KR20230126508A - 분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 방법 및 이를 수행하는 시스템 - Google Patents

분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 방법 및 이를 수행하는 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20230126508A
KR20230126508A KR1020220023770A KR20220023770A KR20230126508A KR 20230126508 A KR20230126508 A KR 20230126508A KR 1020220023770 A KR1020220023770 A KR 1020220023770A KR 20220023770 A KR20220023770 A KR 20220023770A KR 20230126508 A KR20230126508 A KR 20230126508A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
absorbance
wavelength
concentration
invasive
reflected light
Prior art date
Application number
KR1020220023770A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102664036B1 (ko
Inventor
전재훈
민경은
박대교
정현목
허신영
Original Assignee
건국대학교 글로컬산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 건국대학교 글로컬산학협력단 filed Critical 건국대학교 글로컬산학협력단
Priority to KR1020220023770A priority Critical patent/KR102664036B1/ko
Publication of KR20230126508A publication Critical patent/KR20230126508A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102664036B1 publication Critical patent/KR102664036B1/ko

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/314Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/14532Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue for measuring glucose, e.g. by tissue impedance measurement
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/1455Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/255Details, e.g. use of specially adapted sources, lighting or optical systems
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N2021/3129Determining multicomponents by multiwavelength light
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/314Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths
    • G01N2021/317Special constructive features

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

다양한 실시예에 따른 아래 개시는 분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 방법이 개시된다. 비침습적 농도 측정 방법은, 혼합 물질에 빛을 조사하는 동작; 상기 혼합 물질에 의해 반사된 반사광을 파장별로 분리하는 동작; 물질의 광학적 특성에 관한 정보에 기초하여, 파장별로 분리된 반사광 중에서 지정된 파장의 반사광을 선별하여 광신호를 획득하는 동작; 및 상기 광신호로부터 상기 혼합 물질에 포함된 타겟 물질의 농도를 획득하는 동작을 포함할 수 있다.

Description

분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 방법 및 이를 수행하는 시스템{SPECTROSCOPIC PRINCIPLE-BASED NON-INVASIVE CONCENTRATION MEASUREMENT METHOD AND SYSTEM FOR PERFORMING THE SAME}
아래 개시는 분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 방법 및 이를 수행하는 시스템에 관한 것이다.
당분은 뇌의 활성화, 스트레스 해소, 및 피로회복 등의 생체 활동에 있어 중요한 성분이다. 당분은 일반적으로 동/식물의 액체 성분을 추출하여 측정되지만, 생체의 손상 없이도 당분을 측정할 수 있는 비침습적 방법이 요구되고 있다.
당뇨병은 국내 사망원인 순위 6위로 내분비, 영양, 및 대사 질환으로 분류된다. 당뇨 환자는 세계 3.5억명 이상이 존재하고, 고령화로 인해 그 수는 급증할 것으로 예상된다. 당뇨 환자는 매일 6회 이상 채혈해야 하므로, 당뇨 환자의 육체적, 정신적 고통이 심각한 상황이다. 이에 따라, 편리하게 사용 가능한 비침습/무채혈 혈당측정기술의 개발이 요구되고 있다. 비침습 혈당측정 방법에는 인체에 접촉할 수 있는 소형 평면형 공진기(planar resonator) 또는 방사체(radiator)를 이용한 방법 등이 존재한다.
기존의 비침습 혈당측정 방법에는 한계가 있다. 평면형 공진기를 이용한 방법은 평면형 공진기로부터 방사되는 마이크로파 신호들의 대부분이 피부나 피하조직 근처에서 반사돼 민감도 개선에 제한적인 단점을 가지고 있다. 역이온 삼투압을 이용한 방법은 피부에 접촉된 글루코스 패드(Glucosepad)를 12시간마다 교체해야 하고, 교체 시 마다 준비시간과 재조정의 과정을 거쳐야 하는 단점이 있다. 임피던스 분광학을 이용한 방법은 체위, 온도, 피부의 땀, 미세혈류 등에 의해 측정값이 변화하므로, 이에 대한 보정을 반드시 필요로 한다. 렌즈를 이용한 방법은 회로에서 나오는 열로 인한 저온화상의 위험이 존재한다. 편광 현상을 이용한 방법은 당이 함유된 용액을 통과할 때 빛의 편광면을 특정각도로 회전하게 되고, 회전 정도가 온도나 pH에 의해서 영향을 받으며, 아스코르브산염(ascorbate)나 알부민(albumin) 같은 광학적으로 활성화된 물질이 조직에 있으면 당에 대한 특이도가 떨어진다는 단점이 존재한다. 형광법을 이용한 방법은 특정 주파수의 빛을 받으면 조직이 형광을 발생시키는 성질을 이용하는 것으로, 형광의 강도는 용액내의 당농도에 의해 결정되지만, 당의 농도가 높아야 측정 가능하다는 단점이 존재한다.
