KR20240065523A - Apparatus and method for estimating analyte concentration - Google Patents
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Abstract
본 발명은 검체 농도 추정 장치에 관한 것으로서, 분석 대상에 접촉 또는 삽입되어 분석 대상에 포함된 검체에 대응하는 검체 신호를 검출하는 전극부, 전극부의 상부에 형성되어 생체친화성, 검체선택성, 제한성 중 적어도 어느 하나 이상의 특성을 이용하는 멤브레인, 및 전극부로 인가할 신호를 생성하고, 전극부를 통해 검출되는 검체 신호에 기반하여 검체의 농도를 추정하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a sample concentration estimation device, which includes an electrode unit that contacts or is inserted into the analysis target and detects a sample signal corresponding to the sample included in the analysis target, and is formed on the upper part of the electrode unit to determine biocompatibility, sample selectivity, and limitation. It is characterized by including a membrane that uses at least one characteristic, and a processor that generates a signal to be applied to the electrode unit and estimates the concentration of the sample based on the sample signal detected through the electrode unit.
Description
본 발명은 검체 농도 추정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 생체 내에 존재하는 검체의 농도를 추정할 수 있는 검체 농도 추정 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a sample concentration estimation device and method, and more specifically, to a sample concentration estimation device and method that can estimate the concentration of a sample existing in a living body.
환자의 건강 상태를 진단하기 위한 다양한 의료 장비들이 개발되고 있다. 이러한 의료 장비들은 환자의 건강 상태를 진단하는 과정에서 혈당과 같은 검체의 농도를 측정한다. 일반적으로, 혈당과 같은 검체의 농도를 측정하기 위해 침습적인 방식이 이용되는데, 침습적인 방식을 이용하는 장치의 경우 정확도가 높지만, 검체의 농도를 측정하는 과정에서 환자에게 고통, 감염 등의 위험을 유발할 가능성이 존재할 뿐만 아니라 사용 편의성이 떨어지는 문제가 존재한다.Various medical devices are being developed to diagnose a patient's health condition. These medical devices measure the concentration of samples such as blood sugar in the process of diagnosing a patient's health condition. Generally, an invasive method is used to measure the concentration of a sample such as blood sugar. Although devices using the invasive method have high accuracy, they may cause risks such as pain and infection to the patient during the process of measuring the concentration of the sample. Not only does the possibility exist, but there is also the problem of poor usability.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1605110호(2016.03.15.)의 '휴대용 혈당 측정기'에 개시되어 있다.The background technology of the present invention is disclosed in 'Portable Blood Sugar Meter' in Republic of Korea Patent Publication No. 10-1605110 (March 15, 2016).
본 발명의 일 측면에 따른 목적은, 멀티모달 센서를 통해 수집된 정보에 기초하여 생체 내에 존재하는 검체의 농도를 정확하게 추정할 수 있는 검체 농도 추정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.An object of one aspect of the present invention is to provide a sample concentration estimation device and method that can accurately estimate the concentration of a sample present in a living body based on information collected through a multimodal sensor.
본 발명의 일 측면에 따른 검체 농도 추정 장치는 분석 대상에 접촉 또는 삽입되어 상기 분석 대상에 포함된 검체에 대응하는 검체 신호를 검출하는 전극부; 상기 전극부의 상부에 형성되어 생체친화성, 검체선택성, 제한성 중 적어도 어느 하나 이상의 특성을 이용하는 멤브레인; 및 상기 전극부로 인가할 신호를 생성하고, 상기 전극부를 통해 검출되는 검체 신호에 기반하여 상기 검체의 농도를 추정하는 프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.An apparatus for estimating sample concentration according to one aspect of the present invention includes an electrode unit that is in contact with or inserted into an analysis target and detects a sample signal corresponding to a sample included in the analysis target; A membrane formed on top of the electrode unit to utilize at least one of the following characteristics: biocompatibility, sample selectivity, and restriction; and a processor that generates a signal to be applied to the electrode unit and estimates the concentration of the sample based on the sample signal detected through the electrode unit.
본 발명에 있어 상기 검체 신호는, 전류, 전압, 임피던스, 주파수 및 공진주파수 중 적어도 하나에 관한 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the sample signal is characterized in that it includes information about at least one of current, voltage, impedance, frequency, and resonance frequency.
본 발명은 상기 검체 신호에 따른 상기 검체의 농도에 관한 관계 정보가 학습된 제1 농도 추정 모델이 저장된 메모리;를 더 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 메모리에 저장된 제1 농도 추정 모델에 상기 전극부를 통해 검출된 검체 신호를 적용함으로써 상기 검체의 농도를 추정하는 것을 특징으로 한다.The present invention further includes a memory storing a first concentration estimation model in which relationship information regarding the concentration of the specimen according to the specimen signal is learned, wherein the processor connects the electrode to the first concentration estimation model stored in the memory. It is characterized by estimating the concentration of the sample by applying the sample signal detected through the method.
본 발명에 있어 상기 프로세서는, 상기 전극부를 통해 분석 대상으로부터 상기 검체 신호를 수집하고, 상기 수집된 검체 신호에 기반하여 상기 제1 농도 추정 모델을 보정하는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the processor collects the sample signal from the analysis object through the electrode unit and corrects the first concentration estimation model based on the collected sample signal.
본 발명에 있어 상기 전극부는, 적어도 하나의 전극을 포함하고, 상기 전극은, 침습형 전극 또는 비침습형 전극인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the electrode unit includes at least one electrode, and the electrode is an invasive electrode or a non-invasive electrode.
본 발명에 있어 상기 침습형 전극은 니들 전극 또는 마이크로 니들 전극인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the invasive electrode is characterized as a needle electrode or microneedle electrode.
본 발명에 있어 상기 전극의 전체 또는 단부에는 효소층이 형성되고, 상기 효소층은 상기 복수의 전극 일부 또는 전부에 형성되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, an enzyme layer is formed on the entire or end portion of the electrode, and the enzyme layer is formed on part or all of the plurality of electrodes.
본 발명에 있어 상기 전극부는, 써멀 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the electrode unit is characterized in that it includes a thermal electrode.
본 발명에 있어 상기 프로세서는, 상기 전극부를 통해 상기 분석 대상에 관한 생체 신호를 검출하고, 상기 생체 신호는 심전도 및 맥파 중 적어도 하나에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the processor detects a biological signal related to the analysis target through the electrode unit, and the biological signal includes information about at least one of an electrocardiogram and a pulse wave.
본 발명은 상기 분석 대상에 대한 광 신호 및 광음향 신호 중 적어도 하나를 검출하는 센서부;를 더 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 센서부를 통해 검출된 광 신호 및 광음향 신호 중 적어도 하나에 기반하여 상기 검체의 농도를 추정하는 것을 특징으로 한다.The present invention further includes a sensor unit that detects at least one of an optical signal and a photoacoustic signal for the analysis target, wherein the processor detects at least one of the optical signal and the photoacoustic signal detected through the sensor unit. It is characterized by estimating the concentration of the sample.
본 발명에 있어 상기 센서부는, 상기 분석 대상으로 광을 조사하고, 상기 분석 대상에서 반사된 광을 수신함으로써 상기 광 신호를 검출하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the sensor unit detects the optical signal by irradiating light to the analysis target and receiving light reflected from the analysis target.
본 발명에 있어 상기 센서부는, 상기 분석 대상으로 광을 조사하고, 상기 분석 대상에서 방사되는 음향을 수신함으로써 상기 광음향 신호를 검출하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the sensor unit detects the photoacoustic signal by irradiating light to the analysis target and receiving sound emitted from the analysis target.
본 발명은 상기 분석 대상의 영역 중 상기 전극부가 접촉된 영역과 다른 영역에 접촉 또는 삽입되어 상기 검체 신호를 검출하는 보조 전극부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that it further includes an auxiliary electrode unit that detects the sample signal by contacting or inserted into an area of the analysis target that is different from the area in contact with the electrode unit.
