KR20230020430A - 실시간 품질 평가 및 개선을 포함하는 분석물 측정을 위한 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
적어도 하나의 분석물을 포함하는 재료(12)를 분석하는 방법이며, 분석물-파장-특정 측정들에 기준 측정들(80)이 산재되고, 기준 측정들(80)에 대해 획득된 응답 신호들은 상기 여기 복사를 생성하기 위한 여기 복사 소스(26)를 보정하는 단계, 상기 검출 디바이스를 보정하는 단계, 개별 기준 측정들(80)의 결과들을 비교함으로써 측정 조건들의 변동을 인식하는 단계, 분석물 측정 절차(78)를 그것의 전체 지속시간, 주어진 분석물-특성-파장에 대한 분석물-파장-특정 측정들의 절대적 또는 상대적 지속 시간 중 하나 이상에 맞게 적응시키거나, 분석물 측정 절차를 종료 및/또는 재시작하는 단계, 및 분석 단계에서 수행된 분석을 적응시키는 단계 중 하나 이상을 위해 사용된다.
Description
본 발명은 일반적으로, 적어도 하나의 분석물을 포함하는, 예를 들어 유체로서의 재료를 분석하기 위한 방법들 및 장치들에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 인간 피부, 특히 인간 피부의 간질액 내의 글루코스 농도와 같은 체액 내의 분석물들의 비침습적 측정을 위한 방법들에 관한 것이다.
본 발명은 적어도 하나의 분석물을 포함하는 재료를 분석하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 측정 절차를 포함하며, 여기서 재료는 측정 본체와 열 접촉 압력 전달 접촉을 하고, 이러한 열 또는 압력 전달 접촉은 재료 내에서의 여기 복사(excitation radiation)의 흡수에 의해 생성된 열 또는 압력파가 상기 측정 본체에 전달되는 것을 허가한다. 여기 복사는 재료 내로 조사되어(irradiated) 그 안에서 흡수되고, 여기서 상기 여기 복사의 강도는 시간 변조되며, 상기 여기 복사는 동시적 및 순차적 중 하나 또는 둘 다로 조사되는 상이한 분석물-특성-파장들(analyte-characteristic-wavelengths)의 복사를 포함한다.
여기에서 이해되는 분석물-특성-파장들은 파장 선택적 흡수에 의해 분석물의 존재를 결정할 수 있게 하여 분석의 기초를 형성하는 파장들이다. 이와 같이, 분석물-특성-파장들은 특히 분석물의 최대 흡수에 대응하는 파장들을 포함할 수 있다. 추가 분석물-특성-파장들은 두 개의 흡수 피크 사이의 국소 최소에 대응하는 파장들이다. 즉, 국소 흡수 최소와 인접 피크 사이의 차이는 재료 내 분석물의 농도의 좋은 척도이다. 여기서, "국소 최소"라는 용어는 주어진 파장에서의 분석물의 흡수율이 근처 파장에서보다 작지만 여전히 감지할 수 있음을 나타내며, 그렇지 않으면 그것들은 분석물의 특성이 아닐 것이다. 특히, 바람직한 실시예들에서, 분석물-특성-파장들의 역할을 하는 이러한 국소 최소들에서의 흡수율은 분석물 측정에서 의존되는 분석물-특성-파장들 중 임의의 것에 연관된 최고 흡수 피크의 5% 초과, 바람직하게는 10% 초과, 보다 바람직하게는 20% 초과, 가장 바람직하게는 30% 초과이다. 흡수 피크들 또는 국소 흡수 최소들에 정확히 대응하는 파장들이 통상적으로 분석물-특성-파장들에 대해 바람직한 선택들이지만, 최대들/최소들에 가까운 파장들 또는 최대들과 최소들 사이의 파장들도 사용될 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 이해되는 바와 같이, "분석물-특성-파장들"은 또한 가장 가까운 흡수 피크 또는 가장 가까운 국소 흡수 최소에서의 것에 대한 흡수의 차이가 가장 가까운 흡수 피크와 가장 가까운 국소 흡수 최소 사이의 흡수 차이의 30% 미만, 바람직하게는 20% 미만인 파장들이다. 분석물-특성-파장들은 또한 재료 내에서 분석물에 혼합된 다른 물질들의 흡수가 특히 낮은 파장들을 포함할 수 있다.
또한, 상기 여기 복사의 흡수 시에 상기 재료로부터 수신된 열 또는 압력파들에 대한 측정 본체 또는 그 안에 포함된 컴포넌트의 물리적 응답은 상기 검출된 물리적 응답에 기초한 응답 신호를 생성하는 검출 디바이스를 사용하여 검출되며, 상기 응답 신호는 여기 복사의 흡수 정도를 나타낸다.
본 발명은 여기 복사의 흡수 시에 상기 재료로부터 수신된 열 또는 압력파들에 대한 임의의 특정한 물리적 응답으로 제한되지 않으며, 여기 복사의 흡수 정도를 나타내는 응답 신호의 생성을 허용하는 방식으로 이러한 물리적 응답을 검출하는 임의의 특정한 방식으로도 제한되지 않는다. 이러한 유형들의 분석물 측정 절차에 대해 다양한 물리적 응답들 및 대응하는 검출 방법들이 본 출원인에 의해 이전에 제안되었고, 이하에 간략히 정리되었으며, 이들 각각은 본 발명에서 적용될 수 있다.
예를 들어, 검출 디바이스는 상기 측정 본체 또는 상기 측정 본체에 포함된 컴포넌트의 적어도 일부를 통해 이동하는 검출 광 빔을 생성하기 위한 광원을 포함할 수 있고, 상기 여기 복사의 흡수 시에 상기 재료로부터 수신된 열 또는 압력파들에 대한 측정 본체의 상기 물리적 응답은 상기 측정 본체 또는 상기 컴포넌트의 굴절률의 국소적 변화일 수 있다. 이 경우, 검출 디바이스는 측정 본체 또는 그에 포함된 컴포넌트의 재료의 상기 굴절률 변화로 인한 광 경로의 변화 또는 검출 광 빔의 위상 변화 중 하나를 검출하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, WO 2015/193310 A1 및 WO 2017/097824 A1로 공개되고 둘 다가 참조에 의해 본 명세서에 포함되는, 본 출원인의 두 개의 선행 출원에 상세히 설명된 다양한 방법들 및 장치들에서, 측정 본체는 상기 검출 광 빔에 대해 투명하고, 검출 광 빔은 상기 재료와 열 접촉하는 상기 측정 본체의 표면에서 전체적으로 또는 부분적으로 반사되도록 지향된다. 이 경우, 검출 디바이스는 광검출기, 특히 편향 정도, 특히 상기 굴절률의 국소적 변화로 인한 상기 검출 광 빔의 편향 각도를 검출할 수 있는 위치 감지 광검출기를 포함할 수 있다. 따라서, 이 경우, 측정 본체에 의해 수신된 열 또는 압력파들에 대한 물리적 응답은 굴절률의 국소적 변화이며, 응답 신호는 실제로 여기 복사의 흡수 정도를 나타내는 것으로 밝혀진 검출된 편향의 정도이다.
본 출원인에 의해 제안된 대안적 변형들에서, 예를 들어 참조에 의해 본 명세서에 포함된 국제 출원 PCT/EP2019/064356에 개시된 바와 같이, 상기 검출 디바이스는 검출 빔의 상기 위상 변화를 평가하고 상기 위상 변화를 나타내는 응답 신호를 생성하는 것을 허용하는 간섭계 디바이스를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 여기 복사의 흡수 시에 상기 재료로부터 수신된 열 또는 압력파들에 대한 측정 본체(또는 그 안에 포함된 컴포넌트)의 물리적 응답은 다시 굴절률의 국소적 변화인 반면, 응답 신호는 이 경우에서 굴절률의 국소적 변화로 인한 검출 빔의 위상 변화를 반영하는 간섭계 신호이다.
또 다른 실시예들에서, 측정 본체 또는 상기 측정 본체 내의 컴포넌트들은 온도의 국소적 변화 또는 이에 연관된 압력의 변화에 응답하여 변화하는 전기적 속성들을 가질 수 있고, 상기 검출 디바이스는 상기 전기적 속성들을 나타내는 전기 신호들을 캡처하기 위한 전극들을 포함한다. 다양한 가능한 셋업들이 참조에 의해 본 명세서에 포함된 WO 2019/110597 A2에 개시된다. 예를 들어, 측정 본체는 압전 특성을 갖는 섹션을 포함할 수 있으며, 수용된 열과 연관된 압력 변화는 전극으로 기록될 수 있는 전기 신호로 이어진다. 이 경우, 압력의 변화는 여기 복사의 흡수 시에 재료로부터 수신된 열에 대한 측정 본체 또는 그 안에 포함된 컴포넌트의 물리적 응답과 유사하고, 이는 측정 본체 및 전극의 압전 속성들을 사용하여 검출되며, 이는 여기 복사의 흡수 정도를 나타내는 앞에서 언급된 응답 신호를 나타내는 전기 신호들로 이어진다. 또 다른 변형들에서, 수신된 열로 인한 온도 변화는 매우 민감한 온도 센서들을 사용하여 직접 측정될 수 있다.
이하의 설명에서는 재료로부터 수신된 열에 대한 측정 본체의 물리적 응답이 상세히 설명된다는 점에 주목해야 한다. 그러나, 본 발명의 방법 및 장치의 다양한 실시예에서, 재료는 측정 본체와 압력 전달 접촉하고, 측정 본체의 물리적 응답은 재료로부터 수신된 압력파들에 대한 응답임을 이해해야 한다. 여기서, "압력 전달 접촉"이라는 표현은 재료로부터 측정 본체로의 압력파들의 전달을 허용하는 모든 관계, 특히 기체, 액체 또는 고체에 의한 결합이 확립될 수 있는 음향 결합된 관계(acoustically coupled relation)를 포함할 것이다. 재료로부터 측정 본체에 의해 수신된 열에 대한 물리적 응답 및 열 접촉과 관련하여 제공된 모든 상세한 설명은 명시적인 언급 없이도, 적용가능한 경우, 압력파들에 대한 물리적 응답 및 압력 전달 접촉을 포함하는 시나리오들과 함께 이해될 것이다.
"분석물" 측정 절차라는 용어는 이 측정 절차가 분석물-특성-파장들에서 여기 복사로 획득된 응답 신호들에 기초함을 나타낸다는 점에 주목해야 한다.
방법은 분석 단계를 더 포함하며, 상기 분석은 적어도 부분적으로 상기 응답 신호에 기초하여 수행된다. 이 경우 응답 신호는 "분석물-특성-파장들"을 포함하는 여기 복사의 흡수 정도를 나타내므로, 응답 신호는 재료 내 분석물의 농도에 직접적으로 관련된다. 따라서, 분석 단계는 재료 내 분석물의 농도 측정에 적어도 부분적으로 기초하며, 일부 비제한적 응용들에서는 실제로 이 농도를 결정하는 것과 마찬가지일 수 있다.
예를 들어, 위의 방법은 사용자의 글루코스 수준을 비침습적으로 측정하기 위한 디바이스들에서 출원인에 의해 사용되었다. 이러한 특정 응용에서 "분석물"은 글루코스에 의해 형성되며, "재료"는 사용자의 피부이다. 이 방법은 환자 혈액의 글루코스 함량과 직접적으로 관련되어 이를 나타내는 것으로 밝혀진, 사람의 피부 내 간질액의 글루코스 농도를 매우 정밀하게 측정하는 것을 허용한다는 것이 이전에 입증되었다. 본 출원의 도 4에는 WO 2017/097824 A1으로부터 가져온 Clark의 오차 그리드 분석의 결과가 도시되어 있고, 이는 상기 분석 방법이 사람의 실제 글루코스 농도를 매우 정밀하게 예측하는 것을 허용함을 입증한다.
그럼에도 불구하고, 분석 결과들의 정확도를 훨씬 더 개선시키거나 동일한 정확도의 분석 결과들을 더 짧은 시간에 얻는 것이 바람직할 것이다.
본 발명 기저의 목적은 분석 결과들의 정확도 또는 신뢰도를 개선시키는 것, 분석에 필요한 시간 기간을 단축시키는 것, 또는 둘 다를 허용하는, 위에서 제시된 바와 같은 재료 분석 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 이러한 문제는 상기 분석물 측정 절차 동안, 재료와 측정 본체 사이의 상기 열 또는 압력 전달 접촉을 유지하면서 분석물-파장-특정 측정들의 시퀀스가 수행된다는 점에서 해결되며, 여기서 각각의 분석물-파장-특정 측정에서, 분석물-특성-파장들의 미리 결정된 세트로부터 선택된 분석물-특성-파장을 갖는 여기 복사가 조사되고, 대응하는 응답 신호가 획득되며,
상기 분석물-파장-특정 측정들 중 적어도 일부에는, 기준 파장을 갖는 여기 복사가 조사되고 대응하는 응답 신호가 획득되는 기준 측정들이 산재된다. 여기서, 상기 기준 파장은 상기 분석물-특성-파장들 중 어느 것과도 상이한 파장이다. 바람직하게는, 기준 파장은 상기 분석물의 흡수가 낮고, 특히 분석물-특성-파장들 중 하나에 연관된 분석물의 최고 흡수 피크의 40% 미만, 바람직하게는 20% 미만, 가장 바람직하게는 10% 미만인 파장이다.
또한, 기준 측정들에 대해 획득된 상기 응답 신호들은:
- 상기 여기 복사를 생성하기 위한 여기 복사 소스, 특히 상기 복사 소스의 복사 강도를 보정하는 단계,
- 상기 검출 디바이스, 특히 검출 디바이스의 감도를 보정하는 단계,
- 개별 기준 측정들의 결과들을 비교함으로써 측정 조건들의 변동을 인식하는 단계,
- 상기 분석물 측정 절차를 그것의 전체 지속시간, 주어진 분석물-특성-파장에 대한 분석물-파장-특정 측정들의 절대적 또는 상대적 지속시간 중 하나 이상에 대해 적응시키거나, 상기 분석물 측정 절차를 종료 및/또는 재시작하는 단계, 및
- 상기 분석 단계에서 수행되는 분석을 적응시키는 단계
중 하나 이상을 위해 사용된다.
본 발명자들은 놀랍게도 분석물 측정 절차의 과정 동안 기준 측정들이 수행된다면 분석물 측정 절차의 정확도가 상당히 개선될 수 있다는 것을 발견하였다. 여기서, 분석물 측정 절차는 재료와 측정 본체 사이의 열 접촉 또는 압력 전달 접촉이 측정 프로세스 전반에 걸쳐 유지된다는 점에서 연속적인 측정 프로세스이다. 예를 들어, 재료가 사람의 손가락 끝에 의해 형성되는 경우, 이는 분석물 측정 절차 동안 손가락 끝이 측정 본체로부터 들어 올려지지 않는다는 것을 의미한다. 더욱이, 분석물 측정 절차 동안, 분석물-파장-특정 측정들의 시퀀스가 수행되며, 각각의 분석물-파장-특정 측정에서, 분석물-특성-파장들의 미리 결정된 세트로부터 선택된 분석물-특성-파장을 갖는 여기 복사가 조사되고 대응하는 응답 신호가 획득된다. 이러한 방식으로, 흡수 스펙트럼, 및 궁극적으로 적어도 하나의 분석물의 농도에 관한 정보가 획득될 수 있다.
그러나, 이 실시예에 따르면, 상기 분석물-파장-특정 측정들의 적어도 일부에는 기준 파장을 갖는 여기 복사가 재료 내로 조사되고 대응하는 응답 신호가 획득되는 기준 측정들이 산재된다. 여기서, 상기 기준 파장은 분석물-특성-파장들 중 어느 것과도 상이한 파장이다. 기준 파장은 상기 분석물의 흡수가 낮은 파장, 및/또는 재료 내에 대량으로 함유되어 재료 내에서의 그것의 백분율이 실질적으로 변하지 않는 물질(예를 들어, 재료가 피부인 경우에는 물)의 흡수에 의해 재료의 총 흡수가 지배되는 파장일 수 있다. 즉, 기준 측정들은 분석물의 흡수를 측정하는 역할을 하는 것이 아니라, 재료 또는 재료 배경에 있는 다른 특정 물질들의 흡수를 측정하는 역할을 한다. 다음으로, 기준 측정들에 대해 획득된 이러한 응답 신호들은 분석물 측정 절차를 "온-더-플라이(on-the-fly)" 방식으로 개선하기 위해 사용되는데, 이는 이러한 기준 측정들이 분석물 측정 절차와 동시에 수행되기 때문에 가능하다.
일 변형에 따르면, 기준 측정들에 대해 획득된 응답 신호들은 상기 여기 복사를 생성하기 위한 여기 복사 소스를 보정하기 위해 사용된다. 예를 들어, 전형적인 분석물 측정 절차들에서, 분석물-파장-특정 측정들의 시퀀스는 상이한 분석물-특성-파장들로 수행되고, 이는 대응하는 응답 신호들로 이어진다. 본 발명자들은 재료와 측정 본체 사이의 열 또는 압력 전달 접촉이 유지되고 단지 수십 초 정도만 지속될 수 있는 상당히 짧은 분석물 측정 절차들의 과정 동안에도, 여기 복사 소스의 상당한 전력 변동들, 또는 재료와 측정 본체 사이의 광학적 접촉의 변동들, 또는 둘 다가 존재할 수 있으며, 이는 동일한 분석물의 상이한 분석물-특성-파장들의 측정된 흡수를 변경하기 때문에 분석 결과에 영향을 미친다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 실제 분석물 측정 절차 이전에 분석물-특성-파장들과 상이한 기준 파장을 사용하여 보정 측정을 수행하는 것을 고려할 수 있지만, 발명자들은 놀랍게도, 실제로 훨씬 더 짧은 시간 척도들에서 복사 소스의 전력 및 재료와 측정 본체 사이의 광학적 결합에 상당한 변동들이 존재하며, 이는 분석물 흡수의 측정과 동시에, 그리고 인터리브 방식으로 수행되는 기준 측정들을 사용하여 적절하게 잘 처리될 수 있음을 밝혀냈다. 다음으로, 기준 측정은 여기 복사 소스를 보정하여 그것의 전력 요동을 피하거나 재료와 측정 본체 사이의 광학적 결합의 변동을 처리함으로써, 분석물 측정 절차의 정확도를 상당히 증가시키는 것을 허용한다.
마찬가지로, 기준 측정들에 대해 획득된 응답 신호들은 검출 디바이스를 "온-더-플라이" 방식으로 보정하는 데 사용될 수 있고, 그에 의해 검출 디바이스 자체의 요동들을 처리하거나 검출 디바이스의 보정에 의해 보상될 수 있는 요동들의 다른 원인들을 정정하는 것을 허용할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 기준 측정들에 대해 획득된 응답 신호들은 개별 기준 측정들의 결과들을 비교함으로써 측정 조건들의 변동을 인식하기 위해 사용될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 기준 측정들에 대해 획득된 응답 신호들은 분석물 측정 절차를 그것의 전체 지속시간, 주어진 분석물-특성-파장에 대한 분석물-파장-특정 측정들의 절대적 또는 상대적 지속시간 중 하나 이상에 대해 적응시키고/거나 분석물 측정 절차를 종료 및 재시작하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 기준 측정들이 측정 조건들에 큰 요동이 있음을 나타내는 경우, 이는 예컨대 더 긴 측정 시간들로 아마도 더 많은 노이즈 데이터를 보상하기 위해 분석물 측정 절차를 연장하라는 표시일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 기준 측정들이 전체 분석물 측정 절차의 특정 시간 부분들 동안에만 발생하는 측정 조건들의 변동들을 나타내는 경우가 있을 수 있으며, 이 경우 이러한 시간 부분 동안에만 사용된 분석물-특성-파장들에 추가 측정 시간을 할애하는 것으로 충분할 것이다. 본 발명자들은 이러한 방식으로, 측정을 반복하거나 측정 시간을 크게 늘리지 않고도 측정의 전반적인 품질 및 일관성이 크게 개선될 수 있음을 발견했다.
추가적으로 또는 대안적으로, 기준 측정들이 측정의 신뢰도가 의심스러움을 나타내는 경우, 기준 측정들에 대해 획득된 응답 신호들은 분석물 측정 절차를 종료하고 가능하면 재시작하기 위해 사용될 수 있다. 글루코스 측정의 구체적인 예와 관련하여, 이는 예를 들어 손가락이 측정 본체에 적절하게 놓이지 않은 경우들 및 손가락을 한 번 더 들어올려 재위치시키고 단순히 측정 절차를 다시 시작하는 것이 바람직한 경우들에 적용될 수 있다. 전체 분석물 측정 절차 및 대응하는 분석이 완료된 후 환자에게 측정을 반복하도록 요청하는 것이 아니라, 이것이 신속하게, 즉 분석물 측정 절차의 일반적인 지속시간 동안 결정될 수 있다면 훨씬 더 사용자 친화적이다. 이것은 또한 사용자를 좌절시키지 않고 다양한 시도를 개시할 수 있게 한다.
여기 복사 소스 또는 검출 디바이스의 보정을 수행하는 것을 대신하여 또는 그에 추가하여, 또는 특정 분석물-특성-파장들에 대한 분석물-파장-특정 측정들의 절대적 또는 상대적 지속시간을 조절하는 것을 대신하여 또는 그에 추가하여, 각각의 기준 측정들에 연관된 타이밍 정보를 고려하여, 기준 측정들에 의해 평가된 왜곡들 및 요동들을 수학적인 방식으로 처리하기 위해, 분석 단계에서 수행되는 분석을 적응시키는 것이 또한 가능하다. 이것은 예를 들어 각각의 선행 또는 후속 기준 측정 중 하나 또는 둘 다의 결과들에 적어도 부분적으로 기초하여, 예를 들어 다양한 기준 측정 결과들의 보간에 기초하여 분석물-파장-특정 측정들 중 적어도 일부의 결과들을 정규화하는 것을 포함할 수 있다.
바람직한 실시예들에서, 연속적인 분석물-파장-특정 측정들의 각각의 쌍들의 적어도 25% 사이, 바람직하게는 적어도 50% 사이에서 기준 측정이 수행된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 기준 측정들은 적어도 5초당 1회, 바람직하게는 적어도 초당 1회, 가장 바람직하게는 적어도 초당 10회의 평균 레이트로 수행된다. 실제로, 기준 측정들에 의한 이러한 면밀한 모니터링이 분석물 측정 절차 및 대응하는 분석의 정확도를 크게 개선시키는 것을 허용하는 것으로 발견되었다.
기준 측정들 그 자체는 분석물에 관한 정보에 직접적으로 기여하지 않고, 기준 측정에 소비된 임의의 시간은 분석물-파장-특정 측정들에 할애될 수 없기 때문에, 이러한 발견은 본 기술분야의 통상의 기술자에게 상당히 놀라운 것이다. 많은 응용들에서, 특히 비침습적 글루코스 측정의 경우, 실제적인 이유로 측정 시간들이 제한되며, 제한된 시간의 명백한 결과는 귀중한 측정 시간의 대부분을 분석물의 흡수를 검출하는 것을 허용하는 파장들에 할애하는 것이다. 그러나, 본 발명자들은 실제로, 주어진 제한된 전체 측정 시간에 대해서도, 측정 시간의 일부를 산재된 기준 측정들을 위해 할애할 때 결과들이 더 정확해진다는 것을 발견했다.
대안적인 실시예에서, 상기 분석물 측정 절차 동안, 재료와 측정 본체 사이의 상기 열 또는 압력 전달 접촉을 유지하면서 분석물-파장-특정 측정들의 시퀀스가 수행되며, 각각의 분석물-파장-특정 측정에서, 분석물-특성-파장들의 미리 결정된 세트로부터 선택된 분석물-특성-파장을 갖는 여기 복사가 조사되고, 대응하는 응답 신호가 획득되며,
하나 이상의 분석물-특성-파장에 연관된 응답 신호들에 기초하여 품질 평가가 수행되고, 상기 품질 평가에 기초하여, 현재 분석물 측정 절차 또는 하나 이상의 장래의 분석물 측정 절차 동안 대응하는 하나 이상의 분석물-특성-파장에 할애되는 측정 시간이 조절되거나, 상기 분석에서의 대응하는 분석물-파장-특정 측정에 연관된 상대적인 가중치가 조절된다.
바람직한 실시예에서, 상기 품질 평가는 상기 분석물 측정 절차 동안 수행되고, 대응하는 하나 이상의 분석물-특성-파장에 할애되는 측정 시간은 상기 분석물 측정 절차 동안 실시간으로 조절된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 품질 평가는:
- 상기 응답 신호의 신호-대-잡음비 또는 그로부터 도출된 양(quantity), 및
- 기준 파장을 갖는 여기 복사가 재료 내로 조사되고 대응하는 응답 신호가 획득되는 하나 이상의 기준 측정의 결과 - 상기 기준 파장은 상기 분석물의 흡수가 낮은 파장임 -
중 하나 이상에 적어도 부분적으로 기초한다. 예를 들어, 기준 파장은 분석물의 흡수율이 분석물 측정 절차에서 의존되는 분석물-특성-파장들 중 임의의 것에 연관된 최고 흡수 피크에서의 흡수율의 30% 미만, 바람직하게는 20% 미만, 더 바람직하게는 10% 미만, 가장 바람직하게는 5% 미만인 파장일 수 있다.
바람직한 실시예에서, 방법은 재료 상태 분석 절차를 더 포함하며, 여기서 재료의 현재 상태는:
- 재료가 상기 분석물-특성-파장들과 상이한 파장에서 여기 복사로 조사될 때 확립되는 하나 이상의 응답 신호,
- 분석물 측정 단계에서 사용된 것과 동일한 분석물-특성-파장들을 갖는 여기 복사에 대해, 그러나 분석물 측정 단계에서와 적어도 부분적으로 상이한, 상기 여기 복사의 강도 변조 주파수들에 대해 확립된 하나 이상의 응답 신호, 및
- 추가 센서 장비로 수행되는 재료 상태에 관련된 하나 이상의 측정
중 하나 이상에 기초하여 분석된다.
다음으로, 상기 재료 상태 분석 절차의 결과에 기초하여,
- 상기 분석물 측정 절차 동안 사용되거나 상기 분석 동안 의존되는 분석물-특성-파장들의 선택,
- 상기 분석물 측정 절차 동안의 분석물-특성-파장들의 사용의 절대적 시간 또는 상대적 시간 비율, 개별 여기 복사 강도, 또는 분석에서 파장들에 주어지는 상대적 가중치,
- 상기 분석물 측정 절차 동안 동시에 사용될 분석물-특성-파장들의 선택, 및
- 상기 분석물 측정 절차 동안 사용될 상기 여기 복사 강도의 변조의 하나 이상의 주요 주파수의 선택
중 적어도 하나가 결정된다.
본 발명의 이 측면에 따르면, 방법은 재료의 상태가 분석되는 특정 재료 상태 분석 절차를 포함한다. 간단히 말해서, 이 "재료 상태" 분석은 분석물 자체 또는 재료에 포함된 분석물 이외의 다른 물질 이외의 기준에 대한 것이지만 분석물 측정 절차의 최적의 측정 정확도 및/또는 효율성을 허용하도록 분석물 측정 절차에서 처리될 수 있는 재료의 상태에 대한 것이다.
특히, 재료 상태 분석 절차는 재료가 상기 분석물-특성-파장들과 상이한 파장에서, 전형적으로는 분석물의 흡수율이 낮은, 그리고 흡수가 종종 여전히 감지될 수 있는 흡수 스펙트럼 내의 위에서 언급된 국소 최소들의 전부 또는 적어도 대부분보다 훨씬 더 낮은 파장에서 여기 복사로 조사될 때 확립된 응답 신호들의 수집을 포함할 수 있다. 특히, 이러한 파장들에서, 분석물은 분석물 측정 절차에서 의존되는 분석물-특성-파장들 중 임의의 것에 연관된 최고 흡수 피크에서의 흡수율의 30% 미만, 바람직하게는 20% 미만, 더 바람직하게는 10% 미만, 가장 바람직하게는 5% 미만인 흡수율을 가질 수 있다. 따라서, 재료가 분석물-특성-파장들과 상이한 파장의 여기 복사로 조사될 때 확립된 응답 신호들을 사용하여, 분석물 이외의 물질들의 존재 및 농도가 결정될 수 있으며, 이는 재료 상태의 한 양태에 대응할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 재료 상태 분석 절차는 분석물 측정 단계에서 사용된 것과 동일한 분석물-특성-파장들을 갖는 여기 복사에 대해, 그러나 분석물 측정 단계에서와 적어도 부분적으로 상이한, 상기 여기 복사의 강도 변조 주파수들에 대해 확립된 하나 이상의 응답 신호를 수반할 수 있다. 이하의 상세한 설명으로부터 명백해지는 바와 같이, 이러한 방식으로, 예를 들어 분석물을 측정하기 위한 재료 내의 적합하거나 최적화된 깊이 범위가 결정될 수 있다. 여기서, "적어도 부분적으로 상이한 강도 변조 주파수들"이라는 표현은 주어진 분석물-특성-파장에 대한 재료 상태 분석 절차에 사용된 강도 변조 주파수들 중 일부가 마찬가지로 분석물 측정 절차에 사용될 수 있지만, 그들 전부가 사용되는 것을 아님을 나타낸다. 전형적으로, 더 많은 수의 변조 주파수가 재료 상태 분석 절차에서 테스트될 수 있고, 그것의 서브세트만이 분석물 측정 절차에서 사용될 것이다.
추가적으로 또는 대안적으로, 재료 상태 분석 절차는 추가 센서 장비, 즉 그 자체로 분석물 측정 절차에 관련되지 않는 센서 장비로 수행되는 재료 상태에 관련된 하나 이상의 측정을 수반할 수 있다.
