KR20220150804A - 바이오마커 농도 추정장치와, 이를 포함하는 전자장치 - Google Patents

바이오마커 농도 추정장치와, 이를 포함하는 전자장치 Download PDF

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Abstract

일 실시예에 따른 생체정보 추정장치는 피검체의 바이오 마커가 유입되는 유입부, 상기 유입된 바이오 마커가 저장되는 챔버, 다공성 기판으로 형성되는 측정채널을 포함하되, 측정채널은 다공성 기판의 각 기공에 배치되어 바이오 마커와 반응하여 색이 변하는 프로브를 포함하는 센서 카트리지, 상기 측정채널을 향해 광을 조사하는 광원, 상기 측정채널로부터 광을 검출하는 디텍터, 및 상기 디텍터에 의해 검출된 광에 기초하여 상기 측정채널의 색 변화 정보를 획득하고, 상기 획득된 색 변화 정보에 기초하여 상기 바이오 마커의 농도를 추정하는 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

바이오마커 농도 추정장치와, 이를 포함하는 전자장치{APPARATUS FOR ESTIMATING CONCENTRATION OF BIOMARKER, AND ELECTRONIC SYSTEM HAVING THE SAME}
바이오 마커 농도 추정장치에 관한 것이다.
의학 발달 및 평균 수명의 연장과 함께 의료기기에 대한 관심도 높아지고 있으며, 병원이나 검사 기관에서 사용하는 중대형 의료기기뿐만 아니라, 개인이 소장 또는 휴대할 수 있는 소형 의료기기 및 헬스케어(health care) 장치까지 그 범위가 확대되고 있다. 생체 정보를 측정하는 의료기기는 크게 침습(invasive) 방식 기기와 비침습(noninvasive) 방식 기기로 구분할 수 있다. 비침습(noninvasive) 방식 기기는 피검자의 통증을 유발하지 않고 비교적 간단하게 생체 정보를 검출할 수 있는 장점이 있으나 측정한 결과의 정확도가 높지 않아 이를 극복하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
바이오 마커의 농도를 추정하는 장치, 및 전자장치가 제시된다.
일 실시예에 따른, 바이오마커 농도 추정장치는 피검체의 바이오 마커가 유입되는 유입부, 유입된 바이오 마커가 저장되는 챔버, 다공성 기판으로 형성되는 측정채널을 포함하되, 측정채널은 다공성 기판의 각 기공에 배치되어 바이오 마커와 반응하여 색이 변하는 프로브를 포함하는 센서 카트리지, 측정채널을 향해 광을 조사하는 광원, 측정채널로부터 광을 검출하는 디텍터, 및 디텍터에 의해 검출된 광에 기초하여 측정채널의 색 변화 정보를 획득하고, 획득된 색 변화 정보에 기초하여 바이오 마커의 농도를 추정하는 프로세서를 포함할 수 있다.
유입부는, 피검체와 접촉하는 위치에 홀, 또는 측정하고자 하는 바이오 마커를 선택적으로 투과시키는 투과성 막으로 형성될 수 있다.
바이오마커 농도 추정장치는, 센서 카트리지가 삽입 또는 제거 가능하도록 형성되어, 센서 카트리지가 삽입될 때 챔버 위치로 안내하는 삽입부를 더 포함할 수 있다.
이때, 삽입부는, 센서 카트리지가 챔버의 측면에 나란히 배치되도록 형성될 수 있다.
프로세서는, 측정 채널에서 소정 시간 동안 기준 흡광도가 검출된 제1 지점과 제2 지점 사이의 거리를 기초로 측정 채널의 색 변화 속도를 획득할 수 있다.
삽입부는, 센서 카트리지가 챔버의 상부에 배치되도록 형성될 수 있다.
프로세서는, 측정 채널에서 검출된 광량과 기준 채널에서 검출된 광량을 기초로 측정 채널의 흡광도 변화량을 획득할 수 있다.
측정 채널은 각각 서로 다른 바이오 마커와 반응하는 복수의 측정 채널을 포함할 수 있다.
다공성 기판은, 실리카, 알루미나, 고분자, 및 분자체 중의 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
바이오 마커는, 아세톤, 암모니아, 이산화탄소, 및 수소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
프로세서는, 추정된 바이오마커의 농도를 기초로, 영양 섭취상태, 대사 상태, 운동 상태, 섭취 칼로리, 및 소비 칼로리 중 적어도 하나를 포함하는 생리학적 상태를 추정할 수 있다.
프로세서는, 추정된 바이오마커의 농도, 및 생리학적 상태 중 적어도 하나를 사용자에게 제공하는 표시부를 포함할 수 있다.
바이오마커 농도 추정장치는, 습도를 측정하는 습도센서, 및 온도를 측정하는 온도센서 중의 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따른, 바이오마커 농도 추정장치는 피검체에 부착되어 바이오 마커와 반응하는 패치형 센서, 패치형 센서에 광을 조사하는 광원, 패치형 센서로부터 나오는 광을 검출하는 디텍터, 및 검출된 광을 기초로 패치형 센서의 색 변화 정보를 획득하고, 획득된 색 변화 정보에 기초하여 바이오 마커의 농도를 추정하는 프로세서를 포함하되, 패치형 센서는, 피검체와 접촉되는 접촉면, 및 접촉면의 상부에 위치하고, 다공성 기판으로 형성된 측정채널을 포함하되, 측정채널은 다공성 기판의 각 기공에 배치되어 바이오 마커와 반응하여 색이 변하는 프로브를 포함하는 센서 카트리지, 및 접촉면 및 센서 카트리지에 형성되어 바이오 마커가 유입되는 홀을 포함할 수 있다.
프로세서는, 소정 시간 동안 홀을 통해 유입된 바이오 마커와 반응하여 기준 흡광도가 검출된 측정 채널의 제1 지점과 제2 지점 사이의 제1 거리를 기초로 측정 채널의 색 변화 속도를 획득할 수 있다.
프로세서는 제1 거리 및, 소정 시간 동안 센서 카트리지의 외곽을 통해 유입된 바이오 마커와 반응하여 기준 흡광도가 검출되는 측정 채널의 제 3지점과 제4 지점 사이의 제2 거리에 기초하여 측정 채널의 색 변화 속도를 획득할 수 있다.
프로세서는, 제1 거리 및 제2 거리의 통계값을 산출하고, 산출된 통계값과 소정 시간에 기초하여 색 변화 속도를 측정할 수 있다.
프로세서는, 패치형 센서에 미리 설정된 기준 지점에서 검출된 광량 및 측정 채널에서 검출된 광량을 기초로 측정 채널의 흡광도 변화량을 측정할 수 있다.
바이오마커 농도 추정장치는, 접촉면의 상부에 위치한 투명 커버면을 더 포함할 수 있고, 투명 커버면은 측정 채널의 위치 및, 색변화 정보 중의 적어도 하나를 시각적으로 확인할 수 있도록 형성된 마커라인을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 본체를 포함하는 전자장치에 있어서, 본체상의 피검체가 접촉하는 일면에 형성되어, 피검체의 바이오 마커가 유입되는 유입부, 본체 내부에 형성되며, 유입부를 통해 유입된 바이오 마커가 저장되는 챔버, 다공성 기판으로 형성되는 측정채널을 포함하되, 측정채널은 다공성 기판의 각 기공에 배치되어 바이오 마커와 반응하여 색이 변하는 프로브를 포함하는 센서 카트리지, 본체의 일면에 홈이 형성되어, 센서 카트리지가 홈을 통해 삽입될 때 챔버 위치로 안내하는 삽입부, 측정채널을 향해 광을 조사하는 광원, 측정채널로부터 광을 검출하는 디텍터, 및 디텍터에 의해 검출된 광에 기초하여 측정채널의 색 변화 정보를 획득하고, 획득된 색 변화 정보에 기초하여 바이오 마커의 농도를 추정하는 프로세서를 포함할 수 있다.
