KR20070087341A - 무채혈 혈당농도측정장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 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.

혈당농도, 무채혈, Z축 스캔

Description

무채혈 혈당농도측정장치 및 방법 { Noninvasive apparatus and method for measuring blood sugar level }

도 1은 본 발명에 따른 무채혈 혈당농도 측정장치를 개략적으로 도시한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 무채혈 혈당농도 측정장치를 통해 혈당을 측정하는 과정을 도시한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 무채혈 혈당농도를 측정하는 측정방법을 도시한 순서도이다.

< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >

10 : 광원 20 : 분할기

30 : 집광기 40 : 검출기

50 : 산출기 60 : 지향기

70 : Z축 스캔 광학기 80 : 피부

본 발명은 무채혈 혈당측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 Z-스캔 방법으로 조사된 광원을 통해 혈액의 혈당을 측정하는 무채혈 혈당측정장치에 관한 것이다.

환자의 혈중성분의 농도를 분석하는 기존의 장치들은 알려져 있다. 이 장치들은 손가락을 찔러서 채취한 소량의 혈액 샘플을 이용한 것으로 화학 처리된 캐리어에 놓고 휴대 가능한 장치에 삽입하여 혈중 성분의 농도를 측정한다.

이렇게 손가락을 찔러서 채혈하여 혈중성분의 농도를 측정하는 방법은 고통스럽고 자주 실시해야 하는 경우 여러 가지 문제를 유발하는 문제점이 있다. 즉, 이 장치의 가격은 비싸지 않더라도 채혈을 위한 일회용품의 유지비와, 공공연한 출혈 그리고, 감염에 관련된 건강상의 위험에 노출되는 것이다. 또한, 혈액샘플을 화학 처리된 캐리어에 장치하는 시간과 캐리어를 기구에 삽입하는 시간간의 시간차이는 혈중성분의 농도 측정에 있어 부정확한 요인이 된다. 이에 수백만의 당뇨환자들에 대한 혈당농도의 무채혈 측정장치에 대한 요구가 광범위하게 일고 있다.

이러한 무채혈 혈당농도측정장치는 대한민국 등록특허 제70571호와 대한민국 등록특허 제300960호에 개시된 바 있다.

대한민국 등록특허 제70571호는 혈당시험지에 광원을 조사하여 반사된 반사광을 증폭시켜 혈당의 농도를 측정하므로 측정값이 정확하지 않은 문제점이 있다.

이에, 대한민국 등록특허 제300960호는 피부에 직접 광원을 조사하고, 조사된 광원이 피부를 투과한 후 역 산란된 광을 수광하여 혈당의 농도를 측정한다.

그런데, 이러한 종래의 혈당농도 측정장치는 피부에 광범위하게 광원이 조사 되고, 투과된 광원이 역 산란된 광을 통해 혈당을 측정하므로, 피부의 각 부위 신호가 동시에 수집되는 문제점이 있다. 즉, 혈관을 따라 흐르는 혈액 뿐만 아니라 피부의 혈관을 비롯하여 표피, 진피 등 피부를 구성하는 모든 부위의 정보가 수집되므로 혈당에 대한 정보를 분리하여야 하는 번거로움이 있다.

또한, 광원이 피부를 투과하면서 모든 부위의 정보가 수집되므로, 환자 개개인의 피부색이나 피부두께 등 다른 요인으로 인해 정확한 혈당 측정값을 측정하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해소시키기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 피부의 특정부위에 광원을 조사하여 필요한 정보만을 수집하여 정확한 혈당값을 측정하는 무채혈 혈당농도측정장치를 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 광원과, 2광선속으로 분리하는 분할기와, 상기 분할기를 통해 분리된 광을 검출하는 검출기와, 상기 검출기에서 검출된 신호를 혈당 데이터로 산출하는 산출기와, 상기 광원에서 조사된 광을 집광하는 집광기와, 상기 집광기에서 집광된 광과 피부에서 반사된 광을 수광하는 지향기 및 상기 지향기를 통해 집광된 광을 피부로 조사시키는 Z축 스캔 광학기를 포함하는 무채혈 혈당농도측정장치를 제공한다.

상기 Z축 스캔 광학기는 상기 지향기로부터 광을 수광하거나 반사하는 촛점렌즈와, 상기 촛점렌즈를 통과한 직선편광을 수직편광시키는 쿼터 웨이브 판(Quarter-wave plate)과, 상기 쿼터 웨이브 판을 통과한 광을 피부에 조사시키는 조사렌즈 및 상기 조사렌즈와 이격되게 배치되어 상기 조사렌즈의 위치를 Z축 방향으로 조절하는 조절기를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 조절기는 상기 광을 피부의 혈관까지 조사하고, 상기 광을 혈관의 내부까지 조사하는 것이 바람직하다.

