KR20100079057A - 카이네틱 변화 정보를 이용한 측정목표물질의 특징값 추정방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하나의 화학물(측정목표물질)과 다른 화학물(반응물질)과의 화학적 반응 결과를 광학적 또는 전기화학적 방법으로 측정함에 있어, 시간의 흐름에 따른 카이네틱 변화 정보를 이용하여 측정을 하고자하는 측정목표물질의 특징값(농도, 무게, 부피 등)을 추정하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화학적 반응의 결과가 시간의 흐름에 따라 따른 광학적 또는 전기화학적 변화로 나타나는 측정목표물질의 특징값에 대한 카이네틱 변화 정보와 상기 측정목표물질의 특징값과의 상관관계를 통계적으로 수용될만한 규모의 수많은 시료 샘플로부터 미리 확보하고, 이를 이용하여 새로운 시료에 대한 측정목표물질의 특징값을 추정 및 계산하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
바이오센서, 화학반응 측정, 광학 측정, 전기화학 측정, 카이네틱 변화, 상관관계 함수, 혈당측정

Description

카이네틱 변화 정보를 이용한 측정목표물질의 특징값 추정방법 및 장치{The method for estimating the features of target material using kinetic changing information and the apparatus thereof}
본 발명은 하나의 화학물(측정목표물질)과 다른 화학물(반응물질)과의 화학적 반응 결과를 광학적 또는 전기화학적으로 측정함에 있어, 시간의 흐름에 따라 변화하는 화학적 반응의 결과를 나타내는 카이네틱 변화 정보와 측정목표물질의 특징값(농도, 무게, 함량 등)과의 상관관계를 통계적으로 수용될만한 규모의 수많은 시료 샘플로부터 미리 확보하고, 새로운 시료가 제공 될 때 얻어지는 카이네틱 변화 정보와 상기 상관관계를 이용하여 측정목표물질의 특징값을 추정 및 계산하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
다수의 화학적 물질들이 혼합되어 있는 시료에 대하여 혼합된 여러 물질들 중 측정을 하고자하는 특정 목표물질의 함유량 등을 광학적 방식 또는 전기화학적 방식으로 측정할 때, 목표물질과 이에 대응하는 화학물(반응물질)과의 광학 또는 전기화학적 반응 결과를 측정하게 되는데, 불행히도 목표물질의 측정 과정에 간섭을 일으키는 하나 또는 그 이상의 또 다른 물질이 혼합 시료 내에 존재하게 되는 경우, 간섭물질에 의한 방해 현상이 발생되게 된다.
이러한 간섭물질에 의한 방해 현상은 목표물질에 대한 측정 오차를 유발하여 제품의 성능 및 신뢰성을 떨어뜨리는 주요 원인이 되는데, 이를 극복하기 위해서 종래의 방법들은 화학적 처리에 의한 간섭물질의 사전 제거 방식을 적용하거나, 사후적으로 간섭 물질의 영향을 제거하기 위해 목표물질의 측정과 더불어 실시간으로 별도의 측정값을 얻는데 주력해 왔는데, 이는 화학적 처리 과정 또는 별도의 화학적 측정 과정의 추가로 인하여 전체적인 측정 과정이 복잡하게 되어 비용이 많이 소요되며, 또한 별도의 측정 과정에서 야기 될 수 있는 오차의 누적으로 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.
즉, 종래 기술들은 대부분 측정 과정에 추가적인 화학적 반응에 의한 개선을 통해 측정 오차를 제거하는데 중점을 두어 왔다. 이와 같은 기술들은 측정 과정에 관여되는 각종 재료들의 질적 향상을 요구하거나 다단계 반응 과정을 통하여 오차를 줄이고자 함으로써 측정 오차를 제거하는 공정이 복잡하며, 상기 공정을 수행하는 제품을 제작하는 과정이 복잡하여 제품의 가격을 상승시키는 문제점이 있다.
종래 기술로서 대한민국 특허출원번호 1989-0014308(1989년 10월 5일 출원)에는 "혈당측정기의 측정오차 보상방법 및 광원조절 회로"가 개시되어 있다.
