KR20120114777A - 최종당화산물의 자가형광 측정 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 피부에 축적된 최종당화산물(Advanced Glycation End products, AGE)의 자가형광을 측정함으로써 당뇨와 관련된 다양한 질환들에 대한 평가를 수행하기 위한 형광 측정 장비에 관한 것으로, 본 발명에서는 피부로부터 최종당화산물(AGE) 형광을 측정함에 있어서, 피부 형광 측정의 정확도를 높이고 형광 스펙트럼의 검사 부위를 확장시킬 수 있도록 하는 한편, 간단한 구성으로 설비의 소형화가 가능하여 원하는 부위에서의 선택적인 진단이 가능한 최종당화산물의 자가형광 측정 장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명에서는 이러한 목적을 구현하고자 발산각이 큰 LED 여기광 및 백색광을 사용하였으며 광섬유 프로브를 사용하지 않고 집광수단을 통해 측정 부위에 직접 광을 조사하도록 광학 설계를 함으로써 불필요한 광학계를 줄이고 여기광의 손실을 줄일 수 있도록 장치를 구현함에 목적이 있다.
이를 위해, 본 발명에서는 수광부에서 광섬유 분광기를 사용하지 않고 광 신호가 선형 어레이 검출기와 같은 검출계에 직접 들어가도록 광 설계를 함으로써 형광 신호를 보다 많이 검출하여 신뢰성 있는 데이터를 제공할 수 있도록 하는 한편, 피부 표면을 수광부가 자동 스캐닝하는 방식으로 진단이 이루어질 수 있도록 구현하여 설비의 소형화 및 광검출의 효율성/정확성을 동시에 구현할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에서는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치에 있어서, 여기광원 및 측정 부위로 광을 집광하기 위한 집광 수단을 포함하는 광원부와, 상기 광원부로부터의 반사여기광 및 자가 형광을 전달하는 광전달부와, 반사여기광 및 자가 형광을 검출하는 수광부를 포함하는 광헤드와; 상기 광헤드를 전진 또는 후진 구동시키는 이송부;를 포함하며, 상기 여기광원 및 상기 집광수단은 측정 부위에서의 광조사면과 일정한 각도를 이루면서 여기광을 조사할 수 있도록 광조사면에 대하여 비스듬하게 설치되는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
특히, 본 발명에서는 이러한 목적을 구현하고자 발산각이 큰 LED 여기광 및 백색광을 사용하였으며 광섬유 프로브를 사용하지 않고 집광수단을 통해 측정 부위에 직접 광을 조사하도록 광학 설계를 함으로써 불필요한 광학계를 줄이고 여기광의 손실을 줄일 수 있도록 장치를 구현함에 목적이 있다.
이를 위해, 본 발명에서는 수광부에서 광섬유 분광기를 사용하지 않고 광 신호가 선형 어레이 검출기와 같은 검출계에 직접 들어가도록 광 설계를 함으로써 형광 신호를 보다 많이 검출하여 신뢰성 있는 데이터를 제공할 수 있도록 하는 한편, 피부 표면을 수광부가 자동 스캐닝하는 방식으로 진단이 이루어질 수 있도록 구현하여 설비의 소형화 및 광검출의 효율성/정확성을 동시에 구현할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에서는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치에 있어서, 여기광원 및 측정 부위로 광을 집광하기 위한 집광 수단을 포함하는 광원부와, 상기 광원부로부터의 반사여기광 및 자가 형광을 전달하는 광전달부와, 반사여기광 및 자가 형광을 검출하는 수광부를 포함하는 광헤드와; 상기 광헤드를 전진 또는 후진 구동시키는 이송부;를 포함하며, 상기 여기광원 및 상기 집광수단은 측정 부위에서의 광조사면과 일정한 각도를 이루면서 여기광을 조사할 수 있도록 광조사면에 대하여 비스듬하게 설치되는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 피부에 축적된 최종당화산물(Advanced Glycation End products, AGE)의 자가형광을 측정함으로써 당뇨와 관련된 다양한 질환들에 대한 평가를 수행하기 위한 형광 측정 장비에 관한 것이다.
최종당화산물(Advanced Glycation End products; AGE)은 메일라드 화학 반응(Maillard reaction)의 결과로 신체 기관의 단백질의 산화에서 형성된다. 이러한 반응은 많은 단백질 기능을 손상시킨다. 흡연, 고지방산(high fatty acid)을 포함하는 식사 또는 과클레스테롤혈증 (hypercholesterolemia)과 같은 심장 위험 인자에 노출뿐만 아니라 패혈증(sepsis)과 같은 급성 질환에 의해 산화 스트레스(oxidative stress)가 급속히 증가함에 따라, 최종당화산물(AGE)이 발생한다. 이러한 최종당화산물(AGE)은 전 시간에 걸쳐 느리게 분해되고 축적된다. 최종당화산물(AGE)의 증가는 동맥경화증(atherosclerosis)과 같은 만성 질환의 진행과 관련되며, 사람의 일생동안 나이가 증가함에 따라 신체에 축적되는 경향을 보인다.
고혈당이 지속되는 경우에는 비효소적 단백질 당화(glycation) 및 산화(glycoxidation)의 계속적인 반응이 일어나며 이에 따라 비가역적 당과 단백질의 복합체인 최종당화산물(Advanced Glycation End products; AGE)이 형성된다. 당뇨병, 신부전(renal failure), 심혈관질환(cardiovascular)과 같은 혈관 계통의 질환을 앓고 있는 사람들에게 최종당화산물(AGE)의 축적은 상당히 빨리 진행된다. 최종당화산물(AGE) 생성물은 피부를 포함하여 다양한 조직들에 축적된다. 최종당화산물(AGE)은 자외선 영역 (370 ㎚ 근처에서 최대)의 여기 광 조사에 의해 청색 스펙트럼 영역 (440㎚ 근처에서 최대)에서 자가 형광(AF)을 방사하는 특성을 갖는다.
알려진 바에 의하면, 최종당화산물(AGE)는 일련의 질병에 대해 바이오 마커로써 역할을 할 수 있으며, 비침습적(non-invasive) 방법에 의해 피부의 자가 형광을 측정함으로써 신체 전 기관의 생리적인 상태의 손상을 평가할 수 있다. 그러므로 최종당화산물(AGE)은 연령과 관련된 질병에서 장기간 합병증을 예측한다. 구체적으로, 피부 자가형광의 양은 당뇨병 및 신부전증(renal failure)을 가진 환자에서 증가하고, 혈관합병증(vascular complication)과 관상 동맥 질환(coronary heart disease; CHD)의 진행과 관련된다. 이러한 최종당화산물(AGE)의 축적은 피부 자가형광으로 나타나며 비침습적으로 측정할 수 있으며, 비침습 임상 도구로서 당뇨 및 최종당화산물(AGE) 축적과 관련된 환경에서 장기간의 혈관 합병증의 위험 평가를 위해 유용하다.
피부 자가형광(AF) 측정에 의해 최종당화산물(AGE) 평가를 위해 제안된 방법과 장비로서, 미국특허공개 제2004-186363호(이하, '문헌 1')에서는 환자의 하박 부위의 피부 형광을 측정하여 최종당화산물(AGE)를 평가하는 기술을 제안한다.
문헌 1에서 여기 광원은 300-420 ㎚ 파장 범위의 자외선 영역에서 발광하는 검은 유리의 루미네센스 램프(blacklight fluorescent tube)이다. 광을 수집하고 기록하는 것은 광섬유 분광기에 의해 수행된다. 측정 면적을 증가시키기 위해 광섬유의 끝 면은 장비의 투명창에서 어느정도 거리(d: 5-9 mm)를 두고 배치하였으며, 피부로부터 반사되는 반사광의 영향을 줄이기 위해 광섬유는 창의 표면에 대해 45 각도로 방향을 설정하였다.
구체적으로, 문헌 1에서는 광의 수집 면적을 증가시키기 위해 광을 수집하는 광섬유의 끝 면을 대상 부위로부터 가능한 거리를 띄어서 배치하였으며, 이 경우에 측정되는 대상 부위 면적은 약 0.4㎠이다.
그러나 이 경우에는 측정 대상 부위 면적을 증가시키 위하여 측정 거리(d)를 증가시킴에 따라 수집되는 형광 신호가 크게 감소되는 문제점이 있다. 그러므로, 종래 문헌 1의 경우에는 측정 가능한 피부 면적의 크기 한계로 인하여, 데이터 검출의 신뢰성이 저하되는 문제점이 존재한다. 특히, 이러한 정확도 문제는 피부의 불균질한 것들, 예를 들어 피부의 반점, 혈관, 상처 등과 같은 부위에서 크게 나타나게 된다.