색 변조 프로브를 포함하는 센서 카트리지를 이용하여, 바이오마커 농도 측정의 민감도 및, 선택도를 향상시킬 수 있다.
도 1a는 일 실시예에 따른 바이오마커 농도 추정장치의 블록도이다.
도 1b는 다른 실시예에 따른 바이오마커 농도 추정장치의 블록도이다.
도 2a 내지 2b는 일 실시예에 따른 센서 카트리지의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2c는 일 실시예에 따른 측정채널을 도시한 것이다.
도 3a는 센서 카트리지가 챔버의 측면에 나란히 배치되도록 삽입부가 형성된 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3b 내지 3d는 센서 카트리지가 챔버의 측면에 나란히 배치된 경우, 바이오 마커의 농도를 추정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 센서 카트리지가 챔버의 상부에 배치되도록 삽입부가 형성된 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4b 내지 4d는 센서 카트리지가 챔버의 상부에 배치된 경우, 바이오 마커의 농도를 추정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 5c는 일 실시예에 따른 패치형센서의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 내지 도 7은 일 실시예에 따른 전자장치를 도시한 것이다.
도 8은 디스플레이를 통해 사용자에게 제공되는 추정된 생리학적 상태에 관한 도면이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 기재된 기술의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부, "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1a는 일 실시예에 따른 바이오마커 농도 추정장치의 블록도이다. 바이오 마커 농도 추정 장치(100a)의 다양한 실시예들은 스마트 워치를 포함하는 웨어러블 기기, 스마트폰, 태블릿 PC, 데스크탑 PC, 노트북 PC 등에 탑재될 수 있다. 이때, 웨어러블 기기는 손목 시계형, 팔찌형, 손목 밴드형, 반지형, 안경형, 또는 헤어밴드형으로 구현되는 것이 가능하다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며 전문 의료기관에서 사용 가능하도록 다양한 형태로 제작된 하드웨어에 탑재될 수도 있다.
도 1a를 참조하면, 바이오 마커 농도 추정장치(100a)는 센서 카트리지(110), 광원(120), 디텍터(130), 및 프로세서(140)를 포함한다.
센서 카트리지는(110)는 교체 가능하게 형성될 수 있으며, 예컨대 종이 기반의 재질로 형성될 수 있다. 센서 카트리지(110)는 피검체의 바이오 마커와 반응하는 측정채널을 하나 이상 포함할 수 있다. 각 측정 채널은 다공성 기판으로 형성되고, 각 기공에 바이오 마커와 반응하여 색이 변하는 프로브를 포함할 수 있다. 바이오 마커는 사용자의 피검체, 예컨대 사용자의 손목으로부터 발생하는 가스로서, 아세톤, 암모니아, 이산화탄소, 및 수소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다.
도 2a 내지 2c를 통해 센서 카트리지(110), 및 측정채널의 구조에 대해 설명한다.
도 2a 내지 2b는 일 실시예에 따른 센서 카트리지(200a, 200b)의 구조를 설명하기 위한 평면도이다.
도 2a의 각 측정채널(211, 212, 213, 214)은 바이오마커와 반응이 진행될 때, 바이오 마커가 유입되는 센서 카트리지(200a)의 일면(210)에서부터 멀어지는 방향으로 변색이 진행될 수 있다. 이때 프로세서(140)는, 센서 카트리지(200a)로부터 길이 방향의 색 변화정보를 획득할 수 있다.
도 2a의 경우 센서 카트리지(200a)는 4개의 측정채널(211, 212, 213, 214)을 포함하고 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고 센서 카트리지에 포함된 채널의 개수는 자유로이 변형될 수 있다. 도 2a에는 각 측정채널(211, 212, 213, 214)이 동일한 간격을 두고 배치되어 있으나, 이에 제한되지 않고 각 채널간의 간격은 서로 상이할 수 있다.
각 측정채널(211, 212, 213, 214)은 원통, 및 다각기둥 등의 다양한 형태로 형성될 수 있다. 다만 이에 제한되지 않고, 각 측정채널(211, 212, 213, 214)의 단면적은 센서 카트리지(200a)의 일면(210)으로부터 멀어질수록 더 좁아질 수도 있고, 더 넓어질 수도 있다. 예를 들어, 각 측정채널(211, 212, 213, 214)은 오목렌즈, 볼록렌즈, 및 사다리꼴 등으로 형성될 수 있다. 이때 센서 카트리지(200a)의 일면(210)은 바이오 마커가 유입되는 면을 의미할 수 있다.
측정 채널은 복수 개 형성될 수 있으며, 각 측정 채널은 서로 다른 종류의 바이오 마커와 반응하도록 형성될 수 있다. 이때, 각 측정채널이 각각 서로 다른 프로브를 포함함으로써 여러 바이오 마커를 동시에 측정하는 것이 가능하다. 예를 들어, 측정채널(211)은 아세톤과만 반응하는 프로브, 측정채널(212)는 암모니아와만 반응하는 프로브, 측정채널(213)은 이산화탄소 와만 반응하는 프로브, 측정채널(214)는 수소와만 반응하는 프로브를 각각 포함할 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니고 각 측정채널(211, 212, 213, 214)의 일부 채널은 서로 같은 바이오 마커와 반응하도록 하고, 나머지 채널은 각각 서로 다른 바이오 마커와 반응하도록 형성될 수 있다. 이는 서로 다른 종류의 프로브는, 각 프로브에 대응되는 바이오마커와만 반응하기 때문이다.
각 측정채널(211, 212, 213, 214)이 포함하고 있는 각각의 프로브는 서로 다른 고유색을 가짐으로 인하여 구분될 수 있다. 예를 들어, 측정채널(211)의 프로브는 노란색, 측정채널(212)의 프로브는 주황색, 측정채널(213)의 프로브는 초록색, 측정채널(214)의 프로브는 파란색일 수 있고, 바이오 마커와 반응할 때 각각의 색이 더욱 진하게 변색될 수 있다. 다만 이에 제한되지 않고, 각 측정채널(211, 212, 213, 214)의 프로브는 바이오 마커와 반응할 때, 고유색과 전혀 다른 색으로 변색될 수도 있다.
도 2b는 다른 실시예에 따른 센서 카트리지(200b)의 구조를 설명하기 위한 평면도이다. 도 2b에는 센서 카트리지(200b)의 상부면이 도시되어 있다.
도 2b의 각 측정채널(221, 222, 223)은 바이오마커와 반응이 진행될 때, 바이오 마커가 유입되는 센서 카트리지(200a)의 하부면에서부터 상부면의 방향으로 변색이 진행될 수 있다. 이때, 프로세서(140)는 센서 카트리지(200a)로부터 깊이 방향의 색 변화정보를 획득할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 센서 카트리지(200b)는 3개의 측정채널(221, 222, 223), 및 1개의 기준채널(224)을 포함할 수 있다. 다만 각 측정채널, 및 기준채널의 개수는 이에 제한되지 않고 자유로이 변형이 가능하다. 또한, 도 2b에는 각 4개의 채널(221, 222, 223, 224)이 사각형의 형태로 배열되어 있으나, 이에 제한되지 않고, 직선, 원형 등 다양한 형태로 배열될 수 있다.
도 2b의 센서 카트리지(200b)의 각 측정채널(221, 222, 223)의 경우 도 2a의 센서 카트리지(200a)의 각 측정채널(211, 212, 213, 214)에 비하여 바이오 마커와 반응하는 단면적이 더 넓게 형성될 수 있다. 이때, 단면적이 넓게 형성됨으로 인하여 도 2b의 각 측정채널(221, 222, 223)은, 도 2a의 각 측정채널(211, 212, 213, 214)에 비하여 반응 민감도가 향상될 수 있다.
도 2b의 경우에도 도 2a에서 설명한 바와 같이, 각 측정채널(221, 222, 223)의 단면적은 센서 카트리지(200b)의 하부면으로부터 상부면으로 갈수록 더 좁아질 수도 있고, 더 넓어질 수도 있으며, 일 예로 각 채널(221, 222, 223, 224)은 오목렌즈, 볼록렌즈, 및 사다리꼴 등으로 형성될 수도 있다.