본 발명에 있어 상기 보조 전극부는, 이어클립 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the auxiliary electrode unit is characterized in that it is formed in the shape of an ear clip.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 생체 내에 존재하는 검체의 농도를 정확하게 추정하고, 추정된 검체의 농도에 대한 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.According to one aspect of the present invention, the present invention can accurately estimate the concentration of a sample existing in a living body and provide information about the estimated concentration of the sample to the user.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 생체 내에 존재하는 검체의 농도를 추정하는 과정에서 발생하는 통증, 불쾌감, 감염 등의 위험을 감소시킬 수 있다.Additionally, according to one aspect of the present invention, the present invention can reduce the risk of pain, discomfort, infection, etc. that occurs in the process of estimating the concentration of a sample existing in a living body.
한편, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Meanwhile, the effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치를 보인 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치를 보인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치가 부착된 모습을 보인 예시도이다.
도 4는 전극부에 대한 다양한 실시예를 보인 예시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치를 보인 단면도이다.
도 6은 전극부에 포함된 전극의 조합에 대한 다양한 실시예를 보인 예시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치를 보인 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치를 보인 단면도이다.
도 9는 임피던스에 따른 검체의 농도에 대한 관계 정보를 보인 예시도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치를 보인 블록 구성도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치를 보인 사시도이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치를 보인 블록 구성도이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치를 보인 사시도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 검체 농도 추정 방법을 보인 흐름도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치의 효과를 보인 예시도이다.Figure 1 is a block diagram showing a sample concentration estimation device according to a first embodiment of the present invention.
Figure 2 is a perspective view showing a sample concentration estimation device according to the first embodiment of the present invention.
Figure 3 is an exemplary diagram showing the sample concentration estimation device attached according to the first embodiment of the present invention.
Figure 4 is an exemplary diagram showing various embodiments of the electrode unit.
Figure 5 is a cross-sectional view showing a sample concentration estimation device according to the first embodiment of the present invention.
Figure 6 is an exemplary diagram showing various embodiments of combinations of electrodes included in the electrode unit.
Figure 7 is a perspective view showing a sample concentration estimation device according to another embodiment of the present invention.
Figure 8 is a cross-sectional view showing a sample concentration estimation device according to another embodiment of the present invention.
Figure 9 is an example diagram showing relationship information about the concentration of a sample according to impedance.
Figure 10 is a block diagram showing a sample concentration estimation device according to a second embodiment of the present invention.
Figure 11 is a perspective view showing a sample concentration estimation device according to a second embodiment of the present invention.
Figure 12 is a block diagram showing a sample concentration estimation device according to a third embodiment of the present invention.
Figure 13 is a perspective view showing a sample concentration estimation device according to a third embodiment of the present invention.
Figure 14 is a flowchart showing a method for estimating sample concentration according to an embodiment of the present invention.
Figure 15 is an exemplary diagram showing the effect of the sample concentration estimation device according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치 및 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, a sample concentration estimation device and method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. In this process, the thickness of lines or sizes of components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, the terms described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치를 보인 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치를 보인 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치가 부착된 모습을 보인 예시도이고, 도 4는 전극부에 대한 다양한 실시예를 보인 예시도이고, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치를 보인 단면도이고, 도 6은 전극부에 포함된 전극의 조합에 대한 다양한 실시예를 보인 예시도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치를 보인 사시도이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치를 보인 단면도이고, 도 9는 임피던스에 따른 검체의 농도에 대한 관계 정보를 보인 예시도이다.Figure 1 is a block diagram showing a sample concentration estimating device according to a first embodiment of the present invention, Figure 2 is a perspective view showing a sample concentration estimating device according to a first embodiment of the present invention, and Figure 3 is a block diagram showing a sample concentration estimating device according to a first embodiment