KR20220027444A - 비침습적 당화혈색소 측정 시스템 및 방법 - Google Patents

비침습적 당화혈색소 측정 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220027444A
KR20220027444A KR1020200108318A KR20200108318A KR20220027444A KR 20220027444 A KR20220027444 A KR 20220027444A KR 1020200108318 A KR1020200108318 A KR 1020200108318A KR 20200108318 A KR20200108318 A KR 20200108318A KR 20220027444 A KR20220027444 A KR 20220027444A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
glycated hemoglobin
lights
hba1c
equation
derived
Prior art date
Application number
KR1020200108318A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102482459B1 (ko
Inventor
김기두
호세인 시팟
Original Assignee
국민대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 국민대학교산학협력단 filed Critical 국민대학교산학협력단
Priority to KR1020200108318A priority Critical patent/KR102482459B1/ko
Publication of KR20220027444A publication Critical patent/KR20220027444A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102482459B1 publication Critical patent/KR102482459B1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0075—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence by spectroscopy, i.e. measuring spectra, e.g. Raman spectroscopy, infrared absorption spectroscopy
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/14532—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue for measuring glucose, e.g. by tissue impedance measurement
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
    • A61B5/14551—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters for measuring blood gases
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6813—Specially adapted to be attached to a specific body part
    • A61B5/6825—Hand
    • A61B5/6826—Finger
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7235—Details of waveform analysis
    • A61B5/7239—Details of waveform analysis using differentiation including higher order derivatives
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0233—Special features of optical sensors or probes classified in A61B5/00

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Psychiatry (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

본 발명은 비침습적 당화혈색소 측정 시스템 및 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 측정 대상자의 신체부위 일측에 위치한 제1 내지 제3 LED 모듈들을 통해 서로 다른 파장값을 가지는 제1 내지 제3 입사광들을 상기 신체부위를 향해 조사하는 단계; 상기 제1 내지 제3 LED 모듈들에 대응되어 위치한 광검지부를 통해 상기 제1 내지 제3 입사광들로부터 상기 신체부위를 경유하여 파생되는 제1 내지 제3 파생광들(derived lights)을 검지하는 단계; 상기 제1 내지 제3 파생광들 중 2개의 파생광들로 구성된 제1 및 제2 파생광 집합들 각각에 대해 변형된 비어-램버트 법칙(Beer-Lambert Law)을 기초로 제1 및 제2 비율 방정식들을 생성하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 비율 방정식들을 연립하여 상기 측정 대상자의 당화혈색소(HbA1c)와 산화포화도(SpO2)의 농도를 산출하는 단계를 포함한다.