도 2b의 센서 카트리지(200b)의 기준채널(224)은 바이오 마커와 반응하여 색이 변하지 않는 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 측정채널(221, 222, 223)의 프로브가 각각에 대응되는 바이오 마커와 반응하여 색이 변할 때, 기준채널(224)은 변색되지 않을 수 있다. 이때 프로세서(140)는 각 측정 채널에서 검출된 광량과, 기준채널(224)에서 검출된 광량을 비교할 수 있다.
도 2a에서 전술한 바와 같이, 각 측정채널(221, 222, 223)의 각 프로브는 서로 다른 바이오 마커와 반응할 수 있고, 각 측정채널(221, 222, 223)이 포함하고 있는 각각의 프로브는 서로 다른 고유색을 가짐으로 인해 구분될 수 있다. 각 프로브는 바이오 마커와 반응할 때, 고유색 보다 더 진한 색으로 변색되거나, 전혀 상이한 색으로 변색될 수 있다.
도 2c는 일 실시예에 따른 측정채널(230)의 단면을 도시한 것이다. 측정채널(230)은 다공성 기판으로 형성될 수 있다. 다공성 기판은 실리카, 알루미나, 고분자, 및 분자체 중의 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 이때, 다공성 기판의 각 기공(231)의 크기는 특정 값에 제한되지 않고, 자유로이 변형이 가능하다. 예를 들어, 바이오 마커가 측정채널 내에 유입되어 확산되는 속도를 제어하기 위해 다공성 기판의 기공(231) 크기는 축소 또는 확대 등 다양한 크기로 조정될 수 있다. 이와 같이 기공(231) 크기의 조절을 통해 측정채널의 전체 측정 가능 시간을 조절할 수 있고 이를 통해 센서 카트리지의 교체 주기의 조절이 가능하다.
도 2c를 참조하면, 각 프로브는 다공성 기판에 배치될 수 있다. 일 예로, 프로브는 다공성 기판의 각 기공(231)에 배치될 수 있다. 서로 다른 프로브는, 각각 서로 다른 바이오마커와 반응하기 때문에, 도 2a에서 전술한 바와 같이 복수의 측정채널은 각각 서로 다른 프로브를 포함하여 여러 바이오 마커를 동시에 측정하는 것이 가능하다. 도 2a에서 전술한 바와 같이, 각 프로브는 고유색을 가질 수 있으며, 고유색의 종류는 노란색, 주황색, 초록색, 파란색, 빨간색, 등 제한되지 않는다. 각 프로브는 바이오 마커와 반응할 때 각각의 색이 더욱 진하게 변색될 수 있고, 고유색과 전혀 다른 색으로 변색될 수도 있다.
다시 도 1a를 참조하면, 광원(120)은 센서 카트리지(110)의 측정채널을 향해 광을 조사할 수 있다. 광원(120)은 발광 다이오드(light emitting diode, LED), 레이저 다이오드(laser diode, LD) 또는 형광체 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 광원(120)은 복수의 광원을 포함할 수 있으며, 이때 복수의 광원은 모두 동일한 파장의 광을 조사하거나 서로 다른 파장의 광을 조사하도록 형성될 수 있다. 예컨대, 광원은 녹색, 청색, 적색, 적외 파장 등의 광을 조사할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
디텍터(130)는 광원(120)으로부터 측정채널로 광이 조사된 후, 측정채널을 투과하거나, 측정채널에 산란 또는 반사된 광을 검출할 수 있다. 디텍터(130)는 포토다이오드(photodiode), 포토 트랜지스터(photo transistor) 등을 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 이미지 센서, CCD(charge-coupled device) 이미지 센서, 등을 포함할 수 있다. 디텍터(130)는 복수의 디텍터를 포함할 수 있다.
예를 들어, 피검체와 접촉하는 위치에 형성된 유입부(미도시)를 통해 유입된 피검체의 바이오 마커가 센서 카트리지(110)의 측정 채널과 반응하여 프로브의 색이 변하면, 광원(120)이 측정 채널에 광을 조사하고, 디텍터(130)는 센서 카트리지(110)로부터 투과되거나, 산란 또는 반사된 광을 검출할 수 있다.
프로세서(140)는 광원(120), 및 디텍터(130)와 전기적, 기구적 또는 유무선 통신으로 연결되는 것이 가능하다. 프로세서(140)는 광원(120), 및 디텍터(130)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(140)는 사용자의 조작에 따라 바이오 마커 농도 추정 요청이 수신되거나, 센서 카트리지(110)가 바이오마커 농도 추정장치(100a)의 삽입부(미도시)에 삽입되거나, 또는 피검체가 바이오 마커 농도 추정장치의 일면에 배치된 유입부(미도시)에 접촉하면, 광원(120)의 광의 세기, 광의 지속시간, 및 온/오프를 제어할 수 있다.
프로세서(140)는 디텍터(130)로부터 수신된 광신호를 처리할 수 있다. 이때 프로세서(140)는 디텍터(130)로부터 광신호가 수신되면 노이즈를 제거하기 위한 필터링이나, 광신호의 증폭, 디지털 신호로 변환하는 등의 전처리를 할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(140)는 밴드 패스 필터링 등을 통해 디텍터(130)로부터 수신된 광신호로부터 노이즈를 제거할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 장치의 컴퓨팅 성능이나 측정 정확도, 생체정보 추정 목적, 사용자의 피검체 부위, 피검체의 온도, 습도 등의 다양한 측정 환경에 따라 그 밖의 다양한 전처리를 수행할 수 있다.
프로세서(140)는 디텍터(130)에 의해 검출된 광 신호에 기초하여 바이오 마커의 농도를 추정할 수 있다. 이때 바이오 마커는 아세톤, 암모니아, 이산화탄소, 및 수소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다.
프로세서(140)는 미리 정해진 일정시간(예: 8시간, 12시간, 또는 48시간)동안 연속적으로 바이오마커의 농도를 추정할 수 있다. 예를 들어, 센서 카트리지의 최대 사용시간, 또는 사용자가 바이오마커 농도 추정을 요청한 시간 동안, 지속적으로 센서 카트리지의 측정채널 에서의 색 변화 속도, 또는 흡광도 변화량을 획득하여 바이오 마커의 농도를 연속적으로 추정할 수 있다.
프로세서(140)는 디텍터(130)에 의해 검출된 광에 기초하여 측정채널의 색 변화 정보를 획득할 수 있고, 획득된 색 변화 정보에 기초하여 바이오 마커의 농도를 추정할 수 있다. 이때 색 변화 정보는 예컨대, 색 변화 속도를 포함한 길이 방향의 색 변화 정보, 및 흡광도 변화량을 포함한 깊이 방향의 색 변화 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 3a는 길이 방향의 색 변화 정보를 획득하기 위한 바이오 마커 농도 추정 장치 구조의 일 실시예를 도시한 것이다.
도 3a를 참조하면, 일 실시예의 바이오 마커 농도 추정장치(300)는 광원(120), 디텍터(130), 유입부(310), 이동통로(320), 챔버(330), 삽입부(340), 및 센서 카트리지(200a)를 포함할 수 있다.
광원(120)은 센서 카트리지(200a)의 측정채널(211, 212, 213, 214)에서 바이오 마커와 반응이 진행되는 동안 광을 조사할 수 있고, 디텍터(130)는 광원(120)으로부터 측정채널(211, 212, 213, 214)로 광이 조사된 후, 측정채널(211, 212, 213, 214)을 투과한 광을 검출할 수 있다. 도 3a에는 광원(120)이 센서 카트리지(200a)의 상부에 위치하도록 배치되어 있으나, 그 배치 구조에 있어 제한되지 않으며, 폼 팩터(form factor)의 사이즈 등에 따라 다양한 위치에 배치될 수 있다. 센서 카트리지(200a)가 삽입된 삽입부(340)의 적어도 일부 영역은 광원(120)으로부터 조사된 광이 투과될 수 있도록 투광영역으로 형성될 수 있다.