of the present invention. It is an exemplary diagram showing the sample concentration estimation device attached according to the first embodiment, Figure 4 is an exemplary diagram showing various embodiments of the electrode unit, and Figure 5 is a diagram showing the sample concentration according to the first embodiment of the present invention. It is a cross-sectional view showing the estimation device, Figure 6 is an exemplary diagram showing various embodiments of the combination of electrodes included in the electrode unit, Figure 7 is a perspective view showing a sample concentration estimation device according to another embodiment of the present invention, Figure 8 is a cross-sectional view showing a sample concentration estimation device according to another embodiment of the present invention, and Figure 9 is an exemplary diagram showing relationship information about sample concentration according to impedance.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치(10)는 기판(110), 전극부(120), 통신부(130), 배터리(140), 메모리(150) 및 프로세서(160)를 포함할 수 있다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치(10)는 도 1에 도시된 구성 요소 외에 다양한 구성 요소를 더 포함하거나, 위 구성 요소들 중 일부 구성 요소를 생략할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치(10)는 밴드, 패치, 이어클립 등 웨어러블한 형태로 구현될 수도 있고, 체내에 임플란트 가능한 형태로 구현될 수도 있다. 검체 농도 추정 장치(10)는, 도 3과 같이, 사용자의 신체에 부착될 수 있다.Referring to Figures 1 and 2, the sample
전극부(120)는 기판(110)의 하부에 형성될 수 있다. 전극부(120)는 분석 대상(즉, 피검체)에 접촉 또는 삽입되어, 분석 대상에 포함된 검체에 대응하는 검체 신호를 검출하고, 검출된 검체 신호를 프로세서(160)로 출력할 수 있다. 여기서, 분석 대상은 검체 농도 추정 장치(10)가 부착된 사용자의 신체를 의미할 수 있다. 전극부(120)는 검체 신호를 검출하기 위해 프로세서(160)의 제어에 따라 분석 대상으로 다양한 신호를 인가할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치(10)는 전극부(120)를 적어도 하나 이상 포함할 수 있다.The
전극부(120)는 분석 대상에 접촉 또는 삽입되도록 마련된 적어도 하나의 전극(121)을 포함할 수 있다. 전극(121)은 침습형 또는 비침습형일 수 있다. 침습형 전극은 분석 대상에 삽입 가능하도록 형성될 수 있다. 침습형 전극은 니들 또는 마이크로 니들 형태로 구현될 수 있다. 비침습형 전극은 건식 전극 또는 습식 전극 형태로 구현될 수 있다. 비침습형 전극은 분석 대상에 접촉 가능하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 비침습형 전극은 사용자의 피부에 접촉될 수 있다. 비침습형 전극의 단면은 삼각형, 사각형, 원형 또는 사각형과 원형이 결합된 모양일 수 있다. 다만, 전극(121)의 모양이 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 전극(121)은 다양한 모양으로 구현될 수 있다. 전극부(120)는, 도 4a 및 도 4b와 같이, 복수의 전극을 포함하는 형태로 구현될 수도 있다. 또한, 전극부(120)는, 도 4c와 같이, 마이크로 니들을 포함하는 형태로 구현될 수도 있다. 또한, 전극부(120)는, 도 4d와 같이, 플랫형 전극(예: 건식 전극)을 포함하는 형태로 구현될 수도 있다.The
전극(121)은 카본나노튜브(CNT: Carbon Nano Tube) 또는 그래핀(graphene)으로 구성될 수 있다. 카본나노튜브 또는 그래핀의 경우 전도성이 우수하므로, 보다 정확하게 분석 대상으로부터 검체 신호를 검출할 수 있다.The
전극(121)의 전체 또는 단부에는 효소층(122)이 형성될 수 있다. 효소층(122)은 효소를 포함할 수 있으며, 효소는 분석 대상 내에 포함된 검체를 반응시켜 전기화학적 작용을 유도할 수 있다. 일 실시예에 다르면, 효소는 GOx, GDH 등으로 이루어질 수 있다. 효소층(122)은 전극(121)이 침습형으로 구현되는 경우에 한하여 형성될 수 있다. 전극(121)의 전체 또는 단부에는 멤브레인(123)이 형성될 수 있다. 멤브레인(123)은 효소층(122)의 상부에 형성될 수 있으며, 분석 대상에 포함된 검체가 효소와 반응할 수 있도록 물질을 선택적으로 투과 및 제한시킬 수 있다. 즉, 멤브레인(123)은 검체 외의 물질 또는 세포가 효소와 반응하지 않도록 검체 외의 물질 또는 세포를 배제 또는 차단시킬 수 있다. 전술한 기능을 구현하기 위해, 멤브레인(123)은 생체친화성, 검체선택성 및 제한성 중 적어도 어느 하나의 특성을 이용할 수 있다. 보다 구체적으로, 멤브레인(123)은 농도를 추정하고자 하는 검체에 대응되게 생체친화성(Biocompatibility) 정도를 조정하는 특성, 농도를 추정하고자 하는 검체만을 투과시키면서 투과되는 검체의 농도를 조정하는 검체선택성, 및 농도를 추정하고자 하는 검체 외의 특정 검체들이 투과되지 않도록 제한시키면서 그 제한 정도를 조정하는 제한성 중 적어도 어느 하나 이상의 특성을 이용할 수 있다. 이러한 멤브레인(123)은 친수성 고분자 물질과 소수성 고분자 물질을 포함할 수 있다. 전극(121)의 영역 중 분석 대상에 접촉하는 영역을 제외한 영역에는 절연층(124)이 형성될 수 있다.An
한편, 전극(121)이 복수개로 이루어지는 경우로서, 복수의 전극(121)에 멤브레인(123)이 형성되는 경우, 각 전극(121)에 형성되는 멤브레인(123)의 형상 및 크기는 서로 다를 수도 있다. 이처럼, 본 발명은 멤브레인(123)의 형상과 크기를 조정함으로써, 예를 들어 적혈구의 탄성, 밀도 등의 변화를 임피던스로 측정하는 경우에서 방해종들을 구분할 수 있다.On the other hand, when the
도 5a는 전극에 효소층 및 멤브레인이 형성되는 경우를 보인 예시도이다. 도 5a를 참고하면, 효소층(122)은 전극(121)을 감싸는 형태로 전극(121)의 상부(외측)에 적층되고, 멤브레인(123)은 효소층(122)을 감싸는 형태로 효소층(122)의 상부(외측)에 적층될 수 있다. 도 5b는 전극(121)에 효소층(122), 멤브레인(123) 및 절연층(124)이 형성된 경우를 보인 예시도이다. 도 5b를 참고하면, 절연층(124)은 멤브레인(123)의 상부 중 일부 영역(첨두 부분을 제외한 영역)에 적층될 수 있다. 한편, 전술한 실시예에서는 절연층(124)이 멤브레인(123)의 상부에 형성되는 것으로 기재하였으나, 멤브레인(123)이 전극의 첨두 부분에만 형성되는 경우 절연층(124)은 효소층(122) 또는 전극(121)의 상부에 형성될 수 있다.Figure 5a is an exemplary diagram showing a case where an enzyme layer and a membrane are formed on an electrode. Referring to Figure 5a, the
전극부(120)는 복수의 전극(121)을 포함하는 경우, 복수의 전극(121) 중 일부는 침습형 전극이고, 나머지는 비침습형 전극일 수 있다. 즉, 전극부(120)는 침습형 전극과 비침습형 전극을 모두 포함할 수 있다. 전극부(120)의 형태가 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 전극부(120)에 포함된 복수의 전극(121) 모두가 침습형 전극이거나 비침습형 전극일 수도 있다. 비침습형 전극은 효소가 형성된 침습형 전극에 비해 반영구적으로 사용할 수 있다는 장점이 존재한다. 또한, 비침습형 전극은 효소가 형성됨에 따라 전극에 대한 개별적인 캘리브레이션 작업을 수행하여야 하는 침습형 전극과 달리, 캘리브레이션 작업을 수행하지 않아도 된다는 장점이 존재한다. 한편, 침습형 전극은 검체의 농도 검출에 이용 시 비침습형 전극에 비해 정확도가 높다는 장점이 존재한다. 본 발명은 검체의 농도 측정 시 침습형 전극과 비침습형 전극을 복합적으로 이용할 수 있으며, 이에 따라 비침습형 전극의 장점과 침습형 전극의 장점을 모두 가질 수 있다.When the
전극부(120)가 복수의 전극(121)을 포함하는 경우, 효소층(122)은 복수의 전극(121) 일부 또는 전부에 형성될 수 있다. 복수의 전극(121) 중 일부에만 효소층(122)이 형성될 수 있으며, 이 경우 전극부(120)는 효소층(122)이 형성된 전극(121)과 효소층(122)이 형성되지 않은 전극(121)을 모두 포함할 수 있다. 효소층(122)은 침습형 전극에 형성될 수 있다.When the
