WO2018016709A2 - 주파수 도메인 기반의 다파장 생체신호 분석 장치 및 그 방법 - Google Patents

주파수 도메인 기반의 다파장 생체신호 분석 장치 및 그 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2018016709A2
WO2018016709A2 PCT/KR2017/001771 KR2017001771W WO2018016709A2 WO 2018016709 A2 WO2018016709 A2 WO 2018016709A2 KR 2017001771 W KR2017001771 W KR 2017001771W WO 2018016709 A2 WO2018016709 A2 WO 2018016709A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wavelength
light
analysis apparatus
light sources
based multi
Prior art date
Application number
PCT/KR2017/001771
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2018016709A3 (ko
Inventor
한성호
노근식
홍희선
Original Assignee
주식회사 인핏앤컴퍼니
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
Priority claimed from KR1020170001539A external-priority patent/KR102002589B1/ko
Application filed by 주식회사 인핏앤컴퍼니 filed Critical 주식회사 인핏앤컴퍼니
Priority to EP17831183.3A priority Critical patent/EP3460453A4/en
Priority to US16/085,762 priority patent/US20200305776A1/en
Priority to JP2019512591A priority patent/JP2019520182A/ja
Publication of WO2018016709A2 publication Critical patent/WO2018016709A2/ko
Publication of WO2018016709A3 publication Critical patent/WO2018016709A3/ko