구동부(410)는 사용자의 터치를 포함하는 조작에 따라, 바이오 마커 농도 추정장치(400)의 전원을 온(ON), 오프(OFF)시킬 수 있는 조작부, 바이오 마커 농도 추정장치(400)에 전원을 공급하는 배터리 등을 포함할 수 있다.
유입부(310)는 피검체와 접촉하는 위치에 형성될 수 있으며, 피검체가 유입부(310)에 접촉할 때 피검체의 바이오마커가 유입될 수 있다. 이때, 피검체는 요골 동맥과 인접한 손목 표면의 영역으로 모세혈이나 정맥혈이 지나가는 손목 상부 영역 또는, 피검체는 인체 내의 혈관 밀도가 높은 부위인 손가락, 발가락, 귀 등 인체의 말초 부위일 수도 있다.
유입부(310)는 측정하고자 하는 바이오 마커를 선택적으로 투과시키는 투과성 막(미도시)을 포함할 수 있다. 또한 유입부(310)는 이물질의 유입을 차단하고, 바이오마커의 농도를 측정함에 있어 습도간섭을 방지하는 별도의 필터(미도시)를 포함할 수도 있다. 유입부(310)는 피검체와의 접촉여부를 판단하는 접촉 센서(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
챔버(330)는 유입부(310)와 이동 통로(320)를 통해 연결되고, 유입부(310)를 통해 유입된 피검체의 바이오 마커가 이동 통로(320)를 통해 챔버(330)에 저장될 수 있다. 챔버(330)의 형태 및/또는 재질은 제한되지 않으며, 일측이 센서 카트리지(200a)와 접촉하여 바이오 마커가 센서 카트리지(200a)로 이동할 수 있도록 형성될 수 있다.
삽입부(340)는 센서 카트리지(200a)가 탈착 가능하도록 형성되며, 도시된 바와 같이 챔버(330)와 동일한 높이에 나란히 배치되도록 형성될 수 있다. 이때 삽입부(340)는 센서 카트리지(200a)가 삽입될 때 센서 카트리지(200a)를 챔버(330)의 측면의 위치로 안내할 수 있다 이때 챔버(330)에 저장된 바이오마커는 삽입부의 일면(341)을 따라 센서 카트리지(200a)의 측정채널(211, 212, 213, 214)로 유입될 수 있다.
이때, 바이오 마커가 유입되는 센서 카트리지(200a)의 일면(210)에서부터 멀어지는 방향으로 변색이 진행될 수 있다. 이때 프로세서(140)는, 센서 카트리지(200a)로부터 색 변화 속도와 같은 길이 방향의 색 변화정보를 획득할 수 있다.
도 3b는 챔버(330)내에 저장되어 있던 바이오 마커(350)가 센서 카트리지(200a)의 측정채널(211)로 유입되고 있는 모습을 도시한 것이다. 설명의 편의를 위해 측정채널(211)만 도시하고, 측정채널(212, 213, 214)은 생략하였다. 전술한 바와 같이, 각 측정채널(211, 212, 213, 214)의 프로브는 각각 서로 다른 바이오마커와 반응할 수 있다.
바이오 마커(350)가 측정채널(211)로 유입되면 화살표의 방향으로 진행하며 측정채널(211)내의 프로브(240)를 변색시킬 수 있다. 화살표의 방향으로 바이오 마커(350)가 진행함에 따라, 프로브(240)는 바이오 마커(350)와 반응하여 색이 변할 수 있으며, 변색 결과는 다른 색상의 프로브(245)로 도시되어 있다.
이때, 프로세서(140)는 화살표의 방향으로 변색이 진행되는 속도를 길이 방향의 색변화 정보로 획득하고, 획득된 색변화 정보를 기초로 바이오 마커의 농도를 추정할 수 있다.
도 3c는 소정 시간 동안 센서 카트리지의 측정채널에서 측정된 색 변화 거리별 흡광도 그래프를 도시한 것이다.
도 3c를 참조하면, 가로축은 센서 카트리지(200a)의 측정채널(211)의 반응 시작점(0)으로부터의 거리를 나타내고, 세로축은 디텍터(130)에 의해 측정되는 흡광도를 나타낸다. 프로세서(140)는 소정 시간 동안의 색 변화 그래프의 적어도 둘 이상의 시간 지점(T1, T2, T3)에서의 흡광도 그래프를 이용하여 색 변화 속도를 획득할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(140)는 기준 흡광도(R)를 설정하고, 각 흡광도 그래프에서 기준 흡광도(R)가 검출되는 지점(0, P1, P2)을 결정할 수 있다. 이때, 기준 흡광도(R)는 예컨대, 최초 측정 시점의 반응 시작점에서의 흡광도일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 프로세서(140)는 기준 흡광도(R)가 검출된 적어도 두 개의 지점을 기초로 측정채널(211)의 색 변화 속도를 획득할 수 있다.
일 예로, 프로세서(140)는 기준 흡광도(R)가 검출되는 지점(0, P1, P2) 중 두개의 지점(P1, P2)을 선택하고, 선택된 두개의 지점간의 거리(d)를 계산할 수 있다. 이때 계산된 거리(d)를 검출된 두 지점(P1, P2)간의 시간 간격(T3 - T2)으로 나누어 측정채널(211)의 색 변화 속도를 획득할 수 있다.
프로세서(140)는 획득된 색 변화 속도를 이용하여 바이오 마커의 농도를 추정할 수 있다. 예를 들어, 색 변화 속도와 바이오 마커 농도 간의 상관 관계를 정의한 추정 모델을 이용하여, 획득된 색 변화 속도에 해당하는 바이오 마커 농도 추정값을 획득할 수 있다. 이때, 추정 모델은 측정 채널별 및/또는 바이오 마커별로 정의될 수 있다.
예를 들어, 도 3d는 색 변화 속도와 바이오 마커 농도의 간의 상관 관계를 정의한 추정 모델(370)을 도시하고 있다. 이때, 추정 모델(370)은 복수의 사용자들에게 보편적으로 사용될 수 있도록 미리 정의되거나, 프로세서(140)에 의해 특정 사용자에 대해 개인화된 추정 모델이 캘리브레이션을 통해 미리 정의될 수 있다. 캘리브레이션의 일 예로, 도 3d의 가로축은 바이오 마커의 농도, 세로축은 측정채널(211)의 색 변화 속도를 의미한다. 프로세서(140)는 캘리브레이션 과정에서 사용자로부터 획득된 각각의 색 변화 속도(360)와, 외부기기(미도시)를 통해 측정된 바이오마커의 농도를 플로팅하여 추정 모델(370)을 생성할 수 있다. 도 3d에는 추정 모델(370)이 1차함수의 형태로 도시되어 있으나, 이에 제한되지 않고 자유로이 변형이 가능하다.
도 4a는 깊이 방향의 색 변화 정보를 획득하기 위한 바이오 마커 농도 추정 장치 구조의 일 실시예를 도시한 것이다.
도 4a를 참조하면 다른 실시예의 바이오 마커 농도 추정장치(400)는 광원(120), 디텍터(130), 구동부(410), 유입부(310), 이동통로(320), 챔버(330), 삽입부(420), 및 센서 카트리지(200b)를 포함할 수 있다. 광원(120), 디텍터(130), 유입부(310), 이동통로(320), 및 챔버(330)에 대하여는 도 1a, 및 도 3a에서 자세히 설명하였으므로, 여기서는 생략한다.
도 4a를 참조할 때, 삽입부(420)는 챔버(330)의 상부면에 배치될 수 있다. 이때 삽입부(420)는 센서 카트리지(200b)가 삽입될 때, 센서 카트리지(200b)를 챔버(330)의 상부면의 위치로 안내할 수 있다. 챔버(330)내에 저장된 바이오 마커는 삽입부(420)의 일면을 따라 센서 카트리지(200b)의 각 측정채널(221, 222, 223)로 유입될 수 있다.
