수 파장과 반사되는 파장을 동시에 분석하여 보다 정밀하고 정확하게 혈당의 농도를 추정할 수 있다.

즉, 다수의 발광체와 수신체를 배열하되, 수신체는 해당 파장에 응답하는 광검출(광전소자:광을 전기 신호로 바꿔주는 소자 ex)Photo diode)을 수행하는 것이다.

예컨대, 총 5개의 발광체(3)와 수신체(4)를 포함하되, 수신체는 해당 파장에 응답하는 광검출소자로서 배열된다.

5개의 발광체와 수신체를 포함하는 일예는 다음과 같다.

1번 채널의 광원 소자 850nm <==> 1번 채널의 광검출 소자(Photo diode)_850nm 광의 세기를 측정하는 광전소자

2번 채널의 광원 소자 850nm <==> 1번 채널의 광검출 소자(Photo diode)_광흡수 파장대역_더블 체크 차원에서 추가_850nm 광의 세기를 측정하는 광전소자

3번 채널의 광원 소자 850nm <==> 1번 채널의 광검출 소자(Photo diode)_광반사 파장대역_850nm 광의 세기를 측정하는 광전소자

4번 채널의 광원 소자 850nm <==> 1번 채널의 광검출 소자(Photo diode)_광반사 파장대역_더블 체크 차원에서 추가_850nm 광의 세기를 측정하는 광전소자

5번 채널의 광원 소자 850nm <==> 1번 채널의 광검출 소자(Photo diode)_버퍼 파장 대역_포도당 이외의 다른 바이오 센싱 응용에 대한 파장 대역 추가 가능_850nm 광의 세기를 측정하는 광전소자

또한 도면에 도시되지는 않았지만, 본 발명에 따른 수신체(4)로부터 수신된 파장대역을 이용하여, 분석을 수행하는 분석모듈을 더 포함할 수 있는데, 분석모듈에 대해 부연하면,

신체(피부안쪽, 예컨대, 손가락 또는 손가락, 손목, 발목 등 피부 안쪽 부위 혈액이 인접한 피부안쪽)를 갖다 대었을 때 흡수 파장에서는 빛의 손실(loss[dB]) 크기에 따라 데이터를 분석하고, 포도당이 흡수하지 않는 파장의 빛은 접촉부(5a, 5b)에 입사되었을 때 접촉된 신체(예컨대, 손가락)의 정렬상태를 파악하고, 혈액 내 포도당의 농도가 적고 많음에 따라 반사되는 빛의 파워가 적거나 많을 수 있다. 이러한 신체(손가락)의 정렬상태의 파악이 가능한 원리는 발광체와 수신체를 다수 배열함에 따름인데 부연하면 다수 배열된 발광체로부터 발광된 빛 중 손가락의 불완전한 정렬, 즉 접촉으로 인해 수신체에 수신되는 광량에 이상이 있는 경우 분석모듈을 통해 분석하는 것이다.

이에 따라, 포도당 농도를 정밀하고 정확하게 측정할 수 있게 된다.

상술된 발광체와 수신체에 있어서, 혈액 내 포도당의 농도, 즉 혈당에 따라 파장대에서 다른 측정값을 보이는 것을 도 3에 기재된 측정장치를 이용하여 증명하였다.

도 3은 본 발명에 따른 광학적 혈당측정기 구조물의 혈액 내 포도당의 농도, 즉 혈당에 따라 파장대에서 다른 측정값을 보이는 것을 실험하기 위한 측정장치를 나타낸 것이다.

이러한 실험에 사용한 스펙은 다음과 같다.

Optical power meter 843-R

Optical Power detector : 818-IR/DB

광학소자 850nm : 모델명 APCD-850-07-C2-A 850nm 1mW LaserDiode Module

Right Angle Prism : Fused Silica

이러한 결과값은 도 4에서 나타내었다.

도 4는 도 3의 측정장치를 이용한 결과값을 나타낸 것이다.