한편, 미국공개특허 제2008-103373호(이하, '문헌 2')에서는 당뇨 환자의 스크린 검사 수행을 위해 최종당화산물(AGE)를 측정하는 유사한 장비에 관하여 개시하고 있다. 문헌 2의 장비는 문헌 1에서와 마찬가지로 광섬유 분광기를 가지고 하박 피부에서의 형광 측정을 수행하도록 구성된다. 다만, 문헌 1에서와 달리, 문헌 2에서는 광섬유 프로브들이 수개의 지선으로 이루어진 번들의 형태로 구성되어 있다.
문헌 2의 장치에서는 발광 다이오드들로부터 방출되는 자외선 및 청색 광이 광섬유 프로브를 통해 피험자의 하박에 조사되며 이로부터 나오는 피부 형광 및 확산 반사광이 프로브를 통해 수집된다. 수집된 광은 분광기에서 파장 분산되어져 선형 어레이 검출기에 의해 감지된다. 광섬유 프로브의 지선 중 두 개 (illumination fibers, channel 1 and channel 2)는 대상 부위에 광을 조사하는 역할을 하며 세 번째 지선(collection fibers)은 대상으로부터 나오는 광을 다채널 분광기에 전달한다. 광섬유 프로브 지선 번들이 결합되는 부분(tissue interface)의 끝 면이 조사되는 피부 부위와 접촉된다.
광섬유 프로브 지선 중의 하나는 반사광 스펙트럼 측정을 위해 백색광 LED 로부터 광이 방사되고, 또 하나의 지선에서는 자외선으로부터 청색 광 스펙트럼 범위 내에서 광을 발광하는 LED 중에 적당한 LED를 스위칭 장치를 통해 선택하여 광을 방사한다(multiple near-ultraviolet and blue LEDs with central wavelengths of 375 ㎚, 405 ㎚, 420 ㎚, 435 ㎚, 460 ㎚). 최적의 형광 여기 조건을 선택하기 위해 다양한 파장을 선택할 수 있도록 하였으며, 반사광 스펙트럼 측정은 멜라닌과 헤모글로빈의 영향에 의해 발생하는 자가 형광을 검출하여 측정 결과를 보정하기 위해 사용된다. 광섬유 번들 안에 각 자의 광섬유는 일정한 순서에 의해 배치되며, 광섬유 지선들이 모아진 광섬유 번들 내에서 세 개의 각 지선으로 나오는 광섬유들은 모자이크 형태로 간격은 b=0.5㎜로 하여 순번으로 배치된다.
그러나 문헌 2에서는 광섬유 프로브를 통해 피험자의 하박에 광이 조사되도록 구성함에 따라 광의 전달 매체로서 광섬유 프로브를 포함하고 있어, 이러한 광섬유 프로브가 갖는 고유한 문제점이 발생한다. 즉, 광섬유는 자체 매질 특성에 따라 특정 파장별 전달 손실이 발생하는 문제점이 있으며, 또한, 광원에서 발생하는 광을 광섬유 전반사 조건에 맞추어 입사시키기 위한 부가적인 광학 설계 및 광학계가 필요하다.
아울러, 위 문헌 1, 2의 장치들은 공통적으로 광을 수광하는 수광부에서 광섬유를 사용하고 있어, 수광부에서의 광섬유 프로브 자체가 갖는 고유한 문제점이 병존하며, 상기 문헌들에서는 광섬유 분광기와 선형 어레이 검출기를 사용하도록 구성됨으로써 최종당화산물의 자가 형광 신호 파장이 선형 어레이 검출기에서 점유되는 검출 면적이 상대적으로 작아지는 단점이 있다. 그러므로, 검출되는 형광 신호가 분산되고 선형 어레이 검출기에서 검출하고자하는 파장의 광 세기가 상대적으로 작아지게 된다. 또한, 광섬유 프로브, 광섬유 분광기 등을 포함하고 있어 설비를 소형화할 수 없는 문제점이 존재하였다.
한편, 위 문헌 1, 2에 개시된 진단 장치들은 당뇨성 질환으로, 당뇨병에 흔히 수반되는 당뇨성 발(Diabetic Foot)과 같은 질환에 대해서는 전혀 진단할 수 없는 문제점이 존재한다.
이러한 당뇨성 발의 경우 질병의 진행에 따라 당뇨성 족부 궤양이 발생하며 결국에는 하지 절단까지 진행되는 위험한 질환이다. 당뇨를 가진 전체 환자의 15%에서 당뇨발이 발생하는 것으로 보고되고 있으며, 전체 하지 절단환자의 40~60%가 당뇨환자이다. 하지 절단 환자의 80% 이상은 족부궤양이 원인이며, 하지 절단을 하는 대부분은 전문가가 관찰하지 못한 경우이다. 당뇨 발을 가진 약 90% 이상의 환자는 초기에 적절한 조치를 취할 경우 하지 절단없이 치유될 수 있다. 자가 형광 측정 검사는 당뇨발의 초기 진단을 위해 사용될 수 있다. 당뇨발 초기에는 하지 중의 하나에서 다른 쪽 발보다 먼저 질환이 발생한다. 따라서 형광 검사에 의한 당뇨발의 초기 진단은 발의 대칭부위의 피부의 형광 정도를 비교 평가함에 의해 알 수 있다. 그러므로, 일반적인 당뇨 진단과 함께, 당뇨발과 같은 질환을 조기 진단하기 위해서는, 측정을 원하는 신체 부위에 대한 선택적인 진단이 가능한 진단 장치가 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서는 피부로부터 최종당화산물(AGE) 형광을 측정함에 있어서, 피부 형광 측정의 정확도를 높이고 형광 스펙트럼의 검사 부위를 확장시킬 수 있도록 하는 한편, 간단한 구성으로 설비의 소형화가 가능하여 원하는 부위에서의 선택적인 진단이 가능한 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공하고자 한다.
특히, 본 발명에서는 이러한 목적을 구현하고자 발산각이 큰 LED 여기광 및 백색광을 사용하였으며 광섬유 프로브를 사용하지 않고 집광수단을 통해 측정 부위에 직접 광을 조사하도록 광학 설계를 함으로써 불필요한 광학계를 줄이고 여기광의 손실을 줄일 수 있도록 장치를 구현함에 목적이 있다.
또한, 본 발명에서는 수광부에서 광섬유 분광기를 사용하지 않고 광 신호가 선형 어레이 검출기와 같은 검출계에 직접 들어가도록 광 설계를 함으로써 형광 신호를 보다 많이 검출하여 신뢰성 있는 데이터를 제공할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에서는 피부 표면을 수광부가 자동 스캐닝하는 방식으로 진단이 이루어질 수 있도록 구현하는 한편, 이러한 스캐닝 방식의 진단이 가능하도록 소형화 및 광검출의 효율성/정확성을 동시에 구현할 수 있는 진단 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명에서는 광섬유 프로브, 분광기 등을 포함하지 않는 간단한 구조의 광헤드를 구현함으로써 소형화가 가능하고, 자동 스캔 방식에 따라 임의의 피부 측정부위에서 손쉽게 광신호를 측정할 수 있도록 구현함으로써, 당뇨병과 관련된 질환, 특히 당뇨성 발과 같은 질환을 용이하게 진단할 수 있는 측정 장치를 제공함을 목적으로 한다.
따라서, 본 발명에서는 피부의 자가형광 측정에 의한 최종당화산물(AGE)를 정확하게 평가함으로써 당뇨와 관련된 다양한 질환들에 대한 진단 가능성을 향상시킨다.