생체 물질은 일반적으로 여러가지 물질이 섞인 혼합물 상태이고, 혼합물에 포함된 당 성분의 농도 측정 결과는 순수 당 성분만 존재할 때의 당 성분의 농도 측정 결과와 상이할 수 있다. 혼합 물질에서 당 성분의 농도만을 측정하는 기술이 요구될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면 분광 원리를 적용한 광학시스템에 기초하여 물질의 광학적 특성에 관한 정보를 획득하고, 물질의 광학적 특성에 관한 정보 및 광학 시스템에 기초하여 혼합 물질에 포함된 타겟 물질의 농도를 측정하는 기술을 제공할 수 있다.
다만, 기술적 과제는 상술한 기술적 과제들로 한정되는 것은 아니며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 비침습적 농도 측정 방법은, 혼합 물질에 빛을 조사하는 동작; 상기 혼합 물질에 의해 반사된 반사광을 파장별로 분리하는 동작; 물질의 광학적 특성에 관한 정보에 기초하여, 파장별로 분리된 반사광 중에서 지정된 파장의 반사광을 선별하여 광신호를 획득하는 동작; 및 상기 광신호로부터 상기 혼합 물질에 포함된 타겟 물질의 농도를 획득하는 동작을 포함할 수 있다.
상기 광학적 특성은, 흡광도, 광반사도, 및 산란 계수 중에서 적어도 하나를 포함하고, 상기 광학적 특성에 관한 정보는, 물질 별 최대의 흡광도를 갖는 파장에 관한 정보 및 물질의 농도에 따른 흡광도 그래프 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 지정된 파장의 반사광은, 상기 타겟 물질에 대하여 최대의 흡광도를 갖는 파장의 반사광일 수 있다,
상기 농도를 획득하는 동작은, 상기 광신호에 기초하여 상기 혼합 물질의 흡광도를 계산하는 동작; 및 물질의 농도에 따른 흡광도 그래프에 기초하여 상기 혼합 물질의 흡광도로부터 상기 타겟 물질의 농도를 획득하는 동작을 포함할 수 있다.
상기 물질 별 최대의 흡광도를 갖는 파장에 관한 정보는, 상이한 구성비를 갖는 복수의 혼합 물질에 의해 반사된 반사광으로부터 획득된, 파장에 따른 흡광도 그래프에 기초하여 획득된 것일 수 있다.
상기 물질 별 최대의 흡광도를 갖는 파장에 관한 정보는, 상기 파장에 따른 흡광도 그래프로부터 획득 가능한, 파장 별 흡광도 값의 최대값과 최소값의 편차 및 농도 별 흡광도 값의 편차에 기초하여 획득된 것일 수 있다.
상기 물질의 농도에 따른 흡광도 그래프는, 상기 파장에 따른 흡광도 그래프로부터 획득 가능한, 물질에 대하여 최대의 흡광도를 갖는 파장에 대응되는 농도 별 흡광도 값에 기초하여 획득된 것일 수 있다,
상기 혼합 물질은, 생체 물질이고, 상기 타겟 물질은, 당(sugar)일 수 있다.
다양한 실시예에 따른 비침습적 농도 측정 시스템은, 혼합 물질에 빛을 조사하는 광원; 상기 혼합 물질에 의해 반사된 반사광을 파장별로 분리하는 회절 격자; 물질의 광학적 특성에 관한 정보에 기초하여, 파장별로 분리된 반사광 중에서 지정된 파장의 반사광을 선별하는 렌즈; 상기 지정된 파장의 반사광에 대한 광신호를 감지하는 검출기; 및 상기 광신호로부터 상기 혼합 물질에 포함된 타겟 물질의 농도를 획득하는 컴퓨팅 장치를 포함할 수 있다.