첨부된 도면의 도 4에 따르면, 글루코스 50g을 섭취 후 혈당이 증가함에 따라 850nm 파장에서의 광파워는 증가하는 특성을 보였다. 혈중 포도당이 당순당을 섭취하였을 때 증가하고 850nm 파장이 포도당에 흡수되지 않고 반사를 더 한다는 가정의 결과를 보여주는 결과값이다.

부연하면, 본 발명에 따른 광학적 원리를 이용하는 비침슴, 무채혈을 통한 혈당측정은, 적외선 분광법(Infrared spectroscopy)을 사용한다.

분광법은 어떤 특정 물질이 빛과 어떻게 반응하는 지를 측정하여 그 물질의 존재 혹은 농도를 측정하는 데 사용되는 방법이다. 빛은 물질을 통과할 때 반사, 산란, 굴절, 흡수되고 일부는 투과 한다. 또 어떤 경우는 빛이 물질과 부딪치면 그 물질은 특정 에너지를 발산하기도 한다. 빛의 파장에 따라 흡수, 투과, 발산의 정도를 그려 볼 수 있는데 이것을 스펙트럼이라 부른다.

빛을 이용해 혈당을 측정하기 위해서는 우선 빛이 측정하고자 하는 당이 있는 혈액 혹은 조직에 도달해야 한다. 그 후 빛은 반사 혹은 산란되거나, 조직을 통과하게 되고, 빛과 부딪친 분자는 특정한 에너지를 방출한다. 물질과 부딪친 후 돌아오는 빛의 강도(I)는

(I0는 처음 빛의 강도,μeff 는 감쇠 계수, d는 조직에서 빛이 지나간 거리)와 같다(O.S. Khalil, “Non-invasive glucose measurement technologies:an update from 1999 to the dawn of the new millennium,”"Diabetes Technol Ther, vol. 6, no. 5, pp. 660-697, 2004.).

이때 감쇠 계수 μeff 는 빛의 흡수 계수와 산란 계수에 의해 결정된다. 혈당 농도의 변화는 조직에서 빛의 산란과 흡수에 영향을 주기 때문에, 이러한 원리를 토대로 빛을 이용하여 혈당 농도를 측정할 수 있다. 하지만 빛의 산란 계수와 흡수 계수는 혈당 농도 이외에 다양한 조직의 성질에 의해서도 영향을 받는다.

산란 계수는 f(ρ, a, nscatter/ nmedium)와 같은 함수로 기술할 수 있다. ρ 는 scattering center의 밀도, a 는 scattering center의 지름, nscatter 은 scattering center의 굴절률, nmedium 은 매질의 굴절률이다. 피부 조직에서는 결체 조직의 섬유가 scattering center이고 혈액에서는 적혈구가 scattering center 이다. 산란 계수는 당의 농도가 증가할수록 감소한다고 알려져 있다.

만약 다른 조직의 영향이 없다면 투과된 빛의 강도는 Beer-Lambert 법칙에 의해

로 기술할 수 있다. ε 는 어느 물질의 몰농도에 따른 빛의 흡수도, c 는 몰농도, d 는 투과 거리이다. 조직에서 포도당을 측정하기 위해서 d는 측정 가능한 포도당 흡수 신호를 생성할 정도로 길어야 하지만 조직에서 빛의 감쇠가 과도하게 일어날 정도로 길면 안 된다. ε는 물질의 특성으로 주어진 빛의 파장에 따라 정해져 있다.

통상 적외선 분광법은 750-2000 nm 의 파장을 갖는 근적외선(near infrared spectroscopy, NIR)을 이용하는데, 피부는 빛의 투과를 제한하므로 광학적인 방법으로 혈당을 측정하는데 있어 주요한 장애가 된다. 각질층(stratum corneum)과 외피는 빛을 주로 흡수하여 빛의 투과를 막는 층이다. 하지만 근적외선은 피부의 색소와 무관하게 각질층과 외피를 90-95% 통과할 수 있는 것으로 알려져 있다(① H.W. Lim, and N.A. Soter, Clinical Photomedicine. New York, 1993, pp. 19-35. / ② R.R. Anderson, and J.A. Parrish, ““The optics of human skin,”"J Invest Dermatol, vol. 77, no. 1, pp. 13-19, 1981.).

