KR20130106971A

KR20130106971A - 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치

Info

Publication number: KR20130106971A
Application number: KR1020120028675A
Authority: KR
Inventors: 강욱
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2013-10-01
Also published as: KR101483087B1

Abstract

본 발명은 피부에 축적된 최종당화산물(Advanced Glycation End products, AGE) 등으로부터의 피부의 자가형광을 측정함으로써 당뇨 등과 같은 다양한 질환들에 대한 평가를 수행할 수 있도록 피부 자가 형광을 측정할 수 있는 형광 측정 장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명에서는 피부로부터 최종당화산물(AGE) 형광을 측정함에 있어서, 조사광의 피부 표면에서의 반사광, 그리고 피부 안에서 발생하는 광의 산란 및 흡수로 인한 피부 형광의 측정 오차를 간단하게 보정할 수 있는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치를 제공하고자 한다.
본 발명에서는 표준시편 또는 측정 대상에 대하여 광조사 및 광검출 가능하도록 구성되며, 여기광을 조사하는 제1광원; 상기 제1광원과 서로 다른 파장의 광을 조사하는 제2광원; 형광 신호 및 반사광 신호에 대한 서로 다른 두 개의 파장을 검출하도록 설치되는 제1광검출기 및 제2광검출기; 상기 제1광원 및 제2광원의 온/오프를 제어하는 광원 스위칭 제어부; 상기 제1광검출기 및 제2광검출기로부터 검출된 형광 신호 및 반사광 신호로부터 보정된 피부 형광 신호를 산출하는 연산부;를 포함하며, 상기 제2광원은 상기 제1광원으로부터의 여기광에 의하여 여기되어 방출되는 피부 형광의 파장대의 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

Description

반사광 검출형 피부 형광 측정 장치 {Reflection detection type measurement apparatus for skin autofluorescence }

본 발명은 피부에 축적된 최종당화산물(Advanced Glycation End products, AGE) 등으로부터의 피부의 자가형광을 측정함으로써 당뇨 등과 같은 다양한 질환들에 대한 평가를 수행할 수 있도록 피부 자가 형광을 측정할 수 있는 형광 측정 장치에 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. 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.

한편, 이러한 신체 부위에 대한 선택적인 진단을 수행하고자 하는 경우라 하더라도, 피부로부터 발생하는 형광 강도는 피부에 포함된 형광물질 뿐만 아니라 또한 피부 안에서 발생하는 광의 산란 및 광 흡수 성질에 영향을 받게 된다.

그러므로, 피검자 중 질환을 가진 자와 그렇지 않은 자를 보다 분명하게 구분해냄으로써 정확한 진단이 이루어지기 위해서는 피부 내에서의 광의 산란 및 광 흡수 성질에 의한 영향으로 인한 측정 오차를 감소시키는 것이 매우 중요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서는 피부로부터 최종당화산물(AGE) 형광을 측정함에 있어서, 조사광의 피부 표면에서의 반사광, 그리고 피부 안에서 발생하는 광의 산란 및 흡수로 인한 피부 형광의 측정 오차를 간단하게 보정할 수 있는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명에서는 보정된 피부 형광 연산값으로부터 최종당화산물(AGE)과 같은 진단 인자를 정확하게 평가함으로써 당뇨 등과 같은 질환에 대한 진단 가능성을 향상시킬 수 있는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