구체적으로, 본 발명에서는 A) 일반 다수를 대상으로 신속한 검사를 통해 당뇨 잠재 환자를 알아내는 진단 기능, B) 당뇨성 혈관 합병증의 위험 진행 평가, C) 당뇨발 증후군의 초기 검사와 같은 여러 진단 기능들을 복합적으로 수행할 수 있는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공하고자 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치에 있어서, 여기광원 및 측정 부위로 광을 집광하기 위한 집광 수단을 포함하는 광원부와, 상기 광원부로부터의 반사여기광 및 자가 형광을 전달하는 광전달부와, 반사여기광 및 자가 형광을 검출하는 수광부를 포함하는 광헤드와; 상기 광헤드를 전진 또는 후진 구동시키는 이송부;를 포함하며, 상기 여기광원 및 상기 집광수단은 측정 부위에서의 광조사면과 일정한 각도를 이루면서 여기광을 조사할 수 있도록 광조사면에 대하여 비스듬하게 설치되는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 여기광원은 중심파장 370nm(대역폭 ±20nm)의 자외선 광을 방사하는 자외선 LED인 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 여기광원 앞에 단파장 통과 필터가 설치되는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 광원부에는 측정 부위에서의 가시광 영역을 관찰하기 위한 백색광원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 여기광원과 상기 백색광원을 선택적으로 조사할 수 있도록 상기 광원부에 광로 전환 미러가 설치된 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 집광수단은 원형 렌즈와 실린더형 렌즈가 조합된 광학계인 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 집광수단은 내벽이 반사를 통해 광을 전달할 수 있는 반사 거울로 이루어진 광도파관인 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 광도파관은 사각형의 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 광도파관은 여기광원 측으로부터 측정 부위 측으로 갈수록 좁아지는 사다리꼴 형태의 종단면을 가지는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 광도파관의 덮개인 방열판을 포함하며, 상기 방열판 상에 여기광원이 설치되는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 방열판에는 여기광원과 함께 백색광원이 배치되는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 광전달부는 측정부위로부터 광 수집을 위한 렌즈, 한 초점에 모아 다시 퍼뜨리는 렌즈 및 평행광을 만들어 전송하는 렌즈가 조합된 광학계인 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 광전달부는 광원부로부터 입사되는 광을 일정한 각도로 비스듬하게 측정부위에 굴절 입사시키는 한편, 피부로부터 2차 방사되는 형광 신호를 재반사시켜 반사여기광의 경로로부터 형광신호 경로(B)를 이탈시키도록 구성된 프리즘인 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 광전달부는 광원부로부터 입사되는 광을 일정한 각도로 비스듬하게 측정부위에 굴절 입사시키는 한편, 피부로부터 2차 방사되는 형광 신호와 여기 반사광(A)의 경로를 형광신호 경로(B)에서 이탈시키도록 구성된 광로 전환 거울인 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 광전달부는 말굽형 배열을 한 광섬유 다발, 한 초점에 모아 다시 퍼뜨리는 렌즈 및 평행광을 만들어 전송하는 렌즈를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 수광부는 복수의 대역통과필터가 조합된 배열필터 및 상기 배열필터를 거친 광을 검출하는 선형 어레이 검출기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 수광부는 특정한 파장 대의 광만을 선택적으로 투과시키는 복수의 미러로 구성되는 광 분배기 및 상기 광 분배기를 통과한 광을 검출하는 수광소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 미러는 다이크로익 미러인 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 광 분배기와 수광소자 사이에 설치되는 집적렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 수광부는 상기 광원부로부터 입사되는 광의 광경로의 좌우측으로 마주보도록 배치되어 자가 형광을 검출하는 한 쌍의 선형 어레이 검출기와 상기 광원부의 맞은편 위치에서 반사 여기광을 검출하도록 설치된 광다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 수광부는 상기 광원부로부터 입사되는 광의 광경로의 좌우측으로 마주보도록 배치되어 자가 형광을 검출하는 한 쌍의 선형 어레이 검출기와, 상기 광원부의 맞은편 위치에서 반사 여기광을 검출하도록 설치된 광다이오드와, 상기 광원부의 맞은편 위치에 백색광을 검출하기 위하여 설치되는 면형 어레이 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 한 쌍의 선형 어레이 검출기 앞에는 선택된 형광 신호만을 검출하기 위한 대역 통과 필터가 설치되며, 바람직하게는 상기 대역 통과 필터는 440nm±20nm 또는 480nm±20nm로 설정되는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 면형 어레이 검출기 앞에는 화질 향상을 위해 700 nm 이상의 적외선을 차폐하는 적외선 차폐 필터(33)가 설치되는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 이송부는 구동력을 제공하는 구동 모터 및 전후진의 직선 구동을 안내하는 레일을 포함하는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 이송부는 이송되는 광헤드의 위치를 감지하기 위한 위치센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 이송부는 미리 지정된 위치에서 좌우로 직선 구동가능하도록 구성되어, 사각형의 광헤드 이송 경로를 형성하는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 광헤드의 수광부를 통하여 검출된 광신호를 처리하여 진단 결과를 산출하는 신호처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
또한, 입력을 제어하는 키패드부 및 피검자의 정보를 포함하는 바코드를 인식하기 위한 바코드 인식기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 바코드 인식기의 피검자 정보 및 수광부의 검출 광신호를 상기 신호처리부로 송신하며, 상기 신호처리부의 진단 결과를 수신받는 무선 제어부를 더포함하는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 신호처리부에 의하여 산출된 진단 결과를 출력하기 위한 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
또한, 피부와 광헤드를 포함하는 측정단말기를 격리하는 BK-7 유리 재질의 검측창을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명에서는 피부의 자가 형광을 평가하여 당뇨성 질환을 용이하게 진단할 수 있는 것으로, 잠재성 당뇨환자 파악을 위한 대량 검사가 가능하며, 심장-혈관 및 관련 합병증의 위험이 예측가능하고, 당뇨발의 증세에 대한 초기 진단이 가능하다.
둘째, 본 발명의 측정 단말기를 피부에 접촉하여 자동 스캐닝 방식으로 측정이 이루어지므로, 비침습적(non-invasive) 방법에 의한 실시간 측정이 가능하다.
셋째, 소형의 측정 단말기는 질병에 관한 정확한 진단을 수행하기 위한 최적의 장소를 임의로 선택하여 측정할 수 있다.
넷째, 자동 스캐닝 방식으로 측정가능하여, 측정 대상 부위의 면적을 일정 수준 이상으로 확대할 수 있어 피부에서 지엽적으로 불균일하게 발생하는 오차 요인을 제거함으로써 신호의 신뢰성을 향상시켜 진단의 정확도를 개선하는 효과가 있다.
다섯째, 본 발명에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치는 측정 오차 및 안정성이 향상되는 효과가 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치는 피부 접촉면에 여기광 연속 조사로 피부 조건에 대한 영향을 완화하고, 광섬유의 사용을 배제함으로써, 광전달 경로상에 존재하던 오차요소인 신호 스펙트럼 변형 영향 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명에서는 저출력 LED 광원을 채용하여 전원 제어 및 광원 안정성이 증가되는 효과가 있으며, 설비에 비하여 비교적 넓은 범위 (15~20 cm2)에서 평균값을 획득하고 연산할 수 있어, 오차가 감소하고 피부조건(색, 점, 상처등)에 의한 영향 최소화시킬 수 있어 검사의 신뢰도가 증대된다. 아울러, 본 발명에서는 모터 구동에 의한 자동 스캔 방식으로 구현되므로, 수동 검사로 인한 광량의 불균일성을 제거하고, 차폐된 자동 스캔으로 주위 빛에 의한 영향을 차단하여 검사의 오차요소를 제거하고, 검사의 재현성을 증가시켜 데이터 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
여섯째, 본 발명에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치에서는 분광기 및 광섬유 모듈 등을 배제하고 구현되므로, 종래 기술에 비하여 설비 제조 원가 절감이 가능하고, LED 광원의 저출력화에 따른 사용 수명 증가로 장비 수명이 연장되므로 경제성을 가진다.
일곱째, 본 발명에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치에서는 휴대 가능한 크기로 측정 단말기를 소형화시킬 수 있으며, 무선 단말기 형태로 구현함으로써 피검자의 측정이 용이하고, 자동 스캔 방식으로 검사 편의성을 제공할 수 있다.
여덟째, 피검자 정보인식용 장치를 통해 병원의 환자관리 프로그램 데이터베이스와 연계하여 실시간 질병 관리가 가능할 수 있다.
아홉째, 여러 피검사자들의 측정 데이터를 비교하기 위해 생물학적인 연령에 의존하지 않는 매개변수를 사용함으로써, 별도의 보정 없이 전연령에 대한 진단을 수행할 수 있다.
열째, 단말기에 측정 시작 및 종료에 관한 스위치 및 계기 기능을 수행하는 원거리 제어/계기 모듈을 장착하여, 검사자가 단말기를 피부에 접촉한 상태에서 단시간(5초 이내) 간단하게 진단을 수행할 수 있는 효과가 있다.