상기 광학적 특성은, 빛 흡수 계수, 빛 산란 계수, 광반사도, 및 흡광도 중에서 적어도 하나를 포함하고, 상기 광학적 특성에 관한 정보는, 물질 별 최대의 흡광도를 갖는 파장에 관한 정보 및 물질의 농도에 따른 흡광도 그래프 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 지정된 파장의 반사광은, 상기 타겟 물질에 대하여 최대의 흡광도를 갖는 파장의 반사광일 수 있다.
상기 컴퓨팅 장치는, 상기 광신호에 기초하여 상기 혼합 물질의 흡광도를 계산하고, 물질의 농도에 따른 흡광도 그래프에 기초하여 상기 혼합 물질의 흡광도로부터 상기 타겟 물질의 농도를 획득할 수 있다.
상기 컴퓨팅 장치는, 상이한 구성비를 갖는 복수의 혼합 물질에 의해 반사된 반사광에 기초하여 파장에 따른 흡광도 그래프를 획득하고, 상기 파장에 따른 흡광도 그래프에 기초하여 상기 물질 별 최대의 흡광도를 갖는 파장에 관한 정보를 획득할 수 있다.
상기 컴퓨팅 장치는, 상기 파장에 따른 흡광도 그래프에 기초하여, 파장 별 흡광도 값의 최대값과 최소값의 편차 및 농도 별 흡광도 값의 편차를 획득하고, 상기 최대값과 최소값의 편차 및 상기 농도 별 흡광도 값의 편차에 기초하여 상기 물질 별 최대의 흡광도를 갖는 파장에 관한 정보를 획득할 수 있다.
상기 컴퓨팅 장치는, 상기 파장에 따른 흡광도 그래프로부터 획득 가능한, 물질에 대하여 최대의 흡광도를 갖는 파장에 대응되는 농도 별 흡광도 값에 기초하여 상기 물질의 농도에 따른 흡광도 그래프를 획득할 수 있다.
상기 혼합 물질은, 생체 물질이고, 상기 타겟 물질은, 당(sugar)일 수 있다.
도 1은 물질 별 파장에 따른 광학적 특성을 나타낸 그래프의 일 예이다.
도 2는 거울 반사와 확산 반사를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 투과형 측정법과 반사형 측정법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 다양한 실시예에 따른 분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 시스템의 구조를 나타낸다.
도 5는 파장에 따른 흡광도 그래프의 일 예이다.
도 6은 물질의 농도에 따른 흡광도 그래프의 일 예이다.
도 7은 다양한 실시예에 따른 분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 방법의 흐름도를 나타낸다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 물질 별 파장에 따른 광학적 특성을 나타낸 그래프의 일 예이다.
생체 내 물질들은 혼합 물질로써, 그 구성 성분이 상이하므로 각기 다른 광학적 특성을 가질 수 있다. 광학적 특성은 흡광도, 광반사도, 빛 산란 계수 등을 포함할 수 있고, 조사된 빛의 파장에 따라 동일한 물질의 광학적 특성은 상이할 수 있다.
도 1을 참조하면, 생체 내 물질(예: 멜라닌, 헤모글로빈, 옥시헤모글로빈, 물 등)과 파장에 따른 빛 흡수 계수의 차이를 확인할 수 있다. 예를 들어, 헤모글로빈에 조사되는 빛의 파장이 증가할수록, 헤모글로빈의 빛 흡수 계수가 감소할 수 있다. 다른 예를 들어, 물에 조사되는 빛의 파장이 증가할수록, 물의 빛 흡수 계수는 증가할 수 있다.
생체 조직은 구성 성분에 따라 각기 다른 특성을 가지며, 또한 생체 조직에 조사되는 빛의 파장에 따라 각기 다른 광학적 특성을 가질 수 있다. 이하에서는 생체 조직에 조사된 빛의 반사에 대하여 설명하도록 한다.
도 2는 거울 반사와 확산 반사를 설명하기 위한 도면이다.
빛의 반사는 매질 표면에서 일어나는 거울 반사(specular reflection)와 매질 내부에서 흡수, 산란현상의 결과로 도출된 확산 반사(diffuse reflection)로 나뉠 수 있다.