Links

Images

Definitions

  • the present invention relates to a frequency domain based multi-wavelength biosignal analysis apparatus and method thereof.
  • the above-described techniques generally calculate the concentration of chromophores contained in the turbid media by measuring the absorption and scattering coefficients of the turbid media in the near infrared region.
  • Three methods are known for measuring the absorption and scattering coefficients of turbid media. Specifically, the steady-state (SS) method of calculating the chromophore concentration according to the multi-distance measurement method after injecting light of a constant intensity into the turbid medium, the amplitude and phase changed for the modulated light source, etc.
  • FD frequency domain
  • TD time domain
  • the SS scheme does not require modulation or pulse generation of the light, and thus does not require a detector that decomposes the light reflected from the turbid media into the frequency domain or time domain (ie, the FD scheme or the TD scheme). Relatively cheaper than).
  • the SS method uses a multi-distance measurement method to separate the absorption coefficient and the scattering coefficient, there is a possibility that distortion in the analytical process is more likely to occur in the biological tissues with severe non-uniform characteristics than other methods.
  • the TD method and the FD method do not use a multi-range measurement method, they are relatively suitable for biological tissues having non-uniform characteristics as compared to the SS method.
  • the TD method and the FD method require a pulse generating or frequency modulated light source and a detector capable of detecting such characteristics, and thus have disadvantages in terms of implementation method and cost.
  • US Patent No. 7,428,434 (Quantitative Broadband Absorption and Scattering Spectroscopy in Turbid Media by Combined Frequency Domain and Steady State Methodologies) proposed a diffuse optical spectroscopic imaging method combining the FD method and the SS method.
  • US Pat. No. 7,428,434 supplements the disadvantages of the conventional FD method and the disadvantages of the SS method by incorporating a certain number of FD wavelengths and an SS method of a certain distance measurement method.
  • the diffuse light spectroscopic imaging device combining the FD method and the SS method has limitations as a low cost device in terms of device size and cost.
  • the present invention is the four or more light source for irradiating the frequency-modulated light for four or more different discrete wavelengths, the output is reflected from the object At least one light detector for detecting light, and connected to at least four light sources and at least one photodetector to calculate scattering coefficients and absorption coefficients per discrete wavelength based on the output light,
  • an FD-based multi-wavelength biosignal analysis apparatus including a processing circuit for calculating a concentration of chromophores present in an object based on a star scattering coefficient and an absorption coefficient.
  • an FD-based multi-wavelength biosignal analysis apparatus may provide a method and apparatus for measuring a reliable chromophore concentration value while reducing an implementation cost by using a predetermined number of light sources. .
  • bioassay results ie, the concentration of chromophores
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a multi-wavelength biosignal analysis apparatus based on a frequency domain (FD) according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a graph showing absorption spectra of chromophores present in the body.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating optical characteristics of input light input to an object and output light detected by a photo detector according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a process in which the processing circuit of FIG. 1 calculates the concentration of each chromophore according to one embodiment of the present invention.
  • 5 to 8 illustrate fitting concentrations of chromophores from absorption coefficients obtained in accordance with an embodiment of the present invention and absorption coefficients obtained in a diffusion light spectroscopy imaging apparatus using a steady state (FD-SS) coupling method. And graphs showing the comparison results of the absorption coefficient spectrum reconstructed with the obtained chromophore concentration.
  • FD-SS steady state
  • FIG. 9 shows a total of 72 data of absorption coefficient spectra used in FIGS. It is a figure which shows the graph which shows the result of analysis.
  • 10 to 13 are graphs showing concentration values of each chromophore calculated from absorption coefficient spectra used in FIGS. 5 to 8.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an FD-based multi-wavelength biosignal analysis apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 15 is a diagram illustrating an FD-based multi-wavelength biosignal analysis apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • 16 is a diagram illustrating an FD-based multi-wavelength biosignal analysis apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 illustrates a contact surface of the probe of FIG. 16.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating an FD-based multi-wavelength biosignal analysis apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating an FD-based multi-wavelength biosignal analysis apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • 21 illustrates an example in which eight light emitting parts and eight detection parts are arranged to cross each other on a contact surface of a probe.
  • FIG. 22 is a diagram illustrating a relationship between a distance between an emission unit and a detection unit and an object depth according to an exemplary embodiment.
  • 23 illustrates an example in which the light emitting unit and the detection unit are disposed at different distance intervals on the contact surface of the probe.
  • 24 is a flowchart illustrating a method of operating an FD-based multi-wavelength biosignal analysis apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 25 is a flowchart illustrating a method of operating an FD-based multi-wavelength biosignal analysis apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • a first aspect of the present invention provides a light emitting device comprising: four or more light sources for irradiating frequency modulated light to four or more different discrete wavelengths; At least one light detector for detecting output light reflected from the object; And four or more light sources and at least one photodetector, and calculating scattering coefficients and absorption coefficients per discrete wavelength based on output light, and presenting the scattering coefficients and absorption coefficients per discrete wavelength in the object.
  • An FD-based multi-wavelength biosignal analysis apparatus including a processing circuit for calculating a concentration of chromophores is provided. In this case, the processing circuit may drive at least two or more light sources among four or more light sources based on the chromophores present in the object.
  • the processing circuit may determine the number and type of light sources driven among four or more light sources based on at least one of the number, type, and content of chromophores present in the object.
  • the chromophore present in the subject may include at least one of oxy-hemoglobin (O 2 Hb), deoxy hemoglobin (HHb), water (H 2 O), and lipid (lipid).
  • O 2 Hb oxy-hemoglobin
  • HHb deoxy hemoglobin
  • H 2 O water
  • lipid lipid
  • the processing circuit fits the amplitude and phase of the output light into a diffuse model to calculate scattering coefficients and absorption coefficients according to discrete wavelengths, and calculates the calculated results into chromophores existing in the object.
  • the concentration value of the chromophore present in the object may be calculated by fitting the known extinction coefficient spectrum.
  • the processing circuit can also perform a calibration operation to compensate for the phase and amplitude of the signal generated by the mechanical characteristics from the output light.
  • the four or more different discrete wavelengths may be discontinuous wavelengths in the near infrared ray region.
  • four or more different discrete wavelengths may be determined based on known light absorbance of chromophores present in the body.
  • the four or more different discrete wavelengths include a first discrete wavelength and a second discrete wavelength adjacent to the peak region of known absorption spectra of water (H 2 O) and lipids, respectively. And a third discrete wavelength before the isosbestic point of the known absorption spectrum of oxy hemoglobin (O 2 Hb) and deoxy hemoglobin (HHb) and a fourth discrete wavelength in the region adjacent to the isoabsorbed point.
  • a first discrete wavelength and a second discrete wavelength adjacent to the peak region of known absorption spectra of water (H 2 O) and lipids respectively.
  • a third discrete wavelength before the isosbestic point of the known absorption spectrum of oxy hemoglobin (O 2 Hb) and deoxy hemoglobin (HHb) and a fourth discrete wavelength in the region adjacent to the isoabsorbed point.
  • four or more different discrete wavelengths may include about 688, about 808, about 915, and about 975 nm wavelengths.
  • the light source may be implemented as a laser diode (LD) or a light emitting diode (LED), and four or more LDs may be implemented as a multi-cavity surface emitting laser device (VCSEL).
  • each LD may be implemented with a surface emitting laser device (VCSEL), and four or more VCSELs may be spaced apart from the contact surface of the probe.
  • the at least one photodetector may include at least one avalanche photodiode (APD).
  • APD avalanche photodiode
  • the processing circuit can also drive two or more light sources sequentially.
  • the processing circuit may drive from the light source emitting the lowest wavelength among the two or more light sources, and may drive the light source gradually emitting the high wavelength.
  • the processing circuit may adjust the light output intensities of the two or more light sources in accordance with at least one of the mechanical characteristics of the light source and the surrounding environment.
  • an FD-based diffuse light spectroscopic imaging apparatus includes a housing including four or more light sources, at least one photodetector and processing circuitry; A first optical fiber coupled to at least four light sources and configured to collect and transmit light emitted from at least four light sources; And a second optical fiber coupled to the at least one photodetector for collecting and reflecting the light reflected from the object to the at least one photodetector. It may further include. In this case, the first optical fiber and the second optical fiber may be exposed to the outside of the housing to contact the object.
  • the FD-based multi-wavelength biosignal analysis apparatus may further include a probe including four or more light sources and at least one photodetector and a contact surface contacting the object.
  • four or more light sources may be disposed on the contact surface of the probe to directly irradiate two or more lights driven by the processing circuit to the object.
  • the probe may further include a lens disposed on the contact surface of the probe and coupled with four or more light sources.
  • the FD-based multi-wavelength biosignal analysis apparatus includes a probe including a plurality of light emitting parts including four or more light sources and a plurality of detection parts including at least one photodetector and a contact surface contacting an object. It may further include. In this case, the plurality of light emitting parts and the plurality of detection parts may be disposed to cross each other on the contact surface of the probe.
  • the processing circuit may sequentially drive the plurality of light emitting units, and when one of the plurality of light emitting units is driven, at least one detection unit adjacent to the driven light emitting unit may be driven to detect output light.
  • the processing circuit sequentially drives the plurality of light emitting units, and as one light emitting unit of the plurality of light emitting units is driven, two or more detection units disposed at different distances from the driven light emitting unit are detected to detect output light. can do.
  • the plurality of light emitting units and the plurality of detection units may be disposed to cross each other at different distance intervals on the contact surface of the probe.
  • the FD-based multi-wavelength biosignal analysis apparatus may include four light sources, five light sources, six light sources, seven light sources, or eight light sources.
  • an apparatus comprising four or more light sources emitting light at four or more different discrete wavelengths; At least one photodetector for detecting output light reflected by the object and introduced into the object; It is connected to at least four light sources and at least one photodetector, and calculates scattering coefficients and absorption coefficients for discrete wavelengths based on output light detected by the at least one photodetector, and scattering coefficients and absorption coefficients for discrete wavelengths.
  • a processing circuit for calculating the concentration of chromophores present in the object based on the coefficients A first optical fiber coupled to at least four light sources and configured to collect and transmit light emitted from at least four light sources; A second optical fiber coupled to the at least one photodetector and condensing the light reflected from the object and delivering the light to the at least one photodetector; And a housing including four or more light sources, at least one photodetector, and a processing circuit.
  • the first optical fiber and the second optical fiber may be exposed to the outside of the housing to contact the object.
  • At least one light emitting unit is arranged at four or more light sources that emit light at four or more different discrete wavelengths spaced apart at regular intervals; At least one detector including at least one photodetector for detecting output light emitted from the object; A probe including at least one light emitting unit and at least one detection unit and including a contact surface in contact with the object; And a scattering coefficient and a absorption coefficient for each discrete wavelength, based on the output light detected by the at least one detector, and a scattering coefficient and an absorption coefficient for each discrete wavelength.
  • a processing circuit for calculating a concentration of chromophores present in the object based on the; It provides a multi-wavelength biological signal analysis device of the FD.
  • at least one light emitting unit and at least one detection unit may be disposed on the contact surface of the probe to directly contact the object.
  • a fourth aspect of the invention is based on a chromophore present in an object, wherein at least two or more light sources are selected from among four or more light sources that irradiate frequency modulated light for four or more different discrete wavelengths.
  • Driving Detecting at least two output light emitted from the object as two or more light sources are driven; Calculating scattering coefficients and absorption coefficients per discrete wavelength based on two or more output lights; And calculating a concentration of chromophores present in the object based on scattering coefficients and absorption coefficients of discrete wavelengths, and the FD-based multi-wavelength biosignal analysis apparatus.
  • a fifth aspect of the present invention provides a light emitting device comprising: at least four LDs for irradiating frequency modulated light to at least four different discrete wavelengths determined based on chromophores present in the object; At least one photodetector for detecting output light emitted from the object; And four or more LDs and at least one photodetector, and driving four or more LDs sequentially and four or more output lights detected by the at least one photodetector as four or more LDs are sequentially driven.
  • a processing circuit for obtaining a scattering coefficient and absorption coefficient for each discrete wavelength based on four or more output lights, and calculating a concentration of chromophores present in the object based on the scattering coefficient and absorption coefficient for each discrete wavelength. It provides an FD-based multi-wavelength biosignal analysis apparatus comprising a.
  • a sixth aspect of the present invention includes the steps of sequentially driving four or more LD to emit light at four or more different discrete wavelengths determined based on the chromophores present in the object; Sequentially acquiring four or more output lights emitted from the object as four or more LDs are sequentially driven; Calculating scattering coefficients and absorption coefficients per discrete wavelength based on four or more output lights; And calculating a concentration of chromophores present in the object based on scattering coefficients and absorption coefficients of discrete wavelengths, and the FD-based multi-wavelength biosignal analysis apparatus.
  • a seventh aspect of the present invention provides a computer-readable recording medium having recorded thereon a program for implementing the fourth and sixth aspects.
  • an "object” is to be a measurement object of a frequency domain (FD) based multi-wavelength biosignal analysis apparatus of the present invention, and may include a person, an animal, or a part thereof. .
  • the subject may include various organs such as the heart, brain or blood vessels or various kinds of phantoms.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a frequency domain based multi-wavelength biosignal analysis apparatus (hereinafter referred to as a "biosignal analysis apparatus") according to an embodiment of the present invention.
  • the biosignal analysis apparatus 10 according to an exemplary embodiment of the present invention is implemented using a certain number of light sources.
  • the light source may be implemented as a laser diode (LD) or a light emitting diode (LED) capable of irradiating a frequency modulated light.
  • LD laser diode
  • LED light emitting diode
  • the light source is implemented as an LD will be described as an example.
  • the biosignal analysis apparatus 10 may include four or more LDs 11, at least one light detector 12, and a processing circuit 13. It includes.
  • the discrete wavelength may mean a discontinuous wavelength in the near infrared ray region.
  • four or more LDs 11 may emit light at wavelengths in the 650 to 1,100 nm (nano-meter) region.
  • chromophores present in the object 20, and specifically, based on known light absorbance of each chromophore.
  • chromophore means the atom or atomic group which absorbs light.
  • the types of chromophores present in the body are limited and known. For example, tissues such as arms and legs are predominantly water (H 2 O), lipids (lipid), oxy-hemoglobin (O 2 Hb), deoxy hemoglobin (HHb), The brain predominantly contains water, oxy hemoglobin and deoxy hemoglobin except lipids.
  • chromophores have an intrinsic absorption spectrum in the near infrared region.
  • water 201 exhibits peak characteristics in the wavelength region of about 980 nm
  • lipid 202 exhibits peak characteristics in the wavelength region of about 930 nm.
  • oxy hemoglobin 203 and deoxy hemoglobin 204 intersect with reference to an isosbestic point 210 in the wavelength region of about 800 nm.
  • the biosignal analysis apparatus 10 is implemented with four LDs and is frequency modulated with respect to four discrete wavelengths determined based on light absorbances of water, lipids, oxy hemoglobin and deoxy hemoglobin.
  • the four discrete wavelengths include the first discrete wavelength adjacent to the peak region of water 201, the second discrete wavelength adjacent to the peak region of lipid 202, and the oxy hemoglobin 203.
  • the third discrete wavelength may be selected in a region where the absorption difference between the oxy hemoglobin 203 and the deoxy hemoglobin 204 is relatively large in consideration of the absorbance of the deoxy hemoglobin 204.
  • the first discrete wavelength may be about 975 nm and the second discrete wavelength may be about 915 nm.
  • the third and fourth discrete wavelengths may be about 688 nm and about 808 nm, respectively, but are not limited thereto.
  • the biosignal analysis apparatus 10 may be implemented with five, six, seven, or eight LDs for irradiating light having a wavelength different from that of the first to fourth discrete wavelengths.
  • the fifth to eighth discrete wavelengths thus added are intrinsic properties (e.g., in the absorption spectrum of the chromophores other than the chromophores described above (i.e., water, lipids, oxy / deoxy hemoglobin) Peak characteristics, etc.).
  • the fifth to eighth discrete wavelengths added may include collagen, melanin, methemoglobin (MetHb), and carbon monoxide-binding hemoglobin (CO hemoglobin) other than the chromophores described above.
  • additional wavelengths may be selected in consideration of various conditions.
  • additional wavelengths may be selected based on the center of gravity of the absorption spectrum of the chromophores.
  • the biosignal analysis apparatus 10 includes four or more LDs determined according to intrinsic properties in the absorption spectrum of the chromophores present in the body, so that the processing circuit 13 may determine the concentration of each chromophore. It can be calculated accurately.
  • the biosignal analysis apparatus 10 is described as being implemented with four LDs, five LDs, six LDs, seven LDs, or eight LDs, but is not limited thereto. In some embodiments, the biosignal analysis apparatus 10 may be implemented with a smaller number or a greater number of LDs.
  • the photodetector 12 detects the output light reflected by the object 20 and drawn under the control of the processing circuit 13.
  • the photodetector 12 may convert the detected output light into an electrical signal and provide it to the processing circuit 13.
  • the photodetector 12 may be implemented with at least one avalanche photodiode (APD). However, the present invention is not limited thereto, and the photodetector 12 may be implemented in various forms such as a photodiode, a photo transistor, a photo multiplier tube (PMT), a photo cell (phto cell), and the like. . In addition, it may be implemented by including a new type of optical sensor according to the development of technology.
  • APD avalanche photodiode
  • PMT photo multiplier tube
  • phto cell photo cell
  • it may be implemented by including a new type of optical sensor according to the development of technology.
  • the photodetector 12 may be disposed at a predetermined distance from the four or more LDs 11 to measure the light emitted and drawn from the object.
  • the four or more LDs 11 and the at least one photodetector 12 may be implemented in a heterodyne manner for irradiating and detecting light frequency-modulated using the intermediate frequency IF. It may be implemented by a homodyne method in which the frequency of light is directly converted into a baseband band and detected.
  • the processing circuit 13 controls the overall operation of the biosignal analysis apparatus 10.
  • the processing circuit 13 may execute a biosignal analysis program stored in a memory (not shown) to control four or more LDs 11 and at least one photodetector 12.
  • the processing circuit 13 may be a processor used in a general-purpose computing device or may be implemented in the form of an embedded processor.
  • the processing circuit 13 executes the above program to control the driving of four or more LDs 11, and the scattering coefficients and absorption coefficients for each wavelength are determined based on the output light detected by the at least one photodetector 12. And calculate the concentration of the chromophore in the object 20, thereby analyzing the biological composition of the object 20.
  • the processing circuit 13 drives two or more LDs among four or more LDs 11 based on at least one of the number, content, and type of at least one chromophore present in the object 20. That is, the processing circuit 13 may determine the number and type of LDs to be driven from among the four or more LDs 11.
  • the processing circuit 13 may determine four LDs based on the unique characteristics of each chromophore in the absorption spectrum. However, even if the number of chromophores present in the object 20 is four, if it is known that there are almost no specific chromophores (or if the content is small), the processing circuit 13 may not have the remaining three chromophores. Three LDs can be determined based on the unique characteristics of the two chromophores. More specifically, for example, in the case of measuring a human head, the processing circuit 13 may include, among four or more LDs 11, except for LDs emitting light at a second discrete wavelength determined according to the peak characteristics of lipids. Three LDs emitting light at the first, third and fourth discrete wavelengths can be selected.
  • the processing circuit 13 may adjust the light output intensity according to the mechanical characteristics of each LD, the surrounding environment, and the like. For example, the processing circuit 13 can adjust the light output intensity in consideration of the usage period of each LD, the amount of supply current to each LD, ambient ambient light, and the like.
  • the processing circuit 13 may sequentially drive two or more selected LDs.
  • the processing circuit 13 may drive the LD that emits the lowest wavelength among the two or more selected LDs, and may drive the LD that emits the progressively higher wavelength, but is not limited thereto.
  • the processing circuit 13 may drive each LD sequentially according to the arrangement order of two or more selected LDs.
  • the processing circuit 13 drives the photodetector 12 to receive the output light detected by the photodetector 12. Thereafter, the processing circuit 13 calculates absorption coefficients and scattering coefficients for each discrete wavelength based on the output light. This will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating optical characteristics of input light incident to the object 20 by the LD and output light detected by the photodetector 12.
  • the input light modulated by the LD when the input light modulated by the LD is irradiated onto the object 20, the input light is scattered and absorbed by various components including chromophores in the object 20.
  • the graph 300 illustrated on the left side of FIG. 3 is a graph showing characteristics of input light L_In and output light (that is, reflected light L_Out) in a frequency domain FD.
  • the input light L_In which is frequency-modulated in the LD, is irradiated onto the object 20
  • the reflected light L_Out detected by the photodetector 12 includes a phase shift 301 with respect to the input light L_In, and Amplitude attenuation 302.
  • the processing circuit 13 calculates absorption coefficients and scattering coefficients for each discrete wavelength by using phase shift 301 and amplitude attenuation 302 characteristics generated for each of the discrete wavelengths, and calculates the absorption coefficients and scattering coefficients.
  • the concentration value of each chromophore is computed from the.
  • the processing circuit 13 may use a diffuse approximation for the radiative transfer equation.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a process in which the processing circuit 13 of FIG. 1 calculates the concentration of each chromophore.
  • STEP 1 The processing circuit 13 obtains a diffused light model in the frequency domain calculated using the Green's function in the diffusion approximation.
  • the diffused light model uses an extrapolated boundary condition as a sample (object) -air boundary state, and thus, a predetermined distance from the surface of the sample ( It is assumed that the energy flux at a distance away from) is zero. Is defined as in Equation 1 below.
  • Equation 1 Represents the effective reflectance, which is influenced by the refractive index. If the sample is 1.4 and the air is 1.0, May be 0.493. Also, Denotes the diffusion coefficient, Is defined. At this time, Is defined as in Equation 2.
  • the diffused light model may be previously stored in a memory (not shown) of the biosignal analysis apparatus 10.
  • the processing circuit 13 measures the optical signal on a frequency domain basis.
