KR20160140133A - Apparatus and method for noninvasively measuring blood sugar - Google Patents
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Abstract
Description
혈당 측정 기술에 관한 것으로 특히, 비침습 혈당 측정 장치 및 방법과 관련된다.And more particularly to a non-invasive blood glucose measurement apparatus and method.
당뇨병은 현대인이 가지고 있는 고질병 중의 하나이다. 당뇨병은 췌장에서 분비되는 인슐린이라는 호르몬이 적게 분비되거나 제대로 작용하지 못하여, 혈액 내의 당이 세포로 전달되어 에너지로 사용되지 못하고 혈액 내에 쌓이는 질환으로 고혈압, 신부전증, 시력손상 등의 합병증을 유발할 수 있다.Diabetes is one of the illnesses of modern people. Diabetes can lead to complications such as hypertension, renal failure, and visual impairment due to the fact that insulin secreted from the pancreas is secreted or not functioned properly.
혈당을 관리하기 위해 식이요법, 운동요법 및 약물요법 등이 행해지고 있는데, 혈액 내의 당을 관리하기 위해서는 본인의 혈당을 정확히 하는 것이 기본이라고 할 수 있다.Diet, exercise, and medication are being used to manage blood sugar. In order to manage the sugar in the blood, it is essential to make the blood sugar correctly.
혈당을 측정하는 방법은 혈액을 직접 채취하여 혈당을 측정하는 침습적 방식과, 혈액을 채취하지 않고 측정하는 비침습적 방식이 있다.The method of measuring blood glucose is an invasive method for directly measuring blood glucose and a non-invasive method for measuring blood without taking blood.
침습적 방식은 측정의 신뢰성이 높은 반면, 주사를 이용한 혈액 채취의 고통, 번거로움 및 질병 감염 위험이 크며, 채액 성분 측정용 스트립(strip), 주사기 등의 소모품이 사용되므로 경제적 부담이 크다.The invasive method has a high reliability of measurement, but the risk of infection, inconvenience and disease infestation of blood sampling using injection is high, and consumables such as strips for measuring ingredient composition and consumables such as a syringe are used.
비침습적 방식에는 라만 분광법(Raman Spectroscopy), 근적외선 분광법(Near Infrared Spectroscopy), 및 중적외선 분광법(Mid infrared Spectroscopy) 등 여러 가지 광학기술이 적용되고 있다. 그러나, 라만 분광법의 경우에는 광 조사에 의해 얻어지는 라만 스펙트럼의 신호 크기가 미약하여 측정하기 어렵고, 근적외선 분광법 및 중적외선 분광법은 여러 가지 피부 잡음으로 인해 혈당에 해당하는 신호의 분리가 어렵다.Various non-invasive techniques have been applied to various optical technologies such as Raman spectroscopy, near infrared spectroscopy, and mid infrared spectroscopy. However, in the case of Raman spectroscopy, it is difficult to measure the signal intensity of the Raman spectrum obtained by light irradiation, and it is difficult to separate signals corresponding to blood glucose due to various skin noises in the near-infrared spectroscopy and the mid-infrared spectroscopy.
피부에 전류를 가하여 글루코스를 표피로 포집하고, 포집된 부위에 광을 조사하여 획득한 스펙트럼을 기반으로 혈당을 추정할 수 있는 비침습 혈당 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a non-invasive blood glucose measurement apparatus and method capable of estimating blood glucose based on a spectrum obtained by applying current to skin and collecting glucose to the epidermis and irradiating light to the collected region.
일 양상에 따른 비침습 혈당 측정 장치는, 피부에 전류를 가하여 표피에 글루코스를 포집하는 포집부와, 글루코스가 포집된 부위에 광을 조사하는 광 조사부와, 글루코스가 포집된 부위에서 반사되거나 산란된 광을 수신하고, 수신된 광을 분광시켜 스펙트럼을 획득하는 광 검출부와, 획득된 스펙트럼을 기반으로 글루코스의 농도를 측정하는 측정부를 포함할 수 있다.An apparatus for measuring non-invasive blood glucose according to an aspect includes a collecting unit for collecting glucose on the skin by applying an electric current to the skin, a light irradiating unit for irradiating light to the site where glucose is collected, An optical detector for receiving the light, spectroscopically receiving the light to obtain a spectrum, and a measurement unit for measuring the concentration of glucose based on the obtained spectrum.
광은 근적외광 및 중적외광 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The light may include at least one of near-infrared light and heavy infrared light.
포집부는 전류원 및 2개의 전극을 포함하며, 2개의 전극 중 캐소드 전극은 투명 전극으로 구현될 수 있다.The collecting portion includes a current source and two electrodes, and the cathode of the two electrodes may be a transparent electrode.
투명 전극은 인듐 주석 산화물(indium tin oxide, ITO), 투명 전도성 산화물(transparent conduction oxide, TCO), 은나노와이어(silver nanowire), 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT), 그래핀(graphene), 및 전도성 고분자(conducting polymer) 중 하나일 수 있다.The transparent electrode may be formed of indium tin oxide (ITO), transparent conduction oxide (TCO), silver nanowire, carbon nanotube (CNT), graphene, And may be one of a conducting polymer.
광 검출부는 글루코스가 포집된 부위에서 반사되거나 산란된 광을 수신하는 다수개의 수광부를 포함하고, 광 조사부 및 다수개의 수광부는 2개의 전극 중 캐소드 전극 쪽에 배치될 수 있다.The photodetecting unit may include a plurality of light receiving units that receive light reflected or scattered at the glucose capturing site, and the light irradiating unit and the plurality of light receiving units may be disposed on the cathode electrode of the two electrodes.