거울 반사는 확산형의 반사면에 있어서 거시적으로 보아 반사의 법칙에 따르는 반사로서, 정반사라고도 한다. 확산 반사는 빛, 소리, 전파 따위가 코사인 법칙에 따라 물체의 표면에서 모든 방향으로 흩어지면서 반사되는 것을 지칭할 수 있다.
거울 반사와 확산 반사는, 빛이 경로가 바뀌면서 생체물질과 작용한 신호를 분석하여 타겟 물질의 농도 측정에 활용될 수 있다.
도 3은 투과형 측정법과 반사형 측정법을 설명하기 위한 도면이다.
투과형 측정법은 광통신 손실 측정에 사용되며, 광섬유를 통과한 광전력의 감쇠량을 직접 측정하는 방법일 수 있다. 투과형 측정법은 광섬유의 입사단 광전력과 출사단의 광전력의 비율인 "α [dB] = 10 log ( Pin / Pout )"로 나타낼 수 있다. 투과형 측정법은 광선로의 단위구간 또는 전구간 총손실특성 측정법일 수 있다.
반사형 측정법은 광섬유 내를 전파하는 광의 일부가 프레넬반사(Fresnel reflecter)와 레일레이산란(Rayleigh scattering)에 의해 입사단측으로 되돌아오는 현상을 이용하여 광섬유의 손실특성을 평가하는 방법으로, 후방산란법이라 칭한다.
투과형 측정법은 샘플 두께를 고려할 필요가 있으나, 반사형 측정법은 샘플 두께를 고려할 불필요하다. 반사형 측정법은 일정 두께 이상의 경우 반무한매질(semi-infinite medium)으로 간주될 수 있어 두께가 달라도 일정한 광신호를 얻을 수 있는 장점이 있다.
도 4는 다양한 실시예에 따른 분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 시스템의 구조를 나타낸다.
분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 시스템(10)은 분광 원리를 이용하여, 비침습적으로 혼합 물질에 포함된 타겟 물질의 농도를 측정할 수 있다. 분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 시스템(10)은 혼합 물질의 흡광도에 기초하여, 타겟 물질의 농도를 측정할 수 있다.
분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 시스템(10)은 비침습적 방법으로 샘플의 손실 또는 손상 없이 타겟 물질의 농도의 측정을 수행할 수 있고, 비침습적 방법이므로 샘플의 오염을 방지할 수 있다. 분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 시스템(10)은 밀폐된 용기 속 액체 샘플의 당농도를 측정할 수 있고, 고체 샘플의 손상 없이 당농도를 측정할 수 있다.
분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 시스템(10)은, 무채혈 혈당농도 측정에 응용될 수 있다. 분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 시스템(10)은, 사용자 친화적 모듈을 개발하여 일반인도 가정에서 혈당을 추적관리 할 수 있는 당뇨병관리 보조수단으로 활용될 수 있다. 분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 시스템(10)은 혈당 측정에 응용되어, 환자의 채혈 고통 없이 당농도의 측정이 가능하고, 환자에 대한 감염 위험을 없앨 수 있다.
분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 시스템(10)은, 광학적 무채혈 혈당측정 모듈을 채용하여, 기존의 국내외의 침습적 당뇨측정기기를 대체하여 경제적 파급효과를 높일 수 있다. 분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 시스템(10)은, U-Healthcare 시스템의 도입을 통해, 원거리 통신 및 재택 의료 진단이 가능하므로 건강관리 및 다양한 건강 정보의 제공으로 삶의 질 향상을 기대할 수 있다. 분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 시스템(10)은 비침습 혈당분석 기기로서, 채혈의 고통을 줄이고 연속측정이 가능하다는 특징이 있어, 신뢰성 있는 혈당 측정과 파급력 있는 의료 기술이 될 수 있다.
분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 시스템(10)은 광학적 기법의 핵심 기술을 응용하여 제품화가 가능하며, 혈당뿐 아니라 콜레스테롤 분석 등에도 활용될 수 있다. 분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 시스템(10)은 생체 내의 다양한 바이오 신호 분석 및 혈당 및 질병 조기 진단을 가능하게 할 수 있다.
분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 시스템(10)은 광원(120), 슬릿(130), 제1 렌즈(140), 회절격자(diffraction grating)(150), 거울(160), 제2 렌즈(170), 검출기(180), 및 컴퓨팅 장치(190)를 포함할 수 있다.
