KR102631359B1 - 헤모글로빈 농도 측정 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
일 실시예에 따른 헤모글로빈 농도 측정 장치는 단일광원을 갖는 광조사부, 상기 광조사부에서 조사된 광의 세기 및 상기 광조사부에서 조사되어 혈액샘플을 투과한 광의 세기를 측정하는 광측정부, 및 상기 광조사부에 제1 전류값을 인가하고, 상기 제1 전류값이 인가되었을 때 상기 단일광원에서 조사된 광의 세기(L11) 및 상기 제1 전류값이 인가되었을 때 상기 단일광원에서 조사되어 혈액샘플을 투과한 광의 세기(L12)를 상기 광측정부로부터 획득하고, 상기 광조사부에 제2 전류값을 인가하고, 상기 제2 전류값이 인가되었을 때 상기 단일광원에서 조사된 광의 세기(L21) 및 상기 제2 전류값이 인가되었을 때 상기 단일광원에서 조사되어 혈액샘플을 투과한 광의 세기(L22)를 상기 광측정부로부터 획득하여, 상기 제1 전류값, 상기 제2 전류값, 상기 L11, 상기 L12, 상기 L21 및 상기 L22를 기반으로 상기 혈액샘플의 헤모글로빈 농도를 산출하는 제어부를 포함하도록 구성될 수 있다.
Description
본 발명은 헤모글로빈 농도를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
헤모글로빈은 척추동물의 적혈구 속에 들어 있는 색소 단백질로 혈액의 색이 붉은 것은 적혈구 속 헤모글로빈의 색깔에서 기인한 것이다. 헤모글로빈과 결합한 산소는 인체 내의 조건에 따라 결합되거나 방출될 수 있다. 헤모글로빈은 철을 포함한 헴(heme) 구조 4개가 모여 이루어진다. 철은 원자 1개에 대하여 한 분자씩 산소가 결합하므로 헤모글로빈 한 분자에는 산소 4분자가 결합된다. 헤모글로빈은 골수세포에서 생성될 수 있다. 빈혈, 당뇨와 같은 다양한 질환이 헤모글로빈의 혈액 속 농도와 관련될 수 있다. 따라서 혈액 내 헤모글로빈의 검출은 건강검진 및 건강 상태를 확인하기 위해 의료산업 분야에서 필수적이다.
종래의 헤모글로빈 검출 방법 및 장치는 복수의 광원을 포함하는 광조사부에서 방출되는 광을 이용하여 광이 투과되는 정도에 따라 헤모글로빈의 농도를 측정하는 방법을 주로 이용하였다.
광을 투과시켜 헤모글로빈 농도를 검출하는 장치에 있어서 복수의 광원을 이용하면 하나의 광원에 문제가 발생하면 나머지 광원이 정상임에도 헤모글로빈 농도를 측정할 수 없어 장치의 활용도가 감소하는 문제가 있다. 따라서 단일광원을 이용하더라도 정확하게 헤모글로빈 농도를 측정할 수 있는 장치가 요구된다. 또한 복수의 광원을 이용하는 것보다 저렴하게 생산할 수 있고, 유지보수비용도 감소시킬 수 있는 헤모글로빈 농도 측정 장치가 요구된다.
상술한 문제점을 해결하면서도 헤모글로빈 농도 측정의 정확도는 유지될 수 있는 농도 측정 장치가 요구된다.
일 실시예에 따른 헤모글로빈 농도 측정 장치는 단일광원을 갖는 광조사부, 상기 광조사부에서 조사된 광의 세기 및 상기 광조사부에서 조사되어 혈액샘플을 투과한 광의 세기를 측정하는 광측정부, 및 상기 광조사부에 제1 전류값을 인가하고, 상기 제1 전류값이 인가되었을 때 상기 단일광원에서 조사된 광의 세기(L11) 및 상기 제1 전류값이 인가되었을 때 상기 단일광원에서 조사되어 혈액샘플을 투과한 광의 세기(L12)를 상기 광측정부로부터 획득하고, 상기 광조사부에 제2 전류값을 인가하고, 상기 제2 전류값이 인가되었을 때 상기 단일광원에서 조사된 광의 세기(L21) 및 상기 제2 전류값이 인가되었을 때 상기 단일광원에서 조사되어 혈액샘플을 투과한 광의 세기(L22)를 상기 광측정부로부터 획득하여, 상기 제1 전류값, 상기 제2 전류값, 상기 L11, 상기 L12, 상기 L21 및 상기 L22를 기반으로 상기 혈액샘플의 헤모글로빈 농도를 산출하는 제어부를 포함하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 헤모글로빈 농도 측정 장치는 단일광원을 이용하여 헤모글로빈 농도 측정 장치를 구성함으로써 장치의 복잡도를 감소시킬 수 있다. 또한 복수의 광원을 이용하는 것에 비교하여 생산비용과 유지보수비용을 낮출 수 있다. 이에 더하여 광측정부, 카트리지 및 광조사부의 위치를 조절할 수 있어 농도 측정의 정확도를 높일 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 발명의 설명의 기재로부터 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일광원을 이용한 헤모글로빈 농도 측정 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명을 수행할 수 있는 헤모글로빈 농도 측정 장치의 개념도이다.