광 검출부는 글루코스가 포집된 부위에서 반사되거나 산란된 광을 수신하는 다수개의 수광부를 포함하고, 각각의 수광부는 광 조사부를 중심으로 원의 형태로 균일 간격으로 배치될 수 있다.The light detecting unit may include a plurality of light receiving units that receive light reflected or scattered at the glucose collecting site, and each light receiving unit may be disposed at uniform intervals in the form of a circle around the light irradiating unit.
광 조사부는 글루코스가 포집된 부위에 일정 시간 간격으로 광을 조사할 수 있다.The light irradiating unit can irradiate light at a predetermined time interval to the glucose collecting site.
측정부는 상기 획득된 스펙트럼을 기반으로 시간에 따른 스펙트럼의 변화를 나타내는 동적 스펙트럼을 생성하고, 생성된 동적 스펙트럼을 기 저장된 농도별 동적 스펙트럼과 비교하여 글루코스의 농도를 측정할 수 있다.The measuring unit may generate a dynamic spectrum indicating a change in spectra over time based on the obtained spectrum, and measure the concentration of glucose by comparing the generated dynamic spectrum with a previously stored dynamic spectrum.
비침습 혈당 측정 장치는, 측정된 글루코스의 농도를 표시하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.The non-invasive blood glucose measurement apparatus may further include a display unit for displaying the concentration of glucose measured.
비침습 혈당 측정 장치는, 측정된 글루코스의 농도가 제1 임계치 이하인 경우 또는 제2 임계치 이상인 경우 알람을 출력할 수 있다.The non-invasive blood glucose measurement device can output an alarm when the measured glucose concentration is below the first threshold value or above the second threshold value.
다른 양상에 따른 비침습 혈당 측정 방법은, 피부에 전류를 가하여 표피에 글루코스를 포집하는 단계와, 글루코스가 포집된 부위에 광을 조사하는 단계와, 글루코스가 포집된 부위에서 반사되거나 산란된 광을 수신하고, 수신된 광을 분광시켜 스펙트럼을 획득하는 단계와, 획득된 스펙트럼을 기반으로 글루코스의 농도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.Another aspect of the present invention is a method for measuring non-invasive blood glucose, comprising the steps of: collecting glucose on the epidermis by applying an electric current to the skin; irradiating light on the glucose-captured site; and irradiating light reflected or scattered at the glucose- Receiving and spectrally separating the received light to obtain a spectrum, and measuring the concentration of glucose based on the obtained spectrum.
광은 근적외광 및 중적외광 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The light may include at least one of near-infrared light and heavy infrared light.
광을 조사하는 단계는 글루코스가 포집된 부위에 일정 시간 간격으로 광을 조사할 있다.In the step of irradiating light, light may be irradiated to the glucose-trapped site at a predetermined time interval.
측정하는 단계는, 획득된 스펙트럼을 기반으로 시간에 따른 스펙트럼의 변화를 나타내는 동적 스펙트럼을 생성하는 단계와, 생성된 동적 스펙트럼을 기 저장된 농도별 동적 스펙트럼과 비교하여 글루코스의 농도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.The measuring step includes the step of generating a dynamic spectrum showing a change in spectra over time based on the obtained spectrum and a step of measuring the concentration of glucose by comparing the generated dynamic spectrum with a previously stored dynamic spectrum per concentration can do.
비침습 혈당 측정 방법은, 측정된 글루코스의 농도를 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.The non-invasive blood glucose measurement method may further include the step of displaying the concentration of the measured glucose.
비침습 혈당 측정 방법은, 측정된 글루코스의 농도가 제1 임계치 이하인 경우 또는 제2 임계치 이상인 경우 알람을 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.The non-invasive blood glucose measurement method may further include outputting an alarm when the measured concentration of glucose is equal to or less than the first threshold value or equal to or greater than the second threshold value.
피부에 전류를 가하여 글루코스를 표피로 포집하고, 포집된 부위에 광을 조사하여 획득한 스펙트럼을 기반으로 혈당을 측정함으로써, 비침습적인 방법으로 혈당 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다.By applying current to the skin to collect glucose on the epidermis and measuring the glucose on the basis of the spectrum obtained by irradiating the collected region with light, the accuracy of blood glucose measurement can be improved by a noninvasive method.
도 1은 비침습 혈당 측정 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 2a는 피부에 전류를 인가하기 전의 글루코스의 분포를 나타내는 예시도이다.
도 2b는 피부에 전류를 인가한 후 제1 시간(t1)이 경과한 후 글루코스의 분포를 나타내는 예시도이다.
도 2c는 피부에 전류를 인가한 후 제2 시간(t2)이 경과한 후 글루코스의 분포를 나타내는 예시도이다.
도 3a는 광 검출부(130)에서 획득한 스펙트럼의 예시도이다
도 3b는 획득한 스펙트럼을 기반으로 생성한 동적 스펙트럼의 예시도이다.
도 3c는 기 저장된 농도별 동적 스펙트럼의 예시도이다.
도 4는 전극(111a, 111b), 광 조사부(120) 및 수광부(131)의 배치의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 비침습 혈당 측정 장치의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 비침습 혈당 측정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 7은 비침습 혈당 측정 방법의 다른 실시예를 도시한 흐름도이다.1 is a block diagram showing an embodiment of a non-invasive blood glucose measurement device.
FIG. 2A is an exemplary view showing the distribution of glucose before current is applied to the skin. FIG.
FIG. 2B is an illustration showing the distribution of glucose after a first time (t1) has elapsed after current is applied to the skin.
FIG. 2C is an exemplary diagram showing the distribution of glucose after a second time (t2) has elapsed after current is applied to the skin.
3A is an exemplary view of a spectrum obtained by the
FIG. 3B is an example of a dynamic spectrum generated based on the obtained spectrum. FIG.