상기 분할기는 수직편광을 90° 회전시키는 편광 빔 스플리터인 것이 바람직하다.

상기 광원은 적어도 3개 설치되는 레이저 다이오드인 것이 바람직하다.

상기 레이저 다이오드는 각각 수분, 헤모글로빈, 포도당의 신호를 수집할 수 있는 파장대로 조사되는 것이 바람직하다.

상기 산출기는 혈액까지 조사된 광에서 수집된 정보에서 혈관까지 조사된 광에서 수집된 정보를 제외한 정보를 산출하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 광원으로부터 적어도 세 개의 직선편광을 조사하는 단계와, 조사광의 조사위치를 조절하는 단계와, 조사광을 Z축으로 반복하여 시료면에 조사하는 단계와, 시료면으로부터 반사된 광을 수직편광으로 전환시키는 단계와, 상기 수직편광을 통해 전기신호를 검출하는 단계 및 상기 전기신호를 통해 혈당농도를 산출하는 단계를 포함하는 무채혈 혈당농도 측정방법을 제공한다.

상기 조사광은 피부의 혈관 내부와 피부의 혈관까지 각각 조사되는 것이 바람직하다.

상기 혈당농도는 상기 혈관내부까지 조사된 조사광으로부터 전환된 전기신호에서 상기 혈관까지 조사된 조사광으로부터 전환된 전기신호를 뺀 전기신호로부터 산출되는 것이 바람직하다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 무채혈 혈당측정장치를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 무채혈 혈당농도 측정장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 무채혈 혈당농도 측정장치를 통해 혈당을 측정하는 과정을 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 무채혈 혈당농도를 측정하는 측정방법을 도시한 순서도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 무채혈 혈당측정장치는 광원(10)과, 분할기(20)와, 검출기(40)와, 산출기(50)와, 집광기(30), 지향기(60) 그리고, Z축 스캔 광학기(70)를 포함하여 이루어진다.

광원(10)은 피부에 광을 조사하는 것으로서 레이저 다이오드인 것이 바람직하다. 즉, 레이저 다이오드는 조사광의 파장영역이 광범위하여 피부를 구성하는 많은 부분들의 신호를 수집하는 발광 다이오드 등의 광원보다 조사광의 파장영역을 선택할 수 있으므로, 필요한 부분들의 신호만을 수집하기 위한 것이다.

또한, 레이저 다이오드는 적어도 세 개가 설치되는 것이 바람직하다. 이는 혈액을 구성하는 수분, 헤모글로빈 그리고, 포도당을 측정할 수 있는 파장영역의 조사광을 조사하기 위한 것이다. 즉, 수분은 600~700nm의 파장영역, 헤모글로빈은 950~1000nm의 파장영역, 포도당은 1500~1600nm의 파장영역에서 신호를 수집할 수 있으므로 알맞은 파장영역을 조사하여 혈당 측정에 필요한 신호만을 수집하여 이들을 통해 정확한 혈당농도를 측정할 수 있도록 한다.

분할기(20)는 편광 빔 스플리터(Po;arization)로서, 복굴절성 결정을 사용하여 2광선속으로 분리하는 광학소자이다. 분할기(20)로는 월라스톤 프리즘 등이 사용될 수 있다. 이러한, 분할기(20)는 직선편광시 100% 투과시키지만 수직편광시 90°로 반사시킨다. 이때, 분할기(20)의 일측에는 집광렌즈(23)를 설치하여 반사된 수직편광을 집광시킬 수 있다.

검출기(40)는 피부에 조사되어 반사된 광을 수광하여 수광된 빛의 강도나 주파수, 위상 등의 정보를 전기 신호로 변환하여 검출한다.

산출기(50)는 검출기(40)를 통해 변환된 전기 신호를 통해 혈당 데이터를 산출하는 것으로서, 혈관 내부까지 조사된 광을 통한 정보에서 혈관까지 조사된 광을 통한 정보를 뺀다. 즉, 광원(10)은 후술될 Z축 스캔 광학기(70)를 통해 혈관 내부와 혈관까지 적어도 두 번 광을 조사하고, 조사되는 과정에서 수집되는 피부의 표피, 진피 혈관 등에 관한 정보를 제외한 혈액만의 정보를 산출하는 것이다.

집광기(30)는 광원(10)에서 조사된 광을 피부로 조사할 수 있도록 조사광을 집광하는 것으로서 집광렌즈를 사용할 수 있다.