진피에서는 콜라젠이 산란을 유발하고 혈관과 적혈구가 빛의 흡수를 하게 된다. 조직이 빛을 흡수하는 정도는 빛의 파장에 의해서도 영향을 받게 되는데 600 nm 이하의 파장에서는 혈색소와 멜라닌이 주로 빛을 흡수하지만, 600 nm 이상의 파장의 빛은 피부를 비교적 잘 통과하게 된다. 위의 파장의 빛은, 투과 시 피부로 흡수가 가장 적게 일어난다고 알려져 있고, 흡수가 덜 된 만큼 조직으로 잘 도달할 수 있게 된다. 그래서 이 파장 대를 피부의 "optical window" 라고 한다. 그러므로 750-2000nm의 파장을 갖는 근적외선이 조직에 깊이 침투가 가능하여 의료 영상 분야와 무채혈 혈당 측정 연구의 대상이 되어 왔다.

이러한 구조를 가지는 광학적 혈당측정기 구조물는 도 1에 따른 구성을 충족한다면 외관은 별도의 케이스를 이용하더라도 상관없고, 이러한 케이스의 형상은 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다.

또한, 상기 도브프리즘(5)은 사다리꼴 형상을 가지며 그에 따라 형성된 경사면을 포함한다. 이때 경사면은 각각 측정인의 신체(피부안쪽, 손가락 등)가 접촉되는 부위로서, 제1 접촉부(5a)와 제2 접촉부(5b)로 지칭된다.

이러한 본 발명에 따른 광학적 혈당측정기 구조물의 측정 구조를 부연하면, 제1 접촉부(5a)에 하나의 신체를 접촉하고, 제2 접촉부(5b)에 다른 하나의 신체를 접촉한 경우, 발광체(3)로부터 발광된 광원(LED, VCSEL 또는 Laser)이 제1 접촉부(5a)에 접촉된 신체에 조사되되, 조사된 광 중 글루코스(Glucose) 성분에 반응한 상기 조사된 광 중 일부 광은 신체피부로 투과되고, 투과되지 못한 나머지 일부 광은 도브프리즘(5)의 구조에 의해 반사되어 제2 접촉부(5b)로 반사된다.

이때, 제2 접촉부(5b)에서도, 상기 제2 접촉부(5b)에 접촉된 신체로 일부 파장이 투과되고, 투과되지 못한 나머지 파장이 반사되어 수신체(4)로 수신되어 혈당측정을 수행하는 구조이다.

이때, 수신체는 포토다이오드(PD) 또는 통상의 광범위 광학검출기(Large Area Detector)를 이용할 수 있다.

한편, 첨부된 도면의 도 2에서와 같이 발광체(3) 및 수신체(4)는 다수 배열을 가지도록 구성한다. 이러한 다수 배열된 발광체를 '배열 발광체'로 지칭하고, 이러한 배열 발광체에서 발광되는 다수 광을 '배열 광'으로 지칭한다. 또한, 다수 배열된 수신체를 배열 광을 수신하는 '배열 수신체'로 지칭한다.

또한, 도브프리즘(5)의 각 접촉부(5a, 5b)는 반사의 원할함을 위하여 45°경사를 가지는 것이 바람직하다.

한편, 상기 도브프리즘(5)은 발광체(3)에서 발광된 광이 모여지도록 하는 볼록렌즈를 포함하고, 또한, 제2 접촉부(5b)에서 반사된 광이 수신체(4)에 모여서 수신될 수 있도록 하는 또 다른 볼록렌즈를 포함하도록 구성된다.

한편, 본 발명에 따른 비접촉 광학적 혈당측정기에 있어서, 수신체(4)는 더 용이한 반사 광의 수신을 위하여, 첨부된 도면의 도 5에 따른 구조를 가질 수도 있다.

도 5는 본 발명에 따른 광학적 혈당측정기 구조물의 다른 일예에 따른 구성을 나타낸 것이다.