  • the processing circuit 13 measures the output light corresponding to equation (3) based on the frequency domain.
  • Equation 3 Represents the measured output light
  • Wow represents the amplitude and phase component of the signal reflected and drawn from the object among the measured output light.
  • Wow Denotes the amplitude and phase included in the output light by the mechanical characteristics regardless of the object.
  • Such Wow Is calculated by the following calibration operation (STEP 2-1).
  • the processing circuit 13 Before the processing circuit 13 measures the object, Wow The value of can be calculated in advance. Specifically, the processing circuit 13 has an absorption coefficient ( ) And scattering factor ( ) Measures a previously known object to predict in advance the amplitude and phase of the output light reflected from the object. Thereafter, the processing circuit 13 substitutes the amplitude and phase of the measured output light and the predicted output light into Equation 3, Wow Acquire. However, in some embodiments, the processing circuit 13 may omit the (STEP 2-1) operation. In this case, the processing circuit 13 is predetermined Wow Can be input.
  • the processing circuit 13 is obtained in advance. And Using the measured output light ( ) To compensate for the error values (ie, phase and amplitude) depending on the mechanical characteristics. Subsequently, the processing circuit 13 outputs the output light obtained from ) Amplitude ) And phase ( On the basis of ) And scattering coefficients ( ) Can be calculated. Specifically, the processing circuit 13 may obtain an absorption coefficient and a scattering coefficient of the measurement object corresponding to each wavelength of the output light by fitting the amplitude and phase of the output light to the diffused light model of (STEP 1). . At this time, the processing circuit 13 may perform least square fitting on the amplitude and phase of the output light.
  • the processing circuit 13 may calculate the absorption coefficient and the scattering coefficient for each of the discrete wavelengths by repeatedly performing the above process on the output light detected corresponding to sequentially driven LDs.
  • STEP 3 The processing circuit 13 calculates the concentration value of each chromophore based on the known extinction coefficient spectrum of the chromophores using the absorption coefficient and the scattering coefficient calculated for each discrete wavelength. can do.
  • the processing circuit 13 may analyze the components in the object 20 using the concentration of each chromophore.
  • the biosignal analysis apparatus 10 provides a method of measuring the concentration of chromophores using a predetermined number of LDs.
  • 5 to 8 are obtained from the absorption coefficient obtained in accordance with an embodiment of the present invention, and the absorption coefficient obtained in a diffusion light spectroscopic imaging apparatus (see US Patent No. 7,428,434) of the FD-SS (steady state) coupling method Graphs showing the results of comparison of absorption coefficient spectra obtained by fitting the chromophore concentrations and then reconstructing the obtained chromophore concentrations. Meanwhile, in FIGS. 5 to 8, a result of measuring breast tissue of a woman was used.
  • FIG. 5 is an absorption coefficient spectrum extracted by the process of FIG. 4 for output light detected from four LDs irradiating light frequency-modulated at discrete wavelengths of about 688, about 808, about 915, and about 975 nm; It is a graph 500 comparing the absorption coefficient spectra calculated from the FD-SS coupling type diffuse light spectroscopic imaging apparatus.
  • FIG. 6 is an absorption coefficient spectrum extracted by the process of FIG. 4 for output light detected from five LDs irradiated with frequency modulated light at discrete wavelengths of about 688, about 808, about 860, about 915, and about 975 nm;
  • a graph 600 comparing absorption coefficient spectra calculated from an FD-SS coupling type diffuse light spectroscopic imaging apparatus.
  • FIG. 7 is extracted by the process of FIG. 4 with respect to output light detected from six LDs irradiating light frequency-modulated at discrete wavelengths of about 688, about 705, about 808, about 860, about 915, and about 975 nm. It is a graph 700 for comparing the absorption coefficient spectrum and the absorption coefficient spectrum calculated from the FD-SS coupling type diffuse light spectroscopic imaging apparatus.
  • FIG. 8 shows output light detected from seven LDs irradiated with frequency modulated light at discrete wavelengths of about 688, about 705, about 785, about 808, about 860, about 915, and about 975 nm. It is a graph 800 for comparing the absorption coefficient spectrum extracted by the process and the absorption coefficient spectrum calculated from the FD-SS coupling type diffuse light spectroscopic imaging apparatus.
  • the discrete wavelengths used in FIG. 5 are determined based on the peak characteristics of water, lipids, and oxy / deoxy hemoglobin, and the discrete wavelengths added in FIGS. 6 to 8 have an effect of the addition of the wavelength on the resultant value. It was randomly chosen to analyze.
  • an absorption coefficient spectrum calculated by the biosignal analysis apparatus 10 and an FD-SS coupling type diffuse light spectroscopic imaging apparatus are calculated. It can be seen that the absorption coefficient spectrum shows almost similar results.
  • the biosignal analysis apparatus 10 of the present invention only detects data at a certain number of wavelengths. And analysis.
  • absorption coefficient spectra calculated from four discrete wavelengths and absorption coefficient spectra when an arbitrary wavelength is further added are similar. It can be seen that the results are shown.
  • Equation 4 Represents data corresponding to each wavelength of the absorption coefficient spectrum, Represents the mean value of the data, Denotes the absorption coefficient fitting value reconstructed based on the chromophore concentration value. Also, Represents the sum of the squares of the data minus the mean values of the data, Represents the sum of the squares of the data minus the fitting values.
  • FIG. 9 shows a total of 72 data of absorption coefficient spectra used in FIGS. It is a figure which shows the graph which shows the result of analysis.
  • Points corresponding to 'broadband' in FIG. 9 represent the results according to the FD-SS coupling type diffuse light spectroscopic imaging apparatus.
  • the FD-SS coupling type diffused spectroscopic imaging apparatus uses the broadband wavelength to calculate the absorption coefficient spectrum. Has a value.
  • the results of the biosignal analysis apparatus 10 according to the exemplary embodiment are also all included in the range of 1 to 0.990. Through this, it can be seen that the results of the FD-SS coupling type diffuse light spectroscopic imaging apparatus and the result of the biosignal analysis apparatus 10 are similar.
  • 10 to 13 are graphs showing concentration values of each chromophore calculated from absorption coefficient spectra used in FIGS. 5 to 8.
  • FIG. 10 is a graph showing concentration values (%) of water (H 2 O).
  • the circle-shaped figures shown in FIG. 10 represent a concentration value of water and a 95% confidence interval of the concentration value calculated by the FD-SS coupling type diffuse light spectroscopic imaging apparatus.
  • dots shown in a darker color than the figure in the vicinity of the figure indicate a concentration value of water calculated by the biosignal analysis apparatus 10 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a graph showing concentration values (%) of lipids.
  • the circle-shaped figures shown in FIG. 11 represent a concentration value of lipids and a 95% confidence interval of the concentration value calculated by the FD-SS coupling type diffuse light spectroscopic imaging apparatus.
  • the points shown in a darker color than the figure in the vicinity of the figure represent the concentration value of the lipid calculated by the biosignal analysis apparatus 10 according to the exemplary embodiment of the present invention.
  • the difference in the actually measured concentration values is about -4% to Within + 4%, there was no substantial difference.
  • FIG. 12 is a graph showing the concentration value (uM) of oxy hemoglobin (O 2 Hb).
  • the circle-shaped figures shown in FIG. 12 represent concentration values of oxy hemoglobin and 95% confidence intervals of the concentration values calculated by the FD-SS coupling type diffuse light spectroscopic imaging apparatus.
  • dots shown in a darker color than the figure in the vicinity of the figure indicate the concentration value of oxy hemoglobin calculated by the biosignal analysis apparatus 10 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a graph showing the concentration value (uM) of deoxy hemoglobin (HHb).
  • the circle-shaped figures shown in FIG. 13 represent concentration values of deoxy hemoglobin and 95% confidence intervals of the concentration values calculated by the FD-SS coupling type diffuse light spectroscopic imaging apparatus.
  • the points shown in a darker color than the figure in the vicinity of the figure indicate the concentration value of deoxy hemoglobin calculated by the biosignal analysis apparatus 10 according to the exemplary embodiment of the present invention.
  • the concentration value of the deoxy hemoglobin calculated by the biosignal analysis apparatus 10 is within the same range as the concentration value of the deoxy hemoglobin calculated by the FD-SS coupling type diffuse light spectroscopic imaging apparatus, the dots Overlaid.
  • oxy / deoxy hemoglobin produced by the biosignal analysis apparatus 10 is mostly included within a 95% confidence interval.
  • the biosignal analysis apparatus 10 does not acquire and analyze all the data of the broadband wavelength, and uses only a predetermined number of discrete wavelengths, and thus, the chromophores in the object 20. It is possible to calculate a reliable concentration value for. In addition, the components of the object 20 may be analyzed using the calculated concentration values of the chromophores.
  • the biosignal analysis apparatus 10 including four or more light sources corresponding to water, lipids, and oxy / deoxy hemoglobin has been described as an example, but is not limited thereto.
  • the biosignal analysis apparatus 10 may be implemented by further considering chromophores such as collagen and melanin.
  • the biosignal analysis apparatus 10 may automatically determine which position of the body the object 20 is through user input or position sensing, and drive in response to a chromophore predominantly located at the position. It is possible to determine two or more light sources to be.
  • the biosignal analysis apparatus 10 may drive four or more light sources that exhibit inherent characteristics of absorption spectra such as water, lipids, collagen, melanin, and the like, depending on the measurement position.
  • the biosignal analysis apparatus 10 may include a fixed number of light sources according to the target body position.
  • the biosignal analysis apparatus 10 may include, but is not limited to, three light sources corresponding to water and oxy / deoxy hemoglobin, so as to be suitable for head measurement.
  • the biosignal analysis apparatus 10 selects two or more LDs from four or more LDs, the LD selection process may be omitted according to an embodiment.
  • the biosignal analysis apparatus 10 drives all four or more LDs 11 and then calculates absorption coefficient spectra by excluding scattering coefficients and absorption coefficient values for discrete wavelengths for which meaningful data have not been obtained. can do.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a biosignal analysis apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a biosignal analysis apparatus 10a includes a housing including four or more light sources (eg, LD 11), at least one photodetector 12, and a processing circuit 13. 1404, a probe that is exposed to the outside of the housing 1404 and contacts the object to transmit the frequency modulated light emitted from the LD 11 to the object, and transmits the light reflected from the object to the photodetector 12. 1403.
  • the probe 1403 is coupled to each LD and is coupled to the first optical fiber 1401 to collect and transmit light irradiated from four or more LDs, and is coupled to the photodetector 12 to condense the output light to at least It may include a second optical fiber 1402 to deliver to one photodetector.
  • a method of coupling the first and second optical fibers 1401 and 1402 with four or more LDs 11 or photodetectors 12 may be easily used by those skilled in the art. The detailed description will be omitted.
  • first optical fiber 1401 and the second optical fiber 1402 may be spaced apart from each other at a predetermined distance d1 on the contact surface where the probe 1403 contacts the object.
  • the first optical fiber 1401 may further include a lens (not shown) for irradiating the object 20 with light emitted from each LD at a predetermined angle.
  • 15 and 16 illustrate a biosignal analysis apparatus according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • the biosignal analysis apparatus 10b may be connected to a probe 1502 including a first optical fiber 1401 and a photodetector 12 of FIG. 14, and connected to a probe 1502. And a housing 1501 including four or more light sources (eg, LD 11) and processing circuit 13. Four or more LDs 11 irradiate light onto the object through the first optical fiber 1401, and the photodetector 12 may be implemented to be in direct contact with the object.
  • a housing 1501 including four or more light sources (eg, LD 11) and processing circuit 13.
  • Four or more LDs 11 irradiate light onto the object through the first optical fiber 1401, and the photodetector 12 may be implemented to be in direct contact with the object.
  • the biosignal analysis apparatus 10c includes the second optical fiber 1402 of FIG. 14 and four or more light sources (eg, the LD 11). It may be implemented by including a probe 1602, a housing 1601 connected to the probe 1602 and including a photodetector 12 and a processing circuit 13. Four or more LDs 11 may be implemented to directly contact the object, and the photodetector 12 may be implemented to receive reflected light reflected from the object through the second optical fiber 1402.
  • the four or more LDs may be implemented with a multi-cavity surface emitting laser device (VCSEL).
  • VCSEL multi-cavity surface emitting laser device
  • each of the four or more LDs may be implemented with a surface emitting laser device (VCSEL), and the four or more VCSELs may be spaced apart from the contact surface of the probe 1602.
  • VCSEL surface emitting laser device
  • the processing circuit 13 considers the four or more LDs 11 to emit light on the same surface of the object 20, thereby reducing the concentration of chromophores. It is preferable to calculate.
  • FIG. 17 illustrates a contact surface of the probe of FIG. 16.
  • each light source ie, LD
  • the light emitting devices 1701, 1702, 1703, and 1704 of each light source may be integrated on the contact surface 1603 at a predetermined distance interval d2.
  • each LD eight light sources (eg, LD 11) disposed directly on the contact surface 1603 of the probe 1602 may be included.
  • the light emitting devices 1801, 1802, 1803, 1804, 1805, 1806, 1807, and 1808 of each LD are arranged in a 2 ⁇ 4 matrix, so that the distance between the light emitting devices of each LD on the contact surface 1603 is minimized. Can be.
  • the biosignal analysis apparatus 10d may be implemented by including four or more light sources (eg, the LD 11) and the photodetector 12 in one probe 1901.
  • the biosignal analysis apparatus 10d may further include a processing circuit 13 in the probe 1901 according to the embodiment.
  • each LD 11 and the photodetectors 12 may be disposed at a predetermined distance d4 from the contact surface 1902 of the probe 1901 and may be in direct contact with the object 20.
  • each LD may be disposed to be spaced apart from the contact surface 1903 by a predetermined distance. This may be applied to the above-described embodiment in Figures 17 and 18, a detailed description thereof will be omitted.
  • the probe 1901 may further include a lens (not shown) disposed on the contact surface 1902 and coupled to the light source and / or the photodetector.
  • the lens may direct light irradiated from the light source toward the same position of the object 20.
  • the lens may be used to narrow the angle at which light is emitted or drawn.
  • the biosignal analysis apparatus 10d may be implemented in the form of a small probe 1901 in which the optical fiber is omitted, thereby improving user convenience.
  • the biosignal analysis apparatus may perform multi-channel analysis. Through multi-channel analysis, the biosignal analysis apparatus may analyze biometric components for multiple locations at one time without having to move and scan the measurement locations.
  • a biosignal analysis apparatus for performing multi-channel analysis will be described.
  • the biosignal analysis apparatus 10e may include a plurality of light emitters 2010 including at least four light sources (eg, LDs) and at least one photodetector. And a plurality of detection units 2020 and processing circuits 2030 including 12.
  • the plurality of light emitters 2010, the plurality of detectors 2020, and the processing circuit 2030 may be implemented in the form of one probe 2001.
  • the plurality of light emitters 2010 and the plurality of detectors 2020 may be disposed to cross each other on the contact surface 2002 of the probe 2001.
  • FIG. 21 illustrates an example in which eight light emitting units and eight detection units are disposed to cross each other on the contact surface 2002 of the probe 2001.
  • each of the light emitting units S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, and S8 has four or more LDs having a predetermined distance interval d2 or as described above with reference to FIGS. 17 and 18. d3) may be spaced apart from each other.
  • eight light emitting units and eight detection units are described as being arranged in a 4 ⁇ 4 matrix form, but embodiments are not limited thereto.
  • the eight light emitters and the eight detectors may be arranged in an 8X2 matrix form or a 16X1 matrix form.
  • the processing circuit 2030 controls the plurality of light emitters 2010 and the plurality of detectors 2020.
  • the processing circuit 2030 may control a driving order of the plurality of light emitters 2010 and the plurality of detectors 2020.
  • the processing circuit 2030 sequentially drives each of the plurality of light emitters 2010 and drives at least one detector adjacent to each of the driven light emitters to correspond to different positions of the object 20.
  • Biological components can be analyzed.
  • the processing circuit 2030 may analyze the biological component corresponding to S1 by driving S1 and then driving at least one of D1, D2, and D3 adjacent to S1.
  • the processing circuit 2030 may analyze the biocomponent corresponding to S2 by driving at least one of D2 and D4 adjacent to S2 after driving S2.
  • the processing circuit 2030 sequentially drives each of the plurality of light emitters 2010 and drives two or more detectors disposed at different distances from each of the driven light emitters, thereby providing different depths of the object 20.
  • the biological component of the can also be analyzed.
  • 22 is a diagram illustrating a relationship between the distance between the light emitting unit and the detection unit and the measurement depth.
  • the processing circuit 2030 corresponds to different depths of the object 20 by using output light detected by the detectors D1, D5, and D8 located at different distances from the driven light emitting unit S1. Biological component analysis can be performed.
  • FIG. 1 illustrates a method in which the processing circuit 2030 controls driving of each light emitting unit and each detecting unit, and a method of performing biometric analysis (that is, measuring a concentration value of a chromophore) based on the detected output light. Since the embodiment of FIG. 4 may be applied, a detailed description thereof will be omitted.
  • the processing circuit 2030 may perform biometric component analysis on a specific depth of the object 20.
  • the biosignal analysis apparatus 10e may receive a user input for selecting a specific depth through a user interface (not shown).
  • the processing circuit 2030 may drive a detection unit (eg, D1) adjacent to the light emitting unit S1.
  • the processing circuit 2030 may drive a detector (eg, D5) located at a predetermined distance from the light emitting unit S1. have.
  • each light emitting unit and each detection unit are arranged at a predetermined distance from each other on the contact surface 2002 of the probe 2001, but the present disclosure is not limited thereto.
  • FIG. 23 illustrates an example in which each light emitting unit and each detection unit are arranged at different distance intervals on the contact surface 2002 of the probe 2001.
  • each light emitting unit and each detection unit constitute a pair D1-S1, D2-S2, D3-S3, and D4-S4, and each pair D1-S1, D2-S2, D3-S3, and D4. -S4) can be arranged at different distance intervals. At this time, each pair (D1-S1, D2-S2, D3-S3, D4-S4) may be arranged at the same distance intervals.
  • the processing circuit 2030 sequentially drives the light emitter and the detector of each pair D1-S1, D2-S2, D3-S3, and D4-S4, so that the plurality of measurement positions correspond to the same depth of the object 20. Biometrics analysis can be performed at.
  • the processing circuit 2030 drives each pair of light emitters and then drives a pair of detectors and another pair of detectors to perform biometric component analysis at a plurality of measurement positions corresponding to different depths of the object 20. You may.
  • the biosignal analysis apparatus 10 may be implemented by including more components in addition to the above-described components.
  • the biosignal analysis apparatus 10 may include a display (not shown) for displaying a biometric analysis result value (for example, a concentration of chromophores) and a user input unit for receiving a user input ( It may be implemented by further including a communication circuit (not shown) for transmitting the biological component analysis result value to another device.
  • FIGS. 24 and 25 are flowcharts illustrating a method of operating the biosignal analysis apparatus 10 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the operation method of the biosignal analysis apparatus 10 illustrated in FIGS. 24 and 25 is related to the embodiments described with reference to FIGS. 1 to 23 described above. Therefore, even if omitted below, the contents described above with reference to FIGS. 1 to 23 may be applied to the method of operating the biosignal analysis apparatus 10 of FIGS. 24 and 25.
  • FIG. 24 is a flowchart illustrating a method of operating a biosignal analysis apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the biosignal analysis apparatus 10 may include four or more light sources that irradiate frequency modulated light for four or more discrete wavelengths based on chromophores present in an object. light source), at least two or more light sources are driven (S2401).
  • the light source may be an LD or an LED capable of irradiating frequency modulated light.
  • LD will be described as an example.
  • the biosignal analysis apparatus 10 includes four or more LDs determined based on known light absorbances of chromophores present in the body.
  • the four or more discrete wavelengths include a first discrete wavelength and a second discrete wavelength adjacent to the peak region of the known absorption spectrum of each of the water (H 2 O) and the lipid, oxy hemoglobin (O2Hb) and deoxy hemoglobin (HHb) may comprise a third discrete wavelength before the isosbestic point of the known absorption spectrum and a fourth discrete wavelength in the region adjacent to the isoabsorption point.
  • the biosignal analysis apparatus 10 may determine the number and type of LDs to be driven among four or more LDs based on at least one of the number, content, and type of chromophores present in the object 20. For example, when the number of chromophores present in the object 20 is four, the biosignal analysis apparatus 10 may determine at least four LDs representing inherent characteristics of the absorption spectrum of each chromophore. . However, even when the number of chromophores present in the object 20 is four, if it is known that there is almost no one chromophore (that is, if the content is small), the biosignal analysis apparatus 10 ) Can determine at least three LDs that have inherent properties of the remaining three chromophores.
  • the biosignal analysis apparatus 10 may sequentially drive two or more selected LDs.
  • the biosignal analysis apparatus 10 may drive the LD that emits light with the lowest wavelength, and may drive the LD that emits light with the highest wavelength, but is not limited thereto.
  • the biosignal analysis apparatus 10 may adjust the light output intensity according to at least one of the mechanical characteristics of the light source and / or the photodetector and the surrounding environment.
  • the biosignal analysis apparatus 10 detects at least two output lights reflected from the object 20 and introduced therein (S2402).
  • the biosignal analysis apparatus 10 calculates a scattering coefficient and an absorption coefficient for each discrete wavelength based on two or more output lights (S2403).
  • the biosignal analysis apparatus 10 obtains a diffused light model.
  • the biosignal analysis apparatus 10 may calculate the absorption coefficient and the scattering coefficient of each output light by calculating the amplitude and phase of each output light and fitting the calculated amplitude and phase to the diffused light model. For this, as described above through STEP 1 and STEP 2 of FIG. 4, a detailed description thereof will be omitted.
  • the biosignal analysis apparatus 10 calculates the concentration of chromophores present in the object 20 based on the scattering coefficient and the absorption coefficient for each discrete wavelength (S2404).
  • the biosignal analysis apparatus 10 may fit (or calculate) a scattering coefficient and absorption coefficient according to discrete wavelengths and an extinction coefficient spectrum known for a chromophore present in the object 20. ), The concentration value of the chromophore present in the object 20 can be calculated. As it described above with reference to STEP 3 of Fig. 4, a detailed description thereof will be omitted.
  • 25 is a flowchart illustrating a method of operating a biosignal analysis apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the biosignal analysis apparatus 10 sequentially scans four or more light sources that irradiate frequency-modulated light with respect to four or more discrete wavelengths determined based on chromophores present in the object 20. To be driven (S2501).
  • the biosignal analysis apparatus 10 sequentially acquires four or more output lights reflected by the object 20 and introduced therein (S2502).
  • the biosignal analysis apparatus 10 calculates a scattering coefficient and an absorption coefficient for each discrete wavelength based on four or more output lights (S2503).
  • the biosignal analysis apparatus 10 calculates the concentration of chromophores present in the object 20 based on the scattering coefficient and absorption coefficient for each discrete wavelength (S2504). In this case, the biosignal analysis apparatus 10 may exclude the scattering coefficient and the absorption coefficient of the discrete wavelength when the scattering coefficient and the absorption coefficient of the specific discrete wavelength are not meaningful data.
  • each of the above-described steps of FIGS. 24 and 25 may be further divided into additional steps or combined into fewer steps according to an embodiment of the present invention.
  • some steps may be omitted as necessary, and the order between the steps may be changed.
  • an embodiment of the present invention may also be implemented in the form of a recording medium including instructions executable by a computer, such as a program module executed by the computer.
  • Computer readable media can be any available media that can be accessed by a computer and includes both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media.
  • computer readable media may include all computer storage media.
  • Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data.