다음으로, 재료 상태 분석 절차에서 획득된 재료 상태에 관한 추가 정보는 분석물 측정 절차의 효율성 및/또는 정확도를 개선하는 데 사용될 수 있다. 특히, 재료 상태 분석 절차의 결과에 기초하여, 분석물 측정 절차 동안 실제로 사용되는 다양한 가능한 분석물-특성-파장들 중에서 최적의 선택이 이루어질 수 있다. 이러한 방식으로, 분석물 측정 절차는 -재료 상태 분석 절차에 의해 확립된 재료 상태를 고려하여- 최상의, 예를 들어 가장 특정한 분석물 측정 결과들을 제공하여 분석물 측정 절차의 효율성, 신뢰도 및 정확도를 개선시킬 것으로 예상되는 여기 복사에 대한 분석물-특성-파장들로 제한될 수 있다. 분석물 측정 절차 동안 사용될 분석물-특성-파장을 선택하는 대신에, 분석 단계에서의 분석이 의존해야 하는 분석물-특성-파장들만을 선택하는 것이 또한 가능하다. 즉, 분석물 측정 절차 동안 가능한 분석물-특성-파장을 생략하는 대신에, 분석 단계 동안 이러한 분석물 흡수 파장에 기초한 측정을 단순히 무시하거나, 감소된 가중치로 그것을 처리하는 것이 마찬가지로 가능하다. 그럼에도 불구하고, 측정 시간들을 감소시킬 목적으로, 분석물 측정 절차 동안 사용될 가능한 분석물-특성-파장들에 관한 선택을 실제로 하는 것이 바람직하다.
분석물-특성-파장들 전체를 선택하는 대신에, 재료 상태 분석 절차의 결과에 기초하여, 분석물 측정 절차 동안의 분석물-특성-파장들의 사용의 절대적 시간 또는 상대적 시간 비율, 또는 분석에서 파장들에 주어지는 상대적 가중치를 선택하는 것이 또한 가능하다. 이러한 변형에 따르면, -재료 상태 분석 절차에 의해 산출된 결과들을 고려할 때- 정확한 분석 결과에 더 많이 기여할 것으로 예상되는 분석물-특성-파장들에 더 많은 측정 시간이 할애될 수 있다. 이러한 방식으로 다시, 분석물 측정 절차의 효율성이 증가될 수 있다.
추가 변형에서, 재료 상태 분석 절차의 결과는 분석물 측정 절차 동안 동시에 사용될 분석물-특성-파장들의 선택을 제안할 수 있다. 이러한 방식으로, 둘 이상의 상이한 분석물-특성-파장을 여기 복사로서 동시에 사용함으로써, 분석물 측정 절차의 효율성이 더 증가될 수 있다.
마지막으로, 추가적으로 또는 대안적으로, 재료 상태 분석 절차의 결과는 분석물 측정 절차 동안 사용될 여기 복사 강도의 변조의 하나 이상의 주요 주파수의 유리한 선택을 제안할 수 있다. 여기서, 변조의 "주요 주파수"라는 표현은 변조 함수의 푸리에 스펙트럼 내의 지배적인 주파수의 주파수를 지칭한다. 예를 들어, 변조 함수가 주기적인 구형파 함수인 경우, 주요 주파수는 그 주기의 역수일 것이다. 여기 복사의 변조 주파수는 또한 주로 분석물의 측정이 수행되는 깊이를 결정하는 주요 요인들 중 하나이므로, 일부 경우들에서는 재료 표면 아래의 밀도 대 깊이의 프로파일이 미리 알려져 있는, 재료 내에 존재하는 분석물 이외의 다른 물질들에 의해 제공될 수 있는 신호들을 사용하는 것에 의한 재료 상태 분석의 단계에 의해 최적의 측정 깊이가 결정될 수 있다.
요약하면, 분석물 측정 절차를 여기에 설명된 재료 상태 분석 절차와 결합하고, 결정된 재료 상태에 기초하여 분석물 측정 절차 동안 사용될 분석물 흡수 파장들 및/또는 변조 주파수들에 대한 최적의 선택들을 추가로 결정함으로써, 분석물 측정 절차 및 이에 기초한 분석의 정확성 및 효율성이 개선될 수 있다.
바람직한 실시예들에서, 재료는 인체 조직, 특히 인간 피부이고, 상기 분석물은 피부, 특히 그의 간질액에 존재하는 글루코스이다. 아래의 설명들 및 특정 실시예들의 설명에서 이 실시예가 참조되지만, 본 발명은 이에 제한되지 않고, 다른 유형들의 재료들 및 분석물들에 적용될 수 있음을 이해해야 한다.
바람직한 실시예들에서, 재료 상태 분석 절차는 분석물 측정 절차와 인터리브 방식으로 또는 시간적으로 중첩하여 수행된다. 즉, 이러한 바람직한 실시예들에서, 동일한 분석 단계에 관련된 분석물 측정 절차는 간헐적으로 수행되거나, 그 사이에 수행되는 재료 상태 분석 절차와 번갈아 수행된다. 즉, 본 발명자들은, 재료 상태가 분석물 측정 절차에 대해 최소한의 시간 지연으로 확립되어 분석물 측정 절차 동안 적용되는 재료의 현재 상태를 가능한 근접하게 반영한다면 최상의 결과들이 달성될 수 있음에 주목하였다. 다른 실시예들에서, 재료 상태 분석 절차가 먼저 수행될 수 있고, 분석물 측정 절차가 이후에 수행될 수 있다. 그러나, 이 경우, 재료 상태 분석 절차는 분석물 측정 절차의 시작보다 5분 미만 이전에, 바람직하게는 3분 미만 이전에, 가장 바람직하게는 1분 미만 이전에 수행되는 것이 바람직하다.
바람직한 실시예들에서, 재료와 측정 본체 사이의 열 또는 압력 전달 접촉은 상기 재료 상태 분석 절차 및 분석물 측정 절차의 적어도 일부를 포함하는 시간 구간 동안 유지된다. 예를 들어, 분석물이 글루코스이고, "재료"가 측정 본체에 올려진 손가락 끝의 피부인 경우, 이는 재료 상태 분석 및 분석물 측정 절차 둘 다의 전체에 걸쳐서 손가락 끝이 측정 본체 상에 한결같이 유지됨을 의미한다.
바람직한 실시예들에서, 재료 상태는 상기 하나 이상의 분석물과 상이하지만 상기 분석물-특성-파장들 중 적어도 하나에서 여기 복사의 상당한 흡수율을 나타내는, 상기 재료 내의 교란 물질들의 존재 및/또는 농도를 포함한다. 인간 피부의 간질액 내의 글루코스 측정의 경우에서의 이러한 교란 물질의 예는 젖산염의 존재이며, 그것의 수준은 사람마다 다를 뿐만 아니라, 예를 들어 최근의 신체 운동 및 그와 유사한 것으로 인해 각각의 개인에 대해 변화할 수 있다. 젖산염 흡수 스펙트럼은 글루코스의 흡수 피크들과 중첩되므로, 측정 결과들을 교란시킬 수 있다. 다음으로, 상기 재료 상태 분석 절차가 상기 교란 물질들의 충분히 높은 농도를 산출하는 경우, 상기 교란 물질들이 상당한 흡수율을 나타내는 상기 분석물-특성-파장들 중 적어도 하나의 사용이 회피 또는 억제되거나, 또는 각각의 파장이 교란 물질의 흡수 최대로부터 멀리 이동된다. 교란 물질의 다른 예들은 지방산들(fatty acids), 화장품(cosmetics), 초음파 진단에 사용되는 젤들과 같은 젤들, 과잉 수분, 또는 알부민일 수 있다.
인체 조직 내의 글루코스의 측정에 관련된 바람직한 실시예에서, 상기 분석물 측정 절차 동안 사용될 상기 여기 복사 강도의 변조의 상기 적어도 하나의 주요 주파수는 제1 주요 변조 주파수 및 제2 주요 변조 주파수를 포함하고, 상기 제1 주요 변조 주파수는 응답 신호가 간질액 내의 여기 복사의 흡수를 적어도 부분적으로 반영하도록 충분히 낮게 선택되고, 제2 주요 변조 주파수는 제1 주요 변조 주파수보다 높고, 상기 분석에서, 상기 제1 및 제2 주요 변조 주파수에 대응하는 응답 신호들, 또는 그로부터 도출된 양들은 간질액에서의 흡수를 나타내는 정보를 산출하기 위해, 예를 들어 하나로부터 다른 하나를 빼는 것, 또는 하나를 다른 하나로 나누는 것에 의해 수학적으로 결합된다. 여기서, 제2 주요 변조 주파수는 제1 주요 변조 주파수보다 적어도 1.5배, 바람직하게는 적어도 2.0배, 가장 바람직하게는 적어도 3.0배 높을 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 주요 변조 주파수는 20 내지 30Hz의 범위 내에 있을 수 있는 반면, 제2 주요 변조 주파수는 150 내지 300Hz의 범위 내에 있을 수 있다.
여기 복사가 재료 내로 방사될 때, 그 일부는 그것의 광 경로를 따라, 즉 재료 표면 아래의 상이한 깊이들에서 흡수될 것이다. 흡수에 응답하여 열 신호가 생성되고, 이는 재료 표면으로 다시 확산되고 측정 본체에 의해 수신된다. 여기 복사의 강도가 변조되기 때문에, 재료는 시간-종속적인 방식으로 흡수에 의해 가열되고, 이는 공간 및 시간의 함수로서 변하고 종종 열파(thermal wave)라고 지칭되는 온도 필드로 이어진다. 열"파"라는 용어는 다소 오해의 소지가 있는데, 왜냐하면 재료를 통한 열의 이동은 파동 방정식이 아니라 확산 방정식에 의해 대신 좌우되기 때문이다. 이것은 또한 재료 표면에서 측정 본체에 의해 수신된 열에 의해 검출될 수 있는 재료 표면 아래의 변조된 흡수의 최대 깊이가 소위 확산 길이 
에 의해 대략적으로 제한됨을 의미하며, 그것은 재료의 밀도 
, 비열용량 
및 열전도율 
뿐만 아니라, 여기 복사의 변조 주파수 f에 의존한다:
간질액은 피부 표면 아래의 특정 범위에 있는 조직에서만 발견되기 때문에, 간질액에서의 흡수를 나타내는 응답 신호들을 생성하기 위해, 확산 길이 
가 간질액이 있는 영역들과 피부 표면 사이의 거리를 커버할 만큼 충분히 길도록 여기 복사의 변조 주파수가 정말로 "충분히 낮아야" 한다. 그러나, 위에서 설명된 바와 같이, 확산 길이는 조직의 물리적 속성들, 즉 밀도 
, 비열용량 
및 열전도율 
에 의존하고, 본 발명자들은 이러한 속성들이 사람마다 다를 뿐만 아니라, 예를 들어 피부가 건조한지 촉촉한지, 숙련된 사람이 핸드 모이스쳐 로션을 사용했는지, 또는 그와 유사한 것에 의존하여, 시간이 지남에 따라 동일한 사람에 대해서도 달라질 수 있음에 주목했다. 즉, 주파수의 함수로서의 열 확산 길이는 최상의 결과들을 위해 재료 상태 분석 절차에서 분석물 측정 절차의 시간에서 또는 그에 근접하여 평가되어야 하는 재료 상태이다.
더욱이, 간질액이 존재하는 표면 아래의 깊이는 각질층의 두께에 의존하는 것으로 밝혀졌는데, 이는 다시 사람마다 다를 뿐만 아니라, 동일한 사람에 대해서도 시간이 지남에 따라 그리고 또한 측정이 이루어지는 피부 표면의 위치에 따라 달라진다. 예를 들어, 최근에 손으로 육체 노동을 했거나 현악기를 연습한 사람의 경우 각질층이 평소보다 두꺼울 수 있고, 이는 간질액을 커버하기 위해 피부 표면 아래의 더 깊은 층들에서 흡수가 이루어져야 함을 의미한다. 다시, 각질층의 두께는 상기 재료 상태 분석 절차에서 평가될 수 있는 "재료 상태"이다.
따라서, 응답 신호가 간질액 내의 여기 복사의 흡수를 적어도 부분적으로 반영하도록 "충분히 낮은" 제1 주요 변조 주파수를 결정하는 것은 재료 상태 분석 절차에서 가장 잘 행해질 수 있다.
그러나, 열 확산 길이가 충분히 길어 응답 신호가 간질액에 의한 여기 복사의 흡수를 적어도 부분적으로 반영하더라도, 응답 신호는 또한 피부의 상층, 특히 각질층에서의 임의의 흡수를 나타낼 것이며, 따라서 간질액 내의 글루코스에 관련되지 않은 기여도를 포함할 것이다. 실제로, 피부의 상층, 특히 각질층으로부터의 이러한 기여는 전형적으로 응답 신호에서 과장될 것인데, 왜냐하면 상층에서의 여기 복사의 강도가 피부 깊숙한 곳보다 높고, 흡수 열이 측정 본체에 도달하기 위해 상층으로부터 더 짧은 거리만 이동하면 되기 때문이다. 제1 응답 신호에 대한 피부의 더 높은 층의 이러한 기여도를 추정하기 위해, 적어도 하나의 추가적인 제2 응답 신호가 제1 주요 변조 주파수보다 더 높은 상기 제2 주요 변조 주파수를 갖는 여기 복사에 응답하여 기록되고, 따라서 이는 더 짧은 확산 길이로 이어지며, 그에 따라 간질액이 있는 영역 위의 피부의 상층에서의 흡수를 주로 나타낸다. 다음으로, 상기 제1 및 제2 주요 변조 주파수에 대응하는 응답 신호들, 또는 그로부터 도출된 양들은 간질액에서의 흡수를 보다 구체적으로 나타내는 정보를 산출하기 위해 수학적으로 결합된다. 이러한 응답 신호들을 수학적으로 결합하는 상이한 방법들이 존재하며, 본 발명의 이러한 양태는 이들 중 어느 단일의 것에 제한되지 않는다. 예를 들어, 제2 응답 신호는 예를 들어 글루코스 흡수가 무시될 수 있는 여기 파장(들)을 사용한 기준 측정에 기초하여 획득된 정규화 인자와 곱해질 수 있고, 다음으로 그 곱이 제1 응답 신호로부터 감산될 수 있다.
언뜻 보기에, 응답 신호가 간질액 내의 여기 복사의 흡수를 적어도 부분적으로 반영하도록, 즉 매우 긴 확산 길이들로 이어지는 임의로 낮은 변조 주파수들을 선택하여, 그에 의해 간질액이 커버될 것을 보장함으로써, "충분히 낮은" 제1 주요 변조 주파수를 선택하는 것이 쉬울 것이라고 믿을 수 있다. 그러나, 발명자들은 확산 길이가 간질액이 존재하는 깊이 영역을 커버하는 것이 중요하지만, 과도하게 긴 확산 길이들이 회피된다면, 응답 신호 품질 및 측정 정확도가 상당히 개선될 수 있음에 주목했다. 실제로, 발명자들은 열 확산 길이가 기껏해야 여기 복사에 대한 광학적 흡수 길이와 거의 동일하고 광학적 흡수 길이의 적어도 절반 길이이며 제1 변조 주파수가 그에 따라 선택된다면 특히 좋은 결과들이 획득될 수 있음에 주목했다.
이론에 얽매이길 원하지 않으면서, 이러한 발견은 다음과 같이 이해될 수 있다: 재료, 특히 인체 조직 내에서의 파장 
를 갖는 복사에 대한 광학적 흡수 길이 
는 흡수 계수 
의 역수, 즉 
이다. 광학적 흡수 길이 
는 흡수로 인해 파장 
를 갖는 복사의 강도가 1/e배만큼 떨어진 재료 내의 광학 경로 길이에 대응한다. 분석물의 농도는 흡수 계수 
에 비례하므로, 글루코스와 같은 분석물의 농도를 검출하기 위해, 분석물-특성-파장 
에서의 흡수 계수 
에 비례하는 신호를 효과적으로 측정하기를 원한다. 그러나, 이를 위해서는 여기 복사의 침투 깊이가 열 확산 길이보다 길어야 한다. 이는 광학적 흡수 길이가 열 확산 길이보다 작은 반대 시나리오를 고려하면 타당해지는데: 이 경우 거의 전체 광학 에너지가 열 확산 길이에 대응하는 깊이 범위 내에서 흡수되고 응답 신호에 의해 표시될 것이다. 즉, 응답 신호는 본질적으로 분석물에 의한 특정 흡수가 아니라 여기 빔의 에너지를 나타낼 것이다. 따라서, 상기 응답 신호에 의해 재료의 표면에서 기록되는 열 신호에 기여하는 두께 범위 내에서 전체 여기 복사의 일부만이 흡수되는 것이 필요하고; 이 경우 응답 신호는 실제로 흡수 계수에 따라 상승 및 하강한다.
따라서, 유용한 응답 신호들은 
를 요구할 것임이 예상될 것이다. 따라서, 변조 주파수 f에 대한 합리적인 하한 
은 
인 주파수로 정의될 수 있으며, 이는 
으로 이어진다. 본 발명자들은 더 낮은 제1 변조 주파수로서 사용될 실제로 최적의 변조 주파수들 f가 
, 바람직하게는 
, 더 바람직하게는 
의 범위 내에 있음을 발견했다.
위에서는 최적의 제1 변조 주파수가 
, 
, 
, 
와 같은 조직의 물리적 파라미터들에 어떻게 의존하는지를 보여주었지만, 이는 실제로 변조 주파수가 이러한 파라미터들 각각을 개별적으로 결정한 다음 위에서 정의된 바와 같이 그것을 계산함으로써 결정된다는 것을 의미하지는 않는다. 그러나, 이것은 최적의 제1 변조 주파수가 조직 파라미터들에, 따라서 조직 또는 피부의 "재료 상태"에 어떻게 의존하는지를 보여주며, 이는 사람마다 변할 수 있고, 동일한 개인에 대해서도 시간이 지남에 따라 변할 수 있다. 이는 "재료 상태 분석 절차"를 수행하고, 재료 상태 분석 결과에 기초하여 분석물 측정 절차 동안 사용될 여기 복사 강도의 변조의 하나 이상의 주요 주파수를 선택함으로써, 분석물 측정 절차의 정확도 효율성이 실제로 개선될 수 있는 이유를 보여준다.
바람직한 실시예에서, 재료 상태는 피부의 수분 함량을 포함한다. 바람직하게는, 피부의 수분 함량은 전용 수분량 측정 디바이스(dedicated corneometric device)를 사용하여 측정된다. 이러한 수분량 측정 디바이스는 위에서 언급된 "추가 센서 장비"의 예이다. 아래에서 더 상세하게 설명되는 이유 때문에, 분석물 측정 절차는 피부의 수분 함량을 처리하기 위해 다양한 방식들로 최적화될 수 있다.
통상의 기술자가 이해할 수 있는 바와 같이, 피부의 수분 함량은 사람마다는 물론, 동일한 개인에 대해서도 크게 달라지는 경향이 있는 재료 상태인데, 왜냐하면 그것은 예컨대, 기상 조건들, 개인이 최근에 손을 씻었는지, 최근에 모이스쳐 로션을 사용했는지, 또는 그와 유사한 것에 의존할 수 있기 때문이다. 따라서, 상기 재료 분석 절차에서 분석물 측정 절차를 수행하는 동안 또는 수행하기 직전에 피부의 수분 함량을 평가하는 것이 유리하다. 다음으로, 수분 함량에 관한 지식은 여기 복사의 변조를 위해 적합한 분석물-특성-파장들 및/또는 적합한 변조 주파수들을 선택하는 것을 허용할 것이다.
바람직한 실시예에서, 상기 재료 분석 절차에서 더 높은 수분 함량이 결정되는 경우, 미리 결정된 분석물-특성-파장 세트 중 더 짧은 파장들이 분석물 측정 절차에서 우선적으로 사용된다. 더 짧은 파장들을 "우선적으로 사용"한다는 것은 상기 미리 결정된 분석물-특성-파장 세트 중에서 더 짧은 파장들이 사용을 위해 선택되는 반면, 상기 미리 결정된 분석물-특성-파장 세트 중에서 하나 이상의 더 긴 파장은 사용되지 않는다는 것을 의미할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 이것은 상기 미리 결정된 분석물-특성-파장 세트의 모든 파장이 사용되지만 더 짧은 파장들에 할애되는 상대적 시간이 하나 이상의 더 긴 파장에 할애되는 시간보다 길다는 것을 의미할 수 있다. 실제로, 파장들의 이러한 선택은 다양한 방식들로 이루어질 수 있으며, 본 실시예는 이들 중 어느 특정한 하나로 제한되지 않는다.
예를 들어, 간단한 실시예에서, 수분 함량(또는 이에 관련된 다른 파라미터)에 대한 미리 정의된 임계값이 있을 수 있고, 수분 함량이 임계값보다 높으면 그것은 "높음"으로 간주되고, 수분 함량이 이 임계값보다 낮으면 "낮음"으로 간주된다. 상기 미리 결정된 분석물-특성-파장 세트 중 두 개의 상이한 서브세트는 각각 "높은" 및 "낮은" 수분 함량의 경우에 사용되도록 미리 정의될 수 있으며, 여기서 "높은" 수분 함량에 연관된 서브세트에서의 평균 여기 복사 파장은 "낮은" 수분 함량에 연관된 서브세트에서보다 짧다. 그러나, 다른 실시예들에서, 수분 함량의 상이한 측정 범위들에 대해 사용될 분석물-특성-파장들의 상이한 서브세트들이 있을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 일부 수학적 규칙에 따라 결정된 수분 함량 값의 함수로서 여기 파장의 선택을 정의하는 선택 함수가 사용될 수 있다. 재료 상태의 다른 모든 특성이 동일한 상태에서, 더 높은 수분 함량의 경우에, 더 짧은 여기 파장들이 우선적으로 또는 지배적으로 사용되는 것이 보장되는 한, 이러한 실시예들 중 임의의 것이 사용될 수 있다.
이러한 여기 파장 선택 배후의 근거는, 물이 상당히 높은 파장-비특정 흡수 계수를 가지고, 따라서 관련 스펙트럼 범위에서 여기 복사를 감쇠시키는 경향이 있다는 것이다. 따라서, 여기 파장이 분석물(예를 들어, 글루코스)의 흡수 피크와 일치하도록 선택되더라도, 물은 흡수 계수 
에 기여할 것이므로, 광학적 흡수 길이 
를 효과적으로 감소시킬 것이다. 광학적 흡수 길이 
가 열 확산 길이 
보다 작아서는 안 된다는 위의 설명을 염두에 두고서, 이는 재료(조직) 내에서 접근가능한 측정 깊이를 감소시킨다. 그러나, 본 발명의 목적을 위해 가장 유용한 글루코스의 흡수 피크들을 포함하는 파장 영역, 즉 대략 8㎛ 내지 10㎛의 영역에서, 물의 흡수 계수 
는 파장이 감소함에 따라 감소하는 것으로 밝혀졌고, 그에 의해, 물에 의한 흡수에 연관된 문제들은 짧은 여기 파장에 대해 덜 심각하다. 따라서, 재료 상태 분석 절차의 일부로서 더 높은 수분 함량이 결정되는 경우, 이는 분석물 측정 절차에서 더 짧은 여기 파장의 선택으로 이어진다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 분석물 측정 절차 동안 사용되는 상기 여기 복사 강도의 변조의 하나 이상의 주요 주파수 중 적어도 하나는, 재료 상태의 다른 모든 특성은 동일한 상태에서, 더 높은 수분 함량을 위해 변조의 더 높은 주요 주파수들이 선택되는 방식으로, 상기 재료 분석 절차에서 결정된 수분 함량에 맞게 적응된다. 즉, 수분 함량이 높은 것으로 밝혀지면, 예컨대 증가된 수분 흡수로 인해 마찬가지로 감소할 것으로 예상되는 광학적 흡수 길이 
에 더 잘 일치하거나 그 아래에 머물도록 예컨대 열 확산 길이 
를 효과적으로 낮추기 위해, 여기 복사 강도의 변조의 하나 이상의 주요 주파수 중 적어도 하나가 증가된다. 다시, 결정된 수분 함량에 응답하여 하나 이상의 주요 변조 주파수를 선택하는 다수의 방식이 있으며, 본 발명의 이러한 양태는 그들 중 단일의 것으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 일 실시예에서, 수분 함량 임계값이 정의될 수 있고, 수분 함량이 이 임계값보다 높은지 또는 낮은지에 의존하여 더 높거나 더 낮은 변조 주파수가 선택될 수 있다. 대안적으로, 다양한 수분 함량 범위들이 미리 정의될 수 있고, 각각의 수분 함량 범위에 대해, 대응하는 주요 변조 주파수가 미리 정의될 수 있으며, 여기서 더 높은 변조 주파수들은 더 높은 수분 함량들에 연관된다. 또 다른 실시예에서, 변조 주파수 또는 주파수들은 수분 함량의 함수로서, 그리고 가능하게는 추가적으로 여기 복사 파장의 함수로서 결정될 수 있고, 그에 의해, 물의 흡수 계수 
가 파장에 따라 감소한다는 사실을 처리하기 위해, 더 높은 수분 함량에 대해, 그리고 선택사항으로서 또한 더 긴 여기 복사 파장들에 대해, 더 높은 변조 주파수들이 선택된다. 변조 주파수 또는 주파수들이 수분 함량에 맞게 정확히 어떻게 적응되는지에 관계없이, 어느 경우에서든, 재료 상태의 다른 모든 특성이 동일한 상태에서, 더 높은 수분 함량들에 대해 변조의 더 높은 주요 주파수들이 선택되도록 선택이 이루어진다.
바람직한 실시예에서, 재료 상태는 간질액 위에 있는 각질층의 두께를 포함한다. 위에서 언급된 바와 같이, 각질층의 두께는 사람마다 다를 뿐만 아니라, 최근의 육체적 노동이나 운동의 양에 의존하여, 동일한 개인에 대해서도 시간이 지남에 따라 크게 변할 수 있다. 따라서, 분석물 측정 절차가 수행되는 동안 또는 수행되기 전에 개별적으로 평가되어야 하는 각질층의 실제 두께에 맞게 적응된다면, 분석물 측정 절차의 정확성 및 효율성이 상당히 증가될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 각질층의 두께는 여기 복사의 동일한 파장들에 대해, 그러나 상기 여기 복사의 상이한 강도 변조 주파수들에 대해 확립된 응답 신호들에 기초하여 직접적으로 또는 간접적으로 평가되고, 여기서 상기 파장은 각질층과 간질액에 각각 상이한 농도들로 존재하는 물질의 흡수 대역에 일치하도록 선택된다. 앞에서 설명된 바와 같이, 여기 복사의 변조 주파수는 열 확산 길이를 결정하고, 따라서 수신된 열 신호들에 의해 흡수 프로세스들이 검출될 수 있는 깊이 범위를 결정한다. 따라서, 강도 변조 주파수들을 변경함으로써, 상이한 깊이 범위들에서의 흡수가 측정될 수 있다. 그리고, 여기 복사의 파장은 각질층과 간질액에 상이한 농도들로 존재하는 물질의 흡수 대역과 일치하므로, 깊이-종속 흡수를 통해 각질층의 두께가 추정될 수 있다.
각질층의 두께는 mm 단위의 특정 두께가 결정된다는 의미에서 직접적으로 평가될 수 있거나, 또는 예를 들어, 각질층 두께의 간접적 또는 암시적 척도인 각질층과 간질액 사이의 경계 영역에 대응하는 변조 주파수들을 단순히 결정함으로써 간접적으로 평가될 수 있다는 점에 주목해야 한다. 일부 실시예들에서, 각질층 및 간질액에 상이한 농도로 존재하는 흡수 물질은 글루코스와 같은 분석물 자체일 수 있다. 상이한 강도 변조 주파수들 중에서, 글루코스에 기인한 흡수가 측정되지 않는 -이는 이러한 깊이가 각질층에 대응함을 나타냄- 더 짧은 열 확산 길이들에 대응하는 더 높은 주파수들이 있을 것이다. 반대로, 상이한 강도 변조 주파수들 중에서, 상당한 글루코스 흡수가 검출되어 이러한 깊이가 간질액이 있는 깊이에 대응함을 나타내는, 더 긴 열 확산 길이들에 대응하는 더 낮은 변조 주파수들이 있을 것이다. 여기서, 글루코스에 "기인하는" 흡수는, 국소적 흡수가 무시할 정도로 낮지만 특히 물로 인한 다른 흡수 배경은 매우 유사할 것으로 예상되는 파장들을 갖는 기준 측정들에 의존하여 결정될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 분석물 측정 절차 동안 사용되는 상기 여기 복사 강도의 변조의 하나 이상의 주요 주파수 중 적어도 하나는, 재료 상태의 다른 모든 특성이 동일한 상태에서, 더 높은 각질층 두께들에 대해 변조의 더 낮은 주요 주파수가 선택되는 방식으로, 상기 재료 분석 절차에서 결정된 간질액 위에 있는 각질층의 두께에 맞게 적응된다. 다시, 여기 복사 강도 변조의 주요 주파수들을 각질층 두께의 함수로서 조절하는 다양한 방식들이 있다. 예를 들어, 이전 실시예들과 마찬가지로, 각질층 두께(또는 이를 나타내는 다른 파라미터)의 미리 결정된 임계값이 있을 수 있고, 변조 주파수는 각질층 두께가 임계값보다 낮은지(이 경우, 더 높은 변조 주파수가 선택됨) 또는 임계값보다 높은지(이 경우, 더 낮은 변조 주파수가 선택됨)에 기초하여 조절될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 다시 여러 각질층 두께 범위들 및 연관된 변조 주파수들이 있을 수 있으며, 여기서 더 큰 각질층 두께들에 대한 변조 주파수들은 더 작은 각질층 두께들에 대한 것보다 낮다. 또 다른 실시예들에서, 변조 주파수는 재료 상태 분석 절차에서 결정된 각질층 두께들과 함께 분석물 측정 절차에서 사용될 변조 주파수에 관련된 연속 함수에 기초하여 결정될 수 있다. 재료 상태의 다른 모든 특성이 동일한 상태에서, 더 높은 각질층 두께들에 대해 변조의 더 낮은 주요 주파수가 선택되는 것이 보장되는 한, 결정된 각질층 두께의 함수로서 변조 주파수를 선택하는 임의의 방식이 사용될 수 있다. 상이한 여기 복사 강도 변조 주파수들을 사용한 측정들에 의해 각질층의 두께를 결정하는 대신에, 전용 센서 또는 측정 디바이스, 예를 들어 초음파 센서 또는 OCT 디바이스를 사용하여 그것의 두께를 측정하는 것이 마찬가지로 가능하다는 것이 또한 주목된다.