전극부(120)가 복수의 전극(121)을 포함하는 경우, 멤브레인(123)은 복수의 전극(121) 일부 또는 전부에 형성될 수 있다. 복수의 전극(121) 중 일부에만 멤브레인(123)이 형성될 수 있으며, 이 경우 전극부(120)는 멤브레인(123)이 형성된 전극(121)과 멤브레인(123)이 형성되지 않은 전극(121) 모두를 포함할 수 있다. 멤브레인(123)은 효소층(122)과 함께 형성될 수도 있고, 효소층(122)과 무관하게 형성될 수도 있다. 도 6a는 복수의 전극(121) 중 일부에는 효소층(122) 및 멤브레인(123)이 형성되고, 일부에는 효소층(122) 및 멤브레인(123)이 형성되지 않은 경우를 보인 예시도이고, 도 6b는 복수의 전극(121) 중 일부에는 효소층(122) 및 멤브레인(123)이 형성되고, 일부에는 효소층(122)만이 형성된 경우를 보인 예시도이고, 도 6c는 복수의 전극(121) 중 일부에는 효소층(122) 및 멤브레인(123)이 형성되고, 일부에는 멤브레인(123)만이 형성된 경우를 보인 예시도이다.When the
예를 들어, 전극부(120)가 4개의 전극(121)을 포함하는 경우, 4개의 전극(121) 중 3개는 침습형 전극이고, 나머지 1개는 비침습형 전극일 수 있다. 이때, 3개의 침습형 전극 중 하나는 효소층(122) 및 멤브레인(123)을 포함하고, 다른 하나는 효소층(122)만을 포함하고, 나머지 하나는 효소층(122) 및 멤브레인(123)을 모두 포함하지 않을 수 있다. 이처럼, 본 발명은 서로 다른 형태의 전극(121)을 포함하도록 전극부(120)를 구성할 수 있으며, 이에 따라 분석 대상으로부터 다양한 신호를 수신할 수 있다. 전극부(120)에 포함된 서로 다른 형태의 전극(121)을 통해 검출되는 정보들은 프로세서(160)에 의해 비교될 수 있으며, 그 비교 결과에 대한 정보는 전극부(120)를 통해 검출된 검체 신호 또는 검체 신호들로부터 산출되는 검체의 농도를 보정하는데 이용될 수 있다. 이처럼, 본 발명은 다수의 형태 차이가 있는 전극(121)들을 이용함으로써 검체의 농도를 보다 정확하게 추정할 수 있을 뿐만 아니라, 검체 농도의 변화량을 산출할 수 있으며, 측정하고자 하는 검체에 대응되게 농도 추정의 오차를 보정할 수 있다.For example, when the
도 7을 참고하면, 전극부(120)는 제1 전극부(120-1) 및 제2 전극부(120-2)를 포함할 수 있다. 제1 전극부(120-1)와 제2 전극부(120-2)는 각각 적어도 하나의 전극(121)을 포함할 수 있다. 제1 전극부(120-1)와 제2 전극부(120-2)는 서로 다른 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극부(120-1)가 침습형 전극을 포함하는 경우 제2 전극부(120-2)는 비침습형 전극을 포함할 수 있고, 제1 전극부(120-1)가 효소층(122)이 형성된 전극(121)을 포함하는 경우 제2 전극부(120-2)는 효소층(122)이 형성되지 않은 전극(121)을 포함할 수 있으며, 제1 전극부(120-1)가 멤브레인(123)이 형성된 전극(121)을 포함하는 경우 제2 전극부(120-2)는 멤브레인(123)이 형성되지 않은 전극(121)을 포함할 수 있다. 즉, 제2 전극부(120-2)는 전극(121)의 유형(침습형, 비침습형), 효소층(122) 형성 여부, 멤브레인(123) 형성 여부 및 절연층(124) 형성 여부 중 적어도 하나 이상이 제1 전극부(120-1)와 다르게 형성될 수 있다. 도 8a를 참고하면, 제1 전극부(120-1)에 포함된 전극(121)들에는 효소층(122) 및 멤브레인(123)이 형성될 수 있으나, 제2 전극부(120-2)에 포함된 전극(121)들에는 효소층(122) 및 멤브레인(123)이 형성되지 않을 수 있다. 도 8b를 참고하면, 제1 전극부(120-1)에 포함된 전극들 중 일부에는 효소층(122) 및 멤브레인(123)이 형성될 수 있으나, 나머지에는 효소층(122)이 형성되지 않을 수 있다. 한편, 복수의 전극(121)에 멤브레인(123)이 형성되는 경우, 멤브레인(123)은, 도 8b와 같이, 복수의 전극(121)에 각각 형성될 수도 있고, 도 8c와 같이, 복수의 전극(121)을 동시에 커버하는 형태로 형성될 수도 있다. 이처럼, 본 발명은 멤브레인이 형성된 전극 그룹과 멤브레인이 형성되지 않은 전극 그룹을 복합적으로 이용하여 검체의 농도를 추정함으로써 보다 정확하게 검체의 농도를 추정할 수 있으며, 각 그룹을 통해 측정되는 신호를 비교함으로써 방해종에 대한 정보를 획득할 수 있다. 본 발명은 검체 농도 추정 시 방해종에 대한 정보를 통해 방해종에 대한 보정을 수행함으로써 검체 농도 추정 결과에 대한 정확도를 향상시킬 수 있다.Referring to FIG. 7 , the
통신부(130)는 다양한 유형의 통신 방식에 따라 다양한 유형의 외부 장치와 통신을 수행할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 통신부(130)는 프로세서(160)에 의해 산출되는 정보(예: 검체의 농도)를 외부(예: 사용자 단말)로 송신할 수 있다. 예를 들어, 통신부(130)는 통신 회로일 수 있으며, 기판(110) 내부에 구비될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 통신부는 NFC, RFID, Bluetooth, Long Range 등을 포함하는 다양한 유무선 통신 기술을 이용하여 외부 장치와 통신할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.The
배터리(140)는 전극부(120), 통신부(130) 및 프로세서(160)로 작동에 필요한 전력을 공급할 수 있다. 배터리(140)는 무선 충전 방식 및/또는 유선 충전 방식을 통해 충전될 수 있다. 배터리(140)는 기판(110) 내부에 구비될 수 있다.The
메모리(150)에는 프로세서(160)가 작동하는 과정에서 요구되는 각종 정보가 저장되어 있을 수 있다. 또한, 메모리(150)에는 프로세서(160)가 작동하는 과정에서 산출되는 각종 정보가 저장될 수 있다. 메모리(150)는 기판(110) 내부에 구비될 수 있다.The
프로세서(160)는 전극부(120), 통신부(130), 배터리(140) 및 메모리(150)에 작동적으로 연결될 수 있다. 프로세서(160)는 중앙 처리 장치(CPU: Central Processing Unit), DSP(Digital Signal Processor), MCU(Micro Controller Unit) 또는 SoC(System on Chip)로도 구현될 수 있으며, 운영 체제 또는 어플리케이션을 구동하여 프로세서(160)에 연결된 복수의 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소들을 제어할 수 있고, 각종 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있으며, 메모리(150)에 저장된 적어도 하나의 명령을 실행시키고, 그 실행 결과 데이터를 메모리(150)에 저장하도록 구성될 수 있다. 프로세서는 기판(110) 내부에 구비될 수 있다.The
프로세서(160)는 전극부(120)를 통해 분석 대상에 포함된 검체에 대응하는 검체 신호를 검출하고, 검출된 검체 신호에 기반하여 검체의 농도를 추정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 검체 신호는 전류, 전압, 임피던스, 주파수 및 공진주파수 중 적어도 하나 이상에 대한 정보를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 임피던스에 대한 정보는 저항, 임피던스, 임피던스 스펙트럼, Magnitude, Phase, 커패시턴스, 인덕턴스, 전자파 임피던스 및 유전율 등 중 적어도 하나 이상에 대한 정보를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 검체는 혈당, 콜레스테롤, 중성지방, 단백질, 미네랄, 케톤 및 락테이트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 즉, 프로세서(160)는 전극부(120)를 통해 분석 대상에 대한 전류, 전압, 임피던스, 주파수 및 공진주파수 중 적어도 하나 이상에 대한 정보를 검출하고, 검출된 정보에 기반하여 혈당, 콜레스테롤, 중성지방, 단백질, 미네랄, 케톤 및 락테이트 중 적어도 하나에 대한 농도를 추정할 수 있다.The
프로세서(160)는 신호를 생성하여 전극부(120)로 인가할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(160)는 전압, 전류 또는 주파수를 변경시키면서 분석 대상으로 전원을 인가하고, 전원의 인가에 따른 응답 신호를 전극부(120)를 통해 수신함으로써 검체 신호를 검출할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(160)는 미리 설정된 대역에서 주파수를 변경시키면서 분석 대상으로 교류 전원을 인가하고, 교류 전원의 인가에 따른 응답 신호를 전극부(120)를 통해 수신함으로써 검체 신호를 검출할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전극부(120)를 통해 검출된 검체 신호는 스펙트럼 데이터일 수 있다. 예컨대, 프로세서(160)는 전기 화학 임피던스 분광법(EIS: Electrochemical Impedance Spectroscopy)을 이용하여 분석 대상에 대한 임피던스 스펙트럼을 검출하고, 검출된 임피던스 스펙트럼을 검체의 농도를 추정하기 위한 검체 신호로 이용할 수 있다. 이처럼, 본 발명은 임피던스 측정을 통해 검체의 농도를 추정함으로써 빠르게 사용자의 상태 이상(예: 저혈당 등)을 확인할 수 있고, 부정확하게 검체의 농도가 추정됨에 따라 발생하는 문제(예: 착오 알람 등)를 해결할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 프로세서(160)는 미리 설정된 신호를 분석 대상으로 인가하고, 해당 신호의 인가에 따른 응답 신호를 전극부(120)를 통해 수신함으로써 검체 신호를 검출할 수도 있다.The