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

본 발명은 네 개 이상의 서로다른 이산형 파장(discrete wavelength)으로 주파수 변조된 광을 조사하는 네 개 이상의 광소스(light source); 대상체에서 반사되어 인입되는 출력광을 검출하는 적어도 하나의 광검출기(light detector); 및 네 개 이상의 광소스 및 적어도 하나의 광검출기와 연결되며, 적어도 하나의 광검출기에서 검출된 출력광을 기초로 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 산출하고, 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 기초로 대상체 내에 존재하는 크로모포어(chromophore)의 농도를 산출하는 프로세싱 회로를 포함하는 주파수 도메인(frequency domain, FD) 기반의 다파장 생체신호 분석 장치를 개시한다. 이때, 프로세싱 회로는 대상체 내에 존재하는 크로모포어를 기초로, 네 개 이상의 광소스 중에서 적어도 두 개 이상의 광소스를 구동시킨다.

Description

주파수 도메인 기반의 다파장 생체신호 분석 장치 및 그 방법
본 발명은 주파수 도메인 기반의 다파장 생체신호 분석 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
최근에는, 혼탁 매체(turbid medium)의 광학적 특성을 측정하는 방법을 이용하여, 신체의 생체 정보를 분석하는 다양한 기술들이 개발되고 있다. 이러한 기술들은 신체에 비침습하면서도 생체 정보 등을 제공할 수 있다는 점에서 각광받고 있으며, 소비자들의 니즈에 따라 보급형 장치로의 연구 개발에 많은 관심이 집중되고 있다.
상기한 기술들은 일반적으로 근적외선 영역에서의 혼탁 매체의 흡수 계수와 산란 계수를 측정하여 혼탁 매체가 포함하고 있는 크로모포어(chromophore)의 농도를 계산한다. 혼탁 매체의 흡수 및 산란계수를 측정하기 위한 방법으로는 세 가지 방식이 알려져있다. 구체적으로, 혼탁 매체로 일정한 세기의 광을 입사한 후 다거리 측정 방식에 따라 크로모포어의 농도를 산출하는 정상상태(steady-state, SS) 방식, 변조된 광 소스에 대하여 변화된 진폭 및 위상 등을 측정하는 주파수 도메인(frequency-domain, FD) 방식, 펄스(pulse) 형태의 광 소스에 대하여 시간에 따른 변화를 측정하는 시간 도메인(time domain, TD) 방식 등이 있다.
그러나, 상기한 세 가지 방식들은 각각 다른 장점과 한계점들을 가지고 있다.
SS 방식은, 광의 변조 또는 펄스 생성을 필요로하지 않으며, 이에 따라 혼탁 매체로부터 반사된 광을 주파수 도메인 또는 시간 도메인으로 분해하는 검출기를 필요로하지 않는다는 면에서 다른 방식(즉, FD 방식 또는 TD 방식)들에 비하여 상대적으로 저렴하다. 그러나, SS 방식은 흡수계수와 산란계수를 분리하기 위하여 다거리 측정 방식을 이용하므로, 비균일 특성이 심한 생체조직에서는 다른 방법에 비해 분석 과정에서의 왜곡이 발생할 가능성이 있다.
TD방식 및 FD 방식은, 다거리 측정 방식을 사용하지 않기 때문에, 비균일 특성을 갖는 생체 조직에 SS 방식에 비해 비교적 적합하다. 그러나, TD 방식과 FD 방식은 펄스 생성 또는 주파수 변조된 광원 및 이러한 특성을 검출할 수 있는 검출기를 필요로 하므로, 구현 방법과 비용 측면에서 단점이 있다.
미국등록특허 제 US7,428,434 호(Quantitative Broadband Absorption and Scattering Spectroscopy in Turbid Media by Combined Frequency Domain and Steady State Methodologies)는 FD 방식과 SS 방식을 결합한 확산 광 분광 이미징(diffuse optical spectroscopic imaging) 방식을 제안하였다. 미국등록특허 제 US7,428,434호는 일정 개수의 FD 파장과 일정 거리 측정 방식의 SS기법을 접목하여 기존의 FD 방식의 단점과 SS 방식의 단점을 보완하였다. 그러나, FD 방식과 SS 방식을 결합한 확산 광 분광 이미징 장치는 장치의 크기나 비용 측면에서 보급형 장치로서의 한계를 갖는다.
일정 개수의 광소스(light source)를 이용하여 신뢰도 높은 크로모포어의 농도값을 측정하며, 광소스와 광검출기(light detector)를 대상체에 직접 접촉할 수 있도록 구현함으로써, 비용을 감소시키면서도 소형화된 생체신호 분석 장치가 필요하다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 해결방법으로서, 본 발명은 네 개 이상의 서로다른 이산형 파장에 대해 주파수 변조된 광을 조사하는 네 개 이상의 광소스(light source), 대상체에서 반사되어 인입되는 출력광을 검출하는 적어도 하나의 광검출기(light detector), 및 네 개 이상의 광소스 및 적어도 하나의 광검출기와 연결되며 출력광을 기초로 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 산출하고, 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 기초로 대상체 내에 존재하는 크로모포어(chromophore)의 농도를 산출하는 프로세싱 회로를 포함하는 FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치는 일정 개수의 광소스를 이용함으로써 구현 비용을 감소시키면서 신뢰도 높은 크로모포어 농도값을 측정하는 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 소형화된 FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치를 제공할 수 있으며, 대상체의 서로다른 깊이 및 위치에 대응하는 생체 분석 결과(즉, 크로모포어의 농도)를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 도메인(frequency domain: FD) 기반의 다파장 생체신호 분석 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 신체 내에 존재하는 크로모포어들의 흡수 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 대상체로 입력되는 입력광과 광검출기에 의해 검출되는 출력광의 광 특성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 1의 프로세싱 회로가 각 크로모포어의 농도를 산출하는 프로세스를 도시한 도면이다.
도 5내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 획득된 흡수계수와, FD-SS(steady state) 결합 방식의 확산 광 분광 이미징 장치에서 획득된 흡수계수로부터 크로모포어의 농도를 피팅(fitting)하여 얻은 후, 얻어진 크로모포어 농도로 재구성한 흡수계수 스펙트럼의 비교 결과를 나타내는 그래프들을 도시한 도면이다.
도 9는 도 5 내지 도 8에서 사용된 흡수계수 스펙트럼의 총 72 개 데이터에 대한
Figure PCTKR2017001771-appb-I000001
분석을 수행한 결과를 나타내는 그래프를 도시한 도면이다.
도 10 내지 도 13은 도 5 내지 도 8에서 사용된 흡수계수 스펙트럼으로부터 산출된 각 크로모포어의 농도값을 나타내는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치를 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치를 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치를 도시한 도면이다.
도 17은 도 16의 프로브의 접촉면을 도시한 도면이다.
도 18은 도 16의 프로브의 접촉면을 도시한 다른 도면이다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치를 도시한 도면이다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 FD기반의 다파장 생체신호 분석 장치를 도시한 도면이다.
도 21은 8개의 발광부 및 8개의 검출부가 프로브의 접촉면 상에서 서로 교차하여 배치되는 일례이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광부 및 검출부 간의 거리와 대상체 깊이 간의 관계를 나타내는 도면이다.
도 23은 발광부 및 검출부가 프로브의 접촉면 상에서 서로다른 거리 간격으로 배치되는 일례이다.
도 24 는 본 발명의 일 실시예에 따라 FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치의 동작 방법을 설명하는 순서도이다.
도 25 는 본 발명의 다른 실시예에 따라 FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치의 동작 방법을 설명하는 순서도이다.
본 발명의 제1 측면은, 네 개 이상의 서로다른 이산형 파장에 대해 주파수 변조된 광을 조사하는 네 개 이상의 광소스(light source); 대상체에서 반사되어 인입되는 출력광을 검출하는 적어도 하나의 광검출기(light detector); 및 네 개 이상의 광소스 및 적어도 하나의 광검출기와 연결되며, 출력광을 기초로 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 산출하고, 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 기초로 대상체 내에 존재하는 크로모포어(chromophore)의 농도를 산출하는 프로세싱 회로를 포함하는 FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치를 제공한다. 이때, 프로세싱 회로는 대상체 내에 존재하는 크로모포어를 기초로, 네 개 이상의 광소스 중에서 적어도 두 개 이상의 광소스를 구동시킬 수 있다.
또한, 프로세싱 회로는, 대상체 내에 존재하는 크로모포어의 개수, 종류 및 함량 중 적어도 하나를 기초로, 네 개 이상의 광소스 중에서 구동되는 광소스의 개수 및 종류를 결정할 수 있다.
또한, 대상체 내에 존재하는 크로모포어는, 옥시 헤모글로빈(oxy-hemoglobin, O2Hb), 디옥시 헤모글로빈(deoxy-hemoglobin, HHb), 물(H2O), 지질(lipid) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 프로세싱 회로는, 출력광의 진폭 및 위상을 확산광 모델(diffuse model)로 피팅(fitting)하여 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 산출하며, 산출된 결과를 대상체 내에 존재하는 크로모포어에 대해 기 알려진 흡광계수(extinction coefficient) 스펙트럼으로 피팅하여, 대상체 내에 존재하는 크로모포어의 농도값을 산출할 수 있다.
또한, 프로세싱 회로는, 기기적 특성에 의해 발생되는 신호의 위상 및 진폭을, 출력광으로부터 보상하기 위한 캘리브레이션(calibration) 작업을 수행할 수 있다.
또한, 네 개 이상의 서로다른 이산형 파장은, 근적외선(near infrared ray) 영역 내의 비연속적인 파장일 수 있다. 또한, 네 개 이상의 서로다른 이산형 파장은, 신체 내에 존재하는 크로모포어의 기 알려진 광 흡수도를 기초로 결정될 수 있다.
또한, 네 개 이상의 서로다른 이산형 파장은, 물(H2O)과 지질(lipid) 각각의 기 알려진 흡수 스펙트럼의 피크(peak) 영역에 인접하는 제1 이산형 파장 및 제2 이산형 파장을 포함하며, 옥시 헤모글로빈(O2Hb) 및 디옥시 헤모글로빈(HHb)의 기 알려진 흡수 스펙트럼의 등흡수점(isosbestic point) 이전의 제3 이산형 파장과 등흡수점에 인접하는 영역의 제4 이산형 파장을 포함할 수 있다.
또한, 네 개 이상의 서로다른 이산형 파장은 약 688, 약 808, 약 915 및 약 975nm 파장을 포함할 수 있다.
또한, 광소스는 레이저 다이오드(LD) 또는 발광 다이오드(LED)로 구현될 수 있으며, 네 개 이상의 LD는 다파장 표면방출레이저 소자(vertical cavity surface emitting laser device, VCSEL)로 구현될 수 있다. 또는, 각 LD는 표면방출레이저 소자(VCSEL)로 구현되며, 네 개 이상의 VCSEL가 프로브의 접촉면에 이격되어 배치될 수 있다.
또한, 적어도 하나의 광검출기는, 적어도 하나의 아발란치 포토 다이오드(avalanche photodiode, APD)를 포함할 수 있다.
또한, 프로세싱 회로는, 두 개 이상의 광소스를 순차적으로 구동시킬 수 있다.
또한, 프로세싱 회로는, 두 개 이상의 광소스 중에서, 가장 낮은 파장으로 발광하는 광소스부터 구동시키며, 점차적으로 높은 파장으로 발광하는 광소스를 구동시킬 수 있다.
또한, 프로세싱 회로는, 광소스의 기기적 특성 및 주변 환경 중 적어도 하나에 따라, 두 개 이상의 광소스의 광출력 세기를 조정할 수 있다.
또한, FD 기반의 확산 광 분광 이미징 장치는, 네 개 이상의 광소스, 적어도 하나의 광검출기 및 프로세싱 회로를 포함하는 하우징(housing); 네 개 이상의 광소스와 커플링되며, 네 개 이상의 광소스에서 조사되는 광을 집광하여 전달하는 제1 광섬유; 및 적어도 하나의 광검출기와 커플링되며, 대상체에서 반사되는 광을 집광하여 적어도 하나의 광검출기로 전달하는 제2 광섬유; 를 더 포함할 수 있다. 이때, 제1 광섬유 및 제2 광섬유는, 하우징의 외부로 노출되어 대상체에 접촉될 수 있다.
또한, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치는, 네 개 이상의 광소스 및 적어도 하나의 광검출기를 포함하며, 대상체에 접촉하는 접촉면을 포함하는 프로브를 더 포함할 수 있다. 이때, 네 개 이상의 광소스는 프로브의 접촉면에 배치되어, 프로세싱 회로에 의해 구동되는 두 개 이상의 광을 대상체로 직접 조사할 수 있다.
또한, 프로브는, 프로브의 접촉면에 배치되어, 네 개 이상의 광소스와 결합되는 렌즈(lens)를 더 포함할 수 있다.
또한, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치는, 네 개 이상의 광소스를 포함하는 복수의 발광부 및 적어도 하나의 광검출기를 포함하는 복수의 검출부을 포함하며, 대상체에 접촉하는 접촉면을 포함하는 프로브를 더 포함할 수 있다. 이때, 복수의 발광부 및 복수의 검출부는 프로브의 접촉면 상에 서로 교차하여 배치될 수 있다.
또한, 프로세싱 회로는, 복수의 발광부를 순차적으로 구동시키며, 복수의 발광부 중 하나의 발광부가 구동되면, 구동된 발광부에 인접한 적어도 하나의 검출부를 구동시켜 출력광을 검출할 수 있다.
또한, 프로세싱 회로는, 복수의 발광부를 순차적으로 구동시키며, 복수의 발광부 중 하나의 발광부가 구동됨에 따라, 구동된 발광부에서 서로다른 거리에 배치된 두 개 이상의 검출부를 구동시켜 출력광을 검출할 수 있다.
또한, 복수의 발광부 및 복수의 검출부는, 프로브의 접촉면 상에 서로다른 거리 간격으로 교차하여 배치될 수 있다.
또한, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치는, 네 개의 광소스, 다섯 개의 광소스, 여섯 개의 광소스, 일곱 개의 광소스 또는 여덟 개의 광소스를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 측면은, 네 개 이상의 서로다른 이산형 파장으로 발광하는 네 개 이상의 광소스; 대상체에서 반사되어 인입되는 출력광을 검출하는 적어도 하나의 광검출기; 네 개 이상의 광소스 및 적어도 하나의 광검출기와 연결되며, 적어도 하나의 광검출기에 의해 검출된 출력광을 기초로 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 산출하고, 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 기초로 대상체 내에 존재하는 크로모포어의 농도를 산출하는 프로세싱 회로; 네 개 이상의 광소스와 커플링되며, 네 개 이상의 광소스에서 조사되는 광을 집광하여 전달하는 제1 광섬유; 적어도 하나의 광검출기와 커플링되며, 대상체에서 반사되는 광을 집광하여 적어도 하나의 광검출기로 전달하는 제2 광섬유; 및 네 개 이상의 광소스, 적어도 하나의 광검출기 및 프로세싱 회로를 포함하는 하우징을 포함하는 FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치를 제공한다. 이때, 제1 광섬유 및 제2 광섬유는 하우징의 외부로 노출되어 대상체에 접촉될 수 있다.
또한, 본 발명의 제 3 측면은, 네 개 이상의 서로다른 이산형 파장으로 발광하는 네 개 이상의 광소스가 일정 간격으로 이격되어 배치되는 적어도 하나의 발광부; 대상체로부터 방출되는 출력광을 검출하는 적어도 하나의 광검출기를 포함하는 적어도 하나의 검출부; 적어도 하나의 발광부 및 적어도 하나의 검출부를 포함하며, 대상체에 접촉하는 접촉면을 포함하는 프로브; 및 적어도 하나의 발광부 및 적어도 하나의 검출부와 연결되며, 적어도 하나의 검출부에 의해 검출된 출력광을 기초로 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 산출하고, 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 기초로 대상체 내에 존재하는 크로모포어의 농도를 산출하는 프로세싱 회로; 를 포함하는 FD의 다파장 생체신호 분석 장치를 제공한다. 이때, 적어도 하나의 발광부 및 적어도 하나의 검출부가 프로브의 접촉면에 배치되어 대상체에 직접 접촉될 수 있다.
본 발명의 제 4 측면은, 대상체 내에 존재하는 크로모포어를 기초로, 네 개 이상의 서로다른 이산형 파장에 대해 주파수 변조된 광을 조사하는 네 개 이상의 광소스 중에서, 적어도 두 개 이상의 광소스를 구동시키는 단계; 두 개 이상의 광소스가 구동됨에 따라, 대상체로부터 방출되는 두 개 이상의 출력광을 검출하는 단계; 두 개 이상의 출력광을 기초로, 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 산출하는 단계; 및 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 기초로 대상체 내에 존재하는 크로모포어의 농도를 산출하는 단계를 포함하는 FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치의 동작 방법을 제공한다.
본 발명의 제 5 측면은, 대상체 내에 존재하는 크로모포어를 기초로 결정된 네 개 이상의 서로다른 이산형 파장에 대해 주파수 변조된 광을 조사하는 네 개 이상의 LD; 대상체로부터 방출되는 출력광을 검출하는 적어도 하나의 광검출기; 및 네 개 이상의 LD 및 적어도 하나의 광검출기와 연결되며, 네 개 이상의 LD를 순차적으로 구동시키고, 네 개 이상의 LD가 순차적으로 구동됨에 따라 적어도 하나의 광검출기에 의해 검출된 네 개 이상의 출력광을 획득하고, 네 개 이상의 출력광을 기초로 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 산출하며, 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 기초로 대상체 내에 존재하는 크로모포어의 농도를 산출하는 프로세싱 회로를 포함하는 FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 제 6 측면은, 대상체 내에 존재하는 크로모포어를 기초로 결정된 네 개 이상의 서로다른 이산형 파장으로 발광하는 네 개 이상의 LD를 순차적으로 구동시키는 단계; 네 개 이상의 LD가 순차적으로 구동됨에 따라, 대상체로부터 방출되는 네 개 이상의 출력광을 순차적으로 획득하는 단계; 네 개 이상의 출력광을 기초로, 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 산출하는 단계; 및 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 기초로 대상체 내에 존재하는 크로모포어의 농도를 산출하는 단계를 포함하는 FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치의 동작 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 제 7 측면은, 상기 제 4 및 제 6 측면을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체를 제공한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
또한, 도면을 참고하여 설명하면서, 같은 명칭으로 나타낸 구성일지라도 도면에 따라 도면 번호가 달라질 수 있고, 도면 번호는 설명의 편의를 위해 기재된 것에 불과하고 해당 도면 번호에 의해 각 구성의 개념, 특징, 기능 또는 효과가 제한 해석되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서 전체에서 "대상체(object)"는 본 발명의 주파수 도메인(frequency domain: FD) 기반의 다파장 생체신호 분석 장치의 측정 대상이 되는 것으로, 사람이나 동물 또는 그 일부를 포함하는 것일 수 있다. 또한, 대상체는 심장, 뇌 또는 혈관과 같은 각종 장기나 다양한 종류의 팬텀(phantom)을 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 도메인 기반의 다파장 생체신호 분석 장치(이하, "생체신호 분석 장치"라 칭함)의 구성을 도시한 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 생체신호 분석 장치(10)는 일정 개수의 광소스(ligth source)를 이용하여 구현된다. 여기서, 광소스(light source)는, 주파수 변조된 광을 조사할 수 있는 레이저 다이오드(laser diode, LD) 또는 발광 다이오드(light emitting diode, LED)로 구현될 수 있다. 이하에서는 광소스가 LD로 구현되는 것을 예로서 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체신호 분석 장치(10)는 네 개 이상의 LD(11), 적어도 하나의 광검출기(light detector)(12) 및 프로세싱 회로(13)를 포함한다.
네 개 이상의 LD(11)는 서로다른 이산형 파장(discrete wavelength)으로 주파수 변조된 광을 조사한다. 여기서, 이산형 파장은, 근적외선(near infrared ray) 영역의 비연속적인 파장을 의미할 수 있다. 예를 들어, 네 개 이상의 LD(11)는 650 내지 1,100 nm (nano-meter) 영역 내의 파장으로 발광할 수 있다.