도 3은 인가되는 전류의 크기에 따른 LED가 방출하는 광의 파장 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파장에서, 농도와 흡광도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 흡수 계수 데이터를 획득을 설명하는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 수광센서로부터 획득된 광량값 차이 보정을 설명하는 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 1개의 수광센서로부터 획득된 광량값 차이 보정을 설명하는 예시도이다.
도 2는 본 발명을 수행할 수 있는 헤모글로빈 농도 측정 장치의 개념도이다.
도 3은 인가되는 전류의 크기에 따른 LED가 방출하는 광의 파장 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파장에서, 농도와 흡광도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 흡수 계수 데이터를 획득을 설명하는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 수광센서로부터 획득된 광량값 차이 보정을 설명하는 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 1개의 수광센서로부터 획득된 광량값 차이 보정을 설명하는 예시도이다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적으로 해석되어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
도면에서 도시된 각 시스템에서, 몇몇 경우에서의 요소는 각각 동일한 참조 번호 또는 상이한 참조 번호를 가져서 표현된 요소가 상이하거나 유사할 수 있음을 시사할 수 있다. 그러나, 요소는 상이한 구현을 가지고 본 명세서에서 보여지거나 기술된 시스템 중 몇몇 또는 전부와 작동할 수 있다. 도면에서 도시된 다양한 요소는 동일하거나 상이할 수 있다. 어느 것이 제1 요소로 지칭되는지 및 어느 것이 제2 요소로 불리는지는 임의적이다.
본 명세서에서 '연결'된다 함은 구성요소가 직접 연결되는 것 뿐 아니라 그 사이에 다른 구성요소가 결합되는 것을 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터 또는 신호를 '전송' 또는 '제공'한다 함은 어느 한 구성요소가 다른 구성요소로 직접 데이터 또는 신호를 전송하는 것은 물론, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 데이터 또는 신호를 다른 구성요소로 전송하는 것을 포함한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일광원을 이용한 헤모글로빈 농도 측정 장치의 블록도이다. 도 2는 본 발명을 수행할 수 있는 헤모글로빈 농도 측정 장치의 개념도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 헤모글로빈 농도 측정 장치는 광조사부(110), 광측정부(120) 및 제어부(130)를 포함한다. 카트리지는 혈액샘플을 포함하여 헤모글로빈 농도 측정 장치에 삽입될 수 있다.
광조사부(110)는 단일광원으로 구성될 수 있다. 광원은 해당 광원에 인가되는 전류의 크기에 따라 다른 파장의 광을 방출하는 발광소자일 수 있다. 광조사부(110)는 인가되는 전류의 세기에 기반한 파장의 광을 방출할 수 있다.
LED(light emitting diode)는 전류를 광으로 변환시키는 반도체 소자로서 다이오드의 특성을 가지고 있어 전류를 한쪽 방향으로만 흐르게 할 수 있다. LED는 전류가 흐름에 따라 붉은색, 녹색, 노란색으로 색을 바꾸어 광을 방출할 수 있다. 다이오드에서 방출되는 광의 색은 다이오드에서 방출되는 파장의 변화로 설명될 수 있다. LED는 인가되는 전류의 크기에 따라 방출하는 광의 파장이 달라진다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 단일광원은 LED로 구성될 수 있다. 하지만 이에 제한되는 것은 아니다.
도 3은 인가되는 전류의 크기에 따른 LED가 방출하는 광의 파장 변화를 나타내는 그래프이다.