상기 종래 기술은 혈당 농도를 측정하기 위한 변색되지 않은 혈당시험지로 광을 발사하고 반사광으로 측정오차를 검출하는 측정오차 검출루틴과, 혈당 농도에 따라 변색된 혈당시험지의 반사광의 값과 상기 측정오차 검출루틴에서 검출한 측정오차를 연산하여 보상하는 혈당측정기의 측정오차 보상 방법을 개시하고 있으나, 오차 보정을 위해 측정오차 검출루틴을 이용하여 실시간으로 별도의 측정오차를 검출해야 하므로 공정이 복잡해지는 문제점이 있으며, 측정값의 시간적 변화를 이용하여 측정목표물질의 특징값을 추정하는 방법에 대해서는 개시하고 있지 않다. 또한, 상기 종래 기술은 혈당시험지가 갖는 색깔의 차이로 인하여 발생되는 오차를 줄이는데 그 목적이 있다.
종래 기술로서 대한민국 특허출원번호 2006-0025890(2006년 3월 21일 출원)에는 “적혈구의 용적률 간섭을 효과적으로 보상할 수 있는 전기화학적 바이오센서용 테스트스트립”이 개시되어 있다
상기 기술은 헤마토크릿을 결정하는 적혈구 내부의 물질에서 얻어낸 전기적 신호를 이용하여 기존에 신호감소량을 보상해주는 방식을 제공하는데, 별도의 전극을 구성하고 생리적 샘플 내의 혈구와 반응하여 혈구의 농도에 상응하는 전하를 발생시키는 혈구 간섭 보정제가 포함되어 적혈구 내부의 물질에서 얻어낸 전기적 신호를 이용하여 기존의 신호감소량을 보상해주는 방식을 제공하고 있다. 그러나 이 기술은 복잡한 전극 구조 및 별도의 보정제를 포함하는 등 제조 및 측정 과정의 복잡함을 수반하며, 측정값의 시간적 변화 특성을 이용한 측정목표물질의 특징값 추정 및 계산에 대해서는 개시하지 않고 있다.
종래 기술로서 미국특허 제5,708,247호 및 제5,951,836호(발명의 명칭 : Disposable Glucose Test Strips, And Methods And Compositions For Making Same)과 미국특허 제6,241,862호(발명의 명칭 : Disposable Test Strips With Integrated Reagent/Blood Separation Layer) 공보에는 적혈구 용적률에 대한 간섭 효과를 줄이기 위해 비전도성 물질을 전극계에 도입하는 기술로써 스크린 프린팅 기술을 이용한 카본 페이스트 전극 시스템에 관한 제조방법과 전극계 표면 위에 고정화된 시약/혈액 분리 층에 관하여 기술되어 있다. 본 종래 기술 역시 전극의 구조 및 별도의 물질의 적용을 포함하는 것으로, 측정값의 시간적 변화를 나타내는 카이네틱의 변화에 근거한 측정목표물질의 특징값 추정 및 계산의 기술은 포함하고 있지 않다.
종래 기술 중 박막형 전기화학적 효소전극 이용한 상용화된 제품으로 YSI 2300 STAT PLUS (Yellow Spring Instrument,Inc.)가 있는데, 이 기술의 특징은 효소 박막, 외부 박막, 내부 박막의 3종의 전극을 갖는데 분석물질과 반응하는 효소물질을 박막형으로 제조하고, 박막 내부와 외부에 각각 기능성 고분자 박막을 제작 조합하여 적혈구 및 단백질 등의 전극 표면에의 흡착을 효과적으로 차단하는 것이다. 박막형 효소전극은 헤마토크릿 간섭효과를 혁신적으로 제거할 수 있지만, 세가지 박막을 전극계에 도입하기 위해서는 복잡한 공정과 높은 비용을 수반하게 되며, 혈액 소모량이 많고 반응 응답시간이 길어진다. 본 종래 기술 역시 효소 전극을 이용하여 오차를 줄이고자 하는 것으로 측정 대상 물질의 카이네틱 변화를 근거로 한 특징값 추정 및 계산 기술은 포함하지 않고 있다.
종래의 기술로서 대한민국 출원번호 2006-7003547 (발명의 명칭: 전기화학적 성질 분석 방법 및 분석 장치, 출원일자: 2006년02월21일)은 분석종을 보다 정확하게 평가하기 위하여 분석종-독립(analyte-independent) 신호 정보를 이용하여 분석종-의존(analyte-dependent) 신호를 보정하는 기술로써, 관찰된 분석종-독립 전위 감쇄에 기초하여 보정되지 않은 분석종-의존 신호를 보정하여 보정된 분석종-의존 신호를 형성하는 것이다. 분석종 또는 매개체의 산화 또는 환원을 일으키기에 충분한 저위 또는 전류가 두 개의 셀 전극 사이에서 발생되고, 이에 의하여 두 전극 사이의 분석종 또는 매개체의 화학적 전위 기울기를 형성한다. 기울기가 생성된 후, 적용된 전위 또는 전류를 중단시키면 발생되게 되는 화학적 전위 기울기의 완화(relaxation)로부터 분석종-독립(analyte-independent) 신호를 얻으며, 분석종-독립 신호는 전위 또는 전류를 적용하는 동안 얻어진 분석종-의존 신호를 보정하는데 사용된다. 본 종래 기술은 전위를 공급한 상태와 공급하지 않는 상태에서 얻어진 신호를 이용하여 보정을 도모하는 것으로서, 전위를 공급한 상태에서 얻어지는 카이네틱 변화 정보를 이용하는 특징값 추정 및 계산 기술을 포함하지 않고 있다.