Description

비침습적 당화혈색소 측정 시스템 및 방법{NONINVASIVE HBA1C MEASUREMENT SYSTEM AND METHOD THEREOF}
본 발명은 비침습적 당화혈색소 측정 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 혈액 내를 투과하는 서로 다른 복수의 파장 중에서 2개의 파장에 따른 속성들의 비율에 관한 2개의 비율방정식을 이용하여 정확하고 용이하게 비침습적으로 당화혈색소(HbA1c)의 농도를 측정할 수 있는 비침습적 당화혈색소 측정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
당뇨병은 신체 내에서 혈당 조절에 필요한 인슐린의 분비나 기능 장애로 인해 발생된 고혈당을 특징으로 하는 대사성 질환이다. 당뇨병으로 인한 만성적 고혈당은 신체 각 기관의 손상과 기능 부전을 초래하게 되는데 특히, 망막, 신장, 신경에 나타나는 미세혈관 합병증과 동맥경화, 심혈관, 뇌혈관질환과 같은 거대 혈관 합병증을 유발하고 이로 인한 사망률을 증가시킨다.
그러나, 당뇨병은 혈당조절, 체중 감량 및 투약으로 인해 당뇨병의 악화 또는 합병증 발생률을 저하시킬 수 있다. 따라서, 당뇨병 환자들은 혈당 관리를 위하여 수시로 자가 혈당을 측정하고, 당뇨병 환자의 혈당만큼 중요한 치료지표인 당화혈색소(HbA1C) 검사를 주기적으로 받아야 한다.
당화혈색소(HbA1c) 검사는 혈액 내에서 산소를 운반해 주는 역할을 하는 적혈구 내의 혈색소가 어느 정도로 당화(糖化)되었는지를 보는 검사이며, 적혈구의 평균 수명기간에 따라 최근 3~4개월 정도의 혈당 변화를 반영한다. 정상인에서도 당연히 포도당이 존재하므로 우리의 혈액 내에는 혈색소가 어느 정도 당화되어 있는데, 검사 방법에 따라 정상치의 차이가 있으나 대개 5.6%까지가 정상이다.
당뇨병 환자의 경우 혈액 내 포도당의 농도가 높아지므로 당화된 혈색소, 즉 당화혈색소 수치 역시 올라가게 된다. 따라서 그 동안의 혈당 관리 정도가 고스란히 드러나는 이 결과를 보고 추후 치료 방향을 결정하게 된다.
한편, 종래의 당화혈색소(HbA1c)을 측정하는 방법은 측정 대상자 팔의 정맥에서 채혈하거나 손가락 끝을 작고 뾰족한 침으로 찔러 모세혈 검체를 획득하고, 획득한 혈액을 이용하여 당화혈색소(HbA1c)의 농도를 측정하였다. 이러한 침습적 당화혈색소 측정 방법은 측정 대상자들로 하여금 채혈 부담을 가중시키고, 적혈구 수명이 짧거나 임신, 신장질환이 있는 경우에는 부정확한 수치를 제공하는 문제점이 있었다.
한국등록특허 제10-0871074호 (2008.11.24)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 변형된 비어램버트 법칙을 기초로 혈액 내를 투과하는 서로 다른 복수의 파장 중에서 2개의 파장에 따른 속성들의 비율에 관한 2개의 비율방정식을 생성하여 정확하고 용이하게 비침습적으로 당화혈색소(HbA1c)의 농도를 측정할 수 있는 비침습적 당화혈색소 측정 시스템 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.
실시예들 중에서, 비침습적 당화혈색소 측정 방법은 측정 대상자의 신체부위 일측에 위치한 제1 내지 제3 LED 모듈들을 통해 서로 다른 파장값을 가지는 제1 내지 제3 입사광들을 상기 신체부위를 향해 조사하는 단계; 상기 제1 내지 제3 LED 모듈들에 대응되어 위치한 광검지부를 통해 상기 제1 내지 제3 입사광들로부터 상기 신체부위를 경유하여 파생되는 제1 내지 제3 파생광들(derived lights)을 검지하는 단계; 상기 제1 내지 제3 파생광들 중 2개의 파생광들로 구성된 제1 및 제2 파생광 집합들 각각에 대해 변형된 비어-램버트 법칙(Beer-Lambert Law)을 기초로 제1 및 제2 비율 방정식들을 생성하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 비율 방정식들을 연립하여 상기 측정 대상자의 당화혈색소(HbA1c)와 산화포화도(SpO2)의 농도를 산출하는 단계를 포함한다.
상기 광검지부는 상기 제1 내지 제3 LED 모듈들의 위치를 기준으로 대향되는 지점에 위치할 수 있다.
상기 신체부위 일측은 피부의 두께에 따라 해당 피부 아래에 존재하는 모세혈관의 감지가 가능한 부위를 포함할 수 있다.
상기 생성하는 단계는 동맥혈, 정맥혈, 물 및 피부 각각의 흡수계수들의 총합으로 정의되는 총 흡수계수를 비어램버트 법칙에 적용하여 투과도에 관한 속성 방정식을 도출하는 단계; 및 상기 속성 방정식을 기초로 상기 제1 및 제2 파생광 집합들의 각 파생광을 이용하여 상기 제1 및 제2 비율 방정식들을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 획득하는 단계는 상기 속성 방정식에 상기 신체부위의 직경에 관한 거리를 적용하여 입사광과 파생광 사이의 관계식으로 변환하는 단계; 상기 관계식을 상기 총 흡수계수에 관한 미분식으로 변환하는 단계; 상기 미분식을 근사화 시켜 상기 파생광의 변화율에 관한 근사식을 결정하는 단계; 및 상기 근사식을 정규화하고 상기 관계식과 연립하여 서로 다른 파장값에 관한 비율 방정식을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 획득하는 단계는 상기 서로 다른 파장값에 관한 비율 방정식에 상기 제1 및 제2 파생광 집합의 각 파생광을 적용하여 상기 제1 및 제2 비율 방정식들을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 산출하는 단계는 상기 제1 및 제2 비율 방정식들을 연립하여 당화 헤모글로빈(HbA1c) 및 산화 헤모글로빈(HbO)에 대한 부분 몰 농도들을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 산출하는 단계는 상기 제1 및 제2 비율 방정식들을 기초로 상기 당화 헤모글로빈(HbA1c) 및 상기 산화 헤모글로빈(HbO) 각각의 부분 몰 농도에 관한 연립식을 생성하는 단계; 및 상기 연립식의 계수들에 상기 제1 및 제2 파생광 집합의 각 파생광의 파장값에 대응되는 흡수계수들을 적용하여 상기 부분 몰 농도를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 산출하는 단계는 상기 당화 헤모글로빈(HbA1c) 및 상기 산화 헤모글로빈(HbO)에 대한 부분 몰 농도들을 기초로 디옥시 헤모글로빈(HHb)에 대한 부분 몰 농도를 도출하는 단계; 및 상기 당화 헤모글로빈(HbA1c), 상기 산화 헤모글로빈(HbO) 및 상기 디옥시 헤모글로빈(HHb)에 대한 부분 몰 농도들을 기초로 상기 당화혈색소(HbA1c)와 상기 산화포화도(SpO2)의 농도들을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예들 중에서, 측정 대상자의 신체부위 일측에 위치하고, 서로 다른 파장값을 가지는 제1 내지 제3 입사광들을 