일 실시예에 따르면, 프로세서(160)는 검체의 농도를 추정하기 위한 신호로 전자파를 이용할 수 있다. 즉, 프로세서(160)는 전극(121)을 안테나처럼 이용하여 전극(121)을 통해 분석 대상으로 전자파를 방사하고, 분석 대상으로부터 반사된 전자파를 전극(121)을 통해 수신하고, 수신된 전자파를 이용하여 검체의 농도를 추정할 수도 있다. 이때, 프로세서(160)는 100Hz 내지 60GHz 사이의 주파수를 갖는 전자파를 이용할 수 있다. 프로세서(160)는 주파수를 변경시키면서 분석 대상으로 주파수를 인가하고, 그에 따라 분석 대상으로부터 반사된 전자파를 수신하고, 수신된 전자파에 대한 정보를 검체 신호로 이용할 수 있다. 검체 신호로 전자파를 이용하는 경우, 본 발명은 하나의 전극(121)만으로부터 검체의 농도를 추정할 수 있다. 다만, 전자파를 이용하는 경우에도 검체의 농도를 추정하기 위해 복수의 전극(121)을 이용할 수 있다. 예를 들어, 복수의 전극(121) 중 일부는 전자파를 방사하기 위해 이용되고, 다른 일부는 전자파를 수신하기 위해 이용될 수 있다. 다른 예를 들면, 복수의 전극(121) 모두가 전자파의 방사 및 수신을 위해 이용될 수 있다.According to one embodiment, the
일 실시예에 따르면, 검체 신호에 따른 검체의 농도에 대한 관계 정보가 학습된 제1 농도 추정 모델이 메모리(150)에 저장되어 있을 수 있으며, 프로세서(160)는 메모리(150)에 저장된 제1 농도 추정 모델에 전극부(120)를 통해 검출된 검체 신호를 적용함으로써 검체의 농도를 추정할 수 있다. 전류, 전압, 임피던스, 주파수 및 공진주파수 중 적어도 하나와 검체의 농도 간의 상관 관계를 딥러닝 또는 기계학습 등을 통해 미리 학습시켜 제1 농도 추정 모델을 생성할 수 있으며, 프로세서(160)는 제1 농도 추정 모델을 이용하여 전극부(120)를 통해 검출된 검체 신호에 대응하는 검체의 농도를 산출할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 농도 추정 모델이 검체별로 메모리(150)에 저장될 수 있으며, 프로세서(160)는 검체의 농도 추정 시 해당 검체에 대응하는 제1 농도 추정 모델을 이용하여 해당 검체의 농도를 추정할 수 있다. 도 9과 같이, 임피던스와 검체의 농도는 상관성을 가지며, 프로세서(160)는 이러한 상관성을 이용하여 검체의 농도를 추정할 수 있다.According to one embodiment, a first concentration estimation model in which relationship information about the concentration of the sample according to the sample signal is learned may be stored in the
일 실시예에 따르면, 프로세서(160)는 전극부(120)를 통해 분석 대상으로부터 검체 신호를 수집하고, 수집된 검체 신호에 기반하여 메모리(150)에 저장된 제1 농도 추정 모델을 보정할 수 있다. 검체 신호와 검체의 농도 간의 상관 관계는 개인별로 상이할 수 있다. 따라서, 본 발명은 개인 데이터(즉, 전극부(120)를 통해 수집된 검체 신호)를 이용하여 제1 농도 추정 모델을 추가적으로 학습시킴으로써 제1 농도 추정 모델을 사용자에 맞게 최적화하여 보다 정확하게 검체의 농도를 추정할 수 있다.According to one embodiment, the
일 실시예에 따르면, 도 7에 도시된 바와 같이 전극(121)이 형성된 경우로서, 제1 전극부(120-1)는 멤브레인(123)이 형성된 전극(121)으로 구성되고, 제2 전극부(120-2)는 멤브레인(123)이 형성되지 않은 전극(121)으로 구성되는 경우를 예로 들면, 프로세서(160)는 제1 전극부(120-1)를 통해 검출된 제1 검체 신호에 기반하여 검체의 농도를 추정하고, 제2 전극부(120-2)를 통해 검출된 제2 검체 신호에 기반하여 검체의 농도를 추정하고, 제1 검체 신호에 기반하여 추정된 검체의 농도와 제2 검체 신호에 기반하여 추정된 검체의 농도를 비교하고, 그 비교 결과에 기반하여 검체의 농도에 대한 보정을 수행할 수 있다. 즉, 프로세서(160)는 효소층(122) 및 멤브레인(123)이 형성된 전극(121)으로 구성되는 제1 전극부(120-1)를 통해 특정 검체의 농도를 추정하고, 효소층(122) 및 멤브레인(123)이 형성되지 않은 전극(121)으로 구성되는 제2 전극부(120-2)를 통해 방해종을 포함한 모든 검체의 농도를 추정하고, 제2 전극부(120-2)를 통해 추정된 농도를 기준으로 방해종 대비 검체 농도를 보정하거나, 추정하고자 하는 검체의 농도만을 추정할 수 있도록 오차 범위를 보정함으로써 보다 정확하게 검체의 농도를 추정할 수 있다.According to one embodiment, when the
일 실시예에 따르면, 프로세서(160)는 전극부(120)를 통해 분석 대상에 대한 생체 신호를 검출할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 생체 신호는 심전도 및 맥파 중 적어도 하나에 관한 정보를 포함할 수 있다. 즉, 프로세서(160)는 전극부(120)를 통해 사용자의 심전도 및 맥파 중 적어도 하나를 검출할 수 있다.According to one embodiment, the
일 실시예에 따르면, 프로세서(160)는 전극부(120)를 통해 검출된 생체 신호에 기반하여 분석 대상의 상태를 판단하고, 분석 대상의 상태에 기반하여 검체의 농도를 추정하는 이벤트를 발생시킬 수 있다. 즉, 프로세서(160)는 심전도 및 맥파 중 적어도 하나를 이용하여 사용자에게 이상(예: 두통, 배고픔, 경련, 실신 등)이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있으며, 사용자에게 이상이 발생한 것으로 판단되는 경우 전극부(120)를 통해 검체 신호를 검출하고, 검출된 검체 신호에 기반하여 검체의 농도를 추정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 메모리(150)에는 분석 대상의 생체 신호에 따른 분석 대상의 상태에 관한 관계 정보가 학습된 상태 추정 모델이 저장되어 있을 수 있으며, 프로세서(160)는 메모리(150)에 저장된 상태 추정 모델에 전극부(120)를 통해 검출된 생체 신호를 적용함으로써 분석 대상의 상태를 판단할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(160)는 심전도 및/또는 맥파에 기반하여 심박변이도(HRV: Heart Rate Variability) 및/또는 맥파변이도(PRV: Pulse Rate Variability) 중 적어도 하나를 산출하고, 산출된 심박변이도 및/또는 맥파변이도를 상태 추정 모델에 적용함으로써 분석 대상의 상태를 판단할 수 있다. 즉, 심전도 및/또는 맥파와 분석 대상의 상태 간의 상관 관계를 딥러닝 또는 기계학습 등을 통해 미리 학습시켜 상태 추정 모델을 생성할 수 있으며, 프로세서(160)는 이러한 상태 추정 모델을 이용하여 제1 측정 모델을 통해 생성된 생체 데이터에 대응하는 분석 대상의 상태를 추정할 수 있다. 이처럼, 본 발명은 특정 상황 발생 시에만 검체의 농도를 추정하는 이벤트를 발생시킴으로써 전력 소모를 감소시킬 수 있다. According to one embodiment, the
일 실시예에 따르면, 전극부(120)를 통해 분석 대상에 대한 온도를 검출할 수 있다. 즉, 전극부(120)는 써멀 전극을 포함할 수 있으며, 써멀 전극을 통해 분석 대상에 대한 온도 측정을 수행할 수 있다.According to one embodiment, the temperature of the analysis target can be detected through the
일 실시예에 따르면, 프로세서(160)는 검체의 농도에 대한 정보를 통신부(130)를 통해 미리 설정된 사용자 단말로 송신할 수 있다. 즉, 프로세서(160)는 검체의 농도에 대한 정보를 확인할 수 있도록 사용자 또는 보호자의 사용자 단말로 송신할 수 있다. 또한, 프로세서(160)는 분석 대상의 생체 신호에 대한 정보를 통신부(130)를 통해 미리 설정된 사용자 단말로 송신할 수도 있다. 즉, 프로세서(160)는 생체 신호에 대한 정보를 사용자가 확인할 수 있도록 사용자 단말로 송신할 수 있다. 또한, 프로세서(160)는 분석 대상의 온도에 대한 정보를 통신부(130)를 통해 미리 설정된 사용자 단말로 송신할 수 있다. According to one embodiment, the
일 실시예에 따르면, 프로세서(160)는 검체의 농도가 미리 설정된 설정 범위에 포함되는지 여부를 판단하고, 검체의 농도가 설정 범위에 포함되지 않는 것으로 판단되는 경우 통신부(130)를 통해 미리 설정된 사용자 단말로 경고 신호를 송신할 수 있다. 즉, 프로세서(160)는 검체의 농도가 소정의 농도 이하인 경우 해당 검체의 농도가 소정의 농도 이하로 저하되었음을 사용자 단말을 통해 사용자 또는 보호자에게 알릴 수 있다. 또한, 검체의 농도가 소정의 농도 이상인 경우 해당 검체의 농도가 소정의 농도 이상으로 증가되었음을 사용자 단말을 통해 사용자 또는 보호자에게 알릴 수 있다.According to one embodiment, the
일 실시예에 따르면, 프로세서(160)는 추정된 검체의 농도에 기반하여 시간에 따른 검체의 농도 변화량을 산출할 수 있다. 프로세서(160)는 검체의 농도가 추정될 때마다 검체의 농도에 대한 추정값과, 해당 추정이 이루어진 시각을 메모리(150)에 저장할 수 있으며, 메모리(150)에 저장된 추정값과 추정 시각을 토대로 시간에 따른 검체의 농도 변화량을 산출할 수 있다. 프로세서(160)는 시간에 따른 검체의 농도 변화량에 대한 정보를 통신부(130)를 통해 미리 설정된 사용자 단말로 송신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(160)는 시간에 따른 검체의 농도 변화량에 기반하여 미래 시점에서 검체의 농도를 예측할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(160)는 미리 설정된 설정 시간 이후 시점에서 검체의 농도를 예측하여 사용자에게 제공할 수 있다. 설정 시간은 사용자의 의도에 따라 가변될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(160)는 시간에 따른 검체의 농도 변화량에 기반하여 미리 설정된 단위 시간에 대한 검체의 농도 변화량(이하 검체의 농도 변화율)을 산출할 수 있으며, 산출된 농도 변화율과 미리 설정된 기준 농도 변화율을 비교하고, 그 비교 결과에 따라 경고 신호를 생성하여 통신부(130)를 통해 외부로 송신할 수 있다. 즉, 프로세서(160)는 검체의 농도가 급격하게 증가하거나 감소하는 경우 이러한 사실을 사용자에게 알릴 수 있다. 프로세서(160)는 시간에 따른 검체의 농도 변화량에 기반하여 검체의 농도가 미리 설정된 설정치에 도달하는데 소요되는 시간을 산출할 수 있으며, 산출된 시간이 미리 설정된 기준 시간 이하인 경우 통신부(130)를 통해 미리 설정된 사용자 단말로 경고 신호를 송신할 수도 있다.According to one embodiment, the
