KR20170126930A - 공초점 분광 측정기를 통해 생리학적 파라미터를 측정하기 위한 비침습 방법 - Google Patents

공초점 분광 측정기를 통해 생리학적 파라미터를 측정하기 위한 비침습 방법 Download PDF

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KR20170126930A
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Abstract

본 발명은
- 대상의 피부 표면(10)을 대면하는 광학 측정 장치(1, 1bis)를 광학 물체의 제1 물체 초점이 소정의 피부 깊이에 위치되도록 설치하는 단계,
- 소정의 피부 깊이에서 제1 물체 초점으로부터 나온 광선을 광민감성 수용부(4)에 의해 수용하는 단계,
- 광민감성 수용부(4)에 의해 수용된 광선을 분석하고, 분석 결과를 알려진 데이터와 비교하여 대상의 생리학적 파라미터를 측정하는 단계를 포함하는, 광학 측정 장치에 의해 대상의 생리학적 파라미터를 측정하는 방법에 관한 것이다.

Description

공초점 분광 측정기를 통해 생리학적 파라미터를 측정하기 위한 비침습 방법
본원은 피험자의 생리학적 파라미터를 측정하는 방법에 관한 것이다.
분광 측정은 물리 화학적 파라미터의 연구, 분석 또는 수량화를 가능하게 하는 비침습 방법이다. 인간 생리학에 적용되는 이 유형의 방법은 생체 파라미터 예컨대 온도, 심박수, 혈액 내의 산소포화도 또는 빌리루빈 레벨의 비침습 방법의 측정을 가능하게 한다.
분광 측정은 피부의 표층의 광 특성을 측정하는 피부에 근접하게 위치하는 센서에 의해 적용된다.
분광 측정에 의한 생리학적 파라미터의 측정의 상당한 제한은 피부의 표층의 불균질성(heterogeneity)이 측정을 저하시키는 외란(perturbation)을 포함한다는 것이다.
관심 있는 피부에 인접한 피부로부터의 기생 복사의 존재를 억제하기 위해 다수의 방법들이 제안되어 왔다. WO2011151744 A1에 기재된 바와 같은 브루스터(Brewster) 각에 위치한 검출기와 조합된 편광을 사용하거나, US5353790 A에 기재된 바와 같은 수치 보정 인자를 사용하거나, WO2014006827 A1에 기재된 바와 같은 상이한 피부 깊이에 커플링되도록 배향되고 위치한 광섬유를 사용하는 방법이 제안되었다.
본 발명의 목적은 향상된 정확성을 가진 광학 측정 장치를 사용하여 대상의 생리학적 파라미터를 측정하는 방법을 제안하는 것이다.
본 발명의 범위 내에서, 위 목적은
- 제1 물체 초점 및 제2 이미지 초점을 포함하는 광학 물체 상에 놓여진 광축,
- 광학 물체의 제1 이미지 초점 상에 집중되어 광학 물체의 제1 물체 초점으로부터 나오는 광선만 통과시키는 핀홀을 포함하는 제1 평면,
- 핀홀 하류의 제1 이미지 초점으로부터 나오는 광선을 수용하도록 의도된 광민감성 수용부,
- 광민감성 수용부에 의해 수용된 광선을 분석하고 분석 결과를 알려진 데이터와 비교하도록 구성된 제어 유닛
을 포함하는 광학 측정 장치에 의해 적용될 수 있으며,
- 대상의 피부 표면을 대면하는 광학 측정 장치를 광학 물체의 제1 물체 초점이 소정의 피부 깊이에 위치되도록 설치하는 단계,
- 소정의 피부 깊이에서 제1 물체 초점으로부터 나온 광선을 광민감성 수용부에 의해 수용하는 단계,
- 광민감성 수용부에 의해 수용된 광선을 분석하고, 수용된 광선의 특성들로부터 대상의 생리학적 파라미터를 측정하는 단계
를 포함하는, 대상의 생리학적 파라미터를 측정하는 방법에 의해 달성된다.