상기 신체부위를 향해 각각 조사하는 제1 내지 제3 LED 모듈들; 상기 제1 내지 제3 LED 모듈들에 대응되어 위치하고, 상기 제1 내지 제3 입사광들로부터 상기 신체부위를 경유하여 파생되는 제1 내지 제3 파생광들(derived lights)을 검지하는 광검지부; 및 상기 제1 내지 제3 파생광들 중 2개의 파생광들로 구성된 제1 및 제2 파생광 집합들 각각에 대해 변형된 비어-램버트 법칙(Beer-Lambert Law)을 기초로 제1 및 제2 비율 방정식들을 생성하고, 상기 제1 및 제2 비율 방정식들을 연립하여 상기 측정 대상자의 당화혈색소(HbA1c)와 산화포화도(SpO2)의 농도를 산출하는 연산부를 포함한다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비침습적 당화혈색소 측정 시스템 및 방법은 3개의 서로 다른 파장을 가지는 LED광과 광의 세기 변화율을 이용하여 비침습적으로 당화혈색소(HbA1C)의 농도를 측정할 수 있으며, 변형된 비어램버트 법칙(Beer-Lambert Law)에 의해 산출된 LED광의 세기 변화율을 통하여 정확하고 간편하게 당화혈색소(HbA1C)와 산화포화도(SpO2)의 농도를 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 비침습적 당화혈색소 측정 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 손가락과 같이 반구형으로 형성된 신체에 LED를 조사하였을 때 생성되는 투과광을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 당화혈색소를 측정하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 비침습적 당화혈색소 측정 시스템을 손가락에 설치한 상태를 나타내는 예시도이다.
도 5는 도 3에 도시된 S330단계를 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 측정 대상자의 신체 일부에서 광혈류를 측정한 PPG 신호를 나타낸 그래프이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있고, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명에 따른 비침습적 당화혈색소 측정 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 비침습적 당화혈색소 측정 시스템(100)은 복수의 LED 모듈들(110), 광검지부(120), 연산부(130) 및 제어부(140)를 포함할 수 있다.
복수의 LED 모듈들(110)은 적어도 3개의 LED들로 구성될 수 있고, 각 LED 모듈은 서로 다른 파장값을 가지는 LED광을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 복수의 LED 모듈들(110)은 제1 파장값을 가지는 제1 LED 모듈(111), 제2 파장값을 가지는 제2 LED 모듈(112) 및 제3 파장값을 가지는 제3 LED 모듈(113)를 포함할 수 있다. 여기에서, 제1 내지 제3 파장값은 서로 다른 값에 해당할 수 있다. 즉, 복수의 LED 모듈들(110)은 측정 대상자의 신체부위 일측에 위치한 상태에서 서로 다른 파장값을 가지는 제1 내지 제3 LED광들을 측정 대상자를 향해 각각 조사할 수 있다.
광검지부(Photo Detector)(120)는 제1 LED 모듈(111) 내지 제3 LED 모듈(113)들로부터 조사된 입사광들이 인체 내의 혈액을 통과하여 투과된 광의 세기를 측정할 수 있다. 일 실시예에서, 광검지부(120)는 제1 내지 제3 LED 모듈들(111~113)의 위치를 기준으로 대향되는 지점에 위치할 수 있다. 즉, 복수의 LED 모듈들(110)과 광검지부(120) 사이에 측정 대상자의 신체부위가 위치한 상태에서 LED 모듈에 의해 조사된 입사광이 신체부위를 통과한 결과 파생광으로서 광검지부(120)에 의해 검지되어 그 세기가 측정될 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 LED 모듈들(110)과 광검지부(120)가 위치하는 측정 대상자의 신체부위 일측은 피부의 두께에 따라 해당 피부 아래에 존재하는 모세혈관의 감지가 가능한 부위를 포함할 수 있다. 예를 들어, 측정 대상자의 신체부위는 손가락, 손목, 팔목, 이마, 뺨(볼), 귀 등을 포함할 수 있으며, 반드시 이에 한정되지 않고, 설치 조건에 따라 다양한 부위가 포함될 수 있음은 물론이다.
연산부(130)는 제1 내지 제3 파생광들 중 2개의 파생광들로 구성된 제1 및 제2 파생광 집합들 각각에 대해 제1 및 제2 비율 방정식들을 생성하고, 제1 및 제2 비율 방정식들을 연립하여 측정 대상자의 당화혈색소(HbA1c)와 산화포화도(SpO2)의 농도를 산출할 수 있다.
제어부(140)는 비침습적 당화혈색소 측정 시스템(100)의 전체적인 동작을 제어하고, 복수의 LED 모듈들(110), 광검지부(120) 및 연산부(130) 간의 제어 흐름 또는 데이터 흐름을 관리할 수 있다.
도 2는 손가락과 같이 반구형으로 형성된 신체에 LED를 조사하였을 때 생성되는 투과광을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2를 참조하면, LED광의 투과율(또는 흡광율)을 이용하여 당화혈색소를 측정하는 경우 광검지부(120)는 복수의 LED 모듈들(110)과 대향되는 지점에 설치될 수 있다.
일 실시예에서, 연산부(130)는 변형된 비어-램버트 법칙(Beer-Lambert Law)에 따라 복수의 LED 모듈들(110)로부터 광을 진피에 조사하였을 경우에 발생되는 흡광율(또는 투과율)을 고려하여 더욱 정확하게 당화혈색소(HbA1C)와 산화포화도(SpO2)의 농도를 측정할 수 있다.
본 발명에 따른 복수의 LED 모듈들(110)과 광검지부(120)는 피부의 두께에 따라 해당 피부 아래에 존재하는 모세혈관의 감지가 가능한 신체부위 일측에 설치될 수 있다. 예를 들어, 복수의 LED 모듈들(110)과 광검지부(120)는 측정 대상자의 손가락, 손목, 팔목, 이마, 뺨(볼), 귀 중 어느 하나에 설치되어 동작할 수 있다.
한편, 손가락, 손목, 및 팔목 등의 표면이 구면형태로 형성된다고 가정하는 경우라면 구면기하학을 이용하여 투과도 또는 반사도에 대한 수학식을 획득할 수도 있으나, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 피검자의 신체 일부에 설치되어 조사되는 입사광은 단순히 혈액만을 통과하는 것이 아니라 신체의 피부조직을 동시에 통과할 수도 있다. 이때, 진피는 동맥혈, 정맥혈, 물 및 기타 내용물을 포함하는 균질 혼합물로서, 혈액 및 물에서는 빛의 흡수를 유발하고 기타 내용물에서는 산란을 일으킬 수 있다. 다만, 본 발명의 경우 기본적으로 비어-램버트 법칙에 기초하여 동작한다는 점에서 투과 광선만을 고려하고 흡수만을 고려하는 것으로 해석될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 비침습적 당화혈색소 측정 시스템(100)은 생체 내(in-vivo) 추정을 위해 살아있는 표본(손끝, 손목 등)의 다른 조직도 고려하여 변형된 비어램버트 법칙(Beer Lambert Law)에 따라 당화혈색소를 측정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 당화혈색소를 측정하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 4는 본 발명에 따른 비침습적 당화혈색소 측정 시스템을 손가락에 설치한 상태를 나타내는 예시도이다.