이때, 바이오 마커가 유입되는 센서 카트리지(200b)의 하부면에서부터 상부면의 방향으로 변색이 진행될 수 있다. 이때 프로세서(140)는, 센서 카트리지(200b)로부터 깊이 방향의 색 변화정보를 획득할 수 있다.
도 4b는 챔버(330)내에 저장되어 있던 바이오 마커(350)가 센서 카트리지(200b)의 측정채널(221)로 유입되고 있는 모습을 도시한 것이다. 설명의 편의를 위해 측정채널(221)만 도시하고, 측정채널(222, 223)은 생략하였다. 전술한 바와 같이, 각 측정채널(221, 222, 223)의 각각의 프로브는 서로 다른 바이오마커와 반응할 수 있다.
바이오 마커(350)가 측정채널(221)로 유입되면 화살표의 방향으로 진행하며 측정채널(221)내의 프로브(240)를 변색시킨다. 화살표의 방향으로 바이오 마커(350)가 진행함에 따라, 프로브(240)는 바이오 마커(350)와 반응하여 색이 변할 수 있으며, 변색 결과는 다른 색상의 프로브(245)로 도시되어 있다.
도 2b에서 설명한 바와 같이 도 2b, 및 4a의 센서 카트리지(200b)의 각 측정채널(221, 222, 223)의 경우 도 2a, 및 3a의 센서 카트리지(200a)의 각 측정채널(211, 212, 213, 214)에 비하여 바이오 마커와 반응하는 단면적이 더 넓게 형성될 수 있다. 이때, 단면적이 넓게 형성됨으로 인하여 도 2b, 및 4a의 각 측정채널(221, 222, 223)은, 도 2a, 및 3a의 각 측정채널(211, 212, 213, 214)에 비하여 반응 민감도가 향상될 수 있다.
프로세서(140)는 디텍터(130)의 광 검출 결과를 기초로, 화살표의 방향으로 변색이 진행될 때 측정채널(221)에서 검출된 광량과, 기준채널(224)에서 검출된 광량을 비교할 수 있다. 이때, 기준채널(224)은 바이오 마커와 반응하여 색이 변하지 않는 물질을 포함할 수 있다.
비교 결과, 프로세서(140)은 측정 채널(221)의 특정 시점에서의 흡광도, 또는 일정시간 동안의 흡광도 변화량을 획득할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(140)는 측정채널(221)의 변색이 시작된 시점부터 특정 시간이 경과한 후, 측정채널(221)에서 검출된 광량과 기준채널(224)에서 검출된 광량을 비교하여 특정 시점 에서의 흡광도를 획득할 수 있다. 다른 예로, 프로세서(140)는 측정채널(140)의 변색이 진행될 때, 임의의 두개의 시점을 선택하고, 선택된 두개의 시점에서 각각 측정채널(221)에서 검출된 광량과 기준채널(224)에서 검출된 광량을 비교하여 일정시간 동안의 흡광도 변화량을 획득할 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해 흡광도 변화량을 기준으로 설명한다.
프로세서(140)는 아래의 수학식 1과 같이 미리 정해진 흡광도 측정 계산식을 이용하여 각 측정채널(221, 222, 223)의 흡광도 변화량(A)을 획득할 수 있다. 흡광도 측정 계산식은 덧셈, 뺄셈, 나눗셈, 곱셈, 로그값, 회귀식 등 특별히 제한됨이 없이 다양한 선형 또는 비선형 결합 함수식 형태로 정의될 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1에서 A는 측정채널(221, 222, 223)에서의 흡광도 변화량, Isensor는 측정채널(221, 222, 223)에서 검출된 광량, Iref는 기준채널(224)에서 검출된 광량을 의미할 수 있다.
프로세서(140)은 획득된 흡광도 변화량을 측정채널(221)의 깊이 방향의 색 변화정보로 획득할 수 있다.
프로세서(140)는 획득된 흡광도 변화량을 이용하여 바이오 마커의 농도를 추정할 수 있다. 예를 들어, 흡광도 변화량과 바이오 마커 농도 간의 상관 관계를 정의한 추정 모델을 이용하여, 획득된 흡광도 변화량에 해당하는 바이오 마커 농도 추정값을 획득할 수 있다. 이때, 추정 모델은 측정 채널별 및/또는 바이오 마커별로 정의될 수 있다.
예를 들어, 도 4d는 흡광도 변화량과 바이오 마커 농도의 간의 상관 관계를 정의한 추정 모델(440)을 도시하고 있다. 이때, 추정 모델(430)은 복수의 사용자들에게 보편적으로 사용될 수 있도록 미리 정의되거나, 프로세서(140)에 의해 특정 사용자에 대해 개인화된 추정 모델이 캘리브레이션을 통해 미리 정의될 수 있다. 캘리브레이션의 일 예로, 도 4d의 가로축은 바이오마커의 농도, 세로축은 측정채널(221)에서의 흡광도 변화량을 의미한다. 프로세서(140)는 캘리브레이션 과정에서 사용자로부터 획득된 흡광도 변화량(430)과, 외부기기(미도시)를 통해 측정된 바이오마커의 농도를 플로팅하여 추정 모델(440)을 생성할 수 있다. 도 4d에는 추정 모델(440)이 1차함수의 형태로 도시되어 있으나, 이에 제한되지 않고 자유로이 변형될 수 있다.
다시 도 1a를 참조하면, 프로세서(140)는 추정된 바이오마커의 농도를 기초로, 사용자의 생리학적 상태를 추정할 수 있다. 이때 생리학적 상태는 영양 섭취상태, 대사 상태, 운동 상태, 섭취 칼로리, 및 소비 칼로리 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
프로세서(140)는 아래의 수학식 2와 같은 생리학적 상태 추정모델을 이용하여 생리학적 상태를 추정할 수 있다. 생리학적 상태 추정모델은 덧셈, 뺄셈, 나눗셈, 곱셈, 로그값, 회귀식 등 특별히 제한됨이 없이 다양한 선형 또는 비선형 결합 함수식 형태로 정의될 수 있다. 예를 들어, 아래의 수학식 2는 간단한 형태의 선형 함수식을 예시한 것이다.
Figure pat00002
수학식 2에서, y는 추정하고자 하는 생리학적 상태, 예컨대 영양 섭취상태, 대사 상태, 등을 의미한다. x값은 추정하고자 하는 생리학적 상태와 관련되어 추정된 바이오 마커의 농도를 의미한다. a 및 b는 추정된 바이오마커의 농도를 가중화하는 계수로서, 추정하고자 하는 생리학적 상태에 따라 미리 정의된 복수의 사용자들에게 범용적으로 적용 가능한 고정값일 수 있다. 또는, 사용자의 특성 등에 따라 사용자별로 조절된 값일 수 있다. 이때, x값은 일정기간 이상 추정된 바이오 마커 농도 중의 어느 하나 또는 둘 이상을 조합한 값일 수 있다. 각 추정된 바이오 마커 농도 별 조합 기준은 추정하고자 하는 생리학적 상태의 종류에 따라 다르게 정의될 수 있으며, 이때, 사용자별 특성에 따라 사용자 별로 적절히 정의될 수 있다.
도 1b는 다른 실시예에 따른 바이오마커 농도 추정장치의 블록도이다. 센서 카트리지(110), 광원(120), 디텍터(130), 및 프로세서(140)에 대하여는 도 1a에서 상세하게 설명한 바 있으므로, 이하 중복되지 않은 구성을 중심으로 설명한다.
저장부(150)는, 바이오마커 농도 추정을 위한 기준 정보, 디텍터(130) 및/또는 프로세서(140)의 처리결과를 저장할 수 있다. 이때, 기준 정보는 사용자의 나이, 성별, 건강 상태 등의 사용자 정보, 손목을 포함하는 접촉위치 등과 같은 정상 접촉 상태, 광원의 구동 조건, 또는 바이오마커 농도 추정 모델 등을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않는다.