FIG. 3C is an exemplary view of the pre-stored dynamic spectrum per concentration. FIG.
4 is a view showing an embodiment of the arrangement of the
5 is a view showing another embodiment of the non-invasive blood glucose measurement device.
6 is a flowchart showing an embodiment of a non-invasive blood glucose measurement method.
7 is a flow chart showing another embodiment of the non-invasive blood glucose measurement method.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 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.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In addition, the terms described below are defined in consideration of the functions of the present invention, which may vary depending on the intention of the user, the operator, or the custom. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.
도 1은 비침습 혈당 측정 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다.1 is a block diagram showing an embodiment of a non-invasive blood glucose measurement device.
도 1을 참조하면, 비침습 혈당 측정 장치(100)는 포집부(110), 광 조사부(120), 광 검출부(130) 및 측정부(140)를 포함할 수 있다.1, the non-invasive blood
포집부(110)는 피부에 일정한 전류를 가하여 표피에 글루코스를 포집(accumulation)할 수 있다. 이를 위해, 포집부(110)는 2개의 전극(111a 및 111b) 및 전류원(113)을 포함할 수 있다.The
일 실시예에 따르면, 포집부(110)는 전류원(113) 및 2 개의 전극(111a, 111b)을 통하여 피부에 영향을 주지 않을 만큼의 작고 일정한 전류(예컨대, 0.3 mA/cm2 이하의 전류)를 피부에 가함으로써, 표피에 글루코스를 포집할 수 있다.According to one embodiment, the
피부에 2개의 전극(111a 및 111b)을 통하여 일정한 전류를 가하게 되면, 체내의 음이온(예컨대, Cl- 등)은 애노드(anode) 전극(111a) 쪽으로 이동하고, 체내의 양이온(예컨대, Na+ 등)은 캐소드(cathode) 전극(111b) 쪽으로 이동하게 된다. 글루코스와 같이 전하가 없는 물질도 이온과 같이 피부를 통과하여 이동하게 되는데 이러한 현상을 전기 침투(electro-osmosis)라고 한다. 피부는 일반적으로 양이온이 많이 존재하기 때문에 캐소드 전극 쪽으로 체액 이동이 많아지게 되어 캐소드 전극(111b) 쪽 표피에 글루코스가 축적된다. 이러한 글루코스 축적 방식을 이온영동(iontophoresis) 방식이라고 한다. 즉, 포집부(110)는 이온영동 방식에 기반하여 표피에 글루코스를 포집할 수 있다.An anion (for example, Cl - or the like) in the body moves toward the
한편, 전극(111a, 111b)은 메탈 전극(예컨대, Ag 등) 또는 투명 전극(예컨대, 인듐 주석 산화물(indium tin oxide, ITO), 투명 전도성 산화물(transparent conduction oxide, TCO), 은나노와이어(silver nanowire), 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT), 그래핀(graphene), 및 전도성 고분자(conducting polymer) 등)으로 구현될 수 있다.The
다른 일 실시예에 따르면, 전극(111a, 111b)은 불투명전극일 수 있다. 예를 들어, 투명전극은 광 검출부(130)가 광 조사부(120)에서 조사된 광의 진행 경로상 위치하는 경우에 사용될 수 있다. 불투명전극은 광 검출부(130)가 광 조사부(120)에서 조사된 광의 진행 경로상 위치하지 않는 경우에 사용될 수 있다. 물론, 투명전극은 광 검출부(130)가 광 조사부(120)에서 조사된 광의 진행 경로상 위치하지 않는 경우에도 사용될 수 있다.According to another embodiment, the
광 조사부(120)는 글루코스가 포집된 부위에 광을 조사할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 광 조사부(120)는 글루코스가 포집된 부위, 즉, 캐소드 전극(111b) 쪽 표피에 일정 시간 간격으로 광을 조사할 수 있다. 이를 위해 광 조사부(120)는 광을 생성하는 광원(light source)를 포함할 수 있다. 이때, 광 조사부(120)에서 조사되는 광은 적외광(IR) 대역일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 조사부(120)에서 조사되는 광은 파장범위 800-2500nm의 근적외광(near infrared, NIR) 또는 파장범위 2500-10000nm의 중적외광(mid infrared, MIR)일 수 있다.The
근적외광 영역은 글루코스의 흡수 계수가 작고, 글루코스가 매질의 굴절률에 미치는 영향도 비특이적이다. 근적외광 영역에서 글루코스의 약한 스펙트럼 띠가 물, 헤모글로빈, 단백질, 지방 등의 강한 스펙트럼 띠와 겹치게 되어, 매질의 굴절률에 용질이 미치는 효과, 즉 산란 계수가 비특이적이 된다. 즉, 근적외광은 조직의 투과 측면에서는 유리하지만 글루코스의 농도를 측정하는 데는 중적외선에 비하여 비특이적이게 된다. The near infrared light region has a small absorption coefficient of glucose, and the influence of glucose on the refractive index of the medium is also nonspecific. A weak spectrum band of glucose overlaps with a strong spectrum band of water, hemoglobin, protein, fat, etc. in the near infrared light region, and the effect of the solute on the refractive index of the medium, that is, the scattering coefficient becomes nonspecific. That is, near-infrared light is advantageous in terms of transmission of tissues, but it is nonspecific in measuring the concentration of glucose compared to the medium-infrared.