도 3 및 4를 참조하면, 혈당을 비침습적으로 측정하기 위하여 측정 대상자의 신체부위 일측에는 복수의 LED 모듈들(110)과 광검지부(120)가 서로 대향하도록 설치될 수 있다. 여기에서, 측정 대상자의 신체부위 일측은 피부의 두께에 따라 해당 피부 아래에 존재하는 모세혈관의 감지가 가능한 부위에 해당할 수 있다. 예를 들어, 측정 대상자의 신체부위는 손가락, 손목, 팔목, 이마, 뺨(볼), 귀 등을 포함할 수 있다.
한편, 복수의 LED 모듈들(110)은 녹색 색상의 빛을 발광하는 제1 LED 모듈(111), 붉은 색상의 빛을 발광하는 제2 LED 모듈(112) 및 적외선(IR)을 발광하는 제3 LED 모듈(113)을 포함할 수 있으며, 제1 LED 모듈(111) 내지 제3 LED 모듈(113)의 파장값은 서로 상이할 수 있다. 즉, 제1 LED 모듈(111)은 제1 파장값(
Figure pat00001
)을 가지고, 제2 LED 모듈(112)은 제2 파장값(
Figure pat00002
)을 가지며, 제3 LED 모듈(113)은 제3 파장값(
Figure pat00003
)을 가질 수 있다.
제1 LED 모듈(111), 제2 LED 모듈(112) 및 제3 LED 모듈(113)은 측정 대상자의 신체부위 일측에 위치하고, 광검지부(120)는 대향하는 지점에 위치한 상태에서, 인가된 전원에 의해 제1 LED 모듈(111), 제2 LED 모듈(112) 및 제3 LED 모듈(113)은 발광된 빛, 즉 제1 내지 제3 입사광들을 각각 측정 대상자의 신체부위를 향해 조사할 수 있다(단계 S310). 결과적으로, 제1 내지 제3 입사광들은 광검지부(120) 방향으로 조사될 수 있다.
그러면, 광검지부(120)는 측정 대상자의 신체부위를 경유하여 파생되는 제1 내지 제3 파생광들을 검지할 수 있다(단계 S320). 즉, 광검지부(120)는 제1 LED 모듈(111), 제2 LED 모듈(112) 및 제3 LED 모듈(113)로부터 조사되어 투과된 광의 세기를 측정할 수 있다. 이 때, 제1 LED 모듈(111), 제2 LED 모듈(112) 및 제3 LED 모듈(113)에서 조사되는 광의 파장값은 서로 상이하므로, 광검지부(120)에서 측정된 광의 세기 역시 해당 LED 모듈에 대응되어 각각 상이할 수 있다.
그 다음, 연산부(130)는 광검지부(120)로부터 광의 세기 값을 수신할 수 있다. 한편, 연산부(130)는 제1 내지 제3 LED 모듈들(111~113) 각각에서 조사된 광의 세기 값을 직접 획득할 수 있음은 물론이다.
즉, S310 단계에서 측정 대상자의 신체부위(예를 들어, 손가락)를 향해 조사된 제1 내지 제3 입사광들은 손가락의 특정 지점을 통과하여 진행할 수 있고, 제1 내지 제3 입사광들에 기초하여 손가락에 투과(또는 흡수)된 후의 파생광의 세기를 광검지부(120)를 통해 획득할 수 있다.
그 다음, 연산부(130)는 2개의 비율방정식을 획득할 수 있다(단계 S330).
부연하자면, 연산부(130)는 제2 LED 모듈(112)과 제3 LED 모듈(113)을 통해 제2 및 제3 입사광들을 투과시켰을 때 각각의 투과도(또는 흡광도)에 대한 비율과 제1 LED 모듈(111)과 제3 LED 모듈(113)을 통해 제1 및 제3 입사광들을 투과시켰을 때 각각의 투과도(또는 흡광도)에 대한 비율에 대한 방정식을 획득할 수 있다.
이 때, 연산부(130)는 생체 내(in-vivo) 추정을 위해 살아있는 표본의 다른 조직도 고려하여 비어-램버트 모델(BLM, Beer-Lambert Model)을 변형하여 적용할 수 있다. 즉, 연산부(130)는 비어-램버트 법칙(Beer-Lambert Law)에서 손가락 폭으로 정의된 'd'를 적용하여 당화혈색소(HbA1c)의 농도를 추정 계산할 수 있다.
또한, 연산부(130)는 비어-램버트 법칙에서 투과 광선만을 고려하고 흡수만을 고려하므로 동맥 및 정맥 혈(Hb, HbO, HbA1c에 집중), 물 및 피부 기준 흡수의 총 흡수계수를 비어-램버트 법칙에 적용하여 당화혈색소(HbA1c)의 농도를 추정 계산할 수 있다.
이하에서는 도 5를 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 S330단계를 더욱 구체적으로 설명한다. 도 5는 도 3에 도시된 S330단계를 설명하기 위한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 연산부(130)는 변형된 비어램버트 법칙을 이용하여 서로 다른 파장에서 투과도에 관한 비율 방정식을 도출할 수 있다(단계 S331). 보다 구체적으로, 연산부(130)는 제1 LED 모듈(111), 제2 LED 모듈(112) 및 제3 LED 모듈(113)의 입사광들을 조사시켰을 때의 각각의 투과도를 수학식으로 표현할 수 있다.
즉, 비어-램버트 법칙은 투과 광선만을 고려하고 흡수만을 고려하므로 연산부(130)는 동맥 및 정맥 혈(Hb, HbO, HbA1c에 집중), 물 및 피부 기준 흡수의 총 흡수계수를 사용할 수 있으며, 총 흡수계수는 다음의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00004
여기에서,
Figure pat00005
는 총 흡수계수,
Figure pat00006
는 동맥혈 부피량,
Figure pat00007
는 정맥혈 부피량,
Figure pat00008
는 물 부피량,
Figure pat00009
는 파장값을 나타낸다. 또한,
Figure pat00010
는 동맥혈 흡수계수,
Figure pat00011
는 정맥혈 흡수계수,
Figure pat00012
는 물 흡수계수,
Figure pat00013
는 기준조직 흡수계수를 나타낸다. 이때,
Figure pat00014
,
Figure pat00015
및
Figure pat00016
는 다음의 수학식 2 내지 4와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00017
[수학식 3]
Figure pat00018
[수학식 4]
Figure pat00019
여기에서,
Figure pat00020
,
Figure pat00021
및
Figure pat00022
는 각각 디옥시 헤모글로빈, 산화 헤모글로빈 및 당화 헤모글로빈의 동맥혈 흡수계수를 나타낸다.
상기 수학식 2 및 3에서,