지향기(40)는 집광기(30)에서 집광된 광을 Z축 스캔 광학기(70)로 전달하거나, 피부에 조사되었던 광을 Z축 스캔 광학기(70)로부터 수광하여 검출기(40) 등으로 전달할 수 있도록 한다. 여기서, 지향기(40)는 광섬유가 될 수 있다.

Z축 스캔 광학기(70)는 Z축 즉, 깊이 방향으로 피부(80)에 조사하는 것으로서, 지향기(40)를 통해 광을 전달받거나, 지향기(40)로 광을 전달하는 촛점렌즈(71)와, 직선편광에 광로차를 일으키는 쿼터 웨이브 플레이트(73)와, 조사된 광을 시료면이 되는 피부(80)에 조사하는 조사렌즈(75) 그리고, 조사렌즈(75)의 위치를 조절하는 조절기(77)를 포함하여 이루어진다.

쿼터 웨이브 플레이트(73)는 서로 수직인 방향으로 진동하는 직선 편광의 사이에 1/4 파장의 광로차를 일으키도록 두께가 정해진 복굴절판이다. 쿼터 웨이브 플레이트(73)는 후술될 조사렌즈(75)를 통해 피부에 조사된 후, 반사되는 반사광의 수평편광이 수직편광으로 전환되도록 한다.

조사렌즈(75)는 조사되는 조사광이 피부의 정확한 위치까지만 조사될 수 있도록 조사광의 거리를 조절한다. 이때, 조사렌즈(75)의 위치를 조절하는 조절기(77)는 전류의 방향 및 전압의 세기에 따라 조사렌즈(77)의 위치를 조절하는 프레임형상의 코일로서, 조사렌즈(75)와 이격되게 배치된다.

이하에서는 상술한 바와 같은 구성을 갖는 무채혈 혈당농도 측정장치를 이용한 혈당농도 측정방법을 상세하게 설명한다.

먼저, 광원(10)에서 조사된 광은 직선편광이므로 분할기(20)를 통과한 후, 집광기(30)로 집광된다. 집광기(30)에 집광된 광은 광섬유 다발인 지향기(60)를 통해 Z축 스캔 광학기(70)측으로 전달된다. (S200)

지향기(60)를 통해 Z축 스캔 광학기(70)로 전달된 광은 촛점렌즈(71)를 통해 직선편광으로 전환되어 쿼터 웨이브 플레이트(73)를 통과하여 조사렌즈(75)로 인입된다. 이때, 조사렌즈(75)는 이격되게 배치되어 전류가 흐르는 코일로 이루어진 조절기(77)에 의해 Z축 방향으로 승하강이 조절되어 광의 조사 깊이를 조절된다. 조절기(77)의 코일에 +전류가 흐르면 조사렌즈(75)는 하강하여 시료면과 가까워지고, -전류가 흐르면, 조사렌즈(75)는 상승하여 시료면과 멀어진다. 이때, 코일에 흐르는 전압의 세기에 따라 조사렌즈(75)의 이동폭이 결정된다.(S210)

다음, 조사광은 조사렌즈(75)를 통해 시료면에 조사된다. 이때, 시료면은 표피(81)와, 진피(83)와, 혈관(85) 그리고, 혈액(87a,87b,87c) 등으로 이루어진 피부(80)로서, 혈관(85) 내부까지 조사되는 조사광 λ₁과, 혈관(85)까지만 조사되는 조사광 λ₂로 적어도 두 번 조사된다. 또한, 조사광은 적어도 세 개의 광원(10)에서 조사되며 조사광은 혈액을 구성하는 수분(87a)과, 헤모글로빈(87b) 그리고, 포도당(87c)의 파장영역에 맞게 조사된다. (S220)

피부(80)로 조사된 광은 반사되어 조사렌즈(75)를 통해 쿼터 웨이브 플레이트(73)로 인입되면서 광로차에 의해 직선편광에서 수직편광으로 전환된다. (S230)

수직편광으로 전환된 반사광은 조향기(60)를 통해 집광기(30)로 전달되고, 집광기를 통과한 수직편광은 분할기(20)를 통해 90°반사된다. 반사된 수직편광은 집광렌즈(23)를 통해 집광되어 검출기(40)로 전달된다.(S240)

검출기(40)로 인입된 반사광은 전기신호로 전환된다. 즉, 피부(80)에 조사된 조사광이 반사되면서 조사광 λ₁가 반사된 반사광 λ₁'과, 조사광 λ₂가 반사된 반사광 λ₂'에 따른 각각의 전압을 측정한다. 그 후, 측정된 전압은 전기신호로 전환되는 것이다. (S250)

다음, 검출기(40)에서 전환된 전기신호들은 산출기(50)로 전송되어 혈당 농도를 산출한다. 이때, 혈당농도는 반사광 λ₁'의 전기신호에서 반사광 λ₂'의 전기신호를 빼줌으로서 혈액만의 전기 신호를 얻을 수 있다. 또한, 혈액을 구성하 는 수분(87a)과, 헤모글로빈(87b) 그리고, 포도당(87c)에 대한 전기신호를 통해 혈당농도를 계산한다. (S260)

따라서, 혈당 농도는 피부에 조사되어 반사된 반사광의 전압값을 통해 혈당 농도를 측정할 수 있다.