첨부된 도면의 도 5에 따른 구조를 참조하면, PCB(1)와 수신체(4) 사이에 PCB에 결합되는 통상의 결합구조물(4a)를 포함하고, 상기 수신체(4)는 결합구조물(4a)에 슬라이딩 되도록 결합되는데, 부연하면 상기 수신체(4)의 상측에 역 '凸'의 형상을 가지는 단턱(4b)이 소정의 길이를 가지면서 형성된다.

또한, 상기 수신체(4)의 하면에는 단턱(4b)에 대응되는 형상을 가지는 가이드홈(4c)이 단턱(4b)보다 긴 길이를 가지도록 형성된다.

따라서, 상기 수신체(4)는 결합구조물(4a) 상에서 슬라이드 이동될 수 있다.

또한, 상기 결합구조물(4a)의 다른 일측에는 상/하 방향의 길이방향을 가지는 반사판(4d)이 결합되며, 상기 반사판(4d)의 일측으로는 수직된 방향으로 돌출된 돌기(4d')가 형성되고, 상기 돌기(4d')의 상측으로는 추가돌기가 더 형성된다.

이러한 반사판(4d)은 결합구조물(4a) 일측에 형성된 홈(도면부호 미표시)에 일부가 내삽되도록 결합되며, 상기 홈의 바닥면에서부터 스프링에 의해 지지된다.

또한, 상기 홈의 일측으로는 반사판(4d)의 돌기(4d')와 추가돌기가 함께 내삽될 수 있는 형상을 가진다.

또한, 상기 수신체(4)의 다른 일측으로는 돌기(4d')의 단부 일부가 가이드되는 상/하 방향의 높이방향 가이드홈(4c')을 더 포함한다.

이러한 구조에 따르면, [표 3]을 참조하였을 때, (나)와 같이 결합된 구조에 있어서, (다)와 같이 수신체(4)가 결합구조물(4a) 상에서 측방향으로 슬라이딩 되었을 때, 상기 수신체(4)에 의한 막힘이 제거되면, 스프링의 팽창으로 인해, 반사판(4d)의 돌기(4d')가 높이방향 가이드홈(4c')을 따라 움직이면서, 상기 반사판(4d)이 상승하게 되어, 반사판(4d)의 최상단 높이가 수신체(4 )보다 높아지게 위치되도록 한다.

반대로, 반사판(4d)을 눌러 하강시켜 스프링이 수축된 후 수신체(4)를, 결합구조물(4a) 상에서 원상복귀 되도록 슬라이딩 조작하면, 반사판(4d)을 다시 고정할 수 있다.

이때, 반사판(4d)의 전체표면 혹은 수신체(4) 방향의 일면은 광이 반사될 수 있는 재질로 구성하여 층을 형성하거나, 반사판(4d) 자체의 재질을 광이 반사될 수 있는 재질이 되도록 구성한다.

또한, 상술된 [표 3]을 참조한 구성은, [표 3]과 다르게 수신체(4)를 기준으로 양측에 반사판(4d)을 대칭되게 구성하여 2개로 구성할 수 있으며, 이 경우 수신체(4)의 총 폭은, 결합구조물(4a)의 총 폭보다 작도록 구성하여 슬라이드 조작이 가능하도록 하여, 반사판(4d)의 상승 및 하강이 가능하도록 할 수 있다. 이때는 수신체의 슬라이딩 방향에 따라 2개의 반사판 중 어느 하나만 상승할 수 있는 것이다.

이러한 구조에 의하면, 혈당측정기의 측정이 원할하지 않을 때, 수신체(4)의 방향을 조절에 따른 반사판(4d)의 돌출을 제어하여, 비록 볼록렌즈에 의해 광이 모여지더라도 수신체(4)로부터 빗나갈 수 있는 광을 빗나가지 않도록 하는 장점을 가진다.

상기에서 첨부된 도면을 이용하여 서술한 것은, 본 발명의 주요 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명의 첨부된 도면의 구성에 한정되는 것이 아님은 자명하다.