각질층 두께를 고려하여 변조의 "하나 이상의" 주요 주파수를 선택하는 것을 언급할 때, 이것은 간질액을 포함하는 상당한 부분들을 커버하도록 의도된 제1(더 낮은) 변조 주파수는 물론, 간질액이 없거나 거의 없는 피부의 더 높은 층들, 특히 각질층에서의 흡수를 보상하기 위해 응답 신호들을 측정하도록 의도된 제2(더 높은) 변조 주파수에도 적용될 수 있다는 것에 주목한다. 바람직한 실시예에서, 적어도 제2 변조 주파수는 결정된 각질층 두께에 맞게 적응된다. 그러나, 제1 변조 주파수만이 결정된 각질층 두께에 맞게 적응되는 것도 가능하다.
바람직한 실시예들에서, 재료 상태는 피부의 pH 값을 포함한다. 여기서, pH 값은 바람직하게는 이 경우에서 전용 pH 측정 디바이스에 의해 형성된 상기 추가 센서 장비를 사용하여 결정된다. 상기 재료 분석 절차에서 결정된 pH 값이 낮은 값으로 발견되는 경우, 상기 재료 상태의 다른 모든 특성이 동일한 상태에서, 젖산염 흡수 대역들과 중첩하는 분석물-특성-파장들은 pH가 높은 값으로 발견된 경우에서보다 분석물 측정 절차에서 덜 우선적으로 사용된다.
이러한 실시예 배후의 근거는 피부의 더 낮은 pH 값들이 종종 피부 내의 더 높은 젖산염 농도들의 표시라는 것이 발견되었다는 것이다. 따라서, pH 값이 낮고, 따라서 더 높은 젖산염 농도가 합리적으로 예상되는 경우, 분석물 측정 절차에서 젖산염 흡수 대역들과 중첩되는 분석물-특성-파장들을 피하거나 적어도 그들에 측정 시간을 덜 할애하는 것이 바람직할 것이다. 예를 들어, pH에 대한 하나 이상의 임계값이 정의될 수 있고, pH가 그러한 임계값 위인지 또는 아래인지에 따라, 중첩되는 분석물-특성-파장은 분석물 측정 절차에서 전혀 사용되지 않는 경우를 포함하여, 중첩되는 분석물-특성-파장의 사용 정도가 적응될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 재료를 형성하는 피부는 인간 피험자의 손가락 끝의 피부이고, 재료 상태는 표피 융기부들의 평균 높이를 포함한다. 표피 융기부들의 평균 높이는 바람직하게는 전용 지문 센서에 의해 형성된 상기 추가 센서 장비를 사용하여 추정된다.
여기서, 분석물 측정 절차에서 사용되는 여기 복사의 전력은, 재료 상태의 다른 모든 특성이 동일한 상태에서, 더 높은 평균 표피 융기부들에 대해 분석물 측정 절차에 사용되는 여기 복사의 전력이 증가되는 방식으로, 상기 표피 융기부들의 평균 높이의 함수로서 바람직하게 적응된다. 본 발명자들은 높은 표피 융기부들의 경우, 측정 본체와 그 위에 놓이는 손가락 끝 사이의 광학적 접촉이 열악하여 더 낮은 비율의 여기 복사가 실제로 손가락 끝에 결합될 수 있음에 주목했다. 이는 재료 상태 분석 절차 동안 더 높은 표피 융기부들을 검출하고 계면에서의 예상 손실을 처리하기 위해 여기 복사의 전력을 증가시킴으로써 보상될 수 있다. "표피 융기부들의 평균 높이"는 손가락 끝이 실제로 측정 본체를 누르는 이러한 상황에서의 평균 높이에 대응하므로, 표피의 구조는 물론, 동일한 사람에 대한 상이한 측정 세션들 사이에서 달라질 수 있는 현재 접촉 압력 둘 다에 의존한다는 점을 주목한다. 이는 주어진 분석물 측정 절차에 연관된 재료 상태 분석 절차에서 이를 처리하는 것이 유리한 이유이다. 더욱이, "표피 융기부들의 평균 높이"는 지나치게 정밀한 방식으로 결정될 필요가 없으며, 많은 경우에 정성적 평가("낮음", "보통" 및 "높음") 또는 추정으로도 이미 목적을 달성한다. 일부 실시예들에서, 표피 융기부들의 높이는 인접한 표피 융기부들 사이의 거리에 기초하여 추정되는데, 이는 이들 두 개의 양이 전형적으로 상관되기 때문이다. 지문은 예를 들어 본 기술분야의 지문 센서들로부터 자체적으로 알려진 기술을 사용하는 용량성 측정을 사용하여 평가될 수 있다.
여기 복사의 추가 전력과 표피 융기부들의 검출된 평균 높이 사이의 실제 맵핑은 많은 방식으로 수행될 수 있으며, 본 실시예는 이들 중 임의의 특정 방식으로 제한되지 않는다. 간단한 변형들에서, 앞서 언급한 바와 같이 "낮음", "보통" 및 "높음"과 같은 검출된 평균 표피 융기부들의 대략적인 분류가 있을 수 있으며, 이러한 클래스들 각각은 여기 복사의 대응하는 전력 또는 전력 정정에 연관될 것이다. 다른 실시예들에서, 이러한 클래스들 중 단지 두 개 또는 3개 초과가 정의될 수 있고, 또 다른 실시예들에서, 전력은 평균 표피 융기부 높이 또는 이에 관련된 파라미터(예를 들어, 두 개의 인접한 표피 융기부 사이의 평균 거리)의 연속 함수일 수 있다. 재료 상태의 다른 모든 특성이 동일한 상태에서, 더 높은 평균 표피 융기부들에 대해 분석물 측정 절차에 사용되는 여기 복사의 전력이 일반적으로 증가될 것이 보장되는 한, 이러한 변형들 중 임의의 것이 가능한 실시예가 될 것이다.
또 다른 실시예들에서, 재료 상태는 피부의 온도를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 상기 여기 복사의 상기 강도의 시간 변조는, 강도의 엔벨로프가 평균 강도의 50% 이상을 취하는 시간의 비율이 전체 시간의 50% 미만, 바람직하게는 46% 미만, 가장 바람직하게는 43% 미만인 점에서 엔벨로프가 비대칭이 되도록 선택된다. 그러나, 엔벨로프가 50% 미만인 시간의 비율이 너무 낮게 선택되어서는 안 되고, 바람직하게는 적어도 20%, 더 바람직하게는 적어도 30%이다.
여기 복사 강도의 변조 함수에 대한 분명한 선택은 온-구간들과 오프-구간들의 길이가 동일한, 제로("오프")와 최대값("온") 사이를 교대하는 구형파 함수이다. 그러나, 본 발명자들은 그 기간이 온-구간들과 오프-구간들의 합인 변조 신호의 주요 주파수 또는 주기를 변경하지 않고서, 예를 들어 오프-구간들의 상대적 길이가 온-구간들의 것보다 길다면, 놀랍게도 분석물 측정 절차의 정확도 및 효율성이 개선될 수 있음을 발견했다.
지금까지, 여기 복사의 강도 변조에 관한 고려사항들의 주요 초점은 대응하는 열 확산 길이에 있었지만, 본 발명자들의 이론적 이해와 실제 경험에 따르면, 열 확산 길이는 온 시간들에 대한 오프 시간들의 상대적 비율을 단순히 증가시키는 것에 의해 영향을 받지 않거나 적어도 눈에 띄게 영향을 받지 않는다. 그럼에도 불구하고, 본 발명자들은 동일한 전체 주파수에 대해, 오프-구간들이 길어지고 온-구간들이 짧아진다면 응답 신호들의 더 나은 신호-대-잡음비가 획득될 수 있음을 발견하였다. 본 발명자들의 이해에 따르면, 이는 흡수 정도를 추정하기 위해 시간에 따른 응답 신호의 변동만이 평가될 수 있다는 의미에서, 응답 신호들이 본질적으로 "AC 신호들"이라는 사실에 기인한다. 이를 위해, (검출 빔의 편향으로 이어지는 열 렌즈의 형성과 같이) 재료로부터 수신된 열에 기인하는 측정 본체의 물리적 응답이 다음 열 펄스의 수신 전에 더 완전히 감쇠할 수 있는 것이 중요해 보인다. 이는 오프-구간들을 증가시킴으로써 AC 신호가 개선될 수 있는 이유를 설명하는데, 왜냐하면 측정 본체의 물리적 응답이 감쇠하는 데 상대적으로 더 많은 시간이 있기 때문이다.
여기서 고려되는 변조 함수들은 구형파 함수들로 제한되지 않고, 임의의 변조 함수들에 대해, 변조 함수들의 낮은 구간들이 높은 구간들보다 길다면 유사한 효과들이 획득될 수 있음에 주목해야 한다. 이러한 이유로, 본 실시예에 따르면, 상기 여기 복사의 강도의 상기 시간 변조는, 강도의 엔벨로프가 평균 강도의 50% 이상을 취하는 시간의 비율이 전체 시간의 50% 미만, 바람직하게는 46% 미만, 가장 바람직하게는 43% 미만, 그리고 바람직하게는 적어도 20%, 더 바람직하게는 적어도 30%인 점에서 엔벨로프가 비대칭이 되도록 선택된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 여기 복사의 상기 강도의 시간 변조는 강도의 엔벨로프가 주기적으로 반복되는 패턴을 따르도록 선택되고, 상기 패턴은 패턴의 강도-시간-적분(intensity-time-integral)의 80% 초과를 포함하는 높은 강도 시간 부분 및 강도-시간-적분의 20% 미만을 포함하는 낮은 강도 시간 부분을 포함하고, 높은 강도 및 낮은 강도 시간 부분의 지속시간들의 비율은 0.9 미만, 바람직하게는 0.8 미만, 가장 바람직하게는 0.7 미만이다. 그러나, 바람직한 실시예들에서, 이 비율은 적어도 0.4, 바람직하게는 적어도 0.5이어야 한다.
여기 복사 강도에 대해 구형파 변조 함수들을 사용하는 것은 두 가지 일반적인 이점을 갖는다. 첫 번째 이점은 열 펄스들을 생성하기 위해 가파른 측면들(steep flanks)을 가진 날카로운 여기 펄스들이 특히 좋은 결과들을 제공할 것을 약속한다는 것이다. 두 번째 이점은 구형파 변조가 실제로 확립하기 가장 쉽다는 것이다.
그렇기는 하지만, 본 발명자들은 여기 광 강도의 구형파 변조들의 명백한 이점들에도 불구하고, 여기에 설명된 바와 같이 사용자의 피부에서의 비침습적 글루코스 측정을 포함하는 일부 응용들에서, 정현파 변조 함수가 더 나은 결과들을 제공할 수 있음을 발견했다. 정현파 변조 함수는 본 발명의 장치를 사용하여 잘 검출될 수 있는 피부 내의 특히 두드러진 열 펄스들로 이어지는 구형파 변조들에 대해 발견되는 동일한 날카로운 임펄스들을 갖지 않기 때문에, 이는 놀라운 발견이다. 그러나, 본 발명자들은 측정될 분석물, 예를 들어 글루코스가 더 작은 변조 주파수들에 의해서만 평가되는 재료(예를 들어 피부)의 더 깊은 층들에 주로 위치되는, 여기에 설명된 실시예들 중 일부에 적용되는 특정 상황들에서 이 단점이 과도하게 보상될 수 있음을 발견했다. 구형파 신호를 사용할 때, 신호의 반복 주기의 역수인 그 주요 주파수와, 구형파 신호의 푸리에 급수 분해에서 발견되는 신호에 대한 더 높은 고조파 기여들을 구별해야 한다. 이러한 더 높은 주파수 기여들은 예를 들어 여기에 설명된 글루코스 측정에 대해 관심이 없는 피부의 더 얕은 영역들에서의 흡수에 대응하는 응답 신호들을 야기한다.
따라서, 바람직한 실시예들에서, 상기 여기 복사의 상기 강도의 시간 변조는, 여기 복사의 강도의 푸리에 분해에서, 지배적 주파수 및 1차 내지 9차 고조파에 연관된 전체 강도 중에서, 적어도 95%는 지배적 주파수에 연관되고, 적어도 97%, 바람직하게는 적어도 98%는 지배적 주파수 및 제1 고조파에 연관되게끔, 상기 강도의 엔벨로프가 대략적으로 고조파이도록 선택된다. 여기서, n차 고조파는 통상의 방식으로 (n+1)·f의 주파수를 갖는 것으로 이해되며, 여기서 f는 지배적 주파수이다. 정현파 함수, 즉 완전 고조파 함수에서, 전체 강도는 지배적 주파수 f에 연관된다. 바람직한 실시예들에서, 강도의 시간 변조 함수는 정확히 고조파일 필요는 없지만, 강도의 적어도 95%가 지배적 주파수에 연관된 그라운드 모드에 있다는 점에서, 그리고 적어도 97%, 바람직하게는 적어도 98%가 그라운드 모드 및 제1 고조파 모드에 함께 있다는 점에서, 위에서 정의된 의미에서 "대략" 고조파이어야 한다.
바람직한 실시예에서, 상기 검출 디바이스는 상기 측정 본체 또는 상기 측정 본체에 포함된 컴포넌트의 적어도 일부를 통해 이동하는 검출 광 빔을 생성하기 위한 광원을 포함하고,
상기 여기 복사의 흡수 시에 상기 재료로부터 수신된 열에 대한 측정 본체의 상기 물리적 응답은 상기 측정 본체 또는 상기 컴포넌트의 굴절률의 국소적 변화이고,
상기 검출 디바이스는 상기 굴절률 변화에 기인하는 검출 빔의 위상의 변화 또는 광 경로의 변화 중 하나를 검출하고, 검출 빔의 위상 또는 광 경로의 상기 변화를 나타내는 응답 신호를 생성하도록 구성된다.
바람직한 실시예에서, 상기 측정 본체는 상기 검출 광 빔에 대해 투명하고, 상기 검출 광 빔은 상기 재료와 열 압력 전달 접촉하는 상기 측정 본체의 표면에서 전체적으로 또는 부분적으로 반사되도록 지향되고, 상기 검출 디바이스는 광검출기, 특히 각도, 특히 상기 굴절률의 국소적 변화로 인한 상기 검출 광 빔의 편향 각도를 검출할 수 있는 위치 감지 광검출기를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 상기 검출 디바이스는 검출 빔의 상기 위상 변화를 평가하고 상기 위상 변화를 나타내는 응답 신호를 생성하는 것을 허용하는 간섭계 디바이스를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 상기 측정 본체 또는 상기 측정 본체 내의 컴포넌트는 온도의 국소적 변화 또는 이에 연관된 압력 변화에 응답하여 변화하는 전기적 속성들을 갖고, 상기 검출 디바이스는 상기 전기적 속성들을 나타내는 전기 신호들을 캡처하기 위한 전극들을 포함한다.
바람직한 실시예에서, 상기 여기 복사는 레이저들, 특히 반도체 레이저들, 더 특히 각각 전용 파장을 갖는 양자 캐스케이드 레이저들의 어레이를 사용하여 생성된다. 레이저들 각각은 그 자체 변조 디바이스를 가질 수 있거나, 공통 변조 디바이스를 가질 수 있으며 공통 또는 개별 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다. 어레이의 레이저들은 여기 빔에 대한 공통 광학 경로를 사용하도록 허용하는 방식으로 광학적으로 정렬될 수 있으며, 예를 들어 공통 광 도파관을 통해 재료 내로 방사될 수 있다. 레이저 어레이는 단일 반도체 칩에 결합될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 여기 복사는 적어도 하나의 튜닝가능한 레이저, 특히 적어도 하나의 튜닝가능한 양자 캐스케이드 레이저를 사용하여 생성된다.
바람직한 실시예에서, 상기 여기 파장들의 일부 또는 전부는 5㎛ 내지 13㎛, 바람직하게는 8㎛ 내지 11㎛의 범위 내에 있다. 대안적인 실시예들에서, 상기 여기 파장들의 일부 또는 전부는 3㎛ 내지 5㎛의 범위 내에 있다. 이러한 파장 범위는 예를 들어 지방산에서 CH2 및 CH3 진동들의 흡수를 검출하는 데 유용하다.
본 발명의 추가 양태는 적어도 하나의 분석물을 포함하는 재료를 분석하는 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 상기 재료와 열 접촉 압력 전달 접촉을 하기에 적합한 접촉 표면을 갖는 측정 본체 - 상기 열 또는 압력 전달 접촉은 재료 내에서의 여기 복사의 흡수에 의해 생성된 열 또는 압력파들이 상기 측정 본체에 전달되는 것을 허가함 -, 여기 복사를 재료 내에 흡수되게끔 재료 내로 조사하도록 구성된 여기 복사 소스, 상기 여기 복사의 흡수 시에 상기 재료로부터 수신된 열 또는 압력파들에 대한 측정 본체 또는 그 안에 포함된 컴포넌트의 물리적 응답을 검출하고 상기 검출된 물리적 응답에 기초하여 응답 신호를 생성하기 위한 검출 디바이스 - 상기 응답 신호는 여기 복사의 흡수 정도를 나타냄 -, 및 제어 시스템을 포함한다.
여기서, 상기 제어 시스템은 여기 복사를 재료 내에 흡수되게끔 재료 내로 조사하도록 여기 복사 소스를 제어하고 - 상기 여기 복사의 강도는 시간-변조되고, 상기 여기 복사는 동시적 및 순차적 중 하나 또는 둘 다로 조사되는 상이한 분석물-특성-파장들의 복사를 포함함 -, 상기 물리적 응답을 검출하고 상기 여기 복사의 흡수 정도를 나타내는 응답 신호들을 생성하게끔 검출 디바이스를 제어하도록 구성된다.
더욱이, 상기 제어 시스템은 상기 분석물 측정 절차 동안, 재료와 측정 본체 사이의 상기 열 또는 압력 전달 접촉이 유지되는 동안 분석물-파장-특정 측정들의 시퀀스를 수행하게끔 장치를 제어하도록 더 구성되고, 각각의 분석물-파장-특정 측정에서, 분석물-특성-파장들의 미리 결정된 세트로부터 선택된 분석물-특성-파장을 갖는 여기 복사가 조사되고, 대응하는 응답 신호가 획득되며,
제어 시스템은 상기 분석물-파장-특정 측정들 중 적어도 일부에, 기준 파장을 갖는 여기 복사가 조사되고 대응하는 응답 신호가 획득되는 기준 측정들을 산재시키도록 더 구성되고, 상기 기준 파장은 상기 분석물-특성-파장들 중 어느 것과도 상이한 파장이고,
상기 제어 시스템은:
상기 여기 복사를 생성하기 위한 여기 복사 소스를 보정하는 단계,
상기 검출 디바이스를 보정하는 단계,
개별 기준 측정들의 결과들을 비교함으로써 측정 조건들의 변동을 인식하는 단계,
상기 분석물 측정 절차를 그것의 전체 지속시간, 주어진 분석물-특성-파장에 대한 분석물-파장-특정 측정들의 절대적 또는 상대적 지속시간 중 하나 이상에 대해 적응시키거나, 상기 분석물 측정 절차를 종료 및/또는 재시작하는 단계, 및
분석 단계에서 수행되는 분석을 적응시키는 단계
중 하나 이상을 위해, 기준 측정들에 대해 획득된 상기 응답 신호들을 사용하도록 구성된다.
관련 실시예에서, 연속적인 분석물-파장-특정 측정들의 각각의 쌍들의 적어도 25% 사이, 바람직하게는 적어도 50% 사이에서 기준 측정이 수행된다.
장치의 바람직한 실시예에서, 상기 제어 시스템은 상기 기준 측정들이 적어도 5초당 1회, 바람직하게는 적어도 초당 1회, 가장 바람직하게는 적어도 초당 10회의 평균 레이트로 수행되게끔 상기 장치를 제어하도록 구성된다.
바람직한 실시예에서, 기준 측정들에 대해 획득된 응답 신호에 기초하여 분석 단계에서 수행되는 분석을 적응시키는 상기 단계는 선행 또는 후속 기준 측정 중 하나 또는 둘 다의 결과들에 적어도 부분적으로 기초하여 분석물-파장-특정 측정들 중 적어도 일부의 결과들을 정규화하는 단계를 포함한다.
장치의 대안적인 실시예에서, 제어 시스템이 상기 분석물-파장-특정 측정들 중 적어도 일부에 기준 측정들을 산재시키도록 구성되는 것에 더하여 또는 그를 대신하여, 상기 제어 시스템은 상기 분석물 측정 절차 동안, 재료와 측정 본체 사이의 상기 열 또는 압력 전달 접촉을 유지하면서 분석물-파장-특정 측정들의 시퀀스가 수행되게끔 장치를 제어하도록 구성되고, 각각의 분석물-파장-특정 측정에서, 분석물-특성-파장들의 미리 결정된 세트로부터 선택된 분석물-특성-파장을 갖는 여기 복사가 조사되고, 대응하는 응답 신호가 획득되며,
제어 시스템은 하나 이상의 분석물-특성-파장에 연관된 응답 신호에 기초하여 품질 평가를 수행하고, 상기 품질 평가에 기초하여, 현재 분석물 측정 절차 또는 하나 이상의 장래의 분석물 측정 절차 동안 대응하는 하나 이상의 분석물-특성-파장에 할애되는 측정 시간을 조절하거나, 분석에서의 대응하는 분석물-파장-특정 측정에 연관된 상대적인 가중치를 조절하도록 더 구성된다.
관련된 실시예에서, 상기 제어 시스템은 상기 분석물 측정 절차 동안 품질 평가를 수행하고, 상기 분석물 측정 절차 동안 대응하는 하나 이상의 분석물-특성-파장에 할애되는 측정 시간을 실시간으로 조절하게끔 장치를 제어하도록 구성된다.
추가의 관련된 실시예에서, 상기 품질 평가는:
- 상기 응답 신호의 신호-대-잡음비 또는 그로부터 도출된 양, 및
- 기준 파장을 갖는 여기 복사가 조사되고 대응하는 응답 신호가 획득되는 하나 이상의 기준 측정의 결과 - 상기 기준 파장은 상기 분석물의 흡수가 낮은 파장임 -
중 하나 이상에 적어도 부분적으로 기초한다.
추가 실시예에서, 제어 시스템은 재료 상태 분석 절차를 수행하도록 구성되며, 여기서 재료의 현재 상태는:
재료가 상기 분석물-특성-파장들과 상이한 파장에서 여기 복사로 조사될 때 확립되는 하나 이상의 응답 신호,
분석물 측정 단계에서 사용된 것과 동일한 분석물-특성-파장들을 갖는 여기 복사에 대해, 그러나 분석물 측정 단계에서와 적어도 부분적으로 상이한, 상기 여기 복사의 강도 변조 주파수들에 대해 확립된 하나 이상의 응답 신호, 및
추가 센서 장비로 수행되는 재료 상태에 관련된 하나 이상의 측정
중 하나 이상에 기초하여 분석된다.
또한, 제어 시스템은 상기 재료 상태 분석 절차의 결과에 기초하여,
상기 분석물 측정 절차 동안 사용되거나 상기 분석 동안 의존되는 분석물-특성-파장들의 선택,
상기 분석물 측정 절차 동안의 분석물-특성-파장들의 사용의 절대적 시간 또는 상대적 시간 비율, 또는 분석에서 파장들에 주어지는 상대적 가중치,
상기 분석물 측정 절차 동안 동시에 사용될 분석물-특성-파장들의 선택, 및
상기 분석물 측정 절차 동안 사용될 상기 여기 복사 강도의 변조의 하나 이상의 주요 주파수의 선택
중 적어도 하나를 결정하도록 구성된다.
장치의 바람직한 실시예에서, 상기 제어 시스템은 상기 실시예들 중 어느 하나에 따른 방법을 수행하기 위한 장치를 제어하도록 구성된다.
제어 시스템은 하드웨어, 소프트웨어 또는 둘 다로 구현될 수 있다. 특히, 제어 시스템은 하나 이상의 컴퓨터, 프로세서, 마이크로컨트롤러, FPGA ASIC, 및 대응하는 하드웨어에서 실행될 때 여기에 설명된 제어 기능들을 제공하는 대응하는 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있다. 특히, 제어 시스템은 예를 들어 서로 데이터 통신하는 수 개의 제어 유닛을 포함하는 분산 시스템일 수 있으며, 그 중 일부는 장치의 하우징 내에 제공될 수 있고 다른 것들은 하우징에서 멀리 떨어져 있을 수 있지만, 또한 단일 제어 유닛에 의해 형성될 수 있다.
장치의 바람직한 실시예에서, 상기 재료는 인체 조직, 특히 인간 피부이고, 상기 분석물은 그의 간질액에 존재하는 글루코스이다.
장치의 바람직한 실시예에서, 제어 시스템은 재료 상태 분석 절차를 분석물 측정 절차와 인터리브 방식으로, 또는 분석물 측정 절차의 시작보다 5분 미만 이전에, 바람직하게는 3분 미만 이전에, 가장 바람직하게는 1분 미만 이전에 수행하도록 구성된다.
장치의 바람직한 실시예에서, 상기 재료 상태는 상기 하나 이상의 분석물과 상이하지만 상기 분석물-특성-파장들 중 적어도 하나에서 여기 복사의 상당한 흡수율을 나타내는, 상기 재료 내의 교란 물질들의 존재 및/또는 농도를 포함하고, 상기 재료 상태 분석 절차가 상기 교란 물질들의 충분히 높은 농도를 산출하는 경우, 제어 시스템은 상기 교란 물질들이 상당한 흡수율을 나타내는 상기 분석물-특성-파장들 중 적어도 하나의 사용을 회피 또는 억제하도록 구성된다.
장치의 바람직한 실시예에서, 상기 분석물 측정 절차 동안 사용될 상기 여기 복사 강도의 변조의 상기 적어도 하나의 주요 주파수는 제1 주요 변조 주파수 및 제2 주요 변조 주파수를 포함하고, 상기 제1 주요 변조 주파수는 응답 신호가 간질액 내의 여기 복사의 흡수를 적어도 부분적으로 반영하도록 충분히 낮고, 제2 주요 변조 주파수는 제1 주요 변조 주파수보다 높다.
바람직한 실시예에서, 상기 재료 상태는 피부의 수분 함량을 포함하고, 장치는 바람직하게는 상기 피부의 수분 함량을 측정하기 위한 전용 수분량 측정 디바이스를 더 포함한다. 관련된 실시예에서, 상기 재료 분석 절차에서 더 높은 수분 함량이 결정되는 경우, 제어 시스템은 분석물 측정 절차에서 우선적으로 있는 미리 결정된 분석물-특성-파장들의 세트 중에서 더 짧은 파장들을 우선적으로 사용하도록 구성된다.
장치의 바람직한 실시예에서, 상기 제어 시스템은 상기 분석물 측정 절차 동안 사용되는 상기 여기 복사 강도의 변조의 하나 이상의 주요 주파수 중 적어도 하나를, 재료 상태의 다른 모든 특성이 동일한 상태에서, 더 높은 수분 함량들에 대해 변조의 더 높은 주요 주파수들이 선택되는 방식으로, 상기 재료 분석 절차에서 결정된 수분 함량에 맞게 적응시키도록 구성된다.
장치의 바람직한 실시예에서, 상기 재료 상태는 간질액 위에 있는 각질층의 두께를 포함한다. 관련된 실시예에서, 상기 제어 시스템은 상기 각질층의 두께를 여기 복사의 동일한 파장들에 대해, 그러나 상기 여기 복사의 상이한 강도 변조 주파수들에 대해 확립된 응답 신호들에 기초하여 직접적으로 또는 간접적으로 평가하도록 구성되고, 상기 파장은 각질층과 간질액에 각각 상이한 농도들로 존재하는 물질의 흡수 대역에 일치하도록 선택된다.
바람직한 실시예에서, 상기 제어 시스템은 상기 분석물 측정 절차 동안 사용되는 상기 여기 복사 강도의 변조의 하나 이상의 주요 주파수 중 적어도 하나를, 재료 상태의 다른 모든 특성이 동일한 상태에서, 더 높은 각질층 두께들에 대해 변조의 더 낮은 주요 주파수가 선택되는 방식으로, 상기 재료 분석 절차에서 결정된 간질액 위에 있는 각질층의 두께에 맞게 적응시키도록 구성된다.
바람직하게는, 상기 장치는 전용 pH 측정 디바이스를 포함하고, 상기 재료 상태는 피부의 pH 값을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 상기 재료 분석 절차에서 결정된 pH 값이 낮은 값으로 발견되고, 상기 재료 상태의 다른 모든 특성이 동일한 경우, 제어 시스템은 젖산염 흡수 대역들과 중첩하는 분석물-특성-파장들을 pH가 높은 값으로 발견된 경우에서보다 분석물 측정 절차에서 덜 우선적으로 사용하도록 구성된다.