일 실시예에 따르면, 프로세서(160)는 전극부(120)에 이상이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(160)는 전극부(120)를 통해 검출된 검체 신호의 수치가 미리 설정된 상한치를 초과하거나, 미리 설정된 하한치 미만이거나, 전극부(120)를 통해 검체 신호가 검출되지 않는 경우 전극부(120)에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이상이 발생한 것으로 판단되는 경우, 프로세서(160)는 이상 발생 여부에 대한 정보를 통신부(130)를 통해 미리 설정된 사용자 단말로 송신할 수 있다.According to one embodiment, the
한편, 전술한 실시예에서는 검체의 농도를 추정하는 프로세스 및 분석 대상의 상태를 판단하는 프로세스가 검체 농도 추정 장치(10)에 의해 자체적으로 수행되는 것으로 기재하였으나, 전술한 프로세스는 농도 추정 모델 또는 상태 추정 모델이 저장된 사용자 단말 또는 외부 서버에 의해 수행될 수도 있다. 이러한 프로세스가 외부 장치에 의해 수행되는 경우, 검체 농도 추정 장치(10)는 해당 프로세스를 수행하는데 필요한 정보를 외부 장치로 송신하고, 외부 장치로부터 해당 프로세스를 수행한 결과에 대한 정보를 수신할 수 있다.Meanwhile, in the above-described embodiment, the process of estimating the concentration of the sample and the process of determining the state of the analysis target are described as being performed independently by the sample
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치를 보인 블록 구성도이고, 도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치를 보인 사시도이다.Figure 10 is a block diagram showing a sample concentration estimation device according to a second embodiment of the present invention, and Figure 11 is a perspective view showing a sample concentration estimation device according to a second embodiment of the present invention.
도 10 및 도 11을 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치(20)는 기판(210), 전극부(220), 센서부(230), 통신부(240), 배터리(250), 메모리(260) 및 프로세서(270)를 포함할 수 있다. 제2 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치(20)는 제1 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치(10)에 센서부(230)가 부가된 형태일 수 있다. 한편, 이하에서는 도 1과 중복되는 구성 요소에 대한 설명은 생략하도록 한다.Referring to Figures 10 and 11, the sample
센서부(230)는 프로세서(270)의 제어에 따라 분석 대상에 대한 광 신호 및 광음향 신호(광초음파 신호) 중 적어도 하나를 검출하고, 검출된 신호를 프로세서(270)로 출력할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 센서부(230)는 분석 대상으로 광을 조사하고, 분석 대상에서 반사된 광을 수신하고, 수신된 광으로부터 분석 대상에 대한 광 신호를 검출할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 센서부(230)는 분석 대상으로 광을 조사하고, 분석 대상에서 방사되는 음향을 수신함으로써 상기 광음향 신호를 검출할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 센서부(230)는 분석 대상으로부터 수신된 광을 분광시키고, 분광된 광으로부터 라만 스펙트럼을 검출할 수 있다. 예컨대, 센서부(230)는 라만 분광법(RS: Raman Spectroscopy)을 이용하여 분석 대상에 대한 라만 스펙트럼(Raman spectrum)을 검출하고, 검출된 라만 스펙트럼을 분석 대상에 대한 광 신호로 이용할 수 있다. 센서부(230)는 기판의 하부에 분석 대상에 대향하도록 구비될 수 있다.The
프로세서(270)는 센서부(230)를 통해 검출된 광 신호 및 광음향 신호 중 적어도 하나에 기반하여 검체의 농도를 추정할 수 있다. 즉, 프로세서(160)는 센서부(230)를 통해 검출된 검체의 광학 특성에 대한 정보(광 신호 및 광음향 신호)에 기반하여 검체의 농도를 추정할 수 있다.The
일 실시예에 따르면, 광 신호 및/또는 광음향 신호에 따른 검체의 농도에 대한 관계 정보가 학습된 제2 농도 추정 모델이 메모리(260)에 저장되어 있을 수 있으며, 프로세서(270)는 메모리(260)에 저장된 제2 농도 추정 모델에 센서부(230)를 통해 검출된 광 신호 및/또는 광음향 신호를 적용함으로써 검체의 농도를 추정할 수 있다. 광 신호 및/또는 광음향 신호와 검체의 농도 간의 상관 관계를 딥러닝 또는 기계학습 등을 통해 미리 학습시켜 제2 농도 추정 모델을 생성할 수 있으며, 프로세서(270)는 제2 농도 추정 모델을 이용하여 센서부(230)를 통해 검출된 광 신호 및/또는 광음향 신호에 대응하는 검체의 농도를 산출할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 농도 추정 모델이 검체별로 메모리(260)에 저장될 수 있으며, 프로세서(270)는 검체의 농도 추정 시 해당 검체에 대응하는 제2 농도 추정 모델을 이용하여 해당 검체의 농도를 추정할 수 있다.According to one embodiment, a second concentration estimation model in which relationship information about the concentration of the sample according to the optical signal and/or photoacoustic signal is learned may be stored in the
일 실시예에 따르면, 프로세서(270)는 센서부(230)를 통해 분석 대상으로부터 광 신호 및/또는 광음향 신호를 수집하고, 수집된 광 신호 및/또는 광음향 신호에 기반하여 메모리(260)에 저장된 제2 농도 추정 모델을 보정할 수 있다. 광 신호 및/또는 광음향 신호와 검체의 농도 간의 상관 관계는 개인별로 약간씩 상이할 수 있다. 따라서, 본 발명은 개인 데이터(즉, 센서부(230)를 통해 수집된 광 신호 및/또는 광음향 신호)를 이용하여 제2 농도 추정 모델을 추가적으로 학습시킴으로써 제2 농도 추정 모델을 사용자에게 맞게 최적화하여 보다 정확하게 검체의 농도를 추정할 수 있다.According to one embodiment, the
일 실시예에 따르면, 프로세서(270)는 센서부(230)를 통해 검출된 광 신호 및 광음향 신호 중 적어도 하나와 전극부(220)를 통해 검출된 검체 신호를 함께 이용하여 검체의 농도를 추정할 수도 있다. 예를 들어, 광 신호, 광음향 신호 및 검체 신호와 검체의 농도 간의 상관 관계를 딥러닝 또는 기계학습 등을 통해 학습시켜 농도 추정 모델을 생성하고, 생성된 농도 추정 모델을 이용하여 검체의 농도를 추정할 수도 있다. According to one embodiment, the
일 실시예에 따르면, 프로세서(270)는 센서부(230)를 통해 검출된 광 신호 및 광음향 신호 중 적어도 하나를 이용하여, 전극부(220)를 통해 검출된 검체 신호 또는 전극부(220)를 통해 검출된 검체 신호에 기반하여 추정된 검체의 농도에 대한 보정을 수행할 수도 있다. 즉, 센서부(230)를 통해 검출된 광 신호 및/또는 광음향 신호는 전극부(220)를 통해 검출된 검체 신호 또는 검체의 농도에 대한 추정값을 보정하기 위한 신호로 이용될 수도 있다. 이처럼, 본 발명은 센서부(230)를 통해 검출된 정보와 전극부(220)를 통해 검출된 정보를 복합적으로 이용함으로써 검체의 농도 추정에 대한 정확도를 향상시킬 수 있다.According to one embodiment, the
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치를 보인 블록 구성도이고, 도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치를 보인 사시도이다.Figure 12 is a block diagram showing a sample concentration estimation device according to a third embodiment of the present invention, and Figure 13 is a perspective view showing a sample concentration estimation device according to a third embodiment of the present invention.