일실시예에 따르면, 비침습 혈당 측정 장치(100)는 포집부(110)를 통하여 표피에 글루코스를 포집하고 광 조사부(120)를 통해 근적외광을 글루코스가 포집된 부위에 조사함으로써 글루코스에 대해 좀더 특이적인 근적외광 스펙트럼을 획득하는 것이 가능하다.According to one embodiment, the non-invasive blood
중적외광은 글루코스에 의해 생성된 스펙트럼 띠가 근적외광에 의해 발생하는 스펙트럼 띠보다 더 특이적이다. 그러나, 중적외광은 근적외광에 비하여 파장이 길므로 산란 현상이 적은 대신 광이 조직으로 도달하기 전에 많은 양이 흡수된다. 그러므로 투과 깊이(penetration depth)가 깊지 않아 진피층에 존재하는 글루코스에 대한 정보를 얻기에는 한계가 있다.The extraneous light is more specific than the spectral band produced by glucose. However, since the external light has a longer wavelength than the near infrared light, scattering phenomenon is less, and a large amount of light is absorbed before the light reaches the tissue. Therefore, penetration depth is not deep enough to obtain information on glucose present in the dermis layer.
일실시예에 따르면, 비침습 혈당 측정 장치(100)는 포집부(110)를 통하여 진피층에 존재하는 글루코스를 표피쪽으로 포집하고 광 조사부(120)를 통해 중적외광을 조사함으로써 진피층에 존재하는 글루코스에 대한 정보를 얻는 것이 가능하다.According to one embodiment, the non-invasive blood
광 검출부(130)는 광 조사부(120)에 의해 조사되어 반사되거나 산란된 광을 수신하고, 수신된 광을 분광시켜 스펙트럼을 획득할 수 있다. 이를 위해, 광 검출부(130)는 반사되거나 산란된 광을 수신하는 다수개의 수광부(131)를 포함할 수 있다.The
측정부(140)는 획득된 스펙트럼을 이용하여 글루코스의 농도를 측정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 측정부(140)는 획득된 스펙트럼을 기반으로 시간에 따른 스펙트럼의 변화를 나타내는 동적 스펙트럼(dynamic spectrum)을 생성하고, 생성된 동적 스펙트럼을 기 저장된 농도별 동적 스펙트럼과 비교하여 글루코스의 농도를 측정할 수 있다.The measuring
일정 전류를 피부에 가하게 되면 표피에 글루코스가 포집되고 시간의 흐름에 따라 글루코스에 대해 특이적인 스펙트럼의 흡광도(absorbance) 또는 강도(intensity)가 포집된 글루코스의 양에 비례하여 증가하게 된다. 측정부(140)는 각 파장에 대해 시간당 스펙트럼의 변화율로 변환하여 동적 스펙트럼을 생성함으로써 혈당 변화에 보다 특이적인 스펙트럼을 얻을 수 있다.When a constant current is applied to the skin, glucose is captured on the epidermis and the absorbance or intensity of the spectrum specific to glucose over time increases in proportion to the amount of glucose captured. The measuring
한편, 농도별 동적 스펙트럼은 미리 구축될 수 있다. 예컨대, 혈당 증가에 따라 글루코스의 양도 비례하여 많아지게 되면, 일정 전류를 가했을 때 발생하는 글루코스의 플럭스(flux)가 증가하고, 이에 따라 특정 파장의 스펙트럼 변화량도 커지게 된다. 이러한 스펙트럼 변화량을 농도로 환산함으로써 스펙트럼 변화량과 혈당의 일정한 상관관계를 가지는 모델, 즉 농도별 동적 스펙트럼을 구축할 수 있다.On the other hand, the concentration-specific dynamic spectrum can be constructed in advance. For example, when the amount of glucose increases proportionally with an increase in blood glucose, the flux of glucose generated when a constant current is applied increases, and accordingly, the amount of spectrum change of a specific wavelength also increases. By converting this amount of spectrum change into a concentration, a model having a constant correlation between the amount of spectrum change and blood glucose, that is, a dynamic spectrum according to concentration, can be constructed.
도 2a 내지 도 2c는 글루코스 농도를 측정하는 방법을 개략적으로 설명하기 위한 예시도이다. 더욱 자세하게는 도 2a는 피부에 전류를 인가하기 전의 글루코스의 분포를 나타내는 예시도이고, 도 2b는 피부에 전류를 인가한 후 제1 시간(t1)이 경과한 후 글루코스의 분포를 나타내는 예시도이고, 도 2c는 피부에 전류를 인가한 후 제2 시간(t2)이 경과한 후 글루코스의 분포를 나타내는 예시도이다. 이때, t2 = 2*t1 이다.FIGS. 2A to 2C are schematic diagrams for explaining a method of measuring the glucose concentration. FIG. More specifically, FIG. 2A is an example of a distribution of glucose before application of a current to skin, FIG. 2B is an example of a distribution of glucose after a first time (t1) And FIG. 2C is an exemplary diagram showing the distribution of glucose after a second time (t2) has elapsed after application of current to the skin. At this time, t2 = 2 * t1.