장치의 바람직한 실시예에서, 피부는 인간 피험자의 손가락 끝의 피부이고, 장치는 손가락 끝의 표피 융기부들의 평균 높이를 추정하도록 구성된 전용 지문 센서를 더 포함한다. 여기서, 제어 시스템은 바람직하게는 분석물 측정 절차에서 사용되는 여기 복사의 전력을, 재료 상태의 다른 모든 특성이 동일한 상태에서, 더 높은 평균 표피 융기부들에 대해 분석물 측정 절차에 사용되는 여기 복사의 전력이 증가되는 방식으로, 표피 융기부들의 평균 높이의 함수로서 적응시키도록 구성된다.
바람직한 실시예에서, 장치는 피부의 온도를 측정하기 위한 온도 센서를 더 포함할 수 있다.
장치의 바람직한 실시예에서, 제어 시스템은 상기 여기 복사의 상기 강도의 엔벨로프가 평균 강도의 50% 이상을 취하는 시간의 비율이 전체 시간의 50% 미만, 바람직하게는 46% 미만, 가장 바람직하게는 43% 미만인 점에서 엔벨로프가 비대칭이 되게끔 강도의 시간 변조를 제공하도록, 장치를 제어하도록 구성된다. 그러나, 엔벨로프가 50% 미만인 시간의 비율이 너무 낮게 선택되어서는 안 되고, 바람직하게는 적어도 20%, 더 바람직하게는 적어도 30%이다.
장치의 바람직한 실시예에서, 제어 시스템은 강도의 엔벨로프가 주기적으로 반복되는 패턴을 따르게끔 상기 여기 복사의 상기 강도의 시간 변조를 제공하도록 장치를 제어하도록 구성되고, 상기 패턴은 패턴의 강도-시간-적분의 80% 초과를 포함하는 높은 강도 시간 부분 및 강도-시간-적분의 20% 미만을 포함하는 낮은 강도 시간 부분을 포함하고, 높은 강도 및 낮은 강도 시간 부분의 지속시간들의 비율은 0.9 미만, 바람직하게는 0.8 미만, 가장 바람직하게는 0.7 미만이다. 그러나, 바람직한 실시예들에서, 이 비율은 적어도 0.4, 바람직하게는 적어도 0.5이어야 한다.
장치의 바람직한 실시예에서, 제어 시스템은 여기 복사의 강도의 푸리에 분해에서, 지배적 주파수 및 1차 내지 9차 고조파에 연관된 전체 강도 중에서, 적어도 95%는 지배적 주파수에 연관되고, 적어도 97%, 바람직하게는 적어도 98%는 지배적 주파수 및 제1 고조파에 연관되게끔, 강도의 엔벨로프가 대략적으로 고조파이도록 상기 여기 복사의 상기 강도의 시간 변조를 제공하도록, 장치를 제어하도록 구성된다.
장치의 바람직한 실시예에서, 상기 검출 디바이스는 상기 측정 본체 또는 상기 측정 본체에 포함된 컴포넌트의 적어도 일부를 통해 이동하는 검출 광 빔을 생성하기 위한 광원을 포함하고,
상기 여기 복사의 흡수 시에 상기 재료로부터 수신된 열 또는 압력파들에 대한 측정 본체의 상기 물리적 응답은 상기 측정 본체 또는 상기 컴포넌트의 굴절률의 국소적 변화이고,
상기 검출 디바이스는 검출 빔의 위상 또는 광 경로에서의 굴절률 변화에서의 상기 변화로 인한 광 경로의 변화 또는 상기 검출 빔의 위상 변화 중 하나를 검출하도록 구성된다.
관련된 실시예에서, 상기 측정 본체는 상기 검출 광 빔에 대해 투명하고, 상기 검출 광 빔은 상기 재료와 열 접촉 또는 압력 전달 접촉하는 상기 측정 본체의 표면에서 전체적으로 또는 부분적으로 반사되도록 지향되고, 상기 검출 디바이스는 광검출기, 특히 상기 굴절률의 국소적 변화로 인한 상기 검출 광 빔의 편향 각도를 검출할 수 있는 위치 감지 광검출기를 포함한다.
장치의 대안적인 실시예에서, 상기 검출 디바이스는 검출 빔의 상기 위상 변화를 평가하고 상기 위상 변화를 나타내는 응답 신호를 생성하는 것을 허용하는 간섭계 디바이스를 포함한다.
장치의 바람직한 실시예에서, 상기 측정 본체 또는 상기 측정 본체 내의 컴포넌트는 온도의 국소적 변화 또는 이에 연관된 압력 변화에 응답하여 변화하는 전기적 속성들을 갖고, 상기 검출 디바이스는 상기 전기적 속성들을 나타내는 전기 신호들을 캡처하기 위한 전극들을 포함한다.
장치의 바람직한 실시예에서, 상기 여기 복사 소스는 레이저들, 특히 각각 전용 파장을 갖는 양자 캐스케이드 레이저들의 어레이를 포함한다.
장치의 바람직한 실시예에서, 상기 여기 복사 소스는 적어도 하나의 튜닝가능한 레이저, 특히 적어도 하나의 튜닝가능한 양자 캐스케이드 레이저를 포함한다.
장치의 바람직한 실시예에서, 상기 여기 파장들의 일부 또는 전부는 5㎛ 내지 13㎛, 바람직하게는 8㎛ 내지 11㎛의 범위 내에 있다. 대안적인 실시예들에서, 상기 여기 파장들의 일부 또는 전부는 3㎛ 내지 5㎛의 범위에 있다.
바람직한 실시예들에서, 방법은 상기 재료 상태 분석 절차에 더하여 또는 그를 대신하여, 분석 단계에서 수행되는 분석물 측정 절차 및 분석 중 하나 또는 둘 다를 최적화하는 것을 허용하는 사용자 관련 입력을 수신하는 단계를 포함한다.
마찬가지로, 장치는 상기 재료 상태 분석 절차를 수행하도록 더 구성되는 것에 더하여 또는 그를 대신하여, 사용자 관련 입력을 수신하기 위한 입력 인터페이스를 포함하고, 분석 단계에서 수행되는 분석물 측정 절차 및 분석 중 하나 또는 둘 다를 최적화하기 위해 이 입력을 사용하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 사용자 관련 입력을 수신하는 단계가 상기 재료 상태 분석 절차에 더하여 제공되는 경우, 상기 재료 상태 분석 절차의 결과 및 상기 사용자 관련 입력 둘 다에 기초하여,
- 상기 분석물 측정 절차 동안 사용되거나 상기 분석 동안 의존되는 분석물-특성-파장들의 선택,
- 상기 분석물 측정 절차 동안의 분석물-특성-파장들의 사용의 절대적 시간 또는 상대적 시간 비율, 또는 분석에서 파장들에 주어지는 상대적 가중치,
- 상기 분석물 측정 절차 동안 동시에 사용될 분석물-특성-파장들의 선택, 및
- 상기 분석물 측정 절차 동안 사용될 상기 여기 복사 강도의 변조의 하나 이상의 주요 주파수의 선택
중 적어도 하나가 결정된다.
사용자 입력은 예를 들어 위에서 설명된 방식으로 글루코스 측정을 받는 사람의 특정 특성들 또는 조건들을 지정할 수 있다.
예를 들어, 사람의 특성은 다음과 같을 수 있다:
- 사람의 피부색(예를 들어, 사용자의 피부색이 밝은지 또는 어두운지),
- 체질량 지수 또는 그와 유사한 것과 같은 사람의 체중에 관련된 정보,
- 사람이 만성 질환을 앓고 있는지 여부, 만약 그렇다면 어떤 질병을 앓고 있는지, 특히 사람이 당뇨병을 앓고 있는지,
- 사람의 나이,
- 사람의 직업,
- 전형적인 스포츠 또는 신체 운동을 포함한 취미,
- 사람이 일반적으로 고혈압 또는 저혈압을 갖는지.
이러한 특성들 모두는 분석물 측정 절차가 수행되는 최적의 방식 및/또는 분석이 수행되는 최적의 방식에 영향을 미칠 수 있다.
특성에 더하여 또는 대안적으로, 사용자 관련 입력은 또한 사용자의 조건에 관련된 정보를 포함할 수 있다. 사람의 조건에 대한 예들은 다음과 같을 수 있다:
- 사람이 현재 땀을 흘리고 있는지,
- 사람이 감기 및/또는 열이 있는지,
- 사람이 추워하고 있는지,
- 사람이 최근에 물이나 다른 음료를 마셨는지,
- 사람이 현재 다이어트 중인지,
- 사람이 스트레스를 받거나 시간 압박을 받고 있는지.
사용자 관련 "특성들"과 "조건들"의 한 가지 차이점은, 조건들이 더 자주 변화할 수 있고 따라서 사용자 관련 조건들의 입력이 더 자주, 예를 들어 측정이 수행될 때마다, 또는 예를 들어 동일한 날 동안과 같이 동일한 기간 동안 수행되는 모든 측정에 대해 적어도 한 번 더 요청될 수 있다는 것이다. 이에 대조적으로, 특성들은 덜 자주 입력될 필요가 있다.
바람직한 실시예들에서, 입력에 의해 수신된 사용자 관련 특성들 또는 조건들에 기초하여, 분석물 측정 절차를 수행하기 위한 프로토콜이 생성되거나 다수의 미리 결정된 프로토콜로부터 선택될 수 있다.
사용자의 특성들/조건들에 기초하여 선택되거나 생성된 상이한 프로토콜들은 다음 중 하나 이상과 관련하여 상이할 수 있다:
- 분석물 측정 절차 동안 사용되거나 분석 동안 의존되는 분석물-특성-파장들의 선택,
- 상기 분석물 측정 절차 동안의 분석물-특성-파장들의 사용의 절대적 시간 또는 상대적 시간 비율, 개별 여기 복사 강도, 또는 분석에서 파장들에 주어지는 상대적 가중치,
- 그러한 분석물 측정 절차 동안 동시에 사용될 분석물-특성-파장들의 선택, 및
- 상기 분석물 측정 절차 동안 사용될 상기 여기 복사 강도의 변조의 하나 이상의 주요 주파수 및 상기 여기 복사 강도의 선택.
일부 실시예들에서, 분석물 측정 절차를 수행하는 다수의 미리 결정된 프로토콜이 있으며, 이러한 프로토콜들은 주어진 특성들 및/또는 조건들에 대해 특히 잘 작동하도록 이전에 경험적으로 결정되었을 수 있다. 이러한 미리 결정된 프로토콜들은 위에서 설명된 재료 상태 분석 절차를 대신하여 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 이러한 프로토콜들은 시작점으로서 사용될 수 있고, 다음으로, 위에서 설명된 재료 상태 분석 절차의 결과들에 기초하여 정제될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 앞에서 언급된 바와 같이, 입력에 의해 수신된 사용자 관련 특성들 및/또는 조건들은 또한 분석 단계에서 수행되는 분석을 적응시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 분석은 앞에서 언급된 응답 신호들을 글루코스 농도의 추정치로 해석하는 하나 이상의 알고리즘을 포함할 수 있다. 본 발명자들은 이러한 알고리즘들이 앞에서 언급된 특성들 및/또는 조건들에 맞게 구체적으로 적응되거나 그것들을 고려한다면 이러한 알고리즘들의 정확도가 증가될 수 있음을 알아차렸다.
따라서, 바람직한 실시예에서, 상기 분석 단계는 하나 이상의 알고리즘을 사용하여 수행되며, 상기 하나 이상의 알고리즘은 상기 사용자 관련 특성들 및/또는 조건들에 따라 선택되거나 적응된다.
예를 들어, 분석 단계는 선택할 다양한 기계 학습 기반 알고리즘들을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 앞에서 언급된 특성들 또는 조건들의 일부 또는 전부의 특정 선택들에 연관된 데이터에 대해 훈련되어 있다. 다음으로, 사용자 관련 특성들/조건들의 입력에 기초하여, 이러한 알고리즘들 중 적절한 것이 분석 단계에서의 사용을 위해 선택될 수 있고, 따라서 이러한 유형들의 특성들 및 조건들에 대해 기록된 응답 신호들에 기초하여 특히 정확한 추정들을 수행할 수 있다. 여기서, 이러한 알고리즘들 중 "적절한 것"(또는 가장 적절한 것)은 훈련 데이터가 사용자 관련 특성들 및/또는 조건들에 근접한(또는 가장 근접한) 알고리즘일 수 있다.
다른 실시예들에서, 분석에 사용되는 알고리즘들은 하나 이상의 조절가능한 파라미터를 포함할 수 있고, 상기 방법은 앞에서 언급된 특성들 및/또는 조건들에 기초하여 상기 하나 이상의 조절가능한 파라미터를 조절하는 단계를 포함한다.
장치와 관련하여, 장치의 앞에서 언급된 제어 시스템은 상기 사용자 관련 특성들 및/또는 조건들의 입력에 의존하는, 위에서 요약된 방법들 각각을 수행하도록 구성될 수 있다.
특히, 상기 제어 시스템은 상기 분석 단계를 수행하도록 구성될 수 있고, 사용자 관련 특성들 및/또는 조건들에 기초하여 이 분석 단계를 적응시키도록 더 구성될 수 있다.
바람직하게는, 제어 시스템은 선택할 다양한 기계 학습 기반 알고리즘을 저장한 메모리를 포함하며, 이들 각각은 앞에서 언급된 특성들 또는 조건들의 일부 또는 전부의 특정 선택에 연관된 데이터에 대해 훈련되어 있다. 다음으로, 제어 시스템은 사용자 관련 특성들/조건들의 입력에 기초하여, 분석 단계에서의 사용을 위해 이러한 알고리즘들 중 적절한 것을 선택하도록 더 구성될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 제어 시스템은 분석에 사용하기 위한 하나 이상의 알고리즘을 저장한 메모리를 포함하고, 상기 하나 이상의 알고리즘은 하나 이상의 조절가능한 파라미터를 포함하고, 상기 제어 시스템은 앞에서 언급된 특성들/조건들에 기초하여, 상기 하나 이상의 조절가능한 파라미터를 조절하도록 더 구성된다.
바람직한 실시예들에서, 사용자 관련 입력은 사용자 입력에 의해 수신된다. 장치는 사용자의 특성들 또는 조건에 관한 이러한 정보를 입력하기 위한 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다.
바람직한 실시예들에서, 사용자 인터페이스는 장치에 연관된 터치 디스플레이 디바이스에 의해 제공된다.
위에서 설명된 실시예들 각각에서, 여기 복사가 재료(피부) 내로 조사될 영역에서 재료(특히 피부)의 이미지들을 기록하기 위해 카메라가 제공될 수 있다. 바람직한 실시예들에서, 카메라는 적외선 이미지들을 기록하기 위한 적외선 카메라이다. 이러한 이미지들은 여러 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 카메라 이미지를 사용하여 장치가 재료, 특히 피부에 대해 적절하게 위치되었는지가 결정될 수 있다.
바람직한 실시예들에서, 방법은 이미지 내에서 여기 복사 빔이 재료 내로 조사될 위치를 식별하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 피부의 분석을 구체적으로 참조하면, 방법은 피부에 대한 장치의 주어진 위치에 대해, 여기 복사가 적절한 위치에서 피부 내로 조사될 것인지를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 적절한 위치는 예를 들어 피부가 비교적 매끄러운 위치일 것이다. "적절한 위치"에 대한 추가 기준은 주름의 부재, 체모의 부재, 흉터의 부재, 또는 점의 부재이다.
이는 측정을 위해 손가락 끝 이외의 장소들, 특히 손목 아래쪽 피부가 사용되는 방법의 바람직한 실시예들에서 특히 중요하다. 여기 광원에 대해, 또는 적어도 그에 의해 생성된 여기 광 빔의 광 경로에 대해 알려진 카메라의 상대적 위치에 기초하여, 여기 복사가 피부에 들어가는 위치는 이미지 내에서 정확하게 식별될 수 있다. 측정을 위해 손가락 끝이 사용되는 경우, 여기 복사가 피부 내로 방사되기에 적절한 위치는 표피 융기부에 있을 수 있고, 여기서 광학적 결합은 두 개의 인접한 표피 융기부들 사이의 홈에서보다 더 좋은 것으로 밝혀졌다.
피부에 대한 장치의 현재 위치에 대해, 여기 복사가 적절한 위치에서 피부 내로 방사될 것인지를 결정하는 것은 상기 기준들 중 하나 이상에 대해 이미지의 관련 부분을 분석하기 위한 대응하는 알고리즘을 사용하여 이루어질 수 있다. 위치가 (하나 이상의 미리 결정된 기준에 대해) 적절하지 않다고 결정되는 경우, 사용자는 피부에 대해 장치를 새롭게 위치시키도록 출력 인터페이스를 통해 프롬프트될 수 있다. 이것은 적절한 위치가 확립될 때까지 반복될 수 있다. 바람직한 실시예들에서, 출력 인터페이스는 디스플레이, 특히 터치 디스플레이일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 출력 인터페이스는 음향 출력 디바이스를 포함할 수 있다.
바람직한 실시예들에서, 방법은 추가적으로 또는 대안적으로 분석물 측정 절차 동안 장치(그리고, 특히 측정 본체)가 재료(피부)에 대해 이동되는지를 모니터링하기 위해 재료(특히 피부)의 카메라 이미지들을 사용하는 단계를 포함한다. 이러한 움직임의 부재는 여기서 "위치 안정성"이라고 지칭된다. 위치 안정성은 예를 들어 재료(피부)의 연속적으로 기록된 이미지들을 비교함으로써 평가될 수 있고, 여기서 연속 이미지들 사이의 편차들은 재료(피부)에 대한 측정 본체의 상대적인 이동을 나타내는 반면, 그러한 편차들의 결핍은 위치 안정성을 나타낸다.
바람직한 실시예들에서, 여기 복사의 적절한 위치 및/또는 위치 안정성 또는 상대적인 이동에 대한 정보는 위에서 설명된 "품질 평가"에서와 유사한 방식으로 활용될 수 있고/있거나 그것과 결합될 수 있다. 위에서 설명된 품질 평가는 카메라 이미지들이 아닌 응답 신호들에 기초한 것임에 주목해야 한다. 그러나, 이러한 품질 평가는 또한 여기 복사 위치의 적합성 및/또는 위치 안정성에 관한 정보를 추가로 포함할 수 있다.
특히, 검출된 위치 안정성에 기초하여, 현재 분석물 측정 절차 동안 하나 이상의 분석물-특성-파장에 할애되는 측정 시간이 조절될 수 있거나, 분석에서 대응하는 분석물-파장-특정 측정에 연관된 상대적 가중치가 조절될 수 있다. 예를 들어, 주어진 분석물-특성 파장의 측정 동안 위치 변화가 발생한 것으로 결정되는 경우, 상대적인 이동 동안의 신뢰가능한 측정 데이터의 손실을 보상하기 위해, 이러한 파장에 할애되는 측정 시간이 증가될 수 있다. 대안적으로, 대응하는 측정의 예상되는 부정확성을 처리하기 위해, 분석에서 대응하는 분석물-파장-특정 측정에 연관된 상대적 가중치가 감소될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 모니터링된 위치 안정성에 기초하여, 측정이 종료되고 새로 시작될 수 있다. 예를 들어, 유용한 측정 데이터가 아직 많이 축적되지 않은 측정 시작 직후에 위치 변화가 발생한 경우, 전체 측정을 폐기하고 새로 시작하는 것이 더 나을 수 있다. 재료(피부)에 대한 장치의 상대적 움직임이 여기 복사의 위치가 더 이상 적합하지 않은 상황을 초래했다고 결정되는 경우, 유사한 상황이 발생할 수 있다. 이 경우, 방법은 측정을 종료하고, 사용자에게 장치를 재위치시키고 새로 시작하도록 프롬프트하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 사용자의 인식을 증가시키고 분석물 측정 절차의 다음 시도에서 위치 안정성을 보장하기 위해, 측정 본체와 피부 사이의 상대적인 이동으로 인해 측정이 종료되면, 사용자에게 통지된다. 바람직한 실시예들에서, 이러한 정보는 디스플레이만을 통한 출력과 비교할 때 사용자의 즉각적인 주의를 사로잡는 음향 신호를 통해 전달된다.
바람직한 실시예들에서, 제어 시스템은 여기 복사를 조사하기 위한 적절한 위치들을 식별하는 방법 및 재료(피부)에 대한 장치의 이동을 모니터링하는 방법에 관련된, 설명된 실시예들의 일부 또는 전부를 수행하도록 구성된다. 특히, 제어 시스템은 다음 중 하나 이상을 위해 구성될 수 있다:
- 여기 복사가 재료(피부) 내로 조사될 영역에서 재료(특히 피부)의 이미지를 기록하도록 상기 카메라를 제어하는 것,
- 이미지 내에서 여기 복사 빔이 재료 내로 조사될 위치를 식별하는 것,
- 특히 제어 시스템에 연관된 메모리에 저장된 알고리즘을 사용하여, 특히 주름의 부재, 체모의 부재, 흉터의 부재, 또는 점의 부재와 같은 기준에 기초하여, 피부에 대한 장치의 주어진 위치에 대해, 여기 복사가 적절한 위치에서 피부 내로 조사될 것인지를 결정하는 것,
- 제어 시스템이 (하나 이상의 미리 결정된 기준에 대해) 위치가 적합하지 않다고 결정한 경우, 특히 터치 디스플레이와 같은 디스플레이에 의해, 및/또는 음향 출력 디바이스에 의해, 사용자에게 출력 인터페이스를 통해 피부에 대해 장치를 새롭게 위치시키도록 프롬프트하는 것,
- 분석물 측정 절차 동안 장치(그리고, 특히 측정 본체)가 재료(피부)에 대해 이동되는지를 특히 이하에 의해 모니터링하는 것
- 재료(피부)의 연속적으로 기록된 이미지들을 비교하는 것,
- 검출된 위치 안정성에 기초하여, 현재 분석물 측정 절차 동안 하나 이상의 분석물-특성-파장에 할애되는 측정 시간, 또는 분석에서 대응하는 분석물-파장-특정 측정에 연관된 상대적 가중치를 조절하고/거나, 모니터링된 위치 안정성에 기초하여 측정을 종료하고 측정을 새로 시작하도록 제어하는 것,
- 측정 본체와 피부 사이의 상대적인 이동으로 인해 측정이 종료되면 사용자에게 알리는 것.
바람직한 실시예들에서, 측정 본체는 카메라의 이미징 파장에 대해 투명하고, 카메라는 예컨대 측정 본체를 통해 이미지들을 기록하도록 배열된다.
카메라 이미지들은 또한 지문들뿐만 아니라 손목 아래쪽과 같은 평평한 피부 영역들에 있는 피부의 패턴들과 같은 피부 패턴들을 식별하기 위해 또한 이용될 수 있다. 이러한 이미지들은 저장될 수 있으며, 사용자 측정을 위해 이전에 선택된 것과 동일한 위치가 사용되어 측정 결과들의 비교를 허용할 것을 보장하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 추가 양태는 적어도 하나의 분석물을 포함하는 재료를 분석하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은:
분석물 측정 절차를 포함하고, 여기서:
- 재료는 측정 본체와 열 접촉 또는 압력 전달 접촉을 하고, 상기 열 또는 압력 전달 접촉은 재료 내에서의 여기 복사의 흡수에 의해 생성된 열 또는 압력파들이 상기 측정 본체에 전달되는 것을 허가하고,
- 여기 복사는 재료 내로 조사되어 그 안에 흡수되고, 상기 여기 복사의 강도는 시간-변조되고, 상기 여기 복사는 동시적 및 순차적 중 하나 또는 둘 다로 조사되는 상이한 분석물-특성-파장들의 복사를 포함하고,
- 상기 여기 복사의 흡수 시에 상기 재료로부터 수신된 열 또는 압력파들에 대한 측정 본체 또는 그 안에 포함된 컴포넌트의 물리적 응답은 상기 검출된 물리적 응답에 기초하여 응답 신호를 생성하는 검출 디바이스를 사용하여 검출되고, 상기 응답 신호는 여기 복사의 흡수 정도를 나타내고,
방법은 분석 단계를 더 포함하며, 상기 분석은 상기 응답 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 수행되고,
상기 분석물 측정 절차 동안, 재료와 측정 본체 사이의 상기 열 또는 압력 전달 접촉을 유지하면서 분석물-파장-특정 측정들의 시퀀스가 수행되며, 각각의 분석물-파장-특정 측정에서, 분석물-특성-파장들의 미리 결정된 세트로부터 선택된 분석물-특성-파장을 갖는 여기 복사가 조사되고, 대응하는 응답 신호가 획득되며,
상기 분석물 측정 절차 이전에 또는 동안에, 여기 복사가 재료 내로 조사될 영역에서 상기 재료의 하나 이상의 이미지가 기록되고, 상기 방법은:
- 상기 하나 이상의 이미지에 기초하여, 재료에 대한 측정 본체의 주어진 위치에 대해 여기 복사가 분석물 측정 절차를 수행하기 위한 적절한 위치에서 재료 내로 조사될지를 결정하는 단계, 및
- 분석물 측정 절차 동안 측정 본체가 재료에 대해 이동되는지를 모니터링하기 위해 재료의 카메라 이미지들을 사용하는 단계
중 하나 또는 둘 다를 포함한다.
상기 방법의 바람직한 실시예들에서, 상기 재료는 인체 조직, 특히 인간 피부이고, 상기 분석물은 그의 간질액에 존재하는 글루코스이다.
방법의 바람직한 실시예에서, 피부는 사람의 손목 아래쪽의 피부에 의해 형성된다. 바람직한 실시예에서, 상기 적절한 위치는 피부가 매끈한 것, 주름이 없거나 거의 없는 것, 체모가 없거나 거의 없는 것, 흉터가 없는 것, 또는 점이 없는 것 중 하나 이상인 위치이다.
방법의 바람직한 실시예에서, 상기 피부는 손가락 끝의 피부에 의해 형성되고, 상기 적절한 위치는 표피 융기부에서의 위치이다.
방법의 바람직한 실시예에서, 위치가 (예를 들어, 하나 이상의 미리 결정된 기준에 대해) 적절하지 않다고 결정되는 경우, 사용자는 피부에 대해 측정 본체를 새롭게 위치시키도록 출력 인터페이스를 통해 프롬프트된다. 여기서, 출력 인터페이스는 디스플레이, 특히 터치 디스플레이일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 출력 인터페이스는 음향 출력 디바이스를 포함할 수 있다.
방법의 바람직한 실시예들에서, 분석물 측정 절차 동안 측정 본체가 재료, 특히 피부에 대해 이동되는지를 모니터링하기 위해 재료(피부)의 카메라 이미지들을 사용하는 상기 단계는 재료(피부)의 연속적으로 기록된 이미지들을 비교하는 단계를 포함한다. 여기서, 연속 이미지들 사이의 편차들은 재료(피부)에 대한 측정 본체의 상대적인 이동을 나타내는 반면, 그러한 편차들의 결핍은 위치 안정성을 나타낸다.
방법의 바람직한 실시예들에서, 검출된 위치 안정성에 기초하여, 현재 분석물 측정 절차 동안 하나 이상의 분석물-특성-파장에 할애되는 측정 시간이 조절되거나, 분석에서 대응하는 분석물-파장-특정 측정에 연관된 상대적 가중치가 조절된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 모니터링된 위치 안정성에 기초하여, 측정이 종료되고 새로 시작될 수 있다.
방법의 바람직한 실시예들에서, 사용자의 인식을 증가시키고 분석물 측정 절차의 다음 시도에서 위치 안정성을 보장하기 위해, 측정 본체와 피부 사이의 상대적인 이동으로 인해 측정이 종료되면, 사용자에게 통지된다. 바람직한 실시예들에서, 이러한 정보는 디스플레이만을 통한 출력과 비교할 때 사용자의 즉각적인 주의를 사로잡는 음향 신호를 통해 전달된다.
본 발명의 추가 양태는 또한 적어도 하나의 분석물을 포함하는 재료를 분석하기 위한 장치에 관한 것이며, 상기 장치는:
- 상기 재료와 열 접촉 또는 압력 전달 접촉을 하기에 적합한 접촉 표면을 갖는 측정 본체 - 상기 열 또는 압력 전달 접촉은 재료 내에서의 여기 복사의 흡수에 의해 생성된 열 또는 압력파들이 상기 측정 본체에 전달되는 것을 허가함 -,
- 여기 복사를 재료 내에 흡수되게끔 재료 내로 조사하도록 구성된 여기 복사 소스,
- 상기 여기 복사의 흡수 시에 상기 재료로부터 수신된 열 또는 압력파들에 대한 측정 본체 또는 그 안에 포함된 컴포넌트의 물리적 응답을 검출하고 상기 검출된 물리적 응답에 기초하여 응답 신호를 생성하기 위한 검출 디바이스 - 상기 응답 신호는 여기 복사의 흡수 정도를 나타냄 -,
- 카메라, 및
- 제어 시스템
을 포함하고, 상기 제어 시스템은:
- 여기 복사를 재료(12) 내에 흡수되게끔 재료 내로 조사하도록 여기 복사 소스(26)를 제어하고 - 상기 여기 복사의 강도는 시간-변조되고, 상기 여기 복사는 동시적 및 순차적 중 하나 또는 둘 다로 조사되는 상이한 분석물-특성-파장들의 복사를 포함함 -,
- 상기 물리적 응답을 검출하고 상기 여기 복사(18)의 흡수 정도를 나타내는 응답 신호들을 생성하게끔 검출 디바이스를 제어하도록
구성되고,
상기 제어 시스템은 상기 분석물 측정 절차(78) 동안, 재료(12)와 측정 본체(16) 사이의 상기 열 또는 압력 전달 접촉을 유지하면서 분석물-파장-특정 측정들의 시퀀스가 수행되게끔 장치를 제어하도록 구성되고, 각각의 분석물-파장-특정 측정에서, 분석물-특성-파장들의 미리 결정된 세트로부터 선택된 분석물-특성-파장을 갖는 여기 복사(18)가 조사되고, 대응하는 응답 신호가 획득되며,
상기 제어 시스템은 상기 분석물 측정 절차 이전에 또는 동안에, 여기 복사가 재료 내로 조사될 영역에서 상기 재료의 하나 이상의 이미지를 기록하게끔 상기 카메라를 제어하도록 더 구성되고,
- 상기 하나 이상의 이미지에 기초하여, 재료에 대한 측정 본체의 주어진 위치에 대해 여기 복사가 분석물 측정 절차를 수행하기 위한 적절한 위치에서 재료 내로 조사될지를 결정하는 단계, 및
- 분석물 측정 절차 동안 측정 본체가 재료에 대해 이동되는지를 모니터링하기 위해 재료의 카메라 이미지들을 사용하는 단계
중 하나 또는 둘 다를 수행하도록 더 구성된다.
