KR20220066651A - 연속혈당측정기의 보정 - Google Patents

Abstract

일 실시예에 따른 전자기파를 이용한 바이오 센서는, 상기 바이오 센서의 주변의 대상 피분석물의 농도에 따라 변화하는 공진 주파수를 나타내는 공진기 조립체; 상기 공진기 조립체의 인덕턴스 및 커패시턴스 중 적어도 하나를 변경 가능한 임피던스 매칭부; 및 상기 공진기 조립체의 공진 주파수 천이 및 기준 동작 주파수 범위에 기초하여, 상기 임피던스 매칭부에 의한 인덕턴스 및 커패시턴스 중 적어도 하나의 변경 여부 및 변경량을 결정하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

연속혈당측정기의 보정{CALIBRATION OF CONTINUOUS BLOOD GLUCOSE MONITORING SYSTEM}

이하, 연속혈당측정기의 보정 기술이 제공된다.

전자기파 기반의 혈당 측정 센서는 체내 혈당 변화로 발생하는 유전율 변화를 감지하는 것으로 유전율 변화로 발생하는 공진 주파수의 천이 정도를 분석하여 혈당을 측정하는 시스템이다. 이와 같은 이유로 미세한 유전율 변화에 반응하는 센서가 요구되며, 센서 주변 환경의 유전율 변화에 따라 공진 주파수가 변화게 된다.

체내 이식되는 센서의 경우, 사람마다 피하 조직의 두께가 다르고 센서의 이식 위치도 달라 공진 주파수의 값이 달라질 뿐만 아니라 센서가 체내에 안착하는 과정에서 여러 가지 생체 조직이 붙을 수 있어 센서는 보정이 필수적이다.

도 1은 상대 유전율과 공진 주파수 간의 관계를 도시한 그래프이다.
도 2 및 도 3은 일 실시예에 따른 매칭 회로의 구성 예시를 설명한다.
도 4 및 도 5는 버랙터 다이오드의 구성 및 버랙터 다이오드의 전기적 특성을 도시한다.
도 6은 일 실시예에 따른 스위칭을 이용한 회로를 도시한다.

실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

일 실시예에 따른 바이오 센서는 전자기파를 이용하여 대상 피분석물(target analyte)을 센싱하는 센서일 수 있다. 대상 피분석물은 생체(living body)와 연관된 물질(material)로서, 생체 물질(analyte)이라고도 나타낼 수 있다. 참고로, 본 명세서에서 대상 피분석물은 주로 혈당으로 설명하였으나, 이로 한정하는 것은 아니다.

바이오 센서는 대상 피분석물의 센싱을 위해 설계된 공진기 조립체(resonator assembly)를 포함할 수 있다. 공진기 조립체는 커패시턴스 성분 및 인덕턴스 성분을 가지는 소자 조립체(element assembly)를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 공진기 조립체는, 대상 피분석물의 농도 변화에 따라 변화하는 공진 주파수에 대해 상대적으로 높은 Q 팩터(Q-factor)를 가질 수 있다. 다시 말해, 대상 피분석물의 농도 변화에 따른 공진 주파수 변화 범위 내에서, 공진기 조립체의 산란 파라미터(scattering parameter)(이하, 'S 파라미터')에 대응하는 주파수 응답 특성(frequency response characteristic)이 상대적으로 뾰족(sharp)한 곡선을 나타낼 수 있다. 공진기 조립체는 대상 피분석물의 농도 변화에 따른 상대 유전율 변화에 대해 높은 민감도를 나타낼 수 있다.

공진기 조립체의 상대 유전율은 주변의 대상 피분석물의 농도에 의해 영향을 받을 수 있다. 대상 피분석물의 농도 변화에 따라 공진기 조립체의 상대 유전율이 변하므로, 공진기 조립체의 공진 주파수도 함께 변화한다. 따라서, 일 실시예에 따른 전자기파를 이용한 바이오 센싱 시스템은 바이오 센서의 공진기 조립체의 공진 주파수에 기초하여 대상 피분석물의 농도를 결정할 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 바이오 센서는 공진기 조립체의 공진 주파수를 정확하게 결정할 수 있고, 더 나아가 공진 주파수에 대응하는 대상 피분석물의 농도도 정확하게 추정할 수 있다.