또한, 서로다른 이산형 파장은, 대상체(20) 내에 존재하는 크로모포어(chromophore)를 기초로 결정되며, 구체적으로, 각 크로모포어의 기 알려진 광 흡수도를 기초로 결정될 수 있다. 여기서, 크로모포어는, 광을 흡수하는 원자 또는 원자단을 의미한다. 일반적으로, 신체 내에 존재하는 크로모포어의 종류는 한정적이며 기 알려져 있다. 예를 들어, 팔, 다리 등의 조직(tissue)에는 물(H2O), 지질(lipid), 옥시 헤모글로빈(oxy-hemoglobin, O2Hb), 디옥시 헤모글로빈(deoxy-hemoglobin, HHb)이 지배적으로 존재하며, 뇌에는 지질을 제외한 물, 옥시 헤모글로빈 및 디옥시 헤모글로빈이 지배적으로 존재한다.
도 2는 신체 내에 존재하는 크로모포어들의 흡수 스펙트럼을 나타내는 그래프(200)이다. 일반적으로, 크로모포어들은 근적외선 영역에서 고유한 흡수 스펙트럼을 갖는다. 구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 물(201)은 약 980 nm 파장 영역에서 피크(peak) 특성을 나타내며, 지질(202)은 약 930 nm 파장 영역에서 피크 특성을 나타낸다. 또한, 옥시 헤모글로빈(203)과 디옥시 헤모글로빈(204)은 약 800 nm 파장 영역에서의 등흡수점(isosbestic point)(210)를 기준으로 교차한다.
일 실시예에 따라, 생체신호 분석 장치(10)는 네 개의 LD로 구현되며, 물, 지질, 옥시 헤모글로빈 및 디옥시 헤모글로빈의 광 흡수도를 기초로 결정된 네 개의 이산형 파장에 대하여 주파수 변조된 광을 조사할 수 있다. 구체적으로, 네 개의 이산형 파장은, 물(201)의 피크 영역에 인접하는 제1 이산형 파장, 지질(202)의 피크 영역에 인접하는 제2 이산형 파장을 포함하며, 옥시 헤모글로빈(203) 및 디옥시 헤모글로빈(204)의 기 알려진 흡수 스펙트럼의 등흡수점(210) 이전의 제3 이산형 파장과 등흡수점(210)에 인접하는 영역의 제4 이산형 파장을 포함할 수 있다. 이때, 제3 이산형 파장은 디옥시 헤모글로빈(204)의 흡수도를 고려하여, 옥시 헤모글로빈(203)과 디옥시 헤모글로빈(204)의 흡수 차이가 비교적 큰 영역에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 제1 이산형 파장은 약 975 nm 일 수 있으며, 제2 이산형 파장은 약 915 nm 일 수 있다. 또한, 제3 이산형 파장과 제4 이산형 파장은 각각 약 688 nm 및 약 808 nm 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
다른 실시예에 따라, 생체신호 분석 장치(10)는 상기한 제1 내지 제4 이산형 파장 이외에 다른 파장의 광을 조사하는 다섯 개, 여섯 개, 일곱 개 또는 여덟 개의 LD로 구현될 수도 있다. 이에 따라 추가되는 제5 내지 제 8 이산형 파장은, 상기한 크로모포어(즉, 물, 지질, 옥시/디옥시 헤모글로빈) 이외의 다른 크로모포어의 흡수 스펙트럼에서 나타나는 고유 특성(예를 들어, 피크 특성 등)에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 추가되는 제 5 내지 제 8 이산형 파장은, 상기한 크로모포어들 이외의 콜라겐(collagen), 멜라닌(melanin), 메트헤모글로빈(methemoglobin, MetHb), 일산화탄소결합 헤모글로빈(CO hemoglobin, COHb) 등의 흡수 스펙트럼의 피크 특성에 따라 결정될 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 다양한 조건들을 고려하여 추가 파장들을 선택할 수 있다. 예를 들어, 크로모포어들의 흡수 스펙트럼의 무게 중심을 기초로 추가 파장들을 선택할 수 있다.
이와 같이, 생체신호 분석 장치(10)는 신체 내에 존재하는 크로모포어의 흡수 스펙트럼에서 나타나는 고유 특성에 따라 결정된 네 개 이상의 LD를 포함함으로써, 프로세싱 회로(13)가 각 크로모포어의 농도를 보다 정확하게 산출할 수 있도록 할 수 있다.
한편, 위 설명에서는 생체신호 분석 장치(10)가 네 개의 LD, 다섯 개의 LD, 여섯 개의 LD, 일곱 개의 LD 또는 여덟 개의 LD로 구현되는 것으로 설명하였으나, 이에 제한되지 않는다. 구현예에 따라 생체신호 분석 장치(10)는 더 적은 개수 또는 더 많은 개수의 LD로 구현될 수 있다.
광검출기(12)는 프로세싱 회로(13)의 제어에 의해, 대상체(20)에서 반사되어 인입되는 출력광을 검출한다. 광검출기(12)는 검출된 출력광을 전기신호 변환하여 프로세싱 회로(13)로 제공할 수 있다.
광검출기(12)는 적어도 하나의 아발란치 포토 다이오드(avalanche photodiode, APD)로 구현될 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 광검출기(12)는 포토다이오드, 포토 트랜지스터(photo transistor), 광전 증폭관(photo multiplier tube, PMT), 포토셀(phto cell) 등과 같이 다양한 형태로 구현될 수 있다. 또한, 기술 발전에 따른 새로운 형태의 광 센서를 포함하여 구현될 수도 있다.
또한, 광검출기(12)는 대상체에서 방출되어 인입되는 광을 측정하기 위해, 네 개 이상의 LD(11)와 일정 거리 간격으로 배치될 수 있다.
한편, 네 개 이상의 LD(11)와 적어도 하나의 광검출기(12)는 중간 주파수(IF)를 이용하여 주파수 변조된 광을 조사 및 검출하는 헤테로다인(heterodyne) 방식으로 구현될 수 있으며, 변조된 광의 주파수를 베이스밴드(baseband) 대역으로 직접 변환하여 검파하는 호모다인(homodyne) 방식으로 구현될 수도 있다.
프로세싱 회로(13)는 생체신호 분석 장치(10)의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어, 프로세싱 회로(13)는 메모리(미도시)에 저장된 생체신호 분석 프로그램을 실행하여, 네 개 이상의 LD(11) 및 적어도 하나의 광검출기(12)를 제어할 수 있다. 이때, 프로세싱 회로(13)는 범용 컴퓨팅 장치에 사용되는 프로세서이거나, 임베디드 프로세서 형태로 구현될 수 있다.
프로세싱 회로(13)는 상기 프로그램을 실행하여, 네 개 이상의 LD(11)의 구동을 제어하며, 적어도 하나의 광검출기(12)에서 검출된 출력광을 기초로 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 산출하고, 이를 통해 대상체(20) 내의 크로모포어의 농도를 측정함으로써, 대상체(20)의 생체 구성을 분석한다.
먼저, 프로세싱 회로(13)는 대상체(20) 내에 존재하는 적어도 하나의 크로모포어의 개수, 함량 및 종류 중 적어도 하나를 기초로, 네 개 이상의 LD(11) 중에서 두 개 이상의 LD를 구동시킨다. 즉, 프로세싱 회로(13)는 네 개 이상의 LD(11) 중에서, 구동시킬 LD 의 개수 및 종류를 결정할 수 있다.
예를 들어, 대상체(20)에 존재하는 크로모포어의 개수가 네 개인 경우, 프로세싱 회로(13)는 흡수 스펙트럼에서 각 크로모포어의 고유 특성을 기초로 네 개의 LD를 결정할 수 있다. 그러나, 대상체(20) 내에 존재하는 크로모포어의 개수가 네 개인 경우라도, 특정 크로모포어가 거의 존재하지 않는다고 기 알려진 경우라면(또는, 함량이 작은 경우라면), 프로세싱 회로(13)는 나머지 세 개의 크로모포어의 고유 특성을 기초로 세 개의 LD를 결정할 수 있다. 보다 구체적인 예를 들면, 사람의 머리를 측정하는 경우, 프로세싱 회로(13)는 네 개 이상의 LD(11) 중에서, 지질의 피크 특성에 따라 결정된 제2 이산형 파장으로 발광하는 LD를 제외한, 나머지 제1, 제3 및 제4 이산형 파장으로 발광하는 세 개의 LD를 선택할 수 있다.
프로세싱 회로(13)는 각 LD의 기기적 특성, 주변 환경 등에 따라, 광출력 세기를 조정할 수 있다. 예를 들어, 프로세싱 회로(13)는 각 LD의 사용 기간, 각 LD로의 공급 전류량, 주변 환경광 등을 고려하여, 광출력 세기를 조정할 수 있다.
프로세싱 회로(13)는 선택된 두 개 이상의 LD를 순차적으로 구동시킬 수 있다. 예를 들어, 프로세싱 회로(13)는 선택된 두 개 이상의 LD 중에서, 가장 낮은 파장으로 발광하는 LD부터 구동시키며, 점차적으로 높은 파장으로 발광하는 LD를 구동시킬 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 프로세싱 회로(13)는 선택된 두 개 이상의 LD의 배치 순서에 따라 각 LD를 순차적으로 구동시킬 수 있다.
이후, 프로세싱 회로(13)는 광검출기(12)를 구동시켜, 광검출기(12)에서 검출되는 출력광을 제공받는다. 이후, 프로세싱 회로(13)는 출력광을 기초로 이산형 파장 별 흡수계수와 산란계수를 산출한다. 이에 대해, 도 3 및 4를 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 LD에 의해 대상체(20)로 입사되는 입력광과 광검출기(12)에 의해 검출되는 출력광의 광 특성을 도시한 도면이다.
도 3의 오른쪽 도면에 도시된 바와 같이, LD에 의해 주파수 변조된 입력광이 대상체(20)로 조사되면, 대상체(20) 내의 크로모포어를 포함한 다양한 성분에 의해 입력광은 산란 및 흡수 된다.
도 3의 왼편에 도시된 그래프(300)는, 주파수 도메인(frequency domain, FD)에서의 입력광(L_In) 및 출력광(즉, 반사광(L_Out)) 특성을 나타낸 그래프이다. LD에서 주파수 변조된 입력광(L_In)이 대상체(20)로 조사됨에 따라 광검출기(12)에서 검출되는 반사광(L_Out)은, 입력광(L_In)에 대한 위상 이동(phase shift)(301) 및 진폭 감쇄(302) 특성을 갖는다.
프로세싱 회로(13)는 이산형 파장 각각에 대해 발생되는 위상 이동(301) 및 진폭 감쇄(302) 특성을 이용하여, 이산형 파장 별 흡수계수와 산란계수를 산출하며, 산출된 흡수계수와 산란계수로부터 각 크로모포어의 농도값을 산출한다. 이를 위해, 프로세싱 회로(13)는 복사전달 방정식(radiative transfer equation)에 대한 확산 근사(diffuse approximation)를 사용할 수 있다.
도 4는 도 1의 프로세싱 회로(13)가 각 크로모포어의 농도를 산출하는 프로세스를 도시한 도면이다.
STEP 1: 프로세싱 회로(13)는 확산 근사(diffusion approximation)에서의 그린 함수(Green's function)를 이용하여 계산된 주파수 도메인의 확산광 모델(diffusion model)을 획득한다. 이때, 확산광 모델은 샘플(대상체)-공기 경계 상태로서 외삽 경계 상태(extrapolated boundary condition)를 사용하며, 따라서 샘플의 표면에서 일정 거리(
Figure PCTKR2017001771-appb-I000002
)만큼 떨어진 곳에서의 에너지 유량(flunce)은 0인 것으로 가정한다.
Figure PCTKR2017001771-appb-I000003
는, 하기의 수학식 1과 같이 정의된다.
<수학식 1>
Figure PCTKR2017001771-appb-I000004
상기 수학식 1에서,
Figure PCTKR2017001771-appb-I000005
는 효과적 반사도(effective reflectance)를 나타내며, 이는 굴절률 지수(refractive index)에 영향을 받는다. 만약, 샘플이 1.4이며, 공기가 1.0인 경우,
Figure PCTKR2017001771-appb-I000006
는 0.493일 수 있다. 또한,
Figure PCTKR2017001771-appb-I000007
는 확산 계수(diffusion coefficient)를 나타내며,
Figure PCTKR2017001771-appb-I000008
으로 정의된다. 이때,
Figure PCTKR2017001771-appb-I000009
는 수학식 2와 같이 정의된다.
<수학식 2>
Figure PCTKR2017001771-appb-I000010
한편, 상기 확산광 모델은 생체신호 분석 장치(10)의 메모리(미도시)에 미리 저장되어 있을 수 있다.
STEP 2: 이후, 프로세싱 회로(13)는 주파수 도메인 기반으로 광신호를 측정한다. 프로세싱 회로(13)는 주파수 도메인에 기반하여, 수학식 3에 대응하는 출력광을 측정한다.
<수학식 3>
Figure PCTKR2017001771-appb-I000011
상기 수학식 3에서,
Figure PCTKR2017001771-appb-I000012
은 측정된 출력광을 나타내며,
Figure PCTKR2017001771-appb-I000013
와
Figure PCTKR2017001771-appb-I000014
는 측정된 출력광 중, 대상체에서 반사되어 인입되는 신호의 진폭 및 위상 성분을 나타낸다. 또한,
Figure PCTKR2017001771-appb-I000015
와
Figure PCTKR2017001771-appb-I000016
는 대상체와 관계없이 기기적 특성에 의해 출력광에 포함되는 진폭과 위상을 나타낸다. 이러한
Figure PCTKR2017001771-appb-I000017
와
Figure PCTKR2017001771-appb-I000018
는 이하의 (STEP 2-1)의 캘리브레이션(calibration) 작업을 통해 산출된다.
STEP 2-1: 프로세싱 회로(13)는 대상체를 측정하기 이전에,
Figure PCTKR2017001771-appb-I000019
와
Figure PCTKR2017001771-appb-I000020
의 값을 미리 산출할 수 있다. 구체적으로, 프로세싱 회로(13)는 흡수계수(
Figure PCTKR2017001771-appb-I000021
)와 산란계수(
Figure PCTKR2017001771-appb-I000022
)가 미리 알려져 있는 대상체를 측정하여 해당 대상체에서 반사되는 출력광의 진폭과 위상을 미리 예측한다. 이후, 프로세싱 회로(13)는 측정된 출력광과 예측된 출력광의 진폭과 위상을 수학식 3에 대입하여,
Figure PCTKR2017001771-appb-I000023
와
Figure PCTKR2017001771-appb-I000024
를 획득한다. 그러나, 실시예에 따라 프로세싱 회로(13)는 (STEP 2-1) 작업을 생략할 수 있다. 이 경우, 프로세싱 회로(13)는 기 결정된
Figure PCTKR2017001771-appb-I000025
와
Figure PCTKR2017001771-appb-I000026
를 입력받을 수 있다.
다시 (STEP 2)를 참조하면, 프로세싱 회로(13)는 미리 획득된
Figure PCTKR2017001771-appb-I000027
및
Figure PCTKR2017001771-appb-I000028
를 이용하여, 측정된 출력광(
Figure PCTKR2017001771-appb-I000029
)으로부터 기기적 특성에 따른 오류값(즉, 기기적 특성에 따른 위상과 진폭)을 보상한다. 이어서, 프로세싱 회로(13)는 수학식 3으로부터 획득된 출력광(
Figure PCTKR2017001771-appb-I000030
)의 진폭(
Figure PCTKR2017001771-appb-I000031
)과 위상(
Figure PCTKR2017001771-appb-I000032
)을 기초로, 흡수계수(
Figure PCTKR2017001771-appb-I000033
) 와 산란계수(
Figure PCTKR2017001771-appb-I000034
)를 산출할 수 있다. 구체적으로, 프로세싱 회로(13)는 출력광의 진폭과 위상을 (STEP 1)의 확산광 모델에 피팅(fitting)함으로써, 출력광의 각 파장에 대응하는 측정 대상체의 흡수계수와 산란계수를 획득할 수 있다. 이때, 프로세싱 회로(13)는 출력광의 진폭과 위상에 대한 최소자승 피팅(least square fitting)을 수행할 수 있다.
프로세싱 회로(13)는 순차적으로 구동되는 LD들에 대응하여 검출되는 출력광에 대해 상기한 과정을 반복 수행함으로써, 서로다른 이산형 파장들 각각에 대한 흡수계수와 산란계수를 산출할 수 있다.
STEP 3: 프로세싱 회로(13)는 이산형 파장 별로 산출된 흡수계수 및 산란계수를 이용하여, 크로모포어들의 기 알려진 흡광 계수(extinction coefficient) 스펙트럼을 바탕으로, 각 크로모포어의 농도값을 산출할 수 있다.
프로세싱 회로(13)는 각 크로모포어의 농도를 이용하여 대상체(20) 내의 구성 성분을 분석할 수 있다.
이와 같이, 개시된 실시예에 따른 생체신호 분석 장치(10)는 일정 개수의 LD를 이용하여 크로모포어의 농도를 측정하는 방법을 제공한다.
도 5내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 획득된 흡수계수와, FD-SS(steady state) 결합 방식의 확산 광 분광 이미징 장치(미국등록특허 제 7,428,434 호 참조)에서 획득된 흡수계수로부터 크로모포어의 농도를 피팅(fitting)을 통하여 얻은 후, 얻어진 크로모포어 농도로 재구성한 흡수계수 스펙트럼의 비교 결과를 나타내는 그래프들을 도시한 도면이다. 한편, 도 5 내지 도 8에서는 여성의 유방 조직을 측정한 결과를 이용하였다.
구체적으로, 도 5 는 약 688, 약 808, 약 915 및 약 975nm 의 이산형 파장으로 주파수 변조된 광을 조사하는 네 개의 LD로부터 검출된 출력광에 대해 도 4의 과정으로 추출한 흡수계수 스펙트럼과, FD-SS 결합 방식의 확산 광 분광 이미징 장치로부터 산출된 흡수계수 스펙트럼을 비교하는 그래프(500)이다.
도 6은 약 688, 약 808, 약 860, 약 915 및 약 975nm 의 이산형 파장으로 주파수 변조된 광을 조사하는 다섯 개의 LD로부터 검출된 출력광에 대해 도 4의 과정으로 추출한 흡수계수 스펙트럼과, FD-SS 결합 방식의 확산 광 분광 이미징 장치로부터 산출된 흡수계수 스펙트럼을 비교하는 그래프(600)이다.
또한, 도 7은 약 688, 약 705, 약 808, 약 860, 약 915 및 약 975nm 의 이산형 파장으로 주파수 변조된 광을 조사하는 여섯 개의 LD로부터 검출된 출력광에 대해 도 4의 과정으로 추출한 흡수계수 스펙트럼과, FD-SS 결합 방식의 확산 광 분광 이미징 장치로부터 산출된 흡수계수 스펙트럼을 비교하는 그래프(700)이다.
또한, 도 8은 약 688, 약 705, 약 785, 약 808, 약 860, 약 915 및 약 975nm 의 이산형 파장으로 주파수 변조된 광을 조사하는 일곱 개의 LD로부터 검출된 출력광에 대해 도 4의 과정으로 추출한 흡수계수 스펙트럼과, FD-SS 결합 방식의 확산 광 분광 이미징 장치로부터 산출된 흡수계수 스펙트럼을 비교하는 그래프(800)이다.
한편, 도 5에서 사용된 이산형 파장은 물, 지질, 옥시/디옥시 헤모글로빈의 피크 특성을 기초로 결정된 것이며, 도 6 내지 도 8에서 추가되는 이산형 파장들은 파장의 추가가 결과값에 미치는 영향을 분석하기 위해 임의로 선택된 것이다.
도 5 내지 도 8의 그래프들(500, 600, 700, 800)을 참조하면, 생체신호 분석 장치(10)에서 산출된 흡수계수 스펙트럼과, FD-SS 결합 방식의 확산 광 분광 이미징 장치에서 산출된 흡수계수 스펙트럼이 거의 유사한 결과를 나타냄을 확인할 수 있다. FD-SS 결합 방식의 확산 광 분광 이미징 장치가 브로드밴드 파장(약 650 - 1000 nm)의 데이터를 검출 및 분석하는데 비하여, 본 발명의 생체신호 분석 장치(10)는 일정 개수의 파장에서의 데이터만을 검출 및 분석한다는 점에서 이득이 있다. 또한, 도 5 내지 도 8 의 그래프들(500, 600, 700, 800)을 참조하면, 네 개의 이산형 파장으로부터 산출된 흡수계수 스펙트럼과, 임의의 파장이 더 추가된 경우의 흡수계수 스펙트럼이 유사한 결과를 나타냄을 확인할 수 있다.
이하는, 생체신호 분석 장치(10)의 성능을 보다 정확하게 나타내기 위해, 도 5 내지 도 8에서 보여지는 흡수계수 스펙트럼에 대한 잔차(residual)를 분석한 결과이다. 이를 위해, 각 스펙트럼을 구성하는 데이터에 대해 수학식 4를 적용함으로써,
Figure PCTKR2017001771-appb-I000035
분석 결과를 비교하였다.
<수학식 4>
Figure PCTKR2017001771-appb-I000036
Figure PCTKR2017001771-appb-I000037
Figure PCTKR2017001771-appb-I000038
Figure PCTKR2017001771-appb-I000039
상기 수학식 4에서,
Figure PCTKR2017001771-appb-I000040
는 흡수계수 스펙트럼의 각 파장에 대응하는 데이터를 나타내고,
Figure PCTKR2017001771-appb-I000041
는 데이터의 평균값을 나타내며,
Figure PCTKR2017001771-appb-I000042
는 크로모포어의 농도값을 기초로 재구성된 흡수계수 피팅값을 나타낸다. 또한,
Figure PCTKR2017001771-appb-I000043
는 데이터에서 데이터의 평균값을 뺀 값들의 제곱의 합을 나타내며,
Figure PCTKR2017001771-appb-I000044
는 데이터에서 피팅값을 뺀 값들의 제곱의 합을 나타낸다.
도 9는 도 5 내지 도 8에서 사용된 흡수계수 스펙트럼의 총 72 개 데이터에 대한
Figure PCTKR2017001771-appb-I000045
분석을 수행한 결과를 나타내는 그래프를 도시한 도면이다.
도 9에서 ‘broadband’에 대응되는 점들은 FD-SS 결합 방식의 확산 광 분광 이미징 장치에 따른 결과값들을 나타낸다. FD-SS 결합 방식의 확산 광 분광 이미징 장치는 브로드밴드 파장을 이용하여 흡수계수 스펙트럼을 산출하므로 가장 큰
Figure PCTKR2017001771-appb-I000046
값을 갖는다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체신호 분석 장치(10)에 따른 결과 또한 1 내지 0.990 영역 내에 모두 포함되는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 점들은 FD-SS 결합 방식의 확산 광 분광 이미징 장치에 따른 결과와 생체신호 분석 장치(10)에 따른 결과가 유사함을 확인할 수 있다.
또한, 네 개의 이산형 파장을 구동시킨 경우의
Figure PCTKR2017001771-appb-I000047
값(901)과 네 개 이상의 이산형 파장을 구동시킨 경우의
Figure PCTKR2017001771-appb-I000048
값(902, 903, 904)의 차이가 크지 않음을 확인할 수 있다. 도 5 내지 도 9의 측정 결과를 통해, 이산형 파장의 개수가 많고 적음이 각 크로모포어의 농도를 산출하는데 있어서, 큰 차이를 가져오지 않음을 확인할 수 있다.
이하, 도 10 내지 도 13은 도 5 내지 도 8에서 사용된 흡수계수 스펙트럼으로부터 산출된 각 크로모포어의 농도값을 나타내는 그래프이다.
도 10은 물(H2O)의 농도값(%)을 나타내는 그래프이다. 도 10에 도시된 원(circle) 형태의 도형들은 FD-SS 결합 방식의 확산 광 분광 이미징 장치에서 산출된 물의 농도값 및 해당 농도값의 95% 신뢰도 구간을 나타낸다. 또한, 상기 도형의 근방에서 상기 도형보다 짙은 색으로 도시된 점들은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체신호 분석 장치(10)에서 산출된 물의 농도값을 나타낸다.
도 10에 도시된 그래프를 참조하면, 생체신호 분석 장치(10)에서 산출된 물 농도값이 대부분 95% 신뢰도 구간에 포함된다.