도 12 및 도 13을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치(30)는 기판(310), 전극부(320), 보조 전극부(330), 통신부(340), 배터리(350), 메모리(360) 및 프로세서(370)를 포함할 수 있다. 제3 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치(30)는 제1 또는 제2 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치(30)에 보조 전극부(330)가 부가된 형태일 수 있다. 한편, 이하에서는 도 1과 중복되는 구성 요소에 대한 설명은 생략하도록 한다.Referring to FIGS. 12 and 13, the sample
보조 전극부(330)는 분석 대상의 영역 중 전극부(320)가 접촉된 영역과 다른 영역에 접촉하여, 프로세서(370)의 제어에 따라 분석 대상으로부터 검체 신호를 검출하고, 검출된 검체 신호를 프로세서(370)로 출력할 수 있다. 즉, 보조 전극부(330)는 전극부(320)가 접촉된 영역과 다른 영역에 대한 검체 신호를 검출하기 위한 것일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 보조 전극부(330)는 분석 대상의 일측에 가압 결속되는 집게부를 포함할 수 있으며, 분석 대상에 접촉하는 집게부의 내부 단면에는 전극(예: 플랫형 전극)이 구비될 수 있다. 예컨대, 보조 전극부(330)는 사람의 귀에 부착 가능한 이어클립 형태로 구현될 수 있다. 기판(310)의 일측에는 케이블이 연결되는 단자가 구비될 수 있으며, 보조 전극부(330)는 케이블을 통해 기판에 연결될 수 있다. The
프로세서(370)는 보조 전극부(330)를 통해 검출된 검체 신호와 전극부(320)를 통해 검출된 검체 신호를 복합적으로 이용하여 검체의 농도를 추정할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 위치에서의 검체 신호와 검체의 농도 간의 상관 관계를 딥러닝 또는 기계학습 등을 통해 학습시켜 농도 추정 모델을 생성하고, 생성된 농도 추정 모델을 이용하여 검체의 농도를 추정할 수 있다. 이처럼, 본 발명은 보조 전극부(330)를 통해 검출된 정보와 전극부(320)를 통해 검출된 정보를 복합적으로 이용함으로써 검체의 농도 추정에 대한 정확도를 향상시킬 수 있다.The
일 실시예에 따르면, 프로세서(370)는 보조 전극부(330)를 통해 검출된 검체 신호에 기반하여 전극부(320)를 통해 검출된 검체 신호에 대한 보정을 수행할 수도 있다. 즉, 보조 전극부(330)를 통해 검출된 검체 신호는 전극부(320)를 통해 검출된 검체 신호를 보정하기 위한 신호로 이용될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(370)는 보조 전극부(330)를 통해 검출된 검체 신호를 전극부(320)를 통해 검출된 검체 신호에 대한 이상 여부를 판단하기 위한 지표로 이용할 수도 있다. 즉, 프로세서(370)는 보조 전극부(330)를 통해 검출된 검체 신호와 전극부(320)를 통해 검출된 검체 신호를 비교함으로써 전극부(320)를 통해 검출된 검체 신호에 오류가 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다.According to one embodiment, the
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 검체 농도 추정 방법을 보인 흐름도이다. 이하에서는 도 14를 참고하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치의 작동 방법을 설명하도록 한다. 한편, 이하에서는 전술한 내용과 중복되는 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하고 그 시계열적인 구성을 중심으로 설명하도록 한다. 후술하는 과정 중 일부 과정은 후술하는 순서와 다른 순서로 수행되거나 생략될 수 있다.Figure 14 is a flowchart showing a method for estimating sample concentration according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, with reference to FIG. 14, the operating method of the sample concentration estimation device according to the first embodiment of the present invention will be described. Meanwhile, hereinafter, detailed description of the configuration that overlaps with the above-described content will be omitted and the description will focus on the time-series configuration. Some of the processes described later may be performed in an order different from the order described later or may be omitted.
먼저, 프로세서(160)는 전극부(120)를 통해 분석 대상으로부터 검체에 대응하는 검체 신호를 검출할 수 있다(S100). 여기서, 검체 신호는 전류, 전압, 임피던스, 주파수 및 공진주파수 중 적어도 하나 이상에 대한 정보를 포함할 수 있다.First, the
이어서, 프로세서(160)는 검체 신호에 기반하여 검체의 농도를 추정할 수 있다(S200). 프로세서(160)는 메모리(150)에 저장된 제1 농도 추정 모델에 전극부(120)를 통해 검출된 검체 신호를 적용함으로써 검체의 농도를 추정할 수 있다.Next, the
이어서, 프로세서(160)는 추정된 검체의 농도에 대한 정보를 통신부(130)를 통해 미리 설정된 사용자 단말로 송신할 수 있다(S300). 즉, 프로세서(160)는 사용자가 확인할 수 있도록 검체의 농도에 대한 정보를 사용자 단말로 송신할 수 있다.Subsequently, the
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치의 효과를 보인 예시도이다. 도 15를 참고하면, 종래의 CGM(Continuous Glucose Monitor, 적색)의 경우 혈당의 변화를 확인하는데 지연 시간(약 15분)이 발생함을 확인할 수 있다. 반면, 본 발명(MGM, 보라색)의 경우 종래의 CGM보다 신속하게 혈당의 변화를 확인할 수 있음을 확인할 수 있다. 저혈당의 경우 15분 정도면 인체에 큰 영향을 줄 수 있는데, 본 발명의 경우 신속하게 검체의 농도 변화를 확인할 수 있으므로, 저혈당과 같이 신속한 대응을 요구하는 상황에서도 효과적으로 사용자를 지원할 수 있다.Figure 15 is an exemplary diagram showing the effect of the sample concentration estimation device according to an embodiment of the present invention. Referring to Figure 15, it can be seen that in the case of a conventional CGM (Continuous Glucose Monitor, red), there is a delay time (about 15 minutes) in checking changes in blood sugar. On the other hand, it can be seen that the present invention (MGM, purple) can confirm changes in blood sugar more quickly than the conventional CGM. In the case of hypoglycemia, it can have a significant impact on the human body in about 15 minutes. However, in the case of the present invention, changes in the concentration of the sample can be quickly confirmed, so it can effectively support the user even in situations that require a rapid response, such as hypoglycemia.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치 및 방법은 생체 내에 존재하는 검체의 농도를 정확하게 추정하고, 추정된 검체의 농도에 대한 정보를 사용자에게 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치 및 방법은 생체 내에 존재하는 검체의 농도를 추정하는 과정에서 발생하는 통증, 불쾌감, 감염 등의 위험을 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 검체 농도 추정 장치 및 방법은 검체의 농도를 추정하는 과정에서 다양한 센서를 통해 수집되는 신호들을 통해 검체의 농도를 추정한 결과에 대한 보정함으로써, 더욱 정확하게 생체 내에 존재하는 검체의 농도를 추정할 수 있다.As described above, the sample concentration estimation device and method according to an embodiment of the present invention can accurately estimate the concentration of a sample existing in a living body and provide information about the estimated concentration of the sample to the user. Additionally, the sample concentration estimation device and method according to an embodiment of the present invention can reduce the risk of pain, discomfort, infection, etc. that occurs in the process of estimating the concentration of a sample existing in a living body. In addition, the sample concentration estimation device and method according to an embodiment of the present invention corrects the result of estimating the concentration of the sample through signals collected through various sensors in the process of estimating the concentration of the sample, thereby making it more accurate in vivo. The concentration of the sample present can be estimated.