1 : PCB
2 : 지지대
3 : 발광체
4 : 수신체
5 : 도브프리즘
5a : 제1 접촉부
5b : 제2 접촉부

Claims (7)

1. PCB(1)와;
   상기 PCB(1) 상측에 일정높이를 가지도록 돌출된 2개 이상의 지지대(2)와;
   상기 PCB(1)의 다른 상측에 설치되어 광을 발광하는 발광체(3)와;
   상기 PCB(1)의 또 다른 상측에 설치되어 반사된 광을 수신하는 수신체(4)와;
   상기 지지대(2)에 의해 지지되도록 설치된 프리즘(5);을 포함하여 구성되되,
   상기 프리즘(5)은 사다리꼴 형상을 가짐에 의해 형성된 제1 접촉부(5a)와 제2 접촉부(5b)를 포함하고,
   상기 PCB(1)와 수신체(4) 사이에 PCB에 결합되는 결합구조물(4a)를 포함하고, 상기 수신체(4)는 결합구조물(4a)에 슬라이딩 되도록 결합되되,
   상기 수신체(4)의 상측에 역 '凸'의 형상을 가지는 단턱(4b)이 소정의 길이를 가지면서 형성되고,
   상기 수신체(4)의 하면에는 단턱(4b)에 대응되는 형상을 가지는 가이드홈(4c)이 단턱(4b)보다 긴 길이를 가지도록 형성되며,
   상기 결합구조물(4a)의 다른 일측에는 상/하 방향의 길이방향을 가지는 반사판(4d)이 결합되며, 상기 반사판(4d)의 일측으로는 수직된 방향으로 돌출된 돌기(4d')가 형성되고, 상기 돌기(4d')의 상측으로는 추가돌기가 더 형성되며,
   상기 반사판(4d)은 결합구조물(4a) 일측에 형성된 홈에 일부가 내삽되도록 결합되며, 상기 홈의 바닥면에서부터 스프링에 의해 지지되고,
   상기 홈의 일측으로는 반사판(4d)의 돌기(4d')와 추가돌기가 함께 내삽될 수 있는 형상을 가지며,
   상기 수신체(4)의 다른 일측으로는 돌기(4d')의 단부 일부가 가이드되는 상/하 방향의 높이방향 가이드홈(4c')을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 광학적 혈당측정기 구조물.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 발광체(3)는,
   다수의 광을 발광하는 배열 발광체인 것을 특징으로 하는, 광학적 혈당측정기 구조물.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 수신체(4)는,
   상기 배열 발광체에서 발광된 배열 광을 수신하도록 다수 배열된 배열 수신체인 것을 특징으로 하는, 광학적 혈당측정기 구조물.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 혈당측정기는,
   제1 접촉부(5a)에 하나의 신체를 접촉하고, 제2 접촉부(5b)에 다른 하나의 신체를 접촉한 경우,
   발광체(3)로부터 발광된 광(LED, VCSEL 또는 Laser)이 제1 접촉부(5a)에 조사되면서, 혈당에 반응하는 일부 광은 제1 접촉부(5a)에 접촉한 신체의 피부 안쪽으로 흡수되고, 혈당에 반응을 못다 한 광 일부는 제1 접촉부(5a)에서 제2 접촉부(5b)로 반사되며,
   상기 제2 접촉부(5b)로 반사된 광 중, 제1 접촉부(5a)에 접촉한 신체의 피부 안쪽으로 흡수되지 못하고 남은 혈당에 반응하는 일부 광은 제2 접촉부(5b)에 접촉한 신체의 피부 안쪽으로 흡수되고, 나머지 일부 광은 제2 접촉부(5b)에서 반사되어 수신체(4)로 수신되어 혈당 측정을 수행하는 것을 특징으로 하는, 광학적 혈당측정기 구조물.
   
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 접촉부(5a)와 제2 접촉부(5b)는, 소정의 경사를 가지는 것을 특징으로 하는, 광학적 혈당측정기 구조물.
   
7. 청구항 4에 있어서,
   상기 발광체(3)의 광은, 850nm인 것을 특징으로 하는, 광학적 혈당측정기 구조물.

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