도 11은 지질(lipid)의 농도값(%)을 나타내는 그래프이다. 도 11에 도시된 원(circle)형태의 도형들은 FD-SS 결합 방식의 확산 광 분광 이미징 장치에서 산출된 지질의 농도값 및 해당 농도값의 95% 신뢰도 구간을 나타낸다. 또한, 상기 도형의 근방에서 상기 도형보다 짙은 색으로 도시된 점들은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체신호 분석 장치(10)에서 산출된 지질의 농도값을 나타낸다.
도 11에 도시된 그래프를 참조하면, 생체신호 분석 장치(10)에서 산출된 지질 농도값이 대부분 95% 신뢰도 구간에 포함되지 않은 것으로 도시되었으나, 실제 측정된 농도값의 차이는 약 -4% ~+4% 이내로서, 실질적으로 큰 차이를 나타내지 않았다.
도 12는 옥시 헤모글로빈(O2Hb)의 농도값(uM)을 나타내는 그래프이다. 도 12에 도시된 원(circle) 형태의 도형들은 FD-SS 결합 방식의 확산 광 분광 이미징 장치에서 산출된 옥시 헤모글로빈의 농도값 및 해당 농도값의 95% 신뢰도 구간을 나타낸다. 또한, 상기 도형의 근방에서 상기 도형보다 짙은 색으로 도시된 점들은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체신호 분석 장치(10)에서 산출된 옥시 헤모글로빈의 농도값을 나타낸다.
도 13은 디옥시 헤모글로빈(HHb)의 농도값(uM)을 나타내는 그래프이다. 도 13에 도시된 원(circle) 형태의 도형들은 FD-SS 결합 방식의 확산 광 분광 이미징 장치에서 산출된 디옥시 헤모글로빈의 농도값 및 해당 농도값의 95% 신뢰도 구간을 나타낸다. 또한, 상기 도형의 근방에서 상기 도형보다 짙은 색으로 도시된 점들은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체신호 분석 장치(10)에서 산출된 디옥시 헤모글로빈의 농도값을 나타낸다. 생체신호 분석 장치(10)에서 산출된 디옥시 헤모글로빈의 농도값이 상기 FD-SS 결합 방식의 확산 광 분광 이미지 장치에서 산출된 디옥시 헤모글로빈의 농도값과 동일 범위 내인 경우, 상기 점들은 상기 도형과 겹쳐져 표시되었다.
도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 생체신호 분석 장치(10)에서 산출된 옥시/디옥시 헤모글로빈은 대부분 95% 신뢰 구간 내에 포함된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체신호 분석 장치(10)는 브로드밴드 파장의 데이터를 모두 획득 및 분석하지 않으면서, 일정 개수의 이산형 파장만을 이용하여 대상체(20) 내의 크로모포어들에 대한 신뢰도 높은 농도값을 산출할 수 있다. 또한, 산출된 크로모포어들의 농도값을 이용하여 대상체(20)의 구성 성분을 분석할 수 있다.
한편, 위 설명에서는 물, 지질, 옥시/디옥시 헤모글로빈에 대응하여 네 개 이상의 광소스를 포함하여 구현되는 생체신호 분석 장치(10)를 예로서 설명하였으나, 이에 제한되지 않는다. 생체신호 분석 장치(10)는 콜라겐, 멜라닌 등의 크로모포어를 더 고려하여 구현될 수 있다. 또한, 생체신호 분석 장치(10)는 사용자 입력 또는 위치 센싱을 통해, 대상체(20)가 신체의 어느 위치인지를 자동으로 판단할 수 있으며, 해당 위치에 지배적으로 존재하는 크로모포어에 대응하여 구동될 두 개 이상의 광소스를 결정할 수 있다. 예를 들어, 생체신호 분석 장치(10)는 측정 위치에 따라 물, 지질, 콜라겐, 멜라닌 등의 흡수 스펙트럼의 고유 특성을 나타내는 네 개 이상의 광소스를 구동시킬 수 있다.
또는, 다른 실시예에 따라 생체신호 분석 장치(10)는 타겟하는 신체 위치에 따라 고정된 개수의 광소스를 포함하여 구현될 수도 있다. 예를 들어, 생체신호 분석 장치(10)는 머리 측정에 적합하도록, 물, 옥시/디옥시 헤모글로빈에 대응하는 세 개의 광소스를 포함하여 구현될 수도 있으며, 이에 제한되지 않는다.
또한, 위 설명에서는 생체신호 분석 장치(10)가 네 개 이상의 LD 중에서 두 개 이상의 LD를 선택하는 것으로 설명하였으나, 구현예에 따라 LD 선택 과정은 생략될 수 있다. 이 경우, 생체신호 분석 장치(10)는 네 개 이상의 LD(11)를 모두 구동시킨 후, 의미있는 데이터가 획득되지 않은 이산형 파장에 대한 산란계수 및 흡수계수 값을 제외하여 흡수계수 스펙트럼을 산출할 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체신호 분석 장치를 도시한 도면이다.
도 14를 참조하면, 생체신호 분석 장치(10a)는 네 개 이상의 광소스(예를 들어, LD(11)), 적어도 하나의 광검출기(12) 및 프로세싱 회로(13)를 포함하는 하우징(housing)(1404), 하우징(1404)의 외부로 노출되어 대상체와 접촉함으로써 LD(11)에서 조사된 주파수 변조된 광을 대상체로 전달하고, 대상체에서 반사되는 광을 광검출기(12)로 전달하는 프로브(1403)를 포함한다.
프로브(1403)는 각 LD와 커플링(coupling)되어 네 개 이상의 LD로부터 조사된 광을 집광하여 전달하는 제1 광섬유(1401)와, 광검출기(12)와 커플링되어 출력광을 집광하여 적어도 하나의 광검출기로 전달하는 제2 광섬유(1402)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 및 제2 광섬유(1401, 1402)를 네 개 이상의 LD(11) 또는 광검출기(12)와 커플링하는 방법에 대해서는, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 실시할 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
한편, 제1 광섬유(1401)와 제2 광섬유(1402)는 프로브(1403)가 대상체와 접촉하는 접촉면 상에서 일정 거리 간격(d1)으로 이격되어 배치될 수 있다.
또한, 제1 광섬유(1401)는 각 LD로부터 발광되는 광을 일정 각도로 대상체(20)에 조사하기 위한 렌즈(lens, 미도시됨)를 더 포함하여 구현될 수 있다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체신호 분석 장치를 도시한 도면이다.
도 15를 참조하면, 일 실시예에 따른 생체신호 분석 장치(10b)는 도 14의 제1 광섬유(1401) 및 광검출기(12)를 포함하는 프로브(1502)와, 프로브(1502)와 연결되며, 네 개 이상의 광소스(예를 들어, LD(11)) 및 프로세싱 회로(13)를 포함하는 하우징(1501)을 포함하여 구현될 수도 있다. 네 개 이상의 LD(11)는 제 1 광섬유(1401)를 통해 대상체로 광을 조사하며, 광검출기(12)가 대상체에 직접 접촉하는 형태로 구현될 수 있다.
또는, 도 16에 도시된 바와, 일 실시예에 따른 생체신호 분석 장치(10c)는 도 14의 제2 광섬유(1402) 및 네 개 이상의 광소스(예를 들어, LD(11))를 포함하는 프로브(1602)와, 프로브(1602)와 연결되며, 광검출기(12) 및 프로세싱 회로(13)를 포함하는 하우징(1601)을 포함하여 구현될 수도 있다. 네 개 이상의 LD(11)가 대상체에 직접 접촉하는 형태로 구현되고, 광검출기(12)는 제 2 광섬유(1402)를 통해 대상체에서 반사된 반사광을 전달받는 형태로 구현될 수도 있다.
한편, 네 개 이상의 LD는 다파장 표면방출레이저 소자(vertical cavity surface emitting laser device, VCSEL)로 구현될 수 있다.
또는, 네 개 이상의 LD 각각은 표면방출레이저 소자(VCSEL)로 구현되며, 네 개 이상의 VCSEL 은 프로브(1602)의 접촉면에 이격되어 배치될 수 있다. 이때, 네 개 이상의 LD(11)가 배치되는 간격을 최소화함으로써, 프로세싱 회로(13)가 네 개 이상의 LD(11)가 대상체(20)의 동일 면에서 발광되는 것으로 간주하여 크로모포어의 농도를 산출하도록 하는 것이 바람직하다.
도 17은 도 16의 프로브의 접촉면을 도시한 도면이다.
도 17을 참조하면, 프로브(1602)의 접촉면(1603)에는 대상체(20)에 직접 접촉하는 네 개 이상의 광소스(예를 들어, LD(11))와 제2 광섬유(1402)가 배치될 수 있다. 각 광소스(즉, LD)의 발광소자(1701, 1702, 1703, 1704)가 접촉면(1603) 상에서 일정 거리 간격(d2)으로 집적배치될 수 있다.
도 18은 도 16의 프로브의 접촉면을 도시한 다른 도면이다.
도 18을 참조하면, 프로브(1602)의 접촉면(1603)에 직접 배치되는 8 개의 광소스(예를 들어, LD(11))를 포함할 수 있다. 이 경우, 각 LD 의 발광소자(1801, 1802, 1803, 1804, 1805, 1806, 1807, 1808)는 2X4 행렬 형태로 접적배치되어, 접촉면(1603) 상에서 각 LD의 발광소자 간의 거리가 최소화되도록 할 수 있다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 생체신호 분석 장치를 도시한 도면이다. 도 19를 참조하면, 생체신호 분석 장치(10d)는 네 개 이상의 광소스(예를 들어, LD(11)) 및 광검출기(12)가 하나의 프로브(1901) 내에 포함되어 구현될 수 있다. 또는, 구현예에 따라 생체신호 분석 장치(10d)는 프로세싱 회로(13)를 프로브(1901)에 더 포함하여 구현될 수 있다.
한편, 네 개 이상의 LD(11)와 광검출기(12)는 프로브(1901)의 접촉면(1902)에서 일정 거리 간격(d4)으로 배치되며, 대상체(20)에 직접 접촉될 수 이다. 또한, 각 LD는 접촉면(1903)에서 일정 거리 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 이는 도 17 및 도 18에서 전술한 실시예가 적용될 수 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.
또한, 프로브(1901)는 접촉면(1902)에 배치되어 광소스 및/또는 광검출기와 결합되는 렌즈(미도시)를 더 포함할 수 있다. 렌즈는 광소스에서 조사되는 광이 대상체(20)의 동일 위치를 향하도록 할 수 있다. 또한, 렌즈는 광이 방사 또는 인입되는 각도를 좁히는 용도로 이용될 수 있다.
이와 같이, 생체신호 분석 장치(10d)는 광섬유가 생략된 소형 프로브(1901)형태로 구현됨으로써, 사용자의 이용 편리성을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 19에서 전술한 생체신호 분석 장치는 단일 채널 분석의 경우를 예로서 설명하였다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체신호 분석 장치는 멀티 채널 분석을 수행할 수 있다. 멀티 채널 분석을 통해, 생체신호 분석 장치는 측정 위치를 이동하여 스캔할 필요 없이, 한 번에 여러 위치에 대한 생체 성분을 분석할 수 있다. 이하에서는, 멀티 채널 분석을 수행하는 생체신호 분석 장치에 대해 설명한다.
도 20을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체신호 분석 장치(10e)는 네 개 이상의 광소스(예를 들어, LD)를 포함하는 복수의 발광부(2010), 적어도 하나의 광검출기(12)를 포함하는 복수의 검출부(2020) 및 프로세싱 회로(2030)를 포함한다.
이때, 복수의 발광부(2010), 복수의 검출부(2020) 및 프로세싱 회로(2030)는 하나의 프로브(2001) 형태로 구현될 수 있다. 또한, 복수의 발광부(2010) 및 복수의 검출부(2020)는, 프로브(2001)의 접촉면(2002) 상에서 서로 교차하여 배치될 수 있다.
도 21은 8개의 발광부 및 8개의 검출부가 프로브(2001)의 접촉면(2002) 상에서 서로 교차하여 배치되는 일례이다. 도 21에 도시된 바와 같이, 각 발광부(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8)는 도 17 및 도 18 에서 전술한 바와 같이 네 개 이상의 LD가 일정 거리 간격(d2 또는 d3)으로 이격되어 배치된 형태일 수 있다.
한편, 도 21에서는 8개의 발광부 및 8개의 검출부가 4X4 행렬 형태로 배치되는 것으로 설명하였으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 8개의 발광부 및 8개의 검출부는8X2 행렬 형태 또는 16X1 행렬 형태로도 배치될 수 있다.
다시 도 20을 참조하면, 프로세싱 회로(2030)는 복수의 발광부(2010) 및 복수의 검출부(2020)를 제어한다. 구체적으로, 프로세싱 회로(2030)는 복수의 발광부(2010) 및 복수의 검출부(2020)의 구동 순서를 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세싱 회로(2030)는 복수의 발광부(2010) 각각을 순차적으로 구동시키며, 구동된 각 발광부에 인접하는 적어도 하나의 검출부를 구동시킴으로써, 대상체(20)의 서로다른 위치에 대응하는 생체 구성 성분을 분석할 수 있다. 도21을 참조하여 예를 들면, 프로세싱 회로(2030)는 S1을 구동시킨 후에, S1에 인접한 D1, D2 및 D3 중 적어도 하나를 구동시킴으로써, S1 에 대응하는 생체 구성 성분을 분석할 수 있다. 다음으로, 프로세싱 회로(2030)는 S2를 구동시킨 후에 S2에 인접하는 D2 및 D4 중 적어도 하나를 구동시킴으로써, S2에 대응하는 생체 구성 성분을 분석할 수 있다.
또는, 프로세싱 회로(2030)는 복수의 발광부(2010) 각각을 순차적으로 구동시키며, 구동된 각 발광부로부터 서로다른 거리에 배치된 두 개 이상의 검출부를 구동시킴으로써, 대상체(20)의 서로다른 깊이의 생체 구성 성분을 분석할 수도 있다.
도 22는 발광부 및 검출부 간의 거리와 측정 깊이 간의 관계를 나타내는 도면이다.
도 22에 도시된 바와 같이, 발광부(S1)와 검출부(D1, D5, D8) 간의 거리(d5, d6, d7)에 따라, 각 검출부(D1, D5, D8)에서 검출되는 출력광은 대상체(20)의 서로다른 깊이(h1, h2, h3)에서 흡수 및/또는 산란된 광에 대응한다. 따라서, 프로세싱 회로(2030)는 구동된 발광부(S1)로부터 서로다른 거리에 위치하는 검출부(D1, D5, D8)에서 검출된 출력광을 이용하여, 대상체(20)의 서로다른 깊이에 대응하는 생체 성분 분석을 수행할 수 있다.
한편, 프로세싱 회로(2030)가 각 발광부 및 각 검출부의 구동을 제어하는 방법 및 검출된 출력광을 기초로 생체 분석(즉, 크로모포어의 농도값 측정 등)을 수행하는 방법에 대해서는 도 1 내지 도 4에서의 실시예가 적용될 수 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.
또는, 프로세싱 회로(2030)는 대상체(20)의 특정 깊이에 대한 생체 성분 분석을 수행할 수도 있다. 이 경우, 생체신호 분석 장치(10e)는 사용자 인터페이스(미도시) 등을 통해 특정 깊이를 선택하는 사용자 입력을 수신할 수 있다. 예를 들어, 피부 0.5 센티미터(cm) 이내의 생체 분석을 수행하라는 사용자 입력이 수신되는 경우, 프로세싱 회로(2030)는 발광부(S1)에 인접한 검출부(예를 들어, D1)를 구동시킬 수 있다. 또는, 피부 2센티미터(cm) 이내의 생체 분석을 수행하라는 사용자 입력이 수신되는 경우, 프로세싱 회로(2030)는 발광부(S1)로부터 일정 거리에 위치한 검출부(예를 들어, D5)를 구동시킬 수 있다.
한편, 도 20내지 도 22에서는 각 발광부와 각 검출부가 프로브(2001)의 접촉면(2002) 상에서 일정 거리 간격으로 배치되는 예를 설명하였으나, 이에 제한되지 않는다.
도 23은 각 발광부와 각 검출부가 프로브(2001)의 접촉면(2002) 상에서 서로다른 거리 간격으로 배치되는 일례이다.
도 23을 참조하면, 각 발광부와 각 검출부는 쌍(D1-S1, D2-S2, D3-S3, D4-S4)을 이루며, 각 쌍(D1-S1, D2-S2, D3-S3, D4-S4)은 서로다른 거리 간격으로 배치될 수 있다. 이때, 각 쌍(D1-S1, D2-S2, D3-S3, D4-S4)은 동일 거리 간격으로 배치될 수 있다.
프로세싱 회로(2030)는 각 쌍(D1-S1, D2-S2, D3-S3, D4-S4)의 발광부와 검출부를 순차적으로 구동시킴으로써, 대상체(20)의 동일 깊이에 대응하여 복수의 측정 위치에서 생체 성분 분석을 수행할 수 있다.
또한, 프로세싱 회로(2030)는 각 쌍의 발광부를 구동시킨 후에 해당 쌍의 검출부 및 다른 쌍의 검출부를 구동시킴으로써, 대상체(20)의 서로다른 깊이에 대응하여 복수의 측정 위치에서 생체 성분 분석을 수행할 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체신호 분석 장치(10)는 전술한 구성 요소들 이외에 더 많은 구성 요소들을 더 포함하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 생체신호 분석 장치(10)는 생체 성분 분석 결과값(예를 들어, 크로모포어의 농도 등)을 표시하기 위한 디스플레이(display)(미도시), 사용자 입력을 수신하는 사용자 입력부(미도시), 생체 성분 분석 결과값을 다른 기기로 전송하기 위한 통신 회로(미도시) 등을 더 포함하여 구현될 수 있다.
이하, 도 24 및 도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체신호 분석 장치(10)의 동작 방법을 설명하는 순서도이다. 도 24 및 도 25에 도시된 생체신호 분석 장치(10)의 동작 방법은, 앞서 설명된 도 1 내지 도 23 등에서 설명된 실시예들과 관련된다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하여도, 도 1 내지 도 23 등에서 앞서 설명된 내용들은, 도 24 및 도 25 의 생체신호 분석 장치(10)의 동작 방법에 적용될 수 있다.
도 24 는 본 발명의 일 실시예에 따라 생체신호 분석 장치의 동작 방법을 설명하는 순서도이다.
도 24를 참조하면, 생체신호 분석 장치(10)는 대상체 내에 존재하는 크로모포어를 기초로, 네 개 이상의 이산형 파장(discrete wavelength)에 대해 주파수 변조된 광을 조사하는 네 개 이상의 광소스(light source) 중에서, 적어도 두 개 이상의 광소스를 구동시킨다(S2401). 여기서, 광소스(light source)는 주파수 변조된 광을 조사할 수 있는 LD 또는 LED일 수 있다. 이하에서는, LD를 예로서 설명한다.
예를 들어, 생체신호 분석 장치(10)는 신체 내에 존재하는 크로모포어의 기 알려진 광 흡수도를 기초로 결정된 네 개 이상의 LD를 포함한다. 또한, 네 개 이상의 이산형 파장은 물(H2O)과 지질(lipid) 각각의 기 알려진 흡수 스펙트럼의 피크(peak) 영역에 인접하는 제1 이산형 파장, 제2 이산형 파장을 포함하며, 옥시 헤모글로빈(O2Hb) 및 디옥시 헤모글로빈(HHb)의 기 알려진 흡수 스펙트럼의 등흡수점(isosbestic point) 이전의 제3 이산형 파장과 등흡수점에 인접하는 영역의 제4 이산형 파장을 포함할 수 있다.
생체신호 분석 장치(10)는 대상체(20) 내에 존재하는 크로모포어의 개수, 함량 및 종류 중 적어도 하나를 기초로, 네 개 이상의 LD 중에서 구동될 LD 의 개수 및 종류를 결정할 수 있다. 예를 들어, 대상체(20) 내에 존재하는 크로모포어의 개수가 네 개인 경우, 생체신호 분석 장치(10)는 각 크로모포어의 흡수 스펙트럼의 고유 특성을 대표하는 적어도 네 개의 LD 를 결정할 수 있다. 그러나, 대상체(20)에 존재하는 크로모포어의 개수가 네 개인 경우라도, 어느 하나의 크로모포어가 거의 존재하지 않는다고 기 알려진 경우라면(즉, 함량이 작은 경우라면), 생체신호 분석 장치(10)는 나머지 세 개의 크로모포어의 고유 특성을 갖는 적어도 세 개의 LD를 결정할 수 있다.
또한, 생체신호 분석 장치(10)는 선택된 두 개 이상의 LD를 순차적으로 구동시킬 수 있다. 예를 들어, 생체신호 분석 장치(10)는 가장 낮은 파장으로 발광하는 LD 부터 구동시키며, 점차적으로 높은 파장으로 발광하는 LD를 구동시킬 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 생체신호 분석 장치(10)는 광소스 및/또는 광검출기의 기기적 특성 및 주변 환경 중 적어도 하나에 따라, 광출력 세기를 조정할 수 있다.
이후, 생체신호 분석 장치(10)는 두 개 이상의 광소스가 구동됨에 따라, 대상체(20)로부터 반사되어 인입되는 두 개 이상의 출력광을 검출한다(S2402).
다음으로, 생체신호 분석 장치(10)는 두 개 이상의 출력광을 기초로, 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 산출한다(S2403). 먼저, 생체신호 분석 장치(10)는 확산광 모델(diffusion model)을 획득한다. 이후, 생체신호 분석 장치(10)는 각 출력광의 진폭과 위상을 산출하고, 산출된 진폭과 위상을 확산광 모델에 피팅함으로써, 각 출력광의 흡수계수와 산란계수를 산출할 수 있다. 이에 대해서는, 도 4의 STEP 1 및 STEP 2를 통해 전술하였는 바, 자세한 설명은 생략한다.
이어서, 생체신호 분석 장치(10)는 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 기초로 대상체(20) 내에 존재하는 크로모포어의 농도를 산출한다(S2404). 구체적으로, 생체신호 분석 장치(10)는 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수와 대상체(20) 내에 존재하는 크로모포어에 대해 기 알려진 흡광계수(extinction coefficient) 스펙트럼을 이용하여 피팅(또는, 계산)함으로써, 대상체(20) 내에 존재하는 크로모포어의 농도값을 산출할 수 있다. 이에 대해서는, 도 4의 STEP 3을 통해 전술하였는 바, 자세한 설명은 생략한다.
도 25 는 본 발명의 다른 실시예에 따라 생체신호 분석 장치의 동작 방법을 설명하는 순서도이다.
도 25를 참조하면, 생체신호 분석 장치(10)는 대상체(20) 내에 존재하는 크로모포어를 기초로 결정된 네 개 이상의 이산형 파장에 대해 주파수 변조된 광을 조사하는 네 개 이상의 광소스를 순차적으로 구동한다(S2501).
이후, 생체신호 분석 장치(10)는 네 개 이상의 광소스가 순차적으로 구동됨에 따라, 대상체(20)에서 반사되어 인입되는 네 개 이상의 출력광을 순차적으로 획득한다(S2502).
이어서, 생체신호 분석 장치(10)는 네 개 이상의 출력광을 기초로, 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 산출한다(S2503).
또한, 생체신호 분석 장치(10)는 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 기초로 대상체(20) 내에 존재하는 크로모포어의 농도를 산출한다(S2504). 이때, 생체신호 분석 장치(10)는 특정 이산형 파장의 산란계수 및 흡수계수가 의미있는 데이터가 아닐 경우, 해당 이산형 파장의 산란계수 및 흡수계수를 제외할 수 있다.
한편, 도 24 및 도 25 의 상술한 각 단계들은 본 발명의 구현예에 따라 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (48)