아울러, 본 발명에서는 이러한 진단 과정이 간편하게 이루어질 수 있도록 광학계 및 광원 시스템이 간단하게 구성될 수 있는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 표준시편 또는 측정 대상에 대하여 광조사 및 광검출 가능하도록 구성되며, 여기광을 조사하는 제1광원; 상기 제1광원과 서로 다른 파장의 광을 조사하는 제2광원; 형광 신호 및 반사광 신호에 대한 서로 다른 두 개의 파장을 검출하도록 설치되는 제1광검출기 및 제2광검출기; 상기 제1광원 및 제2광원의 온/오프를 제어하는 광원 스위칭 제어부; 상기 제1광검출기 및 제2광검출기로부터 검출된 형광 신호 및 반사광 신호로부터 보정된 피부 형광 신호를 산출하는 연산부;를 포함하며, 상기 제2광원은 상기 제1광원으로부터의 여기광에 의하여 여기되어 방출되는 피부 형광의 파장대의 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 광원 스위칭 제어부는 상기 제1광원과 상기 제2광원의 점등 상태가 시간적으로 분리되도록 상기 제1광원 및 상기 제2광원을 스위칭 제어하는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 스위칭 제어부는 상기 제1광원과 상기 제2광원을 순차적으로 점등 및 소등시키는 과정을 연속적으로 반복하면서 제1광원에 대한 형광신호 및 반사광 신호와 제2광원에 대한 반사광 신호를 각각 검출하도록 구성되는 것을 특징으로 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 제1광원 및 상기 제2광원의 광경로 상에는 측정 대상과 표준시편이 선택적으로 위치할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 제1광원은 370nm ± 20nm 의 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 반사광 측정형 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 제2광원은 440nm ± 20nm 의 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 반사광 측정형 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 스위칭 제어부는 각 광원을 점등시키기 전, 제1광원과 제2광원이 모두 소등되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 반사광 측정형 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 스위칭 제어부가 제1광원 및 제2광원을 모두 소등시킨 경우, 상기 제1광검출기 및 제2광검출기에서는 암신호를 측정하고, 상기 연산부는 측정된 암신호를 저장하고, 저장된 암신호로부터 검출된 형광 신호 및 반사광 신호를 보상하는 것을 특징으로 하는 반사광 측정형 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 스위칭 제어부는 제1광원부 및 제2광원부가 10 ~ 100Hz 의 주기로 점등 및 소등을 반복하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 반사광 측정형 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 제1광검출기 및 제2광검출기의 온/오프를 제어하는 광검출기 스위칭 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 제1광원, 제2광원, 제1광검출기 및 제2광검출기를 포함하는 측정 스캐너와; 상기 측정 스캐너에 전기적으로 연결가능하도록 구성되며, 상기 연산부를 포함하는 본체;로 분리 구성되는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 측정 스캐너는 파지가능한 형태로 이루어지며, 그 일단부에 상기 제1광원, 제2광원, 제1광검출기 및 제2광검출기가 배치되는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 측정 스캐너는 검출된 정보를 저장하기 위한 메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 측정 스캐너는 측정 대상에 수직하게 광조사 및 광검출이 이루어질 수 있도록 상기 제1광원, 제2광원, 제1광검출기 및 제2광검출기가 수직 방향으로 나란하게 배치되는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 측정 스캐너는 측정 대상에 비스듬하게 광조사 및 광검출이 이루어질 수 있도록 상기 제1광원, 제2광원, 제1광검출기 및 제2광검출기가 서로 일정한 각을 이루며 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 제1광원, 제2광원, 제1광검출기 및 제2광검출기는 모두 동일한 위치에서 광조사 및 광검출을 수행할 수 있도록 배치되는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 제1광원과 제1광검출기 및 상기 제2광원과 제2광검출기는 모두 45도의 각도로 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 본체는 상기 측정 스캐너가 장착될 수 있는 장착부가 형성되며, 상기 측정 스캐너는 상기 장착부 상에 착탈가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 측정 스캐너의 일단부에 상기 제1광원, 제2광원, 제1광검출기 및 제2광검출기가 배치되며, 상기 장착부는 상기 측정 스캐너의 일단부의 형상에 대응되는 형상으로 내측으로 형성된 홈 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 장착부의 홈 구조에는 표준 시편이 상기 측정 스캐너에 설치된 상기 제1광원, 제2광원, 제1광검출기 및 제2광검출기와 광학적으로 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 본체는 상기 측정 스캐너가 장착부에 장착된 경우, 표준시편에 대한 측정을 수행하고, 상기 측정 스캐너에 저장된 측정 대상 및 표준시편에 대한 검출 정보를 전송받아 상기 연산부에서 보정된 피부 형광값을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 장착부에는 상기 측정 스캐너에 대한 충전 단자가 설치되며, 상기 장착부에 상기 측정 스캐너가 장착될 경우 충전되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 측정 스캐너에는 두 쌍의 교차 편광자가 설치되는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 제1광원 및 제2광원은 상기 측정 스캐너의 측정 대상 측 말단까지 광가이드에 의하여 연결되는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 제1광검출기 및 제2광검출기는 상기 측정 스캐너의 측정 대상 측 말단까지 광가이드에 의하여 연결되는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 본체는 디스플레이부를 더 포함하며, 상기 디스플레이부에서는 상기 연산부에서 산출된 보정된 피부 형광 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 연산부는 하기 수식에 의하여 보정된 피부 형광값을 산출하는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

수식: AF_corr =K[I(λ2,t1)/I₀(λ2,t1)]/{[R(λ1)] ^k1 [R(λ2)]}^k2

(여기서, R(λ1)= I(λ1,t1) / I₀(λ1,t1) : 여기 파장에서 확산 반사 계수

R(λ2)= I(λ2,t2) / I₀(λ2,t2) : 방사 파장에서 확산 반사 계수

I(λ2,t1) : 피부 조직의 고유 형광(피부 형광) 신호 값

I(λ1,t1) : 여기광 파장에서 피부 조직의 반사광 신호 값

I(λ2,t2) : 방사광 파장에서 피부 조직의 반사광 신호 값

k1, k2 : 여기광과 방사광 파장에 대한 교정 함수의 지수 계수

I₀(λ2,t1) : 표준 시편에서의 고유 형광 신호 값

I₀(λ1,t1) : 여기광 파장에서 표준 시편에서의 반사광 신호 값

I₀(λ2,t2) : 방사광 파장에서 표준 시편에서의 반사광 신호 값)

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 반사광 검출형 피부 형광 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 예측가능하다.

둘째, 본 발명에서는 피부 형광을 측정함에 있어서, 피부 표면에서 발생하는 거울 반사로 인한 오차, 그리고 피부 내부에서 발생하는 광의 산란 및 흡수로 인한 오차를 보정할 수 있으므로, 피부 형광의 정확한 측정 및 이를 이용한 정확한 질병의 진단이 가능한 효과가 있다.

셋째, 본 발명에서는 광원 및 검출부를 포함하되, 일단부가 피부와 접촉하면서 피부형광을 측정할 수 있도록 파지가능한 소형 스캐너 형태로 제작할 수 있으며, 이와 같은 구성을 통해 피부에 접촉하여 검사자가 진단 영역을 스캐닝하는 방식으로 측정가능하므로, 비침습적(non-invasive) 방법에 의한 실시간 진단이 가능하고, 비교적 진단 결과가 정확하게 나타나는 임의의 신체 부위에 대하여 선택적인 진단이 가능할 뿐만 아니라, 스캐닝 방식을 통해 측정 대상 부위의 면적을 일정 수준 이상으로 확대할 수 있어 신호의 신뢰성을 향상시켜 진단의 정확도를 개선하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치의 측정 원리를 설명하기 위하여 광원으로부터 입력되는 광과 광검출기에서 검출되는 광을 시간 별로 구분하여 나타낸 것이고,
도 2는 본 발명에 따른 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치의 개략적인 구성을 도시한 것이고,
도 3은 본 발명에 따른 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치에서, 광원 및 광검출기와 측정 대상 피부 사이에 공간이 존재하지 않는 경우에 대한 바람직한 광원 및 광검출기 배치 구조를 개략적으로 도시한 것이고,
도 4는 본 발명에 따른 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치에서, 광원 및 광검출기와 측정 대상 피부 사이에 공간이 존재하는 경우에 대한 바람직한 광원 및 광검출기 배치 구조를 개략적으로 도시한 것이다.