혼합 물질(예: 생체 물질)(110)은 타겟 물질(예: 당)을 포함하는 물질일 수 있다. 혼합 물질(110)에 빛이 조사될 수 있다.
광원(120)은 빛을 내는 물체 또는 장치로서, 빛을 에너지 형태(예: 빛 에너지)로 혼합 물질(110)에 조사할 수 있다. 빛이 혼합 물질(110)에 의해 반사됨으로써 생성된 반사광은 슬릿(130)을 통과할 수 있다.
슬릿(130)은 작은 홀을 통해 빛을 확산시키는 수단일 수 있다. 슬릿(130)을 통과하면서 확산된 반사광은 제1 렌즈(140)에 의해 평행광으로 전환될 수 있다.
제1 렌즈(140)를 통과하는 빛은 평행광으로 전환될 수 있다. 제1 렌즈(140)는, 혼합 물질(110)에 의해 반사된 반사광이 슬릿(130)을 통과하면서 확산된 반사광을 평행광으로 전환할 수 있다.
회절 격자(150)에 입사한 빛들은 산란될 수 있다. 회절격자(130)는 빛의 회절 현상을 이용하여 빛의 스펙트럼을 파장에 따라 분리하는 장치로써, 회절 격자(150)는 평행광으로 전환된 반사광을 파장별로 분리할 수 있다.
거울(160)은 파장별로 분리된 반사광 중에서 지정된 파장의 반사광이 제2 렌즈(170)에 입사하도록 가이드할 수 있다. 분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 시스템(10)의 사용자는 물질의 광학적 특성에 관한 정보(예: 물질 별 최대의 흡광도를 갖는 파장에 관한 정보 및 물질의 농도에 따른 흡광도 그래프)에 기초하여, 거울(160)의 각도를 조절함으로써 지정된 파장의 반사광(에: 타겟 물질에 대하여 최대의 흡광도를 갖는 파장의 반사광)이 제2 렌즈(170)에 입사하도록 가이드할 수 있다.
제2 렌즈(170)는 파장별로 분리된 반사광 중에서 지정된 파장의 반사광을 선별할 수 있다. 분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 시스템(10)의 사용자는 물질의 광학적 특성에 관한 정보에 기초하여 제2 렌즈(170)를 선택하여 반사광을 통과시킴으로써, 지정된 파장의 반사광을 선별할 수 있다.
검출기(180)는 지정된 파장의 빛을 감지할 수 있다. 검출기(180)는 제2 렌즈(170)에 의해 선별된, 지정된 파장의 반사광에 대한 광신호를 감지할 수 있다.
컴퓨팅 장치(190)는 광신호로부터 혼합 물질(110)에 포함된 타겟 물질의 농도를 획득할 수 있다. 컴퓨팅 장치(190)는 광신호에 기초하여 혼합 물질(110)의 흡광도를 계산하고, 물질의 농도에 따른 흡광도 그래프에 기초하여 혼합 물질의 흡광도로부터 타겟 물질의 농도를 획득할 수 있다. 컴퓨팅 장치(190)는 물질의 광학적 특성에 관한 정보(예: 물질 별 최대의 흡광도를 갖는 파장에 관한 정보 및 물질의 농도에 따른 흡광도 그래프)를 획득할 수 있다. 이하에서는 컴퓨팅 장치(190)가 물질의 광학적 특성에 관한 정보를 획득하는 동작에 대하여 자세히 설명하도록 한다.
도 5는 파장에 따른 흡광도 그래프의 일 예이다.
컴퓨팅 장치(190)는 물질 별 최대의 흡광도를 갖는 파장에 관한 정보(511, 521)를 획득할 수 있다.
도 5를 참조하면, 컴퓨팅 장치(190)는 상이한 구성비를 갖는 복수의 혼합 물질에 의해 반사된 반사광으로부터 파장에 따른 흡광도 그래프(500)를 획득할 수 있다. 파장에 따른 흡광도 그래프(500)는 광신호의 민감 영역(510, 520)을 포함할 수 있고, 광신호의 민감 영역(510, 520)은 혼합 물질에 포함된 특정 물질의 농도 변화에 따라 혼합 물질의 흡광도가 유의미하게 변화하는 영역일 수 있다. 파장에 따른 흡광도 그래프(500)의 광 신호 민감 영역(510, 520)은 하나의 예시일 뿐이며, 샘플의 조건 및/또는 상황에 따라 상이할 수 있다.