  1. 주파수 도메인(frequency domain, FD) 기반의 다파장 생체신호 분석 장치에 있어서,
    네 개 이상의 서로다른 이산형 파장(discrete wavelength)으로 주파수 변조된 광을 조사하는 네 개 이상의 광소스(light source);
    대상체에서 반사되어 인입되는 출력광을 검출하는 적어도 하나의 광검출기(light detector); 및
    상기 네 개 이상의 광소스 및 상기 적어도 하나의 광검출기와 연결되며, 상기 적어도 하나의 광검출기에 의해 검출된 출력광을 기초로 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 산출하고, 상기 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 기초로 상기 대상체 내에 존재하는 크로모포어(chromophore)의 농도를 산출하는 프로세싱 회로; 를 포함하되,
    상기 프로세싱 회로는
    상기 대상체 내에 존재하는 크로모포어를 기초로, 상기 네 개 이상의 광소스 중에서 적어도 두 개 이상의 광소스를 구동시키는 것인,
    FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세싱 회로는
    상기 대상체 내에 존재하는 크로모포어의 개수, 종류 및 함량 중 적어도 하나를 기초로, 상기 네 개 이상의 광소스 중에서 구동되는 광소스의 개수 및 종류를 결정하는 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 대상체 내에 존재하는 크로모포어는
    옥시 헤모글로빈(oxy-hemoglobin, O2Hb), 디옥시 헤모글로빈(deoxy-hemoglobin, HHb), 물(H2O), 지질(lipid) 중 적어도 하나를 포함하는 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세싱 회로는
    상기 출력광의 진폭 및 위상을 확산광 모델(diffusion model)로 적용하여 상기 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 산출하며,
    상기 대상체 내에 존재하는 크로모포어에 대해 기 알려진 흡광계수(extinction coefficient) 스펙트럼으로 상기 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 피팅(fitting)함으로써, 상기 대상체 내에 존재하는 크로모포어의 농도값을 산출하는 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세싱 회로는
    기기적 특성에 의해 발생되는 신호의 위상 및 진폭을, 상기 출력광으로부터 보상하기 위한 캘리브레이션(calibration) 작업을 수행하는 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 네 개 이상의 서로다른 이산형 파장은
    근적외선(near infrared ray) 영역 내의 비연속적인 파장인 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 네 개 이상의 서로다른 이산형 파장은
    신체 내에 존재하는 크로모포어의 기 알려진 광 흡수도를 기초로 결정되는 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 네 개 이상의 서로다른 이산형 파장은
    물(H2O)과 지질(lipid) 각각의 기 알려진 흡수 스펙트럼의 피크(peak) 영역에 인접하는 제1 이산형 파장 및 제2 이산형 파장을 포함하며,
    옥시 헤모글로빈(O2Hb) 및 디옥시 헤모글로빈(HHb)의 기 알려진 흡수 스펙트럼의 등흡수점(isosbestic point) 이전의 제3 이산형 파장과 상기 등흡수점에 인접하는 영역의 제4 이산형 파장을 포함하는 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 네 개 이상의 서로다른 이산형 파장은
    688, 808, 915 및 975nm 파장을 포함하는 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 네 개 이상의 광소스 각각은
    레이저 다이오드(LD) 또는 발광 다이오드(LED)로 구현되는 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 네 개 이상의 LD는
    다파장 표면방출레이저 소자(vertical cavity surface emitting laser device, VCSEL)인 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    각 LD는 표면방출레이저 소자(VCSEL)이며,
    상기 네 개 이상의 표면방출레이저 소자는
    상기 FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치가 상기 대상체와 접촉하는 접촉면에 이격되어 배치되는 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광검출기는
    적어도 하나의 아발란치 포토 다이오드(avalanche photodiode, APD)를 포함하는 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  14. 제 1 항에 있어서
    상기 프로세싱 회로는
    상기 두 개 이상의 광소스를 순차적으로 구동시키는 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 프로세싱 회로는
    상기 두 개 이상의 광소스 중에서, 가장 낮은 파장으로 발광하는 광소스부터 구동시키며, 점차적으로 높은 파장으로 발광하는 광소스를 구동시키는 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세싱 회로는
    광소스의 기기적 특성 및 주변 환경 중 적어도 하나에 따라, 상기 두 개 이상의 광소스의 광출력 세기를 조정하는 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치는
    상기 네 개 이상의 광소스, 상기 적어도 하나의 광검출기 및 상기 프로세싱 회로를 포함하는 하우징(housing);
    상기 네 개 이상의 광소스와 커플링되며, 상기 네 개 이상의 광소스로부터 조사되는 광을 집광하여 상기 대상체로 전달하는 제1 광섬유; 및
    상기 적어도 하나의 광검출기와 커플링되며, 상기 대상체에서 반사되는 광을 집광하여 상기 적어도 하나의 광검출기로 전달하는 제2 광섬유; 를 더 포함하되,
    상기 제1 광섬유 및 상기 제2 광섬유는
    상기 하우징의 외부로 노출되어 상기 대상체에 접촉되는 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치는
    상기 네 개 이상의 광소스 및 상기 적어도 하나의 광검출기를 포함하며, 상기 대상체에 접촉하는 접촉면을 포함하는 프로브를 더 포함하되,
    상기 네 개 이상의 광소스는,
    상기 프로브의 접촉면에 배치되어, 상기 두 개 이상의 이산형 파장의 광을 상기 대상체로 직접 조사하는 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 프로브는
    상기 프로브의 상기 접촉면에 배치되며, 상기 네 개 이상의 광소스와 결합되는 렌즈(lens)를 더 포함하는 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치는
    상기 네 개 이상의 광소스를 포함하는 복수의 발광부 및 상기 적어도 하나의 광검출기를 포함하는 복수의 검출부를 포함하며, 상기 대상체에 접촉하는 접촉면을 포함하는 프로브를 더 포함하되,
    상기 복수의 발광부 및 상기 복수의 검출부는 상기 프로브의 접촉면 상에 서로 교차하여 배치되는 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 프로세싱 회로는
    상기 복수의 발광부를 순차적으로 구동시키며,
    상기 복수의 발광부 중 하나의 발광부가 구동되면, 상기 구동된 발광부에 인접한 적어도 하나의 검출부를 구동시켜 출력광을 검출하는 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 프로세싱 회로는
    상기 복수의 발광부를 순차적으로 구동시키며,
    상기 복수의 발광부 중 하나의 발광부가 구동되면, 상기 구동된 발광부로부터 서로다른 거리에 배치된 두 개 이상의 검출부를 구동시켜 출력광을 검출하는 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 복수의 발광부 및 상기 복수의 검출부는
    상기 프로브의 접촉면 상에 서로다른 거리 간격으로 교차하여 배치되는 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  24. 제 1 항에 있어서,
    상기 FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치는
    네 개의 광소스, 다섯 개의 광소스, 여섯 개의 광소스, 일곱 개의 광소스 또는 여덟 개의 광소스를 포함하는 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  25. 주파수 도메인(FD) 기반의 다파장 생체신호 분석 장치에 있어서,
    네 개 이상의 서로다른 이산형 파장(discrete wavelength)으로 주파수 변조된 광을 조사하는 네 개 이상의 광소스(light source);
    대상체에서 반사되어 인입되는 출력광을 검출하는 적어도 하나의 광검출기(light detector);
    상기 네 개 이상의 광소스 및 상기 적어도 하나의 광검출기와 연결되며, 상기 적어도 하나의 광검출기에 의해 검출된 출력광을 기초로 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 산출하고, 상기 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 기초로 상기 대상체 내에 존재하는 크로모포어(chromophore)의 농도를 산출하는 프로세싱 회로;
    상기 네 개 이상의 광소스와 커플링(coupling)되며, 상기 네 개 이상의 광소스에서 조사되는 광을 집광하여 전달하는 제1 광섬유;
    상기 적어도 하나의 광검출기와 커플링되며, 상기 대상체에서 반사되는 광을 집광하여 상기 적어도 하나의 광검출기로 전달하는 제2 광섬유; 및
    상기 네 개 이상의 광소스, 상기 적어도 하나의 광검출기 및 상기 프로세싱 회로를 포함하는 하우징(housing);을 포함하되,
    제1 광섬유 및 상기 제2 광섬유는
    상기 하우징의 외부로 노출되어 상기 대상체에 접촉되는 것인,
    FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 프로세싱 회로는
    상기 대상체 내에 존재하는 크로모포어의 개수, 함량 및 종류 중 적어도 하나를 기초로, 상기 네 개 이상의 광소스 중에서 적어도 두 개 이상의 광소스를 구동시키는 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  27. 제 26 항에 있어서
    상기 프로세싱 회로는
    상기 두 개 이상의 광소스를 순차적으로 구동시키는 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  28. 주파수 도메인(FD) 기반의 다파장 생체신호 분석 장치에 있어서,
    네 개 이상의 서로다른 이산형 파장(discrete wavelength)에 대해 주파수 변조된 광을 조사하는 네 개 이상의 광소스(light source)가 일정 간격으로 이격되어 배치되는 적어도 하나의 발광부;
    대상체에서 반사되어 인입되는 출력광을 검출하는 광검출기를 포함하는 적어도 하나의 검출부;
    상기 적어도 하나의 발광부 및 상기 적어도 하나의 검출부를 포함하며, 상기 대상체에 접촉하는 접촉면을 포함하는 프로브(probe); 및
    상기 적어도 하나의 발광부 및 상기 적어도 하나의 검출부와 연결되며, 상기 적어도 하나의 검출부에 의해 검출된 출력광을 기초로 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 산출하고, 상기 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 기초로 상기 대상체 내에 존재하는 크로모포어(chromophore)의 농도를 산출하는 프로세싱 회로; 를 포함하되,
    상기 적어도 하나의 발광부 및 상기 적어도 하나의 검출부는 상기 프로브의 접촉면에 배치되어 상기 대상체에 직접 접촉하는 것인,
    FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 프로세싱 회로는
    상기 대상체 내에 존재하는 크로모포어의 개수, 함량 및 종류 중 적어도 하나를 기초로, 각 발광부에 포함된 상기 네 개 이상의 광소스 중에서 적어도 두 개 이상의 광소스를 구동시키는 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  30. 제 29 항에 있어서
    상기 프로세싱 회로는
    상기 두 개 이상의 광소스를 순차적으로 구동시키는 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  31. 제 28 항에 있어서,
    상기 네 개 이상의 광소스는 다파장 표면방출레이저 소자(VCSEL)인 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  32. 제 28 항에 있어서,
    각 광소스는 표면방출레이저 소자(VCSEL)이며,
    상기 네 개 이상의 표면방출레이저 소자는, 상기 접촉면에 이격되어 배치되는 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  33. 제 28 항에 있어서,
    상기 FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치는, 복수의 발광부 및 복수의 검출부를 포함하되,
    상기 복수의 발광부 및 상기 복수의 검출부는
    상기 프로브의 접촉면 상에 서로 교차하여 배치되는 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 프로세싱 회로는
    상기 복수의 발광부를 순차적으로 구동시키며,
    상기 복수의 발광부 중 하나의 발광부가 구동되면, 상기 구동된 발광부에 인접한 적어도 하나의 검출부를 구동시켜 출력광을 검출하는 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  35. 제 33 항에 있어서,
    상기 프로세싱 회로는
    상기 복수의 발광부를 순차적으로 구동시키며,
    상기 복수의 발광부 중 하나의 발광부가 구동되면, 상기 구동된 발광부로부터 서로다른 거리에 배치된 두 개 이상의 검출부를 구동시켜 출력광을 검출하는 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  36. 제 28 항에 있어서,
    상기 프로세싱 회로는,
    상기 프로브에 포함되어 구현되는 것인, FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  37. 주파수 도메인(FD) 기반의 다파장 생체신호 분석 장치의 동작 방법에 있어서,
    대상체 내에 존재하는 크로모포어를 기초로, 네 개 이상의 서로다른 이산형 파장(discrete wavelength)으로 주파수 변조된 광을 조사하는 네 개 이상의 광소스(light source) 중에서, 적어도 두 개 이상의 광소스를 구동시키는 단계;
    상기 두 개 이상의 광소스가 구동됨에 따라, 상기 대상체에서 반사되어 인입되는 두 개 이상의 출력광을 검출하는 단계;
    상기 두 개 이상의 출력광을 기초로, 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 산출하는 단계; 및
    상기 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 기초로 상기 대상체 내에 존재하는 크로모포어의 농도를 산출하는 단계;를 포함하는, 방법.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 두 개 이상의 광소스를 구동시키는 단계는,
    상기 대상체 내에 존재하는 크로모포어의 개수, 함량 및 종류 중 적어도 하나를 기초로, 상기 네 개 이상의 광소스 중에서 구동되는 광소스의 개수 및 종류를 결정하는 것인, 방법.
  39. 제 37 항에 있어서,
    상기 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 산출하는 단계는
    각 출력광의 진폭과 위상을 산출하는 단계; 및
    상기 각 출력광의 진폭과 위상을 확산광 모델(diffusion model)로 적용하여, 상기 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 산출하는 단계;를 포함하는 것인, 방법.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 출력광의 진폭 및 위상을 산출하는 단계는,
    기기적 특성에 의해 발생되는 신호의 위상 및 진폭을, 상기 출력광으로부터 보상하는 단계;를 포함하는 것인, 방법.
  41. 제 37 항에 있어서,
    상기 대상체 내에 존재하는 크로모포어의 농도를 산출하는 단계는
    상기 대상체 내에 존재하는 크로모포어에 대해 기 알려진 흡광계수(extinction coefficient) 스펙트럼으로 상기 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 피팅(fitting)함으로써, 상기 대상체 내에 존재하는 크로모포어의 농도값을 산출하는 것인, 방법.
  42. 제 37 항에 있어서,
    상기 네 개 이상의 서로다른 이산형 파장은
    신체 내에 존재하는 크로모포어의 기 알려진 광 흡수도를 기초로 결정되는 것인, 방법.
  43. 제 37 항에 있어서,
    상기 네 개 이상의 서로다른 이산형 파장은
    물(H2O)과 지질(lipid) 각각의 기 알려진 흡수 스펙트럼의 피크(peak) 영역에 인접하는 제1 이산형 파장 및 제2 이산형 파장을 포함하며,
    옥시 헤모글로빈(O2Hb) 및 디옥시 헤모글로빈(HHb)의 기 알려진 흡수 스펙트럼의 등흡수점(isosbestic point) 이전의 제3 이산형 파장과 상기 등흡수점에 인접하는 영역의 제4 이산형 파장을 포함하는 것인, 방법.
  44. 제 37 항에 있어서,
    상기 두 개 이상의 광소스를 구동시키는 단계는,
    상기 두 개 이상의 광소스 중에서, 가장 낮은 파장으로 발광하는 광소스부터 구동시키며, 점차적으로 높은 파장으로 발광하는 광소스를 구동시키는 것인, 방법.
  45. 제 37 항에 있어서,
    상기 두 개 이상의 광소스를 구동시키는 단계는,
    기기적 특성 및 주변 환경 중 적어도 하나에 따라, 상기 두 개 이상의 광소스의 광출력 세기를 조정하는 단계;를 포함하는 것인, 방법.
  46. 주파수 도메인(FD) 기반의 다파장 생체신호 분석 장치에 있어서,
    대상체 내에 존재하는 크로모포어(chromophore)를 기초로 결정된 네 개 이상의 서로다른 이산형 파장(discrete wavelength)으로 주파수 변조된 광을 조사하는 네 개 이상의 LD(laser diode);
    상기 대상체에서 반사되어 인입되는 출력광을 검출하는 적어도 하나의 광검출기; 및
    상기 네 개 이상의 LD 및 상기 적어도 하나의 광검출기와 연결되며, 상기 네 개 이상의 LD를 순차적으로 구동시키고, 상기 네 개 이상의 LD가 순차적으로 구동됨에 따라 상기 적어도 하나의 광검출기에 의해 검출된 네 개 이상의 출력광을 획득하고, 상기 네 개 이상의 출력광을 기초로 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 산출하며, 상기 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 기초로 상기 대상체 내에 존재하는 크로모포어의 농도를 산출하는 프로세싱 회로; 를 포함하는,
    FD 기반의 다파장 생체신호 분석 장치.
  47. 주파수 도메인(FD)에 기반한 다파장 생체신호 분석 장치의 동작 방법에 있어서,
    대상체 내에 존재하는 크로모포어(chromophore)를 기초로 결정된 네 개 이상의 서로다른 이산형 파장(discrete wavelength)으로 주파수 변조된 광을 조사하는 네 개 이상의 LD (laser diode)를 순차적으로 구동시키는 단계;
    상기 네 개 이상의 LD 가 순차적으로 구동됨에 따라, 상기 대상체로부터 방출되는 네 개 이상의 출력광을 순차적으로 검출하는 단계;
    상기 네 개 이상의 출력광을 기초로, 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 산출하는 단계; 및
    상기 이산형 파장 별 산란계수 및 흡수계수를 기초로 상기 대상체 내에 존재하는 크로모포어의 농도를 산출하는 단계;를 포함하는, 방법.
  48. 제 37항의 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
PCT/KR2017/001771 2016-07-21 2017-02-17 주파수 도메인 기반의 다파장 생체신호 분석 장치 및 그 방법 WO2018016709A2 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17831183.3A EP3460453A4 (en) 2016-07-21 2017-02-17 FREQUENCY DOMAIN BASED MULTIPLE WAVELENGTH BIOMETRIC SIGNAL ANALYSIS APPARATUS AND ASSOCIATED METHOD
US16/085,762 US20200305776A1 (en) 2016-07-21 2017-02-17 Frequency domain-based multi-wavelength bio-signal analyzing apparatus and method thereof
JP2019512591A JP2019520182A (ja) 2016-07-21 2017-02-17 周波数ドメインベースの多波長生体信号分析装置及びその方法