Figure pat00023
및
Figure pat00024
는 각각 산화 헤모글로빈과 당화 헤모글로빈의 부분 몰 농도를 나타내며, 다음의 수학식 5 내지 7과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00025
[수학식 6]
Figure pat00026
[수학식 7]
Figure pat00027
여기에서,
Figure pat00028
는 디옥시 헤모글로빈의 부분 몰 농도,
Figure pat00029
,
Figure pat00030
및
Figure pat00031
는 각각 디옥시 헤모글로빈, 산화 헤모글로빈 및 당화 헤모글로빈의 몰 농도를 나타낸다.
한편, 당화혈색소(HbA1c)와 산화포화도(SpO2)의 농도는 다음의 수학식 8 및 9와 같이 정의될 수 있다.
[수학식 8]
Figure pat00032
[수학식 9]
Figure pat00033
여기에서, %HbA1c는 당화혈색소의 농도, %SpO2는 산화포화도의 농도를 나타낸다. 또한, 비어-램버트 식은 다음의 수학식 10과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 10]
Figure pat00034
여기에서, A는 투과도, N은 헤모글로빈의 종류 개수,
Figure pat00035
는 몰 흡수계수, c는 광이 투과되는 대상의 몰 농도, d는 광의 투과거리, I0는 입사광의 세기, I는 투과광의 세기를 나타낸다.
또한, 흡수계수
Figure pat00036
는 정의에 따라 다음의 수학식 11과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 11]
Figure pat00037
상기 수학식 11을 사용하여 상기 수학식 10은 다음의 수학식 12와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 12]
Figure pat00038
즉, 연산부(130)는 투과도(A)에 관한 속성 방정식을 획득할 수 있다. 따라서, 진피 모델에서 비어-램버트 모델(BLM)은 다음의 수학식 13과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 13]
Figure pat00039
여기에서, d는 측정 대상인 신체부위(예를 들어, 손가락 끝)의 직경으로 정의될 수 있다. 즉, 연산부(130)는 투과도에 관한 속성 방정식에서 실제 측정 대상이 되는 신체부위 자체의 직경으로 재정의된 d를 적용하여 입사광(I0)과 파생광(I) 사이의 관계식으로 변환시킬 수 있다.
한편, 동맥을 통해 들어오는 혈액은 동맥혈
Figure pat00040
의 부분 부피 분율을 증가시킬 수 있고, 동시에 정맥혈 및 물의 부분 부피 분율을 감소시킬 수 있다. 같은 이유로 기본 피부 부피 분율 또한 감소될 수 있다. 다만, 모델의 단순화를 위해 정맥혈과 물 성분의 과도적인 변화는 무시될 수 있다.
결과적으로, 연산부(130)는 동맥혈 분율 증분만을 고려하여, 다음의 수학식 14와 같은 식을 획득할 수 있다.
[수학식 14]
Figure pat00041
상기 수학식 14에서 상기 수학식 1을 빼면, 다음의 수학식 15와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 15]
Figure pat00042
상기 수학식 13을
Figure pat00043
에 대해 미분하면, 다음의 수학식 16과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 16]
Figure pat00044
즉, 연산부(130)는 입사광(I0)과 파생광(I) 사이의 관계식을 총 흡수계수에 관한 미분식으로 변환할 수 있다. 그 다음, 연산부(130)는 다음의 수학식 17과 같이 표현되는 근사값을 상기 수학식 16에 적용하여 다음의 수학식 18 및 19와 같이 표현되는 근사식을 획득할 수 있다.
[수학식 17]
Figure pat00045
여기에서,
Figure pat00046
는 PPG 신호의 피크(peak)값과 밸리(valley)값에서의 광의 세기의 차이값을 나타낸다.
도 6은 측정 대상자의 신체 일부에서 광혈류를 측정한 PPG 신호를 나타낸 그래프이다. 도 6에 나타낸 것처럼, 혈관내 혈액의 흐름에 따라 펄스 값의 크기는 변화할 수 있으며, 혈액이 모세혈관 내에 최대로 들어오는 피크(peak) 시점(A)에는 펄스 크기가 최대가 될 수 있다. 이 때, 모세혈관은 팽창하게 되어 LED광의 투과 거리(d)는 증가할 수 있다. 반면, 혈액이 모세혈관에서 최대로 나가게 되는 밸리(valley) 시점(B)에는 펄스 크기가 최소가 될 수 있으며, 이때 모세혈관은 수축하게 되어 LED광의 투과 거리(d)는 감소할 수 있다.
[수학식 18]
Figure pat00047
[수학식 19]
Figure pat00048
그 다음, 연산부(130)는
Figure pat00049
임을 이용하여 AC 및 DC 항으로 정규화시킬 수 있다. 즉, 연산부(130)는 상기 수학식 19를 상기 수학식 13으로 나누어 다음의 수학식 20을 획득할 수 있다.
[수학식 20]
Figure pat00050
그 다음, 연산부(130)는 입사광과 파생광 사이의 관계식과 연립하여 서로 다른 파장값에 관한 비율 방정식을 도출할 수 있다. 즉, 연산부(130)는 상기 수학식 20에 상기 수학식 15의
Figure pat00051
를 대입하여 다음의 수학식 21과 같이 표현되는 식을 획득할 수 있다.
[수학식 21]
Figure pat00052
그 다음, 연산부(130)는
Figure pat00053
임을 이용하여 상기 수학식 21을 다음의 수학식 22와 같이 근사화 시킬 수 있다.
[수학식 22]
Figure pat00054
결과적으로, 연산부(130)은 상기 수학식 22를 기초로 서로 다른 파장값(
Figure pat00055
및
Figure pat00056
)에 관한 비율 방정식을 도출할 수 있으며, 다음의 수학식 23과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 23]
Figure pat00057
이와 같이, S331단계가 완료되면, 연산부(130)는 서로 다른 파장값에 관한 비율 방정식에 제1 파생광 집합의 각 파생광을 적용하여 제1 비율 방정식을 생성할 수 있다(단계 S332).
예를 들어, 제1 파생광 집합이 제2 파장 (
Figure pat00058
)과 제3 파장(
Figure pat00059
)을 포함하는 경우 연산부(130)는 상기 수학식 23에 제2 파장 (
Figure pat00060
)과 제3 파장(
Figure pat00061
)을 대입하여 다음의 수학식 24와 같은 제1 비율 방정식(R1)을 획득할 수 있다.
[수학식 24]
Figure pat00062
여기에서,
Figure pat00063
는 제2 파장 (
Figure pat00064
)을 가지는 제2 LED를 조사하였을 때의 투과도,
Figure pat00065
는 제3 파장(
Figure pat00066