본 발명은 유리하게는 아래의 특징들을 개별적으로 또는 기술적으로 가능한 임의의 조합과 함께 완성된다.
측정되는 생리학적 파라미터는 대상의 체온이다.
700 nm 내지 1 mm 사이의 적외선 파장을 가지는 광선이 분석된다.
소정의 피부 깊이는 피부 또는 피하에 포함되며, 바람직하게는 100 ㎛ 내지 1.5　mm의 깊이다.
- 광학 물체는 제2 물체 초점 및 제2 이미지 초점을 포함하며, 제2 이미지 초점은 제1 물체 초점과 일치한다.
- 측정 장치는 아래 사항을 추가로 포함한다:
- 적어도 하나의 광원,
- 제2 물체 초점으로부터 광원에 의해 방출되는 광선만을 통과시키도록 제2 물체 초점에 집중된 핀홀을 포함하는 제2 평면,
- 반-반사성 평면 거울(위 거울은 광원에 의해 방출된 광선을 광학 물체를 향해 전달하고 제1 물체 초점으로부터 나오는 광선을 광민감성 검출기를 향태 전달시키도록 구성된다).
상기 방법은 추가로 아래의 단계들을 포함한다:
- 소정의 피부 깊이에서, 광원에 의해 광선을 제2 이미지 초점을 향해 방출하는 단계,
- 소정의 피부 깊이에서, 광민감성 수용부에 의해, 광원에 의해 방출되고 피부에 의해 반사되고 제1 물체 초점으로부터 오는 광선을 수용하는 단계,
- 광민감성 수용부에 의해 수용된 광선을 분석하여 광원에 의해 방출된 광선의 피부 흡수 레벨을 측정하고, 측정된 흡수 레벨로부터 대상의 생리학적 파라미터를 측정하는 단계.
측정되는 생리학적 파라미터는 피부 빌리루빈 레벨이다.
광원에 의해 방출되는 광선은 400 내지 800 nm의 파장을 가진다.
소정의 피부 깊이는 피하에 포함되며 바람직하게는 1 mm 초과이다.
측정되는 생리학적 파라미터는 산소 및 일산화탄소 포화 혈액 레벨이다.
장치는 두 개의 광원을 포함하며, 각각은 상이한 파장을 가지는 광선을 방출하는데, 첫 번째 것은 620 내지 680 nm의 파장을 가지며, 두 번째 것은 780 nm 내지 1 mm의 파장을 가진다.
소정의 피부 깊이는 피부 및 피하에 포함되며, 바람직하게는 0.2 mm 초과이다.
다른 목적, 특성 및 이점들은 설명으로서 하지만 이들에 제한되는 것은 아닌 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해 명백할 것이다:
도 1은 본 발명의 제1 실시태양에 따른 방법을 적용하기 위한 장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 제2 실시태양에 따른 방법을 적용하기 위한 장치를 나타낸다.
본 발명의 제1 실시태양에 따른 대상의 생리학적 파라미터의 측정 방법은
- 제1 핀홀(11)의 하류의 제1 이미지 초점으로부터 나온 광선을 수용하도록 의도된 광민감성 수용부(4),
- 생물학적 조직(10)에 의해 방출된 방사선을 검출기(4)에 집중시키기 위한 적합한 물체(3),
- 연구되는 조직을 함유하는 초점면(F)의 물체(3)에 의한 공액인 제1 공초점면(cF1) 내에 위치한 제1 핀홀(11)
을 포함하는 광학 측정 장치(1)에 의해 적용된다.
물체(3)은 전형적으로 렌즈다. 물체(3)는 연구되는 조직을 함유하는 평면(F)을 제1 핀홀(11) 내에 위치한 공초점면(cF1)과 공액시킨다. 다시 말해, 제1 핀홀(11)은 광학 물체(3)의 제1 이미지 초점 상에 집중되어, 연구되는 조직을 함유하는 평면(F)에 상응하는 광학 물체의 제1 물체 초점으로부터 나오는 광선만을 통과시킨다. 따라서, 초점면(F)으로부터 나오는 광자만이 핀홀(11)을 통과하고 분광 장치에 참여한다. F에 인접한 평면으로부터 나오는 빛은 구멍의 모서리에 의해 차단된다. 따라서, 광학 측정 장치(1)는 분광기로 측정된 층의 깊이의 선택을 가능하게 한다.