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20160092845 2016-07-21
KR10-2016-0092845 2016-07-21
KR1020170001539A KR102002589B1 (ko) 2016-07-21 2017-01-04 주파수 도메인 기반의 다파장 생체신호 분석 장치 및 그 방법
KR10-2017-0001539 2017-01-04

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2018016709A2 true WO2018016709A2 (ko) 2018-01-25
WO2018016709A3 WO2018016709A3 (ko) 2018-08-02

Family

ID=60992495

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2017/001771 WO2018016709A2 (ko) 2016-07-21 2017-02-17 주파수 도메인 기반의 다파장 생체신호 분석 장치 및 그 방법

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2018016709A2 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110638425A (zh) * 2019-09-23 2020-01-03 北京华德恒业科技有限公司 智能手诊成像装置及方法、计算机可读存储介质
CN112869768A (zh) * 2021-01-12 2021-06-01 哈尔滨工业大学（威海） 基于多模态成像的身体机能多参数量化方法和装置
US11534366B2 (en) 2019-05-06 2022-12-27 Koninklijke Philips N.V. Cardiopulmonary resuscitation device, control method and computer program

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10189A (ja) * 1996-06-14 1998-01-06 Hitachi Ltd 多波長同時無侵襲生化学計測装置
JP2000023947A (ja) * 1998-07-14 2000-01-25 Hitachi Ltd 生体光計測方法
KR100493154B1 (ko) * 2002-03-20 2005-06-03 삼성전자주식회사 광음향분광학을 이용한 비침습적 생체성분 측정장치
US7343186B2 (en) * 2004-07-07 2008-03-11 Masimo Laboratories, Inc. Multi-wavelength physiological monitor
CN101454654B (zh) * 2006-05-31 2011-04-06 国立大学法人静冈大学 光学测定装置、光学测定方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11534366B2 (en) 2019-05-06 2022-12-27 Koninklijke Philips N.V. Cardiopulmonary resuscitation device, control method and computer program
CN110638425A (zh) * 2019-09-23 2020-01-03 北京华德恒业科技有限公司 智能手诊成像装置及方法、计算机可读存储介质
CN112869768A (zh) * 2021-01-12 2021-06-01 哈尔滨工业大学（威海） 基于多模态成像的身体机能多参数量化方法和装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018016709A3 (ko) 2018-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7356365B2 (en) Method and apparatus for tissue oximetry
WO2018016709A2 (ko) 주파수 도메인 기반의 다파장 생체신호 분석 장치 및 그 방법
KR102043319B1 (ko) 주파수 도메인 기반의 다파장 생체신호 분석 장치
JP3190604B2 (ja) フォトプレチスモグラフ測定装置
US6647279B2 (en) Hybrid optical delivery system for photoplethysmography
US20130158413A1 (en) Optical measurement of physiological blood parameters
US7307258B2 (en) Terahertz system for detecting the burn degree of skin
US20060129039A1 (en) Apparatus for improved pulse oximetry measurement
CN101601581A (zh) 生物体观测装置以及方法
US20220413143A1 (en) Sensing system
WO2020036246A1 (ko) 기계 학습을 이용한 생체신호 분석 장치 및 그 방법
WO2019160272A1 (ko) 비침습식 혈당 측정 방법 및 비침습식 혈당 측정 장치
WO2022064273A1 (en) Optical sensing module
WO1997049330A1 (en) Motion artifact resistant oximeter using three wavelengths
Mohapatra et al. A novel sensor for wrist based optical heart rate monitor
EP1605819B1 (en) Analysis of a composition with monitoring
US6907279B2 (en) Optical system for measuring metabolism in a body
JP3359756B2 (ja) 生体光計測装置
US11872022B2 (en) System and method for an optical blood flow measurement
KR100300960B1 (ko) 혈중성분 농도의 무혈측정 방법 및 장치
Reble et al. No More Sunburn: Non‐invasive LED‐based measurement of the sun protection factor
KR102005832B1 (ko) 생체 신호를 분석하는 신호 처리 장치 및 이를 이용한 생체 신호 분석 장치
JP2001321360A (ja) 生体測定装置
US20130158412A1 (en) Tissue interface systems for optical measurement of physiological blood parameters
WO2018088858A1 (ko) 휴대용 전자 장치, 액세서리 및 그 동작 방법

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase in:

Ref document number: 2019512591

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17831183

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

NENP Non-entry into the national phase in:

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase in:

Ref document number: 2017831183

Country of ref document: EP

Effective date: 20181217