본 발명은 당뇨와 같은 질환들에 대한 진단의 목적으로 피부에 여기광을 조사하고, 이로 인해 발생되는 피부 형광을 검출하는 피부 형광 측정 장치에 관한 것으로, 특히, 피부로의 조사광으로 인하여 피부 내부에서 산란되어 방출되는 피부 형광 중, 반사광이 반사되어 나타나는 위치에서 검출되는 피부 형광을 정확하게 측정할 수 있는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

이를 위해 본 발명에서는 실제 진단하고자 하는 측정 대상과 표준시편에 대하여 순차적인 측정을 진행하고, 측정 대상이 가지는 개별적인 편차를 제거하기 위하여 상기 측정 대상으로부터 수득된 정보와 표준시편으로부터 수득된 정보를 대비하는 한편, 그 과정에서 요구되는 일정한 조건에 따라 광원 및 광검출기를 순차적으로 온/오프 제어함으로써 보정된 피부 형광값을 제공할 수 있는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치를 구체적으로 설명한다.

피부에서 발생하는 형광을 측정하기 위해 피부 대상을 선정하는 것과 함께 측정되는 형광에 영향을 주는 요소들을 고려해야 한다. 측정되는 형광은 피부에 포함된 형광물질뿐만 아니라 피부 표면에서 발생하는 거울 반사를 제거할 경우에도 또한 피부 안에서 발생하는 광의 산란 및 광 흡수 성질에도 의존한다. 특히 형광물질을 여기시키기 위해 조사되는 여기광 파장과 형광물질에서 발생하는 형광 파장에서의 광흡수 및 광산란 영향을 고려하여 측정된 형광값을 보정할 필요성이 있다. 따라서 이러한 형광 강도에 영향을 주는 광학적 요소들의 영향을 감소시키기 위해 다음과 같은 경험식을 고려할 수 있다.

AF_corr = AF/(R₁ ^k1 R₂ ^k2) - 식 (1)

여기서 보정된 형광 값 (AF_corr)을 구하기 위해 측정된 형광 값(AF)은 여기 확산반사광 값 R1과 형광 파장대에서의 방사광(emissioin)의 확산 반사광 값 R2 들에 의해 나누었다. 두 개의 확산 반사광 값은 차수가 없는 지수 k1와 k2에 의해 조정된다.

본 발명에서는 보정된 피부 형광 값을 구하기 위해 식 (1)을 사용하였으며, 또한 실제적으로 실험을 통한 보정된 형광 값을 구하기 위해 구체적인 값들을 도입하였다.

I(λ2,t1) : 피부 조직의 고유 형광(피부 형광) 신호 값

I(λ1,t1) : 여기광 파장에서 피부 조직의 반사광 신호 값

I(λ2,t2) : 방사광 파장에서 피부 조직의 반사광 신호 값

k1, k2 : 여기광과 방사광 파장에 대한 교정 함수의 지수 계수

이를 통해 새로 유도된 보정된 피부 형광값은 다음과 같다.

AF_tissue = [I(λ2,t1)] /[I (λ1,t1)^k1 I (λ2,t2)^k2] ; k1, k2 <1: - 식 (2)

여기서, AF_tissue 는 피부 조직의 고유 형광의 보정 신호이다,.

위에 광 측정은 각 자 다른 시간 간격 t1과 t2에서 주기적으로 반복 시행되며, 정확도 향상을 위해 획득된 측정 결과는 평균을 낸다. 적시에 변화를 추적하기 위해 측정값은 시간 다이어그램의 형태에서 기록한다.

한편, 장비에 의존하는 편차에 대한 교정 및 각 자 다른 시편들에서 획득한 결과들과의 비교를 위한 교정 측정 작업이 필요하다. 따라서 본 발명에서는 피부 대상 조직의 측정과 함께 표준 시편을 도입하여 동일한 측정을 수행하였다. 측정 정확도를 높이기 위해 표준 시편 형광 강도 I₀(λ2, t1)와 여기광 및 방사광에서 표준 시편의 반사광 신호 값 I₀ (λ1, t1) 및 I₀ (λ2, t2)는 피부의 광학 특성과 유사한 것이 바람직하다.

도입된 표준 시편의 측정 과정에서 발생한 신호 값들은 대상 피부 조직 기호와 유사하게 다음과 같이 표시한다.

I₀(λ2,t1) : 표준 시편에서의 고유 형광 신호 값

I₀(λ2,t2) : 방사광 파장에서 표준 시편에서의 반사광 신호 값

표준 시편에서 획득한 신호의 처리는 또한 식 (2)와 유사하게 하기 식 (3)을 통해 적용한다.

AF_reference= [I₀(λ2,t1)] /[I₀ (λ1,t1)^k1 I₀ (λ2,t2)^k2] - 식 (3)

AF_tissue 를 AF_reference 로 나눈 결과는 정규화되고 최종 보정된 고유 형광 값은 다음과 같다.

AF_corr =K(AF_tissue /AF_reference) - 식 (4)

AF_corr =K[I(λ2,t1)/I₀(λ2,t1)]/{[I(λ1,t1)/I₀(λ1,t1)]^k1 [I(λ2,t2)/I₀ (λ2,t2)]} ^k2- 식 (5)

(여기서, K는 사용된 표준 시편의 특징을 고려한 비율 계수이다.)

식 (5)를 다시 간단히 작성하면 다음과 같다.