이때, 저장부(150)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어, 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 등의 저장매체를 포함하며, 이에 제한되는 것은 아니다.
표시부(160)는, 디스플레이를 통해 피검체의 접촉위치를 포함하는 접촉상태에 관한 그래픽 객체를 표시할 수 있다. 또한, 바이오마커 농도 추정 값, 및/또는 생리학적 상태 추정 값이 획득되면 바이오 마커 농도 추정 장치(100b)에 탑재되거나 연결된 외부 기기의 디스플레이를 통해 바이오마커 농도 추정 값 및/또는 생리학적 상태 추정 값을 시각적으로 표시할 수 있다. 이때, 바이오마커 농도 추정 결과, 및/또는 생리학적 상태 추정 결과가 정상 범위를 벗어나는 경우 알람/경고 정보를 시각적으로 출력할 수 있다. 또는, 음성, 햅틱 장치와 같은 비시각적인 출력 수단을 이용하여 접촉상태, 바이오마커 농도, 생리학적 상태 추정 값에 대한 경고 정보를 출력할 수 있다.
통신부(170)는 프로세서(140)의 제어에 따라 외부 기기와 통신하여 바이오마커 농도 추정에 관한 다양한 데이터를 송수신할 수 있다. 일 예로, 통신부(170)는 프로세서(140)의 처리 결과 등을 외부 기기에 전송하여, 외부 기기로 하여금 사용자를 위한 생리학적 상태 이력 관리, 사용자의 건강 상태 모니터링, 생리학적 상태 이력 및 건강 상태 모니터링 결과의 출력 등을 수행하도록 할 수 있다. 이때, 외부 기기는 스마트폰, 태블릿 PC, 데스크탑 PC, 노트북 PC 등을 포함하며, 바이오마커 농도 기준 계측기(SIFT-MS)를 포함한 의료 기관의 장치를 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
다른 예로, 통신부(170)는 외부 기기로부터 바이오마커 농도 추정에 필요한 바이오마커 농도 추정 모델, 사용자의 특성 정보 등을 수신할 수 있다. 수신된 정보는 저장부(150)에 저장될 수 있다.
이때, 통신부(170)는 블루투스(bluetooth) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC), WLAN 통신, 지그비(Zigbee) 통신, 적외선(Infrared Data Association, IrDA) 통신, WFD(Wi-Fi Direct) 통신, UWB(ultra-wideband) 통신, Ant+ 통신, WIFI 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신, 3G 통신, 4G 통신 및 5G 통신 등을 이용하여 외부 기기와 통신할 수 있다. 그러나, 이는 일 예에 불과할 뿐이며, 이에 한정되는 것은 아니다.
습도 센서(180)는 센서 카트리지(110) 주위의 습도를 측정할 수 있으며, 온도 센서(190)는 센서 카트리지(110)의 온도 또는 센서 카트리지(110) 주위의 온도를 측정할 수 있다.
바이오마커 농도 추정장치(100b)는 압력 센서(미도시)를 더 포함할 수 잇다. 압력 센서(미도시)는 센서 카트리지(110)에 가해지는 압력 또는 센서 카트리지(110) 주위의 압력을 측정할 수 있다. 압력 센서(미도시)는 기압 센서, 가속도 센서, 스트레인 게이지, 압전 필름, 로드셀, 레이다 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 프로세서(140)은 습도 센서(180)에서 측정된 습도 값, 온도 센서(190)에서 측정된 온도 값, 및 압력 센서(미도시)에서 측정된 압력 값 중 적어도 하나를 기반으로, 센서 카트리지(110)의 각 측정채널(211, 212, 213, 214, 221, 222, 223)에서 추정된 바이오마커의 농도를 보정할 수 있다. 이때, 프로세서(140)는 습도, 온도 및 압력 중 적어도 하나와, 타겟 바이오마커의 농도와의 관계를 정의한 농도 보정식을 이용할 수 있다. 농도 보정식은 실험적으로 구축되어 프로세서(140)의 내부 또는 외부 데이터베이스에 저장될 수 있다. 다른 예로, 프로세서(140)는 측정된 습도 값, 온도 값, 압력 값 중 적어도 하나를 추가 입력 값으로 하는 바이오마커 농도 추정모델을 이용하여 바이오마커 농도를 추정할 수도 있다.
도 5a는 다른 실시예에 따른 바이오마커 농도 추정장치의 블록도이다. 일 실시예에 따른 바이오마커 농도 추정장치(500)는 패치형 센서(501), 광원(502), 디텍터(503), 및 프로세서(504)를 포함한다.
이때 패치형 센서(501)는 바이오마커 농도 추정장치(500)에서 분리될 수 있다. 예를 들어, 패치형 센서(501)는 바이오마커 농도 추정장치(500)로부터 분리되어 사용자의 피검체에 부착될 수 있고, 일정 시간이 경과한 후 사용자의 피검체로부터 제거되어 바이오마커 농도 추정장치(500)에 다시 결합될 수 있다.
광원(502)은 패치형 센서(501)가 피검체로부터 제거되어 바이오마커 농도 추정장치(500)에 다시 결합되면 패치형 센서(501)로 광을 조사할 수 있고, 디텍터(503)는 패치형 센서(501)를 투과하거나, 패치형 센서(501)에 산란 또는 반사된 광을 검출할 수 있다.
도 5b 내지 5d는 일 실시예에 따른 패치형센서(501)의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 5b는 패치형센서(501)의 평면도를 도시한 것이고, 도 5c는 패치형센서(501)의 분해 사시도를 도시한 것이다.
도 5c를 참조하면, 패치형센서(501)는 투명 커버면(510), 센서 카트리지(520), 접촉면(530)을 포함할 수 있다.
투명 커버면(510)은 각 측정채널(521)의 위치, 및 색변화 정보 중의 적어도 하나를 시각적으로 확인할 수 있도록 형성된 마커라인(511)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 5b와 같이 각 마커라인(511) 사이에 측정채널(521)이 배치되도록 투명 커버면(510)과 센서 카트리지(520)를 결합될 수 있다. 다른 예로, 측정채널(521)의 프로브가 바이오마커와 반응하여 변색될 때, 사용자는 마커라인(511)과의 비교를 통해 측정채널(521)에서 어느 길이만큼 색이 변하였는지 시각적으로 확인할 수 있다. 투명 커버면(510)은 광원(502)으로부터 조사된 광이 센서 카트리지(520)로 향할 수 있게끔, 적어도 일부 영역이 투광영역으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 마커라인(511)을 제외한 투명 커버면(510)의 다른 영역은 투광영역일 수 있다.
접촉면(530)은 센서 카트리지(520)의 하부에 위치하고, 피검체와 접촉될 수 있다. 접촉면(530)은 패치형 센서(501)와 피검체의 접촉을 유지하기 위한 접착물질(미도시)을 더 포함할 수 있다.
패치형 센서(501)는 패치형 센서(501)를 감싸도록 형성되어, 외부 물질의 유입을 차단하고 패치형 센서(501)를 밀폐된 상태로 유지하는 투명 테잎(미도시)을 더 포함할 수도 있다.
센서 카트리지(520)는 접촉면(530)의 상부에 위치할 수 있고, 다공성 기판으로 형성된 측정채널(521)을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다. 도 5b, 및 5c에는 6개의 측정채널(521)이 일정한 간격으로 도시되어 있으나, 측정채널의 개수, 위치, 형상 등은 이에 제한되지 않는다. 측정채널(521)은 다공성 기판의 각 기공에 배치되어 바이오마커와 반응하여 색이 변하는 프로브를 포함할 수 있다. 프로브, 측정채널, 및 센서 카트리지의 일반적 내용에 대하여는 도 2a 내지 2c에서 자세히 설명한 바, 중복되는 내용은 생략한다.