이하에서는 인가되는 전류의 크기 변화에 따라 500nm~550nm 대역의 파장을 갖는 광을 방출하는 LED를 광원으로 하는 것을 예시적으로 설명하나, 이는 설명의 편의를 위한 것이다. 본 발명에 이용되는 빛의 파장이 상술한 범위에 제한되는 것은 아니다. 상술한 바와 같이 인가되는 전류의 크기에 따라 방출하는 광의 파장이 달라지는 모든 광원이 본 발명의 실시예에 따른 헤모글로빈 농도 측정 장치의 광원으로 적용될 수 있다.
광측정부(120)는 광조사부(110)에서 조사된 광의 세기 또는 광조사부(110)에서 조사되어 혈액샘플을 투과한 광의 세기를 측정할 수 있다.
일 실시예에서 광측정부(120)는 광의 세기를 측정할 수 있는 하나의 수광센서를 포함할 수 있다.
일례로, 광의 세기를 측정하는 수광센서는 포토 다이오드(photodiode), CDS셀(cadmium sulfide cell), CMOS 이미지 센서(complementary metal oxide semiconductor image sensor)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 광의 세기를 측정할 수 있는 것이라면 본 발명 광측정부(120)에 수광센서로 적용될 수 있다.
일 실시예에 따르면 광측정부(120)는 하나의 수광센서를 통하여 광조사부(110)에서 조사된 광의 세기를 측정한 후에, 광조사부(110)에서 조사되어 혈액샘플을 투과한 광의 세기를 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 광조사부(110)에 인가된 전류의 크기가 I1일 때, 하나의 수광센서에서 광조사부(110)에서 조사된 광의 세기를 측정한 광량은 L11한다.
광조사부(110)에 인가된 전류의 크기가 I1일 때, 하나의 수광센서에서 광조사부(110)에서 조사되어 혈액샘플을 투과한 광의 세기를 측정한 광량은 L12로 한다.
광조사부(110)에 인가된 전류의 크기가 I2일 때, 하나의 수광센서에서 광조사부(110)에서 조사된 광의 세기를 측정한 광량은 L21로 한다.
광조사부(110)에 인가된 전류의 크기가 I2일 때, 하나의 수광센서에서 광조사부(110)에서 조사되어 혈액샘플을 투과한 광의 세기를 측정한 광량은 L22로 한다.
제어부(130)는 광조사부(110)로 흐르는 전류의 크기를 조절할 수 있다. 제어부(130)가 광조사부(110)로 흐르는 크기의 전류를 조절하면 광조사부(110)는 인가된 전류의 크기에 기반한 광을 방출할 수 있다. 광조사부(110)에서 광을 방출하면 광측정부(120)는 조사된 광을 초기광량으로 측정하고, 광조사부(110)에서 조사되어 혈액샘플을 투과한 광을 투과광량으로 측정할 수 있고 측정값을 제어부(130)로 전달할 수 있다. 제어부(130)는 광측정부(120)가 측정한 광의 세기에 관한 측정값을 전달받아, 광량을 획득할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 제어부(130)가 인가한 전류의 크기가 I1일 때 광조사부(110)에서 방출하는 광의 파장은 506nm일 수 있다. 제어부가 인가한 전류의 크기가 I2일 때 광조사부(110)에서 방출하는 광의 파장은 540nm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 초기광량은 L11 및 L21로 한다. 투과광량은 L12 및 L22로 한다.
제어부(130)는 상술한 I1, L11, L12, I2, L21 및 L22를 이용하고 또한 흡광도를 이용하여 헤모글로빈 농도를 산출할 수 있다. 이하에서는 제어부(130) 상술한 6개 데이터 및 데이터 테이블에서 획득하는 데이터로 헤모글로빈 농도를 산출하는 상세한 과정을 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파장에서, 농도와 흡광도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4를 참조하면 방출되는 광의 파장이 540nm인 경우에 결정계수 R2는 0.9974이고, 흡광도에 따른 헤모글로빈 농도 그래프가 개시되어 있다. 또한 광의 파장이 506nm인 경우에 결정계수 R2는 0.9997이고, 흡광도에 따른 헤모글로빈 농도 그래프가 개시되어 있다.
흡광도는 물체가 광을 흡수하는 정도를 나타낸다.
일 실시예에서 흡광도는 하기의 수학식 1을 통해서 얻어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 전류 I1이 인가되었을 때의 흡광도는 하기의 수학식 2를 통해서 얻어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 전류 I2가 인가되었을 때의 흡광도는 하기의 수학식 3을 통해서 얻어질 수 있다.