AF_corr =K[I(λ2,t1)/I₀(λ2,t1)]/{[R(λ1)]^k1 [R(λ2)]}^k2 - 식 (6)

R(λ1)= I(λ1,t1) / I₀(λ1,t1) : 여기 파장에서 확산 반사 계수

R(λ2)= I(λ2,t2) / I₀(λ2,t2) : 방사 파장에서 확산 반사 계수

그러므로, 본 발명에 따른 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치에서는 위와 같은 연산 과정을 통해 보정된 피부 형광값을 산출하게 된다.

이와 관련, 측정을 위해 제안된 원리는 도 1를 통해 상세하게 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치의 측정 원리를 설명하기 위하여 광원으로부터 입력되는 광과 광검출기에서 검출되는 광을 시간 별로 나타낸 것으로, 도 1에서와 같이, 본 발명에 따른 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치에서는 입력으로 여기광의 파장대(제1파장, λ₁)에 해당되는 광을 조사하는 제1조건과 상기 여기광에 의하여 생성되는 피부 형광의 파장대(제2파장, λ₂)에 대응되는 광을 조사하는 제2조건이 시간적으로 분리된 채, 제1조건과 제2조건에서의 측정이 연속적으로 이루어지게 된다. 상기 제1조건 및 제2조건에 해당되는 조사광의 파장대는 검출하고자 하는 피부 형광에 따라 선택적으로 구성될 수 있으며, 가령, 본 발명의 바람직한 실시예로써 AGE에 대한 피부 형광을 검출하는 경우를 고려하면, 형광 여기를 위한 여기광으로 370nm ± 20nm의 제1파장을 갖는 광을 제1조건에서 이용할 수 있으며, 제2조건에서는 AGE에 대한 피부 형광의 파장에 대응되는 440nm ± 20nm의 제2파장을 갖는 광을 선택적으로 이용할 수 있다.

즉, 두 개의 서로 다른 파장의 광을 방사하는 광원들과 두개의 서로 다른 파장의 광을 검출하는 광검출기를 포함하는 측정 스캐너(100)를 이용하여, 진단 관찰 과정에서 측정 대상에 해당하는 피부 조직(Tissue) 또는 교정 과정에서 표준 시편(Reference sample)과 상기 측정 스캐너(100)를 접촉하여 측정을 시행한다.

측정 과정과 관련, 도 1의 (a)에서는 서로 다른 두 파장에 대한 각 광원이 시간적으로 분리되어 동작하고 있음을 나타내는 작동의 시간 다이어그램을 보여 주는 것이다. 이 때, 여기 광원인 제1광원(111)으로부터 조사되는 광 Ф(λ1, t1)과 다른 파장대의 표준 광원인 제2광원(112)으로부터의 광 Ф(λ2, t2)이 상이하고 교차되지 않은 시간 대에서 존재하도록 구성하는 것이 중요하다.

한편, 도 1의 (b)에서는 두 개의 광검출기에 대한 작동 시간 다이어그램을 보여 주는 것이다. 제1광원(111)으로부터의 광 Ф(λ1,t1)이 광 조사되는 동일 시간 대에는 여기된 피부 형광과 반사광에 대한 두 개의 신호가 생성된다. 즉, 여기광 파장에서 생성되는 두 개의 신호는 반사광 신호 I(λ1,t1)와 여기된 형광 신호 I(λ2, t1)이다.

한편, 제2광원(112)에 의한 광 Ф(λ2,t2)이 광 조사하는 시간대에 단지 단일 신호만이 형성된다. 즉, 제2광원(112)에 의하여 생성되는 신호는 조사되는 광의 파장대에서 반사광 신호 I(λ2,t2)만이 검출된다.

그러므로, 본 발명에 따른 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치에서는 도 1에서와 같이 제1광원(111)에 의한 광조사와 제2광원(112)에 의한 광조사를 시간적으로 분리한 채, 연속적으로 측정 대상(T)에 조사시키는 한편, 각각의 광조사 시 광검출기로부터 검출되는 신호를 수집한 다음, 이를 위 수식을 통해 연산함으로써 보정된 피부 형광값을 산출하게 된다.

한편, 도 2에서는 위와 같은 측정 원리에 따라 구현된 것으로, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치를 도시하고 있는 것이다.

도 2에서와 같이, 본 발명에 따른 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치는 피부로 여기광 등을 조사하고, 피부 형광 등을 검출할 수 있는 측정 스캐너(100)와, 상기 측정 스캐너(100)에 연결되어, 스캐너로부터 검출된 정보를 분석하고 그 정보를 디스플레이하기 위한 본체(200)로 구성된다.

다만, 이와 같이 측정 스캐너(100)와 본체(200)로 구분하여 구성하는 것은 본 발명의 바람직한 구현예 중 하나일 뿐이면, 필요에 따라 별도의 본체를 구성하지 않고, 단일한 센서 형태로 제작할 수도 있으며, 다른 구성을 추가적으로 연결하여 제작할 수도 있다.

본 발명에 따른 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치는 측정하고자 하는 대상에 대하여 광을 조사하고, 조사한 광에 의하여 발생하는 피부 형광 등을 검출할 수 있도록 광원과 광검출기를 포함하도록 구성된다.

특히, 본 발명에서는 검출된 피부 형광값을 보정하여 정확한 피부 형광값을 제공하기 위하여 서로 다른 파장의 광을 조사하는 두 개의 광원과 위 두 개의 조사광에 의하여 발생하는 서로 다른 파장의 반사광과 피부 형광을 검출할 수 있는 두 개의 광검출기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 이러한 두 개의 광원은 여기광의 파장대(제1파장, λ₁)에 해당되는 광을 방출하는 제1광원(111)과 상기 여기광에 의하여 생성되는 피부 형광의 파장대(제2파장, λ₂)에 해당되는 광을 방출하는 제2광원(112)으로 구성되며, 두 개의 광검출기는 제1광원(111)으로부터의 여기광에 대한 반사광(λ₁)을 검출하는 제1광검출기(121)와 여기광에 의하여 생성되는 피부 형광(λ₂) 및 제2광원(112)으로부터의 방사광에 대한 반사광(λ₂)을 검출하는 제2광검출기(122)로 구성된다.