도 5d를 참조할 때, 피검체의 바이오마커는 화살표의 방향, 즉 홀, 및 센서 카트리지의 외곽 중 적어도 하나를 통해 센서 카트리지의 측청채널로 유입될 수 있다. 프로세서(504)는 패치형 센서(501)로 유입되는 바이오마커가 센서 카트리지(520)의 측정채널(521)의 프로브를 변색시킬 때, 디텍터(503)에 의해 검출된 광에 기초하여 측정채널(521)의 색 변화 정보를 획득할 수 있다. 이때 색 변화 정보는 길이 방향의 색 변화 정보를 포함할 수 있다.
프로세서(504)는 측정채널(521)의 색 변화 속도를 포함하는 길이 방향의 색 변화 정보를 획득하고, 획득된 길이 방향의 색 변화 정보를 기초로 바이오마커의 농도를 추정할 수 있다.
일 예로, 패치형 센서(501)의 투명 커버면(510), 센서 카트리지(520), 및 접촉 면(530)은 공통의 홀(540)을 포함할 수 있고, 홀(540)을 통해 바이오 마커가 유입될 수 있다. 이때, 투명 커버면(510)에는 홀(540)이 생략될 수 있다. 프로세서(504)는 홀(540)을 통해 유입된 바이오마커가 센서 카트리지(520)의 측정채널(521)의 프로브를 변색시킬 때, 측정채널(521)의 길이 방향의 색 변화 정보를 획득할 수 있고, 획득된 색 변화 정보를 기초로 바이오 마커의 농도를 추정할 수 있다. 이때, 길이 방향의 색 변화정보는 측정채널(521)에서 변색이 진행되는 속도를 의미할 수 있다.
프로세서(504)는 디텍터(503)에 의해 측정된, 측정채널(521)에서의 흡광도 또는 흡광도 변화량을 기초로 측정채널(521)의 색 변화 속도를 획득할 수 있다. 이때, 프로세서(504)는 흡광도, 또는 흡광도 변화량을 획득할 때, 센서 카트리지(520)의 미리 설정된 기준 지점(522)에서 검출된 광량과, 측정채널(521)에서 검출된 광량을 비교할 수 있다. 프로세서(504)는 전술한 수학식 1과 같은 흡광도 측정 계산식을 이용할 수 있다. 자세한 설명은 생략한다.
도 3c에서 전술한 바와 같이, 프로세서(504)는 기준 흡광도를 설정할 수 있고, 기준 흡광도가 검출된 측정채널(521)에서의 제 1지점과 제 2지점 사이의 제 1거리를 산출할 수 있다. 프로세서(504)는 산출된 제 1거리를 기초로 측정채널(521)의 색 변화 속도를 획득할 수 있다.
다른 예로, 바이오마커는 센서 카트리지(520)의 외곽을 통해 유입될 수도 있다. 이때, 프로세서(504)는 센서 카트리지(520)의 외곽을 통해 유입된 바이오마커와 반응하여 기준 흡광도가 검출되는 제 3지점과 제 4지점 사이의 제 2거리를 산출할 수 있고, 산출된 제 2거리에 기초하여 측정채널(521)의 색 변화 속도를 획득할 수도 있다.
프로세서(504)는 제 1거리 및 제 2거리의 통계값을 산출하고, 산출된 통계값에 기초하여 색 변화 속도를 획득할 수도 있다. 일 예로, 프로세서(504)는 산출된 제 1거리, 및 제 2거리의 평균 값을 계산하고, 계산된 평균값을 측정시간으로 나눈 값을 측정채널(521)의 색 변화 속도로 획득할 수 있다.
프로세서(504)는 제 1거리에 기초하여 획득된 제 1변화속도와, 제 2거리에 기초하여 획득된 제 2변화속도의 통계값을 산출하고, 산출된 통계값을 측정채널(521)의 색 변화 속도로 획득할 수도 있다. 일 예로, 제 1변화속도와 제 2변화속도의 평균 값, 제 1변화속도를 제 2변화속도로 정규화한 값 등을 측정채널(521)의 색 변화속도로 획득할 수 있다.
프로세서(504)는 색 변화 속도와 바이오 마커 농도와의 상관관계를 정의한 모델을 이용하여 바이오마커 농도를 추정할 수 있다.
도 6a 내지 도 7은 전술한 바이오 마커 농도 추정 장치를 포함한 전자장치를 도시한 것이다. 실시예들에 따른 전자 장치는 스마트 워치, 스마트 밴드형 웨어러블 기기, 스마트폰 또는 태블릿 PC와 같은 모바일 기기일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 6a 및 6b를 참조하면, 전자장치(600)는 스마트 워치형 웨어러블 기기를 도시한 것으로, 본체(610), 센서 카트리지(110), 유입부(310), 및 스트랩(620)을 포함할 수 있다. 이때, 센서 카트리지는 본체의 측면에 형성된 삽입부를 통해 삽입될 수 있다. 유입부(310)는 본체의 하부면에 형성되어, 사용자의 손목으로부터 발생하는 바이오마커가 유입될 수 있다.
스트랩(620)은 본체(710)에 연결될 수 있다. 스트랩(620)은 사용자의 손목을 감싸는 형태로 구부려질 수 있도록 플렉시블(flexible)하게 형성될 수 있다. 스트랩(620)은 서로 분리된 제1 스트랩과 제2 스트랩으로 구성될 수 있다. 제1 스트랩과 제2 스트랩의 일단부는 각각 본체(610)의 양측에 연결되고, 제1 스트랩과 제2 스트랩의 타단부에 형성된 결합수단을 이용하여 서로 체결될 수 있다. 이때, 결합수단은 자석 결합, 벨크로(velcro) 결합, 핀 결합 등의 방식으로 형성될 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 스트랩(620)은 이에 제한되지 않으며 밴드 형태와 같이 서로 분리되지 않는 일체로 형성될 수도 있다.
본체(610)의 상면에는 다양한 정보를 시각적으로 표시하는 도 8과 같은 디스플레이(도 8, 800)가 배치될 수 있다. 디스플레이(도 8, 800)는 사용자의 터치 입력이 가능한 터치 스크린 패널을 포함할 수 있다.
본체(610)는 전자 장치(600)의 일반적인 기능을 수행하기 위한 모듈 및 바이오마커 농도 추정을 위한 광원, 및 디텍터가 장착될 수 있다. 본체(610) 또는 스트랩(620)의 내부에는 각종 모듈에 전원을 공급하는 배터리가 내장될 수 있다. 이외에도 도 1a, 및 도 1b에서 전술한 바와 같은 프로세서, 저장부, 통신부, 습도센서, 및 온도센서 등이 내장될 수 있다. 자세한 설명은 생략한다.
도 7을 참조하면, 전자장치(700)은 스마트폰을 도시한 것으로, 본체(710), 유입부(310), 바이오마커가 이동하는 이동통로(320), 챔버(330), 삽입부(340), 삽입부에 삽입되는 센서 카트리지(200a)를 포함할 수 있다.
도 7에는 유입부(310)가 본체(710) 측면의 상부에 형성되어 있으나, 이에 제한되지 않고 본체(710)의 후면, 또는 본체(710) 측면 중 상부를 제외한 일면 등 다양한 위치에 형성될 수 있다.
도 7에는 삽입부(340)와 챔버(330)가 본체(710)의 측면을 기준으로 같은 거리에 배치되어 있으나, 이에 제한되지 않고 삽입부는 본체(710)의 측면을 기준으로 챔버(330)보다 더 멀리 배치될 수 있다.
본체(710)의 전면에는 다양한 정보를 시각적으로 표시하는 디스플레이가 배치될 수 있다. 디스플레이는 사용자의 터치 입력이 가능한 터치 스크린 패널을 포함할 수 있다.