하기의 수학식 4 및 5와 같은 Beer Lambert 법칙에 의하면 광이 어떤 물질을 통과할 때 물질의 흡수계수와 거리의 곱이 지수함수 만큼 세기가 감소한다.
여기에서, 
는 흡수계수를 의미하고 
는 광의 투과 거리를 의미한다.
일 실시예에서 본 발명에 사용되는 카트리지 내의 광 경로는 0.1mm 내지 0.5mm일 수 있다. 상술한 광의 투과거리 
는, 카트리지의 두께를 포함할 수 있으므로 상술한 0.1mm 내지 0.5mm 보다 클 수 있다.
수학식 4 및 수학식 5에서 L11, L21은 각각 제1 파장, 제2 파장에서 광이 임의의 물질을 통과하기 전의 광량 그리고 수학식 4 및 수학식 5에서 L12, L22은 각각 제1 파장, 제2 파장에서 광이 임의의 물질을 통과한 후의 광량으로 한다.
흡수계수 
는 광의 투과거리 
, 특정한 파장에서 광이 카트리지를 투과하기 전의 광량 및 상기 특정한 파장에서 광이 카트리지를 투과한 후의 광량을 측정하여 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 흡수계수 
는 광의 투과거리 
, L11, L12, L21 및 L22로부터 획득할 수 있다.
인체내에서, 헤모글로빈은 산소 헤모글로빈(HBO2) 과 헤모글로빈(HB) 두가지 상태로 존재하므로, 산소 헤모글로빈(HBO2)의 농도와 헤모글로빈 농도를 합하면 총 헤모글로빈 농도를 구할 수 있다.
산소 헤모글로빈 (HBO2) 및 산소와 결합하지 않은 헤모글로빈(HB)의 분자 흡수 계수(molar extinction coefficient)를 이용하면 수학식 6과 같은 관계가 성립한다.
여기서, 
: 산소 헤모글로빈 흡수계수, 
: Hbo2 농도, 
: 산소 없는 헤모글로빈 흡수계수, 
: Hb 농도를 의미한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 흡수 계수 데이터를 획득을 설명하는 그래프이다.
도 5를 참조하면 광의 파장이 480nm 내지 696nm인 영역에서, 산소 헤모글로빈 및 헤모글로빈 각각의 분자 흡수 계수(molar extinction coefficient)를 볼 수 있다.
상술한 산소 헤모글로빈(HBO2) 및 헤모글로빈(HB) 각각의 분자 흡수 계수는 데이터를 이용하여 미리 계산된 값을 이용할 수 있다.
A영역은 파장이 500nm 내지 510nm인 영역에서 산소 헤모글로빈(HBO2) 및 헤모글로빈(HB)의 분자 흡수 계수가 가장 근접한 점을 나타낸다.
B영역은 파장이 535nm 내지 545m인 영역에서 산소 헤모글로빈(HBO2) 및 헤모글로빈(HB)의 분자 흡수 계수가 가장 근접한 점을 나타낸다.
본 발명이 이용하는 광조사부(110)에서 방출되는 광의 파장은 각각 다른 파장이면 족하나 헤모글로빈 농도 측정의 정확도를 높이기 위하여 각각 A영역과 B영역의 파장이 선택될 수 있다.
일 실시예에 따르면 도 5에서 A영역 및 B영역은 단일광원에서 전류 조절로 변경 가능한 LED의 파장 중 산소 헤모글로빈(HBO2)과 헤모글로빈(HB)의 흡수 계수 차이가 가장 적거나 같으며, 광의 파장이 506nm 내지 540인 영역에서 두 지점간 흡수 계수 차이가 가장 큰 지점일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 A영역과 B영역의 흡수 계수를 이용함으로써 단일광원을 이용한 헤모글로빈 농도 측정의 정확도를 높일 수 있다.
상술한 실시예를 따르면, 광의 파장이 506nm인 경우 A영역의 흡수 계수를 사용하고, 상술한 수학식 4, 광이 카트리지를 투과하기 전의 광량 L11 및 광이 카트리지를 투과한 후의 광량 L12 및 광의 투과거리 
를 이용하면 수학식 6에서 미지수가 C1, C2인 1차 방정식을 얻을 수 있다.