그러므로, 상기 두 개의 광원과 광검출기는 반사광과 피부 형광을 동시에 검출할 수 있도록 배치되며, 바람직하게는 측정 스캐너(100)의 일단에 설치되어 피부와 같은 측정 대상(T) 측으로 광을 조사하고 반사광 등을 검출할 수 있도록 근접 배치하여 구성할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 AGE에 대한 피부 형광 검출을 위하여 형광 여기를 위한 여기광으로 370nm ± 20nm의 제1파장을 갖는 광을 이용할 수 있으며, 방사광으로는 AGE에 대한 피부 형광의 파장에 대응되는 440nm ± 20nm의 제2파장을 갖는 광을 이용할 수 있다.

이 경우, 상기 제1광원(111)은 370nm ± 20nm인 제1파장대의 광을 조사하는 발광다이오드로 구성할 수 있으며, 상기 제2광원(112)은 440nm ± 20nm인 제2파장대의 광을 조사하는 발광다이오드로 구성할 수 있다. 또한, 상기 제1광검출기(121)는 제1파장대의 광을 검출하는 포토다이오드로, 상기 제2광검출기(122)는 제2파장대의 광을 검출하는 포토다이오드로 구성할 수 있다.

한편 도 2에서 도시되지는 않았으나, 본 발명에 따른 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치는 상기 제1광원(111) 및 제2광원(112)의 온/오프를 제어하는 광원 스위칭 제어부를 포함하도록 구성할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 상기 제1광검출기(121) 및 제2광검출기(122)의 온/오프를 제어할 수 있는 광검출기 스위칭 제어부를 포함하도록 구성할 수 있다.

이러한 광원 스위칭 제어부 및 광검출기 스위칭 제어부는, 피부 형광값을 정확하게 보정하여 연산하기 위하여 방출되는 피부 형광 및 반사광의 검출 조건에 따라 각 광원 및 광검출기가 구분하여 정확하게 동작할 수 있도록 스위칭 제어하게 된다.

즉, 광원 스위칭 제어부는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치에서의 광조사 조건에 따라 광원의 온/오프, 즉, 광원을 점등시키거나 또는 소등시키는 것을 제어하는 구성으로, 예를 들어, 여기광(λ₁)을 측정 대상으로 조사하게 되는 제1조건에서는 제2광원(112)을 소등시키고, 제1광원(111)을 점등시킴으로써 제1광원(111)만이 제1파장대의 광을 조사하도록 각 광원을 스위칭 제어하는 한편, 상기 여기광과 다른 파장대의 방사광(λ₂)을 측정 대상에 조사하는 제2조건에서는 제1광원(111)을 소등시키고, 제2광원(112)만으로부터 제2파장대의 광조사가 이루어지도록 제2광원(112)이 점등되게끔 각 광원을 제어하도록 구성할 수 있다.

마찬가지로, 상기 광검출기 스위칭 제어부 또한 각 측정 조건에 따라 해당 광검출기의 온/오프를 제어하는 구성으로, 현재의 측정 조건에서 검출하고자 하는 파장대의 광을 검출하기 위한 광검출기의 전원을 온/오프시키도록 구성된다.

특히, 상기 광검출기 스위칭 제어부를 구성함에 있어서, 제1파장대의 여기광을 조사하는 제1조건이나 제2파장대의 방사광을 조사하는 제2조건의 경우 모두 제2파장에 대한 광신호를 검출하여야 하는 바, 제2파장에 대한 광검출을 위한 제2광검출기(122)는 지속적으로 온 상태를 유지함이 바람직하다.

이 때, 제1조건과 제2조건을 포함하는 전체 측정 과정 동안 미리 설정된 소정의 시간 동안 순차적으로 광원에 대한 스위칭 제어가 이루어지며, 각 광원의 스위칭 주기는 인체의 맥박수를 고려하여 혈류에 의하여 확산 반사율의 변화가 측정에 영향을 미치지 않도록 10 ~ 100 ㎐ 수준의 고주파에서 스위칭 제어가 이루어지도록 구성됨이 바람직하다.

또한, 이러한 고속 스위칭은 본 발명에 따른 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치에서 측정 스캐너(100)를 파지 가능한 형태로 제작함에 따라, 측정 영역을 이동하면서 연속적으로 피부형광을 측정하는 스캐닝 방식으로 이용하는 경우, 측정 스캐너(100)의 이동에도 불구, 측정 시 거의 동일한 측정부위에서의 측정이 이루어질 수 있게 된다.

도 2에 도시되지는 않았으나, 본 발명에 따른 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치에서는 선택적으로 광학 필터가 광원 및 광검출기 앞에 설치될 수 있으며, 바람직하게는 조사되는 광이 피부 표면에서 광이 거울반사됨에 따라 상대적으로 광의 세기가 약한 피부 형광의 검출이 어려워지는 것을 방지하기 위하여 반사광의 영향을 제거하기 위한 한 쌍의 편광자(130)와 교차편광자(131)를 각각 대응되는 광원과 광검출기 사이에 설치할 수 있다.

즉, 편광자는 제1광원(111)/제1광검출기(121)의 쌍과 제2광원(112)/제2광검출기(122)의 쌍 각각에 대하여 상호 교차 위치인 편광자 및 교차편광자를 배치해야한다.