광학 측정 장치(1)는 유리하게는 광민감성 수용부(4)와 제1 핀홀(11) 사이에 위치한 필터(15)를 포함하며, 상기 필터(15)는 분석되는 주파수 대에 속하는 방사선만 통과시키도록 조절된다.
광학 측정 장치(1)는 추가로 광민감성 수용부(4)에 의해 수용된 광선을 분석하고 분석 결과를 알려진 데이터와 비교하도록 구성된 조절 유닛을 포함한다.
본 발명의 방법은 아래의 단계를 포함한다:
- 대상의 피부 표면(10)을 대면하는 광학 측정 장치(1)를 광학 물체(3)의 제1 물체 초점이 소정의 피부 깊이에 위치되도록 설치하는 단계,
- 소정의 피부 깊이에서 제1 물체 초점으로부터 나온 광선을 광민감성 수용부(4)에 의해 수용하는 단계,
- 광민감성 수용부(4)에 의해 수용된 광선을 분석하고 분석된 결과를 알려진 데이터와 비교하여 대상의 관심 생리학적 파라미터를 측정하는 단계.
특정 실시태양에서, 측정되는 생리학적 파라미터는 대상의 체온이다. 대상의 체온은 피부에 의해 방출된 700 nm 내지 1 mm의 적외선 파장을 가지는 광선의 강도를 분석하여 측정된다. 광민감성 수용부(4)는 700 nm 내지 1 mm의 적외선 파장을 가지는 광선을 검출하도록 조절된다. 소정의 피부 깊이는 피부 또는 피하에 포함되며, 바람직하게는 피부 표면(10)으로부터 100 ㎛ 내지 1.5 mm이다. 보다 우선적으로, 소정의 피부 깊이는 피부 표면(10)으로부터 0.5 mm 초과이다.
제2 실시태양에서, 청구항 1에 따른 방법은 도 2에 도시된 바와 같이 측정 장치(1bis)에 의해 적용된다.
측정 장치(1bis)는 광민감성 수용부(4) 외에 물체(3), 제1 핀홀(11) 및 앞에서 설명한 조절 유닛을 포함한다:
- 두 개 이상의 광원(2), 전형적으로 하나 또는 다수의 레이저 또는 다이오드,
- 검출기(4)와 연구되는 조직 사이에 위치한 반-반사성 거울(5),
- 물체(3) 및 반-반사성 거울(4)을 통한 분석되는 조직을 함유하는 초점면(F)의 공액인 제2 공초점면(cF2) 내에 위치한 제2 핀홀(21).
광학 물체(3)는 제2 물체 초점과 제2 이미지 초점을 포함하며, 제2 이미지 초점은 제1 물체 초점과 일치한다.
제2 핀홀(21)은 제2 물체 초점 상에 집중되어 제2 물체 초점으로부터 방출되는 광선만을 통과시킨다. 이러한 방법에 의해 빛이 초점면(F)에 집중된다고 이해될 것이다.
반-반사성 평면 거울(5)가 광원에 의해 방출된 광선을 광학 물체를 향해 전달하고 제1 물체 초점으로부터 나온 광선을 광민감성 검출기(4)를 향해 전달하도록 구성된다.
따라서, 초점면(F)으로부터 나온 광자만이 핀홀(11)을 통과하여 분광 장치에 참가한다. 인접 평면(흐릿함)으로부터 나온 빛은 구멍의 모서리에 의해 차단된다. 따라서, 초점면에만 대응되는 날카로운 광학 부분이 얻어질 수 있다. 따라서, 분광기로 측정된 층의 깊이가 선택된다.
측정 장치(1bis)는 추가로 제1 핀홀(11)과 반-반사성 거울(5) 사이에 위치한 제1 편광면(12)과 제2 핀홀(21)과 반-반사성 거울(5) 사이에 위치한 제2 편광면(22)을 추가로 포함할 수 있다. 면(12)와 면(22)의 편광축들은 직각이고, 광원(2)로부터 나온 광자와 피부(1)의 표면에서 반사된 광자는 검출기(4)에 도달하지 않는다. 사실, 반사가 편광을 변경하지 않기 때문에, 편광면(22)에 의해 편광된 이들 광자들은 편광면(12)에 의해 흡수될 것이다. 반대로, 피부(10)의 광활성 분자에 의해 면(F) 내에서 흡수되고 재방출된 광자들은 편광이 변경되어 편광면(F)을 가로지를 수 있다.
본 발명의 방법은 아래의 단계들을 포함한다:
- 소정의 피부 깊이에서, 광원(2)에 의해 광선을 제2 이미지 초점을 향해 방출하는 단계,
- 소정의 피부 두께에서, 광민감성 수용부(4)에 의해, 광원에 의해 방출되고 피부에 의해 반사되고 제1 물체 초점으로부터 오는 광선을 수용하는 단계,
- 광민감성 수용부(4)에 의해 수용된 광선을 분석하여 광원에 의해 방출된 광선의 피부 흡수 레벨을 측정하고, 측정된 흡수 레벨을 알려진 데이터와 비교하여 대상의 생리학적 파라미터를 측정하는 단계.
사실, 소정의 피부 깊이에 대응되는 초점면(F)를 항하는/초점면(F)에서 나오는 광선의 방출 및 수용이 조절되는 한, 제2 핀홀(21)을 통해 초점면(F)로 방출되는 광선과 제1 핀홀(11)을 통해 초점면(F)로 방출되는 광선을 비교하는 것에 의해 피부에 의한 흡수 레벨을 측정할 수 있다.
특정 실시태양에서, 측정되는 생리학적 파라미터는 빌리루빈 피부 레벨이다. 이 경우, 장치(1bis)는 400 내지 800 nm 범위에서 상이한 파자을 가지는 방사산을 방출하는 적어도 세 개의 광원을 포함한다. 방출되는 파장은 또한 적혈구와 빌리루빈의 도파멜라닌의 동정에 특이적이다. 바람직하게는, 장치(1bis)는 세 개 내지 일곱 개의 광원을 포함한다. 소정의 피부 깊이는 이 경우 피부 또는 피하에 포함되며 0.2 mm 초과이다.
또 다른 특정 실시태양에서, 측정되는 생리학적 파라미터는 산소 및 일산화탄소 포화 혈액 레벨이다. 이 경우, 장치(1bis)는 각각 다양한 파장의 방사선을 방출하는 2개의 광원을 포함하며, 첫 번째 것은 620 내지 680 nm(적색)를 포함하며 두 번째 것은 780 and 1 mm(적외선)를 포함한다. 소정의 피부 깊이는 이 경우 피하에 포함되며 1 mm 초과이다.
물체(3)과 핀홀(11, 21)에 의해 원하는 피부 깊이에 위치한 초점면(F)으로부터 나오는 광선만을 수용하고, 후속하여 기생 복사에 의해 유도될 수 있는 측정 부정확성을 현저히 감소시키는 것을 가능하게 하는 한, 앞서 설명된 대상의 생리학적 파라미터의 측정 방법은 특히 유리하다고 이해될 것이다.

Claims (11)

  1. 대상의 생리학적 파라미터를 측정하는 방법으로서,
    - 제1 물체 초점 및 제2 이미지 초점을 포함하는 광학 물체 상에 놓여진 광축,
    - 광학 물체의 제1 이미지 초점 상에 집중되어 광학 물체의 제1 물체 초점으로부터 나오는 광선만 통과시키는 핀홀(21)을 포함하는 제1 평면,
    - 핀홀 하류의 제1 이미지 초점으로부터 나오는 광선을 수용하도록 의도된 광민감성 수용부(4),
    - 광민감성 수용부(4)에 의해 수용된 광선을 분석하고 분석 결과를 알려진 데이터와 비교하도록 구성된 제어 유닛
    을 포함하는 광학 측정 장치(1, 1bis)에 의해 적용될 수 있으며,
    상기 방법은,
    - 대상의 피부 표면(10)을 대면하는 광학 측정 장치(1, 1bis)를 광학 물체(3)의 제1 물체 초점이 소정의 피부 깊이에 위치되도록 설치하는 단계,
    - 소정의 피부 깊이에서 제1 물체 초점으로부터 나온 광선을 광민감성 수용부(4)에 의해 수용하는 단계,
    - 광민감성 수용부(4)에 의해 수용된 광선을 분석하고, 수용된 광선의 특성들로부터 대상의 생리학적 파라미터를 측정하는 단계
    를 포함하는,
    대상의 생리학적 파라미터를 측정하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    측정되는 생리학적 파라미터는 대상의 체온인 것인, 대상의 생리학적 파라미터를 측정하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    700 nm 내지 1 mm의 적외선 파장을 가지는 광선이 분석되는 것인, 대상의 생리학적 파라미터를 측정하는 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    소정의 피부 깊이는 피부 또는 피하에 포함되며, 바람직하게는 100 ㎛ 내지 1.5 mm의 깊이인 것인, 대상의 생리학적 파라미터를 측정하는, 대상의 생리학적 파라미터를 측정하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    광학 물체는 제2 물체 초점 및 제2 이미지 초점을 포함하며, 제2 이미지 초점은 제1 물체 초점과 일치하며,
    측정 장치(1bis)는
    - 적어도 하나의 광원(2),
    - 제2 물체 초점으로부터 광원에 의해 방출되는 광선만을 통과시키도록 제2 물체 초점에 집중된 핀홀을 포함하는 제2 평면,
    - 반-반사성 평면 거울(5) - 상기 거울은 광원에 의해 방출된 광선을 광학 물체를 향해 전달하고 제1 물체 초점으로부터 나오는 광선을 광민감성 검출기(4)를 향태 전달하도록 구성됨 - 을 더 포함하고,
    상기 방법은,
    - 소정의 피부 깊이에서, 광원(2)에 의해 광선을 제2 이미지 초점을 향해 방출하는 단계,
    - 소정의 피부 깊이에서, 광민감성 수용부(4)에 의해, 광원에 의해 방출되고 피부에 의해 반사되고 제1 물체 초점으로부터 오는 광선을 수용하는 단계,
    - 광민감성 수용부(4)에 의해 수용된 광선을 분석하여 광원에 의해 방출된 광선의 피부 흡수 레벨을 측정하고, 측정된 흡수 레벨로부터 대상의 생리학적 파라미터를 측정하는 단계를 더 포함하는 것인, 대상의 생리학적 파라미터를 측정하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    측정되는 생리학적 파라미터가 피부 빌리루빈 레벨인 것인, 대상의 생리학적 파라미터를 측정하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    광원(2)에 의해 방출되는 광선이 400 내지 800 nm의 파장을 가지는 것인, 대상의 생리학적 파라미터를 측정하는 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    소정의 피부 깊이는 피하에 포함되고 바람직하게는 1 mm 초과인 것인, 대상의 생리학적 파라미터를 측정하는 방법.
  9. 제5항에 있어서,
    측정되는 생리학적 파라미터가 산소 및 일산화탄소 포화 혈액 레벨인 것인, 대상의 생리학적 파라미터를 측정하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상이한 파장을 가지는 광선을 방출하는 두 개의 광원으로부터 나오는 광선을 분석하며, 이때 첫 번째 것은 620 내지 680 nm를 포함하며 두 번째 것은 780 and 1 mm를 포함하는 것인, 대상의 생리학적 파라미터를 측정하는 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    소정의 피부 깊이는 피부 또는 피하에 포함되며, 바람직하게는 0.2 mm 초과인 것인, 대상의 생리학적 파라미터를 측정하는 방법.
KR1020177026058A 2015-02-17 2016-02-15 공초점 분광 측정기를 통해 생리학적 파라미터를 측정하기 위한 비침습 방법 KR20170126930A (ko)

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