종래 기술로 대한민국 출원번호 2003-0036804 (발명의 명칭: 전기화학적 바이오센서, 출원일자: 2003년06월09일)는 혈액의 적혈구용적률(Hematocrit) 차에 의한 의존 성향을 감소시켜 적혈구용적률(hematocrit)의 양에 따른 측정오차를 줄일 수 있는 감응막 조성물 및 이를 포함한 바이오센서에 관한 것으로, 바이오센서 구조에 추가되는 화학적 처리 방법으로 간섭 물질로 인한 오차를 줄이는 기술을 개시하였으며, 측정 목표물질에 대한 측정값의 시간적 변화를 나타내는 카이네틱의 변화를 이용한 특징값의 추정 및 계산 기술은 포함하고 있지 않다.
본 발명자들은 측정목표물질의 특징값을 정확한 측정값에 근접하도록 추정하기 위해 연구 노력한 결과, 특정 간섭물질의 영향을 복잡한 화학적 절차를 추가하거나 구조를 변경 하는 등의 가격 상승의 요인을 포함하는 방법이 아닌, 시간적 흐름에 따른 반응 결과를 나타내는 카이네틱의 변화에 근거하여 측정목표물질의 특징값을 추정 및 계산하는 방법을 개발하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 간섭 물질의 사전 제거를 통하여 측정 오차를 줄이기 위한 별도의 복잡한 화학적 처리 및 이를 위한 특별한 구조를 이용하는 방식을 사용하지 않고, 측정목표물질의 카이네틱 변화 신호에 대한 신호처리 방식을 이용하여 측정목표물질의 특징값을 추정 및 계산하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 간섭 물질에 의한 측정 오차를 제거하기 위해, 별도의 측정 과정 및 관여 기기에 특별한 구조를 추가하지 않고, 기존의 측정 과정 및 구조를 유지하되 단순히 카이네틱 변화 신호만을 취득한 후, 통계적으로 수용될만한 규모의 수많은 시료 샘플로부터 확보된 카이네틱 변화 정보와 참측정값과의 관계에 대하여 미리 결정된 상관관계 함수를 이용하여 측정목표물질의 특징값을 추정 및 계산하는 간단하고 매우 효율적인 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것 이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 카이네틱 변화 정보를 획득하는 단계; 및 상기 카이네틱 변화 정보와 미리 결정된 상관관계 함수를 이용하여 상기 측정목표물질의 특징값을 추정 및 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 카이네틱 변화 정보를 이용한 측정목표물질의 특징값 추정방법을 제공한다. 여기서, 상기 카이네틱 변화 정보는 측정목표물질에 대한 특징값의 시간에 따른 변화 즉, 측정목표물질과 반응물질 간에 일어나는 화학적 반응의 시간에 따른 변화를 나타내는 것을 의미한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 상관관계 함수는 상기 측정목표물질의 참측정값과 상기 카이네틱 변화 정보간의 최적의 상관관계를 나타내는 것으로서, 수학적, 논리적, 통계적, 인공지능적 등의 방법에 의하여 얻어질 수 있다. 여기서, 상기 측정목표물질은 다수의 시료에 대하여 간섭을 배제한 환경에서 측정된 값이며, 상기 카이네틱 변화 정보는 통계적으로 수용될만한 규모의 수많은 시료 샘플들의 카이네틱 변화 정보를 의미한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 상관관계 함수는 수많은 시료 샘플들에 대하여 아래의 <수학식 1>로 정의되는 평균오차(Root Mean Squared Error) Eg 값을 최소로 하는 것을 특징으로 한다.
<수학식 1>
Figure 112008090747515-PAT00001
이때, n은 시료 샘플의 총 개수, i는 각 개별 시료 샘플을 나타내는 인덱스이며, T(i)는 측정목표물질의 참측정값이고, M(i)는 카이네틱 변화를 근거로 상관관계 함수에 의하여 추정된 측정목표물질의 특징값이다. 즉, Eg는 n개의 총 샘플에 대한 평균오차를 나타낸다. 따라서, 전체 시료에 대하여 추정값 M(i)가 참측정값 T(i)에 가까울수록 평균오차(Root Mean Squared Error) Eg가 작아지며, 주어진 n 시료 샘플들에 대하여 최적의 상관관계가 얻어질 때 평균오차(Root Mean Squared Error)가 최소값이 된다. 상기 참측정값은 별도의 정밀 측정기 또는 통상적으로 인정되는 기준장비에 의하여 얻어진 값을 의미한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 측정목표물질은 혈액 속에 포함된 글루코스(Glucose: 혈당)일 수 있다. 이때 상기 특징값은 농도이고, 상기 카이네틱 변화 정보는 상기 글루코스 농도에 대한 측정값이 시간에 따라 변화하는 정보 즉, 상기 혈액 내 글루코스와 혈당 측정을 위한 바이오센서에 탑재된 글루코스와의 반응 물질(예: Glucose Oxidase Enzyme)과의 상호 반응 결과로 나타나는 전기적 신호가 시간의 흐름에 따라 변화하는 정보를 나타내는 것일 수 있다.
측정목표물질의 특징값을 추정하는 방법의 일례를 들면, 수많은 혈액 시료들에 대하여 카이네틱 변화 신호 K(i)를 측정하고, 동시에 기준장비로 인정되는 장 비(예: YSI 2300)을 이용하여 혈액 시료 내의 Glucose 농도의 참측정값 T(i)을 얻는다. 상기 상관관계 함수는 전체 n 샘플에 대하여
Figure 112008090747515-PAT00002
를 최소로하는 f를 의미하며; 수학적, 논리적, 통계적, 또는 인공지능적 방법에 의하여 결정될 수 있다. 상기 방법으로 결정된 최적의 상관관계 함수를 이용하여 새로운 혈액 시료 j에 대해 Glucose의 추정 및 계산값은 M(j)=f{K(j)}로 구할 수 있으며, 이 값은 기준 장비를 이용하여 측정한 값에 근사하게 된다.
또한, 본 발명은 측정목표물질의 특징값에 대한 카이네틱 변화 정보를 획득하는 카이네틱정보획득부; 및 상기 카이네틱 변화 정보 및 미리 결정된 상관관계 함수를 이용하여 측정목표물질의 특징값을 추정하는 특징값추정부;를 포함하는 카이네틱 변화 정보를 이용한 측정목표물질의 특징값 추정장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방법들 중 일부 또는 전부를 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체를 제공한다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.
먼저, 본 발명에 따른 카이네틱 변화 정보를 이용한 측정목표물질의 특징값 추정방법 및 장치는 별도의 공정을 사용하여 추가적인 화학물을 부가하거나 기기 및 부품의 구조를 변형하거나 오차 제거를 위한 별도의 측정을 하지 않고, 장치의 동작 과정에서 자연스럽게 얻어지는 카이네틱 변화 정보를 획득하고, 장치 외부에 서 미리 얻어져 장치에 포함되어 있는 상관관계 함수를 이용하여 측정목표물질의 특징값을 매우 간단하고 효율적으로 추정 및 계산 할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 카이네틱 변화 정보를 이용한 측정목표물질의 특징값 추정방법 및 장치는 간섭 물질을 제거하기 위한 사전 과정이 불필요하고, 간섭 현상을 최소화하기 위하여 측정 과정에 요구되는 화학적 첨가 또는 매개물의 개선 또는 추가가 불필요하며, 측정 결과의 정밀도를 향상시키기 위한 하드웨어적인 보강을 피할 수 있고, 단순히 소프트웨어적으로 처리함으로써 측정 기기의 가격을 낮춰 제품의 경쟁력을 확보할 수 있는 장점과 동시에 기존의 제품들에 있어서도 화학물, 매개물 또는 기기의 변경 없이 소프트웨어 프로그램의 변경만으로 본 고안 기술을 손쉽게 적용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 카이네틱 변화 정보를 이용한 측정목표물질의 특징값 추정방법 및 장치는 특정 간섭물질의 영향을 제거하여 오차를 보정하기 위한 별도의 측정이나 공정을 수행하지 않고, 측정목표물질의 카이네틱의 변화와 미리 정해진 함수만을 이용하여 측정목표물질의 특징값을 참측정값에 근사하게 추정할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 명세서에서 사용되는 용어의 정의는 다음과 같다.