본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.Implementations described herein may be implemented, for example, as a method or process, device, software program, data stream, or signal. Although discussed only in the context of a single form of implementation (eg, only as a method), implementations of the features discussed may also be implemented in other forms (eg, devices or programs). The device may be implemented with appropriate hardware, software, firmware, etc. The method may be implemented in a device such as a processor, which generally refers to a processing device that includes a computer, microprocessor, integrated circuit, or programmable logic device. Processors also include communication devices such as computers, cell phones, portable/personal digital assistants (“PDAs”) and other devices that facilitate communication of information between end-users.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely illustrative, and those skilled in the art will recognize that various modifications and equivalent embodiments can be made therefrom. You will understand. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the scope of the patent claims below.
10: 검체 농도 추정 장치
110: 기판
120: 전극부
130: 통신부
140: 배터리
150: 메모리
160: 프로세서
20: 검체 농도 추정 장치
210: 기판
220: 전극부
230: 센서부
240: 통신부
250: 배터리
260: 메모리
270: 프로세서
30: 검체 농도 추정 장치
310: 기판
320: 전극부
330: 보조 전극부
340: 통신부
350: 배터리
360: 메모리
370: 프로세서10: Sample concentration estimation device 110: Substrate
120: electrode unit 130: communication unit
140: Battery 150: Memory
160: Processor 20: Sample concentration estimation device
210: substrate 220: electrode portion
230: sensor unit 240: communication unit
250: Battery 260: Memory
270: Processor 30: Sample concentration estimation device
310: substrate 320: electrode portion
330: Auxiliary electrode unit 340: Communication unit
350: Battery 360: Memory
370: processor
Claims (14)
상기 전극부의 상부에 형성되어 생체친화성, 검체선택성, 제한성 중 적어도 어느 하나 이상의 특성을 이용하는 멤브레인; 및
상기 전극부로 인가할 신호를 생성하고, 상기 전극부를 통해 검출되는 검체 신호에 기반하여 상기 검체의 농도를 추정하는 프로세서;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 검체 농도 추정 장치.
An electrode unit that is in contact with or inserted into the analysis target and detects a sample signal corresponding to the sample included in the analysis target;
A membrane formed on top of the electrode unit to utilize at least one of the following characteristics: biocompatibility, sample selectivity, and restriction; and
a processor that generates a signal to be applied to the electrode unit and estimates the concentration of the sample based on the sample signal detected through the electrode unit;
A sample concentration estimation device comprising:
상기 검체 신호는, 전류, 전압, 임피던스, 주파수 및 공진주파수 중 적어도 하나에 관한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 검체 농도 추정 장치.
According to clause 1,
The sample signal includes information on at least one of current, voltage, impedance, frequency, and resonance frequency.
상기 검체 신호에 따른 상기 검체의 농도에 관한 관계 정보가 학습된 제1 농도 추정 모델이 저장된 메모리;
를 더 포함하고,
상기 프로세서는, 상기 메모리에 저장된 제1 농도 추정 모델에 상기 전극부를 통해 검출된 검체 신호를 적용함으로써 상기 검체의 농도를 추정하는 것을 특징으로 하는 검체 농도 추정 장치.
According to clause 1,
a memory storing a first concentration estimation model in which relationship information regarding the concentration of the sample according to the sample signal is learned;
It further includes,
The sample concentration estimation device characterized in that the processor estimates the concentration of the sample by applying the sample signal detected through the electrode unit to the first concentration estimation model stored in the memory.
상기 프로세서는, 상기 전극부를 통해 분석 대상으로부터 상기 검체 신호를 수집하고, 상기 수집된 검체 신호에 기반하여 상기 제1 농도 추정 모델을 보정하는 것을 특징으로 하는 검체 농도 추정 장치.
According to clause 3,
The processor collects the sample signal from the analysis object through the electrode unit, and corrects the first concentration estimation model based on the collected sample signal.
상기 전극부는, 적어도 하나의 전극을 포함하고,
상기 전극은, 침습형 전극 또는 비침습형 전극인 것을 특징으로 하는 검체 농도 추정 장치.
According to clause 1,
The electrode unit includes at least one electrode,
A sample concentration estimation device, characterized in that the electrode is an invasive electrode or a non-invasive electrode.
상기 침습형 전극은 니들 전극 또는 마이크로 니들 전극인 것을 특징으로 하는 검체 농도 추정 장치.
According to clause 5,
A sample concentration estimation device, wherein the invasive electrode is a needle electrode or microneedle electrode.
상기 전극의 전체 또는 단부에는 효소층이 형성되고,
상기 전극부가 복수의 전극을 포함하는 경우, 상기 효소층은 상기 복수의 전극 일부 또는 전부에 형성되는 것을 특징으로 하는 검체 농도 추정 장치.
According to clause 5,
An enzyme layer is formed on the entire or end portion of the electrode,
When the electrode unit includes a plurality of electrodes, the enzyme layer is formed on some or all of the plurality of electrodes.
상기 전극부는, 써멀 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 검체 농도 추정 장치.
According to clause 1,
The sample concentration estimation device characterized in that the electrode unit includes a thermal electrode.
상기 프로세서는, 상기 전극부를 통해 상기 분석 대상에 관한 생체 신호를 검출하고,
상기 생체 신호는 심전도 및 맥파 중 적어도 하나에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 검체 농도 추정 장치.
According to clause 1,
The processor detects a biological signal related to the analysis target through the electrode unit,
A sample concentration estimation device, wherein the biosignal includes information about at least one of an electrocardiogram and a pulse wave.
상기 분석 대상에 대한 광 신호 및 광음향 신호 중 적어도 하나를 검출하는 센서부;
를 더 포함하고,
상기 프로세서는, 상기 센서부를 통해 검출된 광 신호 및 광음향 신호 중 적어도 하나에 기반하여 상기 검체의 농도를 추정하는 것을 특징으로 하는 검체 농도 추정 장치.
According to clause 1,
A sensor unit that detects at least one of an optical signal and a photoacoustic signal for the analysis target;
It further includes,
The sample concentration estimation device is characterized in that the processor estimates the concentration of the sample based on at least one of an optical signal and a photoacoustic signal detected through the sensor unit.
상기 센서부는, 상기 분석 대상으로 광을 조사하고, 상기 분석 대상에서 반사된 광을 수신함으로써 상기 광 신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 검체 농도 추정 장치.
According to clause 10,
The sensor unit detects the optical signal by irradiating light to the analysis object and receiving light reflected from the analysis object.
상기 센서부는, 상기 분석 대상으로 광을 조사하고, 상기 분석 대상에서 방사되는 음향을 수신함으로써 상기 광음향 신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 검체 농도 추정 장치.
According to clause 10,
The sensor unit detects the photoacoustic signal by irradiating light to the analysis target and receiving sound emitted from the analysis target.
상기 분석 대상의 영역 중 상기 전극부가 접촉된 영역과 다른 영역에 접촉 또는 삽입되어 상기 검체 신호를 검출하는 보조 전극부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 검체 농도 추정 장치.
According to clause 1,
An auxiliary electrode part that detects the sample signal by contacting or inserting into an area of the analysis target that is different from the area in contact with the electrode part;
A sample concentration estimation device further comprising:
상기 보조 전극부는, 이어클립 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 검체 농도 추정 장치.According to clause 13,
A sample concentration estimation device, wherein the auxiliary electrode unit is formed in the shape of an ear clip.
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