컴퓨팅 장치(190)는 광신호의 민감 영역(예: 510)에 기초하여 파장 별 흡광도 값의 최대값과 최소값의 편차(예: 530) 및 농도 별 흡광도 값의 편차(예: 541, 551)를 획득할 수 있고, 파장 별 흡광도 값의 최대값과 최소값의 편차(예: 530) 및 농도 별 흡광도 값의 편차(예: 541, 551)에 기초하여 물질 별 최대의 흡광도를 갖는 파장에 관한 정보(예: 511)를 획득할 수 있다.
분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 시스템(10)은 물질 별 최대의 흡광도를 갖는 파장에 관한 정보(511, 512)에 기초하여, 타겟 물질에 대하여 최대의 흡광도를 갖는 파장의 반사광을 선별할 수 있다.
도 6은 물질의 농도에 따른 흡광도 그래프의 일 예이다.
도 6을 참조하면, 컴퓨팅 장치(190)는 물질의 농도에 따른 흡광도 그래프(600)를 획득할 수 있다. 컴퓨팅 장치(190)는 파장에 따른 흡광도 그래프(500)에 기초하여, 물질에 대하여 최대의 흡광도를 갖는 파장(511, 521)에 대응되는 농도 별 흡광도 값을 획득할 수 있고, 획득된 농도 별 흡광도 값에 기초하여 물질의 농도에 따른 흡광도 그래프(600)를 획득할 수 있다. 물질의 농도에 따른 흡광도 그래프(600)는 하나의 예시로써 로그 함수의 형태를 가질 수도 있고, 조건에 따라 다항식 함수, 지수 함수의 형태를 가질 수도 있다.
컴퓨팅 장치(190)는 타겟 물질에 대하여 최대의 흡광도를 갖는 파장의 반사광에 대한 광신호에 기초하여 혼합 물질의 흡광도(601)를 계산하고, 물질의 농도에 따른 흡광도 그래프(600)에 기초하여 혼합 물질의 흡광도(601)로부터 타겟 물질의 농도(602)를 획득할 수 있다.
도 7은 다양한 실시예에 따른 분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 방법의 흐름도를 나타낸다.
동작 710 내지 동작 770은 순차적으로 수행될 수도 있으나, 반드시 순차적으로 수행되는 것은 아니다. 예를 들어, 각 동작(710~770)의 순서가 변경될 수도 있으며, 적어도 두 동작들이 병렬적으로 수행될 수도 있다.
동작 710에서, 분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 시스템(10)은 혼합 물질(예: 생체 물질)에 빛을 조사할 수 있다.
동작 730에서, 분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 시스템(10)은 혼합 물질에 의해 반사된 반사광을 파장별로 분리할 수 있다.
동작 750에서, 분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 시스템(10)은 물질의 광학적 특성에 관한 정보(예: 물질 별 최대의 흡광도를 갖는 파장에 관한 정보 및 물질의 농도에 따른 흡광도 그래프)에 기초하여, 파장별로 분리된 반사광 중에서 지정된 파장의 반사광(예: 타겟 물질(예: 당)에 대하여 최대의 흡광도를 갖는 파장의 반사광)을 선별하여 광신호를 획득할 수 있다.
동작 770에서, 분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 시스템(10)은 광신호로부터 혼합 물질(예: 생체 물질)에 포함된 타겟 물질(예: 당)의 농도를 획득할 수 있다.