도 1은 상대 유전율과 공진 주파수 간의 관계를 도시한 그래프이다.

[수학식 1]

상술한 수학식 1과 같이, 상대 유전율과 공진 주파수는 반비례 상관관계를 가지고 있다. 유전율이 낮을수록 주파수 변화가 증가한다. 다시 말해, 주파수가 낮을수록 유전율 변화에 둔감해진다. 상술한 바이오 센서는 생체 내에 삽입되어 주변의 대상 피분석물의 농도 변화에 따른 공진기 조립체의 공진 주파수 변화에 따라 혈당을 추정 및/또는 결정할 수 있다. 다만, 도 1에 도시된 바와 같이, 주파수 대역에 따라, 예를 들어, 공진 주파수가 낮아질 수록 공진 주파수의 천이량과 혈당을 맵핑하여 보정하는 것이 어려워질 수 있다.

또한, 여러 가지 환경 요인으로 전자기파 기반 바이오 센서가, 바이오 센싱 시스템의 동작 주파수 범위를 벗어나면, 바이오 센서의 동작이 보장되지 않을 수 있다. 따라서, 전자기파 기반 바이오 센서는 공진기 조립체의 공진 주파수를 보정할 수 있다.

도 2 및 도 3은 일 실시예에 따른 매칭 회로의 구성 예시를 설명한다.

종래의 연속혈당측정기의 혈당 보정에는 채혈을 통하여 혈당 추정 값을 보정했었다. 반면, 일 실시예에 따른 바이오 센싱 시스템은, 채혈을 통한 방법이 아닌, 미리 결정된 양의 포도당을 가지는 특별한 정재형 약이 대상자에게 투여된 후의 혈당 추정 값을 기준으로, 보정을 수행할 수 있다. 미리 결정된 양의 포도당을 함유하는 정재형 약이 대상자에게 투입되면, 해당 대상자에게서 기준 혈당 값이 추정될 것으로 예상될 수 있다. 따라서, 바이오 센싱 시스템은 해당 대상자에 대해 확보된 기준 혈당 값에 기초하여 센서의 공진 주파수를 보정할 수 있다. 바이오 센싱 시스템은 혈당 추정 보정을 위해 공진기 조립체에 연결되는 가변 커패시터(Capacitor) 및 가변 인덕터(Inductor)를 추가로 더 포함할 수 있다.

도 4 및 도 5는 버랙터 다이오드의 구성 및 버랙터 다이오드의 전기적 특성을 도시한다.

도 2 및 도 3에서 상술한 가변 커패시터는 도 4 및 도 5에서 도시된 버랙터 다이오드가 사용될 수 있다. 버랙터 다이오드는 역전압 바이어스를 이용하는 다이오드이다.

도 6은 일 실시예에 따른 스위칭을 이용한 회로를 도시한다.

도 2 및 도 3에서 상술한 가변 커패시터 및 가변 인덕터는 도 6에 도시된 바와 같이 스위치 소자에 의해 구현될 수도 있다. 스위치 소자는 릴레이(relay), 다이오드(diode), 전계효과 트랜지스터(FET, Field Effect Transistor) 등이 사용될 수 있다. 다른 예를 들어, 브릿지 회로가 사용될 수도 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 공진 주파수의 값은 산란계수를 통하여 획득될 수 있다. 공진기 조립체의 Q값이 높을수록 미세한 유전율 변화를 잘 감지할 수 있다. 바이오 센싱 시스템은 높은 Q값을 구현하기 위해 상술한 가변 커패시터 및 가변 인덕터를 이용하여 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.