바람직한 실시예들에서, 상기 추가 양태에 따른 장치의 제어 시스템은 여기 복사를 조사하기 위한 적절한 위치들을 식별하는 방법 및 재료(피부)에 대한 장치의 이동을 모니터링하는 방법에 관련된, 설명된 실시예들의 일부 또는 전부를 수행하도록 구성된다. 특히, 제어 시스템은 다음 중 하나 이상을 위해 구성될 수 있다:
- 여기 복사가 재료(피부) 내로 조사될 영역에서 재료(특히 피부)의 이미지를 기록하도록 상기 카메라를 제어하는 것,
- 이미지 내에서 여기 복사 빔이 재료 내로 조사될 위치를 식별하는 것,
- 특히 제어 시스템에 연관된 메모리에 저장된 알고리즘을 사용하여, 특히 주름의 부재, 체모의 부재, 흉터의 부재, 또는 점의 부재와 같은 기준에 기초하여, 피부에 대한 장치의 주어진 위치에 대해, 여기 복사가 적절한 위치에서 피부 내로 조사될 것인지를 결정하는 것,
- 제어 시스템이 (하나 이상의 미리 결정된 기준에 대해) 위치가 적합하지 않다고 결정한 경우, 특히 터치 디스플레이와 같은 디스플레이에 의해, 및/또는 음향 출력 디바이스에 의해, 사용자에게 출력 인터페이스를 통해 피부에 대해 장치를 새롭게 위치시키도록 프롬프트하는 것,
- 분석물 측정 절차 동안 장치(그리고, 특히 측정 본체)가 재료(피부)에 대해 이동되는지를 특히 이하에 의해 모니터링하는 것
- 재료(피부)의 연속적으로 기록된 이미지들을 비교하는 것,
- 검출된 위치 안정성, 현재 분석물 측정 절차 동안 하나 이상의 분석물-특성-파장에 할애되는 측정 시간, 또는 분석에서 대응하는 분석물-파장-특정 측정에 연관된 상대적 가중치를 조절하는 것, 및/또는 모니터링된 위치 안정성에 기초하여 측정을 종료하고 측정을 새로 시작하도록 제어하는 것, 및/또는 측정 본체와 피부 사이의 상대적인 이동으로 인해 측정이 종료되면 사용자에게 알리는 것.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 기초가 되는 측정 원리의 개략도이다.
도 2는 물 배경이 제거된, 수중 글루코스의 흡수 스펙트럼을 보여준다.
도 3은 검출 광 빔의 편향에 기초한 응답 신호들에 의존하는 본 발명의 실시예들을 수행하기에 적합한 장치의 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 3에 보여진 유형의 장치로 획득된 Clarke의 오류 그리드 분석의 결과들을 보여준다.
도 5는 분석에 종속되는 재료에 의해 수신된 열 또는 압력파에 대한 압전 응답에 기초한 응답 신호들에 의존하는 본 발명의 실시예들을 수행하기에 적합한 장치의 개략도이다.
도 6은 검출 광 빔에서 간섭적으로 검출된 위상 변화들에 기초한 응답 신호들에 의존하는 본 발명의 실시예들을 수행하기에 적합한 장치의 개략도이다.
도 7a 및 도 7b는 분석물 측정 절차, 재료 상태 분석 절차 및 기준 측정을 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 8은 도 7a 및 도 7b의 재료 상태 분석 절차에 연관된 세부 단계들을 도시하는 흐름도이다.
도 9는 도 7a 및 도 7b의 분석물 측정 절차에 연관된 세부 단계들을 도시하는 흐름도이다.
도 10은 도 7a 및 도 7b의 기준 측정에 연관된 세부 단계들을 도시하는 흐름도이다.
도 11은 분석물 및 낮은 농도를 갖는 교란 물질의 흡수 스펙트럼들뿐만 아니라, 대응하여 선택된 여기 복사 파장들의 개략도이다.
도 12는 도 11의 분석물 및 교란 물질의 흡수 스펙트럼의 개략도이지만, 교란 물질의 농도가 높은 경우의 흡수 스펙트럼들뿐만 아니라, 대응하여 선택된 여기 복사 파장을 갖는다.
도 13은 두 개의 상이한 파장에 대한 수분 흡수로 인한 침투 깊이에 따른 여기 복사 강도의 지수적 감쇠를 보여준다.
도 14는 분석물 및 교란 물질들의 흡수 스펙트럼들뿐만 아니라, 결합된 흡수 스펙트럼의 개략도이다.
도 15는 동일한 길이의 온-구간들 및 오프-구간들을 갖는 구형파에 의해 형성된 여기 복사 변조 함수의 개략도이다.
도 16은 오프-구간들보다 짧은 온-구간들을 갖는 구형파에 의해 형성된 다른 여기 복사 변조 함수의 개략도이다.
도 17은 사인 함수에 근사하는 엔벨로프를 갖는 또 다른 여기 복사 변조 함수의 개략도이다.
도 18은 웨어러블 디바이스의 개략도이다.
도 19는 사람의 손목 아래쪽에 착용되는 장치의 개략적인 단면도이다.
도 20은 도 19의 장치로 피부를 촬영한 이미지이다.
도 2는 물 배경이 제거된, 수중 글루코스의 흡수 스펙트럼을 보여준다.
도 3은 검출 광 빔의 편향에 기초한 응답 신호들에 의존하는 본 발명의 실시예들을 수행하기에 적합한 장치의 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 3에 보여진 유형의 장치로 획득된 Clarke의 오류 그리드 분석의 결과들을 보여준다.
도 5는 분석에 종속되는 재료에 의해 수신된 열 또는 압력파에 대한 압전 응답에 기초한 응답 신호들에 의존하는 본 발명의 실시예들을 수행하기에 적합한 장치의 개략도이다.
도 6은 검출 광 빔에서 간섭적으로 검출된 위상 변화들에 기초한 응답 신호들에 의존하는 본 발명의 실시예들을 수행하기에 적합한 장치의 개략도이다.
도 7a 및 도 7b는 분석물 측정 절차, 재료 상태 분석 절차 및 기준 측정을 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 8은 도 7a 및 도 7b의 재료 상태 분석 절차에 연관된 세부 단계들을 도시하는 흐름도이다.
도 9는 도 7a 및 도 7b의 분석물 측정 절차에 연관된 세부 단계들을 도시하는 흐름도이다.
도 10은 도 7a 및 도 7b의 기준 측정에 연관된 세부 단계들을 도시하는 흐름도이다.
도 11은 분석물 및 낮은 농도를 갖는 교란 물질의 흡수 스펙트럼들뿐만 아니라, 대응하여 선택된 여기 복사 파장들의 개략도이다.
도 12는 도 11의 분석물 및 교란 물질의 흡수 스펙트럼의 개략도이지만, 교란 물질의 농도가 높은 경우의 흡수 스펙트럼들뿐만 아니라, 대응하여 선택된 여기 복사 파장을 갖는다.
도 13은 두 개의 상이한 파장에 대한 수분 흡수로 인한 침투 깊이에 따른 여기 복사 강도의 지수적 감쇠를 보여준다.
도 14는 분석물 및 교란 물질들의 흡수 스펙트럼들뿐만 아니라, 결합된 흡수 스펙트럼의 개략도이다.
도 15는 동일한 길이의 온-구간들 및 오프-구간들을 갖는 구형파에 의해 형성된 여기 복사 변조 함수의 개략도이다.
도 16은 오프-구간들보다 짧은 온-구간들을 갖는 구형파에 의해 형성된 다른 여기 복사 변조 함수의 개략도이다.
도 17은 사인 함수에 근사하는 엔벨로프를 갖는 또 다른 여기 복사 변조 함수의 개략도이다.
도 18은 웨어러블 디바이스의 개략도이다.
도 19는 사람의 손목 아래쪽에 착용되는 장치의 개략적인 단면도이다.
도 20은 도 19의 장치로 피부를 촬영한 이미지이다.
전술한 일반적인 설명과 이하의 설명 둘 다는 예시적이고 설명을 위한 것일 뿐이며, 여기서 설명되는 방법들 및 디바이스들을 제한하지 않는다는 것을 이해해야 한다. 본 출원에서, 단수의 사용은 특별히 달리 언급하지 않는 한 복수를 포함할 수 있다. 또한, "또는"의 사용은 적용가능한 경우 또는 달리 언급되지 않는 한 "및/또는"을 의미한다. 본 기술분야의 통상의 기술자들은 이하의 설명이 단지 예시적인 것이며 어떤 식으로든 제한하도록 의도되지 않음을 인식할 것이다. 다른 실시예들은 본 개시내용의 혜택을 받는 통상의 기술자들에게 쉽게 시사될 것이다. 이제, 첨부 도면들에 도시된 바와 같은 예시적인 실시예들의 다양한 구현들이 상세하게 참조될 것이다. 동일한 참조 부호들은 동일하거나 유사한 항목들을 지칭하기 위해 도면들 및 이하의 설명 전체에 걸쳐 가능한 범위 내에서 사용될 것이다.
도 1은 위에서 요약되고 이하에 더 상세하게 설명되는 분석물 측정 절차의 기초가 되는 측정 원리의 개략도이다. 본 발명의 방법 및 장치는 적어도 하나의 분석물을 포함하는 다양한 재료들을 분석하는 데 적합하지만, 이하의 설명은 재료가 환자의 피부이고 분석물이 피부의 간질액 내의 글루코스인 특정 실시예들에 초점을 맞출 것이다. 글루코스 측정을 특정하게 참조하여 아래에 제공되는 모든 세부사항들 및 설명들은 이하에서의 명시적 언급 없이도, 적용가능한 경우, 다른 재료들 및 분석물들에 관련하여서도 고려된다는 것을 이해해야 한다.
도 1의 도시에서, 사용자의 손가락 끝(12)은 측정 본체(16)의 접촉 표면(14)과 열 접촉하게 된다. 도시되지 않은 대안적인 구현예에서, 손가락 끝은 압력파들이 측정 본체에 전달되는 것을 허용하는 액체 또는 기체로 채워진 빈 공간을 포함할 수 있는 음향 셀을 통해 측정 본체에 음향학적으로 결합될 수 있다. 여기 빔(18)은 공기 또는 도파관(도시되지 않음)을 통해 측정 본체(16)에 조사된 후, 측정 본체(16)를 통해 손가락 끝(12)의 피부 내로 조사된다. 피부 내의, 특히 피부의 간질액 내의 글루코스 농도를 결정하기 위해, 여기 복사(18)의 다양한 파장이 흡수 측정을 위해 차례로 또는 적어도 부분적으로 동시에 선택되어, 측정된 흡수 값들로부터 글루코스의 농도가 결정될 수 있다. 도 2에서, 수중 글루코스의 상이한 농도들에 대한 흡수 스펙트럼들이 보여지고, 여기서 물에 의한 흡수의 기여는 감산된다. 여기서 알 수 있는 바와 같이, 글루코스 분자는 각각 10.07㎛ 내지 8.32㎛ 범위의 파장들에 대응하는 993㎝-1 내지 1202㎝-1 범위의 파수에서 중간 적외선 영역 내의 수 개의 특성적인 흡수 피크를 갖는다. 인접한 흡수 피크들 사이에는 국소 흡수 최소들이 나타나며, 이는 도 2에서 파수 없이 수직 화살표들로 표시되다. 도 2로부터 분명한 바와 같이, 특히 흡수 피크들에서의 흡수 차이 및 국소 흡수 최소들은 글루코스 농도에 특징적이다. 따라서, 글루코스 농도를 결정할 수 있기 위해서는, 흡수 피크들의 일부 또는 전부에서, 및 국소 흡수 최소들의 일부 또는 전부에서, 그리고 잠재적으로는 최대들과 최소들 사이의 소정의 지점에서도 흡수를 측정하는 것이 바람직하다. 이러한 파장들은 여기서 "분석물(글루코스)-특성-파장들"이라고 지칭된다. 그러나, 스펙트럼의 관련 부분에서, 1140㎝-1에서의 최저 국소 최소에서의 흡수율은 여전히 1035㎝-1에서의 최고 피크에서의 흡수율의 18%라는 점에 주목해야 한다. 따라서, 이러한 파장들 중 임의의 것에서의 흡수는 글루코스의 농도에 현저하게 의존할 것이며, 따라서 이러한 파장들은 글루코스에 대해 특징적인 것, 즉 "글루코스-특성-파장들"이다. 이와 대조적으로, 약 1180㎝-1에서, 흡수율은 실질적으로 제로이므로, 국소 최소가 아니라 전역적이며, 이 파장은 분명히 글루코스의 특성이 아니다. 정확히 흡수 피크들 또는 국소 흡수 최소들에 있는 파장들이 글루코스-특성 파장들에 대해 바람직한 선택들이긴 하지만, 피크들/국소 최소들에 가깝지만 이들로부터 개별적으로 정의된 거리에 있는 파장들도 사용될 수 있다. 따라서, 여기서 이해되는 바와 같이, "분석물-특성-파장들"은 또한 가장 가까운 흡수 피크 또는 가장 가까운 국소 흡수 최소에 대한 흡수 차이가 가장 가까운 흡수 피크와 가장 가까운 국소 흡수 최소 사이의 흡수 차이의 30% 미만, 바람직하게는 20% 미만인 파장이다.
여기 빔(18)의 강도는 특정 주파수 f로 시간 변조되고, 그에 의해 여기 복사, 이 경우 여기 광은, 높은 강도와 낮거나 심지어 사라지는 강도의 교대 구간들을 갖는다. 변조를 임의의 특정 파형으로 제한할 것을 원하지 않고서, 높은 강도 구간들은 이하에서 "여기 광 펄스들"이라고 지칭된다. 여기 광 펄스들 동안, 글루코스-특성-파장을 갖는 여기 광이 흡수되어, 복사 에너지가 열로 변환될 것이다. 글루코스 분자들은 대략 10-12초 내에 여기 상태로부터 해제되기 때문에, 대응하는 열 펄스 및/또는 압력파의 생성은 모든 실제적인 목적을 위해 순간적으로 발생하는 것으로 간주될 수 있다.
따라서, 여기 광 펄스들과 함께, 흡수 부위에서 국소적 열 펄스들이 생성되어, 공간 및 시간의 함수로서 변하고 열파라고 지칭될 수 있는 온도 필드로 이어진다. 위에서 설명된 바와 같이, 열"파"라는 용어는 다소 오해의 소지가 있는데, 왜냐하면 재료를 통한 열의 이동은 파동 방정식이 아니라 확산 방정식에 의해 대신 좌우되기 때문이다. 그러나, "열 파동"의 개념은 적어도, 열 펄스들이 피부 내에서부터 측정 본체(16)의 표면(14)으로 그리고 측정 본체(16) 내로 전파되는 정도에 있어서는 파동 전파에서 사용되는 것과 유사하게 정확하다. 그러한 열 펄스에 의해 야기되는 열 구배(20)가 도 1에 개략적으로 도시되어 있다.
도 12의 피부로부터 측정 본체(16)에 의해 수신된 열은, 물리적 응답에 기초하여 응답 신호를 생성하도록 만들어진 다양한 가능한 검출 디바이스들 중 하나로 검출될 수 있는 물리적 응답을 야기하며, 여기서 이러한 응답 신호는 여기 광의 흡수 정도를 나타낸다. 물리적 응답을 검출하고 적절한 응답 신호들을 생성하는 다양한 방식들은 아래에서 설명될 것이다.
그러나, 물리적 응답을 검출하는 정확한 방법에 관계없이, 측정 본체(16)로 이동하는 열 펄스들에 의해 흡수가 검출될 수 있는 피부 표면 아래의 최대 깊이는 다음과 같이 정의되는 피부의 열 확산 길이 
에 의한 양호한 근사로 제한되는 것이 발견되었음에 유의해야 하며:
이는 재료의 밀도 
, 비열용량 
및 열전도율 
뿐만 아니라, 여기 광의 변조 주파수 f에 의존한다. 즉, 변조 주파수 f를 선택함으로써, 여기 광의 임의의 흡수가 측정 본체(16)에서 수신된 열 펄스들에 반영되는 최대 깊이가 정의될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 도시된 실시예에서, 피부로부터 수신된 흡수 열에 대한 물리적 응답은 열 구배(20)가 일시적으로 형성되는 측정 본체(16)의 표면(14)에 가까운 영역에서의 굴절률의 변화이다. 굴절률의 이러한 국소적 변화는 검출 광 빔(22)에 의해 검출될 수 있는 열 렌즈로 간주될 수 있는 것을 형성한다. 검출 빔(22)은 열 렌즈 또는 열 구배 영역을 통과한 다음, 측정 본체(16)와 도 12의 피부의 계면에서 반사된다. 피부로부터 열 펄스가 수신될 때마다 굴절률의 국소적 변화가 발생하고, 이는 열 렌즈의 영역에서 측정 본체의 재료와의 상호작용에 의해 검출 빔(22)의 편향을 초래한다. 도 1에서, 참조 부호(22b)는 편향되지 않은 검출 빔(22)에 대응하는 반면, 참조 부호(22a)는 열 구배 영역(20)에 형성된 열 렌즈로 인해 편향될 때의 검출 빔에 대응한다. 이러한 편향은 측정될 수 있고, 앞에서 언급된 응답 신호의 예를 형성한다. 편향의 정도는 수신된 열의 양을 나타내며, 따라서 손가락(12)의 피부에서의 여기 광(18)의 흡수 정도를 나타낸다.
도 3은 도 1을 참조하여 설명된 측정 원리에 의존하는 장치(10)의 보다 상세한 단면도를 도시한다. 장치(10)는 손가락(12)이 놓이는 최상부 표면(접촉 표면)(14)을 갖는 측정 본체(16)를 포함하는 하우징(24)을 포함한다. 하우징(24) 내에는 여기 광 빔(18)을 생성하는 여기 광원(26)이 제공된다. 도시된 실시예에서, 여기 광원(26)은 각각 전용 파장을 갖는 양자 캐스케이드 레이저들의 어레이를 포함한다. 예를 들어, 양자 캐스케이드 레이저들의 어레이는 도 2에 도시된 흡수 피크들 및 국소 최소들에 대응하는 파장들(즉, 글루코스-특성-파장들)은 물론, 기준 측정들을 위해, 또는 글루코스 측정을 교란할 수 있는 다른 물질들, 예를 들어 젖산염 또는 알부민을 검출하기 위해 사용될 수 있는 다른 파장들을 갖는 개별 양자 캐스케이드 레이저 요소들을 포함할 수 있다.
장치(10)는 검출 빔(22)을 방출하기 위한 광원(28), 예를 들어 레이저는 물론, 검출 빔(22)의 편향을 검출하는 것을 허용하는 위치 감지 검출기(30)를 더 포함한다. 이 경우 측정 본체(16)는 여기 광 빔(18) 및 검출 광 빔(22) 둘 다에 대해 투명하다. 추가로, 광학 매체(16)의 접촉 표면(14)의 이미지들을 촬영하는 것을 허용하는 카메라(32) 또는 다른 이미징 디바이스가 제공되어 접촉 표면(14) 상에 놓이는 손가락(12)의 지문을 기록한다. 이 지문은 예컨대 사용자의 지문을 통해 사용자를 식별하기 위해 제어 유닛(34)에 의해 프로세싱될 수 있다. 제어 유닛(34)은 또한 여기 광 및 검출 광 각각에 대한 광원들(26 및 28)은 물론, 센서(30)를 제어하는 역할을 한다. 제어 유닛(34)은 또한 데이터를 교환하기 위해 외부 데이터 프로세싱 디바이스(36)와 무선 연결된다. 예를 들어, 무선 연결을 통해, 지문을 통해 식별되는 사용자에 대해 제어 유닛(34)에 의해 사용자-특정 보정 데이터가 검색될 수 있다. 제어 유닛(34) 및 외부 데이터 프로세싱 디바이스(36)는 위에서 언급된 "제어 시스템"의 예를 함께 형성한다. 제어 시스템은 하나 이상의 프로세서, 마이크로컨트롤러, 컴퓨터, ASIC, FPGA 또는 그와 유사한 것에 의해 구성될 수 있다. 제어 시스템은 도 3에 나타난 바와 같이 서로 데이터 통신하는 다양한 컴포넌트들로 분산될 수 있거나, 여기에 설명된 모든 제어 기능을 위해 만들어진 제어 유닛(34)과 같은 단일 제어 유닛에 의해 형성될 수 있다. 제어 시스템은 일반적으로 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이 둘의 조합으로 구현될 수 있다.
도 3에서 추가로 볼 수 있는 바와 같이, 여기 및 검출 광원(26 및 28)은 물론, 위치 감지 검출기(30)는 모두 공통 캐리어 구조물(38)에 부착된다. 이는 이러한 컴포넌트들이 장치(10)를 조립할 때 개별적으로 조절되거나 보정될 필요가 없도록 이 구조물(38) 상에 정밀하게 사전 조립될 수 있음을 의미한다.
추가로, 장치(10)는 피부의 수분 함량을 측정하는 것을 허용하는 수분량 측정 디바이스(40)를 포함한다. 피부 상층의 수분 함량을 측정하기 위한 수분량 측정 디바이스들은 그 자체로 본 기술분야에 공지되어 있으며 여기서 상세하게 설명될 필요가 없다. 예를 들어, 공지된 수분량 측정 디바이스들은 임피던스, 특히 AC 전압이 인가되는 두 개의 인터디지털 전극(interdigital electrode)을 사용하여 피부의 용량성 임피던스를 측정한다. 도 3의 수분량 측정 디바이스(40)는 손가락 끝(12)이 측정 본체(16)의 접촉 표면(14)에 놓일 때 손가락 끝(12)과 접촉한다. 수분량 측정 디바이스(40)는 위에서 언급된 "추가 센서 장비", 즉 분석물 흡수를 측정하기 위한 측정 장치와 그 자체로는 관련이 없는 센서의 예이다.
장치는 또한 피부의 pH 값을 측정하기 위한 pH-센서(42)를 포함한다. 피부의 것을 포함하여 표면들 상의 pH 값을 측정하기 위한 pH 센서들은 그 자체로 종래 기술로부터 알려져 있으며, 여기에서 상세히 설명될 필요는 없다. 피부의 pH 값을 측정하기 위한 pH 센서들은 의료적 목적뿐만 아니라 미용 목적으로도 상업적으로 이용가능하다.
도 4는 도 3에 도시된 유형의 장치로 획득된 Clarke의 오차 그리드 분석의 결과들을 나타내며, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 측정 절차들을 통해, 실제로 매우 신뢰가능한 혈당 농도들이 순전히 비침습적 방식으로 측정될 수 있음을 보여준다. 도 4에 도시된 데이터는 W0 2017/09782 A1으로부터 가져온 것이며, 아직 본 발명의 개선점들을 반영하지 않은 것이다. 본 발명은 방법의 신뢰성을 훨씬 더욱 개선시키고, 그에 필요한 측정 시간들을 감소시키는 것을 허용한다.
도 5는 도 1 및 도 3의 것과 같지만 활용되는 물리적 응답 및 대응하는 응답 신호들이 생성되는 방식이 상이한, 재료(12)로부터 측정 본체(16)에 의해 수신된 흡수 열 펄스들을 수반하는 동일한 일반 원리에 의존하는 장치(10)를 개략적으로 도시한다. 이러한 장치(10) 및 그것의 다수의 변형은 본 명세서에 참조로 포함된 WO 2019/11059782에 상세히 설명되어 있으므로 여기서는 상세한 설명이 생략될 수 있다. 앞에서와 같이, 장치는 손가락(12)의 피부와 접촉하거나 결합되는 표면(14)을 갖는 측정 본체(16)를 포함한다. 또한, 피부(12)의 표면 아래의 영역(44) 내로 조사되어 거기에서 흡수되는 변조된 강도를 갖는 여기 광 빔(18)을 위한 소스(26)가 제공된다. 이 실시예에서, 여기 광 빔(18)은 측정 본체(16)를 통한 파선들로 표시된 보어(46)를 통과하고, 따라서 측정 본체(16) 자체가 이를 위해 투명할 필요는 없다.
제어 유닛(48)은 여기 광 빔(18)의 강도를 변조하기 위해 제공된다. 이것은 일반적으로 기계적 초퍼, 또는 전자적으로 제어될 수 있는 투과율 또는 반사율을 갖는 요소를 포함하는 다양한 방식들로 행해질 수 있다. 그러나, 바람직한 실시예들에서, 강도는 여기 광원(26)의 온/오프 시간들은 물론, 그 온-타임 동안의 동작 전류를 변조함으로써 변조된다.
화살표들(50)에 의해 상징적으로 표현된 피부(12)의 영역(44)에서 강도 변조된 여기 빔(18)의 시변 흡수에 의해 야기되는 열파는 측정 본체(16)로 들어가고, 여기서 그것은 압전 속성들을 갖는 검출 영역(52)에서 검출될 수 있다. 수신된 열(50) 또는 압력파들에 연관된 압력 변화들은 전극들(6a 내지 6d)로 기록될 수 있는 전기 신호들로 이어지며, 그러한 전극들은 전도성 리드들(54)을 통해, 마이크로컨트롤러 또는 프로세서 또는 컴퓨터와 같은 디지털 프로세싱 디바이스일 수 있는 재료(손가락의 피부(12))를 분석하기 위한 평가 디바이스(56)와 연결된다. 이 경우, 압력의 변화는 여기 복사의 흡수 시에 재료(12)로부터 수신된 열에 대한 측정 본체(16) 또는 그 안에 포함된 다른 컴포넌트의 물리적 응답과 유사하고, 그것은 측정 본체(16) 및 전극들(6a 내지 6d)의 압전 속성들을 사용하여 검출되고, 여기 복사(18)의 흡수 정도를 나타내는 응답 신호를 표현하는 전기 신호들로 이어진다.
본 출원인에 의해 제안된 대안적 변형에서, 예를 들어 여기에 참조로 포함된 국제 출원 PCT/EP2019/064356에 개시된 바와 같이, 검출 디바이스는 검출 빔의 제2 부분에 대한 검출 빔의 제1 부분의 상기 위상 변화를 평가하는 것을 허용하는 간섭 디바이스를 포함할 수 있고, 여기서 측정 암을 통과하는 검출 빔의 부분들 중 하나만이 측정 본체의 열 또는 압력파의 효과들에 의해 영향을 받고, 상기 위상 변화를 나타내는 응답 신호를 생성한다. 이 경우, 상기 여기 복사(18)의 흡수 시에 상기 재료(12)로부터 수신된 열에 대한 측정 본체(16)(또는 그 안에 포함된 컴포넌트)의 물리적 응답은 다시 굴절률의 국소적 변화인 반면, 이 경우에서 응답 신호는 굴절률의 국소적 변화로 인한 검출 빔의 위상 변화를 반영하는 간섭계 신호이다. 이것은 도 6에 개략적으로 도시되어 있으며, 여기서 재료(예를 들어, 도 6에 도시되지 않은 손가락)와 접촉하게 되는 측정 본체(16)가 도시되어 있다. 이 경우, 측정 본체(16)는 간섭 디바이스(60)를 형성하는 도광 구조물(58)이 제공되는 실리콘 기판일 수 있다. 간섭 디바이스(60)는 측정 암(60a) 및 기준 암(60b)을 갖는 마하젠더 간섭계를 형성한다. 검출 광원(28)에 의해 생성된 검출 광(22)은 도광 구조물(58)에 공급되고, 스플리터(60c)에 의해 측정 암(60a)을 따라 이동하는 검출 빔의 부분 또는 일부, 및 기준 암(60b)을 따라 이동하는 부분 또는 일부로 분할되며, 다음으로, 이러한 부분들은 결합기(60d)에 의해 결합된다. 측정 본체(16)는 기준 암(60a)이 여기 광의 흡수 시에 피부로부터 수신된 열에 노출되지만, 기준 암(60b)에는 노출되지 않거나 적어도 훨씬 적은 정도로 노출되도록 사용되거나 배열된다. 수신된 열로 인해, 측정 암(60a)의 굴절률이 변할 것이고, 이는 결국 측정 암(60a)을 따라 이동하는 검출 광(22)의 위상 시프트로 이어진다. 기준 암(60b)을 따라 이동하는 광은 수신된 열에 의해 영향을 받지 않기 때문에, 결합기(60d)에 의해 결합된 광의 두 부분의 상대적 위상에 변화가 있을 것이며, 이는 검출기(62)를 사용하여 검출될 수 있는 간섭 패턴으로 이어진다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 적어도 하나의 분석물을 포함하는 재료를 분석하는 방법이 설명된다. 이 실시예에서, 분석물은 글루코스이고, 재료는 사람의 손가락 피부이다.
방법은 사용자가 도 1, 도 3, 도 5, 또는 도 6 중 어느 하나에 도시된 유형의 측정 본체(16)의 접촉 표면(14)에 자신의 손가락(12)을 올려놓는 단계(70)에서 시작한다.