한편, 본 발명에 따른 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치에서는 두 개의 광원 및 두 개의 광검출기를 포함하는 측정 스캐너(100)에 연결가능하도록 구성되는 본체(200)를 포함하도록 구성할 수 있으며, 상기 본체(200)는 측정 스캐너(100)에 의하여 측정된 정보로부터 보정된 피부 형광의 크기를 산출하는 연산부를 포함하도록 구성할 수 있다.

상기 본체(200)는 측정 스캐너(100)와 광학적, 전기적, 그리고 기계적으로 연결가능하도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 상기 본체(200) 상에는 측정 스캐너(100)가 기계적으로 장착될 수 있도록 상기 측정 스캐너(100)의 측정단 측의 형상에 대응되는 구조의 장착부(210)가 마련되고, 상기 장착부(210) 상에 상기 측정 스캐너(100)가 기계적인 결합을 형성하며 장착 고정될 수 있도록 구성한다.

그러므로, 본 발명의 바람직한 구현예에서는 상기 측정 스캐너(100)의 일단부에 상기 제1광원(111), 제2광원(112), 제1광검출기(121) 및 제2광검출기(122)가 배치되도록 구성하는 한편, 상기 장착부(210)는 상기 측정 스캐너(100)의 일단부의 형상에 대응되는 형상으로 내측으로 형성된 홈 구조를 포함하도록 구성함으로써, 광원 및 광검출기와 장착부(210)가 서로 대향하면서 고정될 수 있도록 구성한다.

바람직하게는 상기 본체(200)는 위와 같이 측정 스캐너(100)가 본체(200) 상에 고정 장착됨에 따라 측정 스캐너(100)와 전기적으로 연결될 수 있도록 구성하여, 상기 측정 스캐너(100)가 측정 대상(T)에 광조사하여 검출한 피부 형광 및 반사광에 대한 정보를 획득할 수 있도록 구성한다. 또한, 더욱 바람직하게는 상기 본체(200)의 장착부(210) 상에는 측정 대상과 대비하기 위한 표준 시편을 배치하고, 상기 측정 스캐너(100)가 본체(200)의 장착부(210) 상의 안착된 경우 측정 스캐너(100)의 광원 및 광검출기가 상기 표준 시편과 광학적으로 연결되도록 구성한다. 이 때 상기 표준시편은 측정되는 신체 조직과 유사한 형광과 확산 반사의 광학적 특성을 갖는 것으로 선택할 수 있다.

그러므로, 상기 측정 스캐너(100)가 상기 본체(200)의 장착부(210) 상에 장착되어, 전기적 및 광학적으로 연결된 경우, 측정 스캐너(100)는 측정 대상에서 측정을 위하여 수행하였던 광조사 및 광검출 과정을 표준 시편에 대하여도 동일하게 수행하게 되며, 측정 대상 및 표준시편에 대하여 측정된 정보들은 상기 본체(200)의 연산부로 전송되게 된다.

상기 연산부에서는 전송된 형광 신호 및 반사광 신호에 관한 정보를 이용하여 실제 측정 대상에 대한 보정된 피부 형광 값을 산출하게 되며, 산출된 결과는 상기 본체(200) 상에 형성된 디스플레이부(220)를 통해 외부로 표시된다.

따라서, 이와 같은 순차적인 측정이 반복되고, 반복된 측정 결과에 따라 보정이 이루어지는 연산 과정을 수행하기 위하여, 획득된 측정 정보들은 모두 메모리를 통해 측정 스캐너(100)에 저장되도록 구성하며, 바람직하게는 측정 결과의 변화를 추적하기 위하여 시간 다이어그램 형태로 측정 결과를 저장하도록 구성할 수 있다.

한편, 상기 본체(200) 상에 형성되는 장착부(210)에는 측정 스캐너(100)를 충전할 수 있도록 충전 단자가 설치될 수 있으며, 상기 충전 단자는 상기 측정 스캐너(100)가 장착부(210)에 기계적으로 결합된 경우 충전이 진행될 수 있도록 구성된다.

또한, 필요에 따라 상기 측정 스캐너(100)는 블루투스를 통해 본체(200)와 연결되도록 구성할 수도 있다.

본 발명에 따른 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치에서 광원 및 광검출기의 구체적인 배치에 관한 예는 도 3 및 도 4에 도시되어 있다.

이 중, 도 3은 광원 및 광검출기가 측정 대상이 되는 피부 사이에 별도의 공간없이 직접 배치되는 경우를 예시한 것이고, 도 3은 광원 및 광검출기가 측정 대상이 되는 피부 사이에 공간을 형성하면서 배치되는 경우의 예를 각각 도시하고 있다.

구체적으로, 도 3의 예에서는 각각의 광원과 광검출기가 측정 대상에 대하여 각각 수직하게 배치될 수 있도록 서로 나란하게 배치되며, 최적의 검출 영역을 형성하기 위하여 외측에는 제1광원(111) 및 제2광원(112)을 배치하고, 그 사이에 제1검출기 및 제2검출기가 위치하도록 구성한다.

또한, 도 4에서와 같이 측정 스캐너(100)에서 광원 및 광검출기와 측정 대상 사이에 소정의 공간이 형성된 경우에는 각 광원 및 광검출기를 서로 경사진 채 비스듬하게 배치하는 한편, 각각의 광원 및 광검출기가 측정대상의 동일한 영역에 광을 조사하고, 동일한 영역에서 발생하는 광을 검출할 수 있도록 각각의 광조사 경로 및 광검출 경로를 형성하게끔 배치하여야 한다. 바람직하게는 대응되는 광원 및 광검출기의 각도가 45도를 이루도록 배치할 수 있으며, 예를 들어, 광원이 피부 표면에 수직으로 광을 조사하는 경우라면, 광검출기는 45도로 기울여서 배치함으로써 거울 반사로 인한 영향을 줄일 수 있다. 상기 제1광원(111) 및 제2광원(112)과 제1광검출기(121) 및 제2광검출기(122)의 사이 각도는 장비 구조에 맞추어 최소로 한다. 더욱 바람직하게는, 상기 광원과 광검출기 앞에는 광학 필터와 함께 거울 반사광을 제거하기 위한 한 쌍의 교차 편광자(130)를 각각 대응되는 광원과 광검출기 사이에 설치함으로써 거울 반사로 인한 영향을 최소화할 수 있다.