열한째, 장비 사용이 간편하여 검사자가 특별한 교육 과정이 필요치 않으며 피검사자를 위한 준비 과정이 간편한 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치의 개략적인 구성을 도시한 것이고,
도 2는 본 발명에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치에서의 광원부에 대한 바람직한 구현예를 도시한 것이고,
도 3은 본 발명에서의 광원부에 대한 또 다른 바람직한 구현예로서, 광도파관을 포함한 광원부를 도시한 것이고,
도 4는 도 3의 광원부에서 광원으로부터 발광하는 광이 광도파관를 통해 측정부위에 조사되는 예를 도시한 것이고,
도 5는 본 발명에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치에서의 광전달부를 개략적으로 도시한 것이고,
도 6은 본 발명에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치에서의 광전달부에 대한 바람직한 구현예를 도시한 것이고,
도 7(a)는 본 발명에서의 광전달부에 대한 또 다른 바람직한 구현예로서, 프리즘을 포함한 광전달부를 도시한 것이고,
도 7(b)는 본 발명에서의 광전달부에 대한 또 다른 바람직한 구현예로서, 광로 전환 거울을 포함한 광전달부를 도시한 것이고,
도 8은 도 7(a)의 프리즘이 적용된 광전달부의 구체적인 적용예를 도시한 것이고,
도 9는 본 발명에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치에서의 광전달부에 대한 또 다른 바람직한 구현예를 도시한 것이고,
도 10 및 11은 본 발명에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치에서의 수광부에 대한 바람직한 구현예를 개략적으로 도시한 것이고,
도 12는 본 발명에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치에서의 수광부에 대한 다른 구현예를 도시한 것이고,
도 13은 본 발명에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치에서의 수광부에 대한 또 다른 구현예의 평면도(a) 및 측면도(b)를 도시한 것이고,
도 14 및 도 15는 본 발명에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치에서의 이송부를 개략적으로 도시한 것이고,
도 16은 본 발명에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치에서의 이송부의 또 다른 구현예에 대한 작동례를 도시한 것이고,
도 17은 본 발명에 따라 구현된 최종당화산물의 자가형광 측정 단말기의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치에서의 광원부에 대한 바람직한 구현예를 도시한 것이고,
도 3은 본 발명에서의 광원부에 대한 또 다른 바람직한 구현예로서, 광도파관을 포함한 광원부를 도시한 것이고,
도 4는 도 3의 광원부에서 광원으로부터 발광하는 광이 광도파관를 통해 측정부위에 조사되는 예를 도시한 것이고,
도 5는 본 발명에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치에서의 광전달부를 개략적으로 도시한 것이고,
도 6은 본 발명에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치에서의 광전달부에 대한 바람직한 구현예를 도시한 것이고,
도 7(a)는 본 발명에서의 광전달부에 대한 또 다른 바람직한 구현예로서, 프리즘을 포함한 광전달부를 도시한 것이고,
도 7(b)는 본 발명에서의 광전달부에 대한 또 다른 바람직한 구현예로서, 광로 전환 거울을 포함한 광전달부를 도시한 것이고,
도 8은 도 7(a)의 프리즘이 적용된 광전달부의 구체적인 적용예를 도시한 것이고,
도 9는 본 발명에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치에서의 광전달부에 대한 또 다른 바람직한 구현예를 도시한 것이고,
도 10 및 11은 본 발명에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치에서의 수광부에 대한 바람직한 구현예를 개략적으로 도시한 것이고,
도 12는 본 발명에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치에서의 수광부에 대한 다른 구현예를 도시한 것이고,
도 13은 본 발명에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치에서의 수광부에 대한 또 다른 구현예의 평면도(a) 및 측면도(b)를 도시한 것이고,
도 14 및 도 15는 본 발명에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치에서의 이송부를 개략적으로 도시한 것이고,
도 16은 본 발명에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치에서의 이송부의 또 다른 구현예에 대한 작동례를 도시한 것이고,
도 17은 본 발명에 따라 구현된 최종당화산물의 자가형광 측정 단말기의 개략적인 구성도이다.
본 발명은 피부의 자가형광 측정을 이용하여 원하는 신체 부위에서의 최종당화산물(AGE)를 정확하게 평가함으로써 당뇨와 관련된 다양한 질환들에 대한 정확한 진단이 가능한 질병 진단 장치에 관한 것으로, 당뇨 잠재 환자의 파악, 당뇨성 혈관 합병증의 진단, 당뇨발 증후군의 초기 검사를 복합적으로 수행할 수 있는 진단 장치를 제공한다.
이를 위하여, 본 발명에서는 광원부로부터 피부로 조사되는 광에 의한 자가 형광(F) 및 반사 여기광(R)을 검출하고, 검출된 자가 형광(F) 및 반사 여기광(R)의 비에 해당하는 형광 매개변수(F/R)를 산정한 다음, 각 당뇨성 질환에 적합한 보정 매개변수들의 연산을 통하여 당뇨성 질환 진단을 수행하도록 구성된다.
그러므로, 본 발명에서는 기준 파라미터인 자가 형광(F) 및 반사 여기광(R), 특히, 반사 여기광에 비해 강도가 매우 약해 정확한 측정이 곤란한 자가 형광 신호를 소형화된 설비로도 정확하게 검출가능하도록 구현함으로써, 피검자의 정확한 진단 결과를 제공할 수 있도록 구성된다.
이를 위하여, 본 발명에서는 형광 측정의 정확도를 향상시키고, 질환과 관련된 피부 부위에서의 측정을 위하여 여기광을 제공하는 광원에서 발광하는 광을 집광수단에 의하여 직접 피부 부위에 조사하도록 하였으며, 형광 신호를 최대한 수집하기 위해 검출 면적을 가능한 넓게 구성하였다. 또한 분광기를 사용하지 않으며 광섬유 및 렌즈 등의 광학계를 최소로 사용하도록 광학 설계를 함으로써 장비를 소형화시키고 임의의 장소의 피부 측정 부위에서 측정 면적을 증가시키기 위해 자동 광학 스캔이 가능하도록 하였다.
본 발명에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치의 주요한 특징은 다음과 같다.
먼저, 본 발명에서는 광원부에서 발광하는 광을 측정부위에 전달하는데 있어서, 광섬유를 사용하지 않고 집광수단을 통해 피부로 직접 광을 전달하도록 구성된다.
본 발명에서는 이러한 기능을 수행하는 집광수단으로, 렌즈들로 구성된 광학계 또는 반사 거울들로 구성된 광도파관을 포함하도록 구성한다. 그러므로, 본 발명에서는 종래 광섬유를 사용함에 따른 제약인 광원 사용 파장 범위 제약 및 광섬유 전반사 조건을 만족하기 위한 광학계 구성 및 광손실 등을 제거할 수 있다.
특히 LED 광원의 경우 광이 발산하는 발산각이 매우 크므로 광을 집속하는 광학계 구성이 어려운 반면, 광도파관을 사용하는 경우는 LED 광들이 광도파관에서 수차례 반사되며 진행하여 측정부위에 광손실 없이 균일한 광을 제공할 수 있다. 광도파관을 사용하는 경우에는 특별한 광학계는 필요하지 않다. 또한, LED 광원을 냉각시키는 판을 광도파관의 덮개로 사용함으로써 최소한의 부품이 들어가게 된다. 한편, 여기광원 뿐만 아니라 백색광원을 추가로 넣을 경우에도 쉽게 광원을 추가할 수 있다.
다음으로, 본 발명에서의 광전달부에는 측정부위인 피부가 노출되며, 이러한 측정 부위는 후술할 이송부에 의해 광전달부와 같이 상기 측정부위도 이동하면서 주어진 프로그램에 따라 전체 측정부위를 스캔하게 된다. 그러므로, 종래 고정된 면적만을 측정하는 기존 장비들에 비하여 피부 측정 면적을 크게 증가할 수 있으며, 또한 다량의 형광 데이터를 수집하게 됨에 따라 측정의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서의 광전달부에서는 광학 프리즘 또는 광로 전환 거울을 사용하도록 구성될 수도 있으며, 이 경우 광 경로 변경이 용이하여 광원들을 측정부위와 평행하게 배치가 가능하게 되어 광설계가 용이하고 장치를 소형으로 하는데 유리하며, 반사여기광과 피부로부터 발생하는 형광의 방향을 다르게 진행하도록 유도하여 수광부의 검출 설계를 용이할 수 있다.
한편, 수광부와 관련, 본 발명에서는 기존 장비들에서 사용되던 광섬유 연결형 분광기를 제거하고, 렌즈로 구성된 광학계를 사용하거나 말굽형 광섬유 다발(도9)을 사용하고 수집된 광은 파장 선택된 파장의 대역통과필터를 걸쳐 선형 어레이 검출기 또는 수광소자(광다이오드)로 보냄으로써 분광기를 사용한 경우보다 특정 파장대의 광신호를 보다 넓은 면적에서 검출할 수 있다.
구체적인 예로써, 본 발명에서 측정하고자 하는 주요 관심사인 최종당화산물의 주요 형광 파장 대인 440 nm 근방의 형광을 받을 수 있도록 상기 수광부에 대역통과필터들을 배치함으로써 검출기 면적을 크게 할 수 있다. 또는 헤모글로빈과 멜라닌의 광 흡수를 최소화하고 플라빈의 주요 형광 파장대인 500 nm 이상을 피하고 최종당화산물의 형광 파장대인 460 nm에서 500 nm 사이의 광이 통과하는 대역통과필터를 구성할 수 있다.