)을 가지는 제3 LED를 조사하였을 때의 투과도를 나타낸다.
또한, S332단계가 완료되면, 연산부(130)는 서로 다른 파장값에 관한 비율 방정식에 제2 파생광 집합의 각 파생광을 적용하여 제2 비율 방정식을 생성할 수 있다(단계 S333).
예를 들어, 제2 파생광 집합이 제1 파장 (
Figure pat00067
)과 제3 파장(
Figure pat00068
)을 포함하는 경우 연산부(130)는 상기 수학식 23에 제1 파장 (
Figure pat00069
)과 제3 파장(
Figure pat00070
)을 대입하여 다음의 수학식 25와 같은 제2 비율 방정식(R2)을 획득할 수 있다.
[수학식 25]
Figure pat00071
여기에서,
Figure pat00072
는 제1 파장 (
Figure pat00073
)을 가지는 제1 LED를 조사하였을 때의 투과도,
Figure pat00074
는 제3 파장(
Figure pat00075
)을 가지는 제3 LED를 조사하였을 때의 투과도를 나타낸다.
S330단계가 완료되면, 연산부(130)는 광검지부(120)에서 측정된 제1 내지 제3 LED 모듈(111~113)의 투과광의 세기를 제1 비율 방정식(R1)과 제2 비율 방정식(R2)에 적용하여, 측정 대상자의 당화혈색소(HbA1c)와 산화포화도(SpO2)의 농도를 연산할 수 있다(단계 S340). 즉, 연산부(130)는 제1 및 제2 비율 방정식들을 연립하여 당화 헤모글로빈(HbA1c) 및 산화 헤모글로빈(HbO)에 대한 부분 몰 농도들을 도출할 수 있다.
보다 구체적으로, 연산부(130)는 제1 및 제2 비율 방정식들을 기초로 당화 헤모글로빈(HbA1c) 및 산화 헤모글로빈(HbO) 각각의 부분 몰 농도에 관한 연립식을 생성할 수 있다. 그 다음, 연산부(130)는 연립식의 계수들에 제1 및 제2 파생광 집합의 각 파생광의 파장값에 대응되는 흡수계수들을 적용하여 부분 몰 농도를 산출할 수 있다.
예를 들어, 연산부(130)는 상기 수학식 23에서 다음의 표 1에서의 흡수계수를 적용하여
Figure pat00076
및
Figure pat00077
를 산출할 수 있으며, 각각 다음의 수학식 25 및 26과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00078
Figure pat00079
Figure pat00080
525nm 188.2946 165.0781 2.4375×103
660nm 17.2828 1.7109 336.3513
950nm 3.2246 6.4486 186.3703
Figure pat00081
Figure pat00082
525nm 0.00039 1.0970 -
660nm 0.00368 0.5208 -
950nm 0.3875 0.1592 -
[수학식 25]
Figure pat00083
[수학식 26]
Figure pat00084
여기에서, C1 내지 C6 및 C1' 내지 C6' 각각은 파장값에 따른 흡수계수, R1 및 R2는 각각 제1 및 제2 비율 방정식을 나타낸다.
예를 들어, 당화 헤모글로빈(HbA1c) 및 산화 헤모글로빈(HbO)에 대한 부분 몰 농도들 각각의 연립식에 적용되는 흡수계수들은 다음의 표 2 및 3과 같이 표현될 수 있다.
C1
-0.68		 C2
0.11		 C3
-2.53		 C4
11.43		 C5
-3.83		 C6
27.62
C1'
26.67		 C2'
-2.08		 C3'
-21.21		 C4'
11.43		 C5'
-3.83		 C6'
27.62
또한, 연산부(130)는 당화 헤모글로빈(HbA1c) 및 산화 헤모글로빈(HbO)에 대한 부분 몰 농도들을 기초로 디옥시 헤모글로빈(HHb)에 대한 부분 몰 농도를 도출할 수 있다. 그 다음, 연산부(130)는 당화 헤모글로빈(HbA1c), 산화 헤모글로빈(HbO) 및 디옥시 헤모글로빈(HHb)에 대한 부분 몰 농도들을 기초로 당화혈색소(HbA1c)와 산화포화도(SpO2)의 농도들을 산출할 수 있다.
먼저, 산화 헤모글로빈과 디옥시 헤모글로빈 단백질이 산소 교환 후 상호 간에 전환되므로 당화 헤모글로빈(HbA1c)의 분율은 동맥과 정맥 사이에서 일정하게 유지될 수 있다. 즉,
Figure pat00085
으로 표현될 수 있다. 따라서, 연산부(130)는 상기 수학식 8로부터 다음의 수학식 27을 도출할 수 있다.
[수학식 27]
Figure pat00086
여기에서,
Figure pat00087
및
Figure pat00088
는 각각 동맥혈 및 정맥혈에서의 당화 헤모글로빈의 부분 몰 농도를 나타낸다.
한편, 정맥의 산소 포화도(
Figure pat00089
)는 동맥의 산소 포화도(
Figure pat00090
)보다 10% 더 낮을 수 있다. 즉,
Figure pat00091
으로 표현될 수 있고, 이로부터
Figure pat00092
이 도출될 수 있다. 따라서, 연산부(130)는 상기 수학식 9로부터 다음의 수학식 28을 도출할 수 있다.
[수학식 28]
Figure pat00093
여기에서,
Figure pat00094
,
Figure pat00095
,
Figure pat00096
및
Figure pat00097
는 각각 동맥혈 및 정맥혈에서의 산화 헤모글로빈과 디옥시 헤모글로빈의 부분 몰 농도를 나타낸다.
또한, 연산부(130)는 상기 수학식 7로부터 다음의 수학식 29를 도출할 수 있다.
[수학식 29]
Figure pat00098
또한, 연산부(130)는 상기 수학식 27로부터 다음의 수학식 30을 도출할 수 있다.
[수학식 30]
Figure pat00099
결과적으로, 연산부(130)는 상기 수학식 30으로부터 다음의 수학식 31을 도출할 수 있다.
[수학식 31]
Figure pat00100
본 발명에 따른 비침습적 당화혈색소 측정 시스템(100)은 비어-램버트 법칙에 기반한 모델링이 혈액만 존재하는 것으로 가정한 결과 체외(in-vitro) 분석에 더 적합한 점을 개선하기 위하여 생체 내(in-vivo) 추정을 위한 변형된 비어램버트 법칙을 적용하여 2개의 비율방정식을 생성함으로써 보다 정확하고 용이하게 비침습적으로 당화혈색소(HbA1c)의 농도를 측정할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 서로 다른 파장을 가지는 2개의 LED를 투과하였을 때 각각의 투과도에 대한 비율을 수학식으로 생성하고, 생성된 투과도에 대한 비율 방정식을 이용하여 미지수, 즉 당화혈색소(HbA1c) 및 동맥혈 산화포화도(SpO2)에 대한 농도를 측정하기 위하여 3개의 LED를 적용하였으나 반드시 이에 한정되지 않고, 측정 대상인 신체부위에 따라 또는 농도 검출의 정확도를 높이기 위하여 LED를 추가로 설치하여도 무방하다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 비침습적 당화혈색소 측정 시스템
110: 복수의 LED 모듈들 111: 제1 LED 모듈
112: 제2 LED 모듈 113: 제3 LED 모듈
120: 광검지부 130: 연산부
140: 제어부