이 때, 상기 제1광원(111), 제2광원(112), 제1광검출기(121) 및 제2광검출기(122)는 각각 상기 측정 스캐너(100)의 측정 대상 측 말단까지 광가이드에 의하여 연결되도록 구성할 수 있다. 한편, 피부와 센서가 접촉하는 면에는 외부 습기 등 이물질로부터 보호하기 위해 유리판 등의 투명 보호막을 설치할 수 있다.

이와 같은 구성을 갖는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치에 의하여 수행되는 광조사, 광검출 및 연산의 과정에 대한 실험예는 하기와 같다.

[실험예]

보정된 형광 값을 구하기 위해 위에 도입된 두 가지 대상, 즉, 측정 대상과 표준 시편에 대한 측정이 필요하며, 이 중 측정 대상인 신체의 피부에서 광 측정이 시행된다.

진단을 위하여 피검자의 상박에서 측정 대상과 접촉 또는 근접한 광원 및 광검출기로부터 측정되며, 약 5~19 ㎠의 측정 면적 피부 부위에서 측정 스캐너가 피부 표면을 따라 움직이며 스캔한다.

측정 전, 모든 광원을 오프시킨 후, 암 신호의 레벨 평가를 수행하여 외부로부터 누수되는 광에 대한 자동 보상을 수행한다.

광원 모듈은 각자 다른 시간 간격 t1과 t2에서 파장 λ₁과 λ₂를 갖는 제1광원 조명광 Ф(λ1, t1)과 제2광원 조명광 Ф(λ2, t2)를 순차적으로 발생시킨다.

전체 측정 과정 동안에 두 대의 광원에서 발생하는 광이 t1과 t2에서 순차적으로 50㎐의 주기로 스위칭 온/오프 과정을 반복하며 광조사된다.

다음으로, 광원으로부터 조사된 광은 광검출기에서 검출되어 전기신호로 변환된다.

즉, 근 자외선 스펙트럼 범위 (370 nm 근방)의 제1광원 조명광 Ф(λ1, t1)은 대상의 형광을 여기시켜 광검출기를 통해 대응되는 신호 I(λ2,t1)를 형성시키고, 또한 측정 대상인 피부에서 확산 반사되는 여기 반사광에 비례되는 신호값 I(λ1,t1) 형성한다.

또한, 파랑 스펙트럼 범위 (440 nm 근방)의 제2광원의 조명광 Ф(λ2, t2)는 AGE와 NADH에서 발생하는 고유 형광의 최대 값에 대응되며, 대상 피부에서 확산 반사되는 상기 방사광에 비례되는 신호값 I(λ2,t2)를 형성한다.

위와 같은 측정이 서로 다른 시간 간격 t1과 t2에서 주기적으로 반복 시행되며, 측정 결과는 평균으로 산출 저장된다.

동일한 측정 과정을 표준 시편에 대하여 동일하게 수행한 다음, 각각의 과정에서 산출된 정보를 연산부에서 처리하여 보정된 피부 형광값을 산출한다.

위 실험예에서 두 파장을 갖는 광원의 작동에 대한 시간 다이어그램은 아래 표 1과 같다.

본 실험예에서는 각자의 사이클 시간은 20 ms로 구성하였으며, 측정 대상 스캔 시간을 2초로 산정하여 100번의 측정 사이클이 수행되도록 구현하였다.

본 실험예에 따라 측정된 정보들은 상기 측정 스캐너 내부 메모리에 저장되고 보존된다. 상기 측정 스캐너가 상기 본체 장착부에 놓여 질 때 자동적으로 검출 정보들은 상기 본체 상의 연산부로 이동하여 함수 변환에 따른 연산 및 통계 처리되며 측정 결과는 디스플레이로 보여진다.

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.

100: 측정 스캐너 200: 본체
111: 제1광원 112: 제2광원
121: 제1광검출기 122: 제2광검출기
130: 편광자 131: 교차 편광자
210: 장착부 220: 디스플레이부
T: 측정 대상