위에서 설명한 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 또는 복수의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (16)

  1. 혼합 물질에 빛을 조사하는 동작;
    상기 혼합 물질에 의해 반사된 반사광을 파장별로 분리하는 동작;
    물질의 광학적 특성에 관한 정보에 기초하여, 파장별로 분리된 반사광 중에서 지정된 파장의 반사광을 선별하여 광신호를 획득하는 동작; 및
    상기 광신호로부터 상기 혼합 물질에 포함된 타겟 물질의 농도를 획득하는 동작
    을 포함하는, 비침습적 농도 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학적 특성은,
    흡광도, 광반사도, 및 산란 계수 중에서 적어도 하나를 포함하고,
    상기 광학적 특성에 관한 정보는,
    물질 별 최대의 흡광도를 갖는 파장에 관한 정보 및 물질의 농도에 따른 흡광도 그래프 중에서 적어도 하나를 포함하는,
    비침습적 농도 측정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지정된 파장의 반사광은,
    상기 타겟 물질에 대하여 최대의 흡광도를 갖는 파장의 반사광인,
    비침습적 농도 측정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 농도를 획득하는 동작은,
    상기 광신호에 기초하여 상기 혼합 물질의 흡광도를 계산하는 동작; 및
    물질의 농도에 따른 흡광도 그래프에 기초하여 상기 혼합 물질의 흡광도로부터 상기 타겟 물질의 농도를 획득하는 동작
    을 포함하는, 비침습적 농도 측정 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 물질 별 최대의 흡광도를 갖는 파장에 관한 정보는,
    상이한 구성비를 갖는 복수의 혼합 물질에 의해 반사된 반사광으로부터 획득된, 파장에 따른 흡광도 그래프에 기초하여 획득된 것인,
    비침습적 농도 측정 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 물질 별 최대의 흡광도를 갖는 파장에 관한 정보는,
    상기 파장에 따른 흡광도 그래프로부터 획득 가능한, 파장 별 흡광도 값의 최대값과 최소값의 편차 및 농도 별 흡광도 값의 편차에 기초하여 획득된 것인,
    비침습적 농도 측정 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 물질의 농도에 따른 흡광도 그래프는,
    상기 파장에 따른 흡광도 그래프로부터 획득 가능한, 물질에 대하여 최대의 흡광도를 갖는 파장에 대응되는 농도 별 흡광도 값에 기초하여 획득된 것인,
    비침습적 농도 측정 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 혼합 물질은
    생체 물질이고,
    상기 타겟 물질은,
    당(sugar)인,
    비침습적 농도 측정 방법.
  9. 혼합 물질에 빛을 조사하는 광원;
    상기 혼합 물질에 의해 반사된 반사광을 파장별로 분리하는 회절 격자;
    물질의 광학적 특성에 관한 정보에 기초하여, 파장별로 분리된 반사광 중에서 지정된 파장의 반사광을 선별하는 렌즈;
    상기 지정된 파장의 반사광에 대한 광신호를 감지하는 검출기; 및
    상기 광신호로부터 상기 혼합 물질에 포함된 타겟 물질의 농도를 획득하는 컴퓨팅 장치
    를 포함하는, 비침습적 농도 측정 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광학적 특성은,
    빛 흡수 계수, 빛 산란 계수, 광반사도, 및 흡광도 중에서 적어도 하나를 포함하고,
    상기 광학적 특성에 관한 정보는,
    물질 별 최대의 흡광도를 갖는 파장에 관한 정보 및 물질의 농도에 따른 흡광도 그래프 중에서 적어도 하나를 포함하는,
    비침습적 농도 측정 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 지정된 파장의 반사광은,
    상기 타겟 물질에 대하여 최대의 흡광도를 갖는 파장의 반사광인,
    비침습적 농도 측정 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 컴퓨팅 장치는,
    상기 광신호에 기초하여 상기 혼합 물질의 흡광도를 계산하고,
    물질의 농도에 따른 흡광도 그래프에 기초하여 상기 혼합 물질의 흡광도로부터 상기 타겟 물질의 농도를 획득하는,
    비침습적 농도 측정 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 컴퓨팅 장치는,
    상이한 구성비를 갖는 복수의 혼합 물질에 의해 반사된 반사광에 기초하여 파장에 따른 흡광도 그래프를 획득하고,
    상기 파장에 따른 흡광도 그래프에 기초하여 상기 물질 별 최대의 흡광도를 갖는 파장에 관한 정보를 획득하는,
    비침습적 농도 측정 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 컴퓨팅 장치는,
    상기 파장에 따른 흡광도 그래프에 기초하여, 파장 별 흡광도 값의 최대값과 최소값의 편차 및 농도 별 흡광도 값의 편차를 획득하고,
    상기 최대값과 최소값의 편차 및 상기 농도 별 흡광도 값의 편차에 기초하여 상기 물질 별 최대의 흡광도를 갖는 파장에 관한 정보를 획득하는,
    비침습적 농도 측정 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 컴퓨팅 장치는,
    상기 파장에 따른 흡광도 그래프로부터 획득 가능한, 물질에 대하여 최대의 흡광도를 갖는 파장에 대응되는 농도 별 흡광도 값에 기초하여 상기 물질의 농도에 따른 흡광도 그래프를 획득하는,
    비침습적 농도 측정 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 혼합 물질은,
    생체 물질이고,
    상기 타겟 물질은,
    당(sugar)인,
    비침습적 농도 측정 시스템.