Claims (10)

  1. 측정 대상자의 신체부위 일측에 위치한 제1 내지 제3 LED 모듈들을 통해 서로 다른 파장값을 가지는 제1 내지 제3 입사광들을 상기 신체부위를 향해 조사하는 단계;
    상기 제1 내지 제3 LED 모듈들에 대응되어 위치한 광검지부를 통해 상기 제1 내지 제3 입사광들로부터 상기 신체부위를 경유하여 파생되는 제1 내지 제3 파생광들(derived lights)을 검지하는 단계;
    상기 제1 내지 제3 파생광들 중 2개의 파생광들로 구성된 제1 및 제2 파생광 집합들 각각에 대해 변형된 비어-램버트 법칙(Beer-Lambert Law)을 기초로 제1 및 제2 비율 방정식들을 생성하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 비율 방정식들을 연립하여 상기 측정 대상자의 당화혈색소(HbA1c)와 산화포화도(SpO2)의 농도를 산출하는 단계를 포함하는 비침습적 당화혈색소 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광검지부는
    상기 제1 내지 제3 LED 모듈들의 위치를 기준으로 대향되는 지점에 위치하는 것을 특징으로 하는 비침습적 당화혈색소 측정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 신체부위 일측은
    피부의 두께에 따라 해당 피부 아래에 존재하는 모세혈관의 감지가 가능한 부위를 포함하는 것을 특징으로 하는 비침습적 당화혈색소 측정 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 생성하는 단계는
    동맥혈, 정맥혈, 물 및 피부 각각의 흡수계수들의 총합으로 정의되는 총 흡수계수를 비어램버트 법칙에 적용하여 투과도에 관한 속성 방정식을 도출하는 단계; 및
    상기 속성 방정식을 기초로 상기 제1 및 제2 파생광 집합들의 각 파생광을 이용하여 상기 제1 및 제2 비율 방정식들을 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 생성하는 비침습적 당화혈색소 측정 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 획득하는 단계는
    상기 속성 방정식에 상기 신체부위의 직경에 관한 거리를 적용하여 입사광과 파생광 사이의 관계식으로 변환하는 단계;
    상기 관계식을 상기 총 흡수계수에 관한 미분식으로 변환하는 단계;
    상기 미분식을 근사화 시켜 상기 파생광의 변화율에 관한 근사식을 결정하는 단계; 및
    상기 근사식을 정규화하고 상기 관계식과 연립하여 서로 다른 파장값에 관한 비율 방정식을 도출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비침습적 당화혈색소 측정 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 획득하는 단계는
    상기 서로 다른 파장값에 관한 비율 방정식에 상기 제1 및 제2 파생광 집합의 각 파생광을 적용하여 상기 제1 및 제2 비율 방정식들을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비침습적 당화혈색소 측정 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 산출하는 단계는
    상기 제1 및 제2 비율 방정식들을 연립하여 당화 헤모글로빈(HbA1c) 및 산화 헤모글로빈(HbO)에 대한 부분 몰 농도들을 도출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비침습적 당화혈색소 측정 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 산출하는 단계는
    상기 제1 및 제2 비율 방정식들을 기초로 상기 당화 헤모글로빈(HbA1c) 및 상기 산화 헤모글로빈(HbO) 각각의 부분 몰 농도에 관한 연립식을 생성하는 단계; 및
    상기 연립식의 계수들에 상기 제1 및 제2 파생광 집합의 각 파생광의 파장값에 대응되는 흡수계수들을 적용하여 상기 부분 몰 농도를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비침습적 당화혈색소 측정 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 산출하는 단계는
    상기 당화 헤모글로빈(HbA1c) 및 상기 산화 헤모글로빈(HbO)에 대한 부분 몰 농도들을 기초로 디옥시 헤모글로빈(HHb)에 대한 부분 몰 농도를 도출하는 단계; 및
    상기 당화 헤모글로빈(HbA1c), 상기 산화 헤모글로빈(HbO) 및 상기 디옥시 헤모글로빈(HHb)에 대한 부분 몰 농도들을 기초로 상기 당화혈색소(HbA1c)와 상기 산화포화도(SpO2)의 농도들을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비침습적 당화혈색소 측정 방법.
  10. 측정 대상자의 신체부위 일측에 위치하고, 서로 다른 파장값을 가지는 제1 내지 제3 입사광들을 상기 신체부위를 향해 각각 조사하는 제1 내지 제3 LED 모듈들;
    상기 제1 내지 제3 LED 모듈들에 대응되어 위치하고, 상기 제1 내지 제3 입사광들로부터 상기 신체부위를 경유하여 파생되는 제1 내지 제3 파생광들(derived lights)을 검지하는 광검지부; 및
    상기 제1 내지 제3 파생광들 중 2개의 파생광들로 구성된 제1 및 제2 파생광 집합들 각각에 대해 변형된 비어-램버트 법칙(Beer-Lambert Law)을 기초로 제1 및 제2 비율 방정식들을 생성하고, 상기 제1 및 제2 비율 방정식들을 연립하여 상기 측정 대상자의 당화혈색소(HbA1c)와 산화포화도(SpO2)의 농도를 산출하는 연산부를 포함하는 비침습적 당화혈색소 측정 시스템.