그러므로, 본 발명에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치에서는 종래 분광기를 사용하여 모든 파장대에서 균일하게 분산하고 검출하는 방식과는 달리, 원하는 파장대의 광신호만을 선별하여, 광검출기의 넓은 면적에서 광신호를 수집할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치에서는 광섬유 또는 렌즈를 사용하지 않고 직접 형광을 수집하도록 수광부를 설계함으로써, 광학 장비를 단순화할 수 있다. 이러한 수광부에서는 형광 여기광 조건에서는 선택된 파장의 대역통과필터를 거쳐 선형 어레이 센서로 형광 신호가 직접 들어가는 한편, 반사 여기광은 광 다이오드로 들어가도록 구성함으로써 형광 및 반사 여기광 신호를 검출하며, 백색광 조건에서는 반사된 백색광이 칼라 면형 어레이 센서로 들어가도록 구성하여 백색광 신호를 검출한다.
형광 수집을 최대로 하기 위해 여기광의 측면에 선형 어레이 검출기를 배치하였으며, 대역통과필터는 관심있는 파장 대역으로 설정할 수 있다. 예로써 대역통과필터를 440 nm ± 20nm로 설정할 수 있다. 한편, 반사 여기광은 여기광 진행 방향에 광 다이오드를 설치하여 반사 여기광의 강도를 측정한다. 이 경우 반사 여기광의 강도는 형광에 비하여 수천 배 이상 강하여 포함된 형광 신호를 무시할 수 있으므로 특별히 광 다이오드 앞에 광학 필터를 설치할 필요가 없다. 한편 백색광 조건에서 피부를 관찰하기 위해 면형 어레이 검출기를 설치할 수 있으며, 바람직하게는 상기 면형 어레이 검출기를 상기 광원부와 같은 방향에 설치할 수 있다.
본 발명에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치에서는 상술한 바와 같은 구성의 광원부, 광전달부 및 수광부를 포함하는 광헤드를 이송하기 위한 장치 이송부를 포함하며, 상기 장치 이송부에서는 상기 광헤드를 모터와 같은 이송 수단을 이용하여 측정 부위 면을 따라 이동시킬 수 있도록 구성한다. 상기 이송부는 레일 설계에 따라 측정 부위의 면적을 조절할 수 있으며 소형화된 광헤드 크기에도 불구, 상당한 피부 면적에 대하여 안정적인 측정이 가능하여, 충분한 데이터로부터 측정 정보의 신뢰성을 높일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치를 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치의 개략적인 구성을 도시하고 있는 것으로, 본 발명에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치는 자가 형광 신호 등을 검출하기 위한 측정 단말기(100) 및 모든 신호를 수집, 제어, 처리하고 표시, 출력하는 신호처리부(200)를 포함하여 이루어진다.
상기 측정 단말기(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 여기광을 공급하는 광원부(10), 여기광을 전달하는 광전달부(20) 및 이차 방사광을 측정하는 수광부(30)로 이루어지는 광헤드(40)를 포함하고, 상기 광헤드를 측정 범위에서 이동시키는 이송부(50)와 전원을 공급하는 전원부(60)를 포함하여 구성되며, 상기 측정 단말기는 피부의 측정 부위 상에 직접 접촉하여 당뇨성 질환 진단을 수행한다.
또한, 상기 신호처리부(200)는 데스크탑 또는 노트북과 같은 연산 처리 장치를 사용할 수 있으며, 여기광 및 형광 신호를 처리하고 연산하는 신호를 제어하며 상기 측정 단말기와의 통신을 제어하며 피검자의 정보와 과거 병력등의 DB를 관리한다. 또한 자판 입력과 ID 관리를 위한 피검자 정보인식 장치를 제어하며 제어 및 측정과정과 결과를 표시하는 표시부를 운용할 수 있다.
또한, 장치 내에서 측정의 신뢰성 및 각 장비들로부터 획득된 결과 비교를 위해 사각 평면의 형태의 반사 및 형광 표준 샘플(300)을 제공할 수 있다.
한편, 도 1의 구현예에서는 여기광원인 광원부(10)를 최종당화산물(AGE)의 가장 강한 광 흡수대인 370nm 근방에서 최대값을 갖는 자외선 발광 LED(11)로 채택하였으며, 400nm 이상의 파장을 차폐하는 단파장 통과 필터(13)를 자외선 LED 앞에 설치하였다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 구현예에서는 피부의 상태를 파악하기 위해 가시광에서 발광하는 백색광 LED(12)를 추가적으로 설치할 수 있으며, 광로 전환 거울(14)을 통해 자외선 광원 또는 백색 광원을 선택하여 여기광 또는 백색광을 선택적으로 피부로 조사할 수 있다.
본 발명에서는 측정 부위로의 광의 전달은 여기광량의 감쇠를 피하고 전달과정에서의 변형 및 변질을 피하고 연속적인 광조사가 피부에 이루어지도록 광섬유를 배제하고 광원부를 구현한 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 본 발명에서는 여기광원으로부터의 집광수단을 거친 광이 피부 표면에 조사되도록 구성함에 있어서, 상기 여기광원 및 상기 집광수단이 측정 부위에서의 광조사면과 일정한 각도를 이루면서 여기광을 조사할 수 있도록 상기 여기광원 및 집광수단이 광조사면에 대하여 비스듬하게 설치되도록 구성한다. 즉, 상기 여기광원 및 집광수단의 광경로 상의 중심축이 광조사면에 대하여 비스듬하게 설치되게 된다.
도 2 및 도 3에서는 이러한 집광 수단을 포함하는 광원부의 바람직한 구현예를 도시하고 있다.
먼저, 도 2에서는 집광수단을 포함하는 광원부의 바람직한 구현예로서, 구형과 실린더형 렌즈가 조합된 광학계(15)를 사용하여 여기광원(11)으로부터 발산하는 광을 측정하고자 하는 부위로 집광하도록 구현된 광원부를 나타내고 있으며, 도시되지는 않았으나, 피부 표면에서의 광조사면은 상기 여기광원(11) 및 집광수단과 일정한 각도를 이루면서 비스듬하게 형성되도록 구성된다.
더욱 바람직하게는 도 2에 도시된 바와 같이, 백색광 관찰을 수행할 수 있도록 설치되는 백색광원 및 광로 전환 거울을 더 포함하도록 구성하여 백색광 또는 여기광을 선택적으로 피부에 조사할 수 있도록 구성할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예로 제작된 최종당화산물의 자가형광 측정 장치에서는 여기 광원으로 출력 100mW, 발산각 120도, 중심파장 370nm(대역폭 ±20nm)의 자외선 광을 방사하는 자외선 LED(11)를 설치하였으며, 측정 부위에서의 가시광 영역을 관찰하기 위한 백색광원으로는 출력 100mW, 발산각 120도의 백색광 LED(12)를 각각 설치하였다. 또한, 자외선 LED 앞에는 단파장 통과 필터(400nm 이상 차단)(13)를 설치하는 한편, 광로 전환 거울(14)을 설치하여 자외선 광원과 백색광원의 광의 선택적인 조사가 가능하도록 하였다. 아울러, 본 구현예에서는 넓은 각(광각)으로 발산되는 광속을 평행한 사각광으로 형성시키는 광학계(15)를 설치하였다.
또한, 본 발명에서의 집광수단을 포함하는 광원부의 또 다른 바람직한 구현예로서, 도 3에서는 집광수단으로 특수 조합거울을 이용한 광도파관(17)을 사용한 예를 도시하고 있다. 구체적으로, 본 구현예에서의 집광수단은은 그 내벽이 반사를 통해 광을 전달할 수 있도록 반사 거울로 이루어진 광도파관(17)으로 구성된다.
이러한 광도파관은 내부 반사를 통하여 측정 부위에 면광을 조사하는 것으로, 바람직하게는 도 3(a), (b)에 도시된 바와 같이, 사각형의 횡단면을 가지도록 구성할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 측정 부위 측으로 갈수록 좁아지는 사다리꼴 형태의 종단면을 가지도록 구성할 수 있다. 다만, 상기 광도파관의 구체적인 구조는 도 3에서와 같은 단면 구조로 한정되지는 않는다.
도 3을 참조하여 본 구현예에서의 광도파관을 상세하게 설명하면, 도 3의 구현예에서는 사각형 모양의 면(Square)광이 피부 부위에 균일하게 조사될 수 있도록 도 3a의 종단면에 수직한 평면에 대한 횡단면이 사각형이 되도록 구성한 것이다. 한편, 이러한 단면 구조는 피부 표면의 광조사면에 대한 구체적인 형태 변경을 위하여, 필요에 따라 적절히 변경될 수 있다. 다만, 도 3의 구현예에서는 스캐닝 동작 방식에서 광헤드가 이송됨에 따라 스캐닝되는 측정 부위가 실제 광 조사면과 연속적으로 일치될 수 있도록 사각형 형태의 단면 구조를 채택함으로써, 측정 부위 전체에서 균일한 광이 조사되는 연속적인 스캐닝 방식이 자연스럽게 구현되도록 하였다. 즉, 도 3에서와 같이 LED 광원으로부터 광각으로 발산되는 광속을 평행한 사각형 형태의 광으로 형성시키기 위해 광도파관은 사각뿔대형 조합거울(17)로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 상기 광도파관의 내벽에서는 광을 잘 반사시키기 위해 알루미늄 코팅과 같은 고반사 코팅을 형성할 수 있다.