일 실시예에 따른 공진기 조립체는 사용 과정에서 열화 등에 의해 공진 주파수가 달라질 수 있다. 바이오 센싱 시스템은 열화에 의한 공진 주파수의 천이를 보정하기 위해 바이오 센서에 연결되는 가변 커패시터 및/또는 가변 인덕터를 포함할 수 있다. 바이오 센싱 시스템은 바이오 센서의 공진 주파수를 원래 목표로 하던 주파수로 복원할 수 있다.

또한, 바이오 센서의 커패시턴스 및/또는 인덕턴스를 조절하는 과정에서, 공진기 조립체로 전달된 후 공진기 조립체로부터 신호가 반환되는 레벨이 달라질 수 있다. 바이오 센서는, 신호의 반환 레벨을 유지하기 위해, 공진기 조립체로 전달되기 전에 신호의 레벨을 주파수 대역 별로 미리 조정(예를 들어, 이퀄라이징)할 수도 있다.

앞서 공진기 조립체에 가변 커패시터 및/또는 가변 인덕터를 추가 소자로 연결하는 것이 설명되었으나, 이로 한정하는 것은 아니다. 공진기 조립체의 구조 자체가 가변 커패시턴스 및/또는 가변 인덕턴스를 가지도록 설계될 수도 있다.

바이오 센싱 시스템은 미리 정한 주기마다 공진기 조립체의 공진 주파수를 검사하여, 해당 값이 미리 정한 범위 값을 벗어날 때 공진기 조립체의 공진 주파수 보정 프로세스를 개시할 수 있다. 예를 들어, 바이오 센싱 시스템은, 사용자가 바이오 센서를 사용하지 않을 때, 사용하기 전, 및 사용 후 중 적어도 한 시점에서 자체적으로 바이오 센서의 공진기 조립체를 테스트(test)하여 공진 주파수가 달라졌는지를 판단할 수 있다.

일 실시예에 따른 바이오 센싱 시스템은 공진 주파수의 복원 프로세스로서, 예를 들어, 커패시턴스/인덕턴스를 변경하는 과정에서 원하는 공진 주파수가 달성되었는지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 바이오 센서는 변경할 때마다 공진 주파수를 측정할 수 있다. 다른 예를 들어, 바이오 센서는 오류라고 판단된 공진 주파수가 센싱될 때 커패시턴스 및/또는 인덕턴스를 목표 커패시턴스 값 및 목표 인덕턴스 값으로 변경할 수 있다.

앞서 공진기 조립체의 공진 주파수 천이를 설명하였으나, 이로 한정하는 것은 아니다. 다른 예를 들어, 바이오 센싱 시스템은 바이오 센서의 동작 주파수가 달라지면, 바이오 센서로 발진 신호를 주입(inject)하는 위상 고정 루프(PLL, phase locked loop) 회로의 발진 주파수를 변경할 수도 있다.

이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있으며 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.

위에서 설명한 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 또는 복수의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (3)

1. 전자기파를 이용한 바이오 센서에 있어서,
   상기 바이오 센서의 주변의 대상 피분석물의 농도에 따라 변화하는 공진 주파수를 나타내는 공진기 조립체;
   상기 공진기 조립체의 인덕턴스 및 커패시턴스 중 적어도 하나를 변경 가능한 임피던스 매칭부; 및
   상기 공진기 조립체의 공진 주파수 천이 및 기준 동작 주파수 범위에 기초하여, 상기 임피던스 매칭부에 의한 인덕턴스 및 커패시턴스 중 적어도 하나의 변경 여부 및 변경량을 결정하는 제어부
   를 포함하는 전자기파를 이용한 바이오 센서.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 공진기 조립체의 공진 주파수가 미리 결정된 주파수 범위를 벗어나는지 여부를 모니터링하는,
   전자기파를 이용한 바이오 센서.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 공진기 조립체의 공진 주파수가 미리 결정된 주파수 범위를 벗어나는지 경우에 응답하여, 상기 임피던스 매칭부를 이용하여 상기 공진기 조립체의 주파수 보정 프로세스를 개시하는,
   전자기파를 이용한 바이오 센서.
   

Images