KR1020200108318A 2020-08-27 2020-08-27 비침습적 당화혈색소 측정 시스템 및 방법 KR102482459B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200108318A KR102482459B1 (ko) 2020-08-27 2020-08-27 비침습적 당화혈색소 측정 시스템 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200108318A KR102482459B1 (ko) 2020-08-27 2020-08-27 비침습적 당화혈색소 측정 시스템 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220027444A true KR20220027444A (ko) 2022-03-08
KR102482459B1 KR102482459B1 (ko) 2022-12-29

Family

ID=80812463

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200108318A KR102482459B1 (ko) 2020-08-27 2020-08-27 비침습적 당화혈색소 측정 시스템 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102482459B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117717334A (zh) * 2024-02-07 2024-03-19 荣耀终端有限公司 数据获取方法及电子设备

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020081763A (ko) * 2001-04-19 2002-10-30 삼성전자 주식회사 비 침습적인 헤모글로빈 농도와 산소 포화도 모니터링방법 및 장치
KR100871074B1 (ko) 2007-02-01 2008-11-28 삼성전자주식회사 비침습형 혈당 측정 장치 및 그 방법
JP2012137500A (ja) * 2010-09-27 2012-07-19 Toyobo Co Ltd 測定装置および測定方法
JP2014016235A (ja) * 2012-07-09 2014-01-30 Seiko Epson Corp 光吸収係数分布推定装置、濃度測定装置及び光吸収係数分布推定装置の制御方法
JP2014117503A (ja) * 2012-12-18 2014-06-30 Hamamatsu Photonics Kk 酸素飽和度測定装置及び酸素飽和度算出方法
KR20160028229A (ko) * 2014-09-03 2016-03-11 삼성전자주식회사 비침습 당화 혈색소 검사 장치 및 비침습 당화혈색소 검사 방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020081763A (ko) * 2001-04-19 2002-10-30 삼성전자 주식회사 비 침습적인 헤모글로빈 농도와 산소 포화도 모니터링방법 및 장치
KR100871074B1 (ko) 2007-02-01 2008-11-28 삼성전자주식회사 비침습형 혈당 측정 장치 및 그 방법
JP2012137500A (ja) * 2010-09-27 2012-07-19 Toyobo Co Ltd 測定装置および測定方法
JP2014016235A (ja) * 2012-07-09 2014-01-30 Seiko Epson Corp 光吸収係数分布推定装置、濃度測定装置及び光吸収係数分布推定装置の制御方法
JP2014117503A (ja) * 2012-12-18 2014-06-30 Hamamatsu Photonics Kk 酸素飽和度測定装置及び酸素飽和度算出方法
KR20160028229A (ko) * 2014-09-03 2016-03-11 삼성전자주식회사 비침습 당화 혈색소 검사 장치 및 비침습 당화혈색소 검사 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117717334A (zh) * 2024-02-07 2024-03-19 荣耀终端有限公司 数据获取方法及电子设备

Also Published As

Publication number Publication date
KR102482459B1 (ko) 2022-12-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Guazzi et al. Non-contact measurement of oxygen saturation with an RGB camera
Kamat Pulse oximetry
RU2653799C2 (ru) Устройство и способ для извлечения физиологической информации
US9591999B2 (en) Determination of tissue oxygenation in vivo
Kraitl et al. An optical device to measure blood components by a photoplethysmographic method
Shafique et al. Investigation of photoplethysmographic signals and blood oxygen saturation values on healthy volunteers during cuff-induced hypoperfusion using a multimode PPG/SpO2 sensor
JP2008049091A (ja) 生体成分濃度測定方法
US20230263453A1 (en) Method and apparatus for assessing peripheral arterial tone
CN115988985A (zh) 用于补偿外周动脉张力的评估的装置和方法
US11259721B2 (en) Method and device for detecting concentration of total hemoglobin in blood
Kyriacou et al. The origin of photoplethysmography
Al-Halawani et al. A review of the effect of skin pigmentation on pulse oximeter accuracy
KR102482459B1 (ko) 비침습적 당화혈색소 측정 시스템 및 방법
TWI409050B (zh) Pulse sensing device
CN105928890B (zh) 一种利用白光散射光谱测量组织血氧饱和度的方法和系统
US10653347B2 (en) Non-invasive measurement device and method for estimating local metabolic parameters
Patil et al. Methods and devices to determine hemoglobin non invasively: A review
Damianou The wavelength dependence of the photoplethysmogram and its implication to pulse oximetry
KR102500415B1 (ko) 2개의 파장을 이용한 비침습적 당화혈색소 및 혈당 측정 장치 및 방법
KR102356154B1 (ko) 비어램버트 법칙을 이용한 비침습적 당화혈색소 측정 시스템 및 방법
KR102402263B1 (ko) 광자 확산 이론을 이용한 비침습적 당화혈색소 측정 시스템 및 그 방법
Hossain et al. Comparison of Different Wavelengths for Estimating HbA1c and SpO₂ Noninvasively Using Beer-Lambert Law and Photon Diffusion Theory Derived Models
Mude Non-invasive Measurement of Hemoglobin for Rural India using Artificial Intelligence
Kisch-Wedel et al. Does the estimation of light attenuation in tissue increase the accuracy of reflectance pulse oximetry at low oxygen saturations in vivo?
Zhang et al. Detection Method and Research on Oxygen Saturation of Human Blood Based on Finger Vein Image

Legal Events

Date Code Title Description
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right