그러므로, 도 3의 구현예에서는 적절한 각도를 유지하는 반사 거울의 조합으로 구성된 광도파관(17)에 의하여 광원부 내에 설치된 1개 또는 여러 개의 광원 LED로부터 별도의 광학계 없이 면형 광빔을 추출하는 변형이 가능하다. 또한, 도 3의 광원부에서는 이러한 광도파관 외에 광도파관의 덮개로 LED 방열판(16)을 사용하여 방열이 용이하도록 구성할 수 있다.
도 4는 상술한 바와 같은 구성을 갖는 도 3에서의 광도파관에 의해 평면형 광빔이 측정부위(1)에 조사되는 예를 도시한 것으로, 도 4에서는 광도파관을 거친 사각형 면광이 피부 측정 부위에서 광조사면을 이루는 한편, 상기 광원부와 광도파관이 피부 표면을 기준으로 광조사면과 일정한 각도를 형성하도록 비스듬하게 배치됨으로써, 도 4의 화살표와 같은 방향으로 광조사 및 이차 방사가 진행될 수 있도록 구성된다.
한편, 본 발명에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치에서는 광원부로부터의 광을 전달하는 광전달부를 포함한다. 도 5는 이러한 광전달부(20)의 구체적인 예를 도시한 것으로, 도 5의 광전달부는 광원부(10)에서 적절한 각으로 입사된 광에 의한 반사광 및 형광을 수광부(30)로 광손실 없이 전달하기 위한 도광로로서, 실린더형 렌즈와 구형렌즈가 조합된 광학계(21)를 포함하여 구현된 예이다.
광학계를 포함하는 광전달부의 구체적인 예는 도 6 내지 도 10에 구체적으로 도시되어 있으며, 특히 도 6에서는 다수의 렌즈가 조합된 광전달부의 구현예로서, 본 구현예에서의 광전달부(20)는 피부의 측정부위(1)로부터 광 수집을 위한 렌즈(21a), 한 초점에 모아 다시 퍼뜨리는 렌즈(21b), 계산된 폭의 평행광으로 만들어 전송하는 렌즈(21c)를 포함하는 광학계(21)로 구성될 수 있다. 이러한 광전달부는 측정 부위 상의 광조사면의 상측으로 상기 광조사면에 근접 배치될 수 있다.
한편, 도 7에서는 상술한 광전달을 위한 다른 방식으로 광전달부에 프리즘(22)을 배치한 것을 도시하고 있는 것이며, 도 8에서는 광전달부에 프리즘이 적용된 구성도를 개략적으로 도시한 것이다.
구체적으로, 도 7(a)의 프리즘(22)을 포함하는 광전달부에서는 광원부로부터 입사되는 광을 적절한 각도로 피부에 굴절 입사시키는 한편, 피부로부터 2차 방사되는 형광 신호를 프리즘(22)을 통해 재반사시켜 여기 반사광의 경로(A)를 형광신호 경로(B)에서 이탈하도록 유도함으로써 간단한 구조로 신호 광들을 용이하게 분리될 수 있도록 구성된다. 또한 도 7(b)의 광로 전환 거울(23)을 포함하는 광전달부에서는 광원부로부터 입사되는 광을 광로 전환 거울(23)에서 적절한 각도로 피부에 굴절 입사시키는 한편, 피부로부터 2차 방사되는 형광 신호와 여기 반사광의 경로(A)를 형광신호 경로(B)에서 이탈하도록 유도함으로써 간단한 구조로 신호 광들을 용이하게 분리될 수 있도록 구성된다.
이와 같이 프리즘 또는 광로 전환 거울을 포함하는 광전달부의 경우, 피부 표면과 평행한 방향으로 광원부로부터 광이 입사할 수 있도록 구현할 수 있으며, 수광부도 피부 표면에 근접 배치시킬 수 있어 측정 장치의 두께를 감소시켜 추가적인 소형화가 가능하다.
또한, 도 9에서 보는 바와 같이 본 발명에서의 광전달부는 형광 신호를 수집하여 후단 수광부로 보내기 위한 말굽형 배열을 한 광섬유 다발(24)을 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 광전달부는 수광부(30)로 연결된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 광원으로부터 피부로 조사되는 광에 의한 자가 형광은 상기 말굽형 광섬유 다발로 수집되며, 모아진 광들은 한 초점에 모아 다시 퍼뜨리는 렌즈(21b)와 계산된 폭의 평행광으로 만들어 전송하는 렌즈(21c)를 통해 수광부로 전달되며, 대부분의 반사 여기광은 상기 입사광과는 반대 방향으로 진행된다.
도 10 내지 도 13은 본 발명에서의 수광부의 바람직한 구현예를 도시하고 있는 것이다. 도 10에 도시된 바와 같이 본 발명에서의 수광부는 선형 어레이 검출기(31)와 대역통과필터(32)를 포함하여 이루어진다. 구체적으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명에서의 수광부의 바람직한 구현예에서는 광전달부(20)에서 수집된 평행광은 일련의 대역통과필터(32)가 조합된 배열필터를 거쳐 선형 어레이 검출기(31)로 보내어지며, 광전 변환되어 신호처리부(200)로 전송된다.
상기한 선형 어레이 검출기로는 5 ㎛에서 50 ㎛의 픽셀 크기를 가지며 256에서 2048개의 픽셀로 이루어지며 실리콘 포토다이오드를 사용할 수 있으며, 상기 배열필터는 특정한 파장 대역만을 통과시키는 대역통과필터(32)들이 공간적 이격없이 연결하여 구성할 수 있다.
도 12는 또 다른 수광부(30)의 변형예로서, 광전달부(20)에서 수집된 평행광은 일련의 광 분배기(35)를 거치며 일정하게 나누어 진행되고 집적렌즈(36)와 각각 해당 파장의 대역통과필터(32)를 거쳐 광다이오드와 같은 수광소자(34)로 전달되며 광전 변환되어 신호처리부(200)로 전송된다. 상기 광 분배기는 특정한 파장 대의 광만을 선택적으로 투과시키는 다이크로익 미러 다수가 조합된 형태로 구성할 수 있으며, 각각의 다이크로익 미러, 대역통과필터 및 광다이오드의 조합이 선택적인 파장 대역의 광을 검출할 수 있도록 구성된다.
구체적으로, 도 12에서와 같이, 반사광 및 형광 신호를 일정비율로 나누는 광 분배기(35), 예를 들어, 각각의 투과 반사율의 비가 9/1, 3/1, 2/1, 1/1로 설정된 광 분배기를 통하여 광을 분배할 수 있으며, 각각의 광 분배기를 통해 분배된 광으로부터 광신호를 검출하기 위한 복수개의 실리콘 수광소자(34)를 포함한다. 이 경우, 상기 광 분배기와 수광소자 사이에는 광신호를 집속시키기 위한 집적 렌즈(36)가 설치될 수 있다.
또한, 본 발명에서의 수광부(30)는 도 13a 및 도 13b에서의 구현예와 같이 검출하고자 하는 자가 형광, 반사 여기광 그리고 백색광에 대한 구분된 검출 영역을 형성함으로써 각각의 광신호를 검출할 수 있는 형태로 변형할 수 있다. 이러한 도 13a, 13b의 구현예에 따른 수광부에서는 복수개의 선형 어레이 검출기(31)가 채용되어 형광신호를 수집하며 여기 반사광을 수집하기 위해서는 수광소자(38)가 설치된다. 또한 백색광 조건에서 피부를 관찰하기 위해서는 적외선 차폐 필터(33)가 앞에 설치된 면형 어레이 검출기(37)를 더 포함하도록 구성할 수 있다.
이러한 구조를 갖는 수광부에서는 상대적으로 강도가 약한 자가 형광을 정확하게 검출할 수 있도록, 광원부로부터 입사되는 광의 광경로를 따라 광조사면 상부의 좌우측으로 대면적에 걸쳐 마주보는 한 쌍의 선형 어레이 검출기를 배치하는 한편, 광원부의 맞은편 위치에 광다이오드를 설치하여 강도가 강한 반사 여기광을 검출하게 된다. 또한, 상기 한 쌍의 선형 어레이 검출기 앞에는 선택된 형광 신호만을 검출하기 위한 대역 통과 필터가 설치될 수 있으며, 바람직하게는 상기 대역 통과 필터는 440nm±20nm 또는 480nm±20nm로 설정하여, 설정된 파장 범위에서의 형광만을 선택적으로 검출할 수 있도록 구성할 수 있다.