도 2a에 도시된 바와 같이, 전류원(113) 및 2개의 전극(111a 및 111b)를 통하여 피부(210)에 전류를 인가하기 전에는, 글루코스(220)는 피부(210) 전역에 존재한다.The
전류원(113) 및 2개의 전극(111a 및 111b)를 통하여 일정 전류(예컨대, 0.3 mA/cm2 이하의 전류)를 피부(210)에 인가하면, 피부 전역에 존재하던 글루코스(220)는 캐소드 전극(111b) 쪽으로 이동한다. 피부(210)에 일정 전류를 인가한 후 제1 시간(t1)이 경과하면, 도 2b에 도시된 바와 같이 글루코스(220) 중 일부가 캐소드 전극(111b) 쪽 피부에 포집된다. 또한, 피부(210)에 일정 전류를 인가한 후 제2 시간(t2)이 경과하면, 도 2c에 도시된 바와 같이 제1 시간(t1) 경과 후의 경우보다 더 많은 양의 글루코스(220)가 캐소드 전극(111b) 쪽 피부에 포집된다.When a constant current (for example, a current of 0.3 mA / cm 2 or less) is applied to the
한편, 제1 시간(t1)이 경과하면, 광 조사부(120)는 글루코스(220)가 포집된 캐소드 전극(111b) 쪽 피부에 광을 일차적으로 조사하고, 광 검출부(130)는 수광부(131)를 통해 반사되거나 산란된 광을 수신하고, 수신된 광을 분광시켜 제1 스펙트럼을 획득한다.When the first time t1 elapses, the
또한, 제2 시간(t2)이 경과하면, 광 조사부(120)는 글루코스(220)가 포집된 캐소드 전극(111b) 쪽 피부에 광을 이차적으로 조사하고, 광 검출부(130)는 수광부(131)를 통해 반사되거나 산란된 광을 수신하고, 수신된 광을 분광시켜 제2 스펙트럼을 획득한다.When the second time t2 elapses, the
그 후, 측정부(140)는 획득된 제1 스펙트럼 및 제2 스펙트럼을 기반으로 시간에 따른 스펙트럼의 변화를 나타내는 동적 스펙트럼(dynamic spectrum)을 생성하고, 생성된 동적 스펙트럼을 기 저장된 농도별 동적 스펙트럼과 비교하여 글루코스의 농도를 측정한다.Thereafter, the measuring
이하, 도 3a 내지 도 3c를 참조하여, 측정부(140)가 글루코스 농도를 측정하는 방법을 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method of measuring the glucose concentration by the measuring
도 3a는 광 검출부(130)에서 획득한 스펙트럼의 예를 도시한 도면이고, 도 3b는 획득한 스펙트럼을 기반으로 생성한 동적 스펙트럼의 예를 도시한 도면이고, 도 3c는 기 저장된 농도별 동적 스펙트럼의 예를 도시한 도면이다. 도시된 예는 근적외광을 이용하여 글루코스 농도를 측정하는 예이다.FIG. 3A is a diagram showing an example of a spectrum obtained by the
도 3a를 참조하면, 전류를 인가하고 제1 시간(t1)이 경과한 때 획득한 스펙트럼(제1 스펙트럼)(310) 및 전류를 인가하고 제2 시간(t2)(t2=2*t1)이 경과한 때 획득한 스펙트럼(제2 스펙트럼)(320)이 도시된다. 이때, 파장 1600-1800nm 대역은 글루코스에 대하여 특이적인 구간으로, 전류를 피부에 인가한 후 시간이 경과함에 따라 흡광도(absorbance)가 증가하는 양상을 보인다. 이는 시간이 경과함에 따라 근적외광을 조사한 부위, 즉 캐소드 전극(111b) 쪽 표피에 글루코스가 포집되는 양이 많아짐을 의미한다.Referring to FIG. 3A, a spectrum (first spectrum) 310 obtained when a current is applied and a first time t1 elapses and a second time t2 (t2 = 2 * t1) The elapsed acquired spectrum (second spectrum) 320 is shown. At this time, the band of 1600-1800 nm wavelength is specific to glucose, and absorbance increases with time after application of electric current to the skin. This means that as time elapses, the amount of glucose captured at the site irradiated with the near-infrared light, that is, the epidermis at the
피부에 일정 전류를 인가한 후 제1 시간(t1)이 경과한 때, 광 조사부(120)는 캐소드 전극(111b)에 근적외광을 일차적으로 조사하고 광 검출부(130)는 조사한 근적외광의 반사광 또는 산란광을 수신하여 제1 스펙트럼(310)을 획득한다.When the first time t1 elapses after applying a constant current to the skin, the
피부에 일정 전류를 인가한 후 제2 시간(t2)(t2=2*t1)이 경과한 때, 광 조사부(120)는 캐소드 전극(111b)에 근적외광을 이차적으로 조사하고 광 검출부(130)는 조사한 근적외광의 반란광 또는 산란광을 수신하여 제2 스펙트럼(320)을 획득한다.When the second time t2 (t2 = 2 * t1) has elapsed after applying a constant current to the skin, the
도 3b를 참조하면, 제1 스펙트럼(310) 및 제2 스펙트럼(320)을 기반으로 생성된 동적 스펙트럼(dynamic spectrum)(330)이 도시된다. 측정부(140)는 획득한 제1 스펙트럼(310) 및 제2 스펙트럼(320)을 기반으로 시간에 따른 스펙트럼의 변화를 나타내는 동적 스펙트럼(330)을 생성한다.Referring to FIG. 3B, a
도 3c를 참조하면, 기 저장된 농도별 동적 스펙트럼이 도시된다. 이때, 참조번호 340은 글루코스 농도가 50 mg/dL인 경우의 동적 스펙트럼을, 참조번호 350은 글루코스 농도가 70 mg/dL인 경우의 동적 스펙트럼을, 참조번호 360은 글루코스 농도가 90 mg/dL인 경우의 동적 스펙트럼을 각각 나타낸다.Referring to FIG. 3C, a pre-stored dynamic spectrum by concentration is shown. In this case,
측정부(140)는 생성된 동적 스펙트럼(330)을 기 저장된 농도별 동적 스펙트럼과 비교하여 글루코스 농도를 측정한다. 도시된 예에서, 동적 스펙트럼(330)은 글루코스 농도가 50 mg/dL인 경우의 동적 스펙트럼(340)과 일치하므로, 측정부(140)는 글루코스 농도를 50 mg/dL이라고 판단한다.The measuring
도 4는 전극(111a, 111b), 광 조사부(120) 및 수광부(131)의 배치의 일 실시예를 도시한 도면이다. 4 is a view showing an embodiment of the arrangement of the
도 4를 참조하면, 광 조사부(120), 및 수광부(131)는 글루코스가 포집되는 캐소드 전극(111b) 쪽에 배치될 수 있다. 이때, 수광부(131)는 복수개일 수 있으며, 각각의 수광부(131)는 광 조사부(120)를 중심으로 원의 형태로 균일 간격으로 배치될 수 있다.Referring to FIG. 4, the
전극(111a, 111b)은 광 조사부(120) 및 수광부(131)와의 간섭을 줄이기 위해, 투명 전극(예컨대, 인듐 주석 산화물(indium tin oxide, ITO), 투명 전도성 산화물(transparent conduction oxide, TCO), 은나노와이어(silver nanowire), 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT), 그래핀(graphene), 및 전도성 고분자(conducting polymer) 등)으로 구현될 수 있다. 또한, 전극(111a, 111b)은 불투명전극으로 구현될 수 있다.The