카이네틱(변화)은 광학 또는 전기화학방식으로 시료 내부의 특정 화학물질을 측정하는 방법에 있어, 시간적 흐름에 따라 나타나는 광학적 색깔의 변화 또는 전기화학적 전류나 전압의 변화를 의미한다.
특징값이란 측정목표물질에 대하여 원하는 정보를 수치화한 값으로, 본 발명에서는 특정 물질의 농도, 함유량, 무게 또는 함량비율 등을 말한다.
측정목표물질이란 최종적으로 측정의 대상이 되는 물질로, 예를 들면 혈액내의 혈당(Glucose), 백혈구, 적혈구 등을 들 수 있다.
간섭물질이란 측정목표물질의 특징값을 측정하는 과정에 특징값의 측정을 방해하여 오차를 일으키게 하는 원인을 제공하는 물질로, 예를 들면 혈당 측정에 있어 간섭을 일으키는 혈액내의 적혈구, 산소 포화도 등을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 화학 반응의 결과로 나타나는 카이네틱의 시간적 변화를 곡선으로 나타내는 그래프이다.
광학방식을 이용하여 화학물질의 혼합물에서 측정목표물질의 농도, 함유량 또는 함량비율 등(이하 "특징값"이라 한다)을 측정하는 경우, 측정목표물질과 반응 하는 결과는 색깔의 강도 변화로 측정되게 되는데, 색깔의 강도는 시간의 흐름에 따라 점진적으로 변하게 되고, 일정 시간 후 또는 특정 조건을 만족하는 시점에서 최종적으로 측정된 색깔의 강도를 근거로 목표 물질의 특징값을 산출한다.
전기화학방식을 이용하여 화학물질의 혼합물에서 측정목표물질의 특징값을 측정하는 경우, 측정목표물질과 반응하는 결과는 전기적 신호인 전류나 전압의 변화로 측정되게 되는데, 전기적 신호의 변화는 시간의 흐름에 따라 신호가 점진적으로 변하게 되고, 일정 시간 후 또는 특정 조건을 만족하는 시점에서 최종적으로 측정된 전기적 신호의 값을 근거로 측정목표물질의 특징값을 산출한다.
두 가지 또는 그 이상의 화학물질들이 상호 반응하여 나타나는 광학적 또는 전기적 측정값을 카이네틱(Kinetic)이라 하며, 상기 측정값의 시간에 따른 변화를 카이네틱의 변화(Kinetic change)라 하는데, 흔히 카이네틱과 카이네틱 변화의 용어는 동일한 의미로 사용되기도 한다. 상기 카이네틱 변화는 도 1과 같이 카이네틱 곡선(Kinetic curve)으로 표현될 수 있다. 광학 방식의 경우 카이네틱을 반사도(%R, Reflectance)라고 칭하기도 한다. 본 발명에 따른 카이네틱은 광학적 또는 전기적 측정값에 한정되지 않고, 상기 정의를 만족하는 다른 방법을 이용한 측정값도 포함한다.
카이네틱 측정의 곡선은 시료마다 다른 곡선 변화도(Slope)를 나타낼 수 있다. 즉, 혈액 내의 화학적 혼합물들의 구성에 따른 특성의 차이에 의하여 곡선의 변화 모양이 달라진다. 즉, 상기 측정목표물질의 카이네틱 변화는 혼합물에 포함된 간섭물질들의 구성적 특징에 영향을 받을 수 있으며, 그 영향은 곡선의 모양이 다 르게 나타난다는 전제에서 연구를 시작하여 본 발명에 이르게 되었다.
본 발명은 이와 같은 특정 간섭물질의 특징에 근거한 측정목표물질의 특징값을 추정 및 계산하지 않고, 카이네틱 변화를 이용하여 측정 목표물질의 특징값을 직접적으로 추정 및 계산할 수 있는 방법에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 측정목표물질의 특징값을 추정함에 있어서 특정 간섭물질을 먼저 추정한 후 오차를 보정하는 것이 아니라, 간섭물질 및 측정목표물질에 대한 정보가 모두 포함되어 있다고 기대되는 카이네틱 변화와, 미리 결정된 상관관계 함수를 이용하여 측정목표물질의 특징값을 직접 추정 및 계산하는 방법에 관한 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 카이네틱 변화 정보를 이용한 측정목표물질의 특징값 추정장치를 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 상기 측정목표물질의 특징값 추정장치는 카이네틱정보획득부(210) 및 특징값추정부(220)를 포함한다.