한편, 백색광이 설치되는 경우에는 이를 검출하기 위한 면형 어레이 검출기를 광원부와 같은 위치에 추가적으로 설치할 수 있으며, 상기 면형 어레이 검출기 앞에는 화질 향상을 위해 700 nm 이상의 적외선을 차폐하는 적외선 차폐 필터(33)가 설치될 수 있다.
도 14 및 도 15는 본 발명에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치에서 상술한 바와 같은 광헤드를 이송하기 위한 이송부(50)를 도시하고 있는 평면도와 측면도이다. 본 발명에서의 이송부는 모터(54)에 의해 직선방향으로 구동될 수 있도록 구성되며, 직선 구동 방향을 따라 상기 광헤드에 의한 자동 스캔 방식을 구현함으로써, 검측창(51)을 통하여 광범위(20㎠ 정도)한 피부 영역에 측정이 이루어질 수 있도록 한다.
예를 들어, 스캐닝 방식을 통한 대면적 측정을 위하여, 상술한 바와 같은 구성을 포함하는 광헤드를 50㎜×40㎜×30㎜의 크기로 제작하는 한편, 피부와 광헤드를 격리하는 검측창(51) 12㎜×85㎜×1.5㎜의 크기로 제작할 수 있다.
이 때 검측창(51)의 재질은 BK-7 유리로 형성함이 바람직하며, 상기 BK-7 유리는 인체에 해로우며 측정 노이즈로 작용하는 UVB 및 UVC를 차단할 수 있다. 또한, 도 16에서와 같이 광헤드를 주위와 광학적으로 차폐하기 위한 광차폐막(55)이 설치된다.
한편, 상기 이송부에는 스파이어럴 기어형 또는 스크류 형의 기어홈이 구현된 레일(52)이 설치되며, 이송부 상에 기본위치와 이동 목표지점 및 방향전환을 위한 적외선 감지 위치센서(53)가 설치된다. 또한, 상기 이송부에는 구동 회로와 미세조정 되는 스텝 구동 모터(54) 및 지정 위치에서 방향을 전환하는 푸시 링커가 설치되어, 검측창의 전영역에 대한 광헤드의 이송이 가능하도록 구현된다.
그러므로, 이러한 이송부에 의한 자동 스캔 방식을 통하여 피검자에 의해 일어날 수 있는 신호 왜곡 및 오차요소를 제거할 수 있다.
도 16은 본 발명에서의 이송부에 관한 또 다른 구현예로서, 도 17에 도시된 바와 같이, 전후 왕복 구동 외에 광헤드의 측정범위만큼 좌우 구동이 가능하도록 구현할 수 있다. 그러므로, 상기 이송부에서는 실질적으로 사각형의 광헤드 이송 경로를 형성할 수 있어, 전진 구동과 후진 구동 시 각각 다른 측정 부위에서 측정이 이루질 수 있으므로, 1회 구동 시 보다 넓은 면적을 측정할 수 있다.
도 17은 본 발명에 따라 구현된 측정 단말기의 구체적인 예를 도시한 것으로, 광원과 광전달, 광수집이 이루어지는 광헤드(40), 상기 광헤드를 자동 스캔 방식에 따라 이송하는 장치 이송부(50), 입력을 제어하는 키패드부(70), 측정상태와 시험결과를 표시하는 표시부(80), 피검자의 정보를 인식하는 바코드 인식기 및 검사결과 및 피검자 정보를 신호처리부(200)로 전달하는 무선 제어부(미도시)로 구성되었다. 검사 결과는 측정 단말기의 표시부와 신호처리부에서 동시에 표시하게 하였다. 따라서, 본 구현예에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치에서는 측정 단말기를 무선으로 구성하고 소형화하여 환자의 접근성과 편의성을 최대화시킬 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 최종당화산물의 자가형광 측정 장치로 상박/하박 또는 당뇨 발 측정을 위해 대칭적인 양쪽 발을 측정할 수 있다.
구체적으로, 측정하고자 하는 피부 측정 부위에 광헤드의 검측창 면을 접촉하면 광원부로부터 선택에 따라 형광 신호를 검출하기 위한 여기광 또는 피부 상태를 관찰하기 위한 백색광이 피부에 조사되며, 측정 피부 면을 따라 5초 이내, 15~20㎠ 이상의 면적에 대해 자동 스캔이 시행된다. 반사여기광과 형광은 광전달부를 통해 광헤드 안에 내장된 수광부로 들어오며 반사여기광과 최종당화산물(AGE)에 관련된 자가 형광에 관한 특정 광 스펙트럼을 200회 이상 측정된다. 각각의 광 스펙트럼을 구성하는 반사여기광(R)과 자가 형광(F) 신호들에 대해 대응되는 정해진 파장 영역에서 일정시간 동안의 200회 이상의 적분을 시행하며 멜라닌 등 피부 조직의 영향을 최소화하기 위해 적분된 반사광과 자가 형광의 값의 비(F/R) 의 값을 계산한다. 적분된 반사광과 자가 형광의 값의 비(F/R) 의 값을 구하기 위해 반사여기광(R)의 적분은 최종당화산물의 최대 광흡수 범위(370 nm±20nm)에서 수행되며, 자가 형광 스펙트럼(F)의 적분은 자가 형광 스펙트럼상 최대치 (440nm±20nm) 근방에서 수행된다. 또는 자가 형광 스펙트럼(F)의 적분은 헤모글로빈과 멜라닌의 광흡수가 적고, 플라빈 피부 색소의 자가 형광이 발생하는 영역을 피하면서 최종당화산물의 형광이 발생하는 460 nm부터 500 nm까지의 파장 범위(480nm±20nm)에서 수행될 수 있다.
자동 스캔을 통하여 광범위(15㎠ 이상)한 피검 영역을 검사함으로 점, 상처 외의 불균질성의 영향을 제거하였고 획득된 일련의 신호들에 대한 최대치 및 최소치를 절삭하는 통계처리를 통하여 이들의 평균값은 더욱 정확히 안정화 되었다. 연령에 따라 연속적으로 축적되고 증가하는 최종당화산물(AGE) 축적의 영향을 보정하기 위하여 연령 매개변수를 도입하여 이의 영향을 제거하고 단지 질환의 정도에 따른 정보만을 제공하도록 하였다. 획득된 데이터 처리 후 최종 결과는 디지털 값으로 전면의 표시부를 통하여 표시되어진다.
이상에서와 같이, 본 발명은 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 요소들에 대한 수정 및 변경의 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 필수적인 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 특별한 상황들이나 재료에 대하여 많은 변경이 이루어질 수 있다. 그러므로, 본 발명은 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명으로 제한되지 않으며, 첨부된 특허청구범위 내에서 모든 실시 예들을 포함할 것이다.
1 측정부위 (검사피부) 10 광원부
11 자외선 LED 12 백색광 LED
13 단파장통과필터 14 광로 전환 거울
15 광학계 16 방열판
17 광도파관 20 광전달부
21 광학계 22 프리즘
23 광로 전환 거울 24 말굽형 광섬유 다발
30 수광부 31 선형 어레이 검출기
32 대역통과필터 33 적외선 차폐 필터
34 수광소자 35 빔 분배기
36 집적렌즈 37 면형 어레이 검출기
38 수광소자 40 광헤드
50 이송부 51 검측창
52 레일 53 위치센서
54 모터 55 광차폐막
60 전원부 70 키패드부
80 표시부 100 측정단말기
200 신호처리부 300 표준샘플
11 자외선 LED 12 백색광 LED
13 단파장통과필터 14 광로 전환 거울
15 광학계 16 방열판
17 광도파관 20 광전달부
21 광학계 22 프리즘
23 광로 전환 거울 24 말굽형 광섬유 다발
30 수광부 31 선형 어레이 검출기
32 대역통과필터 33 적외선 차폐 필터
34 수광소자 35 빔 분배기
36 집적렌즈 37 면형 어레이 검출기
38 수광소자 40 광헤드
50 이송부 51 검측창
52 레일 53 위치센서
54 모터 55 광차폐막
60 전원부 70 키패드부
80 표시부 100 측정단말기
200 신호처리부 300 표준샘플
Claims (31)
- 최종당화산물의 자가형광 측정 장치에 있어서,
여기광원 및 측정 부위로 광을 집광하기 위한 집광 수단을 포함하는 광원부와, 상기 광원부로부터의 반사여기광 및 자가 형광을 전달하는 광전달부와, 반사여기광 및 자가 형광을 검출하는 수광부를 포함하는 광헤드와;
상기 광헤드를 전진 또는 후진 구동시키는 이송부;를 포함하며,
상기 여기광원 및 상기 집광수단은 측정 부위에서의 광조사면과 일정한 각도를 이루면서 여기광을 조사할 수 있도록 광조사면에 대하여 비스듬하게 설치되는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 여기광원은 중심파장 370nm(대역폭 ±20nm)의 자외선 광을 방사하는 자외선 LED인 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치.