단계(72)에서, 사용자는 자신의 지문을 통해 식별된다. 이를 위해, 도 3에서 참조 부호(32)로 도시된 바와 같은 카메라, 또는 다른 이미징 디바이스가 사용될 수 있다. 사용자가 식별되고 나면, 사용자-특정 정보가 결국 분석을 수행하는 제어 유닛에 로드된다. 이러한 제어 유닛은 예를 들어 휴대용 디바이스(10)의 일부인 도 3에 도시된 내부 제어 유닛(34), 또는 도 3에서 참조 부호(36)로 도시된 외부 데이터 프로세싱 디바이스에 의해 형성될 수 있다. 사용자-특정 정보는 글루코스의 정확한 측정을 가능하게 하는 특정 데이터를 포함할 수 있으며, 예를 들어 사용자를 위해 이전에 확립된 보정 파라미터들을 포함할 수 있다.
이러한 사용자 특정 정보에 더하여, 후속 단계(76)에서 재료 상태 분석 절차가 수행된다. 상기 발명의 요약에서 설명된 바와 같이, 재료 상태 분석 절차는 "재료", 즉 이 경우 피부의 현재 상태를 결정하는 것을 허용한다.
재료 상태 분석 절차(76)의 단계들은 도 8을 참조하여 보다 상세히 설명된다. 재료 상태 분석 절차의 일부로서, 단계(90)에서, 예를 들어 도 3에 도시된 pH-센서(42)를 사용하여 피부의 pH 값이 측정된다.
다음 단계(92)에서, 사용자의 손가락(12)의 표피 융기부들의 평균 높이는 장치(도시되지 않음)와 또한 통합되는 전용 센서를 사용하여 결정된다. "표피 융기부들의 평균 높이"는 현재 상황, 즉 손가락(12)이 측정 본체(16)의 접촉 표면(14)에 놓일 때의 평균 높이에 대응한다. 이와 같이, 이러한 평균 높이는 표피뿐만 아니라 인가되는 현재 접촉 압력에도 의존한다. 특히, 표피 융기부들의 평균 높이는 여기 광 빔(18)이 피부에 들어가는 영역에 적용될 수 있는데, 이는 이것이 양호한 광학 결합이 필요한 영역이기 때문이다.
다음 단계(94)에서, 피부의 수분 함량이 측정된다. 다시, 도시된 실시예에서, 이는 도 3에서 참조 부호(40)로 도시된 전용 수분량 측정 센서를 사용하여 행해진다. 수분량 측정 센서(40)는 도 3의 장치(10) 내에 배열되며, 따라서 그것은 손가락이 측정 본체(16)의 접촉 표면(14) 상에 놓일 때 손가락(12)과 접촉한다. 본 실시예의 수분량 측정 센서(40)는 AC 전압이 대응하는 전극들, 특히 인터디지털 전극들에 인가될 때, AC 임피던스에 기초하여 피부의 상층의 수분 함량을 측정한다.
다음 단계(96)에서, 피부에 "교란 물질들"이 있는지가 확인된다. 여기서 이해되는 바와 같이, "교란 물질들"은 하나 이상의 분석물, 즉 이 경우 글루코스와는 상이하지만, 분석물을 측정하기 위해 사용될 미리 결정된 분석물-특성-파장들의 세트 중 적어도 하나에서 여기 복사의 상당한 흡수율을 나타내는 물질들이다. 글루코스 측정의 경우에서 이러한 교란 물질의 중요한 예는, 피부에서 다양한 농도들로 발견될 수 있고 글루코스 분자의 흡수 대역들과 부분적으로 중첩되는 흡수 대역들을 갖는 젖산염이다. 글루코스 농도를 적절하게 결정하기 위해서는, 피부 내의 젖산염의 현재 농도가 글루코스 측정에 영향을 미칠 수 있는지, 및 그렇다면 어느 정도까지 영향을 미칠 수 있는지를 결정하는 것이 중요하다.
젖산염 농도는 사람마다 변할 뿐만 아니라, 각각의 개인에 대해서도 일별로 또는 심지어 시간별로 변하는 파라미터임을 강조한다. 따라서, 젖산염 농도는 단계(74)에서 검색되는 임의의 미리 저장된 사용자 특정 정보로 처리될 수 있는 무의미한 것(nothing)이다.
다음 단계(98)에서, 각질층의 두께가 결정된다. 각질층은 피부의 최상층이고, 측정될 글루코스를 포함하는 간질액을 함유하지 않는다. 그러나, 여기 광의 상당한 부분이 각질층에서 흡수되는 것은 피할 수 없으며, 각각의 응답 신호의 상당한 기여가 각질층 내의 흡수를 반영하는 것도 피할 수 없다. 대신에, 응답 신호는 항상 피부의 표면으로부터 위에서 설명된 바와 같은 열 확산 길이에 의해 정의되는 깊이까지의 깊이 범위에서 여기 광의 흡수를 처리할 것이며, 따라서 일반적으로 각질층을 포함한다. 그러나, 각질층의 두께를 아는 것이 중요한데, 왜냐하면 이는 각질층을 충분히 넘어서 확장되는 흡수 측정의 최대 깊이 범위는 물론, 도 9를 참조하여 보다 상세히 설명되는 바와 같이 주로 간질액에서의 흡수를 반영하는 보상된 신호를 생성하기 위해 나중에 사용될 수 있는 각질층의 흡수만을 측정하기 위한 적절한 깊이 범위 둘 다를 적절하게 선택하는 것을 허용할 것이기 때문이다.
각질층의 두께는 여기 복사의 동일한 파장들에 대해, 그러나 상기 여기 복사의 상이한 강도 변조 주파수들에 대해 확립된 응답 신호들에 기초하여 직접적으로 또는 간접적으로 평가될 수 있고, 여기서 여기 파장은 예컨대 각질층과 간질액에 각각 상이한 농도들로 존재하는 물질의 흡수 대역에 일치하도록 선택된다. 실제로, 글루코스 자체는 간질액에서 더 높은 농도로 발견되고 각질층에서 더 낮은 농도로 발견되기 때문에, 글루코스의 흡수 피크에 대응하며 변화하는 변조 주파수들을 갖고 따라서 변화하는 깊이 범위들을 갖는 여기 파장으로 일련의 측정들을 수행할 때 각질층의 두께가 평가될 수 있다. 간질액에 도달하는 깊이 범위에서, 이것은 그 안에 포함된 글루코스 분자들에 의한 증가된 흡수에 의해 뚜렷하게 될 것이다.
단계들(90 내지 100)에서 얻어진 정보에 기초하여, 단계(102)에서, 분석물 측정 절차에서 사용될 글루코스-특성-파장들의 세트는 모든 이용가능한 글루코스-특성 파장들의 완전한 세트의 서브세트로서 선택될 수 있다. 즉, 설명된 실시예에 따른 장치(10)는 원칙적으로 사용될 수 있는 글루코스-특성-파장들의 미리 정의된 세트를 제공하지만, 실제 분석물 측정 절차에서는 그 가장 적합한 서브세트만이 적용될 것이다. 예를 들어, 도 3에 도시된 여기 광원(26)은 양자 캐스케이드 레이저들의 어레이일 수 있으며, 그러한 레이저들은 여기 광 파장들의 미리 정의된 세트가 어레이 내의 양자 캐스케이드 레이저들의 파장들의 세트에 대응하도록 전용 여기 파장을 각각 갖는다. 다른 실시예들에서, 여기 광원(26)은 원칙적으로 파장들의 연속체를 제공할 수 있는 파장-튜닝가능한 양자 캐스케이드 레이저일 수 있지만, 이 경우에도 전형적으로 분석물 측정 절차에서 사용될 미리 결정된 분석물-특성-파장들의 미리 정의된 세트가 존재할 것이고, 이로부터 단계(102)에서 적합한 서브세트가 선택된다.
예를 들어, 단계(96)에서 교란 물질의 고농도가 드러나는지 여부에 의존하여, 도 11 및 도 12를 참조하여 설명되는 바와 같이 미리 정의된 글루코스-특성-파장들 중에서 선택이 이루어질 수 있다. 도 11은 두 개의 개략적인 흡수 스펙트럼, 즉 분석물의 흡수 스펙트럼(140)은 물론, 교란 물질의 흡수 스펙트럼(142)을 도시한다. 도 12는 동일한 스펙트럼들을 나타내지만, 이 경우 교란 물질의 농도가 더 높아서 그것의 흡수 스펙트럼(142)이 확대된다는 점이 다르다. 교란 물질의 농도를 추정하기 위해, 단계(96)에서, 교란 물질의 흡수 스펙트럼(142)의 우측 피크에 대응하는 파장에서 흡수 측정이 수행되고, 여기서 파장 위치는 원 기호 "O"으로 표시된다. 교란 물질 스펙트럼의 이 피크는 분석물의 임의의 상당한 흡수와 중첩되지 않기 때문에, 이는 교란 물질의 농도를 평가하는 데 적합한 파장이다. 도 11 및 도 12에서 볼 수 있는 바와 같이, 교란 물질은 좌측에 추가 피크를 갖지만, 이것은 분석물 스펙트럼(140)의 좌측 피크와 적어도 부분적으로 중첩된다. 단계(96)에서 수행된 교란 물질 스펙트럼(142)의 우측 피크에서의 측정은 도 11의 예시의 경우에서와 같이 농도가 비교적 낮다는 것을 드러내며, 이는 분석물 스펙트럼(140)의 좌측 피크에서 흡수 측정을 크게 방해하지 않을 것이며, 따라서 이러한 좌측 분석물 스펙트럼 피크는 분석물 측정 절차에서 사용될 적합한 분석물-특성-파장이다. 따라서, 분석물 측정 절차에서 사용될 3개의 적합한 예시적인 파장, 즉 두 개의 피크에 대응하는 파장들과 그들 사이의 국소 최소에 대응하는 파장이 도 11에 x 기호들로 표시되어 있다.
그러나, 단계(96)의 측정에서 교란 물질의 농도가 높은 것으로 드러나는 경우, 도 12에 개략적으로 도시된 바와 같이, 분석물 스펙트럼(140)의 좌측 피크에 대응하는 분석물-특성-파장은 더 이상 좋은 선택이 아닐 것인데, 왜냐하면 교란 물질에 의한 상당한 흡수와 중첩되기 때문이다. 대신에, 도 12에 나타난 바와 같이, 이 경우 분석물 스펙트럼의 우측(주요) 피크에 가까운 두 개의 분석물-특정-파장을 사용하고, 앞에서와 같이 추가 하나를 국소 최소에 할애함으로써, 분석물의 우측 흡수 피크의 더 정밀한 측정을 획득하도록 허용하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 유형의 선택은 단계(102)에서 이루어진다.
도 14는 재료가 도 14에 도시된 흡수 스펙트럼 내에서 하나의 분석물(실선), 및 긴 점선과 짧은 점선에 의해 표현되는 두 개의 교란 물질을 포함하는 더 복잡한 상황을 보여준다. 전체 흡수 스펙트럼은 수직선들에 의해 표현된다. 분석물 흡수 스펙트럼은 두 개의 피크를 갖지만, 그 중 좌측의 피크는 교란 물질 1과 중첩되고 우측의 피크는 교란 물질 2와 중첩되는 것을 볼 수 있다.
분석물의 농도를 결정하기 위해, 간단한 절차는 측정 단계들을 표현하는 대응하는 번호 1 내지 6과 함께 수직 화살표들에 의해 표시된 전체 스펙트럼의 6개 피크 전부는 물론, 도 14에 도시된 스펙트럼에서 감산되지만 실제 측정에서는 물론 존재하고, 대응하는 화살표에 의해 표시된 파장에서 제7 측정에 의해 결정되는 배경을 측정하는 것이다. 다음으로, 세 가지 스펙트럼의 일반적인 모양을 알면, 일곱가지 측정으로부터 상대적인 높이들이 계산될 수 있으므로, 분석물의 농도가 결정될 수 있다. 그러나, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상이한 여기 파장들을 갖는 측정들이 동시에 수행될 것이며, 이는 4가지 측정만이 수행되어야 함을 의미한다. 이러한 4가지 측정은 도 14에서 원 안에 배치된 번호 1 내지 4에 의해 표시된다.
즉, 제1 측정에서 간단한 절차의 측정 1 및 5에 대응하는 제1 교란 물질의 두 개의 흡수 주파수를 동시에 조사하면서 흡수 측정이 수행될 것이다. 다음으로, 제2 측정에서, 표준 절차의 측정 2 및 6에 대응하는 제2 교란 물질의 두 개의 격리된 여기 피크가 단일 단계에서 두 개의 대응하는 여기 광 주파수로 재료를 동시에 조사함으로써 측정될 것이다. 이러한 측정들은 교란 물질들에 관련되기 때문에, 도 8의 흐름도의 단계(96)에서 수행될 것이다. 다음으로, 분석물 측정 절차 동안, 제3 측정으로서, 통상적인 절차에서 측정 3 및 4에 대응하는 파장들이 동시에 조사되는 흡수 측정이 수행될 수 있다. 제3 측정에서 사용되는 이러한 파장들은 분석물-특정-파장들, 즉 분석물의 흡수 최대에 상응하거나 적어도 근접한 파장들이다. 추가로, 배경은 제4 측정으로서 측정될 것이다.
따라서, 글루코스-특성-파장들의 세트를 선택하는 단계(102)는 또한 예컨대 위에서 설명된 제3 측정(표준 절차에 따른 제3 및 제4 측정)에 대응하는 파장들과 같은 분석물-특성-파장들 둘 다의 동시 흡수를 나타내는 응답 신호를 획득하기 위해 동시에 조사될 특정 글루코스-특성-파장들을 선택하는 것을 포함할 수 있음을 알 수 있다. 잠재적으로, 동시에 조사되는 두 개의 상이한 파장을 갖는 두 개의 여기 복사 빔은 각각의 측정 신호들을 분리하는 위치에 있기 위해 상이한 변조 주파수들로 변조될 수 있다. 분석물 및 두 가지 교란 물질의 개별 스펙트럼들의 일반적인 모양을 알면, 두 개의 흡수 피크의 합을 나타내는 신호들로부터도 분석물의 상대적인 높이들, 그리고 결국 농도가 결정될 수 있다. 두 개 이상의 여기 파장을 동시에 사용할 때, 측정 시간당 더 많은 정보가 획득될 수 있고, 그에 의해 분석물 측정 절차의 효율성을 높일 수 있다. 더욱이, 재료 상태 분석 절차의 단계(96)의 "교란 물질 확인" 동안 수행된 측정 1 및 2의 결과들은, 단계(102)에서, 이러한 두 가지 교란 물질과의 중첩이 지나치게 크고, 분석물 스펙트럼의 두 개의 흡수 피크(도 14에 도시된 표준 절차에 따른 제3 및 제4 측정)에 연관된 분석물-특성-파장들이 선택되지 않고, 다른 분석물-특성-파장들(도 14에 도시되지 않음)이 대신 선택되는 것으로 결정되게 하는 것이다.
단계들(90 내지 100)의 측정들에서 획득된 정보에 기초하여 단계(102)에서 글루코스-특성-파장들의 세트가 선택될 수 있는 방법에 대한 추가 예가 도 13을 참조하여 설명된다. 도 13은 피부에 침투할 때 증가하는 깊이에 따른 여기 광의 전형적인 지수적 감쇠를 보여준다. 따라서, 침투 깊이 d의 함수로서의 강도 I(d)는 
로서 주어지며, 여기서 
는 파장 의존적인 흡수 계수이다. 실제로, 흡수의 상당 부분은 피부 내의 수분에 기인한다. 본 발명의 목적을 위해 가장 유용한 글루코스의 흡수 피크들을 포함하는 파장 영역, 즉 대략 8㎛ 내지 11㎛ 사이의 영역에서, 물의 흡수 계수 
는 더 긴 파장들에서보다 더 짧은 파장들에 대해 더 낮다는 것을 발견하였다. 설명을 위해 비례에 맞게 도시되지 않고 과장되어 있지만, 도 13의 상측 곡선은 가능한 분석물-특성-파장들 중에서 더 짧은 파장에 대응할 것인 한편, 도 13의 하측 곡선은 따라서 더 긴 파장에 대응할 것이다. 따라서, 단계(94)에서, 피부의 높은 수분 함량이 발견되면, 이는 수분 흡수가 심각하고, 간질액이 존재하는 피부의 더 깊은 영역들에서 충분한 강도의 여기 광을 획득하기 어렵다는 것을 나타낼 것이다. 위에서 설명된 바와 같이, 큰 흡수 계수들 
의 문제는 관심 깊이 범위에서 여기 광의 강도가 낮고 따라서 응답 신호들에 대한 이 깊이 범위에서 흡수의 기여도가 작다는 것뿐이 아닌데, 이는 원칙적으로 더 긴 측정 시간들과 적절한 데이터 프로세싱에 의해 극복될 수 있는 문제로 보일 것이다. 대신에, 위에서 주어진 이유들로 인해, 파장 의존적 흡수 계수 
의 역수인 광학적 흡수 길이 
가 열 확산 길이 
아래로 떨어질 때 근본적인 문제가 있다. 따라서, 단계(94)에서 결정된 높은 수분 함량에 대해, 더 낮은 흡수 계수 
, 그리고 따라서 더 긴 광학적 흡수 길이 
로부터 이익을 얻기 위해, 단계(102)의 선택에서 더 짧은 글루코스-특성-파장들이 선호된다.
재료 상태 분석 절차(76)의 추가 단계(104)에서, 선택된 글루코스-특성-파장들에 대한 절대적 또는 상대적 측정 시간이 결정된다. 즉, 단계(102)의 경우에서와 같이, 미리 정의된 글루코스-특성-파장들 중 어느 것이 사용되고 어느 것이 분석물 측정 절차에서 생략될 것인지 단순히 선택하는 대신에, 단계(104)에서, 상대적 측정 시간들 또는 절대적 측정 시간들이 선택된 글루코스-특성-파장들에 할당될 수 있고, 그에 의해 -단계들(90 내지 100)의 결과들에 기초하여- 측정 정확도가 최대화될 것으로 예상되는 방식으로, 소중한 측정 시간이 선택된 파장들에 할애된다.
마지막으로, 단계(106)에서, 선택된 글루코스-특성-파장들에 대한 여기 광 변조 주파수들이 결정된다. 위에서 설명된 바와 같이, 여기 광의 강도 변조의 주파수는 열 확산 길이 
를 결정하고, 따라서 측정에 의해 커버되는 깊이 범위를 결정한다. 예를 들어, 단계(98)에서의 각질층 두께의 결정이 큰 각질층 두께를 나타내는 경우, 이것은 더 긴 열 확산 길이들을 허용하기 위해 더 낮은 변조 주파수들을 요구할 것이다. 단계(106)에서, 변조 주파수들의 선택은 재료 상태의 다른 모든 특성이 동일한 상태에서, 더 높은 각질층 두께들을 위해 변조의 더 낮은 주요 주파수가 선택되는 방식으로 수행된다.
예를 들어, 위에서 설명된 바와 같이, 단계(104)는 각질층 두께의 미리 결정된 임계값(또는 동일한 것을 나타내는 다른 파라미터)에 의존할 수 있고, 변조 주파수는 각질층 두께가 임계값보다 낮은지(이 경우, 더 높은 변조 주파수가 선택됨) 또는 임계값보다 높은지(이 경우, 더 낮은 변조 주파수가 선택됨)에 기초하여 조절될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 여러 각질층 두께 범위들 및 연관된 변조 주파수들이 있을 수 있으며, 여기서 더 큰 각질층 두께들에 대한 변조 주파수들은 더 작은 각질층 두께들에 대한 것보다 낮거나, 변조 주파수는 결정된 각질층 두께의 함수로서 변조 주파수들을 정의하는 연속 함수에 기초하여 결정될 수 있다. 재료 상태의 다른 모든 특성이 동일한 상태에서, 더 높은 각질층 두께들에 대해 변조의 더 낮은 주요 주파수가 선택되는 것이 보장되는 한, 결정된 각질층 두께의 함수로서 변조 주파수를 결정하는 임의의 방식이 사용될 수 있다.
단계(106)에서, 일부 또는 각각의 선택된 글루코스-특성-파장에 대해, 일반적으로 적어도 두 개의 여기 광 변조 주파수, 즉 간질액을 포함하는 상당한 부분들을 커버하도록 의도된 제1(더 낮은) 변조 주파수는 물론, 간질액이 없거나 거의 없는 피부의 더 높은 층들, 특히 각질층에서의 흡수를 보상하기 위해 응답 신호들을 측정하도록 의도된 제2(더 높은) 변조 주파수가 결정된다는 점에 주목한다. 일부 실시예들에서, 적어도 제2 변조 주파수는 각질층의 결정된 두께에 따라 단계(106)에서 결정된다.
더욱이, 일부 실시예들에서, 단계(106)에서의 여기 광 변조 주파수들의 선택 또는 결정은 또한 단계(94)에서 결정된 수분 함량에 의존한다. 높은 수분 함량이 결정되고, 따라서 짧은 광학 흡수 길이 
가 예상되어야 하는 경우, 이것은 열 확산 길이 
가 광학적 흡수 길이 
와 동일하거나 그보다 짧을 것을 보장하기 위해, 지나치게 낮은 여기 광 변조 주파수들을 선택하지 않는 이유가 될 것이다.
도 7a 및 도 7b를 다시 참조하면, 재료 상태 분석 절차(76)의 완료 후에, 분석물 측정 절차(78)가 수행된다. 분석물 측정 절차는 도 9의 흐름도를 참조하여 설명된다. 도 9의 단계(110)에서, 피부는 제1 변조 주파수에서 제1 선택된 글루코스-특성 파장으로 조사되고, 대응하는 응답 신호가 검출된다. 다음 단계(112)에서, 피부는 동일한 제1 선택된 글루코스-특성 파장으로, 그러나 제1 변조 주파수보다 높은 제2 변조 주파수에서 조사되고, 대응하는 응답 신호가 검출된다. 제1 변조 주파수는 응답 신호가 간질액 내의 여기 광의 흡수를 적어도 부분적으로 반영하도록 충분히 낮게 선택된다. 일부 실시예들에서, 제1 변조 주파수 f는 
, 바람직하게는 
, 가장 바람직하게는 
의 범위 내에서 선택된다. 여기서, 위에서 도출된 바와 같이, 
은 
로서 정의되며, 
, 
, 및 
는 다시 각각 조직의 열전도율, 밀도, 및 비열용량이고, 
는 상기 조직에서 처음 선택된 글루코스-특성-파장 λ에 대한 흡수 계수이다.
간단히 말해서, 제2 변조 주파수는 관심 대상이 아닌 피부의 더 얕은 깊이 범위, 즉 상당한 양의 간질액을 포함하지 않고 따라서 그들의 글루코스 농도가 간질액 내의 현재 글루코스 농도를 반영하지 않는 범위들을 커버하도록 선택되고, 그것은 간질액 내에서의 글루코스 흡수를 가능한 한 가깝게 반영하는 정정된 신호에 도달하기 위해 적절한 정규화 후에 제1 변조 주파수에 연관된 응답 신호로부터 감산되도록 주로 기록된다. 예를 들어, 적절한 정규화 인자는 예를 들어 1180㎝- 1에서와 같이 글루코스의 흡수율이 사라지는 파장에서 제1 및 제2 변조 주파수를 사용한 측정들에 대응하는 응답 신호들의 비율일 수 있다(도 2 참조). 이 정규화 인자를 사용하고 임의의 글루코스 흡수가 없으면, 제1 및 제2 변조 주파수의 응답 신호들 간의 차이는 제로일 것이다. 다음으로, 글루코스-특성-파장에서 제1 및 제2 변조 주파수들을 사용한 측정들에 대해 동일한 정규화 인자를 사용하면, 두 측정 간의 차이는 제2 변조 주파수에 의해서가 아니라 제1 변조 주파수에 의해서만 접근가능한 피부의 더 깊은 범위에서의 글루코스 흡수의 척도일 것이다.
단계(114)에서, 단계들(110 및 112)에서 취득된 데이터가 충분한 품질을 갖는지가 확인된다. 이러한 목적을 위해, 예를 들어, 응답 신호의 신호-대-잡음비 또는 그로부터 도출된 양이 결정된다. 데이터 품질이 아직 충분하지 않다고 발견되면, 절차는 더 많은 데이터를 수집하기 위해 단계(110)로 되돌아간다. 이러한 방식으로, 충분한 품질의 측정 결과들을 획득하기 위해, 상기 제1 선택된 글루코스-특성-파장에 충분한 측정 시간이 할애되는 것이 보장된다.
데이터 품질이 충분하다고 발견되면, 프로세스는 단계(116)로 진행하고, 여기서 단계들(110 내지 114)의 절차는 제2 선택된 글루코스-특성 파장에 대해 단계들(116 내지 124)에서 반복된다. 이러한 절차는 일부 또는 모든 선택된 글루코스-특성 파장들, 및 대응하는 제1 및 제2 변조 주파수들에 대해 계속된다. 실제로, 도 7a 및 도 7b에서 볼 수 있는 바와 같이, 분석물 측정 절차(78)의 여러 인스턴스들에, 기준 측정들(80) 및 가능하게는 추가 재료 상태 분석 절차들(76)이 제공되고, 산재되고, 따라서 모든 선택된 글루코스-특성-파장들이 분석물 측정 절차(78)의 각각의 인스턴스에서 커버될 필요는 없다.
중요하게는, 분석물 측정 절차(78)에서 사용되는 글루코스-특성-파장들 및 대응하는 제1 및 제2 변조 주파수들 둘 다는, 분석물 측정 절차 직전에 측정 본체(16)의 접촉 표면(14)에서 손가락(12)을 떼거나 심지어 움직이지 않고서 수행된 재료 상태 분석 절차(76)에서 결정된 바와 같은 재료(피부) 상태를 처리하기 위해 최적으로 선택된다.
도 7a 및 도 7b를 다시 참조하면, 다음 단계(80)에서 기준 측정이 수행된다. 기준 측정(80)은 도 10의 흐름도를 참조하여 설명될 것이다. 단계(130)에서 피부는 하나 이상의 기준 여기 파장으로 조사되고, 단계(132)에서 대응하는 응답 신호가 검출된다. 기준 파장은 분석물-특성-파장들 중 어느 것과도 상이한 파장이고, 그것은 글루코스의 흡수가 낮은 파장이다. 단계(134)에서, 응답 신호는 이전 기준 측정의 응답 신호와 비교된다. 이전의 기준 측정은 예를 들어 재료 상태 분석 절차(76)에서 단계(100)로서 수행된 기준 측정일 수 있다. 더욱이, 기준 측정(80)의 여러 인스턴스는 상이한 파장들에 대한 분석물 측정 절차들과 인터리브되고, 그에 의해 응답 신호들의 비교에 사용될 수 있는 초기 기준 측정들(80)이 일반적으로 존재할 것이다.
비교에 기초하여, 여기 광원(26) 또는 검출 디바이스의 보정들이 결정될 수 있으며, 이에 의해 광원, 검출 디바이스 내의 드리프트들, 또는 다른 변동들, 예를 들어 여기 광원(26)과 검출 디바이스 중 하나 또는 둘 다를 재보정함으로써 보상될 수 있는 손가락(12)과 측정 본체(16) 사이의 광학적 또는 열적 결합의 변화들을 실시간으로 처리할 수 있다.
도 7a 및 도 7b를 다시 참조하면, 기준 측정의 하나의 결과는, 예를 들어 측정 본체(16) 상의 손가락(12)의 위치가 변경되어 열적 또는 광학적 결합이 불충분하기 때문에, 분석물 측정 절차에 결함이 있다는 것일 수 있다. 따라서, 단계(82)에서, 기준 측정(80)의 결과가 절차를 종료해야 하는 것인지가 결정되고, 그러한 경우 프로세스는 단계(86)로 건너뛰고 종료를 결과로서 출력한다. 이것은 예를 들어 사용자에게 손가락(12)이 측정 본체(16) 상에 다시 배치되어야 하고 절차가 재시작되어야 한다고 표시하는 것을 수반할 수 있다.
기준 측정(80)이 측정이 종료되어야 함을 나타내지 않는 경우, 단계(84)에서, 기준 측정(80)이 분석물 측정 절차(78)가 반복되어야 함을 나타내는지가 확인된다. 이 경우, 절차는 단계(78)로 다시 되돌아간다.
도 7a 및 도 7b에서 더 알 수 있는 바와 같이, 분석물 측정 절차(78) 및 기준 측정(80)의 다양한 인스턴스가 반복된다. 이는 실질적으로, 분석물 측정 절차(78)에서 수행되는 분석물-파장-특정 측정들에 기준 측정들(80)이 산재됨을 의미하고, 그에 의해 또한 분석물 측정 절차에 기준 측정들이 실시간으로 수반됨으로써, 분석물-파장-특정 측정들을 실시간으로 모니터링하고 이에 따라 장치(10)를 실시간으로 재보정하는 것을 허용한다.
도 7a 및 도 7b에서 더 볼 수 있는 바와 같이, 분석물 측정 절차(78)에는 또한 재료 상태 분석 절차(76)의 하나 이상의 추가 인스턴스가 산재될 수 있다. 중요하게는, 분석물 측정 절차(78), 재료 상태 분석 절차(76) 및 기준 측정(80)의 모든 인스턴스 동안, 손가락(12)은 측정 본체(16)의 접촉 표면(14)과 접촉 상태를 유지한다.
단계(84)에서, 분석물 측정 절차(78)의 다양한 인스턴스들에서 측정된 응답 신호에 기초하여 글루코스 함량이 결정되고, 그 결과가 단계(86)에서 출력된다.
도 15는 여기 광의 강도에 대한 전형적인 변조 함수를 보여준다. 여기 복사 강도의 변조 함수는 제로("오프")와 최대값("온") 사이를 교대로 오가는 구형파 함수이며, 여기서 온-구간들과 오프-구간들의 길이들은 동일하다. 온-구간들은 또한 펄스들로 지칭될 수 있고, 여기에 설명된 응용, 즉 피부 내의 글루코스 측정을 위한 적절한 펄스 길이들은 2 내지 50ms의 범위 내에 있을 것이다.