KR1020220023770A 2022-02-23 2022-02-23 분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 방법 및 이를 수행하는 시스템 KR102664036B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220023770A KR102664036B1 (ko) 2022-02-23 2022-02-23 분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 방법 및 이를 수행하는 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220023770A KR102664036B1 (ko) 2022-02-23 2022-02-23 분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 방법 및 이를 수행하는 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230126508A true KR20230126508A (ko) 2023-08-30
KR102664036B1 KR102664036B1 (ko) 2024-05-08

Family

ID=87846418

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220023770A KR102664036B1 (ko) 2022-02-23 2022-02-23 분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 방법 및 이를 수행하는 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102664036B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100634498B1 (ko) * 2004-01-12 2006-10-13 삼성전자주식회사 체내성분 측정장치 및 방법
JP4052461B2 (ja) * 2003-04-17 2008-02-27 長崎県 血糖値の非侵襲測定装置
JP2014240786A (ja) * 2013-06-12 2014-12-25 淳司 神成 発光ダイオードを用いた成分濃度分析装置及び発光ダイオードを用いた測定器
KR20160019777A (ko) * 2014-08-12 2016-02-22 삼성전자주식회사 비침습 생체 측정 장치 및 비침습 생체 측정 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4052461B2 (ja) * 2003-04-17 2008-02-27 長崎県 血糖値の非侵襲測定装置
KR100634498B1 (ko) * 2004-01-12 2006-10-13 삼성전자주식회사 체내성분 측정장치 및 방법
JP2014240786A (ja) * 2013-06-12 2014-12-25 淳司 神成 発光ダイオードを用いた成分濃度分析装置及び発光ダイオードを用いた測定器
KR20160019777A (ko) * 2014-08-12 2016-02-22 삼성전자주식회사 비침습 생체 측정 장치 및 비침습 생체 측정 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102664036B1 (ko) 2024-05-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6615061B1 (en) Optical sensor having a selectable sampling distance for determination of analytes
US6353226B1 (en) Non-invasive sensor capable of determining optical parameters in a sample having multiple layers
EP0160768B1 (en) Spectrophotometric apparatus for the non-invasive determination of glucose in body tissues
EP1094746B1 (en) Tissue modulation process for quantitative noninvasive in vivo spectroscopic analysis of tissues
Schmitt et al. Measurement of blood hematocrit by dual-wavelength near-IR photoplethysmography
US4975581A (en) Method of and apparatus for determining the similarity of a biological analyte from a model constructed from known biological fluids
US7016713B2 (en) Non-invasive determination of direction and rate of change of an analyte
AU2004233870B2 (en) Noninvasive blood analysis by optical probing of the veins under the tongue
JP3212996B2 (ja) 生体内の血糖レベルを測定するための装置
US20060009685A1 (en) Device and method for non-invasive optical measurements
US8326390B2 (en) Optical non-invasive blood monitoring system and method
EP2129288B1 (en) Device and method for monitoring blood parameters
KR100464324B1 (ko) 목적물의 성분농도 측정방법 및 장치
JP2004290544A (ja) 血液分析装置
JP2015062716A (ja) グルコース以外の1つ以上の成分のスペクトルデータを使用して非侵襲で血糖を検出するための方法およびシステム
KR101919229B1 (ko) 생체 정보 측정 및 방법
KR100634498B1 (ko) 체내성분 측정장치 및 방법
JPH07132120A (ja) 不連続性放射を使用した検体濃度の無侵襲的測定法と装置
KR102664036B1 (ko) 분광 원리 기반 비침습적 농도 측정 방법 및 이를 수행하는 시스템
JP3694291B2 (ja) 血糖値の無侵襲測定装置
GB2406638A (en) Interferometric measurement apparatus and method
KR102511907B1 (ko) 광학 모듈을 이용한 비침습적 생체물질 당농도 측정 시스템 및 방법
CN114305336A (zh) 多光谱融合经皮健康指标快速检测装置及方法
IL201199A (en) A method for controlling blood parameters

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant