KR20210011853A - 당뇨 측정 소변기 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 당뇨 측정 소변기에 관한 것으로, 더 상세하게는 소변에 근적외선을 조사하고 투과/반사된 빛을 분광 분석하여 소변 성분 중 당분 수치를 측정하는 것으로 채혈 없이 당뇨 여부를 판단할 수 있는 당뇨 측정 소변기에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 외관을 형성하는 외벽 및 소변을 받아내는 내벽을 포함하는 소변기에 있어서, 상기 소변기의 상부에 구비되는 표시부; 상기 내벽으로부터 소정의 거리만큼 이격되어 소변기의 상부에 구비되는 근적외선 조사부; 상기 내벽 하부에 구비되는 근적외선 센서부 및; 상기 근적외선 센서부로부터 센싱값을 수신하여 당뇨 여부를 판단하는 제어부를 포함하는; 당뇨 측정 소변기를 제공한다.

Description

당뇨 측정 소변기 및 시스템{Diabetic measuring urinal and system}

본 발명은 당뇨 측정 소변기에 관한 것으로, 더 상세하게는 소변에 근적외선을 조사하고 투과/반사된 빛을 분광 분석하여 소변 성분 중 당분 수치를 측정하는 것으로 채혈 없이 당뇨 여부를 판단할 수 있는 당뇨 측정 소변기에 관한 것이다.

당뇨병은 인슐린의 분비량이 부족하여 정상적인 기능이 이루어지지 않는 대사질환의 일종으로 고혈압과 마찬가지로 합병증을 유발할 수 있다.

당뇨의 국내환자가 300만에 이를 정도로 많고, 10대~20대의 젊은 환자도 상당한 비율을 차지하므로, 당뇨 조기 진단과 지속적인 관리가 필요하다.

당뇨를 정확하게 측정하기 위해서는 병원 등에서 실제로 혈액을 채취하여 이를 검사하여야 하는데, 당뇨의 특성상 합병증이 유발되기 전에는 내/외부적으로 드러나는 증상이 크게 없어서, 병이 상당히 진행되고 난 후에서야 당뇨 검사를 하는 경우가 많다.

당뇨 측정 장치는 국내등록특허 제10-1583574호에 개시된 형태가 있으며, 상기 특허문헌에는 시알산을 정량측정하는 마이크로 열센서; 마이크로 열 센서 표면에 본딩(bonding)되어 있으며 혈액샘플이 주입되는 PDMS 채널; 전혈시료가 들어 있는 PDMS 채널에 빛을 조사하는 레이저 모듈; 항온시스템을 포함하며, 상기 조사되는 빛에 대응하여 변화하는 적혈구의 온도를 마이크로 열센서를 이용하여 검출하는 검출부;를 포함하는 당뇨측정장치에 있어서, 상기 마이크로 열 센서는, 측온저항체(RTD)를 포함하는 하부층; 상기 하부층 위에 위치하는 절연층을 포함하는 중간층; 및 상기 중간층 위에 위치하며 적혈구 막 표면의 시알산과 화학결합하는 상부층;을 포함하며, PDMS 채널은 일측에 PBS가 들어가는 제1주입구를 구비하며, 다른 일측에, 혈액 샘플이 넣거나 나오기 위한 제2주입구를 구비하고, 상기 상부층은, 상기 중간층 위에 위치하는 금(Au) 박막층; 상기 금(Au) 박막층 위에 위치하는 자가조립 단분자층(SAM); 및 상기 자가조립 단분자층(SAM) 위에 위치하는 페닐붕소산(PBA)층;을 포함하며, 페닐붕소산(PBA)층은 페닐붕소산계 화합물로 형성되되, 상기 페닐붕소산계 화합물로 아미노페닐붕소산 화합물을 사용하여 자가조립 단분자층(SAM) 말단의 카르복시기와 아마이드 결합을 형성하며, 상기 항온시스템은, 중간부에 전단부 통공을 구비하여, 전단부 통공의 일측에 칩슬라이드 거치부가 장착되고, 전단부 통공의 다른 일측에는 알루미늄 봉이 장착되는, 항온시스템 전단부; 항온시스템 전단부와 결합되도록 이루어지되, 중간부에 전극거치부용 결합부를 구비하여 전극을 거치한 전극거치부가 삽입되도록 이루어진, 항온시스템 후단부; 를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 당뇨측정장치가 제안되어 있다.

위 특허문헌에 개시된 장치는, 당뇨 측정의 정확도는 높으나 혈액 샘플이 필요하다는 점에서 개선의 여지가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전술한 바와 같은 종래의 당뇨 측정 기술의 문제점을 해결하기 위해, 소변을 통해 당뇨를 측정할 수 있는 장치를 소변기에 부착함으로써, 일반인들이 일상생활 중에 당뇨에 대한 의식이나 인식 없이도 당뇨 여부를 꾸준히 체크할 수 있도록 하여 당뇨의 조기진단이 가능하도록 하는 당뇨 측정 소변기를 제공하는 것이다.

본 발명은 종래 당뇨 측정 기술의 문제점을 해결하기 위해, 외관을 형성하는 외벽 및 소변을 받아내는 내벽을 포함하는 소변기에 있어서, 상기 소변기의 상부에 구비되는 표시부; 상기 내벽으로부터 소정의 거리만큼 이격되어 소변기의 상부에 구비되는 근적외선 조사부; 상기 내벽 하부에 구비되는 근적외선 센서부 및; 상기 근적외선 센서부로부터 센싱값을 수신하여 당뇨 여부를 판단하는 제어부를 포함하는; 당뇨 측정 소변기를 제공한다.

또한, 상기 근적외선 조사부는, 텅스텐 할로겐 램프; 상기 텅스텐 할로겐 램프로부터 조사된 빛을 집광시키는 광학 필터; 상기 광학 필터를 통해 집광된 빛을 전달하여 내벽에 조사하는 광케이블을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 근적외선 센서부는, 상기 내벽에 조사되어 소변을 통해 반사 및 투과된 빛의 스펙트럼을 검출하는 투과광 검출기; 상기 투과광 검출기에서 출력되는 전기 신호를 증폭시키는 AMP 증폭기; 상기 AMP 증폭기에서 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환시키는 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수 있다.

아울러, 상기 제어부는, 상기 아날로그-디지털 변환기로부터 수신된 신호를 3nm 무빙 윈도우 단위로 2차 미분하고, 미분된 반사 및 투과 스펙트럼을 다변량 회귀 분석법으로 계산하여, 저장된 표준 데이터와 비교하는 것으로 소변 내 당분을 측정하고, 상기 제어부에서 측정된 당분 값에 따라 표시부에 당뇨 여부를 표시할 수 있다.

또한, 상기 당뇨 측정 소변기가 사용되는 당뇨 측정 시스템에 있어서, 상기 소변기에 구비되는 통신수단; 상기 소변기와 페어링되는 사용자 단말기; 상기 소변기 및 사용자 단말기 사이의 거리를 측정하는 거리센서 및; 상기 소변기 및 사용자 단말기 사이의 각도를 측정하는 각도센서를 포함하여; 상기 소변기가 사용될 때, 소변기와 사용자 사이의 거리 및 각도를 측정하고, 거리가 50cm 이하이고 각도가 정면으로부터 좌우로 30도 범위 이내인 경우에 사용자 단말기에 측정된 당분 값을 전송하는, 당뇨 측정 시스템을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 채혈이나 채뇨 등의 번거로운 절차 없이도 측정대상자의 소변 내 당뇨 수치를 측정할 수 있다.

또한, 일상생활에 사용되는 소변기에 당뇨 측정 장치를 구비함으로써, 당뇨에 대한 인식이 전혀 없는 사람도 꾸준하게 당뇨 측정을 하게 되어 당뇨의 조기 진단이 가능하다.

그리고, 사용자 단말기와 페어링되어, 사용자의 당뇨 수치를 데이터베이스화함에 따라 생활패턴에 따른 당뇨수치 변동을 점검할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 실시 예에 의한 당뇨 측정 소변기의 개략도이다.
도 2 는 본 발명의 실시 예에 의한 당뇨 측정 방법의 순서도이다.
도 3 은 본 발명의 실시 예에 의한 당뇨 측정 소변기의 전장부 도면이다.

이하, 본 문서의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 문서의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물 (equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.

본 문서에서, "가진다," "가질 수 있다," "포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.

본 문서에서, "A 또는 B," "A 또는/및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상"등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B," "A 및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.

본 문서에서 사용된 "제 1," "제 2," "첫째," 또는 "둘째,"등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 제 1 사용자 기기와 제 2 사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 문서에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.

어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어(operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될수 있다.

본 문서에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)," "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)," "~하도록 설계된(designed to)," "~하도록 변경된(adapted to)," "~하도록 만들어진(made to)," 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성된(또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)" 것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.

본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.

본 발명의 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

근적외선이라 함은 자외가시선과 적외선의 중간에 위치하고 있는 파장대역이며 일반적으로 적외선에 가깝게 있다하여 근적외선이라 한다.

근적외선의의 파장대역은 400nm에서 2500nm이며 적외선보다 흡광에너지가 많게는 1,000배에서 10배정도 작기 때문에 시료를 전처리 없이 있는 그대로 측정하기가 용이하다.

NIRS(Near Infrared transmittance Spectroscopy)의 원리는 측정대상물에 외부 광에너지를 가해 대상물을 통해 나온 변형된 광에너지를 측정하는 것이다.

이를 통해 측정물의 물리적, 화학적 정량, 정성분석을 할 수 있으며, 시약등을 사용할 필요가 없고 시료의 정량, 혼합, 가열, 추출 등의 과정이 필요없어 신속하게 동시에 다성분을 분석할 수 있다. 또한 여러 조작과정이 없으므로 기존 분석법보다 더 정확한 결과를 얻을 수 있고 분석한 시료를 손상없이 회수하여 이용 및 보관 또는 기타 분석에 사용할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 외관을 형성하는 외벽 및 소변을 받아내는 내벽을 포함하는 소변기에 있어서, 상기 소변기의 상부에 구비되는 표시부; 상기 내벽으로부터 소정의 거리만큼 이격되어 소변기의 상부에 구비되는 근적외선 조사부; 상기 내벽 하부에 구비되는 근적외선 센서부 및; 상기 근적외선 센서부로부터 센싱값을 수신하여 당뇨 여부를 판단하는 제어부를 포함하는; 당뇨 측정 소변기를 제공한다.

또한, 상기 근적외선 조사부는, 텅스텐 할로겐 램프; 상기 텅스텐 할로겐 램프로부터 조사된 빛을 집광시키는 광학 필터; 상기 광학 필터를 통해 집광된 빛을 전달하여 내벽에 조사하는 광케이블을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 근적외선 센서부는, 상기 내벽에 조사되어 소변을 통해 반사 및 투과된 빛의 스펙트럼을 검출하는 투과광 검출기; 상기 투과광 검출기에서 출력되는 전기 신호를 증폭시키는 AMP 증폭기; 상기 AMP 증폭기에서 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환시키는 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수 있다.

아울러, 상기 제어부는, 상기 아날로그-디지털 변환기로부터 수신된 신호를 3nm 무빙 윈도우 단위로 2차 미분하고, 미분된 반사 및 투과 스펙트럼을 다변량 회귀 분석법으로 계산하여, 저장된 표준 데이터와 비교하는 것으로 소변 내 당분을 측정하고, 상기 제어부에서 측정된 당분 값에 따라 표시부에 당뇨 여부를 표시할 수 있다.

이하 본 발명에 의한 장치를 통해 소변으로부터 당뇨 수치를 측정하는 방법을 설명한다.

텅스텐 할로겐램프로부터 발생된 근적외선이 광학 필터를 통해 집광된 후, 광케이블을 통해 소변에 조사된다.

조사된 근적외선이 소변에 반사 및 투과되어 발생되는 스펙트럼을 투과광 검출기에서 검출하고, 검출된 전기 신호를 증폭시켜 출력한다.

증폭되어 출력된 스펙트럼을 아날로그-디지털 변환기를 통해 디지털 신호로 변환 시킨 후 제어부(마이크로컴퓨터)에서 당분 수치를 계산하고, 계산된 값을 저장된 표준 데이터와 비교하여 소변 내 당 수치가 당뇨로 판단되는지 판단한다.

이하 각 구성요소의 기능을 설명한다.

배터리(30)에서 각 구성부(LED, 텅스텐 할로겐 램프, 칩형 분광계, AMP 증폭기, 아날로그-디지털 변환기, 제어부, 메모리 등)에 전압을 공급하고, 텅스텐 할로겐램프(40)는 500mm~2000mm 범위의 파장인 근적외선을 발생시킨다.

광학필터(20)는 텅스텐 할로겐램프에서 발생되는 근적외선을 집광시킨다.

광케이블(50)은 소변에서 반사되거나 투과되는 스펙트럼을 전달한다.

칩형 분광계(60)는 입력되는 제어 신호에 따라 스펙트럼을 전기 신호로 변환시킨다.

증폭기(70)는 입력되는 신호에 의해 출력되는 전기 신호를 소정 크기 이상으로 증폭시킨다.

아날로그-디지털 변환기(80)는 입력되는 신호에 의해 증폭기에서 출력되는 아날로그 형태의 전기 신호를 디지털 신호로 변환시킨다.

마이크로 컴퓨터(90)는 각 구성부를 제어하고 아날로그-디지털 변환기를 통해서 출력되는 디지털 신호를 메모리(100)에 저장된 표준 데이터와 비교해서 일정 이상의 수치가 넘을 경우 LED(10)를 제어한다.

메모리(100)는 각종 데이터가 저장되고, 당 수치 표준 데이터가 테이블 형태로 저장된다.

또한, 상기 당뇨 측정 소변기가 사용되는 당뇨 측정 시스템에 있어서, 상기 소변기에 구비되는 통신수단; 상기 소변기와 페어링되는 사용자 단말기; 상기 소변기 및 사용자 단말기 사이의 거리를 측정하는 거리센서 및; 상기 소변기 및 사용자 단말기 사이의 각도를 측정하는 각도센서를 포함하여; 상기 소변기가 사용될 때, 소변기와 사용자 사이의 거리 및 각도를 측정하고, 거리가 50cm 이하이고 각도가 정면으로부터 좌우로 30도 범위 이내인 경우에 사용자 단말기에 측정된 당분 값을 전송하는, 당뇨 측정 시스템을 제공한다.

소변기는 통상 가정용이 아닌 공공장소에 설치되는 경우가 많은데, 본 발명의 실시 예에 의한 소변기가 다양한 장소에 설치되어 있다면 사용자 단말기를 가지고 있는 사람이 자신의 소변 내 당 수치 이력을 지속적으로 확인할 수 있게 된다.

일반적인 소변기 간 간격과 소변기-사람 간 간격을 고려하여, 상기와 같은 거리 및 각도 범위를 설정하였다. 이를 통해 복수대의 단말기간 오인을 방지할 수 있다.

당뇨는 발병 후 꾸준한 식단/생활습관 관리가 필요하므로, 개인의 당 수치를 지속적으로 체크하는 것으로 당뇨 환자가 스스로의 생활 패턴 중 당뇨에 악영향을 끼치는 요인을 직접적으로 확인할 수 있다.

10 : 표시부(LED)
20 : 광학 필터
30 : 배터리
40 : 텅스텐 할로겐 램프
50 : 광케이블
60 : 칩형 분광계
70 : AMP 증폭기
80 : 아날로그-디지털 변환기
90 : 제어부(마이크로 컴퓨터)
100 : 메모리

Claims (5)

1. 외관을 형성하는 외벽 및 소변을 받아내는 내벽을 포함하는 소변기에 있어서,
   상기 소변기의 상부에 구비되는 표시부;
   상기 내벽으로부터 소정의 거리만큼 이격되어 소변기의 상부에 구비되는 근적외선 조사부;
   상기 내벽 하부에 구비되는 근적외선 센서부 및;
   상기 근적외선 센서부로부터 센싱값을 수신하여 당뇨 여부를 판단하는 제어부를 포함하는; 당뇨 측정 소변기
2. 청구항 1항에 있어서,
   상기 근적외선 조사부는,
   텅스텐 할로겐 램프;
   상기 텅스텐 할로겐 램프로부터 조사된 빛을 집광시키는 광학 필터;
   상기 광학 필터를 통해 집광된 빛을 전달하여 내벽에 조사하는 광케이블을 포함하는; 당뇨 측정 소변기
3. 청구항 2항에 있어서,
   상기 근적외선 센서부는,
   상기 내벽에 조사되어 소변을 통해 반사 및 투과된 빛의 스펙트럼을 검출하는 투과광 검출기;
   상기 투과광 검출기에서 출력되는 전기 신호를 증폭시키는 AMP 증폭기;
   상기 AMP 증폭기에서 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환시키는 아날로그-디지털 변환기를 포함하는; 당뇨 측정 소변기
4. 청구항 3항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 아날로그-디지털 변환기로부터 수신된 신호를 3nm 무빙 윈도우 단위로 2차 미분하고,
   미분된 반사 및 투과 스펙트럼을 다변량 회귀 분석법으로 계산하여, 저장된 표준 데이터와 비교하는 것으로 소변 내 당분을 측정하고,
   상기 제어부에서 측정된 당분 값에 따라 표시부에 당뇨 여부를 표시하는, 당뇨 측정 소변기
5. 청구항 4항의 당뇨 측정 소변기가 사용되는 당뇨 측정 시스템에 있어서,
   상기 소변기에 구비되는 통신수단;
   상기 소변기와 페어링되는 사용자 단말기;
   상기 소변기 및 사용자 단말기 사이의 거리를 측정하는 거리센서 및;
   상기 소변기 및 사용자 단말기 사이의 각도를 측정하는 각도센서를 포함하여;
   상기 소변기가 사용될 때, 소변기와 사용자 사이의 거리 및 각도를 측정하고, 거리가 50cm 이하이고 각도가 정면으로부터 좌우로 30도 범위 이내인 경우에 사용자 단말기에 측정된 당분 값을 전송하는, 당뇨 측정 시스템

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