또한 광의 파장이 540nm인 경우 B영역의 흡수 계수를 사용하고, 상술한 수학식 5, 광이 카트리지를 투과하기 전의 광량 L21, 광이 카트리지를 투과한 후의 광량 L22 및 광의 투과거리 
를 이용하면 수학식 6에서 미지수가 C1, C2인 1차 방정식을 얻을 수 있다.
따라서 미지수가 2개인 1차 방정식 2개를 얻을 수 있으므로 이를 연립하면 산소 헤모글로빈의 농도(C1) 및 헤모글로빈의 농도(C2)를 구할 수 있다.
일 실시예에 따르면 C1, C2는 하기의 수학식 7을 이용해서 구할 수 있다.
여기에서 Ua1 은 파장이 506nm일 때의 흡수계수, Ua2 는 파장이 540nm일 때의 흡수계수, UHBO21 은 파장이 506nm일 때의 산소 헤모글로빈(HBO2)의 흡수계수, UHBO22는 파장이 540nm일 때의 산소 헤모글로빈(HBO2)의 흡수계수, UHB1 은 파장이 506nm일 때의 산소와 결합하지 않은 헤모글로빈(HB)의 흡수계수, UHB2 는 파장이 540nm일 때의 산소와 결합하지 않은 헤모글로빈(HB)의 흡수계수를 의미한다.
또한 Beer Lambert 법칙은 하기의 수학식 8과 같이 표현될 수도 있다.
즉 상술한 특정 파장에서 C1, C2에 관한 1차 연립방정식은 수학식 8을 이용해서도 얻을 수 있다.
총 헤모글로빈 농도는 상술한 바와 같이 C1, C2를 합하여 구해질 수 있다. 다만 카트리지에서 발생하는 광의 산란계수를 고려하여야 한다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(130)는 하기의 수학식 9에 따라 총 헤모글로빈 농도를 산출할 수 있다.
여기서, 
은 측정 장치에 의존하는 검정계수, 
는 카트리지에서 발생하는 광의 산란계수를 미리 정의한 값을 의미한다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면 카트리지는 기존 헤모글로빈 측정 장치의 카트리지와 비교할 때 크기가 길어질 수 있다. 카트리지가 길어지면 길어지는 특성상 일정하지 못한 평탄도를 갖게 될 가능성이 있다. 카트리지의 평탄도가 일정하지 못하면 하나의 수광센서로 특정 위치에서 측정한 광량과 다른 위치에서 측정한 광량은 상이할 수 있다.
상술된 문제점을 보완하기 위하여 본 발명의 헤모글로빈 농도 측정 장치는 광측정부(120)에 2개의 수광센서를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면 2개의 수광센서 사이에는 일정한 거리가 존재하므로 2개 센서에서 측정되는 광량은 상이할 수 있다. 제어부(130)는 광량의 차이에서 야기된 산출된 헤모글로빈 농도 차이를 보정하기 위해 하나의 수광센서에서 상술한 수학식 9에 의한 총 헤모글로빈 농도(HB1)를 산출하고, 다른 하나의 수광센서에서 상술한 수학식 9에 의한 총 헤모글로빈 농도(HB2)를 산출할 수 있다.
즉 하나의 수광센에서 본 발명인 헤모글로빈 농도 측정 방법을 이용하여 헤모글로빈 농도를 산출하고, 다른 하나의 수광센서에서 본 발명인 헤모글로빈 농도 측정 방법을 이용하여 산출된 2개의 총 헤모글로빈 농도(HB1, HB2)를 사용하면 상이한 광량에 따른 헤모글로빈 농도 차이를 보정할 수 있다. 다만 광 측정부 사이의 거리가 고려되어야 한다. 2개의 수광센서를 이용한 총 헤모글로빈 농도 산출은 하기의 수학식 10에 의해 산출할 수 있다.
여기서, 
는 광측정부(120)의 2개의 센서 사이의 거리, 카트리지 내 챔버 등에 의존하는 계수를 의미한다.
따라서 2개의 수광센서를 가지는 헤모글로빈 농도 측정 장치를 이용하면 카트리지의 평탄도가 일정하지 못한 경우에도 헤모글로빈 농도 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다.