상기 카이네틱정보획득부(210)는 측정목표물질과 이에 반응하는 화학물과의 반응 과정에서 얻어진 결과의 시간적 변화(이하 “카이네틱 변화”라 한다) 정보를 획득한다.
상기 특징값추정부(220)는 상기 카이네틱 변화 정보 및 별도로 결정되는 상관관계 함수("f"로 표현되는 함수)를 이용하여 측정목표물질의 특징값을 추정 및 계산한다. 별도의 방법으로 결정되는 상관관계 함수 f는 카이네틱 곡선과 참측정값 간의 상관 관계를 수학적 또는 논리적으로 나타내는 함수로써, 상기 특징값추정부(220)에 탑재될 수 있다.
본 발명에 따른 측정목표물질의 특징값을 추정하기 위해 이용되는 상기 상관관계 함수 f를 구하는 방법은 매우 다양할 수 있으며, 상기 함수 f를 구하는 방법에 관한 일실시예는 “과제의 해결 수단”에서 전술한 바 있으며, 아래에서 후술하기로 한다.
이하에서 상기 측정목표물질의 특징값 추정장치에 포함되는 카이네틱정보획득부(210) 및 특징값추정부(220)에서 수행되는 본 발명에 따른 측정목표물질의 특징값 추정 및 계산 방법을 기술한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 카이네틱 변화 정보를 이용한 측정목표물질의 특징값 추정방법을 나타내는 흐름도이다.
전술한 것처럼, 통계적으로 유용성이 인정될 수 있을 만큼의 많은 시료 샘플들에 대하여 카이네틱 변화 정보를 획득할 수 있고, 정밀 기준장비를 이용하여 간섭 현상이 제거된 환경에서 측정된 목표물질의 참측정값을 측정할 수 있으며, 상기 카이네틱 변화 정보와 상기 측정목표물질의 참측정값 사이의 최적의 상관관계를 알고 있다면, 새로운 샘플의 카이네틱 변화 정보와 상관관계를 이용하여 측정목표물질의 특징값을 추정 및 계산할 수 있다.
보다 명확하게 기술하기 위하여, 본 발명에 따른 측정목표물질의 특징값 추정방법을 수식적 표현을 동반하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 ≒ 기호는 좌우변의 값이 유사함을 나타내는 기호이고, 이용되는 함수들 및 값들에 대한 정의는 다음과 같다.
먼저, 별도의 과정에 의하여 통계적으로 유용성이 인정될 수 있을 만큼의 많 은 시료 샘플들 n개로부터 획득한 카이네틱 곡선(또는 카이네틱 변화 정보)을 K(i)라하고, 간섭을 배제한 환경에서 얻어진 정확한 측정값을 T(i)라 하면, 전체 샘플에 대하여 카이네틱 변화와 정확한 측정값 사이의 최적의 상관관계 함수(f)는 평균오차
Figure 112008090747515-PAT00003
를 최소로하는 함수를 의미하며, 이는 수학적, 논리적, 통계적, 또는 인공지능적 방법 등에 의하여 결정될 수 있다.
상기 방법으로 결정된 최적의 상관관계 함수를 이용하여 새롭게 공급된 혈액 시료 j에 대해 글루코스(Glucose)의 추정 및 계산 측정값 M(j)=f{K(j)}로 구할 수 있으며, 이 값은 기준 장비를 이용하여 측정한 값에 근사하게 된다. 즉, 측정목표물질의 참측정값과 카이네틱 곡선 간의 최적의 상관관계 함수(f)를 수학적 또는 논리적 규칙 등의 방법에 의하여 미리 알고 있다면, 새롭게 공급된 시료 내에 존재하는 측정목표물질에 대하여 참측정값(T)에 근사한 특징값(M)을 얻을 수 있다.
이하에서, 도 2에 도시된 본 발명에 따른 측정목표물질의 특징값 추정장치와 도 3에 도시된 측정목표물질의 특징값 추정방법의 흐름도를 참조하여, 새로운 시료가 공급되었을 때 측정목표물질의 특징값을 추정 및 계산하는 방법을 기술한다.
먼저, 카이네틱정보획득부(210)는 측정을 하고자 하는 측정목표물질에 대한 카이네틱 변화 정보를 획득한다(S310). 상기 카이네틱 변화 정보는 측정목표물질에 대한 특징값이 시간에 따라 변화하는 정보이며, 카이네틱 곡선으로 나타내게 된다.
이어지는 특징값추정부(220)는 상기 측정목표물질의 측정에서 획득되는 카이 네틱 변화 정보 및 미리 결정된 함수(f)를 이용하여 측정목표물질의 특징값 M을 추정한다(S320).