Claims

표준시편 또는 측정 대상에 대하여 광조사 및 광검출 가능하도록 구성되며,
여기광을 조사하는 제1광원;
상기 제1광원과 서로 다른 파장의 광을 조사하는 제2광원;
형광 신호 및 반사광 신호에 대한 서로 다른 두 개의 파장을 검출하도록 설치되는 제1광검출기 및 제2광검출기;
상기 제1광원 및 제2광원의 온/오프를 제어하는 광원 스위칭 제어부;
상기 제1광검출기 및 제2광검출기로부터 검출된 형광 신호 및 반사광 신호로부터 보정된 피부 형광 신호를 산출하는 연산부;를 포함하며,
상기 제2광원은 상기 제1광원으로부터의 여기광에 의하여 여기되어 방출되는 피부 형광의 파장대의 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 광원 스위칭 제어부는 상기 제1광원과 상기 제2광원의 점등 상태가 시간적으로 분리되도록 상기 제1광원 및 상기 제2광원을 스위칭 제어하는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 스위칭 제어부는 상기 제1광원과 상기 제2광원을 순차적으로 점등 및 소등시키는 과정을 연속적으로 반복하면서 제1광원에 대한 형광신호 및 반사광 신호와 제2광원에 대한 반사광 신호를 각각 검출하도록 구성되는 것을 특징으로 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1광원 및 상기 제2광원의 광경로 상에는 측정 대상과 표준시편이 선택적으로 위치할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1광원은 370nm ± 20nm 의 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 반사광 측정형 피부 형광 측정 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제2광원은 440nm ± 20nm 의 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 반사광 측정형 피부 형광 측정 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 스위칭 제어부는 각 광원을 점등시키기 전, 제1광원과 제2광원이 모두 소등되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 반사광 측정형 피부 형광 측정 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 스위칭 제어부가 제1광원 및 제2광원을 모두 소등시킨 경우, 상기 제1광검출기 및 제2광검출기에서는 암신호를 측정하고, 상기 연산부는 측정된 암신호를 저장하고, 저장된 암신호로부터 검출된 형광 신호 및 반사광 신호를 보상하는 것을 특징으로 하는 반사광 측정형 피부 형광 측정 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 스위칭 제어부는 제1광원부 및 제2광원부가 10 ~ 100Hz 의 주기로 점등 및 소등을 반복하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 반사광 측정형 피부 형광 측정 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1광검출기 및 제2광검출기의 온/오프를 제어하는 광검출기 스위칭 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1광원, 제2광원, 제1광검출기 및 제2광검출기를 포함하는 측정 스캐너와;
상기 측정 스캐너에 전기적으로 연결가능하도록 구성되며, 상기 연산부를 포함하는 본체;로 분리 구성되는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치.
청구항 11에 있어서,
상기 측정 스캐너는 파지가능한 형태로 이루어지며, 그 일단부에 상기 제1광원, 제2광원, 제1광검출기 및 제2광검출기가 배치되는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치.
청구항 11에 있어서,
상기 측정 스캐너는 검출된 정보를 저장하기 위한 메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치.
청구항 11에 있어서,
상기 측정 스캐너는 측정 대상에 수직하게 광조사 및 광검출이 이루어질 수 있도록 상기 제1광원, 제2광원, 제1광검출기 및 제2광검출기가 수직 방향으로 나란하게 배치되는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치.
청구항 11에 있어서,
상기 측정 스캐너는 측정 대상에 비스듬하게 광조사 및 광검출이 이루어질 수 있도록 상기 제1광원, 제2광원, 제1광검출기 및 제2광검출기가 서로 일정한 각을 이루며 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치.
청구항 15에 있어서,
상기 제1광원, 제2광원, 제1광검출기 및 제2광검출기는 모두 동일한 위치에서 광조사 및 광검출을 수행할 수 있도록 배치되는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치.
청구항 16에 있어서,
상기 제1광원과 제1광검출기 및 상기 제2광원과 제2광검출기는 모두 45도의 각도로 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치.
청구항 11에 있어서,
상기 본체는 상기 측정 스캐너가 장착될 수 있는 장착부가 형성되며, 상기 측정 스캐너는 상기 장착부 상에 착탈가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치.
청구항 18에 있어서,
상기 측정 스캐너의 일단부에 상기 제1광원, 제2광원, 제1광검출기 및 제2광검출기가 배치되며, 상기 장착부는 상기 측정 스캐너의 일단부의 형상에 대응되는 형상으로 내측으로 형성된 홈 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치.
청구항 19에 있어서,
상기 장착부의 홈 구조에는 표준 시편이 상기 측정 스캐너에 설치된 상기 제1광원, 제2광원, 제1광검출기 및 제2광검출기와 광학적으로 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치.
청구항 20에 있어서,
상기 본체는 상기 측정 스캐너가 장착부에 장착된 경우, 표준시편에 대한 측정을 수행하고, 상기 측정 스캐너에 저장된 측정 대상 및 표준시편에 대한 검출 정보를 전송받아 상기 연산부에서 보정된 피부 형광값을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치.
청구항 18에 있어서,
상기 장착부에는 상기 측정 스캐너에 대한 충전 단자가 설치되며, 상기 장착부에 상기 측정 스캐너가 장착될 경우 충전되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치.
청구항 11에 있어서,
상기 측정 스캐너에는 두 쌍의 교차 편광자가 설치되는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치.
청구항 11에 있어서,
상기 제1광원 및 제2광원은 상기 측정 스캐너의 측정 대상 측 말단까지 광가이드에 의하여 연결되는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치.
청구항 11에 있어서,
상기 제1광검출기 및 제2광검출기는 상기 측정 스캐너의 측정 대상 측 말단까지 광가이드에 의하여 연결되는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치.
청구항 11에 있어서,
상기 본체는 디스플레이부를 더 포함하며, 상기 디스플레이부에서는 상기 연산부에서 산출된 보정된 피부 형광 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 연산부는 하기 수식에 의하여 보정된 피부 형광값을 산출하는 것을 특징으로 하는 반사광 검출형 피부 형광 측정 장치.
수식: AF_corr =K[I(λ2,t1)/I₀(λ2,t1)]/{[R(λ1)] ^k1 [R(λ2)]}^k2
(여기서, R(λ1)= I(λ1,t1) / I₀(λ1,t1) : 여기 파장에서 확산 반사 계수
R(λ2)= I(λ2,t2) / I₀(λ2,t2) : 방사 파장에서 확산 반사 계수
I(λ2,t1) : 피부 조직의 고유 형광(피부 형광) 신호 값
I(λ1,t1) : 여기광 파장에서 피부 조직의 반사광 신호 값
I(λ2,t2) : 방사광 파장에서 피부 조직의 반사광 신호 값
k1, k2 : 여기광과 방사광 파장에 대한 교정 함수의 지수 계수
I₀(λ2,t1) : 표준 시편에서의 고유 형광 신호 값
I₀(λ1,t1) : 여기광 파장에서 표준 시편에서의 반사광 신호 값
I₀(λ2,t2) : 방사광 파장에서 표준 시편에서의 반사광 신호 값)