- 청구항 2에 있어서,
상기 여기광원 앞에 단파장 통과 필터가 설치되는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 광원부에는 측정 부위에서의 가시광 영역을 관찰하기 위한 백색광원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치.
- 청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
상기 여기광원과 상기 백색광원을 선택적으로 조사할 수 있도록 상기 광원부에 광로 전환 미러가 설치된 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 집광수단은 원형 렌즈와 실린더형 렌즈가 조합된 광학계인 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 집광수단은 내벽이 반사를 통해 광을 전달할 수 있는 반사 거울로 이루어진 광도파관인 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치.
- 청구항 7에 있어서,
상기 광도파관은 사각형의 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치.
- 청구항 7에 있어서,
상기 광도파관은 여기광원 측으로부터 측정 부위 측으로 갈수록 좁아지는 사다리꼴 형태의 종단면을 가지는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치.
- 청구항 7에 있어서,
상기 광도파관의 덮개인 방열판을 포함하며, 상기 방열판 상에 여기광원이 설치되는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치.
- 청구항 10에 있어서,
상기 방열판에는 여기광원과 함께 백색광원이 배치되는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 광전달부는 측정부위로부터 광 수집을 위한 렌즈, 한 초점에 모아 다시 퍼뜨리는 렌즈 및 평행광을 만들어 전송하는 렌즈가 조합된 광학계인 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 광전달부는 광원부로부터 입사되는 광을 일정한 각도로 비스듬하게 측정부위에 굴절 입사시키는 한편, 피부로부터 2차 방사되는 형광 신호를 재반사시켜 반사여기광의 경로로부터 형광신호 경로(B)를 이탈시키도록 구성된 프리즘인 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 광전달부는 광원부로부터 입사되는 광을 일정한 각도로 비스듬하게 측정부위에 굴절 입사시키는 한편, 피부로부터 2차 방사되는 형광 신호와 여기 반사광(A)의 경로를 형광신호 경로(B)에서 이탈시키도록 구성된 광로 전환 거울인 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 광전달부는 말굽형 배열을 한 광섬유 다발, 한 초점에 모아 다시 퍼뜨리는 렌즈 및 평행광을 만들어 전송하는 렌즈를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 수광부는 복수의 대역통과필터가 조합된 배열필터 및 상기 배열필터를 거친 광을 검출하는 선형 어레이 검출기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 수광부는 특정한 파장 대의 광만을 선택적으로 투과시키는 복수의 미러로 구성되는 광 분배기 및 상기 광 분배기를 통과한 광을 검출하는 수광소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치.
- 청구항 17에 있어서,
상기 미러는 다이크로익 미러인 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치.
- 청구항 17에 있어서,
상기 광 분배기와 수광소자 사이에 설치되는 집적렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 수광부는 상기 광원부로부터 입사되는 광의 광경로의 좌우측으로 마주보도록 배치되어 자가 형광을 검출하는 한 쌍의 선형 어레이 검출기와 상기 광원부의 맞은편 위치에서 반사 여기광을 검출하도록 설치된 광다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치.
- 청구항 4에 있어서,
상기 수광부는 상기 광원부로부터 입사되는 광의 광경로의 좌우측으로 마주보도록 배치되어 자가 형광을 검출하는 한 쌍의 선형 어레이 검출기와, 상기 광원부의 맞은편 위치에서 반사 여기광을 검출하도록 설치된 광다이오드와, 백색광을 검출하기 위하여 설치되는 면형 어레이 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치.
- 청구항 20 또는 청구항 21에 있어서,
상기 한 쌍의 선형 어레이 검출기 앞에는 선택된 형광 신호만을 검출하기 위한 대역 통과 필터가 설치되는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치.
- 청구항 22에 있어서,
상기 면형 어레이 검출기 앞에는 화질 향상을 위해 700 nm 이상의 적외선을 차폐하는 적외선 차폐 필터가 설치되는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 이송부는 구동력을 제공하는 구동 모터 및 전후진의 직선 구동을 안내하는 레일을 포함하는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치.
- 청구항 24에 있어서,
상기 이송부는 이송되는 광헤드의 위치를 감지하기 위한 위치센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치.
- 청구항 24에 있어서,
상기 이송부는 미리 지정된 위치에서 좌우로 직선 구동가능하도록 구성되어, 사각형의 광헤드 이송 경로를 형성하는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 광헤드의 수광부를 통하여 검출된 광신호를 처리하여 진단 결과를 산출하는 신호처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치.
- 청구항 27에 있어서,
입력을 제어하는 키패드부 및 피검자의 정보를 포함하는 바코드를 인식하기 위한 바코드 인식기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치.
- 청구항 28에 있어서,
상기 바코드 인식기의 피검자 정보 및 수광부의 검출 광신호를 상기 신호처리부로 송신하며, 상기 신호처리부의 진단 결과를 수신받는 무선 제어부를 더포함하는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치.
- 청구항 29에 있어서,
상기 신호처리부에 의하여 산출된 진단 결과를 출력하기 위한 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치.
- 청구항 1에 있어서,
피부와 광헤드를 격리하는 BK-7 유리 재질의 검측창을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최종당화산물의 자가형광 측정 장치.
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| KR1020110032524A KR101243183B1 (ko) | 2011-04-08 | 2011-04-08 | 최종당화산물의 자가형광 측정 장치 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110032524A KR101243183B1 (ko) | 2011-04-08 | 2011-04-08 | 최종당화산물의 자가형광 측정 장치 |
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101454298B1 (ko) * | 2013-01-29 | 2014-10-27 | 한국전기연구원 | 반사광 검출용 피라미드형 피부 형광 측정 장치 |
| WO2019115194A1 (de) * | 2017-12-12 | 2019-06-20 | Henkel Ag & Co. Kgaa | Anordnung zum ermitteln von stoffwechselendprodukten in der haut |
| CN112203576A (zh) * | 2018-01-09 | 2021-01-08 | 美敦力监测股份有限公司 | 用于非侵入式地监测晚期糖基化终末产物(age)的系统和方法 |
| CN112670816A (zh) * | 2019-09-30 | 2021-04-16 | 优志旺电机株式会社 | 光源装置 |
| WO2023018243A1 (ko) * | 2021-08-11 | 2023-02-16 | 주식회사 템퍼스 | 비침습 혈당 측정 시스템 |
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Families Citing this family (5)
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|---|---|---|---|---|
| KR101978838B1 (ko) * | 2015-11-02 | 2019-05-16 | 재단법인 아산사회복지재단 | 다중 파장 내시경 시스템 및 이를 이용한 영상 처리 방법 |
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| KR101992395B1 (ko) | 2018-03-13 | 2019-06-24 | 한국기초과학지원연구원 | 질량분석을 이용한 당화 단백질 및 최종당화산물의 동정을 위한 새로운 생물정보처리 분석 방법 |
| KR20210004894A (ko) | 2019-07-05 | 2021-01-13 | 주식회사 엘지생활건강 | 피부당화 정보에 기반한 피부상태 진단 시스템 및 이를 이용한 피부당화 정보에 기반한 추천 시스템 |
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| US7139598B2 (en) * | 2002-04-04 | 2006-11-21 | Veralight, Inc. | Determination of a measure of a glycation end-product or disease state using tissue fluorescence |
| US20040064053A1 (en) | 2002-09-30 | 2004-04-01 | Chang Sung K. | Diagnostic fluorescence and reflectance |
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101454298B1 (ko) * | 2013-01-29 | 2014-10-27 | 한국전기연구원 | 반사광 검출용 피라미드형 피부 형광 측정 장치 |
| WO2019115194A1 (de) * | 2017-12-12 | 2019-06-20 | Henkel Ag & Co. Kgaa | Anordnung zum ermitteln von stoffwechselendprodukten in der haut |
| CN112203576A (zh) * | 2018-01-09 | 2021-01-08 | 美敦力监测股份有限公司 | 用于非侵入式地监测晚期糖基化终末产物(age)的系统和方法 |
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| CN112670816B (zh) * | 2019-09-30 | 2024-06-04 | 优志旺电机株式会社 | 光源装置 |
| WO2023018243A1 (ko) * | 2021-08-11 | 2023-02-16 | 주식회사 템퍼스 | 비침습 혈당 측정 시스템 |
| KR20230023953A (ko) * | 2021-08-11 | 2023-02-20 | 주식회사 템퍼스 | 비침습 혈당 측정 시스템 |
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