상술한 다양한 실시예에 따른 헤모글로빈 농도 측정 장치는, 2개의 광원을 가지는 헤모글로빈 농도 측정 장치에 비하여 장치의 복잡도가 감소하고, 생산 및 유지비용이 저렴함에도 2개의 광원을 가지는 헤모글로빈 농도 측정 장치와 같은 정도의 농도 측정 효과를 발휘할 수 있다. 또한 2개의 수광센서를 사용하여 총 헤모글로빈 농도값을 보정하면, 카트리지의 평탄도가 일정하지 못한 경우에도 헤모글로빈 농도 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 또다른 실시예에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 수광센서로부터 획득된 광량값의 차이 보정을 설명하는 예시도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 1개의 수광센서로부터 획득된 광량값 차이 보정을 설명하는 예시도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면 헤모글로빈 농도 측정 장치는 광측정부 위치조절수단 및 카트리지 위치조절수단을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면 제어부(130)는 광측정부 위치조절수단을 이용하여 광측정부(120)의 움직임을 제어할 수 있고, 2개의 센서를 포함하는 광측정부(120)를 180도 회전시켜 2개의 센서로부터 광량을 다시 측정함으로써 카트리지의 불규칙한 평탄도로 인해 발생하는 오차를 보정할 수 있다.
일 실시예에 따르면 제어부(130)는 2개의 수광센서로부터 획득되는 광량의 차이값이 일정 기준 이하로 획득될 때까지 광측정부 위치조절수단을 회전시켜 광량값을 획득할 수 있다.
일 실시예에 따르면 제어부(130)는 2개의 수광센서로부터 획득되는 광량값을 산술평균하거나 기하평균한 광량값을 사용하여 카트리지의 불규칙한 평탄도로 인해 발생하는 오차를 보정할 수 있다.
즉 2개의 센서를 포함하는 광측정부 위치조절수단을 이용하여 상술한 광조사부(110)에서 조사되어 혈액샘플을 투과한 광의 세기를 측정한 광량인 L12 및 L22를 결정하면 카트리지의 불규칙한 평탄도로 인해 발생하는 오차를 보정할 수 있다.
도 7을 참조하면 본 발명인 헤모글로빈 농도 측정 장치의 제어부(130)는 1개의 수광센서를 가지는 광측정부(120)를 위치조절수단을 제어하여 이동시킬 수 있고 각각의 위치에서 광량을 측정하여 카트리지의 불규칙한 평탄도로 인해 발생하는 오차를 보정할 수 있다.
광측정부(120)의 2개의 수광센서는 같은 센서라 하더라도, 물성의 차이가 발생할 수 있다. 상술한 물성의 차이가 측정값에 영향을 미치는 것을 방지하기 위하여 1개의 수광센서를 다른 위치로 이동시켜 2개의 광량값을 획득하면 농도 측정의 정확도가 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 1개의 수광센서를 제어부(130)에 의해 제어되는 광측정부(120)를 통하여 이동시킴으로써 2개의 수광센서에 의해 얻어지는 센싱데이터와 마찬가지로 상이한 센싱데이터를 얻을 수 있고, 제어부(130)는 2개의 센싱데이터를 산술평균하거나 기하평균하는 방법으로 보정하여 보정한 광량을 획득할 수 있다.
일 실시예에서 상술한 1개의 수광센서는 위치를 달리하여 복수의 센싱데이터를 획득할 수 있고, 제어부(130)는 복수의 센싱데이터를 산술평균하거나 기하평균하여 보정한 광량을 획득할 수 있다.
즉 1개의 센서를 포함하는 광측정부 위치조절수단을 이용하여 상술한 광조사부(110)에서 조사되어 혈액샘플을 투과한 광의 세기를 측정한 광량인 L12 및 L22를 결정하면 카트리지의 불규칙한 평탄도로 인해 발생하는 오차를 보정할 수 있다.
일 실시예에 따르면 제어부(130)는 상술한 1개의 수광센서가 위치를 달리하여 측정하는 복수의 센싱데이터의 개수를 비교할 수 있고, 가장 많은 개수를 가지는 센싱데이터를 측정된 광량으로 결정할 수 있다.
일 실시예에 따르면 제어부(130)는 1개의 수광센서가 제1 위치에서 측정한 광량값을 이용하여 총 헤모글로빈 농도(HB1)를 산출하고, 1 개의 수광센서가 제2 위치에서 측정한 광량값을 이용하여 총 헤모글로빈 농도(HB2)를 산출하고, 상술한 수학식 10을 이용하여 총 헤모글로빈 농도를 산출할 수 있다. 다만 1개의 수광센서를 사용하여 수학식 10을 이용하는 실시예에서 
값은, 광측정부(120)의 1개 수광센서의 제1 위치와 제2 위치 사이의 거리, 카트리지 내 챔버 등에 의존하는 계수를 의미한다.