상기 상관관계 함수인 f를 구하는 방법은 다양하며, 각각 아래의 수학식 1 에 정의된 오차 Eg 를 각각 최소로 하는 어떤 함수도 가능하다.
Figure 112008090747515-PAT00004
여기서, i는 각 시료 샘플을 나타내는 인덱스이며, T(i)는 측정목표물질의 정확한 특징값인 참측정값이고, M(i)는 측정목표물질에 대하여 카이네틱 변화를 근거로 f에 의하여 추정 및 계산된 특징값이다. 즉, Eg는 n개의 총 샘플에 대한 측정 오차의 누적을 나타낸다.
또한, 상기 상관관계 함수인 f를 구하는 방법은 아래의 수학식 2에 정의된 오차 Eg를 각각 최소로 하는 어떤 함수도 가능함은 물론이다.
Figure 112008090747515-PAT00005
상기 평균오차(Eg)는 기준장비에 의한 참측정값과 카이네틱 변화를 근거로 f에 의하여 추정 및 계산된 측정값과의 차이를 다수의 많은 샘플에 대하여 누적한 값을 나타내는 바, 상기 함수 f는 평균오차를 최소화하는 함수가 되며, 이를 구하 기 위한 수학적 또는 논리적 방법에 따라 달라질 수 있고, 그에 따라 Eg의 절대적 최소값의 차이는 발생할 수 있다. 즉, 어떤 방법으로 함수를 구하느냐에 따라 추정값의 정교함에 차이가 발생할 수 있다. 본 발명에서는 어떤 방법으로 상기 함수를 구하였든, 카이네틱 변화 정보에 이러한 함수를 적용하여 측정목표물질의 특징값을 추정 및 계산하는 방법을 모두 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 측정목표물질의 특징값 추정방법의 특징은 (1) 사전에 확보한 많은 측정 데이터로부터 카이네틱 변화(K)와 측정목표물질의 정확한 특징값인 참측정값(T)과의 상관관계를 나타내는 함수 f를 구하고, (2) 새로운 혼합물 시료에 대하여 측정목표물질의 특징값에 대한 측정 요구가 발생할 경우, 이를 측정하는 과정에서 K를 확보하고 함수 f를 K에 적용하여 측정목표물질의 특징값(M)을 추정 및 계산하는 일련의 과정으로 구성되며, 이 과정에서 카이네틱 변화 정보와 상관관계 함수 f를 이용한다는 점이다. 이하에서는 본 발명에 따른 측정목표물질의 특징값 추정방법 및 장치를 혈당 측정에 이용하는 일실시예를 기술한다.
이하에서는 본 발명의 기술을 적용하여 혈당측정에 대한 특징값 추정의 효과를 입증하기 위하여, 동일한 혈당센서를 사용하는 상용 제품과의 비교 실험을 수행한 결과를 기술한다.
도 4는 YSI 2300에 의한 혈당 농도의 정확한 특징값인 참측정값(T)과, 본 발명에 의하여 추정 및 계산된 혈당 농도의 특징값(M)과, 동일 혈당 센서를 사용하는 상용제품 혈당기기의 측정값(C) 및 이들에 대한 평균오차(E)를 포함하는 테이블이다. 이때, ME는 본 발명에 의해 추정된 측정목표물질의 특징값(M)과 참측정값과의 차이의 제곱(오류)를 나타내며, CE는 상용제품 혈당기기의 측정값(C)과 참측정값과의 차이의 제곱(오류)를 나타낸다.
도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의해 추정된 대부분의 특징값(M)들이 상용제품 혈당기기의 측정값(C)들보다 상기 참측정값(T)에 근사한 값을 나타내고 있으며, 평균오차에 있어서도 본 발명에 의해 추정된 특징값(M)들의 평균오차가 상용제품 혈당기기의 측정값(C)들의 평균오차보다 작음을 알 수 있다.
도 5는 도 4의 표에 나타난 데이터의 다른 표현 방식으로, 각 혈액 샘플에 대하여 기준장비인 YSI 2300에 의한 정밀 혈당값(X-축의 '참측정값')과 휴대형 측정장치에 의한 측정치 및 본 발명의 방법에 의한 혈당 계산치(Y-축의 '측정값')를 나타내는 그래프로서, 각각의 값들의 분포가 우상향 대각선에 위치하는 경우 해당 혈액 샘플에 대해서는 측정 오차가 없음을 나타낸다.
즉, 각각의 측정값들이 우상향 대각선에 가까이 위치할수록 우수한 측정 결과를 나타낸다.