본 발명에 따르면, 무채혈 혈당농도 측정장치는 피부에 광원을 조사하고, 피부로부터 반사된 광을 통해 수집된 정보를 이용하여 혈당의 농도를 측정할 수 있으므로, 채혈을 통하지 않고 혈당농도를 측정할 수 있는 이점이 있다.

또한, Z축 스캔 광학기를 통해 명확하게 조사광의 조사위치를 명확하게 지정하여 조사할 수 있으므로, 정확한 혈당농도를 측정할 수 있는 이점이 있다.

그리고, 직선편광을 수직편광으로 전환시키는 쿼터 웨이브 플레이트와 수직편광을 90°도로 반사시키는 분할기를 채용하므로, 반사광을 검출기로 인입시키기 위한 다수의 분할기를 설치하지 않아도 되므로 장치가 간단해지는 이점이 있다.

Claims (11)

1. 광원;

   2광선속으로 분리하는 분할기;

   상기 분할기를 통해 분리된 광을 검출하는 검출기;

   상기 검출기에서 검출된 신호를 혈당 데이터로 산출하는 산출기;

   상기 광원에서 조사된 광을 집광하는 집광기;

   상기 집광기에서 집광된 광과 피부에서 반사된 광을 수광하는 지향기; 및

   상기 지향기를 통해 집광된 광을 반복하여 피부로 조사시키는 Z축 스캔 광학기를 포함하는 무채혈 혈당농도측정장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 Z축 스캔 광학기는 상기 지향기로부터 광을 수광하거나 반사하는 촛점렌즈;

   상기 촛점렌즈를 통과한 직선편광을 수직편광시키는 쿼터 웨이브 판;

   상기 쿼터 웨이브 판을 통과한 광을 피부에 조사시키는 조사렌즈; 및

   상기 조사렌즈와 이격되게 배치되어 상기 조사렌즈의 위치를 Z축 방향으로 조절하는 조절기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무채혈 혈당농도측정장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 조절기는 상기 광을 피부의 혈관까지 조사하고, 상기 광을 혈관의 내부까지 조사하는 것을 특징으로 하는 무채혈 혈당농도측정장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 분할기는 수직편광을 90° 반사 시키는 것을 특징으로 하는 무채혈 혈당농도측정장치.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 분할기는 편광 빔 스플리터인 것을 특징으로 하는 무채혈 혈당농도측정장치.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 광원은 적어도 3개 설치되는 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 무채혈 혈당농도측정장치.
7. 청구항 5에 있어서,

   상기 레이저 다이오드는 각각 수분, 헤모글로빈, 포도당의 신호를 수집할 수 있는 파장대로 조사된 것을 특징으로 하는 무채혈 혈당농도측정장치.
8. 청구항 7에 있어서,

   상기 산출기는 혈액까지 조사된 광에서 수집된 정보에서 혈관까지 조사된 광에서 수집된 정보를 제외한 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 무채혈 혈당농도측정장치.
9. 광원으로부터 적어도 세 개의 직선편광을 조사하는 단계;

   조사광의 조사위치를 조절하는 단계;

   조사광을 Z축으로 반복하여 시료면에 조사하는 단계;

   시료면으로부터 반사된 광을 수직편광으로 전환시키는 단계;

   상기 수직편광을 통해 전기신호를 검출하는 단계; 및

   상기 전기신호를 통해 혈당농도를 산출하는 단계를 포함하는 무채혈 혈당농도 측정방법.
10. 청구항 9에 있어서,

    상기 조사광은 피부의 혈관 내부와 피부의 혈관까지 각각 조사된 것을 특징으로 하는 무채혈 혈당농도 측정방법.
11. 청구항 10에 있어서,

    상기 혈당농도는 상기 혈관내부까지 조사된 조사광으로부터 전환된 전기신호에서 상기 혈관까지 조사된 조사광으로부터 전환된 전기신호를 뺀 전기신호로부터 산출된 것을 특징으로 하는 무채혈 혈당농도 측정방법.

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