예를 들어, 투명전극은 광 검출부(130)가 광 조사부(120)에서 조사된 광의 진행 경로상 위치하는 경우에 사용될 수 있다. 불투명전극은 광 검출부(130)가 광 조사부(120)에서 조사된 광의 진행 경로상 위치하지 않는 경우에 사용될 수 있다. 물론, 투명전극은 광 검출부(130)가 광 조사부(120)에서 조사된 광의 진행 경로상 위치하지 않는 경우에도 사용될 수 있다.For example, the transparent electrode may be used when the
또한, 전극(111a, 111b)은 메탈 전극(예컨대, Ag 등)으로 구현될 수 있고, 메탈 전극으로 구현되는 경우 캐소드 전극(111b)과 수광부(131)는 최대한 인접하게 배치될 수 있다.The
애노드 전극(111b)는 캐소드 전극(111b)을 중심으로 캐소드 전극(111b)을 둘러싸는 형태로 캐소드 전극(111b)에 이격되어 배치될 수 있다.The
도 5는 비침습 혈당 측정 장치의 다른 실시예를 도시한 도면이다.5 is a view showing another embodiment of the non-invasive blood glucose measurement device.
도 5를 참조하면, 비침습 혈당 측정 장치(500)는 도 1의 비침습 혈당 측정 장치(100)에서 저장부(510), 디스플레이부(520) 및 알람부(530)를 선택적으로 더 포함할 수 있다.5, the non-invasive blood
저장부(510)는 농도별 동적 스펙트럼을 저장할 수 있다. The
저장부(510)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드 디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예컨대, SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory: RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read Only Memory: ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), PROM(Programmable Read Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 등을 포함할 수 있다.The
디스플레이부(520)는 비침습 혈당 측정 장치(500)에서 처리되는 정보를 시각적으로 표시하여 출력할 수 있다. 디스플레이부(520)는 측정부(140)에서 측정한 글루코스 농도를 시각적으로 표시하여 출력할 수 있다.The
디스플레이부(520)는 액정 디스플레이(liquid crystal display), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor liquid crystal display), 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 안경형 디스플레이(예컨대, HMD(Head Mounted Display), FMD(Face Mounted Display), EMD(Eye Mounted Display), EGD(Eye Glass Display)) 등을 포함할 수 있다.The
알람부(530)는 측정된 글루코스 농도가 제1 임계치 이하(저혈당)이거나, 제1 임계치 이상(고혈당)인 경우 알람을 출력할 수 있다. 예컨대, 알람부(530)는 측정된 글루코스 농도가 60 mg/dL이하의 저혈당인 경우 및 160 mg/dL이상의 고혈당인 경우에는 청각적 방법(예컨대, 스피커 등), 시각적 방법(예컨대, LED, 램프 등), 촉각적 방법(예컨대, 진동 등) 중 적어도 하나의 방법으로 알람을 출력할 수 있다.The
도 6은 비침습 혈당 측정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.6 is a flowchart showing an embodiment of a non-invasive blood glucose measurement method.
도 1 및 도 6을 참조하면, 비침습 혈당 측정 방법(600)은, 먼저, 피부에 전류를 인가하여 글루코스를 포집한다(510). 예컨대, 포집부(110)는 전류원(113) 및 2 개의 전극(111a, 111b)을 통하여 피부에 영향을 주지 않을 만큼의 작고 일정한 전류(예컨대, 0.3 mA/cm2 이하의 전류)를 피부에 가함으로써, 표피에 글루코스를 포집할 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 6, a non-invasive blood
이때, 전극(111a, 111b)은 메탈 전극(예컨대, Ag 등), 투명 전극(예컨대, 인듐 주석 산화물(indium tin oxide, ITO), 투명 전도성 산화물(transparent conduction oxide, TCO), 은나노와이어(silver nanowire), 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT), 그래핀(graphene), 및 전도성 고분자(conducting polymer) 등), 또는 불투명 전극으로 구현될 수 있다.The
투명전극은 광 검출부(130)가 광 조사부(120)에서 조사된 광의 진행 경로상 위치하는 경우에 사용될 수 있다. 불투명전극은 광 검출부(130)가 광 조사부(120)에서 조사된 광의 진행 경로상 위치하지 않는 경우에 사용될 수 있다. 물론, 투명전극은 광 검출부(130)가 광 조사부(120)에서 조사된 광의 진행 경로상 위치하지 않는 경우에도 사용될 수 있다.The transparent electrode may be used when the
그 후, 글루코스가 포집된 부위에 광을 조사한다(620). 예컨대, 광 조사부(120)는 글루코스가 포집된 부위, 즉, 캐소드 전극(111b) 쪽 표피에 일정 시간 간격으로 광을 조사할 수 있다. 이때, 광 조사부(120)에서 조사되는 광은 적외광(IR) 대역일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 조사부(120)에서 조사되는 광은 파장범위 800-2500nm의 근적외광(near infrared: NIR) 또는 파장범위 2500-10000nm의 중적외광(mid infrared: MIR)일 수 있다.Thereafter, light is irradiated to the site where glucose is collected (620). For example, the
그 후, 반사되거나 산란된 광을 수신하고, 수신된 광을 기반으로 스펙트럼을 획득한다(630). 예컨대, 광 검출부(130)는 다수개의 수광부(131)를 이용하여 반사되거나 산란된 광을 수신하고, 수신된 광을 분광시켜 스펙트럼을 획득할 수 있다.Thereafter, the reflected or scattered light is received and a spectrum is acquired based on the received light (630). For example, the
그 후, 획득된 스펙트럼을 이용하여 글루코스의 농도를 측정한다(640). 예컨대, 측정부(140)는 획득된 스펙트럼을 기반으로 시간에 따른 스펙트럼의 변화를 나타내는 동적 스펙트럼(dynamic spectrum)을 생성하고, 생성된 동적 스펙트럼을 기 저장된 농도별 동적 스펙트럼과 비교하여 글루코스의 농도를 측정할 수 있다.Thereafter, the concentration of glucose is measured using the obtained spectrum (640). For example, the measuring