도 8은 디스플레이(800)를 통해 사용자에게 제공되는 추정된 생리학적 상태에 관한 도면이다. 디스플레이(800)는 스마트 워치의 상면, 스마트폰의 전면 등, 웨어러블 기기의 일면에 표시될 수 있다. 도 8의 디스플레이(800)에는 추정된 생리학적 상태만이 도시되어 있으나, 추정된 바이오마커의 농도 또한 디스플레이(800)에 표시될 수 있다.
디스플레이(800)에는 미리 정해진 기간(예: 8시간)동안 지속적으로 바이오마커 농도 추정결과, 및/또는 생리학적 상태 추정결과가 표시될 수 있다. 또는 이와 달리, 바이오마커 농도 추정결과, 및/또는 생리학적 상태 추정결과가 미리 정해진 임계치를 초과하는 경우 디스플레이(800)는 경고정보를 생성하여 사용자에게 제공할 수도 있다.
한편, 본 실시 예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 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, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현하는 것을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 실시예들을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 개시된 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100a, 100b: 바이오마커 농도 추정장치 110: 센서 카트리지
120: 광원 130: 디텍터
140: 프로세서 150: 저장부
160: 표시부 170: 통신부
180: 습도센서 190: 온도센서
500: 패치형 센서 600, 700: 전자장치
800: 디스플레이

Claims (20)

  1. 피검체의 바이오 마커가 유입되는 유입부;
    상기 유입된 바이오 마커가 저장되는 챔버;
    다공성 기판으로 형성되는 측정채널을 포함하되, 측정채널은 다공성 기판의 각 기공에 배치되어 바이오 마커와 반응하여 색이 변하는 프로브를 포함하는 센서 카트리지;
    상기 측정채널을 향해 광을 조사하는 광원;
    상기 측정채널로부터 광을 검출하는 디텍터; 및
    상기 디텍터에 의해 검출된 광에 기초하여 상기 측정채널의 색 변화 정보를 획득하고, 상기 획득된 색 변화 정보에 기초하여 상기 바이오 마커의 농도를 추정하는 프로세서를 포함하는 바이오 마커 농도 추정장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유입부는,
    피검체와 접촉하는 위치에 홀, 또는 측정하고자 하는 바이오 마커를 선택적으로 투과시키는 투과성 막으로 형성되는 바이오 마커 농도 추정장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 센서 카트리지가 삽입 또는 제거 가능하도록 형성되어, 상기 센서 카트리지가 삽입될 때 상기 챔버 위치로 안내하는 삽입부를 더 포함하는 바이오 마커 농도 추정장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 삽입부는,
    상기 센서 카트리지가 상기 챔버의 측면에 나란히 배치되도록 형성되는 바이오 마커 농도 추정장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 측정 채널에서 소정 시간 동안 기준 흡광도가 검출된 제1 지점과 제2 지점 사이의 거리를 기초로 상기 측정 채널의 색 변화 속도를 획득하는 바이오 마커 농도 추정장치.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 삽입부는,
    상기 센서 카트리지가 상기 챔버의 상부에 배치되도록 형성되는 바이오 마커 농도 추정장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    측정 채널에서 검출된 광량과 기준 채널에서 검출된 광량을 기초로 상기 측정 채널의 흡광도 변화량을 획득하는 바이오마커 농도 추정장치
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 측정 채널은
    각각 서로 다른 바이오 마커와 반응하는 복수의 측정 채널을 포함하는 바이오마커 농도 추정 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 다공성 기판은,
    실리카, 알루미나, 고분자, 및 분자체 중의 적어도 어느 하나로 형성되는 바이오마커 농도 추정 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 바이오 마커는,
    아세톤, 암모니아, 이산화탄소, 및 수소 중 적어도 하나를 포함하는 바이오마커 농도 추정 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 추정된 바이오마커의 농도를 기초로, 영양 섭취상태, 대사 상태, 운동 상태, 섭취 칼로리, 및 소비 칼로리 중 적어도 하나를 포함하는 생리학적 상태를 추정하는 바이오마커 농도 추정 장치
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 추정된 바이오마커의 농도, 및 상기 생리학적 상태 중 적어도 하나를 사용자에게 제공하는 표시부를 포함하는 바이오마커 농도 추정 장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    습도를 측정하는 습도센서, 및 온도를 측정하는 온도센서 중의 적어도 하나를 더 포함하는 바이오마커 농도 추정 장치.
  14. 피검체에 부착되어 바이오 마커와 반응하는 패치형 센서;
    상기 패치형 센서에 광을 조사하는 광원;
    상기 패치형 센서로부터 나오는 광을 검출하는 디텍터; 및
    상기 검출된 광을 기초로 상기 패치형 센서의 색 변화 정보를 획득하고, 상기 획득된 색 변화 정보에 기초하여 상기 바이오 마커의 농도를 추정하는 프로세서를 포함하되,
    상기 패치형 센서는,
    피검체와 접촉되는 접촉면; 및
    상기 접촉면의 상부에 위치하고, 다공성 기판으로 형성된 측정채널을 포함하되, 상기 측정채널은 다공성 기판의 각 기공에 배치되어 바이오 마커와 반응하여 색이 변하는 프로브를 포함하는 센서 카트리지; 및
    상기 접촉면 및 상기 센서 카트리지에 형성되어 상기 바이오 마커가 유입되는 홀을 포함하는 바이오마커 농도 추정장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    소정 시간 동안 상기 홀을 통해 유입된 바이오 마커와 반응하여 기준 흡광도가 검출된 상기 측정 채널의 제1 지점과 제2 지점 사이의 제1 거리를 기초로 상기 측정 채널의 색 변화 속도를 획득하는 바이오 마커 농도 추정장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제1 거리 및, 소정 시간 동안 상기 센서 카트리지의 외곽을 통해 유입된 바이오 마커와 반응하여 기준 흡광도가 검출되는 상기 측정 채널의 제 3지점과 제4 지점 사이의 제2 거리에 기초하여 상기 측정 채널의 색 변화 속도를 획득하는 바이오마커 농도 추정장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 거리 및 제2 거리의 통계값을 산출하고, 산출된 통계값과 상기 소정 시간에 기초하여 상기 색 변화 속도를 획득하는 바이오마커 농도 추정장치.
  18. 제 14항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    패치형 센서에 미리 설정된 기준 지점에서 검출된 광량 및 상기 측정 채널에서 검출된 광량을 기초로 상기 측정 채널의 흡광도 변화량을 측정하는 바이오마커 농도 추정장치.
  19. 제 14항에 있어서,
    상기 접촉면의 상부에 위치한 투명 커버면을 더 포함하고,
    상기 투명 커버면은,
    상기 측정 채널의 위치 및, 상기 색변화 정보 중의 적어도 하나를 시각적으로 확인할 수 있도록 형성된 마커라인을 포함하는 바이오마커 농도 추정장치.
  20. 본체를 포함하는 전자장치에 있어서,
    상기 본체 상의 피검체가 접촉하는 일면에 형성되어, 피검체의 바이오 마커가 유입되는 유입부;
    상기 본체 내부에 형성되며, 상기 유입부를 통해 유입된 상기 바이오 마커가 저장되는 챔버;
    다공성 기판으로 형성되는 측정채널을 포함하되, 측정채널은 다공성 기판의 각 기공에 배치되어 바이오 마커와 반응하여 색이 변하는 프로브를 포함하는 센서 카트리지;
    상기 본체의 일면에 홈이 형성되어, 상기 센서 카트리지가 상기 홈을 통해 삽입될 때 상기 챔버 위치로 안내하는 삽입부;
    상기 측정채널을 향해 광을 조사하는 광원;
    상기 측정채널로부터 광을 검출하는 디텍터; 및
    상기 디텍터에 의해 검출된 광에 기초하여 상기 측정채널의 색 변화 정보를 획득하고, 상기 획득된 색 변화 정보에 기초하여 상기 바이오 마커의 농도를 추정하는 프로세서를 포함하는 전자장치.

KR1020210071960A 2021-05-04 2021-06-03 바이오마커 농도 추정장치와, 이를 포함하는 전자장치 KR20220150804A (ko)

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