변조 함수는 예를 들어 초퍼 또는 선택적 투과성 요소, 또는 여기 광원(26)의 대응하는 제어를 사용하여 다양한 방식으로 획득될 수 있음에 주목해야 한다. 바람직한 실시예들에서, 여기 광원(26)은 양자 캐스케이드 레이저들의 어레이, 및 그것의 전자 제어에 의해 제어되는 관련 주파수 범위에서의 강도 변조에 의해 형성된다. 이 경우, 양자 캐스케이드 레이저들은 전형적으로 변조 주파수보다 10,000배 내지 100,000배 높은 주파수를 갖는 "마이크로-펄스들"로 구성된 펄스 신호를 방출하도록 제어된다. 따라서, 이러한 마이크로-펄스들은 측정이 의존하는 열 프로세스들 중 임의의 것으로서 훨씬 더 높은 시간 척도에 있으며, 그들의 미세 구조는 완전히 무시될 수 있다. 따라서, 이 경우, 강도 변조는 복수의 마이크로-펄스의 엔벨로프일 것이다.
본 발명자들은 놀랍게도, 도 16에 도시된 바와 같이, 그것의 기간이 온 및 오프 구간의 합인 변조 신호의 주파수 또는 주기를 변경하지 않고서, 예를 들어 오프-구간들의 상대적 길이가 온-구간들의 것보다 길면, 분석물 측정 절차의 정확도 및 효율성이 개선될 수 있음을 발견했고, 기간은 도 16에 도시된 바와 같이 온 구간과 오프 구간의 합이다.
도 15의 변조를 대신하여 도 16의 변조를 사용하면, 응답 신호들의 더 나은 신호-대-잡음비들이 획득될 수 있음을 알 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 본 발명자들의 현재 이해에 따르면, 이는 흡수의 정도를 추정하기 위해 시간에 따른 응답 신호의 변동만이 평가될 수 있다는 의미에서, 응답 신호들이 "AC 신호들"이라는 사실에 기인한다. 이를 위해, 재료로부터 수신된 열에 기인하는 측정 본체의 물리적 응답이 다음 열 펄스의 수신 전에 가능한 한 많이 감쇠할 수 있는 것이 중요해 보인다. 오프-시간들을 늘리면, 측정 본체의 물리적 응답이 감쇠할 시간이 더 많고, 이는 더 양호한 신호-대-잡음비로 이어진다.
구형파 변조 함수는 적어도 두 가지 이유로 분명한 선택이 될 것임에 주목해야 한다. 첫 번째 이유는 열 펄스들을 생성하기 위해, 가파른 측면들을 가진 날카로운 여기 펄스들이 최상의 결과들을 제공할 것을 약속한다는 것인데, 이는 실제로 많은 응용에서 사실이다. 두 번째 이유는 구형파 변조가 실제로 확립하기 가장 쉽다는 것이다.
그렇기는 하지만, 본 발명자들은 여기 광 강도의 구형파 변조의 명백한 이점에도 불구하고, 여기에 설명된 바와 같은 글루코스 측정을 포함하는 일부 응용들에서, 정현파 변조 함수가 더 나은 결과들을 제공할 수 있음을 발견했다. 정현파 변조 함수는 본 발명의 장치를 사용하여 잘 검출될 수 있는 피부 내의 특히 두드러진 열 펄스들로 이어지는 구형파 변조들에 대해 발견되는 동일한 날카로운 임펄스들을 갖지 않기 때문에, 이는 놀라운 발견이다. 그러나, 본 발명자들은 측정될 분석물, 즉 글루코스가 더 작은 변조 주파수들에 의해서만 평가되는 재료(예를 들어 피부)의 더 깊은 층들에 주로 위치되는, 당면한 특정 상황들에서 이 단점이 과도하게 보상될 수 있음을 발견했다. 구형파 신호를 사용할 때, 신호의 반복 주기의 역수인 주요 주파수와 구형파 신호의 푸리에 급수 분해에서 발견되는 신호에 대한 더 높은 고조파 기여들을 구별해야 한다. 이러한 더 높은 주파수 기여들은 다시 글루코스 측정에 대해 관심이 없는 피부의 더 얕은 영역들에서의 흡수에 대응하는 응답 신호들을 야기한다.
따라서, 바람직한 실시예들에서, 상기 여기 복사의 상기 강도의 시간 변조는, 여기 복사의 강도의 푸리에 분해에서, 지배적 주파수 및 1차 내지 9차 고조파에 연관된 전체 강도 중에서, 적어도 95%는 지배적 주파수에 연관되고, 적어도 97%, 바람직하게는 적어도 98%는 지배적 주파수 및 제1 고조파에 연관되게끔, 강도의 엔벨로프가 대략적으로 고조파이도록, 즉 사인 함수와 유사하도록 선택된다.
도 17은 사인 함수와 일치하는 엔벨로프를 갖는 여기 복사의 시간-의존적 강도의 개략적인 표현이다. 여기 광 자체는 PWM, PDM 또는 PAM으로부터 일반적으로 공지된 바와 같이, 상이한 지속시간들, 상이한 펄스 밀도들 또는 펄스 진폭들을 갖는 펄스들로 다시 구성될 수 있으며, 이러한 기술들은 위에서 정의된 방식으로 "대략 고조파"인 엔벨로프를 생성하기 위해 사용될 수 있다.
도 17은 단지 개략적인 표현일 뿐이며, 많은 응용들에서, 여기 복사의 변조된 강도의 각각의 기간은 예를 들어 양자 캐스케이드 레이저 또는 레이저 어레이의 양자 캐스케이드 레이저 요소에 의해 제공될 수 있는 위에서 언급된 "마이크로-펄스들"의 수십만분의 일로 구성될 수 있다는 점에 주목해야 한다. 바람직한 실시예들에서, 이러한 마이크로-펄스들은 그들의 길이 및 그들의 진폭 중 하나 또는 둘 다에 대해 변조되며, 여기서 진폭은 동작 전류를 수정함으로써 특정 범위 내에서 수정될 수 있으며, 이에 의해 적어도 "대략 고조파"인 강도의 엔벨로프로 이어진다. 그러나, 그들의 진폭 및 주파수 중 하나 또는 둘 다에 대해 마이크로-펄스들을 일정하게 유지하지만 "매크로-펄스들"을 생성하는 것도 가능하며, 각각의 매크로 펄스는 복수의 마이크로-펄스의 시퀀스에 의해 형성되며, 여기서 각각의 매크로 펄스의 지속시간은 여전히 여기 복사 강도의 엔벨로프 기간보다 상당히 짧다. 다음으로, PWM, PDM 또는 PAM으로부터 일반적으로 공지된 방식에 따라, 매크로-펄스들의 길이, 주파수 및 진폭 중 하나 이상을 조절함으로써 여기 복사의 원하는 엔벨로프가 획득될 수 있다.
도 18은 사람의 글루코스 수준을 측정하기 위한 장치를 포함하는 웨어러블 디바이스(150)를 도시한다. 도 18은 터치 디스플레이(154)가 제공되는 웨어러블 디바이스(150)의 평면도를 도시한 반면, 장치의 측정 본체는 예컨대 디바이스(150)가 손목 밴드(152)를 사용하여 사용자의 손목에 착용될 때 피부와 접촉되도록 디바이스의 바닥 표면(도 18에 도시되지 않음)에 제공된다. 여기 복사 소스, 여기 복사의 흡수 시에 피부로부터 수신된 열 또는 압력파들에 대한 측정 본체의 물리적 응답을 검출하기 위한 검출 디바이스, 및 제어 시스템(도시되지 않음)을 포함하여, 장치의 위에서 언급된 컴포넌트들 전부는 웨어러블 디바이스(150)에 제공될 수 있다. 도시된 실시예에서, 터치 디스플레이(154) 상에서, 사용자는 분석 단계에서 수행되는 분석물 측정 절차 및 분석 중 하나 또는 둘 다를 최적화하는 것을 허용하는 사용자 관련 입력을 제공하도록 프롬프트된다. 그러한 사용자 관련 입력은 글루코스 측정을 위해 웨어러블 디바이스(150)를 사용하는 사람의 특성들 또는 조건들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 18에 도시된 상황에서, 사용자는 자신이 현재 땀을 흘리고 있는지를 진술하도록 요청받는다(참조 부호(156) 참조). 사용자는 터치 디스플레이(154) 상의 박스들(158 및 106)을 각각 선택함으로써 예 또는 아니오로 응답하도록 프롬프트된다. 땀을 흘리는 상태는 사용자 조건의 일례일 것이다. 조건의 추가 예들은 사람이 감기 및/또는 열이 있는지, 또는 사람이 추워하고 있는지, 현재 다이어트 중인지, 최근에 물을 마셨는지, 또는 스트레스를 받았는지일 수 있다. 이 정보는 또한 스마트폰, 또는 웨어러블 디바이스(150)와 통신하는 다른 디바이스를 통해 입력될 수 있고, 그래픽 사용자 인터페이스를 통해, 또는 음성 인식과 결합된 사운드 및 마이크로폰을 통해 입력될 수 있다.
사용자의 조건을 질의하는 것에 더하여, 장치는 사용자의 특성들을 또한 질의하도록 더 구성될 수 있다. 사용자의 특성들과 조건들 사이의 명확한 구별은 논쟁의 여지가 있을 수 있지만, 여기서 이해되는 바와 같이, "조건들"은 예를 들어 몇 시간 또는 적어도 며칠 내에 변화할 것으로 예상되는 정황들(estates) 또는 속성들을 지칭하는 반면, 특성들은 더 긴 시간 스케일들에서만 변화할 것이고, 따라서 조건들만큼 자주 평가될 필요가 없다. 특성들의 예들은 예를 들어 사람의 피부색, 예를 들어 사람의 피부색이 밝은지 또는 어두운지, 사람의 체중에 관련된 정보, 예를 들어 체질량 지수, 사람이 만성 질환을 앓고 있는지 여부, 및 만약 그렇다면 어느 것인지(예를 들어, 사람이 당뇨병을 앓고 있는지, 또는 일반적인 건강 또는 영양 모니터링을 위해 글루코스 측정이 수행되는지), 및 사람의 나이일 것이다.
특성들은 동일한 방식으로 터치 디스플레이(154)를 통해 질의될 수 있지만, 조건들보다 덜 자주 질의될 것이다. 사용자 관련 정보에 대한 질의는 예를 들어 도 7a 및 도 7b의 단계(70) 이전에 장치(그것의 제어 시스템)에 의해 수행될 수 있다. 특성들에 관한 정보 중 적어도 일부는 또한 센서들을 사용하여 취득될 수 있다. 예를 들어, 피부색은 카메라 및 각각의 이미지 분석을 사용하여 결정될 수 있다.
사용자 관련 정보는 재료 상태 분석 절차(76)에서 확립된 정보에 더하여 사용될 수 있다. 즉, 재료 상태 분석 절차의 결과에 기초하여 단계들(102, 104 및 106)에서 이루어진 모든 선택들 및 결정들은 수신된 사용자 관련 입력 및 재료 분석 절차의 결과 둘 다에 기초하여 이루어질 수 있다. 그러나, 다른 경우들에서, 재료 상태 분석 절차에서 확립된 정보를 대신하여 사용자 입력이 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 분석물 측정 절차를 수행하기 위한 프로토콜은 사용자 입력에 의해 수신된 사용자 관련 조건들/특성들에 기초하여 다수의 미리 결정된 프로토콜로부터 생성되거나 선택될 수 있다. 사용자의 조건들/특성들에 기초하여 선택되거나 생성되는 상이한 프로토콜은 예를 들어,
- 상기 분석물 측정 절차 동안 사용되거나 상기 분석 동안 의존되는 분석물-특성-파장들의 선택,
- 상기 분석물 측정 절차 동안의 분석물-특성-파장들의 사용의 절대적 시간 또는 상대적 시간 비율, 또는 분석에서 파장들에 주어지는 상대적 가중치,
- 상기 분석물 측정 절차 동안 동시에 사용될 분석물-특성-파장들의 선택, 및
- 상기 분석물 측정 절차 동안 사용될 상기 여기 복사 강도의 변조의 하나 이상의 주요 주파수의 선택
중 하나 이상에 대하여 상이할 수 있다.
프로토콜들은 주어진 특성들 및/또는 조건들에 대해 특히 잘 작동하도록 이전에 경험적으로 결정되었을 수 있다. 이러한 미리 결정된 프로토콜들은 도 7a 및 도 7b 또는 도 8을 참조하여 설명된 재료 상태 분석 절차를 대신하여 사용될 수 있다. 그러나, 특히 바람직한 실시예들에서, 이러한 프로토콜들은 시작점으로 사용된 다음, 도 7a 및 도 7b 및 도 8의 재료 상태 분석 절차의 결과들에 기초하여 개선될 수 있다.
또한, 사용자 관련 입력은 분석 단계에서 수행되는 분석을 적응시키기 위해 추가적으로 또는 대안적으로 사용될 수 있다. 도시된 실시예에서, 제어 시스템은 응답 신호들을 글루코스 농도의 추정치로 해석하는 다양한 알고리즘들을 저장한 메모리를 포함한다.
바람직한 실시예들에서, 상기 메모리에서, 상이한 특성들 및 조건들에 연관된 훈련 데이터로 훈련된 다양한 기계 학습 기반 알고리즘들이 저장된다. 다음으로, 사용자 입력에 기초하여, 이러한 기계 학습 기반 알고리즘들 중에서, 사용자 입력에 의해 수신된 특성들 및 조건들에 가장 유사한 특성들/조건들로 훈련된 것이 선택될 수 있다. 분석에서 사용할 대안적인 알고리즘들 중에서 선택하는 대신에, 특성들 또는 조건들에 기초하여 알고리즘들의 특정 파라미터들을 간단히 조절하는 것이 또한 가능할 수 있다.
도 19는 도 3과 유사한 장치(162)의 단면도를 도시한다. 도 19의 동일하거나 유사한 컴포넌트들은 도 3에서와 동일한 참조 부호들로 표시되고 다시 설명되지 않는다. 장치(162)는 손목(166)에 묶이는 장치를 착용하기 위한 손목 밴드(164)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 장치(162)는 손목(166)의 아래쪽에 착용되는 전용 디바이스이고, 여기서 손목(166)의 아래쪽 피부의 표면은 점선(168)으로 개략적으로 도시되어 있다. 본 발명자들은 손목(166)의 아래쪽 피부가 정밀한 글루코스 측정들에 특히 적합하다는 것을 발견했다. 동일한 유형의 장치(162)는 대안적으로 도 18에서 참조 부호(150)로 도시된 바와 같은 웨어러블 디바이스에 통합될 수 있으며, 이 경우 측정은 웨어러블 디바이스(150)의 정상적인 위치인 손목(166)의 위쪽에서 수행될 수 있다. 그러나, 글루코스 측정을 수행할 때 웨어러블 디바이스(150)를 일시적으로 손목(166)의 아래쪽으로 단순히 돌리는 것도 가능하다.
도 19에는 도 3의 실시예에서 사용자 식별을 위해 지문을 기록하는 데 사용되었던 카메라(32)가 다시 도시되어 있다. 그러나, 도 19에 도시된 실시예에서, 카메라(32)는 특히 여기 복사(18)가 피부(168) 내로 방사될 피부(168) 영역의 이미지들을 기록하도록 구성된다.
도 20은 도 19의 카메라(32)를 사용하여 측정 본체(14)를 통해 촬영된 이미지(170)의 개략적 표현을 도시한다. 이미지(170)에서, 원(172)은 여기 광 빔(18)이 피부(168) 내로 방사될 위치를 나타낸다. 이미지(170) 내의 이러한 위치(172)는 예를 들어 카메라(32)와 여기 광원(26)의 알려진 상대적 위치로 인해 미리(즉, 여기 광 빔(18)을 조사하기 전에) 알려진다. 이러한 위치(172)는 또한 보정 절차에서 결정될 수 있다.
이미지(170) 내의 이러한 위치(172)를 알면, 적절한 알고리즘을 사용하여, 다음으로, 피부(168)에 대한 장치(162)의 주어진 위치에 대해 여기 복사가 "적절한 위치"에서 피부 내로 방사될 것인지가 결정될 수 있다. "적절한 위치"는, 피부의 품질이 신뢰가능한 측정 결과들이 예상될 수 있게 하는 위치일 것이다. 신뢰가능한 측정들은 전형적으로 피부가 매끄럽고 깨끗하며 주름들(참조 부호(178)로 개략적으로 도시됨), 흉터들(176) 또는 점들(174)이 없는 경우에 획득된다. 도 20에 도시된 이미지(170)로부터, 알고리즘은 복사 위치(172)가 이미지(170)에서 식별된 점(174)과 중첩됨을 결정할 수 있고, 이는 피부(168)에 대한 장치(162)의 이러한 상대적인 위치에 대해, 여기 빔(18)이 실제로 "적절한 위치"로 지향되지 않는다는 것을 의미한다.
이것은 이미지 분석 알고리즘을 사용하여 결정되고, 결정에 응답하여, 사용자는 피부(168)에 대해 장치(162)를 재위치시키도록 출력 인터페이스를 통해 프롬프트된다. 사용자 인터페이스는 다시 터치 디스플레이일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 출력 인터페이스는 음향 출력 디바이스를 포함할 수 있다.
이러한 방식으로, 피부(168)의 적절한 위치에서 측정이 수행됨으로써 부정확한 측정 결과들의 하나의 원인을 제거하는 것이 보장될 수 있다.
부정확한 측정들의 다른 원인은 위치 안정성의 부족인데, 즉 측정 동안 장치(162)가 피부(168)에 대해 이동되는 경우이다. 도시된 실시예에서, 피부의 이미지들은 측정을 수행하기 전에는 물론, 분석물 측정 절차 동안 규칙적인 간격들로 촬영된다. 연속적으로 기록된 피부의 이미지들이 비교되고, 이미지들이 서로로부터 벗어나면, 이는 장치(162)가 이동되었다는 표시이다. 장치(162)가 이동되었다고 결정되는 경우, 이것은 분석물 측정 절차를 종료하고 새로 시작하라는 표시일 수 있다.
일부 경우들에서, 장치(162)가 피부(168)에 대해 이동된 것으로 결정되더라도, 분석물 측정 절차를 종료하는 것이 아니라, 가능하게는 그것의 일부분들을 반복하거나, 위치 변화에 의해 영향을 받는 것으로 추정되는 주어진 파장에 할애되는 측정 시간을 연장하는 것이 유리할 수 있다. 마찬가지로, 피부(168)에 대한 장치(162)의 상대적 이동은, 여기 광 빔(18)이 피부(168)에 충돌하는 위치(172)가 적용된 기준들 중 하나에 따라 더 이상 적절한 위치가 아닌 상황을 초래할 수 있다. 이러한 경우에도, 측정을 종료할지 또는 측정 프로토콜을 적응시킬지가 결정될 수 있다.
여기 복사의 적절한 위치 및/또는 위치 안정성에 대한 정보는 위에서 설명된 품질 평가가 카메라 이미지들이 아니라 응답 신호에 기초한 것이었음을 제외하면, 위에서 설명된 "품질 평가"에서와 유사한 방식으로 활용할 수 있음에 주목해야 한다.
특히, 검출된 위치 안정성에 기초하여, 현재 분석물 측정 절차 동안 하나 이상의 분석물-특성-파장에 할애되는 측정 시간이 조절될 수 있다. 대안적으로, 품질 평가를 참조하여 위에서 설명된 방식으로, 분석에서 대응하는 분석물-파장-특정 측정에 연관된 상대적 가중치가 조절될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 모니터링된 위치 안정성에 기초하여, 측정이 종료되고 다시 시작될 수 있다.
위에서 언급된 카메라의 응용들에 대해, 일반적으로 광의 광학적 범위, 즉 인간에 의해 인지될 수 있는 범위에서 민감한 임의의 카메라 또는 이미징 디바이스가 사용될 수 있지만, 광학, 적외선 또는 UV 스펙트럼의 특정 범위들 또는 세그먼트들에 민감한 종류의 카메라 또는 적외선 카메라를 사용하는 것이 또한 유리할 수 있다는 점에 주목해야 한다. 감도 범위의 실현은 예를 들어 삽입된 필터들에 의해 구현될 수 있다.
도시된 실시예에서, 장치는 장치(162)(또는 그것의 측정 본체(16))와 피부(168) 사이의 상대적인 이동으로 인해 측정이 종료되는 경우 사용자에게 알리도록 구성된다. 사용자가 분석물 측정 절차를 재시작하기 위해 임의의 것을 능동적으로 할 필요는 없는 반면, 이것은 분석물 측정 절차의 다음 시도에서 사용자의 인식을 높이고 따라서 위치 안정성을 보장할 것이다. 바람직하게는, 이 정보는 음향 신호를 통해 사용자에게 전달된다.
본 발명은 특정 실시예들의 관점에서 설명되었지만, 변형들 및 수정들이 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 떠오를 것이며, 이들 모두는 본 발명의 양태들로 의도된다는 것이 이해된다. 따라서, 청구항들에 나타나는 그러한 제한들만이 본 발명에 적용되어야 한다.
Claims (69)
- 적어도 하나의 분석물을 포함하는 재료(12)를 분석하는 방법으로서,
분석물 측정 절차(78)를 포함하고, 여기서:
- 상기 재료(12)는 측정 본체(16)와 열 접촉 또는 압력 전달 접촉을 하고, 상기 열 또는 압력 전달 접촉은 상기 재료 내에서의 여기 복사(18)의 흡수에 의해 생성된 열 또는 압력파들이 상기 측정 본체에 전달되는 것을 허가하고,
- 여기 복사(18)는 상기 재료(12) 내로 조사되어 그 안에 흡수되고, 상기 여기 복사의 강도는 시간-변조되고, 상기 여기 복사는 동시적 및 순차적 중 하나 또는 둘 다로 조사되는 상이한 분석물-특성-파장들의 복사를 포함하고,
- 상기 여기 복사(18)의 흡수 시에 상기 재료(12)로부터 수신된 열 또는 압력파들에 대한 측정 본체(16) 또는 그 안에 포함된 컴포넌트의 물리적 응답은 상기 검출된 물리적 응답에 기초하여 응답 신호를 생성하는 검출 디바이스를 사용하여 검출되고, 상기 응답 신호는 여기 복사의 흡수 정도를 나타내고,
상기 방법은 분석 단계를 더 포함하며, 상기 분석은 상기 응답 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 수행되고,
상기 분석물 측정 절차(78) 동안, 상기 재료(12)와 상기 측정 본체(16) 사이의 상기 열 또는 압력 전달 접촉을 유지하면서 분석물-파장-특정 측정들의 시퀀스가 수행되며, 각각의 분석물-파장-특정 측정에서, 분석물-특성-파장들의 미리 결정된 세트로부터 선택된 분석물-특성-파장을 갖는 여기 복사(18)가 조사되고, 대응하는 응답 신호가 획득되며,
상기 분석물-파장-특정 측정들 중 적어도 일부에는, 기준 파장을 갖는 여기 복사(18)가 조사되고 대응하는 응답 신호가 획득되는 기준 측정들(80)이 산재되고, 상기 기준 파장은 상기 분석물-특성-파장들 중 어느 것과도 상이한 파장이고,
상기 기준 측정들(80)에 대해 획득된 상기 응답 신호들은:
- 상기 여기 복사를 생성하기 위한 여기 복사 소스(26)를 보정하는 단계,
- 상기 검출 디바이스를 보정하는 단계,
- 개별 기준 측정들(80)의 결과들을 비교함으로써 측정 조건들의 변동을 인식하는 단계,
- 상기 분석물 측정 절차(78)를 그것의 전체 지속시간, 주어진 분석물-특성-파장에 대한 분석물-파장-특정 측정들의 절대적 또는 상대적 지속시간 중 하나 이상에 대해 적응시키거나, 상기 분석물 측정 절차를 종료 및/또는 재시작하는 단계, 및
- 상기 분석 단계에서 수행되는 분석을 적응시키는 단계
중 하나 이상을 위해 사용되는, 방법. - 제1항에 있어서, 연속적인 분석물-파장-특정 측정들의 각각의 쌍들의 적어도 25% 사이, 바람직하게는 적어도 50% 사이에서 기준 측정(80)이 수행되는, 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기준 측정들(80)은 적어도 5초당 1회, 바람직하게는 적어도 초당 1회, 가장 바람직하게는 적어도 초당 10회의 평균 레이트로 수행되는, 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기준 측정들(80)에 대해 획득된 응답 신호에 기초하여 상기 분석 단계에서 수행되는 분석을 적응시키는 상기 단계는 선행 또는 후속 기준 측정 중 하나 또는 둘 다의 결과들에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 분석물-파장-특정 측정들 중 적어도 일부의 결과들을 정규화하는 단계를 포함하는, 방법.
- 적어도 하나의 분석물을 포함하는 재료(12)를 분석하는 방법으로서,
분석물 측정 절차(78)를 포함하고, 여기서:
- 상기 재료(12)는 측정 본체(16)와 열 접촉 또는 압력 전달 접촉을 하고, 상기 열 또는 압력 전달 접촉은 상기 재료 내에서의 여기 복사(18)의 흡수에 의해 생성된 열 또는 압력파들이 상기 측정 본체에 전달되는 것을 허가하고,
- 여기 복사(18)는 상기 재료(12) 내로 조사되어 그 안에 흡수되고, 상기 여기 복사의 강도는 시간-변조되고, 상기 여기 복사는 동시적 및 순차적 중 하나 또는 둘 다로 조사되는 상이한 분석물-특성-파장들의 복사를 포함하고,
- 상기 여기 복사(18)의 흡수 시에 상기 재료(12)로부터 수신된 열 또는 압력파들에 대한 측정 본체(16) 또는 그 안에 포함된 컴포넌트의 물리적 응답은 상기 검출된 물리적 응답에 기초하여 응답 신호를 생성하는 검출 디바이스를 사용하여 검출되고, 상기 응답 신호는 여기 복사의 흡수 정도를 나타내고,
상기 방법은 분석 단계를 더 포함하며, 상기 분석은 상기 응답 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 수행되고,
상기 분석물 측정 절차(78) 동안, 상기 재료(12)와 상기 측정 본체(16) 사이의 상기 열 또는 압력 전달 접촉을 유지하면서 분석물-파장-특정 측정들의 시퀀스가 수행되며, 각각의 분석물-파장-특정 측정에서, 분석물-특성-파장들의 미리 결정된 세트로부터 선택된 분석물-특성-파장을 갖는 여기 복사(18)가 조사되고, 대응하는 응답 신호가 획득되며,
하나 이상의 분석물-특성-파장에 연관된 상기 응답 신호에 기초하여 품질 평가가 수행되고, 상기 품질 평가에 기초하여, 현재 분석물 측정 절차 또는 하나 이상의 장래의 분석물 측정 절차(78) 동안 대응하는 하나 이상의 분석물-특성-파장에 할애되는 측정 시간이 조절되거나, 상기 분석에서의 대응하는 분석물-파장-특정 측정에 연관된 상대적인 가중치가 조절되는, 방법. - 제5항에 있어서, 상기 품질 평가는 상기 분석물 측정 절차(78) 동안 수행되고, 상기 대응하는 하나 이상의 분석물-특성-파장에 할애되는 측정 시간은 상기 분석물 측정 절차 동안 실시간으로 조절되는, 방법.
- 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 품질 평가는:
- 상기 응답 신호의 신호-대-잡음비 또는 그로부터 도출된 양(quantity), 및
- 기준 파장을 갖는 여기 복사(18)가 조사되고 대응하는 응답 신호가 획득되는 하나 이상의 기준 측정(80)의 결과 - 상기 기준 파장은 상기 분석물의 흡수가 낮은 파장임 -
중 하나 이상에 적어도 부분적으로 기초하는, 방법. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료(12)는 인체 조직, 특히 인간 피부(12)이고, 상기 분석물은 그의 간질액에 존재하는 글루코스인, 방법.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 재료 상태 분석 절차(76)를 더 포함하고, 상기 재료의 현재 상태는:
- 상기 재료(12)가 상기 분석물-특성-파장들과 상이한 파장에서 여기 복사(18)로 조사될 때 확립되는 하나 이상의 응답 신호,
- 상기 분석물 측정 단계에서 사용된 것과 동일한 분석물-특성-파장들을 갖는 여기 복사(18)에 대해, 그러나 상기 분석물 측정 단계에서와 적어도 부분적으로 상이한, 상기 여기 복사의 강도 변조 주파수들에 대해 확립된 하나 이상의 응답 신호, 및
- 추가 센서 장비로 수행되는 재료 상태에 관련된 하나 이상의 측정
중 하나 이상에 기초하여 분석되고,
상기 재료 상태 분석 절차(76)의 결과에 기초하여,
- 상기 분석물 측정 절차(78) 동안 사용되거나 상기 분석 동안 의존되는 분석물-특성-파장들의 선택,
- 상기 분석물 측정 절차(78) 동안의 분석물-특성-파장들의 사용의 절대적 시간 또는 상대적 시간 비율, 개별 여기 복사 강도, 또는 분석에서 파장들에 주어지는 상대적 가중치,
- 상기 분석물 측정 절차(78) 동안 동시에 사용될 분석물-특성-파장들의 선택, 및
- 상기 분석물 측정 절차(78) 동안 사용될 상기 여기 복사(18) 강도의 변조의 하나 이상의 주요 주파수의 선택
중 적어도 하나가 결정되는, 방법. - 제9항에 있어서, 상기 재료 상태 분석 절차(76)는 상기 분석물 측정 절차(78)와 인터리브 방식으로 수행되거나, 상기 분석물 측정 절차의 시작보다 5분 미만 이전에, 바람직하게는 3분 미만 이전에, 가장 바람직하게는 1분 미만 이전에 수행되는, 방법.