도 7은 비침습 혈당 측정 방법의 다른 실시예를 도시한 흐름도이다.7 is a flow chart showing another embodiment of the non-invasive blood glucose measurement method.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 비침습 혈당 측정 방법(700)는 도 6의 비침습 혈당 측정 방법(600)에서 글루코스 농도 표시 단계(710) 및 알람 제공 단계(720)를 더 포함할 수 있다.5 to 7, the non-invasive blood
글루코스 농도 표시 단계(710)에서, 단계 640에서 측정된 글루코스 농도를 표시한다. 예컨대, 디스플레이부(520)는 측정부(140)에서 측정한 글루코스 농도를 시각적으로 표시하여 출력할 수 있다.In the glucose
알람 제공 단계(720)에서, 단계 640에서 측정된 글루코스 농도가 제1 임계치 이하(저혈당)이거나, 제1 임계치 이상(고혈당)인 경우 알람을 출력한다. 예컨대, 알람부(530)는 측정된 글루코스 농도가 60 mg/dL이하의 저혈당인 경우 및 160 mg/dL이상의 고혈당인 경우에는 청각적 방법(예컨대, 스피커 등), 시각적 방법(예컨대, LED, 램프 등), 촉각적 방법(예컨대, 진동 등) 중 적어도 하나의 방법으로 알람을 출력할 수 있다.In the
본 발명의 일 양상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있다. 상기의 프로그램을 구현하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 디스크 등을 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 작성되고 실행될 수 있다.One aspect of the present invention may be embodied as computer readable code on a computer readable recording medium. The code and code segments implementing the above program can be easily deduced by a computer programmer in the field. A computer-readable recording medium may include any type of recording device that stores data that can be read by a computer system. Examples of the computer-readable recording medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical disk, and the like. In addition, the computer-readable recording medium may be distributed to networked computer systems and written and executed in computer readable code in a distributed manner.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허 청구범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be construed to include various embodiments within the scope of the claims.
100, 500: 비침습 혈당 측정 장치
110: 포집부
111a: 애노드 전극
111b: 캐소드 전극
113: 전류원
120: 광 조사부
130: 광 검출부
131: 수광부
140: 측정부
510: 저장부
520: 디스플레이부
530: 알람부100, 500: Non-invasive blood glucose measuring device
110: collecting part
111a: anode electrode
111b: cathode electrode
113: current source
120:
130:
131:
140:
510:
520:
530:
Claims (16)
글루코스가 포집된 부위에 광을 조사하는 광 조사부;
글루코스가 포집된 부위에서 반사되거나 산란된 광을 수신하고, 수신된 광을 분광시켜 스펙트럼을 획득하는 광 검출부; 및
획득된 스펙트럼을 기반으로 글루코스의 농도를 측정하는 측정부; 를 포함하는 비침습 혈당 측정 장치.A collecting part for collecting glucose on the epidermis by applying an electric current to the skin;
A light irradiating unit for irradiating light to a site where glucose is captured;
A photodetector receiving light reflected or scattered at a glucose capture site and spectroscopically receiving light to obtain a spectrum; And
A measuring unit for measuring the concentration of glucose based on the obtained spectrum; Wherein the non-invasive blood glucose measuring device comprises:
상기 광은 근적외광 및 중적외광 중 적어도 하나를 포함하는 비침습 혈당 측정 장치.The method according to claim 1,
Wherein the light includes at least one of near-infrared light and heavy infrared light.
상기 포집부는 전류원 및 2개의 전극을 포함하며,
상기 2개의 전극 중 캐소드 전극은 투명 전극으로 구현되는 비침습 혈당 측정 장치.The method according to claim 1,
The collector includes a current source and two electrodes,
Wherein the cathode of the two electrodes is a transparent electrode.
상기 투명 전극은 인듐 주석 산화물(indium tin oxide, ITO), 투명 전도성 산화물(transparent conduction oxide, TCO), 은나노와이어(silver nanowire), 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT), 그래핀(graphene), 및 전도성 고분자(conducting polymer) 중 하나인 비침습 혈당 측정 장치.The method of claim 3,
The transparent electrode may be formed of indium tin oxide (ITO), transparent conduction oxide (TCO), silver nanowire, carbon nanotube (CNT), graphene, Non-invasive blood glucose measuring device which is one of the conducting polymers.
상기 광 검출부는 글루코스가 포집된 부위에서 반사되거나 산란된 광을 수신하는 다수개의 수광부를 포함하고,
상기 광 조사부 및 상기 다수개의 수광부는 상기 2개의 전극 중 캐소드 전극 쪽에 배치되는 비침습 혈당 측정 장치.The method of claim 3,
Wherein the light detecting unit includes a plurality of light receiving units that receive light reflected or scattered at a glucose capture site,
Wherein the light irradiating unit and the plurality of light receiving units are disposed on the cathode side of the two electrodes.