다른 실시예에 따르면 본 발명인 헤모글로빈 농도 측정 장치의 상술한 2개의 수광센서가 획득하는 센싱데이터는 카트리지의 높낮이에 따라 상이할 수 있다.
일 실시예에 따르면 제어부(130)는 카트리지 위치조절수단을 더 포함하여 카트리지의 높낮이를 조절할 수 있다.
제어부(130)는 2개의 수광센서가 위치를 달리하여 획득하는 센싱데이터의 차이가 미리 지정된 차이 이하가 될 때 카트리지의 높낮이를 조절할 수 있다. 따라서, 제어부(130)는 카트리지 위치조절수단을 제어하여 카트리지가 일정하지 못한 평탄도를 가짐에 따라 발생될 수 있는 복수의 센싱데이터 간의 차이를 보정할 수 있다.
상술한 실시예에 따르는 헤모글로빈 농도 측정 장치는 1개의 수광센서 또는 복수의 수광센서의 위치를 조절할 수 있는 수단 또는 카트리지의 높이를 조절할 수 있는 수단을 사용함으로써 단일광원으로 수행되는 헤모글로빈 농도 측정 장치의 정확도를 높일 수 있는 효과가 있다.
본 발명인 헤모글로빈 농도 측정 장치가 헤모글로빈 농도 측정 방법을 실행하는 순서는 하기와 같다.
일 실시예에 따른 헤모글로빈 농도 측정 방법은 단일광원에 제1 전류값을 인가하여 제1 초기광량을 획득하는 단계, 상기 단일광원에 제2 전류값을 인가하여 제2 초기광량을 획득하는 단계, 상기 단일광원에 상기 제1 전류값을 인가하였을 때, 상기 단일광원에서 조사되어 혈액샘플을 투과한 제1 투과광량을 획득하는 단계, 상기 단일광원에 상기 제2 전류값을 인가하였을 때, 상기 단일광원에 의해 조사되어 혈액샘플을 투과한 제2 투과광량을 획득하는 단계 및 상기 제1 전류값, 상기 제1 초기광량, 상기 제1 투과광량, 상기 제2 전류값, 상기 제2 초기광량, 상기 제2 투과광량에 기반하여 상기 혈액샘플의 헤모글로빈 농도를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따른 헤모글로빈 농도 측정 방법은 단일광원에 제1 전류값을 인가하는 단계, 상기 단일광원에 제1 전류값을 인가하였을 때, 상기 단일광원에 의해 조사되는 제1 초기광량을 획득하는 단계, 상기 단일광원에 제1 전류값을 인가하였을 때, 상기 단일광원에서 조사되어 혈액샘플을 투과한 제1 투과광량을 획득하는 단계, 상기 단일광원에 제2 전류값을 인가하는 단계, 상기 단일광원에 제2 전류값을 인가하였을 때, 상기 단일광원에 의해 조사되는 제2 초기광량을 획득하는 단계, 상기 단일광원에 제2 전류값을 인가하였을 때, 상기 단일광원에서 조사되어 혈액샘플을 투과한 제2 투과광량을 획득하는 단계, 및 상기 제1 전류값, 상기 제1 초기광량, 상기 제1 투과광량, 상기 제2 전류값, 상기 제2 초기광량, 상기 제2 투과광량에 기반하여 상기 혈액샘플의 헤모글로빈 농도를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 헤모글로빈 농도 측정 방법에서 초기광량은 단일광원에서 조사된 광의 세기, 투과광량은 단일광원에서 조사되어 혈액샘플을 투과한 광의 세기를 의미한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (5)
- 단일광원을 갖는 광조사부;
상기 광조사부에서 조사된 광의 세기 및 상기 광조사부에서 조사되어 혈액샘플을 투과한 광의 세기를 측정하는 광측정부; 및
상기 광조사부에 제1 전류값을 인가하고, 상기 제1 전류값이 인가되었을 때 상기 단일광원에서 조사된 광의 세기(L11) 및 상기 제1 전류값이 인가되었을 때 상기 단일광원에서 조사되어 혈액샘플을 투과한 광의 세기(L12)를 상기 광측정부로부터 획득하고,
상기 광조사부에 제2 전류값을 인가하고, 상기 제2 전류값이 인가되었을 때 상기 단일광원에서 조사된 광의 세기(L21) 및 상기 제2 전류값이 인가되었을 때 상기 단일광원에서 조사되어 혈액샘플을 투과한 광의 세기(L22)를 상기 광측정부로부터 획득하여,