- 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 재료와 상기 측정 본체(16) 사이의 상기 열 또는 압력 전달 접촉은 상기 재료 상태 분석 절차(76) 및 상기 분석물 측정 절차(78)의 적어도 일부를 포함하는 시간 구간 동안 유지되는, 방법.
- 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료 상태는 상기 하나 이상의 분석물과 상이하지만 상기 분석물-특성-파장들 중 적어도 하나에서 여기 복사(18)의 상당한 흡수율을 나타내는, 상기 재료 내의 교란 물질들(perturbing substances)의 존재 및/또는 농도를 포함하는, 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 재료 상태 분석 절차(76)가 상기 교란 물질들의 충분히 높은 농도를 산출하는 경우, 상기 교란 물질들이 상당한 흡수율을 나타내는 상기 분석물-특성-파장들 중 적어도 하나의 사용은 회피 또는 억제되는, 방법.
- 제8항, 제12항, 또는 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 교란 물질은 젖산염, 지방산들(fatty acids), 화장품(cosmetics), 젤들, 또는 알부민인, 방법.
- 제8항, 및 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분석물 측정 절차(78) 동안 사용될 상기 여기 복사(18) 강도의 변조의 상기 적어도 하나의 주요 주파수는 제1 주요 변조 주파수 및 제2 주요 변조 주파수를 포함하고, 상기 제1 주요 변조 주파수는 상기 응답 신호가 상기 간질액 내의 여기 복사의 흡수를 적어도 부분적으로 반영하도록 충분히 낮게 선택되고, 상기 제2 주요 변조 주파수는 상기 제1 주요 변조 주파수보다 높고, 상기 분석에서, 상기 제1 및 제2 주요 변조 주파수에 대응하는 응답 신호들, 또는 그로부터 도출된 양들은 상기 간질액에서의 흡수를 나타내는 정보를 산출하기 위해 수학적으로 결합되고,
바람직하게는, 상기 제1 주요 변조 주파수 f는:
, 더 바람직하게는
, 가장 바람직하게는
의 범위 내에서 선택되고,
은
로서 정의되며,
,
및
는 각각 상기 조직의 열전도율, 밀도 및 비열용량이고,
는 상기 조직 내에서의 파장
를 갖는 여기 복사(18)에 대한 흡수 계수인, 방법.
- 제8항, 및 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료 상태는 피부(12)의 수분 함량을 포함하고, 상기 피부의 수분 함량은 바람직하게는 전용 수분량 측정 디바이스(dedicated corneometric device)를 사용하여 측정되는, 방법.
- 제16항에 있어서, 상기 재료(12)의 분석 절차에서 더 높은 수분 함량이 결정되는 경우, 상기 분석물 측정 절차(78)에서, 미리 결정된 분석물-특성-파장들의 세트 중에서 더 짧은 파장들이 우선적으로 사용되는, 방법.
- 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 분석물 측정 절차(78) 동안 사용되는 상기 여기 복사(18) 강도의 변조의 하나 이상의 주요 주파수 중 적어도 하나는, 상기 재료 상태의 다른 모든 특성이 동일한 상태에서, 더 높은 수분 함량들에 대해 상기 변조의 더 높은 주요 주파수들이 선택되는 방식으로, 상기 재료(12)의 분석 절차에서 결정된 수분 함량에 맞게 적응되는, 방법.
- 제8항, 및 제9항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료 상태는 상기 간질액 위에 있는 각질층의 두께를 포함하는, 방법.
- 제19항에 있어서, 상기 각질층의 두께는 상기 여기 복사(18)의 동일한 파장들에 대해, 그러나 상기 여기 복사의 상이한 강도 변조 주파수들에 대해 확립된 응답 신호들에 기초하여 직접적으로 또는 간접적으로 평가되고, 상기 파장은 상기 각질층과 상기 간질액에 각각 상이한 농도들로 존재하는 물질의 흡수 대역에 일치하도록 선택되는, 방법.
- 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 분석물 측정 절차(78) 동안 사용되는 상기 여기 복사(18) 강도의 변조의 하나 이상의 주요 주파수 중 적어도 하나는, 상기 재료 상태의 다른 모든 특성이 동일한 상태에서, 더 높은 각질층 두께들에 대해 상기 변조의 더 낮은 주요 주파수가 선택되는 방식으로, 상기 재료(12)의 분석 절차에서 결정된 상기 간질액 위에 있는 각질층의 두께에 맞게 적응되는, 방법.
- 제8항, 및 제9항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료 상태는 상기 피부(12)의 pH 값을 포함하고, 상기 pH 값은 바람직하게는 전용 pH 측정 디바이스에 의해 형성된 상기 추가 센서 장비를 사용하여 결정되는, 방법.
- 제22항에 있어서, 상기 재료(12)의 분석 절차에서 결정된 pH 값이 낮은 값으로 발견되는 경우, 상기 재료 상태의 다른 모든 특성이 동일한 상태에서, 젖산염 흡수 대역들과 중첩하는 분석물-특성-파장들은 pH가 높은 값으로 발견된 경우에서보다 상기 분석물 측정 절차(78)에서 덜 우선적으로 사용되는, 방법.
- 제8항, 및 제9항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피부(12)는 인간 피험자의 손가락 끝(12)의 피부이고, 상기 재료 상태는 표피 융기부들의 평균 높이를 포함하고, 상기 표피 융기부들의 상기 평균 높이는 바람직하게는 전용 지문 센서에 의해 형성된 상기 추가 센서 장비를 사용하여 추정되는, 방법.
- 제24항에 있어서, 상기 분석물 측정 절차(78)에서 사용되는 상기 여기 복사(18)의 전력은, 상기 재료 상태의 다른 모든 특성이 동일한 상태에서, 더 높은 평균 표피 융기부들에 대해 상기 분석물 측정 절차에 사용되는 상기 여기 복사의 전력이 증가되는 방식으로, 상기 표피 융기부들의 평균 높이의 함수로서 적응되는, 방법.
- 제8항, 및 제9항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료 상태는 상기 피부(12)의 온도를 포함하는, 방법.
- 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 여기 복사(18)의 상기 강도의 시간 변조는, 상기 강도의 엔벨로프가 평균 강도의 50% 이상을 취하는 시간의 비율이 전체 시간의 50% 미만, 바람직하게는 46% 미만, 가장 바람직하게는 43% 미만인 점에서 상기 엔벨로프가 비대칭이 되도록 선택되는, 방법.
- 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 여기 복사(18)의 상기 강도의 시간 변조는 상기 강도의 엔벨로프가 주기적으로 반복되는 패턴을 따르도록 선택되고, 상기 패턴은 상기 패턴의 강도-시간-적분(intensity-time-integral)의 80% 초과를 포함하는 높은 강도 시간 부분 및 상기 강도-시간-적분의 20% 미만을 포함하는 낮은 강도 시간 부분을 포함하고, 상기 높은 강도 및 낮은 강도 시간 부분의 지속시간들의 비율은 0.9 미만, 바람직하게는 0.8 미만, 가장 바람직하게는 0.7 미만인, 방법.
- 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 여기 복사(18)의 상기 강도의 시간 변조는, 상기 여기 복사의 상기 강도의 푸리에 분해에서, 지배적 주파수 및 1차 내지 9차 고조파에 연관된 전체 강도 중에서, 적어도 95%는 상기 지배적 주파수에 연관되고, 적어도 97%, 바람직하게는 적어도 98%는 상기 지배적 주파수 및 상기 제1 고조파에 연관되게끔, 상기 강도의 엔벨로프가 대략적으로 고조파이도록 선택되는, 방법.
- 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출 디바이스는 상기 측정 본체(16) 또는 상기 측정 본체에 포함된 컴포넌트의 적어도 일부를 통해 이동하는 검출 광 빔(22)을 생성하기 위한 광원(28)을 포함하고,
상기 여기 복사(18)의 흡수 시에 상기 재료(12)로부터 수신된 열 또는 압력파들에 대한 상기 측정 본체(16)의 상기 물리적 응답은 상기 측정 본체 또는 상기 컴포넌트의 굴절률의 국소적 변화이고,
상기 검출 디바이스는 상기 검출 빔의 위상 또는 광 경로에서의 굴절률 변화에서의 상기 변화로 인한 상기 광 경로의 변화 또는 상기 검출 빔(22)의 위상 변화 중 하나를 검출하도록 구성되는, 방법. - 제30항에 있어서, 상기 측정 본체(16)는 상기 검출 광 빔(22)에 대해 투명하고, 상기 검출 광 빔은 상기 재료(12)와 열 또는 압력 전달 접촉하는 상기 측정 본체의 표면(14)에서 전체적으로 또는 부분적으로 반사되도록 지향되고, 상기 검출 디바이스는 광검출기, 특히 상기 굴절률의 국소적 변화로 인한 상기 검출 광 빔의 편향 각도를 검출할 수 있는 위치 감지 광검출기를 포함하는, 방법.
- 제30항에 있어서, 상기 검출 디바이스는 상기 검출 빔(22)의 상기 위상 변화를 평가하고 상기 위상 변화를 나타내는 응답 신호를 생성하는 것을 허용하는 간섭계 디바이스(60)를 포함하는, 방법.
- 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 본체(16) 또는 상기 측정 본체 내의 컴포넌트는 온도의 국소적 변화 또는 이에 연관된 압력 변화에 응답하여 변화하는 전기적 속성들을 갖고, 상기 검출 디바이스는 상기 전기적 속성들을 나타내는 전기 신호들을 캡처하기 위한 전극들을 포함하는, 방법.
- 제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 여기 복사(18)는 레이저들, 특히 각각 전용 파장을 갖는 양자 캐스케이드 레이저들의 어레이를 사용하여 생성되는, 방법.
- 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 여기 복사(18)는 적어도 하나의 튜닝가능한 레이저, 특히 적어도 하나의 튜닝가능한 양자 캐스케이드 레이저를 사용하여 생성되는, 방법.
- 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 여기 파장들의 일부 또는 전부는 6㎛ 내지 13㎛, 바람직하게는 8㎛ 내지 11㎛의 범위 내에 있는, 방법.
- 적어도 하나의 분석물을 포함하는 재료(12)를 분석하기 위한 장치(10)로서,
- 상기 재료(12)와 열 접촉 또는 압력 전달 접촉을 하기에 적합한 접촉 표면(14)을 갖는 측정 본체(16) - 상기 열 또는 압력 전달 접촉은 상기 재료 내에서의 여기 복사(18)의 흡수에 의해 생성된 열 또는 압력파들이 상기 측정 본체에 전달되는 것을 허가함 -,
- 여기 복사를 상기 재료(12) 내에 흡수되게끔 상기 재료 내로 조사하도록 구성된 여기 복사 소스(26),
- 상기 여기 복사(18)의 흡수 시에 상기 재료(12)로부터 수신된 열 또는 압력파들에 대한 상기 측정 본체(16) 또는 그 안에 포함된 컴포넌트의 물리적 응답을 검출하고 상기 검출된 물리적 응답에 기초하여 응답 신호를 생성하기 위한 검출 디바이스 - 상기 응답 신호는 여기 복사의 흡수 정도를 나타냄 -, 및
- 제어 시스템
을 포함하고, 상기 제어 시스템은:
- 여기 복사를 상기 재료(12) 내에 흡수되게끔 상기 재료 내로 조사하도록 상기 여기 복사 소스(26)를 제어하고 - 상기 여기 복사의 강도는 시간-변조되고, 상기 여기 복사는 동시적 및 순차적 중 하나 또는 둘 다로 조사되는 상이한 분석물-특성-파장들의 복사를 포함함 -,
- 상기 물리적 응답을 검출하고 상기 여기 복사(18)의 흡수 정도를 나타내는 응답 신호들을 생성하게끔 상기 검출 디바이스를 제어하도록
구성되고,
상기 제어 시스템은 상기 분석물 측정 절차(78) 동안, 상기 재료(12)와 상기 측정 본체(16) 사이의 상기 열 또는 압력 전달 접촉이 유지되는 동안 분석물-파장-특정 측정들의 시퀀스를 수행하게끔 상기 장치를 제어하도록 더 구성되고, 각각의 분석물-파장-특정 측정에서, 분석물-특성-파장들의 미리 결정된 세트로부터 선택된 분석물-특성-파장을 갖는 여기 복사(18)가 조사되고, 대응하는 응답 신호가 획득되며,
상기 제어 시스템은 상기 분석물-파장-특정 측정들 중 적어도 일부에, 기준 파장을 갖는 여기 복사(18)가 조사되고 대응하는 응답 신호가 획득되는 기준 측정들(80)을 산재시키도록 더 구성되고, 상기 기준 파장은 상기 분석물-특성-파장들 중 어느 것과도 상이한 파장이고,
상기 제어 시스템은:
- 상기 여기 복사를 생성하기 위한 여기 복사 소스(26)를 보정하는 단계,
- 상기 검출 디바이스를 보정하는 단계,
- 개별 기준 측정들(80)의 결과들을 비교함으로써 측정 조건들의 변동을 인식하는 단계,
- 상기 분석물 측정 절차(78)를 그것의 전체 지속시간, 주어진 분석물-특성-파장에 대한 분석물-파장-특정 측정들의 절대적 또는 상대적 지속시간 중 하나 이상에 대해 적응시키거나, 상기 분석물 측정 절차를 종료 및/또는 재시작하는 단계, 및
- 상기 분석 단계에서 수행되는 분석을 적응시키는 단계
중 하나 이상을 위해, 상기 기준 측정들(80)에 대해 획득된 응답 신호들을 사용하도록 구성되는, 장치(10). - 제37항에 있어서, 연속적인 분석물-파장-특정 측정들의 각각의 쌍들의 적어도 25% 사이, 바람직하게는 적어도 50% 사이에서 기준 측정(80)이 수행되는, 장치(10).
- 제37항 또는 제38항에 있어서, 상기 제어 시스템은 상기 기준 측정들(80)이 적어도 5초당 1회, 바람직하게는 적어도 초당 1회, 가장 바람직하게는 적어도 초당 10회의 평균 레이트로 수행되게끔 상기 장치를 제어하도록 구성되는, 장치(10).
- 제37항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기준 측정들(80)에 대해 획득된 응답 신호에 기초하여 상기 분석 단계에서 수행되는 분석을 적응시키는 상기 단계는 선행 또는 후속 기준 측정 중 하나 또는 둘 다의 결과들에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 분석물-파장-특정 측정들 중 적어도 일부의 결과들을 정규화하는 단계를 포함하는, 장치(10).
- 적어도 하나의 분석물을 포함하는 재료(12)를 분석하기 위한 장치(10)로서,
- 상기 재료(12)와 열 접촉 또는 압력 전달 접촉을 하기에 적합한 접촉 표면(14)을 갖는 측정 본체(16) - 상기 열 또는 압력 전달 접촉은 상기 재료 내에서의 여기 복사(18)의 흡수에 의해 생성된 열 또는 압력파들이 상기 측정 본체에 전달되는 것을 허가함 -,
- 여기 복사를 상기 재료(12) 내에 흡수되게끔 상기 재료 내로 조사하도록 구성된 여기 복사 소스(26),
- 상기 여기 복사(18)의 흡수 시에 상기 재료(12)로부터 수신된 열 또는 압력파들에 대한 상기 측정 본체(16) 또는 그 안에 포함된 컴포넌트의 물리적 응답을 검출하고 상기 검출된 물리적 응답에 기초하여 응답 신호를 생성하기 위한 검출 디바이스 - 상기 응답 신호는 여기 복사의 흡수 정도를 나타냄 -, 및
- 제어 시스템
을 포함하고, 상기 제어 시스템은:
- 여기 복사를 상기 재료(12) 내에 흡수되게끔 상기 재료 내로 조사하도록 상기 여기 복사 소스(26)를 제어하고 - 상기 여기 복사의 강도는 시간-변조되고, 상기 여기 복사는 동시적 및 순차적 중 하나 또는 둘 다로 조사되는 상이한 분석물-특성-파장들의 복사를 포함함 -
- 상기 물리적 응답을 검출하고 상기 여기 복사(18)의 흡수 정도를 나타내는 응답 신호들을 생성하게끔 상기 검출 디바이스를 제어하도록
구성되고,
상기 제어 시스템은 상기 분석물 측정 절차(78) 동안, 상기 재료(12)와 상기 측정 본체(16) 사이의 상기 열 또는 압력 전달 접촉을 유지하면서 분석물-파장-특정 측정들의 시퀀스가 수행되게끔 상기 장치를 제어하도록 구성되고, 각각의 분석물-파장-특정 측정에서, 분석물-특성-파장들의 미리 결정된 세트로부터 선택된 분석물-특성-파장을 갖는 여기 복사(18)가 조사되고, 대응하는 응답 신호가 획득되며,
상기 제어 시스템은 하나 이상의 분석물-특성-파장에 연관된 상기 응답 신호에 기초하여 품질 평가를 수행하고, 상기 품질 평가에 기초하여, 현재 분석물 측정 절차 또는 하나 이상의 장래의 분석물 측정 절차(78) 동안 대응하는 하나 이상의 분석물-특성-파장에 할애되는 측정 시간을 조절하거나, 상기 분석에서의 대응하는 분석물-파장-특정 측정에 연관된 상대적인 가중치를 조절하도록 더 구성되는, 장치(10). - 제41항에 있어서, 상기 제어 시스템은 상기 분석물 측정 절차(78) 동안 상기 품질 평가를 수행하고, 상기 분석물 측정 절차 동안 상기 대응하는 하나 이상의 분석물-특성-파장에 할애되는 측정 시간을 실시간으로 조절하게끔 상기 장치를 제어하도록 더 구성되는, 장치(10).
- 제41항 또는 제42항에 있어서, 상기 품질 평가는:
- 상기 응답 신호의 신호-대-잡음비 또는 그로부터 도출된 양, 및
- 기준 파장을 갖는 여기 복사(18)가 조사되고 대응하는 응답 신호가 획득되는 하나 이상의 기준 측정(80)의 결과 - 상기 기준 파장은 상기 분석물의 흡수가 낮은 파장임 -
중 하나 이상에 적어도 부분적으로 기초하는, 장치(10). - 제37항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료(12)는 인체 조직, 특히 인간 피부(12)이고, 상기 분석물은 그의 간질액에 존재하는 글루코스인, 장치(10).
- 제37항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 시스템은 재료 상태 분석 절차(76)를 수행하도록 더 구성되고, 상기 재료의 현재 상태는:
- 상기 재료(12)가 상기 분석물-특성-파장들과 상이한 파장에서 여기 복사(18)로 조사될 때 확립되는 하나 이상의 응답 신호,
- 상기 분석물 측정 단계에서 사용된 것과 동일한 분석물-특성-파장들을 갖는 여기 복사(18)에 대해, 그러나 상기 분석물 측정 단계에서와 적어도 부분적으로 상이한, 상기 여기 복사의 강도 변조 주파수들에 대해 확립된 하나 이상의 응답 신호, 및
- 추가 센서 장비로 수행되는 재료 상태에 관련된 하나 이상의 측정
중 하나 이상에 기초하여 분석되고,
상기 제어 시스템은 상기 재료 상태 분석 절차(76)의 결과에 기초하여,
- 상기 분석물 측정 절차(78) 동안 사용되거나 상기 분석 동안 의존되는 분석물-특성-파장들의 선택,
- 상기 분석물 측정 절차(78) 동안의 분석물-특성-파장들의 사용의 절대적 시간 또는 상대적 시간 비율, 개별 여기 복사 강도, 또는 분석에서 파장들에 주어지는 상대적 가중치,
- 상기 분석물 측정 절차(78) 동안 동시에 사용될 분석물-특성-파장들의 선택, 및
- 상기 분석물 측정 절차(78) 동안 사용될 상기 여기 복사(18) 강도의 변조의 하나 이상의 주요 주파수의 선택
중 적어도 하나를 결정하도록 구성되는, 장치(10). - 제45항에 있어서, 상기 제어 시스템은 상기 재료 상태 분석 절차(76)를 상기 분석물 측정 절차(78)와 인터리브 방식으로, 또는 상기 분석물 측정 절차의 시작보다 5분 미만 이전에, 바람직하게는 3분 미만 이전에, 가장 바람직하게는 1분 미만 이전에 수행하도록 구성되는, 장치(10).
- 제45항 또는 제46항에 있어서, 상기 재료 상태는 상기 하나 이상의 분석물과 상이하지만 상기 분석물-특성-파장들 중 적어도 하나에서 여기 복사(18)의 상당한 흡수율을 나타내는, 상기 재료 내의 교란 물질들의 존재 및/또는 농도를 포함하고, 상기 재료 상태 분석 절차(76)가 상기 교란 물질들의 충분히 높은 농도를 산출하는 경우, 상기 제어 시스템은 상기 교란 물질들이 상당한 흡수율을 나타내는 상기 분석물-특성-파장들 중 적어도 하나의 사용을 회피 또는 억제하도록 구성되는, 장치(10).
- 제44항, 및 제45항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분석물 측정 절차(78) 동안 사용될 상기 여기 복사(18) 강도의 변조의 상기 적어도 하나의 주요 주파수는 제1 주요 변조 주파수 및 제2 주요 변조 주파수를 포함하고, 상기 제1 주요 변조 주파수는 상기 응답 신호가 상기 간질액 내의 여기 복사의 흡수를 적어도 부분적으로 반영하도록 충분히 낮고, 상기 제2 주요 변조 주파수는 상기 제1 주요 변조 주파수보다 높은, 장치(10).
- 제44항, 및 제45항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료 상태는 피부(12)의 수분 함량을 포함하고, 상기 장치는 바람직하게는 상기 피부의 수분 함량을 측정하기 위한 전용 수분량 측정 디바이스를 더 포함하는, 장치(10).
- 제49항에 있어서, 상기 재료(12)의 분석 절차에서 더 높은 수분 함량이 결정되는 경우, 상기 제어 시스템은 상기 분석물 측정 절차(78)에서 우선적으로 있는 미리 결정된 분석물-특성-파장들의 세트 중에서 더 짧은 파장들을 우선적으로 사용하도록 구성되는, 장치(10).
- 제49항 또는 제50항에 있어서, 상기 제어 시스템은 상기 분석물 측정 절차(78) 동안 사용되는 상기 여기 복사(18) 강도의 변조의 하나 이상의 주요 주파수 중 적어도 하나를, 상기 재료 상태의 다른 모든 특성이 동일한 상태에서, 더 높은 수분 함량들에 대해 상기 변조의 더 높은 주요 주파수들이 선택되는 방식으로, 상기 재료(12)의 분석 절차에서 결정된 수분 함량에 맞게 적응시키도록 구성되는, 장치(10).
- 제44항, 및 제45항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료 상태는 상기 간질액 위에 있는 각질층의 두께를 포함하는, 장치(10).
- 제52항에 있어서, 상기 제어 시스템은 상기 각질층의 두께를 상기 여기 복사(18)의 동일한 파장들에 대해, 그러나 상기 여기 복사의 상이한 강도 변조 주파수들에 대해 확립된 응답 신호들에 기초하여 직접적으로 또는 간접적으로 평가하도록 구성되고, 상기 파장은 상기 각질층과 상기 간질액에 각각 상이한 농도들로 존재하는 물질의 흡수 대역에 일치하도록 선택되는, 장치(10).
- 제52항 또는 제53항에 있어서, 상기 제어 시스템은 상기 분석물 측정 절차(78) 동안 사용되는 상기 여기 복사(18) 강도의 변조의 하나 이상의 주요 주파수 중 적어도 하나를, 상기 재료 상태의 다른 모든 특성이 동일한 상태에서, 더 높은 각질층 두께들에 대해 상기 변조의 더 낮은 주요 주파수가 선택되는 방식으로, 상기 재료(12)의 분석 절차에서 결정된 상기 간질액 위에 있는 각질층의 두께에 맞게 적응시키도록 구성되는, 장치(10).
- 제44항, 및 제45항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치(10)는 전용 pH 측정 디바이스를 포함하고, 상기 재료 상태는 상기 피부(12)의 pH 값을 포함하는, 장치(10).
- 제55항에 있어서, 상기 재료(12)의 분석 절차에서 결정된 pH 값이 낮은 값으로 발견되는 경우, 상기 재료 상태의 다른 모든 특성이 동일한 상태에서, 상기 제어 시스템은 젖산염 흡수 대역들과 중첩하는 분석물-특성-파장들을 pH가 높은 값으로 발견된 경우에서보다 상기 분석물 측정 절차(78)에서 덜 우선적으로 사용하도록 구성되는, 장치(10).
- 제44항, 및 제45항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피부(12)는 인간 피험자의 손가락 끝(12)의 피부이고, 상기 장치는 상기 손가락 끝(12)의 표피 융기부들의 평균 높이를 추정하도록 구성된 전용 지문 센서를 더 포함하는, 장치(10).
- 제57항에 있어서, 상기 제어 시스템은 상기 분석물 측정 절차(78)에서 사용되는 상기 여기 복사(18)의 전력을, 상기 재료 상태의 다른 모든 특성이 동일한 상태에서, 더 높은 평균 표피 융기부들에 대해 상기 분석물 측정 절차에 사용되는 상기 여기 복사의 전력이 증가되는 방식으로, 상기 표피 융기부들의 평균 높이의 함수로서 적응시키도록 구성되는, 장치(10).
- 제44항, 및 제45항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피부(12)의 온도를 측정하기 위한 온도 센서를 더 포함하는, 장치(10).
- 제37항 내지 제59항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 시스템은 상기 여기 복사(18)의 상기 강도의 엔벨로프가 평균 강도의 50% 이상을 취하는 시간의 비율이 전체 시간의 50% 미만, 바람직하게는 46% 미만, 가장 바람직하게는 43% 미만인 점에서 상기 엔벨로프가 비대칭이 되게끔 상기 강도의 시간 변조를 제공하도록, 상기 장치를 제어하도록 구성되는, 장치(10).
- 제37항 내지 제60항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 시스템은 상기 강도의 엔벨로프가 주기적으로 반복되는 패턴을 따르게끔 상기 여기 복사(18)의 상기 강도의 시간 변조를 제공하도록 상기 장치를 제어하도록 구성되고, 상기 패턴은 상기 패턴의 강도-시간-적분의 80% 초과를 포함하는 높은 강도 시간 부분 및 상기 강도-시간-적분의 20% 미만을 포함하는 낮은 강도 시간 부분을 포함하고, 상기 높은 강도 및 낮은 강도 시간 부분의 지속시간들의 비율은 0.9 미만, 바람직하게는 0.8 미만, 가장 바람직하게는 0.7 미만인, 장치(10).
- 제37항 내지 제59항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 시스템은 상기 여기 복사의 상기 강도의 푸리에 분해에서, 지배적 주파수 및 1차 내지 9차 고조파에 연관된 전체 강도 중에서, 적어도 95%는 상기 지배적 주파수에 연관되고, 적어도 97%, 바람직하게는 적어도 98%는 상기 지배적 주파수 및 상기 제1 고조파에 연관되게끔, 상기 강도의 엔벨로프가 대략적으로 고조파이도록 상기 여기 복사(18)의 상기 강도의 시간 변조를 제공하도록, 상기 장치를 제어하도록 구성되는, 장치(10).
- 제37항 내지 제62항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출 디바이스는 상기 측정 본체(16) 또는 상기 측정 본체에 포함된 컴포넌트의 적어도 일부를 통해 이동하는 검출 광 빔(22)을 생성하기 위한 광원(28)을 포함하고,
상기 여기 복사(18)의 흡수 시에 상기 재료(12)로부터 수신된 열 또는 압력파들에 대한 상기 측정 본체(16)의 상기 물리적 응답은 상기 측정 본체 또는 상기 컴포넌트의 굴절률의 국소적 변화이고,
상기 검출 디바이스는 상기 검출 빔의 위상 또는 광 경로에서의 굴절률 변화에서의 상기 변화로 인한 상기 광 경로의 변화 또는 상기 검출 빔(22)의 위상 변화 중 하나를 검출하도록 구성되는, 장치(10). - 제63항에 있어서, 상기 측정 본체(16)는 상기 검출 광 빔(22)에 대해 투명하고, 상기 검출 광 빔은 상기 재료(12)와 열 또는 압력 전달 접촉하는 상기 측정 본체의 표면(14)에서 전체적으로 또는 부분적으로 반사되도록 지향되고, 상기 검출 디바이스는 광검출기, 특히 상기 굴절률의 국소적 변화로 인한 상기 검출 광 빔의 편향 각도를 검출할 수 있는 위치 감지 광검출기를 포함하는, 장치(10).
- 제63항에 있어서, 상기 검출 디바이스는 상기 검출 빔(22)의 상기 위상 변화를 평가하고 상기 위상 변화를 나타내는 응답 신호를 생성하는 것을 허용하는 간섭계 디바이스(60)를 포함하는, 장치(10).
- 제37항 내지 제62항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 본체(16) 또는 상기 측정 본체 내의 컴포넌트는 온도의 국소적 변화 또는 이에 연관된 압력 변화에 응답하여 변화하는 전기적 속성들을 갖고, 상기 검출 디바이스는 상기 전기적 속성들을 나타내는 전기 신호들을 캡처하기 위한 전극들을 포함하는, 장치(10).
- 제37항 내지 제66항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 여기 복사 소스(26)는 레이저들, 특히 각각 전용 파장을 갖는 양자 캐스케이드 레이저들의 어레이를 포함하는, 장치(10).
- 제37항 내지 제67항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 여기 복사 소스(26)는 적어도 하나의 튜닝가능한 레이저, 특히 적어도 하나의 튜닝가능한 양자 캐스케이드 레이저를 포함하는, 장치(10).
- 제37항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 여기 파장들의 일부 또는 전부는 6㎛ 내지 13㎛, 바람직하게는 8㎛ 내지 11㎛의 범위 내에 있는, 장치(10).
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