상기 광 검출부는 글루코스가 포집된 부위에서 반사되거나 산란된 광을 수신하는 다수개의 수광부를 포함하고,
각각의 수광부는 상기 광 조사부를 중심으로 원의 형태로 균일 간격으로 배치되는 비침습 혈당 측정 장치.The method according to claim 1,
Wherein the light detecting unit includes a plurality of light receiving units that receive light reflected or scattered at a glucose capture site,
Wherein each of the light receiving portions is arranged at a uniform interval in the form of a circle around the light irradiation portion.
상기 광 조사부는 글루코스가 포집된 부위에 일정 시간 간격으로 광을 조사하는 비침습 혈당 측정 장치.The method according to claim 1,
Wherein the light irradiating unit irradiates light at a predetermined time interval to a glucose collecting site.
상기 측정부는 상기 획득된 스펙트럼을 기반으로 시간에 따른 스펙트럼의 변화를 나타내는 동적 스펙트럼을 생성하고, 생성된 동적 스펙트럼을 기 저장된 농도별 동적 스펙트럼과 비교하여 글루코스의 농도를 측정하는 비침습 혈당 측정 장치.The method according to claim 1,
Wherein the measuring unit is configured to generate a dynamic spectrum representing a change in spectrum over time based on the obtained spectrum and to compare the generated dynamic spectrum with a previously stored dynamic spectrum to determine concentration of glucose.
상기 측정된 글루코스의 농도를 표시하는 디스플레이부; 를 더 포함하는 비침습 혈당 측정 장치.The method according to claim 1,
A display unit for displaying a concentration of the measured glucose; Wherein the non-invasive blood glucose measuring device further comprises:
상기 측정된 글루코스의 농도가 제1 임계치 이하인 경우 또는 제2 임계치 이상인 경우 알람을 출력하는 알람부; 를 더 포함하는 비침습 혈당 측정 장치.The method according to claim 1,
An alarm unit for outputting an alarm when the measured concentration of glucose is lower than or equal to a first threshold value or higher than a second threshold value; Wherein the non-invasive blood glucose measuring device further comprises:
글루코스가 포집된 부위에 광을 조사하는 단계;
글루코스가 포집된 부위에서 반사되거나 산란된 광을 수신하고, 수신된 광을 분광시켜 스펙트럼을 획득하는 단계; 및
획득된 스펙트럼을 기반으로 글루코스의 농도를 측정하는 단계; 를 포함하는 비침습 혈당 측정 방법.Collecting glucose on the epidermis by applying an electric current to the skin;
Irradiating light to a site where glucose is captured;
Receiving light reflected or scattered at the site where glucose is captured, and spectroscopically receiving light to obtain a spectrum; And
Measuring the concentration of glucose based on the obtained spectrum; Wherein the non-invasive blood glucose measurement method comprises the steps of:
상기 광은 근적외광 및 중적외광 중 적어도 하나를 포함하는 비침습 혈당 측정 방법.12. The method of claim 11,
Wherein the light includes at least one of near-infrared light and heavy infrared light.
상기 광을 조사하는 단계는 글루코스가 포집된 부위에 일정 시간 간격으로 광을 조사하는 비침습 혈당 측정 방법.12. The method of claim 11,
Wherein the step of irradiating the light irradiates light at a predetermined time interval to a site where glucose is collected.
상기 측정하는 단계는,
상기 획득된 스펙트럼을 기반으로 시간에 따른 스펙트럼의 변화를 나타내는 동적 스펙트럼을 생성하는 단계; 및
생성된 동적 스펙트럼을 기 저장된 농도별 동적 스펙트럼과 비교하여 글루코스의 농도를 측정하는 단계; 를 포함하는 비침습 혈당 측정 방법.12. The method of claim 11,
Wherein the measuring step comprises:
Generating a dynamic spectrum representing a change in spectrum over time based on the obtained spectrum; And
Measuring the concentration of glucose by comparing the generated dynamic spectrum with a previously stored dynamic spectrum; Wherein the non-invasive blood glucose measurement method comprises the steps of:
상기 측정된 글루코스의 농도를 표시하는 단계; 를 더 포함하는 비침습 혈당 측정 방법.12. The method of claim 11,
Displaying the measured concentration of glucose; Wherein the non-invasive blood glucose measurement method further comprises:
상기 측정된 글루코스의 농도가 제1 임계치 이하인 경우 또는 제2 임계치 이상인 경우 알람을 출력하는 단계; 를 더 포함하는 비침습 혈당 측정 방법.12. The method of claim 11,
Outputting an alarm when the measured glucose concentration is below a first threshold or above a second threshold; Wherein the non-invasive blood glucose measurement method further comprises:
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20230072389A (en) | 2021-11-17 | 2023-05-24 | 주식회사 무송엘티씨 | Blood glucose measurement device using near-infrared spectroscopy and blood glucose measurement method using the same |
KR20230072390A (en) | 2021-11-17 | 2023-05-24 | 주식회사 무송엘티씨 | liver somatic index measurement device using near-infrared spectroscopy and liver somatic index measurement method using the same |
KR20230139740A (en) | 2022-03-28 | 2023-10-05 | 주식회사 무송엘티씨 | non-invasive biometric information measuring device |
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KR20230072390A (en) | 2021-11-17 | 2023-05-24 | 주식회사 무송엘티씨 | liver somatic index measurement device using near-infrared spectroscopy and liver somatic index measurement method using the same |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
X091 | Application refused [patent] | ||
AMND | Amendment | ||
X601 | Decision of rejection after re-examination |