도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 방법에 의한 혈당 계산치들이 휴대형 측정장치에 의한 측정치보다 우상향 대각선에 더욱 가까이 위치하는 것을 알 수 있어, 본 발명의 방법에 의한 혈당 계산치의 측정 오차가 더 적음을 알 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양 한 변경과 수정이 가능할 것이다.
도 1은 화학 반응의 결과로 나타나는 카이네틱의 시간적 변화를 곡선으로 나타내는 그래프(카이네틱 곡선)이고,
도 2는 카이네틱 변화 정보를 이용한 측정목표물질의 특징값 추정장치를 나타내는 블록도이고,
도 3은 카이네틱 변화 정보를 이용한 측정목표물질의 특징값 추정방법을 나타내는 흐름도이고,
도 4는 혈당 농도의 정확한 특징값인 참측정값(T), 본 발명에 의하여 추정 및 계산된 혈당 농도의 추정값(M), 동일 혈당 센서를 사용하는 상용제품 혈당기기의 측정값(C) 및 이들에 대한 평균오차(E)를 포함하는 테이블이며,
도 5는 기준장비인 YSI 2300에 의한 정밀 혈당값(X-축의 '참측정값')과 휴대형에 의한 측정치 및 본 발명의 방법에 의한 혈당 계산치(Y-축의 '측정값')를 나타내는 그래프이다.

Claims (10)

  1. 측정목표물질의 특징값에 대한 카이네틱 변화 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 카이네틱 변화 정보 및 미리 결정된 상관관계 함수를 이용하여 상기 측정목표물질의 특징값을 추정하는 단계;를 포함하되,
    상기 카이네틱 변화 정보는 측정목표물질에 대한 특징값의 시간에 따른 변화를 의미하는 것을 특징으로 하는 카이네틱 변화 정보를 이용한 측정목표물질의 특징값 추정방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상관관계 함수는 측정목표물질의 참측정값과 상기 카이네틱 변화 정보와의 상관관계를 나타내며, 상기 측정목표물질의 참측정값은 다수의 시료에 대하여 간섭을 배제한 환경에서 측정된 값인 것을 특징으로 하는 카이네틱 변화 정보를 이용한 측정목표물질의 특징값 추정방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 상관관계 함수는 아래의 수학식 1로 정의되는 평균오차 Eg값을 최소로 하는 것을 특징으로 하는 카이네틱 변화 정보를 이용한 측정목표물질의 특징값 추정방법.
    <수학식 1>
    Figure 112008090747515-PAT00006
    (여기서, n은 시료 샘플의 총 개수이고, i는 각 개별 시료 샘플을 나타내는 인덱스이며, T(i)는 측정목표물질의 참측정값이고, M(i)는 카이네틱 변화를 근거로 상관관계 함수에 의하여 추정된 측정목표물질의 특징값이다. 즉, Eg는 n개의 총 샘플에 대한 평균오차를 나타낸다.)
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정목표물질은 혈액 속에 포함된 글루코스(혈당)인 것을 특징으로 하는 카이네틱 변화 정보를 이용한 측정목표물질의 특징값 추정방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 특징값은 농도이고, 상기 카이네틱 변화 정보는 상기 글루코스 농도에 대한 측정값이 시간에 따라 변화하는 정보인 것을 특징으로 하는 카이네틱 변화 정보를 이용한 측정목표물질의 특징값 추정방법.
  6. 측정목표물질의 특징값에 대한 카이네틱 변화 정보를 획득하는 카이네틱정보 획득부; 및
    상기 카이네틱 변화 정보 및 미리 결정된 상관관계 함수를 이용하여 측정목표물질의 특징값을 추정하는 특징값추정부;를 포함하는 카이네틱 변화 정보를 이용한 측정목표물질의 특징값 추정장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 상관관계 함수는 상기 측정목표물질의 참측정값과 상기 카이네틱 변화 정보와의 상관관계를 나타내는 것을 특징으로 하는 카이네틱 변화 정보를 이용한 측정목표물질의 특징값 추정장치.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 측정목표물질은 혈액 속에 포함된 글루코스(혈당)인 것을 특징으로 하는 카이네틱 변화 정보를 이용한 측정목표물질의 특징값 추정장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 특징값은 농도이고, 상기 카이네틱 변화 정보는 상기 글루코스 농도에 대한 측정값이 시간에 따라 변화하는 정보인 것을 특징으로 하는 카이네틱 변화 정보를 이용한 측정목표물질의 특징값 추정장치.
  10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
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