상기 제1 전류값, 상기 제2 전류값, 상기 L11, 상기 L12, 상기 L21 및 상기 L22를 기반으로 상기 혈액샘플의 헤모글로빈 농도를 산출하는 제어부; 를 포함하고,
상기 제어부는,
하기의 식 (1), (2), (3)을 이용하여 상기 혈액샘플의 헤모글로빈 농도를 산출하는,
헤모글로빈 농도 측정 장치,
(1)
(여기서, C1 은 산소 헤모글로빈의 농도, C2 는 산소와 결합하지 않은 헤모글로빈의 농도, k1 은 측정 장치에 의존하는 검정계수, k2 는 카트리지에서 발생하는 광의 산란계수를 미리 정의한 값),
(2)
(여기서, C1 은 산소 헤모글로빈의 농도, C2 는 산소와 결합하지 않은 헤모글로빈의 농도, Ua1 은 파장이 500nm 내지 510nm일 때의 흡수계수, Ua2 는 파장이 535nm 내지 545nm일 때의 흡수계수, UHBO21은 파장이 500nm 내지 510nm일 때의 산소 헤모글로빈(HBO2)의 흡수계수, UHBO22는 파장이 535nm 내지 545nm일 때의 산소 헤모글로빈(HBO2)의 흡수계수, UHB1은 파장이 500nm 내지 510nm일 때의 산소와 결합하지 않은 헤모글로빈(HB)의 흡수계수, UHB2는 파장이 535nm 내지 545nm일 때의 산소와 결합하지 않은 헤모글로빈(HB)의 흡수계수)
(3)
(여기서, Ua는 흡수계수, x는 광의 투과 거리).
- 제1항에 있어서,
상기 광측정부는 제1 수광센서 및 제2 수광센서를 포함하고,
상기 제어부는 상기 제1 전류값, 상기 제2 전류값, 상기 제1 수광센서에서 획득되는 상기 L11, 상기 L12, 상기 L21 및 상기 L22를 기반으로 상기 혈액샘플의 제1 헤모글로빈 농도를 산출하고,
상기 제1 전류값, 상기 제2 전류값, 상기 제2 수광센서에서 획득되는 상기 L11, 상기 L12, 상기 L21 및 상기 L22를 기반으로 상기 혈액샘플의 제2 헤모글로빈 농도를 산출하고,
상기 제1 헤모글로빈 농도 및 상기 제2 헤모글로빈 농도에 기반하여 상기 혈액샘플의 헤모글로빈 농도를 산출하는,
헤모글로빈 농도 측정 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 단일광원은,
상기 단일광원에 상기 제1 전류값이 인가될 때 506nm 파장의 광을 방출하고, 상기 제2 전류값이 인가될 때 540nm 피장의 광을 방출하는 것을 특징으로 하는,
헤모글로빈 농도 측정 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 광측정부는 상기 단일광원에 대한 상기 광측정부의 상대적 위치를 조절하는 위치조절수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
헤모글로빈 농도 측정 장치.
- 제1항에 따른 헤모글로빈 농도 측정 장치를 이용한 헤모글로빈 농도 측정 방법에 있어서,
단일광원에 제1 전류값을 인가하여 제1 초기광량을 획득하는 단계;
상기 단일광원에 제2 전류값을 인가하여 제2 초기광량을 획득하는 단계;
상기 단일광원에 상기 제1 전류값을 인가하였을 때, 상기 단일광원에서 조사되어 혈액샘플을 투과한 제1 투과광량을 획득하는 단계;
상기 단일광원에 상기 제2 전류값을 인가하였을 때, 상기 단일광원에 의해 조사되어 혈액샘플을 투과한 제2 투과광량을 획득하는 단계; 및
상기 제1 전류값, 상기 제1 초기광량, 상기 제1 투과광량, 상기 제2 전류값, 상기 제2 초기광량, 상기 제2 투과광량에 기반하여 상기 혈액샘플의 헤모글로빈 농도를 산출하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는,
헤모글로빈 농도 측정 방법.
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